Потенциал действия типичного кардиомиоцита

Основные фазы электрического цикла

Электрическая активность типичного кардиомиоцита желудочков существенно отличается от нервных клеток и состоит из пяти последовательных стадий:

1. Фаза 4 (Потенциал покоя). Клетка поляризована, мембранный потенциал стабилен и находится на уровне -90...-100 мВ. Этот уровень поддерживается за счет высокой проницаемости для ионов K⁺, концентрация которых внутри клетки значительно выше, чем снаружи.
2. Фаза 0 (Деполяризация). Происходит резкое изменение заряда. Потенциал стремительно растет от отрицательных значений, переходя нулевую отметку (овершут достигает +20 мВ).
3. Фаза 1 (Быстрая начальная реполяризация). Сразу после пика (спайка) наблюдается кратковременный и небольшой спад напряжения.
4. Фаза 2 (Плато — медленная реполяризация). Самая специфичная часть цикла. Потенциал долго удерживается около нулевой отметки. Именно эта фаза удлиняет процесс возбуждения, её продолжительность практически совпадает со временем механического сокращения клетки.
5. Фаза 3 (Быстрая конечная реполяризация). Мембранный потенциал круто падает, возвращаясь к исходному уровню покоя (-100 мВ).

Ионные токи

Каждая стадия изменения мембранного потенциала обусловлена движением определенных ионов через специализированные каналы:

• Во время деполяризации лавинообразно открываются быстрые натриевые каналы. Ионы Na⁺ массивно устремляются внутрь клетки по градиенту концентрации.
• На этапе начала реполяризации входящий натриевый ток инактивируется, и одновременно активируется выход K⁺ из клетки.
• Во время плато устанавливается динамическое равновесие. Выходящий ток калия компенсируется мощным встречным потоком ионов Ca²⁺, которые поступают внутрь через медленные L-каналы (а также небольшим остаточным током натрия). Вход кальция на этом этапе критически необходим для последующего электромеханического сопряжения — физического сокращения миоцита.
• Во время конечной реполяризации кальциевые и натриевые каналы полностью закрываются, а массивный выход K⁺ быстро восстанавливает исходный отрицательный заряд внутри клетки.

Изменение возбудимости и защита сердца

Способность кардиомиоцита реагировать на новые стимулы жестко привязана к фазам потенциала действия. Длительный электрический ответ гарантирует долгую рефрактерность.

• Абсолютный рефрактерный период (АРП). Охватывает фазы деполяризации, начальной реполяризации, плато и начало конечной реполяризации. В желудочках этот период длится 270 мс. Возбудимость падает до нуля: никакой, даже самый сильный раздражитель, не способен вызвать новый импульс. Главное физиологическое значение АРП — защита миокарда от суммации сокращений и тетануса. Это гарантирует, что сердце успеет расслабиться (войти в диастолу) и наполниться кровью.
• Относительный рефрактерный период. Наступает в конце быстрой реполяризации. Возбудимость постепенно восстанавливается до 100%. Вызвать новый потенциал действия в этот момент можно, но только с помощью сверхпорогового (очень сильного) стимула.
• Супернормальная возбудимость. Короткий отрезок времени сразу после возвращения к потенциалу покоя, когда клетка реагирует даже на подпороговые раздражители. В этот момент повышается риск возникновения экстрасистол.

Механизм распространения возбуждения

Генерация потенциала действия в одном участке миокарда неизбежно приводит к его распространению. Наружная поверхность возбужденного участка заряжается отрицательно, в то время как соседние, еще покоящиеся зоны мембраны, сохраняют положительный заряд.

Между этими областями возникают местные электрические токи. Их сила сначала возрастает, а затем падает, вызывая деполяризацию смежных участков. Процесс реполяризации работает аналогично: восстановившие исходный заряд зоны становятся положительными снаружи, а еще возбужденные остаются отрицательными. Возникающая на поверхности органа разность потенциалов формирует вихревое электромагнитное поле, которое можно зафиксировать на поверхности тела.

Вопросы с занятий и экзамена

Что ещё разобрать по теме

• Особенности потенциала действия пейсмейкерных клеток синоатриального узла
• Медленная диастолическая деполяризация (МДД) и природа автоматии
• Отличия натриевой деполяризации рабочих миоцитов от кальциевой деполяризации узловых клеток
• Роль ионов хлора (Cl⁻) и Na⁺/K⁺-АТФазы в клетках водителях ритма
• Временные параметры рефрактерности в проводящей системе сердца

Другие темы раздела «Физиология сердца»

Материал подготовлен преподавателями Школы Сеченова по учебной программе медицинских вузов. Носит образовательный характер.