Роль ионных каналов в формировании ритма сердца реферат

Обновлено: 04.07.2024

Важнейшую роль в процессах реполяризации сердца играют калиевые каналы, генерирующие различные токи. Замедление реполяризации посредством блокирования калиевых каналов приводит к увеличению продолжительности рефрактерных периодов возбудимых тканей сердца и является основным механизмом действия антиаритмических препаратов III класса. При этом излишнее неравномерное замедление реполяризации может способствовать электрической неоднородности тканей и развитию опасных для жизни аритмий (полиморфной желудочковой тахикардии типа torsade de pointes). В обзоре представлены сведения о структуре, функции и свойствах калиевых каналов клеток проводящей системы сердца и сократительного миокарда. Освещены их физиологическая роль и участие в патологических процессах, в том числе при врожденных синдромах, связанных с возникновением опасных для жизни аритмий. Представлены дальнейшие перспективы развития данного направления.

Ритмичную работу сердца обеспечивает взаимосвязь последовательных процессов сокращения и расслабления, которые напрямую сопряжены с генерацией и распространением возбуждения и последующей рефрактерностью возбудимых тканей. Распространение потенциала действия (ПД) по проводящей системе и сократительному миокарду вызывает последовательное сокращение всех отделов сердца [1].

ПД имеет фазы — деполяризации и реполяризации. В фазу деполяризации мембранный потенциал достигает максимального значения, а во время фаз реполяризации происходит его постепенный возврат к уровню потенциала покоя. Именно в это время реализуется электромеханическое сопряжение, необходимое для сокращения миокарда, вот почему совокупная длительность фаз реполяризации должна быть достаточно продолжительной.

Важнейшую роль в процессах реполяризации и поддержании потенциала покоя на постоянном уровне играют токи ионов калия. Удлинение реполяризации увеличивает рефрактерность возбудимой ткани. На этом основано антиаритмическое действие препаратов III класса (блокаторов калиевых каналов). В то же время неравномерное замедление реполяризации может способствовать электрической неоднородности тканей и развитию опасных для жизни аритмий (полиморфной желудочковой тахикардии типа torsade de pointes — TdP) [2, 3].

В зависимости от способа активации и количества трансмембранных доменов, калиевые каналы подразделяют следующим образом:

  • потенциалзависимые калиевые каналы (voltage gated — Kv);
  • калиевые каналы аномального входящего выпрямления (inward rectifier Kir);
  • механочувствительные двупоровые калиевые каналы (2 pore domain — K2P);
  • активируемые кальцием калиевые каналы (calcium-activated — KCa; в данном обзоре не рассмотрены, поскольку функционально-активные KCa не представлены на поверхности кардиомиоцитов человека и не участвуют в процессах деполяризации и реполяризации) [4].

Потенциалзависимые калиевые каналы (Kv)

Kv — самое многочисленное семейство калиевых каналов. Все Kv состоят из четырех α-субъединиц. Тетрамеры могут быть образованы четырьмя одинаковыми α-субъединицами (гомотетрамеры) или состоять из четырех разных α-субъединиц (гетеротетрамеры). На работу тетрамеров α-субъединиц существенное влияние могут оказывать вспомогательные β-, γи D-субъединицы, расположенные в цитоплазме клеток и изменяющие кинетику канала. Некоторые белки способны повышать экспрессию калиевых каналов на мембранах и изменять функции их α-субъединиц. Точное определение канала, обеспечивающего тот или иной ионный ток в кардиомиоцитах, всегда крайне затруднено [5].

В зависимости от своих временны'х параметров и вольтажных характеристик Kv могут быть разделены на 2 большие группы.

  1. Каналы, генерирующие кратковременный выходящий ток (transient outward — Ito), регистрируемый в самом начале реполяризации.
  2. Каналы, генерирующие токи замедленного выпрямления (IK).

В зависимости от времени нарастания и продолжительности выделяют очень быстрые (ultra rapid — IKur), быстрые (rapid — IKr) и медленные (slow — IKs) токи замедленного выпрямления. Калиевые токи замедленного выпрямления присутствуют в течение всех фаз реполяризации, наибольший их вклад приходится на более поздние ее этапы [6].

Калиевые каналы, генерирующие кратковременный выходящий ток (Ito). Ito регистрируется в самом начале реполяризации (фаза 1 ПД) в течение непродолжительного времени. Он оказывает существенное влияние на ток ионов кальция (ICa,L) и, соответственно, на электромеханическое сопряжение и сократимость миокарда, а также на калиевые токи замедленного выпрямления. В результате сложных взаимодействий между ионными токами изменения Ito могут непредсказуемо влиять на продолжительность ПД и определять предрасположенность к возникновению аритмий [7].

При детальном исследовании биофизических характеристик тока Ito было отмечено, что он состоит из двух компонентов, различающихся по скорости восстановления соответствующих им ионных каналов, — быстрого (fast — Ito,f) и медленного (slow — Ito,s). Эти токи тканеспецифичны. Ito,f в миокарде желудочков обнаруживают преимущественно в субэпикардиальных отделах, он соответствует фазе начальной быстрой реполяризации и определяет характерную форму кривой ПД (спайк и плато — spike and dome). В правом желудочке ток Ito,f выражен сильнее, чем в левом [8].

Каналы, генерирующие ток Ito, являются гомотетрамерами. В сердце человека в образовании каналов Ito,s участвуют α-субъединицы Kv1.4, а каналы Ito,f формируют α-субъединицы Kv4.2 и Kv4.3 [9].

Экспрессию каналов Ito и их активность регулируют добавочные субъединицы, к которым относят β-субъединицы, KChIP (Kv channel interacting proteins — белок, взаимодействующий с потенциалзависимыми калиевыми каналами), фриквенин (frequenin), KChAP (Kv channel associated protein — белок, связанный с потенциалзависимыми калиевыми каналами), а также вспомогательные субъединицы MinK (Minimum K+) и MiRP (MinK related peptides — пептиды, подобные MinK) [10].

Лиганд- и потенциал-зависимые ионные каналы — белковые порообразующие молекулы, встроенные в мембраны клетки и ее органоидов; их типы, функции, работа и свойства; трансмембранный транспорт ионов по каналам как основа биоэлектрических явлений в организме.

Рубрика Биология и естествознание
Вид реферат
Язык русский
Дата добавления 09.09.2012
Размер файла 14,2 K

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Значительно большую и важную группу составляют каналы утечки, избирательно пропускающие один тип ионов (в первую очередь -- ионы калия). Избирательный выход калия по концентрационному градиенту из клетки и задержка анионов, не проникающих через мембрану, обусловливает разделение зарядов по разные стороны мембраны и формирование потенциала покоя у любой клетки. Наряду с постоянно открытыми ионными каналами утечки, на мембране любой клетки существуют и другие ионные каналы. Большую часть времени они закрыты и открываются лишь на короткое время и только в ответ на действие особого сигнала: известны потенциалоактивируемые (открывающиеся только в ответ на изменения электрического поля на мембране) и хемоактивируемые (открывающиеся только в ответ на действие определенных химических реагентов) каналы. В отличие от каналов утечки, характерных для любой клетки и участвующих в формировании потенциала покоя клеток, потенциалоактивируемые ионные каналы имеются только у возбудимых клеток -- нейронов, мышечных клеток и некоторых других. Именно они принимают непосредственное участие в генерации потенциала действия и возбуждении клетки.

Хемоактивируемый тип ионных каналов открывается и пропускает ионы только после взаимодействия с соответствующими химическими реагентами -- гормонами, медиаторами и т. п. (например, ацетилхолином, адреналином, гистамином). Для этого каналы имеют на своей наружной либо внутренней (цитоплазматической) поверхности специальные активные центры. ионный канал трансмембранный биоэлектрический

Еще один тип ионных каналов, обнаруженный в 1980-е годы, -- это ионные каналы, чувствительные к растяжению. Они открываются и пропускают ионы в ответ на натяжение мембраны. Встречается у возбудимых и невозбудимых клеток. Отслеживая степень растяжения мышечных органов, такие каналы играют большую роль в поддержании активности клеток сердца, гладкомышечных клеток сосудистой стенки и т. д.

Наряду с каналами пассивного транспорта ионов, существует большой класс каналов активного ионного транспорта, называемых ионными насосами. Ионные насосы переносят ионы через мембрану против их концентрационного градиента, используя энергию, выделяемую при гидролизе АТФ. Молекулы ионных насосов -- крупные трансмембранные белки (с молекулярной массой порядка 150000), способные связывать и расщеплять АТФ. Например, натрий-калиевый насос осуществляет сопряженный перенос натрия наружу, а калия -- внутрь клетки. За 1 секунду этот насос переносит около 200 ионов Na + из клетки и 130 ионов К + в клетку. Широко распространен также и Са 2+ -насос (кальциевая АТФ-аза), откачивающий избыток ионов кальция из клетки. Системы активного ионного транспорта, обеспечивая постоянство концентраций определенных ионов в клетках, играют чрезвычайно важную роль в поддержании уровня потенциала покоя клетки.

Подобные документы

Рассмотрение семейства клеточных toll-like-рецепторов. Функциональные состояния ионных каналов: открытое, закрытое, активированное, инактивированное, блокированное, модулированное. Типы рецепторных каналов: лиганд-управляемые и потенциал-регулируемые.

презентация [827,3 K], добавлен 02.11.2014

Анализ строения ионного канала и распределение в нем потенциальной энергии катиона. Воротный механизм мембраны. Принципы управления потенциалзависимыми и лиганд-активируемыми каналами. Никотиновый ацетилхолиновый и ионотропный глутаматный рецепторы.

реферат [1,7 M], добавлен 25.03.2016

Строение ионных каналов - специализированных белков клеточной мембраны, образующих гидрофильный проход, по которому заряженные ионы могут пересекать клеточную мембрану по электрохимическому градиенту. Свойства активного транспорта, его потенциал.

презентация [1,3 M], добавлен 30.10.2016

Ионные токи, протекающие через мембрану клетки. Мембранный потенциал для модели идеальной клетки. Формула потенциала покоя и постоянного поля. Равновесие ионов хлора. Электрическая модель мембраны. Участие ионных каналов в формировании потенциала покоя.

реферат [224,2 K], добавлен 24.10.2009

Электрический потенциал на мембране нейронов в состоянии покоя. Изменение проницаемости мембраны. Распределение ионов в идеальной клетке. Ионное равновесие, электрическая нейтральность. Влияние внеклеточного калия и хлора на мембранный потенциал.

реферат [432,3 K], добавлен 24.10.2009

Анализ механизмов прохождения веществ через клеточную мембрану. Основные процессы, с помощью которых вещества проникают через мембрану. Свойства простой и облегченной диффузии. Типы активного транспорта. Ионные каналы, их отличие от поры, градиент.

презентация [282,3 K], добавлен 06.11.2014

Свойство мембранной клетки проводить ионные токи и накапливать заряд на своей внешней или внутренней поверхности, емкость мембраны. Нарастание и спад потенциала, время, необходимое для достижения его устойчивого состояния, сенситизация и S интернейроны.


Для цитирования: Чудновская Е.А. Нарушения сердечного ритма: этиология, патогенез, клиника, диагностика, лечение. РМЖ. 2003;19:1064.

Н арушения сердечного ритма являются одним из наиболее распространенных видов нарушений, их частота не поддается точной оценке [20]. Преходящие нарушения ритма встречаются у большинства здоровых людей. При возникновении болезней внутренних органов создаются условия для развития нарушений сердечного ритма, становящихся иногда основным проявлением в клинической картине заболевания, как, например, при тиреотоксикозе, ИБС. Аритмии осложняют течение многих сердечно–сосудистых заболеваний.

Все аритмии – это результат изменения основных функций сердца: автоматизма, возбудимости и проводимости. Они развиваются при нарушении формирования потенциала действия клетки и изменении скорости его проведения в результате изменения калиевых, натриевых и кальциевых каналов. Нарушение активности калиевых, натриевых и кальциевых каналов зависит от симпатической активности, уровня ацетилхолина, мускариноподобных М2–рецепторов, АТФ.

Механизмы нарушения ритма сердца:

1. Нарушения образования импульса: – нарушения автоматизма синусового узла (СУ); – аномальный автоматизм и триггерная активность (ранняя и поздняя деполяризация).

2. Циркуляция волны возбуждения (re–entry).

3. Нарушения проведения импульса.

4. Сочетания этих изменений.

Нарушения образования импульса. Эктопические очаги автоматической активности (аномальный автоматизм) могут находиться в предсердиях, коронарном синусе, по периметру атриовентрикулярных клапанов, в АВ– узле, в системе пучка Гиса и волокон Пуркинье. Возникновению эктопической активности способствует снижение автоматизма СУ (брадикардия, дисфункция, синдром слабости синусового узла (СССУ)).

Нарушение проведения импульса. Нарушения проведения импульса могут возникнуть на любых участках проводящей системы сердца. Блокада на пути проведения импульса проявляется асистолией, брадикардией, синоатриальной, АВ– и внутрижелудочковыми блокадами. При этом создаются условия для кругового движения re–entry.

Круговое движение. Для формирования re–entry необходимо наличие замкнутого контура проведения, однонаправленной блокады в одном из участков контура и замедленное распространение возбуждения в другом участке контура. Импульс медленно распространяется по колену контура с сохраненной проводимостью, совершает поворот и входит в колено, где имелась блокада проведения. Если проводимость восстановлена, то импульс, двигаясь по замкнутому кругу, возвращается к месту своего возникновения и вновь повторяет свое движение. Волны re–entry могут возникать в синусовом и АВ–узлах, предсердиях и желудочках, при наличии дополнительных проводящих путей и в любом участке проводящей системы сердца, где может появиться диссоциация проведения возбуждения. Этот механизм играет важную роль в развитии пароксизмальных тахикардий, трепетания и мерцания предсердий.

Триггерная активность. При триггерной активности происходит развитие следовой деполяризации в конце реполяризации или начале фазы покоя. Это связано с нарушением трансмембранных ионных каналов.

В развитии аритмий, возникающих при различных заболеваниях и состояниях, важную роль играют экзогенные и эндогенные факторы, такие как психосоциальный стресс, предшествующий жизнеопасным аритмиям в 20–30% случаев [20], нейровегетативный дисбаланс, с преобладанием активности симпатического или парасимпатического отделов вегетативной нервной системы, токсические воздействия (алкоголь, никотин, наркотические вещества, лекарственные препараты, промышленные яды и др.), заболевания внутренних органов.

Этиология нарушений ритма сердца:

  • Поражения миокарда любой этиологии: атеросклероз коронарных артерий, миокардиты, дилатационная и гипертрофическая кардиомиопатии, пороки сердца, сахарный диабет, заболевания щитовидной железы, климакс, амилоидоз, саркоидоз, гемохроматоз, гипертрофии миокарда при артериальной гипертензии и хроническом легочном сердце, интоксикации (алкоголем, никотином, лекарственными препаратами, промышленными веществами (ртуть, мышьяк, кобальт, хлор– и фосфорорганические соединения), закрытые травмы сердца, инволютивные процессы при старении.
  • Поражения СУ и проводящей системы сердца врожденного и приобретенного генезов, например, СССУ, склероз и кальцификация фиброзного скелета сердца и первичное склеродегенеративное поражение проводящей системы сердца с развитием АВ– и внутрижелудочковой блокад, дополнительные проводящие пути (например, синдромы WPW, CLC).
  • Пролапс клапанов сердца.
  • Опухоли сердца (миксомы и др.).
  • Заболевания перикарда: перикардиты, плевроперикардиальные спайки, метастазы в перикард и др.
  • Электролитные нарушения (нарушения баланса калия, кальция, натрия, магния).
  • Механические раздражения сердца (катетеризация, ангиография, операции на сердце).
  • Рефлекторные влияния со стороны внутренних органов при глотании, натуживании, перемене положения тела и т.д.
  • Нарушения нервной регуляции сердца (синдром вегетативной дистонии, органические поражения ЦНС).
  • При стрессе (с развитием гиперадреналинемии, гипокалиемии, стресс–ишемии).
  • Идиопатические нарушения сердечного ритма.

Обследование больного с нарушениями сердечного ритма включает в себя расспрос больного, клинические и инструментальные методы исследования. Оно направлено на выявление причин развития аритмий, тех неблагоприятных факторов, которые могут способствовать их прогрессированию в дальнейшем, точное определение видов аритмий, диагностику состояния сердца (клапанного аппарата, размера камер сердца, толщины стенок, сократительной способности).

Нарушения ритма сердца во многих случаях сопровождаются ощущением страха и тревоги. У части больных аритмии протекают бессимптомно.

Клинические исследования выявляют: состояние больного может быть различным (от удовлетворительного до тяжелого) в зависимости от вида нарушения и исходного состояния больного. Возможны вялость, потеря сознания (обморок), проявления гипоксической энцефалопатии вплоть до комы. Нарушения вегетативной нервной системы проявляются в виде беспокойства, тревожного поведения, изменений окраски кожи, потливости, полиурии, дефекации и т.д. Окраска кожи может быть как бледной, так и гиперемированной, особенно при наличии артериальной гипертензии, цианотичной при сердечной недостаточности. При левожелудочковой сердечной недостаточности выявляются изменения при физикальном исследовании системы органов дыхания – ослабление везикулярного дыхания или жесткое дыхание, влажные незвонкие хрипы, иногда в сочетании с сухими хрипами. При этом может определяться акцент II тона на легочной артерии. Исследование сердечно–сосудистой системы часто выявляет изменения частоты сердечных сокращений (ЧСС) и частоты пульса – увеличение или уменьшение, нарушение ритмичности тонов сердца и пульсовых волн. Меняется громкость тонов, например, различная громкость I тона при мерцательной аритмии (МА), усиление I тона при желудочковой экстрасистоле, ослабление его при пароксизмальной наджелудочковой тахикардии (ПНТ). Уменьшение наполнения пульса определяется при сосудистой недостаточности, при МА нередко возникает дефицит пульса. Часто наблюдаются изменения АД – гипо– или гипертензия. При правожелудочковой сердечной недостаточности – увеличение печени и болезненность ее. При снижении почечного кровотока – олигоурия. Также может развиваться тромбоэмболический синдром.

Инструментальные методы исследования. Электрокардиография остается ведущим методом в распознавании нарушений сердечного ритма. Используется как одномоментное исследование, так и более продолжительное: в течение 3 минут, 1 и 24 часов. Например, у больных ИБС желудочковые экстрасистолы на обычной ЭКГ выявляются в 5% случаев, при 3–минутной регистрации – в 14%, при 1–часовой – у 38% больных, на протяжении 24 часов – у 85% пациентов [20]. Суточное Холтеровское мониторирование ЭКГ обеспечивает исследование в различных условиях (при нагрузках, во сне, при приеме пищи и т.д.), что позволяет выявить провоцирующие факторы в развитии аритмий. Холтеровское мониторирование позволяет дать качественную и количественную оценку нарушений ритма сердца. Пробы с дозированной физической нагрузкой применяют для уточнения диагноза ИБС, выявления взаимосвязи нарушений ритма со стенокардией и с физической нагрузкой, оценки эффективности проводимой терапии, а также аритмогенного действия лекарственных препаратов. При недостаточной эффективности ЭКГ исследования для диагностики синдрома преждевременного возбуждения желудочков, для диагностики и лечения транзиторного или постоянного СССУ применяется чреспищеводная ЭКГ. Не всегда удается получить необходимую информацию с помощью данного метода, поэтому самым надежным методом является внутрисердечное электрофизиологическое исследование, включающее в себя запись эндокардиальной ЭКГ и программированную электрокардиостимуляцию (ЭКС).

Классификация нарушений ритма. Аритмии делятся на наджелудочковые и желудочковые. Существует большое количество классификаций нарушений сердечного ритма, из которых наиболее удобна в практическом применении классификация, предложенная М.С. Кушаковским, Н.Б. Журавлевой в модификации А.В. Струтынского и соавт. [14]:

I. Нарушение образования импульса.

А. Нарушение автоматизма СА–узла (номотопные аритмии): синусовая тахикардия, синусовая брадикардия, синусовая аритмия, СССУ.

Б. Эктопические (гетеротопные) ритмы, обусловленные преобладанием автоматизма эктопических центров: 1) Медленные (замещающие) выскальзывающие ритмы: предсердные, из АВ–соединения, желудочковые. 2) Ускоренные эктопические ритмы (непароксизмальные тахикардии): предсердные, из АВ–соединения, желудочковые. 3) Миграция суправентрикулярного водителя ритма.

В. Эктопические (гетеротопные) ритмы, преимущественно обусловленные механизмом повторного входа волны возбуждения: 1) Экстрасистолия (предсердная, из АВ–соединения, желудочковая. 2) Пароксизмальная тахикардия (предсердная, из АВ–соединения, желудочковая). 3) Трепетание предсердий. 4) Мерцание (фибрилляция) предсердий. 5) Трепетание и мерцание (фибрилляция) желудочков.

II. Нарушения проводимости: 1) Синоатриальная блокада. 2) Внутрипредсердная (межпредсердная) блокада. 3) Атриовентрикулярная блокада: I степени, II степени, III степени (полная блокада). 4) Внутрижелудочковые блокады (блокады ветвей пучка Гиса): одной ветви, двух ветвей, трех ветвей. 5) Асистолия желудочков. 6) Синдром преждевременного возбуждения желудочков (ПВЖ): синдром Вольфа–Паркинсона–Уайта (WPW), синдром укороченного интервала P–Q (R) (CLC).

III. Комбинированные нарушения ритма: 1) Парасистолия. 2) Эктопические ритмы с блокадой выхода. 3) Атриовентрикулярные диссоциации.

Фармакотерапия нарушений сердечного ритма широко распространена и применяется у 85–90% пациентов, страдающих аритмией [20]. Широкий спектр препаратов с различным механизмом действия позволяет выбрать наиболее эффективный для лечения конкретных видов аритмий. Механизм действия ААП заключается в блокаде натриевых, кальциевых, калиевых ионных каналов, что приводит к изменению электрофизиологических свойств миокарда. Многие ААП действуют одновременно на трансмембранные ионные каналы разных типов. В настоящее время считается общепринятой классификация, включающая в себя 4 класса ААП (табл. 1). При неэффективности какого–либо антиаритмического препарата следующий препарат выбирается из другой группы. При назначении ААП должны быть четко определены показания к назначению конкретного препарата. Необходимо учитывать возможность аритмогенного эффекта ААП.

Краткая характеристика некоторых видов нарушений ритма сердца

Мерцание (фибрилляция предсердий). Частота МА составляет около 80% всех суправентрикулярных аритмий [6]. По данным Фрамингемского исследования, МА встречается у 0,3–0,4% взрослого населения, и частота ее увеличивается с возрастом [24]. Принято выделять две основные формы МА: хроническую и пароксизмальную. Примерно у 90% больных с хронической МА причиной являются органические заболевания сердца, среди них самые частые – органические пороки сердца (30%) и ИБС (20%). При пароксизмальной форме до 60% больных составляют лица с идиопатической МА [6]. Среди заболеваний, не вызывающих грубых морфологических изменений миокарда предсердий и приводящих к развитию МА, большую роль играет тиреотоксикоз и дисфункция вегетативной нервной системы, в частности, ваготония. Механизмом развития МА является повторный вход волны возбуждения, при этом функционирует несколько петель re–entry. ЭКГ признаки мерцательной аритмии характеризуются отсутствием зубца Р во всех отведениях, наличием беспорядочных волн f различной формы и амплитуды с частотой 350–700 в минуту, неправильным ритмом комплексов QRS, имеющих, как правило, неизмененный вид (рис. 1а). Частота желудочковых сокращений в большинстве случаев составляет 100–160 в минуту, но существуют также нормосистолическая и брадисистолическая формы. Согласно современным представлениям о механизмах МА для ее лечения применяют ААП, блокирующие калиевые и натриевые каналы (I и III класс препаратов).

Рис. 1. ЭКГ при некоторых видах нарушений ритма сердца (по кн: А.В. Струтынский "Электрокардиография: анализ и интерпретация", 1999)

Трепетание предсердий (ТП). Частота этого вида нарушения ритма составляет около 10% всех суправентрикулярных тахиаритмий [6]. Электрофизиологический механизм ТП – re–entry. Наиболее распространенные этиологические факторы – органические пороки сердца, ИБС, артериальная гипертензия. ЭКГ признаки: предсердные волны F правильной пилообразной формы, похожие друг на друга, ритмичные (не всегда) с частотой 200–400 в минуту, в большинстве случаев правильный желудочковый ритм, наличие неизмененных желудочковых комплексов, каждому из которых предшествует определенное, чаще постоянное, количество предсердных волн F (2:1, 3:1 и т.д.) (рис. 1б). Для лечения ТП применяются блокаторы натриевых (I класс) и калиевых каналов (III класс ААП).

Пароксизмальная наджелудочковая тахикардия. Электрофизиологический механизм ПНТ – повторный вход волны возбуждения, в некоторых случаях – повышенный автоматизм эктопических очагов. ЭКГ признаки: внезапно начинающийся и так же внезапно заканчивающийся приступ тахикардии с ЧСС 140–250 в минуту при сохранении правильного ритма, изменения формы, величины, полярности и локализации зубца Р (при ПНТ из АВ–соединения Р расположен позади желудочкового комплекса), неизмененные желудочковые комплексы QRS, за исключением случаев с аберрацией желудочкового проведения (рис. 1в,г). Иногда наблюдается ухудшение АВ–проводимости с развитием АВ– блокады I или II степени. Вид ПНТ зависит от различных электрофизиологических механизмов, что определяет выбор ААП в каждом конкретном случае. Применяются препараты всех четырех классов.

pm
pm
mfvt1

Поиск

Влияние химических элементов на биоэлектрические процессы в сердечной мышце и возникновение аритмии

А.В. ДУБОВАЯ 1 , Г.Э. СУХАРЕВА 2

1 Донецкий национальний медицинский университет им. М. Горького, 83003, г. Донецк, пр. Ильича, д. 16

2 Медицинская академия имени С.И. Георгиевского Крымского федерального университета имени В.И. Вернадского, 295006, г. Симферополь, бульвар Ленина, д. 5/7

Дубовая Анна Валериевна ― кандидат медицинских наук, доцент кафедры педиатрии факультета интернатуры и последипломного образования, докторант кафедры педиатрии с курсом детских инфекционных болезней, тел. +380-99-790-33-56, e-mail: [email protected]

В обзоре литературы представлены данные, подтверждающие негативное влияние избытка токсичных (бария, свинца, кадмия, алюминия), потенциально токсичных (никеля, стронция, мышьяка), дефицита эссенциальных (калия, магния, кальция, марганца, селена, железа, цинка, фосфора, ванадия) химических элементов на биоэлектрические процессы в сердечной мышце. Так, при дефиците магния, вызванном превышением допустимого содержания в организме его антагонистов свинца, кадмия, никеля, алюминия, нарушается работа K + /Na + -насоса и стабильность мембраны кардиомиоцита, замедляется наступление фазы деполяризации. Вытеснение ионов кальция из связи с тропонином С под действием его антагонистов кадмия, свинца, стронция, алюминия, никеля приводит к преждевременной поляризации и наступлению фазы диастолы. Блокирование K + -каналов барием, кадмием стронцием приводит к удлинению фазы реполяризации. Вышеизложенные механизмы лежат в основе нарушений сердечного ритма.

Ключевые слова: химические элементы, биоэлектрические процессы, кардиомиоцит, аритмия.

A.V. DUBOVAYA 1 , G.E. SuKhareva 2

1 Donetsk National Medical University named after M. Gorkiy, 16 Prospekt Ilyicha, Donetsk, Ukraine, 83003

2 Medical Academy named after S.I. Georgievsky of Vernadsky Crimean Federal University, 5/7 Lenin Av., Simferopol, Republic of Crimea, Russian Federation, 295006

Effects of chemical elements on bioelectric processes in the cardiac muscle and arrhythmia

Dubovaya A.V. ― Cand. Med. Sc., Associate Professor, Department of Pediatrics faculty internships and post-graduate education, tel. +3-809-979-033-56, e-mail: [email protected]

The literature review presents data confirming the negative influence of the excess of toxic (barium, lead, cadmium, aluminum), potentially toxic (nickel, strontium, arsenic), deficiency of essential (potassium, magnesium, calcium, manganese, selenium, iron, zinc, vanadium) chemical elements on bioelectric processes in the heart muscle. Thus, in magnesium deficiency caused by exceeding the allowable content of its antagonists — lead, cadmium, nickel, aluminum ― the functioning of K + /Na + -pumps is disrupted, as well as cardiomyocyte membrane stability, slowing the onset of depolarization phase. Displacement of the calcium ion out of troponin C connection under the influence of its antagonists ― cadmium, lead, strontium, aluminum, and nickel ― leads to polarization and premature onset of diastole phase. Blocking of the K+-channels by barium, cadmium, and strontium results in the lengthening of repolarization phase. The studied mechanisms are underlying heart arrhythmias.

Key words: chemical elements, bioelectric processes, cardiomyocyte, arrhythmia.

В последнее десятилетие приобретает актуальность, но остается не решенным вопрос возможного влияния химических элементов (ХЭ), в том числе токсичных (свинец, барий, кадмий, висмут, алюминий, ртуть, бериллий, таллий и др.), потенциально токсичных (стронций, никель, литий, сурьма, мышьяк, ванадий, олово и др.), эссенциальных (кальций, калий, магний, натрий, фосфор, сера, хром, медь, железо, йод, кобальт, марганец, молибден, селен, цинк и др.) и условно эссенциальных (бор, кремний, ванадий и др.) на биоэлектрические процессы в сердечной мышце, приводящие к нарушению ритма сердца (НРС) 2.

Клетки сердечной мышцы, как и любой другой возбудимой ткани, поляризованы. Мембрана кардиомиоцитов снаружи заряжена положительно, изнутри ― отрицательно. Это обусловлено различным содержанием ионов натрия (Na + ) и калия (K + ) по обе стороны мембраны ― внутри кардиомиоцита больше K + , а снаружи ― Na + (рис. 1) [8].

Рисунок 1.

Модель биологической мембраны и механизм возникновения потенциала покоя

В покое мембрана кардиомиоцита непроницаема для ионов Na + , но частично пропускает ионы K + . В результате процесса диффузии в соответствии с концентрационным градиентом ионы K + выходят из кардиомиоцита, увеличивая положительный заряд на его поверхности. Внутренняя сторона мембраны при этом становится отрицательной за счет скопления анионов кислот (хлоридов ― Cl — , сульфатов ― SO4 2- , фосфатов ― PO4 3- и т.д.), для которых мембрана не проницаема. У клеток рабочего миокарда потенциал покоя составляет 90 мВ [9].

Как видно из рисунка 1, поддержание разности концентраций калия и натрия по обе стороны мембраны достигается с помощью натрий-калиевого насоса ― фермента Na + -K + -АТФ-азы. Его белковые молекулы встроены в мембрану. Он расщепляет АТФ и использует высвобождающуюся энергию для противоградиентного выведения натрия из клетки и закачивания калия в нее. За один цикл каждая молекула Na + -K + -АТФ-азы выводит 3 иона натрия и вносит 2 иона калия. Так как в клетку поступает меньше положительно заряженных ионов, чем выводится из нее, Na + -K + -АТФ-аза на 5-10 мВ увеличивает мембранный потенциал (МП) [8, 10].

В мембране имеются следующие механизмы трансмембранного транспорта ионов и других веществ:

  1. Активный транспорт. Он осуществляется с помощью энергии АТФ. К этой группе транспортных систем относятся натрий-калиевый насос, кальциевый насос, хлорный насос.
  2. Пассивный транспорт. Передвижение ионов осуществляется по градиенту концентрации без затрат энергии. Например, вход калия в клетку и выход из нее по калиевым каналам.
  3. Сопряженный транспорт. Противоградиентный перенос ионов без затрат энергии: натрий-натриевый, натрий-кальциевый, калий-калиевый обмен ионов. Он происходит за счет разности концентрации других ионов [3].

В состоянии покоя открыты только калиевые каналы, обеспечивающие поддержание определенного МП и закрыты натриевые. Поэтому мембрана избирательно проницаема для калия и очень мало для ионов натрия и кальция, за счет имеющихся неспецифических каналов. Соотношение проницаемости мембраны для калия и натрия в состоянии покоя составляет 1:0,04 [8, 11]. Важнейшую роль в процессах мембранного транспорта Na + , требующего больших энергозатрат, играют ионы Mg 2+ . Связываясь с клеточными, митохондриальными и другими мембранами, они регулируют их проницаемость для других ионов. Особое значение ионы Mg 2+ имеют в поддержании трансмембранного потенциала. Активируя Mg 2+ -зависимую Na + -K + -АТФ-азу, они определяют работу K + /Na + -насоса, осуществляющего накопление K + внутри клетки и выведение Na + в межклеточное пространство, обеспечивая поляризацию мембраны и способствуя ее стабильности (рис. 2) [2, 8].

Рисунок 2.

Биоэлектрические процессы в кардиомиоците

В физиологических условиях вся наружная поверхность кардиомиоцита приобретает отрицательный заряд вследствие преобладания там анионов, а внутренняя ― положительный, т. е. происходит обратная поляризация. Регистрируемая кривая при этом возвращается к изоэлектрической линии (рис. 3). В конце периода возбуждения клеточная мембрана становится менее проницаемой для катионов Na + , но более проницаемой для катионов К + , которые устремляются из клетки (вследствие разности вне- и внутриклеточной концентрации). Затрудняют выход К + из цитоплазмы на наружную поверхность мембраны двухвалентные катионы Ba 2+ , Cd 2+ , Sr 2+ , которые могут блокировать калиевые каналы [1]. Современная классификация K + -каналов основана на учете последовательности аминокислот в субъединицах, определяемой генами, поэтому ее называют генетической. При этом принимается во внимание субъединичная организация, функции каналов и выделяют три их структурных типа [2]: каналы с шестью трансмембранными сегментами и одной порой, с двумя трансмембранными сегментами и одной порой, с четырьмя трансмембранными сегментами и двумя порами (рис. 5).

Рисунок 5.

Схема структурной классификации K + ― каналов трех типов и их субъединичный состав [2]: A ― субъединицы каналов с 6 трансмембранными сегментами (S1-S6), одной порой, образуемой соединением (P) между S5 и S6 с датчиком напряжения S4. B ― субъединицы с 2 трансмембранными сегментами и одной порой. C ― субъединицы с 4 трансмембранными сегментами и двумя порами

Блокирование K + -каналов катионами Ba 2+ , Cd 2+ , Sr 2+ приводит к удлинению фазы реполяризации и, как следствие, к аритмии [1]. В нашем исследовании превышение допустимого содержания бария в 2 раза чаще имели дети с НРС, чем здоровые сверстники (29,8 ± 3,3% и 14,0 ± 4,6% соответственно, р + и Na + , которое мало влияет на заряд клетки, поскольку ионы Na + выходят из клетки, а ионы K + входят в нее одновременно, и эти процессы уравновешивают друг друга [9, 10].

Описанные процессы относятся к возбуждению единичного волокна миокарда. Следует отметить, что чем выше скорость распространения ПД по мембране кардиомиоцита, тем выше ее проводимость. Возникающий при деполяризации импульс вызывает возбуждение соседних участков миокарда, оно постепенно охватывает весь миокард, развиваясь по типу цепной реакции [8].

Скорость развития деполяризации регулируется вегетативной нервной системой. В случае влияния симпатической части медиатор норадреналин активирует медленные кальциевые каналы, вследствие чего скорость диастолической деполяризации увеличивается и ритм спонтанной активности возрастает. В случае влияния парасимпатической части медиатор АХ повышает калиевую проницаемость мембраны, что замедляет развитие диастолической деполяризации или прекращает ее, а также гиперполяризует мембрану. По этой причине происходит урежение ритма или прекращение автоматии [9].

Таким образом, в обзоре литературы представлены данные, подтверждающие негативное влияние избытка токсичных (бария, свинца, кадмия, алюминия), потенциально токсичных (никеля, стронция, мышьяка), дефицита эссенциальных (калия, магния, кальция, марганца, селена, железа, цинка, фосфора, ванадия) ХЭ на биоэлектрические процессы в сердечной мышце. Так, при дефиците магния, вызванном превышением допустимого содержания в организме его антагонистов свинца, кадмия, никеля, алюминия, нарушается работа K + /Na + -насоса и стабильность мембраны кардиомиоцита, замедляется наступление фазы деполяризации. Вытеснение ионов кальция из связи с тропонином С под действием его антагонистов кадмия, свинца, стронция, алюминия, никеля приводит к преждевременной поляризации и наступлению фазы диастолы. Блокирование K + -каналов барием, кадмием стронцием приводит к удлинению фазы реполяризации. Вышеизложенные механизмы лежат в основе нарушений сердечного ритма.

Читайте также: