Akční potenciál v kardiomyocytech Podívejte se, jak se stahují buňky srdečního svalu tím, že umožňují vstup vápenatých iontů a tím kladného náboje do buňky! Rishi je pediatr se zaměřením na infekční choroby a pracuje pro Khanovu školu.

Pojďme si ukázat, jak se srdce smršťuje. Musíme se proto podívat na buněčnou úroveň. Musíme se soustředit na buňky srdečního svalu. Nazýváme je kardiomyocyty. To jsou buňky tvořící srdeční sval. Tyhle buňky se smršťují. Kdybychom se na jednu z těchto buněk podívali mikroskopem, viděli bychom toto - s proteiny uvnitř. Když jsou v klidovém stavu, jsou tyto proteiny vzdáleny od sebe. Když dochází ke kontrakci - protože ke kontrakci celého srdce je třeba, aby se kontrahovaly všechny buňky - tyto proteiny vypadají úplně jinak, překrývají se. A ten překryv je právě to smrštění. Tohle je kontrahovaná forma kardiomyocytu. Ta první byla relaxovaná forma. A spouštěčem kontrakce je - vlastně bych to také měla nakreslit, v určitý okamžik přechází opět do relaxované formy, aby celý cyklus mohl pokračovat. Spouštěčem kontrakce je vápník! Je jednoduché se ztratit v těch všech kontrakcích a relaxacích. Ale když se člověk bude soustředit na vápník a nezapomene, že je to spouštěč, pak se nikdy neztratí. Vždy pochopí, kde se zrovna v srdečním cyklu nachází. Nakreslím srdeční cyklus - přesněji, cyklus jediné buňky, čím prochází. Tento srdeční cyklus jediné buňky bude měřen v milivoltech. Mohlo by se ke sledování cyklu použít více parametrů, ale tohle je pravděpodobně nejjednodušší věc, která dovoluje sledovat, co všechno se děje s ionty přecházejícími sem a tam přes buněčnou membránu. Hlavní ionty, které mají vliv na kardiomyocyt, jsou vápník, sodík a draslík. Takže tyhle tři dám sem. Dělám to proto, abychom si uvědomili, co by který ion rád dosáhl. Vápník má rovnovážný potenciál roven 123 mV, sodík 67 mV. To znamená, že kdyby to byly jediné ionty procházející membránou, potom by sodík držel membránový potenciál kladný, draslík naopak záporný. Tohle je vlastně osa membránového potenciálu. Když se pohybujeme ze záporného do kladného, nazývá se tento proces depolarizace. To jen znamená přechod ze záporných čísel ke kladným. Kdyby jste se naopak posunovali z kladných hodnot na záporné, nazývalo by se to repolarizace. Tohle jen pár výrazů, které bych rád osvětlil, abychom se mohli pustit do těch zajímavých věcí, které se dějí uvnitř kardiomyocytu. Začněme s obrázkem - řekněme, že tohle je naše buňka. Nakreslím na ní pár malých mezerových spojů, což jsou malá spojení mezi buňkami. Označím je - tohle jsou mezerové spoje. A taky nakreslím pár kanálů. Například draslíkové zde. Víme, že draslík rád buňky opouští a tohle je cesta, kterou zvolí. Za sebou zanechá záporný membránový potenciál. Řekněme, že draslík je pro tuhle buňku hlavní ion - což je - pak bude náš membránový potenciál hodně záporný. Kdyby to byl jediný ion, pak by potenciál byl roven -92 mV, ale není jediný, je jen dominantní. Takže je zde a membránový potenciál se drží okolo -90 mV. Pokračuje na této úrovni. Po nějakou dobu se nic neděje. Zůstáváme na úrovni -90 mV, když je buňka nejvíce propustná pro draslík. Sousední buňka je trochu depolarizovaná - stane se pozitivní. Skrze mezerové spoje prochází sodík a vápník. Co se stane s membránovým potenciálem? Byl na úrovni -90 mV, ale nyní do buňky natekly kladné ionty. Naše buňka získá kladnější náboj. Membránový potenciál stoupne řekněme sem. Stane se to velmi rychle. Nyní je tedy na úrovni -70 mV. Začnou se otevírat nové kanály, které jsem ještě nenakreslil. Začnou se otevírat sodné kanály (nakreslím je). Sodné kanály. Je jich tu spousta! Otevře se mnoho těchto rychlých sodných kanálů, kterými vysokou rychlostí proudí sodík. Sodík začne proudit dovnitř buňky. Stane se to proto, že vně buňky je mnohem více sodíku než uvnitř. Sodík tedy proudí dovnitř. Membránový potenciál se velmi rychle posune do kladných hodnot. Přibližně na úroveň 67 mV. Ne přesně, protože stále unikají draslíkové ionty. Pokračovalo by to, kdyby se tyhle napěťově řízené kanály samy neuzavřely. Tyhle sodné kanály jsou tedy ovládané napětím a zavřou se tak rychle jak se otevřely. Nyní se tyhle napěťově ovládané kanály uzavírají. Nyní jsme již v kladných hodnotách membránového potenciálu. Můžeme tedy říct, že naše kanály způsobily depolarizaci. Žádný sodík už neproudí dovnitř. Stále proudí nějaký draslík ven z buňky, ale to se děje prakticky neustále. Navíc k těmto draselným kanálům přibydou další - napěťově ovládané draselné kanály, které se otevřou. Byly tu i předtím. Ale byly zavřené. Jediný důvod, proč se otevřely, je, že proběhla depolarizace - ze záporných hodnot jsme přešli do kladných. Takže nyní, když je buňka v kladných hodnotách (asi 20 mV), otevřou se napěťově ovládané draselné kanály. Je celkem jasné, co se stane - kterým směrem se podle vás vydá membránový potenciál? Pokud nejsou otevřeny sodné kanály a sodík neproudí dovnitř, zároveň draslík uniká ven, dochází k repolarizaci. Nyní draslík způsobuje posun membránového potenciálu zpět do záporných hodnot. Dostane se asi na úroveň 5 mV. Celý proces by pokračoval až k -90 mV, ale stane se něco zajímavého. Ukážu vám, co se stane - vápník (na který jsem vás upozorňoval) začne vtékat do buňky. Tohle je hlavní podstata. Stále tu máme draslík vytékající ven a nyní vápník přitéká dovnitř. Máme tu napěťově ovládané vápníkové kanály, které propouští vápník dovnitř. Vápník nám vstupuje dovnitř, draslík vystupuje ven. Vápník bude chtít posunout membránový potenciál tímto směrem. Draslík opouštějící buňku naopak táhne směrem do záporných hodnot. Protože se však tyto události dějí zároveň, stane se vlastně tohle - dostaneme rovnou křivku. Obě události - draslík opouštějící buňku a vápník vstupující do buňky - vedou ve výsledku k této rovné křivce. Membránový potenciál se nemění. Tato rovná křivka je na úrovni 5 mV. Jen pro jistotu - tyto kanály jsou též ovládané napětím. Napěťově ovládané vápníkové kanály. Abychom to propojili, co se stane poté? Máme tu všechny ty kanály, které dovolují prostup různých iontů. Stane se následující - vápníkové kanály se zavřou tak náhle jako se otevřely. Vápník přestane vstupovat do buňky. Pokud byl vápník vstupující dovnitř jediná věc držící membránový potenciál v rovině - vzpomeňte, že jsem říkal, že draslík způsobuje posun do záporných hodnot, vápník naopak drží potenciál v kladných. Takže jestli máme otevřené pouze draselné kanály, pak klesá. Klesá až na hodnotu -90 mV. Tohle je poslední fáze, kdy už se uzavírají i draselné kanály. Tyto napěťově ovládané draselné kanály se nyní uzavírají. Nakonec se tedy uzavřou i ty. Nyní jsou uzavřené a konečně se dostáváme do úvodního stavu, kdy jsme měli jen malý výtok draselných iontů ven. Napěťově ovládané kanály jsou též uzavřeny. Na hodnotě -90 mV zůstane. Buňka je připravena na nový cyklus. Tohle je stádium čtyři - klidový záporný stav relaxovaného kardiomyocytu. Tento akční potenciál, kdy dojde k depolarizaci na -70 mV, je považován za práh. Tohle je prahová hodnota. Když se to dostane až k ní, nazýváme to stádium nula. Pokračuje to stádiem jedna, dvě a tři. Stádium jedna je bod, kdy se otevřou napěťově ovládané draselné kanály. Stádium dvě je tehdy, když je výtok draslíku vybalancován vtokem vápníku. Stádium tři je ve chvíli, kdy jsou otevřeny zase pouze napěťově ovládané draselné kanály. Pak se dostaneme zpět do stádia čtyři. Nazýváme to rychlý akční potenciál, protože stádium nula probíhá velmi rychle. Porovnejte to s akčním potenciálem v pacemakerových buňkách, kde je mnohem pomalejší. Tento rychlý akční potenciál je výsledkem těchto skutečně velmi rychle fungujících napěťově ovládaných sodných kanálů.