Atriale Myozyten, ventrikuläre Myozyten und Purkinje-Zellen sind Beispiele für Nicht-Schrittmacher-Aktionspotentiale im Herzen. Da diese Aktionspotentiale einer sehr schnellen Depolarisation unterliegen, werden sie manchmal als „schnelle Reaktion“ Aktionspotentiale bezeichnet.
Im Gegensatz zu Herzschrittmacherzellen, die im Knotengewebe innerhalb des Herzens vorkommen, haben Nicht-Herzschrittmacherzellen ein echtes Ruhememembranpotential (Phase 4), das in der Nähe des Gleichgewichtspotentials für K+ (EK) verbleibt., Das Ruhememembranpotential ist in Phase 4 sehr negativ (etwa -90 mV), da die Kanäle offen sind (K+ Leitwert und K+ Ströme sind hoch). Wie in der Abbildung gezeigt, ist Phase 4 mit erhöhtem gK + verbunden, was nach außen gerichtete K+-Ströme verursacht. Mit anderen Worten, positive Kaliumionen verlassen die Zelle und machen dadurch das Membranpotential im Inneren negativer. Gleichzeitig sind schnelle Natriumkanäle und (L-Typ) langsame Calciumkanäle geschlossen, so dass Na+ – und Ca++ – Ströme nach innen sehr niedrig sind.,
Wenn diese Zellen schnell auf eine Schwellenspannung von etwa -70 mV depolarisiert werden (z. B. durch ein Aktionspotential in einer benachbarten Zelle), kommt es zu einer schnellen Depolarisation (Phase 0), die durch einen vorübergehenden Anstieg der schnellen Na+-Kanalleitfähigkeit (gNa+) durch schnelle Natriumkanäle verursacht wird. Dies erhöht die nach innen gerichteten, depolarisierenden Na+ – Ströme (INa), die für die Erzeugung dieser „schnell ansprechenden“ Aktionspotentiale verantwortlich sind (siehe obige Abbildung). Gleichzeitig öffnen sich Natriumkanäle, gK+ und nach außen gerichtete K+ – Ströme fallen, wenn sich Kaliumkanäle schließen., Diese beiden Leitwertänderungen bewegen das Membranpotential von EK (das negativ ist) und näher an das Gleichgewichtspotential für Natrium (ENa), das positiv ist.
Phase 1 stellt eine anfängliche Repolarisation dar, die durch das Öffnen eines speziellen transienten K+-Kanals (Kto) verursacht wird, der gK+ erhöht und einen kurzlebigen, hyperpolarisierenden K+ – Strom (IKto) verursacht., Aufgrund des gleichzeitig auftretenden starken Anstiegs des langsamen inneren gCa++ und der vorübergehenden Natur von IKto ist die Repolarisation jedoch verzögert und es gibt eine Plateauphase im Aktionspotential (Phase 2). Diese nach innen gerichtete Calciumbewegung ICa (L) erfolgt durch lang anhaltende (L-Typ) Calciumkanäle, die sich öffnen, wenn das Membranpotential auf etwa -40 mV depolarisiert. Diese Plateauphase verlängert die Dauer des Aktionspotentials und unterscheidet kardiale Aktionspotentiale von den viel kürzeren Aktionspotentialen in Nerven und Skelettmuskulatur., Repolarisation (Phase 3) tritt auf, wenn gK+ (und damit IKr) zunimmt, zusammen mit der Inaktivierung von Ca++ – Kanälen (verminderte gCa++).
Daher wird das Aktionspotential in Nicht-Schrittmacherzellen hauptsächlich durch relative Änderungen der schnellen Na+ -, langsamen Ca++ – und K+ – Leitfähigkeiten und-ströme bestimmt. Wie in der Diskussion über Membranpotentiale beschrieben und in der folgenden Beziehung und in der Abbildung rechts zusammengefasst, wird das Membranpotential (Em) durch die relativen Leitfähigkeiten der über die Zellmembran verteilten Hauptionionen bestimmt., Wenn g ‚K+ hoch ist und g‘ Na+ und g ‚ Ca++ niedrig sind (Phasen 3 und 4), ist das Membranpotential negativer (Ruhezustand in der Abbildung). Wenn g ‚K+ niedrig ist und g‘ Na+ und/oder g ‚ Ca++ hoch sind, ist das Membranpotential positiver (Phasen 0, 1 und 2) (depolarisierter Zustand in der Abbildung).
Em = g ‚K+ (-96 mV) + g‘ Na+ (+50 mV) + g ‚ Ca++ (+134 mV)
Diese schnell ansprechenden Aktionspotentiale im Nicht-Knotengewebe werden durch Antiarrhythmika verändert, die bestimmte Ionenkanäle blockieren., Natriumkanalblocker wie Chinidin inaktivieren schnelle Natriumkanäle und verringern die Depolarisationsrate (verringern die Steigung der Phase 0). Calciumkanalblocker wie Verapamil und Diltiazem beeinflussen die Plateauphase (Phase 2) des Aktionspotentials. Kaliumkanalblocker verzögern die Repolarisation (Phase 3), indem sie die für diese Phase verantwortlichen Kaliumkanäle blockieren.,
Effektive Refraktärperiode
Sobald ein Aktionspotential initiiert ist, gibt es einen Zeitraum, der die Phasen 0, 1, 2, 3 und die frühe Phase 4 umfasst und in dem ein neues Aktionspotential nicht initiiert werden kann (siehe Abbildung oben auf der Seite). Dies wird als effektive Refraktärperiode (ERP) oder absolute Refraktärperiode (ARP) der Zelle bezeichnet. Während des ERP erzeugt die Stimulation der Zelle durch eine benachbarte Zelle, die depolarisiert wird, keine neuen, vermehrten Aktionspotentiale. Dies geschieht, weil schnelle Natriumkanäle nach dem Schließen des Kanals während Phase 1 inaktiviert bleiben., Sie wechseln erst nach einiger Zeit, nachdem das Membranpotential vollständig repolarisiert ist, in ihren geschlossenen, ruhenden (erregbaren) Zustand. Das ERP wirkt als Schutzmechanismus im Herzen, indem es verhindert, dass mehrere, zusammengesetzte Aktionspotentiale auftreten (dh es begrenzt die Häufigkeit der Depolarisation und damit die Herzfrequenz). Dies ist wichtig, da das Herz bei sehr hohen Herzfrequenzen nicht in der Lage wäre, sich ausreichend mit Blut zu füllen, und daher der ventrikuläre Auswurf verringert würde.
Viele Antiarrhythmika verändern die ERP und verändern dadurch die zelluläre Erregbarkeit., Beispielsweise verzögern Arzneimittel, die Kaliumkanäle blockieren (z. B. Amiodaron, ein Antiarrhythmikum der Klasse III), die Repolarisation der Phase 3 und erhöhen die ERP. Medikamente, die den ERP erhöhen, können besonders wirksam sein, um Wiedereintrittsströme abzuschaffen, die zu Tachyarrhythmien führen.
Umwandlung von Nicht-Schrittmacherzellen in Schrittmacherzellen
Es ist wichtig zu beachten, dass sich unter bestimmten Bedingungen Nicht-Schrittmacheraktionspotentiale in Schrittmacherzellen ändern können. Wenn zum Beispiel eine Zelle hypoxisch wird, depolarisiert sich die Membran, die die Na+ – Kanäle schließt., Bei einem Membranpotential von etwa -50 mV werden alle schnellen Na+ Kanäle inaktiviert. Wenn dies geschieht, können Aktionspotentiale noch ausgelöst werden; der innere Strom wird jedoch ausschließlich von Ca++ (Slow Inward Channels) getragen. Diese Aktionspotentiale ähneln denen, die in Schrittmacherzellen im SA-Knoten gefunden werden, und können manchmal spontane Depolarisation und Automatizität anzeigen. Dieser Mechanismus kann als elektrophysiologischer Mechanismus hinter bestimmten Arten von ektopischen Schlägen und Arrhythmien dienen, insbesondere bei ischämischen Herzerkrankungen und nach Myokardinfarkt.,
Überarbeitet am 25.01.21