Аритмии сердца. Механизмы, диагностика, лечение

В эту группу входят «изолированные» дефекты межжелудочковой перегородки,
тетрада Фалло, дефекты перегородок в атриовентрикулярной области и
аномальное вентрикулоартериальное соединение в сочетании с параллельным
(нормальным) атриовентрикулярным соединением. Между указанными
подгруппами существуют некоторые различия, однако во всех случаях (как и в
нормальном сердце) ориентиром проникающей части АВ-пучка служит
передняя вершина треугольника Коха (см. рис. 2.14). При дефектах
атриовентрикулярной перегородки этот треугольник узла (не треугольник Коха)
смещается дефектом назад [57] (рис. 2.44).
При дефектах межжелудочковой перегородки (рис. 2.45) локализация
атриовентрикулярного пучка варьирует в зависимости от типа дефекта [126].
Большинство дефектов является результатом недоразвития гребня мышечной
части межжелудочковой перегородки вблизи ее мембранозной части; это так
называемые мембранозные дефекты, хотя лучше называть их
«перимембранозными». При таких дефектах, когда центральное фиброзное тело
всегда граничит с задненижним краем дефекта, проводящие ткани желудочков
связаны с гребнем перегородки. Атриовентрикулярный пучок проникает в
фиброзную ткань, представляющую зону повышенной опасности. В некоторых
случаях разветвляющаяся часть пучка помещается прямо на гребне перегородки
[126—129], но "чаще всего [130] разветвление находится на левой стороне
перегородки, как это наблюдается у больных с тетрадой Фалло (см. ниже). Если
дефекты затрагивают мускулатуру входной части перегородки, ориентация
пучка значительно меняется [126]. Такие дефекты локализованы внутри
входной части перегородки, следовательно, ниже и сзади проникающего и
ветвящегося отрезков АВ-пучка. Ввиду этого верхнепередний и передний
квадранты данных частей дефекта являются участками риска (см. рис. 2.45).
Такие дефекты мускулатуры входа можно отличить от перимем-бранозных
дефектов входа по наличию сплошной мышечной границы. Дефекты выходной
части перегородки удалены от проводящих путей желудочков (см. рис. 2.45).
Однако дефекты миокарда апикальной трабекулярной части перегородки могут
иметь отношение к периферическим разветвлениям пучка Гиса [129].
При тетраде Фалло проводящая ткань имеет аналогичное расположение
относительно перимембранозных дефектов и в большинстве случаев ветвящаяся
часть пучка находится слева от гребня перегородки [131]. Следовательно,
гребень перегородки лишен проводящих тканей и зоной наибольшего риска
становится задненижний угол, где проникающая часть пучка проходит через
центральное фиброзное тело [132]. У небольшого числа больных с тетрадой
Фалло [128, 132] ветвящаяся часть пучка может располагаться прямо на гребне
перегородки (рис. 2.46). Поскольку у таких больных проводящие ткани нельзя
определить визуально, при выполнении у них хирургической коррекции
дефектов довольно опасно накладывать швы непосредственно на гребень
перегородки, за что ратуют Starr и соавт. [133]. Если дефект, входящий в
тетраду, ограничивается мышечной тканью в задненижнем направлении (как
при дефектах выходной части межжелудочковой перегородки), то проводящие
ткани желудочков удалены от края дефекта.

Рис. 2.44. Топография проводящих тканей при дефектах атриовентрикулярной

перегородки.

Желудочковый компонент атриовентрикулярного перегородочного дефекта
может рассматриваться как обширный перимембранозный дефект,
распространяющийся до «крестовины» (crux) сердца (см. рис. 2.44).
Расположение проводящей ткани весьма напоминает ее локализацию при
вариантах с раздельными клапанными отверстиями или с общим клапаном [55
—57]. Из-за дефекта перегородки треугольник узла смещен в задненижнем
направлении и не соответствует локализации нормального треугольника Коха.
Проникающая часть пучка располагается на вершине этого треугольника. В
результате недоразвития перегородки наблюдается гипоплазия
атриовентрикулярного узла. Такое смещение кзади способствует как удлинению
неветвящейся части пучка, так и смещению назад левой ножки пучка. Эта
ножка спускается вниз от ветвящейся части пучка, которая тянется вдоль всего
гребня входной части перегородки. При аномалии с раздельными отверстиями
правого и левого клапанов («ostium primum ASD») проникающая и ветвящаяся
части пучка расположены непосредственно под сросшимися в виде мостика
створками клапанов.

Рис. 2.45. Расположение проводящих тканей желудочков по отношению к различным

дефектам межжелудочковой перегородки (МЖП).

При аномальном отхождении артериальных стволов от желудочков в сочетании
с параллельными (нормальными) атриовентрикулярными соединениями
расположение проводящей ткани зависит от типа присутствующего дефекта
межжелудочковой перегородки (перимембранозного или с задненижней
мышечной границей). Такие аномалии включают транспозицию аорты и
легочного ствола [134], двойное выходное отверстие правого желудочка с
субаортальным или субпульмональным дефектом перегородки [135], а также
общий артериальный ствол [136]. Гребень мышечной части межжелудочковой
перегородки обычно лишен проводящих тканей, но встречаются и исключения
[137].

Неправильно выстроенные перегородочные структуры

Типичным примером такого рода нарушений является врожденно измененная
транспозиция, представляющая собой комбинацию атриовентрикулярного
рассогласования и желудочково-артериального соединения [138]. Если такая
аномалия встречается при нормально сформированных предсердиях, то
нарушение расположения проводящей ткани совместимо с жизнью. В
результате неправильного выстраивания перегородок вершина треугольника
Коха и входная часть мышечного компонента перегородки находятся не на
одной оси. При этом нормальный АВ-узел на вершине треугольника Коха не
может контактировать с проводящими тканями желудочков, находящимися на
трабекулярной части перегородки [139, 140]. Развивается аномальный
переднерасположенный АВ-узел, который посредством длинного
неветвящегося пучка соединяется с проводящими тканями желудочков. При
наличии дефекта межжелудочковой перегородки [141] пучок проходит
латерально по отношению к выходящему легочному тракту (рис. 2.47).
Некоторые авторы [142] считают, что АВ-пучок проходит между клапаном
легочной артерии и местом дефекта. С анатомической точки зрения [143] это

кажущееся различие связано скорее с проекцией анализа; и интерпретацией,
нежели с реальным расположением пучка.

Рис. 2.46. Фотография и рисунок левой стороны сердца при тетраде Фалло.
Проводящие ткани правой и левой ножек пучка Гиса (ПНП и ЛНП) расположены

непосредственно на границе дефекта межжелудочковой перегородки (ДМЖП). Наложение шва
прямо на гребень перегородки (вокруг шва образовалась гематома) в данном случае привело к

травматической блокаде сердца.

Во всех изученных на сегодняшний день случаях зеркального расположения
предсердий при врожденных изменениях транспозиции [144—146] отмечено
заднее (нормальное) положение атриовентрикулярного узла и проникающего
пучка. Вероятно, это связано с более правильным выстраиванием
перегородочных структур в таких сердцах. Несмотря на полученные данные, не
следует исключать возможность существования переднерасположенных
соединений в сердце с перекрестным расположением предсердий и желудочков
или даже наличием целой «ленты» проводящей ткани желудочков,
контактирующей и с нормальным, и с переднерасположенным узлами. Такая
«лента» впервые наблюдалась Moncke-berg [147] и впоследствии была
идентифицирована нами [148] и Bharati и соавт. [149].

Рис. 2.47. Топография проводящих тканей при корригированной (врожденно)

транспозиции с обычным расположением предсердий. ДМЖП — дефект межжелудочковой
перегородки.

Одножвлудочковое атриовентрикулярное соединение

В сердце с одножелудочковым атриовентрикулярным соединением
расположение проводящих тканей чаще всего значительно отличается от
нормы. Наиболее типичным примером является наличие в левом желудочке
двух входных отверстий (единственный желудочек с выходным отсеком).
Отличительный признак такого сердца — отсутствие межжелудочковой
перегородки, распространяющейся до «крестовины». По той же причине
нормальный атриовентрикулярный узел неспособен контактировать с
проводящими тканями системы желудочков, и эту функцию берет на себя
переднерасположенный-узел [150, 151]. При варианте с левосторонней
позицией рудиментарного правого желудочка расположение желудочковых
проводящих тканей весьма напоминает таковое при врожденных изменениях
транспозиции с нормально сформированными предсердиями (сравните рис. 2.47
и 2.48). При правостороннем варианте рудиментарного правого желудочка в
сердце с двумя входами в левый желудочек любое хирургическое
вмешательство в доминантный желудочек должно осуществляться через
левосторонний разрез. При таком доступе видно прохождение пучка ниже
дефекта, несмотря на то что он начинается от переднерасположенного узла (рис.
2.49). Если же хирург при любом варианте аномалии с двойным входом в левый
желудочек осуществляет доступ через рудиментарный правый желудочек,
проводящая ткань всегда будет достаточно отдалена. Она будет располагаться
на левой стороне желудочка и под нижним краем дефекта межжелудочковой
перегородки (рис. 2.50). Ключевым признаком аномального расположения
проводящих тканей является наличие или отсутствие перегородки,
распространяющейся к «крестовине» сердца. Если оба входных отверстия ведут
в единственный и анатомически неопределенный желудочек, то такая
перегородка отсутствует. Следовательно, переднее или переднелатеральное
расположение АВ-узла вполне закономерно [152, 153]. В противоположность
этому, в случае правого желудочка с двойным входом и левосторонним
расположением рудиментарного левого желудочка или в случае обширных
дефектов межжелудочковой перегородки последняя или ее рудименты
распространяются к «крестовине» сердца; при таких аномалиях обнаруживается
связь нормального АВ-узла с желудочками [153, 154]. Хирургическое
вмешательство при классической форме атрезии правого атриовентрикулярного
отверстия, вероятнее всего, будет ограничиваться рудиментарным правым
желудочком. Расположение проводящих тканей относительно перегородки
точно такое же, как и в случае двойного входа в левый желудочек <см. рис.
2.50). Во всех таких случаях, когда атриовентрикулярное соединение
осуществляется через доминирующий левый желудочек и необходимо
расширить дефект межжелудочковой перегородки, наиболее безопасно сделать
разрез на границе апикальной трабекулярной части перегородки с левым краем
сердца.

Рис. 2.50. Взаиморасположение проводящих тканей и дефекта межжелудочковой

перегородки при любой форме связи рудиментарного желудочка с левым желудочком.

Врожденная блокада сердца

Lev [155] выделяет два основных варианта полной врожденной блокады сердца;
.один из них наблюдается при врожденных аномалиях развития, второй —в
нормальном сердце.
Врожденная блокада сердца, обусловленная аномалиями развития, чаще всего
встречается при врожденных изменениях транспозиции и атриовентрикулярных
дефектах перегородки, для которых характерно разделение правого и левого
отверстий («ostium primum ASD). Хотя полная блокада может отмечаться уже
при рождении, значительно чаще наблюдается прогрессирующая аритмия,
начинающаяся с блокады первой степени и приводящая к полной блокаде.
Наши гистологические исследования [140] показывают, что такое
прогрессирование может быть связано с усиливающимся фиброзом (склерозом)
атриовентрикулярного пучка, который расположен в очень подвижной (по
сравнению с нормой) части сердца. Высокая степень фиброза проводящих
тканей желудочков может также связываться с их определенной
подверженностью даже самым легким травмам, ведь известно, что блокада
нередко возникает при введении наркоза или в начале торакотомии [156].

Рис. 2.51. Гистологические варианты полной блокады сердца.

Врожденная полная блокада, возникающая в нормальном (в других
отношениях) сердце, также может быть разделена на несколько видов в
зависимости от гистологии области атриовентрикулярного соединения [157,
158]. Описано три ее типа. При первом обнаруживается разрыв связи между
тканями предсердий и недоразвитой узлопучковой осью [157]. Второй тип
характеризуется отсутствием связи между нормально сформированным
атриовентрикулярным узлом и специализированными тканями желудочков
[158] (рис. 2.51). Третий тип, встречающийся наиболее редко, определяется
отсутствием связи между стволом пучка Гиса и его ножками [159].
В недавнем исследовании отмечена четкая корреляция между изолированной
врожденной полной блокадой сердца и присутствием анти-Ro (SS-A)-антител в
сыворотке крови у матери [160]. Наши гистологические исследования [161]
тканей сердца в 7 случаях, когда материнская сыворотка была анти-Ro-
положительной, выявили отсутствие у детей атриовентрикулярного узла. Его
замещала фиброзная и жировая ткань.

Приобретенные болезни проводящей системы

Многие заболевания сердца могут затрагивать нормально расположенные
проводящие ткани. Включить описание всех этих заболеваний в рамки данного
обзора невозможно; следует, однако, помнить, что любое заболевание
эндокарда, миокарда и перикарда может вызвать функциональные и
анатомические нарушения в проводящей системе. Заинтересованный читатель
может ознакомиться с их исчерпывающим описанием, приведенным в книге
Davies и соавт. [162]. Наиболее важные из них—коронарная болезнь и влияние
процессов старения на проводящую систему желудочков.

Заболевание коронарных артерий и нарушение проведения

Общеизвестно, что острый инфаркт миокарда может сопровождаться как
блокадой одной из ножек пучка Гиса, так и полной атриовентрикулярной

диссоциацией. Прогностическая значимость этих симптомов зависит от
локализации первичного очага инфаркта. При развитии блокады ножки пучка
Гиса у больных с переднеперегородочным инфарктом прогноз весьма
неблагоприятен, тогда как возникновение аналогичного нарушения при
задненижней локализации инфаркта не связано с серьезным риском. Вопрос об
анатомическом субстрате аритмий вызывает большие споры [163—168],
отчасти ввиду того, что проводящие ткани более устойчивы к ишемии, чем
рабочий миокард, что затрудняет интерпретацию гистологических данных.
Блокада ножки пучка Гиса в области острого инфаркта миокарда в очень редких
случаях может быть приписана явному некрозу этой ножки [166—168]. Тем не
менее ишемические изменения, такие как отек и воспалительная клеточная
инфильтрация в непосредственной близости от ножек пучка или в самих
проводящих тканях, встречаются у подавляющего большинства больных с ЭКГ-
нарушениями. Развитие блокады ножки пучка Гиса обусловлено скорее
выраженностью инфаркта, нежели действительным некрозом проводящих
волокон. Можно ожидать, что снижение выраженности изменений ЭКГ у
больных должно указывать на благоприятный прогноз. При задненижнем
инфаркте на ранней .стадии обычно обнаруживается атриовентрикулярная
диссоциация, которая почти всегда обратима. Предшествующая патология
аналогична описанной для переднеперегородочного инфаркта [169].
Частота хронических нарушений проведения, являющихся непосредственным
результатом инфаркта миокарда, пока не определена. По общему мнению,
основная причина атриовентрикулярной диссоциации или гемиблокады у
пожилых людей не связана непосредственно с болезнью коронарных артерий.

Влияние процессов старения на проводящие ткани желудочков

Можно сделать общее заключение относительно того, что с возрастом
усиливается фиброз (склероз) проводящих тканей желудочков и уменьшается
количество проводящих волокон на единицу объема. Точный механизм этих
изменений до сих пор не выяснен. Изменения дегенеративного характера могут
затрагивать проникающую и неветвящуюся части пучка, расположенные на
гребне межжелудочковой перегородки. Аномалии в этих структурах, как
полагают, являются необходимым субстратом для так называемой болезни Лева
[170, 171]. Подобные изменения, затрагивающие более дистальные сегменты
ножек пучка Гиса, часто неравномерно распределенные, вероятнее всего,
предшествуют болезни Ленегра [172, 173]. Являются ли эти заболевания
крайними точками спектра патологических процессов в проводящих тканях
желудочков или они представляют собой отдельные нозологические единицы с
собственным патогенезом, пока неясно [ 174]. Прогрессирование
патологических изменений, присущее этим заболеваниям независимо от их
этиологии, может привести к полной блокаде сердца. Эта так называемая
идиопатическая полная блокада сердца наиболее часто служит показанием к
имплантации стимулятора (водителя ритма) в пожилом возрасте [175].

ГЛАВА 3. Нормальная и аномальная электрическая активность сердечных
клеток

Д. К. Гедсби и Э. Л. Вит (D. С. Gadsby and A. L. Wit)

Понятие аритмии включает в себя любые аномалии частоты, регулярности или
места возникновения возбуждения, а также нарушения проведения импульсов,
такие как изменение нормальной последовательности активации предсердий и
желудочков [1]. Таким образом, аритмия является результатом аномального
возникновения возбуждения и (или) проведения [2]. Подобные аномалии могут
быть следствием незначительных изменений в функционировании механизмов,
обусловливающих генерирование нормального трансмембранного потенциала
действия. С другой стороны, они могут быть вызваны и более существенными
изменениями, приводящими к появлению электрической активности с
характеристиками, совершенно отличными от нормы.
Как обсуждается далее, нарушения сердечного ритма и изменения проведения
могут быть обусловлены множеством различных патологий. Однако в конечном
счете любая аритмия и аномалии проведения являются следствием критических
изменений электрической активности миокардиальных клеток. В этой главе мы
рассмотрим механизмы, лежащие в основе нормальной активности сердечных
клеток, а затем покажем, каким образом заболевание может изменить эту
активность вплоть до возникновения аритмии. Лечение специфических типов
нарушения ритма, например наджелудочковой тахикардии, фибрилляции
желудочков и ишемической аритмии, детально обсуждается в других главах
книги.

Потенциал покоя и потенциал действия в нормальных предсердных и

желудочковых клетках и в волокнах Пуркинье

Нормальное регулярное сокращение сердца сопровождается циклическими
изменениями мембранного потенциала миокардиальных клеток. Применение
внутриклеточных микроэлектродов позволяет прямо определить изменения
мембранного потенциала; как было показано, при распространении
возбуждения по сердцу они варьируют по амплитуде и развитию во времени [3].
Микроэлектродная техника включает введение тонкого стеклянного капилляра
в клетку, что позволяет в течение длительного времени непосредственно
регистрировать мембранный потенциал, т. е. разность потенциалов между
внутриклеточной средой и внеклеточной жидкостью. С помощью
микроманипулятора микроэлектрод продвигается до тех пор, пока его кончик
(обычно менее 1 мкм в диаметре) не пройдет через клеточную мембрану. В тот
момент, когда кончик микроэлектрода проходит с внешней поверхности клетки
внутрь, внезапно регистрируется отрицательная разность потенциалов с учетом
отношения к нейтральному электроду, помещенному во внеклеточную
жидкость (рис. 3.1). Микроэлектродные исследования обычно проводятся на
изолированных пучках миокардиальных волокон, помещенных в камеру и
перфузируемых теплым оксигенированным раствором. Потенциалы действия в
таких препаратах могут быть вызваны посредством пропускания коротких
импульсов тока через электроды, находящиеся на поверхности волокна (см. рис.

3.1). Однако в отсутствие вызванных потенциалов действия внутренняя часть
большинства миокардиальных клеток (за исключением клеток синусового и
атриовентрикулярного узлов, которые будут отдельно обсуждаться ниже)
остается отрицательно заряженной (80— 90 мВ) по отношению к
внеклеточному пространству [3]. Этот трансмембранный потенциал,
наблюдаемый при отсутствии электрического возбуждения, называется
потенциалом покоя.

Рис. 3.1. Потенциал покоя и потенциал действия в сердечных клетках. Вверху —

схематическое изображение клетки (кружок) и двух микроэлектродов. Фрагмент А — оба

микроэлектрода находятся во внеклеточном пространстве и разности потенциалов между ними
нет; Б — кончик одного микроэлектрода введен в клетку, что позволяет регистрировать разность

потенциалов между внутренним пространством клетки и внеклеточной средой; в данном случае
это потенциал покоя, равный —90 мВ; В — фаза быстрой деполяризации потенциала действия,

возникающая при возбуждении клетки', на пике потенциала действия клетка становится на + 30
мВ более положительной по отношению к внешней среде; Г — конечная фаза реполяризации, во

время которой мембранный потенциал возвращается к уровню покоя (фрагмент Д) [20].

Как и во многих других возбудимых клетках [4], потенциал покоя сердечных
клеток определяется главным образом градиентом концентрации ионов калия
относительно клеточной мембраны, тогда как быстрое изменение потенциала во
время начала возбуждения зависит от градиента концентрации ионов натрия [5,
6]. Градиенты концентрации имеют противоположную направленность.
Внутриклеточная концентрация ионов калия, [К

] в примерно в 30 раз выше

внеклеточной, [К

]

. Например, в волокнах Пуркинье [К

]

и [К

]

обычно

составляют 140—150 мМ и 4—5 мМ соответственно [7]. Внутриклеточная
концентрация ионов натрия, [Na

]

, напротив, значительно ниже внеклеточной,

[Na

]

; в волокнах Пуркинье [Na

]

и [Na

]

равны 10 мМ и 150 мМ

соответственно [8]. Во время существования каждого потенциала действия
небольшое количество ионов натрия входит в клетку, а некоторое количество
ионов калия выходит из нее. Как мы увидим далее, нормальная электрическая
активность клеток зависит от существования столь высоких градиентов для Na

и К

, а длительное поддержание таких градиентов — от механизма активного

ионного транспорта, называемого натриевым насосом. Этот механизм хорошо
изучен; известно, что насос является Мg

-АТФазой (аденозинтрифосфатазой),

находящейся в клеточной мембране, и что он использует энергию АТФ
(аденозинтрифосфата) для перемещения ионов натрия за пределы клетки, а
ионов калия — внутрь клетки. Такое движение ионов, безусловно, сопряжено с
дополнительным расходом энергии, поскольку оно естественно затруднено как
для калия, так и для натрия (т. е. против соответствующих градиентов их
электрохимического потенциала). Однако потоки ионов, перемещающиеся (под
действием насоса) в двух направлениях, по-видимому, не равновелики: на
каждый перемещенный внутрь клетки ион калия приходится более одного иона
натрия, выведенного за ее пределы [9]. Таким образом, натриевый насос
обеспечивает четкое движение положительного заряда наружу или, иначе
говоря, определенную направленность генерируемого тока через клеточную
мембрану. Возникающий ток обычно очень мал, но при определенных условиях
он может внести существенный вклад в изменение мембранного потенциала,
что описано ниже.

Потенциал покоя

Рис. 3.2. Распределение ионов, способствующее потенциалу покоя.
Показаны типичные концентрации ионов внутри и вне клетки. В покое клеточная

мембрана хорошо проницаема для ионов К

, но слабо проницаема для ионов Na

и непроницаема

для крупных анионов (А

–

). Проницаемость для Сl

–

также относительно низкая, и распределение

ионов Сl

–

скорее всего определяется средней величиной мембранного потенциала.

Как уже упоминалось, величина потенциала покоя определяется главным
образом градиентом концентрации ионов калия. Это связано с тем, что в покое
клеточная мембрана относительно проницаема для ионов калия, но
сравнительно непроницаема для других ионов, таких как натрий, кальций или
хлор. Ввиду существования градиента концентрации ионы калия стремятся
диффундировать из клетки через мембрану. Электронейтральность не может
поддерживаться за счёт движения клеточных анионов наружу, так как эти
анионы в основном являются большими поливалентными ионами (часто

связанными с клеточными белками), для которых клеточная мембрана
непроницаема [10]. Поэтому направленное кнаружи движение положительно
заряженных ионов калия приводит к возникновению отрицательного заряда
внутри клетки (рис. 3.2). Если бы клеточная мембрана была проницаемой
только для ионов калия, то последние продолжали бы диффундировать из
клетки до тех пор, пока внутри нее не накопился бы достаточный
отрицательный заряд и электростатическое притяжение не стало бы
препятствовать дальнейшему четкому движению калия кнаружи. В этом случае
направленная внутрь сила электрического поля будет точно равной
противоположно направленной (кнаружи) силе, связанной с градиентом
концентрации, и ионы калия перестанут четко перемещаться кнаружи:
алгебраическая сумма этих двух сил, называемая градиентом
электрохимического потенциала, будет равной нулю. Внутриклеточный
потенциал, при котором суммарный пассивный поток ионов калия равен нулю,
называется потенциалом равновесия ионов калия (Е

); его величина

определяется из уравнения Нернста [3—5]:

где R — газовая постоянная, Т — абсолютная температура, F — константа
Фарадея, [К

]

и [ К

]

— внеклеточная и внутриклеточная концентрации

соответственно (точнее .говоря, вместо отношения концентраций используется
отношение ионной активности, но эти два отношения практически одинаковы,
если коэффициенты внутренней и внешней активности ионов калия близки по
значению). Например, величина Е

для волокна Пуркинье при 36 °С, когда [K

]

равна 4 мМ, а [К

]

— 150 мМ, составляет

= RT/F • ln(4/150) = —96,6 мВ.

Из уравнения Нернста видно, что Е

изменится на 61,4 мВ при 10-кратном

изменении либо [К

]

, либо [К

]

,. Если бы клеточная мембрана была

проницаемой исключительно для К

, клетка вела бы себя точно так же, как

калиевый электрод, и ее внутриклеточный потенциал менялся бы с изменением
[К

]

и [К

]

в точном соответствии с уравнением Нернста. Действительно,

мембранный потенциал волокон Пуркинье в покое, а также миокардиальных
волокон предсердий и желудочков логически хорошо аппроксимируется
уравнением Нернста, когда [К

]

выше 10 мМ. Однако при более низких

величинах [К

]

потенциал покоя этих клеток менее отрицательный, чем

калиевый потенциал равновесия, и данное расхождение увеличивается по мере
уменьшения [К

]

[5, 11]. Например, потенциал покоя волокон Пуркинье в

растворе, содержащем 4 мМ К

, на несколько милливольт менее отрицательный,

чем Ек, оцененный выше. Это объясняется тем, что клеточная мембрана не
является проницаемой исключительно для K

, как предполагалось выше; через

нее проникают также (хотя и значительно хуже) ионы Na

. Поскольку и

электрический градиент, и градиент концентрации благоприятствуют движению
Na

' внутрь, через клеточную мембрану протекает небольшой входящий

деполяризующий поток ионов. Деполяризация, вызываемая этим потоком Na

пренебрежимо мала при высокой [К

]

и, следовательно, высокой проводимости

мембраны для калия, но она становится значительной при низкой [К

]

, так как в

этих условиях протекающие через мембрану потоки К

также существенно

уменьшаются.
Деполяризующее влияние Na

удобнее всего обозначать терминами уравнения

«постоянного поля» Гольдмана [12] или Ходжкина и Катца [13] для потенциала
покоя (V

) клетки, проницаемой как для К

, так и для Na

где

— отношение коэффициентов проницаемости клеточной мембраны

для натрия и для калия. Данное уравнение, как было показано, позволяет
достаточно точно рассчитать потенциалы покоя в волокнах скелетных мышц и в
волокнах Пуркинье (миокард) в более широком диапазоне величин [К

]

, чем

при расчетах по формуле Нернста, если

постоянно и составляет

приблизительно 1/100. Так как [К

]

в норме значительно больше, чем [Na

]

, в

данном отношении коэффициентов проницаемости второй член в знаменателе
достаточно мал и им можно пренебречь, что позвояет переписать уравнение
следующим образом:

или, если принять [Na

]

равным 150 мМ, то

Из этого уравнения сразу видно, что потенциал покоя (V

) близок к калиевому

потенциалу равновесия (Е

) только при [К

]

значительно большем, чем 1,5 мМ;

при низких значениях [К

]

второй член в числителе начинает играть важную

роль. Например, при [К+]

, равном 1,5 мМ, V

будет менее отрицательным, чем

, на 61,4•log (3/1,5) = 61,4•log 2, или приблизительно на 18 мВ. Заметьте, что

до сих пор обсуждение велось только в терминах относительной проницаемости
мембраны для ионов натрия и калия без рассмотрения абсолютных величин
коэффициентов проницаемости. Как следует из уравнения Гольдмана, а также
Ходжкина и Катца, потенциал покоя чувствителен к отношение проницаемости
ионов, а не к самим величинам проницаемости. Например, даже если
проницаемость для ионов Na

была бы очень значительной, потенциал покоя

определялся бы главным образом градиентом концентрации ионов К

до тех

пор, пока проницаемость мембраны для К

оставалась бы гораздо выше, чем для

. Каналы мембраны, через которые движутся ионы К

, создавая калиевые

потоки, определяющие мембранный потенциал покоя, известны как
направленные кнутри К-каналы. Объем калиевых потоков, проходящих по этим
каналам, находится в четкой зависимости от величины и направления
электрохимической движущей силы для K

, равной (V

—Е

), т. е. разности

мембранного потенциала (V

) и калиевого потенциала равновесия (Е

). Эти

каналы называют «каналами, направленными внутрь», так как они позволяют
прохождение направленных внутрь больших потоков К

при высоких и

отрицательных значениях V

— Е

, но обеспечивают лишь очень небольшие

потоки K

, направленные кнаружи, когда движущая сила велика и

положительна [10, 11, 36].
Изменения уровня потенциала покоя являются основной причиной аритмии и
нарушений проведения, и мы уже могли видеть, как подобные изменения
возникают при тех или иных патологических состояниях. Например,
заболевание сердца может привести к изменениям внутриклеточной и (или)
внеклеточной концентрации ионов К

, что в свою очередь вызовет изменение

мембранного потенциала покоя. В других случаях характеристики клеточной
мембраны могут изменяться таким образом, что относительная проницаемость
мембраны для Na

или других ионов (таких как Са

, возрастет, в результате

чего потенциал покоя также изменится. Ниже мы подробнее обсудим эти
возможные варианты.

Фазы деполяризации потенциала действия

Электрический импульс, распространяющийся по сердцу и запускающий
каждый цикл сокращений, называется потенциалом действия; он представляет
собой волну кратковременной деполяризации, во время которой
внутриклеточный потенциал поочередно в каждой клетке становится на
короткое время положительным, а затем возвращается к своему исходному
отрицательному уровню. Изменения нормального сердечного потенциала
действия имеют характерное развитие во времени, которое для удобства
подразделено на следующие фазы [3]: фаза 0 — начальная быстрая
деполяризация мембраны; фаза 1 — быстрая, но неполная реполяризация; фаза
2 — «плато», или продолжительная деполяризация, характерная для потенциала
действия сердечных клеток; фаза 3 — конечная быстрая реполяризация; фаза 4
— период диастолы.
При потенциале действия внутриклеточный потенциал становится
положительным, так как возбужденная мембрана временно приобретает
большую проницаемость для Na

(по сравнению с К

), поэтому мембранный

потенциал на какое-то время приближается по величине к потенциалу
равновесия ионов натрия (E

)- Е

Nа

можно определить, используя отношение

Нернста; при внеклеточной и внутриклеточной концентрации Na

150 и 10 мМ

соответственно он составит:

Однако повышенная проницаемость для Na

сохраняется лишь

непродолжительное время, так что мембранный потенциал не достигает E

после окончания потенциала действия возвращается к уровню покоя.
Указанные выше изменения проницаемости, вызывающие развитие фазы
деполяризации потенциала действия, возникают вследствие открытия и
закрытия особых мембранных каналов, или пор, через которые легко проходят
ионы натрия. Как полагают, работа «ворот» регулирует открытие и закрытие
отдельных каналов, которые могут существовать по меньшей мере в трех

конформациях — «открытой», «закрытой» и «инактивированной». Одни ворота,
соответствующие активационной переменной «m» в описании Ходжкина —
Хаксли [13] ионных потоков натрия в мембране гигантского аксона кальмара,
быстро перемещаются, открывая канал, когда мембрана внезапно
деполяризуется под действием стимула. Другие ворота, соответствующие
инактивационной переменной «h» в описании Ходжкина — Хаксли, при
деполяризации движутся медленнее, и их функция заключается в закрытии
канала (рис. 3.3). Как установившееся распределение ворот в пределах системы
каналов, так и скорость их перехода из одного положения в другое зависят от
уровня мембранного потенциала. Поэтому для описания мембранной
проводимости Na

используются термины «зависимый от времени» и

«потенциалозависимый».
Если мембрану в покое внезапно деполяризовать до уровня положительного
потенциала (например, в эксперименте по фиксации потенциала), то
активационные ворота быстро изменят свое положение, чтобы открыть
натриевые каналы, а затем инактивационные ворота медленно их закроют (рис.
3.3). Слово «медленно» означает здесь, что на инактивацию уходит несколько
миллисекунд, тогда как активация происходит в доли миллисекунды. Ворота
остаются в указанных положениях до тех пор, пока мембранный потенциал
снова не изменится, и для того чтобы все ворота вернулись к исходному
состоянию покоя, мембрана должна быть полностью реполяризована до уровня
высокого отрицательного потенциала. Если мембрана реполяризуется лишь до
невысокого уровня отрицательного потенциала, то некоторые инактивационные
ворота останутся закрытыми и максимальное число доступных натриевых
каналов, способных открыться при последующей деполяризации, сократится
[14]. (Электрическая активность сердечных клеток, в которых натриевые
каналы полностью инактивированы, будет обсуждаться ниже.) Полная
реполяризация мембраны в конце нормального потенциала действия
обеспечивает возврат всех ворот к исходному состоянию и, следовательно, их
готовность к следующему потенциалу действия.

Рис. 3.3. Схематическое изображение мембранных каналов для входящих потоков ионов

при потенциале покоя, а также при активации и инактивации.

Слева показана последовательность состояний канала при нормальном потенциале

покоя —90 мВ. В покое инактивационные ворота как Na

-канала (h), так и медленного Ca

/Na

канала (f) открыты. Во время активации при возбуждении клетки т-ворота Na

-канала

открываются и входящий поток ионов Na

деполяризует клетку, что приводит к нарастанию

потенциала действия (график внизу). Затем h-ворота закрываются, инактивируя таким образом

Аритмии сердца. Механизмы, диагностика, лечение - часть 4