Аритмии сердца. Механизмы, диагностика, лечение

проводимость Na

. При нарастании потенциала действия мембранный потенциал превышает

более положительный порог потенциала медленных каналов; их активационные ворота (d) при
этом открываются и ионы Ca

и Na

поступают в клетку, вызывая развитие фазы плато

потенциала действия. Ворота f, инактивирующие Ca

/Na

-каналы, закрываются гораздо

медленнее, чем ворота h, которые инактивируют Na-каналы. На центральном фрагменте

показано поведение канала при снижении потенциала покоя до менее чем —60 мВ. Большинство
инактивационных ворот Na-канала остается закрытым до тех пор, пока мембрана

деполяризована; возникающий при стимуляции клетки входящий поток Na

слишком мал, чтобы

вызвать развитие потенциала действия. Однако инактивационные ворота (f) медленных каналов

при этом не закрываются и, как показано на фрагменте справа, при достаточном возбуждении
клетки, позволяющем открыть медленные каналы и пропустить медленно входящие потоки

ионов, возможно ответное медленное развитие потенциала действия.

Рис. 3.4. Пороговый потенциал при возбуждении сердечной клетки.
Слева — потенциал действия, возникающий на уровне потенциала покоя, составляющем

—90 мВ; это происходит при возбуждении клетки поступающим импульсом или каким-либо

подпороговым стимулом, быстро понижающим мембранный потенциал до значений, лежащих
ниже порогового уровня в — 65 мВ. Справа — эффекты двух подпороговых и порогового

стимулов. Подпороговые стимулы (а и б) не дают снижения мембранного потенциала до
порогового уровня; следовательно, потенциал действия не возникает. Пороговый стимул (в)

снижает мембранный потенциал точно до порогового уровня, на котором затем возникает
потенциал действия [3].

Быстрая деполяризация в начале потенциала действия вызывается мощным
входящим потоком ионов натрия, поступающих внутрь клетки (соответственно
градиенту их электрохимического потенциала) через открытые натриевые
каналы [6, 15]. Однако прежде всего натриевые каналы должны быть
эффективно открыты, для чего требуется быстрая деполяризация достаточно
большой площади мембраны до необходимого уровня, называемого пороговым
потенциалом (рис. 3.4). В эксперименте этого можно достичь, пропуская через
мембрану ток из внешнего источника и используя внеклеточный или
внутриклеточный стимулирующий электрод. В естественных условиях той же
цели служат локальные токи, протекающие через мембрану непосредственно
перед распространяющимся потенциалом действия. При пороговом потенциале
достаточное количество натриевых каналов оказывается открытым, что
обеспечивает необходимую амплитуду входящего натриевого тока и,
следовательно, дальнейшую деполяризацию мембраны; в свою очередь
деполяризация вызывает открытие большего числа каналов, приводя к
увеличению входящего потока ионов, так что процесс деполяризации
становится регенеративным. Скорость регенеративной деполяризации (или
нарастания потенциала действия) зависит от силы входящего натриевого тока,
которая в свою очередь определяется такими факторами, как величина

градиента электрохимического потенциала Na

и количество доступных (или

неинактивированных) натриевых каналов. В волокнах Пуркинье максимальная
скорость деполяризации при развитии потенциала действия, обозначаемая как
dV/dt

max

или V

max

, достигает примерно 500 В/с, и если бы такая скорость

поддерживалась в течение всей фазы деполяризации от —90 мВ до +30 мВ, то
изменение потенциала на 120 мВ заняло бы около 0,25 мс. Максимальная
скорость деполяризации волокон рабочего миокарда желудочков составляет
примерно 200 В/с, а мышечных волокон предсердий—от 100 до 200 В/с [3].
(Фаза деполяризации потенциала действия в клетках синусового и
атриовентрикулярного узлов существенно отличается от только что описанной
и будет обсуждаться отдельно; см. ниже.)
Потенциалы действия с такой высокой скоростью нарастания (их часто
называют «быстрыми ответами») быстро распространяются по сердцу.
Скорость распространения потенциала действия (как и V

max

) в клетках с

одинаковой пропускной способностью мембраны и характеристиками осевого
сопротивления определяется главным образом амплитудой направленного
внутрь тока, протекающего во время фазы нарастания потенциала действия. Это
связано с тем, что локальные токи, проходящие через клетки непосредственно
перед потенциалом действия, имеют большую величину при более быстром
нарастании потенциала, поэтому мембранный потенциал в этих клетках раньше
достигает порогового уровня, чем в случае токов меньшей величины (см. рис.
3.4). Конечно, эти локальные токи протекают через клеточную мембрану и
сразу после прохождения распространяющегося потенциала действия, но они
уже неспособны возбудить мембрану ввиду ее рефрактерности.

Рис. 3.5. Нормальный потенциал действия и реакции, вызванные стимулами на разных

стадиях реполяризации.

Амплитуда и возрастание скорости ответов, вызванных во время реполяризации, зависят

от уровня мембранного потенциала, на котором они возникают. Самые ранние ответы (а и б)
возникают на столь низком уровне, что оказываются слишком слабыми и неспособными к

распространению (градуальные или местные ответы). Ответ «в» представляет собой наиболее
ранний из распространяющихся потенциалов действия, но его распространение происходит

медленно ввиду незначительного возрастания скорости, а также низкой амплитуды. Ответ «г»
появляется точно перед полной реполяризацией, скорость его усиления и амплитуда выше, чем

при ответе «в», так как он возникает при более высоком мембранном потенциале; однако
скорость его распространения становится ниже нормальной. Ответ «д» отмечается после полной

реполяризации, поэтому его амплитуда и скорость деполяризации имеют нормальные значения;
следовательно, он быстро распространяется. ПП — потенциал покоя.

Продолжительный рефрактерный период после возбуждения сердечных клеток
обусловлен большой длительностью потенциала действия и вольтажной
зависимостью механизма ворот натриевых каналов. За фазой нарастания
потенциала действия следует период продолжительностью от сотни до
нескольких сотен миллисекунд, в течение которого регенеративный ответ на
повторный стимул отсутствует (рис. 3.5). Это так называемый абсолютный, или
эффективный, рефрактерный период; обычно он охватывает плато (фаза 2)
потенциала действия. Как описано выше, натриевые каналы инактивируются и
остаются закрытыми во время такой поддерживающейся деполяризации. В ходе
реполяризации потенциала действия (фаза 3) инактивация постепенно
устраняется, так что доля каналов, способных снова активироваться, постоянно
возрастает. Следовательно, с помощью стимула в начале реполяризации можно
вызвать лишь небольшой входящий поток ионов натрия, однако по мере
продолжения реполяризации потенциала действия такие потоки будут
увеличиваться. Если некоторые из натриевых каналов остаются
невозбудимыми, то вызванный входящий поток Na

может привести к

регенеративной деполяризации и, следовательно, к возникновению потенциала
действия. Однако скорость деполяризации, а значит, и скорость
распространения потенциалов действия значительно снижены (см. рис. 3.5) и
нормализуются только после полной реполяризации [17, 18]. Время, в течение
которого повторный стимул способен вызвать такие «градуальные» потенциалы
действия, называется относительным рефрактерным периодом. Вольтажная
зависимость устранения инактивации изучалась Weidmann, установившим, что
скорость повышения потенциала действия и возможный уровень, при котором
этот потенциал вызывается, находятся в S-образной зависимости, известной
также как кривая реактивности мембраны.
Низкая скорость нарастания потенциалов действия, вызванных в течение
относительного рефрактерного периода, обусловливает их медленное
распространение; такие потенциалы действия могут послужить причиной
некоторых нарушений проведения, например задержки, затухания и
блокирования, и даже способны вызвать циркуляцию возбуждения. Данные
явления обсуждаются ниже в этой главе.
В нормальных сердечных клетках за входящим натриевым током,
ответственным за быстрое нарастание потенциала действия, следует второй
входящий ток, меньшей величины и более медленный, чем натриевый ток,
который, по-видимому, переносится в основном ионами кальция [19, 20]. Этот
ток обычно относят к «медленному входящему току» (хотя он является таковым
только в сравнении с быстрым натриевым током; другие важные изменения,
например наблюдаемые во время реполяризации, вероятно, замедляются); он
протекает через каналы, которые в соответствии с характеристиками их
проводимости, зависящей от времени и вольтажа, были названы «медленными
каналами» (см. рис. 3.3) [21]. Порог активации этой проводимости (т. е. когда
начинают открываться активационные ворота — d) лежит между —30 и —40
мВ (сравните: от —60 до —70 мВ для натриевой проводимости) [20].
Регенеративная деполяризация, обусловленная быстрым натриевым током,
обычно активирует проводимость медленного входящего тока, поэтому в более
поздний период нарастания потенциала действия ток течет по каналам обоих
типов. Однако ток Са

гораздо меньше максимального быстрого тока Na

поэтому его вклад в потенциал действия весьма невелик до тех пор, пока
быстрый ток Na

не станет достаточно инактивированным (т. е. после

начального быстрого нарастания потенциала). Поскольку медленный входящий
ток может инактивироваться лишь очень медленно, он вносит свой вклад в
основном в фазу плато потенциала действия. Так, уровень плато смещается в
сторону деполяризации, когда градиент электрохимического потенциала для
Са

увеличивается при повышении концентрации [Са

]

; снижение [Са

]

вызывает смещение уровня плато в противоположную сторону [22, 23]. Однако
в некоторых случаях может отмечаться вклад кальциевого тока в фазу
нарастания потенциала действия. Например, на кривой нарастания потенциала
действия в миокардиальных волокнах желудочка лягушки иногда наблюдается
изгиб около 0 мВ, в точке, где первоначальная быстрая деполяризация уступает
место более медленной деполяризации, которая продолжается до пика овершута
потенциала действия. Как было показано, скорость более медленной
деполяризации и величина овершута возрастают с повышением [Са

]

[23, 24].

Кроме различной зависимости от мембранного потенциала и времени, эти два
типа проводимости различаются и по своим фармакологическим
характеристикам. Так, ток через быстрые каналы для Na

снижается под

действием тетродотоксина (ТТХ) [25], тогда как медленный ток Са

не

поддается влиянию ТТХ [20], но усиливается под действием катехоламинов [26]
и угнетается ионами марганца [27], а также некоторыми препаратами, такими
как верапамил и D-600 [28]. Представляется весьма вероятным (по крайней мере
в сердце лягушки), что большая часть кальция, необходимого для активации
белков, способствующих каждому сокращению сердца, попадает в клетку во
время потенциала действия через медленный канал для входящего тока. У
млекопитающих доступным дополнительным источником Са

для сердечных

клеток служат его запасы в саркоплазматическом ретикулуме.

Фазы реполяризации потенциала действия

Потенциалы действия, зарегистрированные в волокнах Пуркинье и в некоторых
волокнах миокарда желудочков, имеют короткую, быструю фазу реполяризации
(фаза 1), следующая непосредственно за фазой нарастания (см. рис. 3.1). Во
время этой фазы мембранный потенциал временно возвращается почти к
нулевому уровню, от которого начинается фаза плато потенциала действия,
поэтому между этими двумя фазами на кривой иногда наблюдается четкий
изгиб. Как было показано (в волокнах Пуркинье), быстрая реполяризация
обусловлена транзиторным всплеском выходящего тока [30]. Во время
нарастания потенциала действия этот выходящий ток активируется при
деполяризации до уровня положительного потенциала, после чего он
инактивируется как вследствие зависимого от времени процесса, так и в
результате реполяризации. Хотя раньше считалось, что этот выходящий ток
переносится преимущественно ионами хлора, в настоящее время более
вероятным представляется его перенос главным образом ионами калия и лишь
отчасти — ионами хлора [29].
Во время фазы плато потенциала действия, которая может длиться сотни
миллисекунд, скорость реполяризации мембраны значительно ниже, так как
суммарная величина выходящего мембранного тока невелика; входящие токи,
сохраняющиеся в результате неполной инактивации натриевых и кальциевых
каналов, приблизительно сбалансированы направленными наружу
мембранными токами [30, 31]. По крайней мере один из них, вероятнее всего,

является калиевым током, проходящим через ворота каналов, проводимость
которых зависит от времени и потенциала. Активация их проводимости (только
медленная) отмечается на уровне плато мембранного потенциала. Небольшой
вклад в выходящий (реполяризующий) мембранный ток при этом уровне
потенциала вносит и направленное внутрь движение ионов хлора, а также
активность Na—К-насоса, генерирующего суммарный выходящий ток Na

[39].

По мере того как суммарный трансмембранный ток на уровне потенциала плато
(т. е. алгебраическая сумма всех компонентов входящего и выходящего токов)
становится более выходящим, мембранный потенциал все быстрее смещается в
отрицательном направлении и начинается конечная быстрая фаза
реполяризации потенциала действия. Эта конечная реполяризация, как и
начальная фаза быстрой деполяризации, является регенеративной, но в отличие
от фазы нарастания она, вероятно, включает изменения проводимости,
зависящие главным образом от потенциала, а не от времени, и, следовательно,
отражает время, затрачиваемое выходящим ионным током на обеспечение
необходимой проводимости мембраны [34].

Спонтанная диастолическая деполяризация и автоматизм

Мембранный потенциал нормальных клеток рабочего миокарда предсердий и
желудочков остается постоянным на уровне потенциала покоя в течение всей
диастолы (см. рис. 3.1): если эти клетки не возбуждаются распространяющимся
импульсом, то потенциал покоя в них поддерживается сколь угодно долго. В
сердечных волокнах другого типа, например в специализированных волокнах
предсердий или в волокнах Пуркинье проводящей системы желудочков,
мембранный потенциал во время диастолы непостоянен и постепенно
изменяется в сторону деполяризации. Если такое волокно не будет возбуждено
распространяющимся импульсом раньше, чем мембранный потенциал
достигнет порогового уровня, то в нем может возникнуть спонтанный
потенциал действия (рис. 3.6). Изменение мембранного потенциала во время
диастолы называется спонтанной диастолической деполяризацией, или фазой 4
деполяризации. Обусловливая возникновение потенциалов действия, этот
механизм служит основой автоматизма. Автоматизм является нормальным
свойством клеток синусового узла, мышечных волокон митрального и
трикуспидального клапанов, некоторых участков предсердий, дистальной части
АВ-узла, а также тканей системы Гиса — Пуркинье. В здоровом сердце частота
возникновения импульсов вследствие автоматизма клеток синусового узла
достаточно высока, что позволяет распространяющимся импульсам возбуждать
другие потенциально автоматические клетки, прежде чем они спонтанно
деполяризуются до порогового уровня. При этом потенциальная автоматическая
активность других клеток обычно подавляется, хотя при целом ряде
физиологических и патологических состояний она может проявляться
(обсуждается ниже).

Рис. 3.6. Спонтанная диастолическая деполяризация и автоматизм волокон Пуркинье у

собаки.

А — спонтанное возбуждение волокна Пуркинье при максимальном диастолическом

потенциале   —85   мВ.   Диастолическая   деполяризация   является   следствием   уменьшения   во
времени   тока  ins,   или   пейсмекерного   тока   (см.   в   тексте).   Б   —   автоматическая   активность,
возникающая   при   снижении   мембранного   потенциала;

егистрация в волокне Пуркинье,

перфузируемом безнатриевым раствором, но аналогичная активность наблюдается и в
нормальном, содержащем ионы ^Vв

растворе Тироде. Фрагмент Б1: при деполяризации волокна

(стрелка) от уровня потенциала покоя —60 до —45 мВ путем пропускания длительного импульса
тока через микроэлектрод возникают три спонтанных потенциала действия. Фрагмент Б2: при

большей амплитуде импульса мембранный потенциал снижается до —40 мВ, обусловливая
поддерживающуюся ритмическую активность. Фрагмент Б3: усилившийся импульс тока снижает

мембранный потенциал до —30 мВ, вследствие чего поддерживающаяся ритмическая активность
возникает с большей частотой. Такая ритмическая активность, возникающая при менее

негативных, чем —60 мВ, потенциалах, зависит, вероятно, от другого пейсмекерного тока,
нежели активность, показания на фрагменте А.

Спонтанная диастолическая деполяризация является следствием постепенного
изменения баланса между входящими и выходящими мембранными токами в
пользу суммарного входящего (деполяризующего) тока. При исследовании
пейсмекерного тока методом фиксации потенциала в волокнах Пуркинье [34—
37] и клетках узла [38] была показана зависимость характеристик воротной
системы как от потенциала, так и от времени. На основании данных
первоначальных исследований уровня потенциала, при котором пейсмекерный
ток реверсивно меняет свое направление, предполагалось, что выходящий
пейсмекерный ток, переносимый ионами K

, постепенно отклоняется, позволяя

тем самым направленному внутрь фоновому току деполяризовать клеточную
мембрану [34—36]. Однако, согласно интерпретации результатов более поздних
экспериментов, нормальным пейсмекерным током является входящий ток,
переносимый преимущественно ионами Na

, который с течением времени

возрастает, вызывая таким образом постепенную диастолическую
деполяризацию [37, 38]. Когда деполяризация достигает уровня порогового
потенциала, возникает импульс, после чего пейсмекерная проводимость при
деполяризации мембраны инактивируется и сможет реактивироваться лишь
после реполяризации потенциала действия. Ясно, что частота спонтанных
возбуждений определяется временем, за которое диастолическая деполяризация
изменяет мембранный потенциал до порогового уровня; следовательно,
изменения порогового потенциала или скорости диастолической

деполяризации, возникающие, например, в волокнах Пуркинье под действием
адреналина, могут повлиять на частоту автоматической активности.

Задержанная постдеполяризация и триггерная поддерживающаяся ритмическая
активность

Наряду с автоматизмом существует и другой механизм, способный обеспечить
ритмическую генерацию импульсов в нормальных сердечных клетках.
Механизм инициации возбуждения зависит от задержанной постдеполяризации,
поэтому ритмически возникающие с его помощью спонтанные импульсы
называют триггерными потенциалами действия [20, 39]. Как отмечалось выше,
автоматическая активность характеризуется спонтанной генерацией каждого
импульса. Следовательно, если автоматическая клетка не возбуждается
распространяющимся импульсом, она не остается в покое, а подвергается
спонтанной диастолической деполяризации до тех пор, пока не возникнет
потенциал действия. Это согласуется с использованием прилагательного
«автоматический», смысл которого можно расшифровать как «обладающий
способностью к самостоятельному движению». И наоборот, если обладающее
триггерной активностью волокно не возбуждается распространяющимся
импульсом, то оно остается молчащим. Поскольку триггерный импульс — это
импульс, возникающий после (и в результате) другого импульса, триггерная
активность не может иметь место до тех пор, пока волокно не будет возбуждено
по крайней мере одним распространяющимся импульсом. Триггерная
активность является одной из форм ритмической активности, при которой
каждый импульс возникает в результате предшествующего импульса, за
исключением, разумеется, первого (побуждающего) потенциала действия,
который должен быть вызван стимулом.

Рис. 3.7. Постдеполяризация и триггерная активность в предсердном волокне

коронарного синуса у собаки.

Фрагмент А: однократная стимуляция волокна вызывает развитие одного потенциала

действия, за которым следует постгиперполяризация (жирная стрелка), а затем—задержанная

постдеполяризация (светлая стрелка). Фрагмент Б: запись с другой клетки; первый потенциал
действия (слева) вызывается внешним стимулом, но следующая за ним задержанная

постдеполяризация (черная стрелка) достигает порогового потенциала и вызывает первый
спонтанный потенциал действия, за которым следуют другие спонтанные потенциалы действия;

спонтанные импульсы являются триггерными импульсами, поэтому они представляют так
называемую триггерную активность.

Триггерные импульсы обусловлены задержанной постдеполяризацией,
амплитуда которой достаточно велика для доведения мембранного потенциала
до порогового уровня. Задержанная постдеполяризация — это транзиторная
деполяризация, наблюдающаяся после окончания потенциала действия, но
возникающая благодаря именно этому потенциалу. В норме задержанная

постдеполяризация была зарегистрирована в предсердных клетках митрального
клапана [40], в клетках коронарного синуса [41] ив предсердных волокнах
гребенчатых мышц [42]. Как показывает рис. 3.7, задержанной
постдеполяризации часто предшествует постгиперполяризация: следующий за
потенциалом действия мембранный потенциал на короткое время становится
более отрицательным, чем непосредственно перед началом потенциала
действия. При затухании этой постгиперполяризации мембранный потенциал
временно становится более положительным, чем непосредственно перед
началом потенциала действия. Кратковременность изменений такой
постдеполяризации четко отличает ее от нормальной спонтанной
диастолической (пейсмекерной) деполяризации, при которой мембранный
потенциал монотонно изменяется до тех пор, пока не возникнет следующий
потенциал действия.
Задержанная постдеполяризация обычно бывает подпороговой, но в
определенных условиях она может превысить пороговый потенциал; если это
происходит, вследствие постдеполяризации возникает спонтанный потенциал
действия. В упомянутых выше предсердных волокнах катехоламины
увеличивают амплитуду постдеполяризации, в результате чего достигается
уровень порогового потенциала [40, 41]. Амплитуда подпороговой
постдеполяризации весьма чувствительна и к частоте возникновения по
тенциала действия [39, 42]. Повышение частоты стимуляции увеличивает
амплитуду постдеполяризации (рис. 3.8), и, наоборот, уменьшение ее частоты
приводит к снижению амплитуды. Кроме того, если преждевременный
потенциал действия при стимуляции возникает с постоянной частотой, то
следующая за ним постдеполяризация имеет большую амплитуду, чем та,
которая отмечается после регулярного потенциала действия. Более того, чем
раньше во время основного цикла возникает преждевременный потенциал
действия, тем больше амплитуда преждевременной постдеполяризации. При
достаточно высокой частоте постоянной стимуляции или после достаточно
раннего преждевременного стимула постдеполяризация может достигнуть
порога и вызвать нестимулированные потенциалы действия. Первый
спонтанный импульс отмечается после более короткого интервала по
сравнению с длительностью основного цикла, так как постдеполяризация,
вследствие которой он возник, начинается вскоре после реполяризации
предшествующего потенциала действия. Следовательно, спонтанный импульс
вызывает еще одну постдеполяризацию, которая также достигает порогового
уровня, обусловливая появление второго спонтанного импульса (см. рис. 3.8).
Этот последний импульс вызывает следующую постдеполяризацию, которая
инициирует третий спонтанный импульс, и так на протяжении всего времени
триггерной активности. Триггерная активность может спонтанно прекратиться,
и, если это происходит, за последним нестимулированным импульсом обычно
следует одна или несколько подпороговых постдеполяризаций.

Рис. 3.8. Индукция триггерной активности в предсердном волокне митрального клапана

у обезьяны.

На каждом фрагменте показаны лишь нижняя часть потенциалов действия.

Горизонтальные линии на фрагментах I и II проведены на уровне—30 мВ, а на фрагменте III —

на уровне — 20 мВ. фрагмент IA и 1Б: триггерная активность, возникшая в результате
сокращения длительности основного стимуляционного цикла. IA: продолжительность цикла

стимуляции составляет 3400 мс; и за каждым потенциалом действия следует подпороговая
задержанная постдеполяризация. В начале фрагмента IБ длительность цикла стимуляции

сокращена до 1700 мс; заметно постепенное повышение амплитуды постдеполяризации,
следующей за каждым из первых 4 вызванных стимуляцией потенциалов действия. За последним

вызванным потенциалом действия следует спонтанный потенциал действия, а затем
поддерживающаяся ритмическая активность, частота которой выше, чем при стимуляции. IIА и

IIБ: возникновение ритмической активности вследствие единственного вызванного импульса.
IIА: после периода покоя за единственным вызванным потенциалом действия (стрелка) следует

подпороговая   постдеполяризация.   IIБ:   в   несколько   иных   условиях   —   после   одиночного
вызванного   потенциала   действия   (стрелка)   отмечается   поддерживающаяся   ритмическая
активность.  IIIA  и   IIIБ:

озникновение триггерной активности вследствие преждевременной

стимуляции. IIIA: преждевременный импульс (стрелка) вызывается во время фазы
реполяризации постдеполяризации, и амплитуда последующей постдеполяризации возрастает.

IIIБ: за преждевременным импульсом (большая стрелка) следует постдеполяризация, которая
достигает порога (маленькая стрелка) и приводит к появлению ряда триггерных импульсов [40].

Ионная природа токов, ответственных за возникновение постдеполяризации, а
также механизм, изменяющий амплитуду постдеполяризаций при изменении
продолжительности цикла стимуляции, неизвестны. Амплитуду
постдеполяризации можно снизить с помощью лекарственных препаратов,
способных уменьшать входящий ток, текущий через медленные Na

,Са

каналы. Эти препараты способны также предотвращать развитие триггерной
активности [39—41]. Считается, однако, что медленный входящий ток не
принимает непосредственного участия в инициации постдеполяризаций; как
полагают, ионы кальция, входящие в клетку через медленные каналы (а
возможно, и другими путями), обусловливают появление в некоторых из них
задержанного входящего тока, вызывающего постдеполяризацию [43].

Потенциал покоя и потенциал действия в нормальных клетках синусового
и атриовентрикулярного узлов

Электрическая активность клеток синусового и АВ-узлов весьма отличается от
таковой в клетках специализированной проводящей системы желудочков или
рабочего миокарда предсердий и желудочков, обсуждавшихся ранее. Благодаря
своим необычным электрофизиологическим характеристикам клетки узлов
часто принимают участие в инициации и поддержании аритмии. Ввиду
существования значительных различий между клетками узла и другими
клетками сердца их нормальные электрические характеристики целесообразно
рассматривать отдельно.

Потенциал покоя

Клетки синусового узла обычно постоянно активны и редко находятся в покое,
поэтому, строго говоря, при их описании не следует использовать термин
«потенциал покоя». Однако максимальный диастолический потенциал
(наиболее отрицательный уровень мембранного потенциала сразу после
потенциала действия реполяризации) легко измеряется и оказывается
значительно менее отрицательным (примерно на 20 мВ), чем максимальный
диастолический потенциал волокон Пуркинье или клеток предсердий и
желудочков (рис. 3.9). Максимальный диастолический потенциал клеток АВ-
узла по своей величине аналогичен наблюдаемому в клетках синусового узла.
Значения внутриклеточной концентрации K

(а значит, и величина Е

) в клетках

синусового узла, по-видимому, близки к зарегистрированным в сердечных
клетках с гораздо более высоким потенциалом покоя [44]. Следовательно, более
низкий мембранный потенциал клеток синусового и атриовентрикулярного
узлов обусловлен более высоким отношением коэффициентов натриевой и
калиевой проницаемости (Р

Nа

/Р

) мембраны этих клеток по сравнению с

клетками предсердий и желудочков или волокон Пуркинье. Правда, пока
неясно, в какой степени более высокое отношение P

—Р

в клетках узлов

обусловлено меньшей величиной Р

, а в какой — большей величиной

Дальнейшие исследования, однако, покажут, имеют ли узловые клетки
необычно высокую проницаемость для Na

в покое или они обладают необычно

низкой проницаемостью для K

Фазы деполяризации и реполяризации потенциала действия

В клетках синусового и атриовентрикулярного узлов скорость деполяризации в
нулевую фазу намного ниже (1—20 В/с), чем в нормальных волокнах Пуркинье
или клетках рабочего миокарда (см. рис. 3.9). Амплитуда потенциалов действия
также весьма невелика (60—80 мВ); в некоторых клетках пик потенциала
действия не превышает 0 мВ [3]. По сравнению с другими сердечными
клетками более низкая скорость нарастания и меньшая амплитуда потенциала
действия узловых клеток отражают значительно меньшую величину входящего
тока перед нулевой фазой деполяризации в этих клетках. Имеющиеся в
настоящее время данные однозначно свидетельствуют о том, что меньший по
величине входящий ток в клетках синусового и атриовентрикулярного узлов

течет не через быстрые натриевые каналы, а через медленные каналы и
переносится ионами натрия и кальция (45— 47]. Такие потенциалы действия с
нарастанием, зависящим от медленного входящего тока, часто называют
«медленными ответами» в отличие от более обычных «быстрых ответов»,
нарастание в которых зависит от быстрого натриевого тока [20]. Из-за столь
малой величины суммарного входящего тока и медленной деполяризации в
нулевую фазу скорость проведения медленных потенциалов действия через
узлы всегда низка (0,01— 0,1 м/с); именно такое медленное проведение в
определенных условиях может обусловить возникновение нарушений ритма в
тканях узлов. Как отмечалось ранее, медленные каналы для входящего тока
имеют совершенно иные характеристики зависимости их воротного механизма
от времени и потенциала по сравнению с быстрыми натриевыми каналами.
Медленный входящий ток активируется и инактивируется значительно дольше,
чем быстрый натриевый ток. Поэтому после нарастания потенциала действия в
узлах медленный входящий ток инактивируется только медленно, способствуя
деполяризации мембраны в течение всей фазы плато потенциала действия.
Активация зависимого от времени и потенциала выходящего калиевого тока
вместе с инактивацией медленного входящего тока, по-видимому, вызывает
реполяризацию клеток узлов, как это было описано для окончания потенциала
действия в других сердечных клетках.

Рис. 3.9. Сравнение потенциалов действия синуса и АВ-узла (указаны стрелками) с

потенциалами действия рабочего миокарда и волокон Пуркинье.

Запись потенциалов действия произведена в следующих областях сердца (начиная

сверху):

инусовый узел, предсердие, атриовентрикулярный узел, пучок Гиса, волокно Пуркинье

в ложном сухожилии, терминальное волокно Пуркинье и рабочий миокард желудочков. Заметьте,
что возрастание скорости и амплитуда потенциалов действия синуса и АВ-узла меньше

аналогичных параметров в других клетках [3].

Проводимость медленных каналов для входящего тока восстанавливается после
реполяризации мембраны также гораздо медленнее, чем проводимость быстрых
натриевых каналов [20, 21]. В отличие от других сердечных клеток в узловых

клетках при нанесении преждевременного стимула во время конечной фазы
реполяризации не отмечается возникновения потенциала действия. В
действительности достаточная инактивация проводимости медленных каналов
для входящего тока может сохраняться даже после полной реполяризации в
клетках, ставших абсолютно рефрактерными к стимуляции [48]. Реактивация
происходит постепенно в течение всей диастолы; преждевременные импульсы,
вызванные вскоре после полной реполяризации, имеют более медленное
нарастание, меньшую амплитуду, чем нормальные импульсы, и
распространяются медленнее. Преждевременные импульсы, вызванные позднее
во время диастолы, имеют соответственно более быстрое нарастание, более
высокую амплитуду и, следовательно, проводятся быстрее [49]. Такое
поведение отражает длительность процесса реактивации медленных каналов.
Связанный с этим продолжительный рефрактерный период узловой ткани, а
также значительное замедление проведения через нее преждевременных
импульсов могут быть важными факторами инициации некоторых нарушений
сердечного ритма.

Автоматизм

Клетки синусового узла обычно являются автоматическими, так что каждый
последующий потенциал действия возникает в результате спонтанной
диастолической деполяризации; клетки АВ-узла также способны возбуждаться
автоматически, особенно если они не связаны с окружающим миокардом
предсердий [50]. Это означает, по-видимому, что электротоническое
взаимодействие клеток узла и предсердий подавляется автоматически через
предсердно-узловое проведение. Автоматическая активность клеток синусового
узла не может быть связана с тем же пейсмекерным током, который был ранее
описан в волокнах Пуркинье. Изменения состояния воротного механизма
мембранной проводимости, ответственной за нормальный автоматизм волокон
Пуркинье, происходят только в диапазоне мембранных потенциалов от —90 до
—60 мВ [36]. Такие изменения проводимости вряд ли способны объяснить
развитие спонтанной диастолической деполяризации в клетках синусового узла,
поскольку максимальный диастолический потенциал этих клеток обычно менее
отрицателен, чем —60 мВ. Однако имеющиеся данные говорят о том, что
пейсмекерный ток в синусовом узле переносится, по крайней мере частично,
ионами К

[38] и уменьшение этого выходящего тока при наличии постоянного

фонового входящего тока приводит к постепенной деполяризации мембраны.
Кроме того, важную роль играет, вероятно, входящий ток, который
активируется при гиперполяризации и обозначается i

[38].

Влияние патологических состояний на потенциал покоя и потенциал
действия сердечных клеток

Нарушения ритма сердца и нарушения проведения могут возникать в результате
изменений электрических свойств сердечных волокон при заболевании
миокарда. Для выяснения особенностей таких изменений недавно был проведен
ряд исследований. Для регистрации электрической активности клеток в
препаратах миокарда, полученных у больных и экспериментальных животных,

использовались стеклянные микроэлектроды. Результаты подобных
исследований часто коррелируют с данными, полученными при изучении
нормальных миокардиальных тканей, помещенных в измененную внеклеточную
среду с целью моделирования условий, существующих при некоторых
заболеваниях сердца.

Потенциал покоя

При многих заболеваниях сердца, вызывающих аритмию, отмечается тенденция
к деполяризации мембраны сердечных клеток. К моменту написания данной
главы мембранные потенциалы были зарегистрированы в предсердных клетках
препаратов, полученных при ревматических и врожденных заболеваниях [51] и
кардиомиопатии [52], а также в клетках миокарда желудочков и в волокнах
Пуркинье, изолированных из пораженных ишемией и инфарктом областей
сердца [53—56]. Во всех случаях мембранный потенциал покоя оказался менее
отрицательным, чем в клетках аналогичных участков здорового сердца (рис.
3.10).
Причины уменьшения потенциала покоя в каждом из этих случаев не до конца
понятны, хотя ясно, что определенный вклад могут вносить несколько
факторов. При их рассмотрении лучше всего использовать обозначения из
уравнения Гольдмана, Ходжкина и Катца, которое, как было показано ранее,
позволяет достаточно точно определить потенциал покоя в волокнах Пуркинье
при самых разных внеклеточных концентрациях ионов калия:

Если как типичные величины концентрации ионов и отношения проницаемости
в этом уравнении принять [К

]

=4 мМ, [K

]i=150 мМ, [Na

]

=150 мМ, [Na

]

= 10

мМ и

=1/100, то можно показать, что в отсутствие значительных

изменений температуры имеется 4 различных пути, позволяющих сделать
потенциал покоя (V

) менее отрицательным. Они таковы: 1) повысить

внеклеточную концентрацию ионов калия — [К"

]

; 2) снизить

внутриклеточную концентрацию ионов калия— [K

]

:: отношение

можно

увеличить либо (3) путем повышения проницаемости мембраны для ионов
натрия —

, либо (4) путем снижения проницаемости для ионов калия — Р

Любое из этих изменений способно вызвать уменьшение потенциала покоя, но в
поврежденных клетках может одновременно наблюдаться несколько таких
изменений. Например, любое патологическое состояние, приводящее к
ослаблению активности натриевого насоса, следует рассматривать как фактор,
способствующий деполяризации поврежденных клеток, обусловленной,
вероятно, как повышением [К

]

, так и снижением [К

]

. Нормальная потеря

клеточного К

и накопление Na

, сопровождающие электрическую активность

(и наблюдающиеся в меньшей степени даже в покое), не являются,
следовательно, легкоустранимыми (как это обычно бывает) посредством
натриевого насоса. Другими словами, имеет место непрерывная суммарная
потеря К

из клеток (клеточный К

эффективно замещается Na

), поэтому [К

]

постепенно уменьшается. Поскольку диффузия ионов из внеклеточного

пространства в определенной степени ограничена и, следовательно, замедлена,
в нем происходит накопление потерянных клетками ионов калия, что приводит
к повышению [К

]

. Как отмечалось выше, и снижение [К

]

, и повышение [К

]

могут способствовать изменению мембранного потенциала покоя.

Рис. 3.10. Изменения потенциала действия, зарегистрированные в волокнах Пуркинье

при инфаркте в сердце собаки.

В нижней части каждого фрагмента (записано на более высокой развертке) показано

дифференцированное нарастание потенциала действия, которому предшествует
дифференцированный калибровочный сигнал при скорости деполяризации 200 В/с;

калибровочный импульс дифференциатора имеет форму прямоугольника. На левом фрагменте
(контроль) — потенциал действия, зарегистрированный с волокна Пуркинье за пределами

инфарктной зоны; отмечаются нормальный диастолический максимум (или потенциал покоя) и
быстрое нарастание. Справа— потенциалы действия, зарегистрированные в трех различных

волокнах Пуркинье на эндокардиальной поверхности в инфарктной зоне. Отметьте, что
максимальный диастолический потенциал, амплитуда потенциала действия и скорость

нарастания (V

max

) в зоне инфаркта ниже, чем в контрольной области. Угнетение потенциала

покоя и потенциала действия особенно выражено на среднем фрагменте [53}.

Аналогично тому, как изменения [К

]

и [К

]

могут одновременно

способствовать снижению потенциала покоя, изменения P

и Р

, вносящие

дополнительный вклад в деполяризацию мембраны, вероятнее всего,
происходят одновременно. Например, предположим, что определенное
патологическое состояние связано с увеличением потерь ионов Na через
клеточную мембрану (иначе говоря,

повышено). В этом случае отношение

Nа

—

увеличится и (как следует из приведенного выше уравнения) потенциал

покоя уменьшится. Поскольку такая деполяризация может происходить без
каких-либо значительных изменений [К

]

или [К

]

, потенциал равновесия К

не

изменится. Однако направленная наружу движущая сила для К

, равная V

—Е

будет теперь больше нормы и (как результат направленного внутрь
выпрямления) проводимость К

, а значит, и коэффициент проницаемости для К

(Р

) будут меньше нормы. Постоянная деполяризация мембраны в этих

условиях действительно связана с увеличением отношения

—

, однако

такому изменению способствует не только повышение

но и снижение Р

С другой стороны, если какое-то заболевание сердца приводит к
специфическому снижению Р

(например, в результате изменений химического

состава мембраны, обусловленных нарушением метаболизма белков или
жиров), отношение

—

увеличится и возникнет деполяризация, несмотря на

отсутствие изменений

. Следует подчеркнуть, что такого специфического

изменения

пока не удалось выявить в пораженных сердечных клетках, хотя

аналогичный эффект может быть искусственно вызван в изолированных
миокардиальных тканях путем добавления в перфузионный раствор нескольких
миллимолей цезия [57]. Несомненно, поддерживаемое увеличение потерь Na

через клеточную мембрану в конце концов привело бы к изменению
распределения катионов относительно поверхности мембраны, если бы
натриевый насос не обладал способностью противостоять возрастающим
потокам Na

и К

. В ответ на относительное повышение проницаемости для

натрия возникнет начальная деполяризация (как это описано выше), но затем
будет постепенно развиваться повторная деполяризация, отражающая снижение
внутриклеточной концентрации К

. Это связано с выходом К

из клетки по мере

поступления в нее Na

для сохранения электронейтральности клеточного

объема. Несмотря на то что проницаемость мембраны для ионов хлора в
сердечных клетках обычно довольно низка, некоторое количество ионов хлора
может поступать в клетки вместе с Na

и водой, вследствие чего клетка слегка

набухает, что соответственно приводит к дальнейшему уменьшению [К

]

Поскольку активность натриевого насоса определяется преимущественно
уровнем [Na

]

с повышением последнего в таких клетках с утечкой она

возрастает. Однако если пассивные потоки Na и К велики или активность
насоса каким-либо образом ослаблена, то, несмотря на активацию работы
насоса внутриклеточными ионами натрия, отмечаются значительные изменения
уровня [Na

]

и [К

]

Нулевая фаза деполяризации

Для большинства изученных патологических состояний характерно
замедленное нарастание с пониженной амплитудой потенциала действия (фаза
0) в волокнах Пуркинье или в клетках рабочего миокарда предсердий или
желудочков [51—56, 58]. Такие изменения, по-видимому, во многом
обусловлены" уменьшением мембранного потенциала пораженных клеток, хотя
аналогичные изменения могут быть также следствием специфических для
данного заболевания отклонений в предшествующих механизмах проводимости
при отсутствии каких-либо изменений потенциала покоя. Мы пока не
располагаем достаточной информацией относительно первичного
специфического влияния заболеваний на механизмы проводимости перед
возникновением направленного внутрь потока, вызывающего нарастание
потенциала действия.
Ранее уже описывались механизмы инактивации быстрой натриевой
проводимости при продолжительной деполяризации мембраны (после
нарастания потенциала действия), а также отмечалась необходимость снижения
реполяризации мембраны до уровня глубокого отрицательного потенциала (т. е.
реполяризация потенциала действия) для полного устранения этой инактивации.
Если мембрана реполяризуется не полностью, то в данных условиях
инактивация устраняется лишь частично. Таким образом, после полной

активации натриевой проводимости вполне достаточно гиперполяризации до
уровня примерно —100 мВ, чтобы полностью устранить инактивацию и вернуть
всем натриевым каналам способность к реактивации при следующем
деполяризующем стимуле; при длительной же реполяризации до уровня от —60
до —70 мВ около 50 % натриевых каналов инактивируются и, следовательно,
становятся недоступными для реактивации во время следующей
деполяризующей стимуляции. При потенциале около —50 мВ практически все
натриевые каналы остаются инактивированными и недоступными для
немедленной реактивации (см. рис. 3.3).
Таким образом, в сердечных клетках, деполяризованных вследствие
заболевания, только часть быстрых натриевых каналов доступна для входящего
тока. В этом случае величина суммарного входящего тока во время фазы 0
потенциала действия уменьшается, а, значит, скорость нарастания и амплитуда
снижаются (см. рис. 3.10). Такие потенциалы действия, нарастание которых
зависит от входящего тока, текущего через частично инактивированные
натриевые каналы, иногда называют «угнетенными быстрыми ответами» [16] в
отличие от «медленных ответов», которые также имеют медленное нарастание,
но зависят от входящего тока, протекающего по совершенно другим,
фармакологи чески отличным мембранным каналам (см. выше). Из-за
медленного нарастания и невысокой амплитуды скорость распространения
угнетенных быстрых ответов существенно снижена. Например, скорость
проведения потенциалов действия волокон Пуркинье может снизиться с 2—4 м/
с до менее чем 0,5 м/с вследствие устойчивого состояния инактивации
натриевых каналов, обусловленного деполяризацией мембраны. Дальнейшая
деполяризация и инактивация натриевых каналов может привести к полной
невозбудимости клеток, так что здесь возможно развитие блока проведения. Но
хотя проводимость быстрых натриевых каналов может быть полностью
инактивирована на уровне примерно —50 мВ, каналы медленного входящего
тока (Na

/Ca

-кaнaлы) становятся доступными для активации при потенциале

ниже этого уровня [20, 21]. Следовательно, в этих условиях сильный
деполяризующий стимул способен вызвать медленный входящий ток.
Возможность этого обычно небольшого медленного входящего тока вызывать
регенеративную деполяризацию, характерную для медленно
распространяющегося потенциала действия, зависит от относительной
величины мембранной проводимости К

. Как уже отмечалось при обсуждении

потенциала покоя, деполяризация мембраны, вызванная, например, некоторым
повышением ее проницаемости для Na

, способствует снижению проводимости

для К

, что связано с наличием направленного внутрь выпрямления. В этих

условиях медленный входящий ток может оказаться достаточным для
инициации медленного ответного потенциала действия (см. рис. 3.3). С другой
стороны, деполяризация мембраны, являющаяся следствием повышения [К

]

связана с увеличением калиевой проводимости, так что в этом случае такой же
небольшой медленный входящий ток может вызвать лишь незначительную
деполяризацию. Однако, если медленный входящий ток возрастает, например, в
присутствии катехоламинов, медленный потенциал действия может быть
вызван и в условиях повышенной [К

]

[59]. Из-за медленного нарастания

скорость проведения медленных потенциалов действия очень низка. Таким
образом, в результате сильной деполяризации мембраны скорость
распространения потенциалов действия в волокнах Пуркинье может снизиться
до величины менее 0,1 м/с [20].

Аритмии сердца. Механизмы, диагностика, лечение - часть 5