Szívelektrofiziológiai alapjelenségek. Dr. Tóth András 2018

Átírás

1 Szívelektrofiziológiai alapjelenségek 1. Dr. Tóth András 2018

2 Témák Membrántranszport folyamatok Donnan egyensúly Nyugalmi potenciál

3 1 Transzmembrán transzport

4 A membrántranszport-folyamatok típusai

5 J: diffúziós fluxus A: felület dc/dx: koncentráció gradiens D: diffúziós állandó (D: cm 2 /s) dc J DA dx c J DA x J D dc A dx Fick első (diffúziós) törvénye

6 A diffúzióhoz szükséges időtartam a diffúziós távolság függvényében négyzetesen változik

7 J J K Fick törvénye membránra DA DA D x c x c x : particiós koefficiens K: permeabilitási tényező Transzmembrán diffúzió kinetikája

8 Az ozmotikus diffúzió alapelve

9 A facilitált diffúzió mechanizmusa

10 Ioncsatornán keresztüli transzport (facilitált diffúzió!!!) szabályozásának alapelve

11 A Na /K -ATPáz aktív traszportjának működési sémája

12 Másodlagos aktív transzportfolyamatok

13 Michaelis-Menten egyenlet V max : maximális transzport sebesség K m : szubsztrát koncentráció, melynél a transzport sebessége = V max /2 A protein-mediált transzport szaturációs kinetikája

14 Kérdés: Mi az elvi különbség az alábbi három iontranszporter között? 1. Nátrium-kalcium kicserélő 2. Nátrium-hidrogén kicserélő 3. A szarkolemma kalcium pumpája

15 2 Ionegyensúly

16 o RT ln C zf RT ln X X A B zf A B Az elektrokémiai potenciál(különbség)

17 gyensúlyban 0 zf A X A ln zf A X B X A B RT ln X RT X B ln zf X RT B A B A B gyértékű kationra Z = 1 X 60mV lg X X A B A Nernst egyenlet levezetése

18 Kérdés: Mit értünk egy adott ion egyensúlyi potenciálján?

19 Lássuk, hogyan használható a Nernst egyenlet ionmozgások vizsgálatára diffuzibilis ionok esetén:

20 A B A B 0.1 M 0.01 M 1 M 0.1 M K K HCO 3 - HCO 3 - A B = -60 mv A B = 100 mv Fenn áll-e az egyensúly valamelyik esetben? A Nernst egyenlet alkalmazásai 1.

21 A B A B 0.1 M K 0.01 M K 1 M HCO M HCO 3 - A B = 60 mv 60 mv-nál a K elektrokémiai egyensúlyban van a membrán két oldalán Nincsen elektromos hajtóerő!!! A Nernst egyenlet alkalmazásai 2.

22 A B A B 0.1 M K 0.01 M K 1 M HCO M HCO 3 - A B = -60 mv -60 mv-nál a a membrán két oldalán a K ion egyensúlyi állapotban van Nincsen elektromos hajtóerő A B = 100 mv nnél a membrán-feszültségnél a HCO 3- ion nincsen elektrokémiai egyensúlyi állapotban lektromos hajtóerő: 40 mv A Nernst egyenlet alkalmazásai 3.

23 Lássuk, mi történik akkor, ha a membrán legalább egy ionra NM permeábilis:

24 A B A B [K ] = 0.1 M [P - ] = 0.1 M [K ] = 0.1 M [Cl - ] = 0.1 M [K ] = [Cl - ] = [P - ] = 0.1 M [K ] = [Cl - ] = Kiindulási állapot gyensúly? 1. Az elektroneutralitás elvének érvényesülnie kell! 2. Az elektrokémiai potenciál minden diffuzibilis ionra zérus kell hogy legyen! (z nem diffuzibilis ionra nem teljesül!!!) A Gibbs-Donnan egyensúly kialakulása 1.

25 A B A B [K ] = 0.1 M [P - ] = 0.1 M [K ] = 0.1 M [Cl - ] = 0.1 M [K ] = M [Cl - ] = M [P - ] = 0.1 M [K ] = M [Cl - ] = M Kiindulási állapot gyensúlyi állapot* (!?) 1. Az elektroneutralitás elve érvényesül!!! 2. Az elektrokémiai potenciál K -ra és Cl - -ra zérus!!! 3. * Tehát minden OK? A Gibbs-Donnan egyensúly kialakulása 2.

26 P Hidro = 2.99 atm!!! A B A B [K ] = 0.1 M [P - ] = 0.1 M [K ] = 0.1 M [Cl - ] = 0.1 M [K ] = M [Cl - ] = M [P - ] = 0.1 M [K ] = M [Cl - ] = M Kiindulási állapot gyensúlyi állapot (A nyomásokra nem áll fenn az egyensúly!!!) Gibbs-Donnan egyensúlyban a membrán két oldala között jelentős hidrosztatikus nyomásgradiens alakul ki

27 Kérdés: Mikor van Gibbs-Donnan egyensúlyban egy élő sejt membránja?

28 3 Nyugalmi potenciál

29 A B 0.1 M NaCl 0.01 M NaCl Ha a membrán kationra permeábilis, de anionra nem, kation áram szükséges az egyensúly kialakulásához!!! A koncentrációs elem működési elve 1

30 Na A B 0.1 M NaCl 0.01 M NaCl lektrokémiai egyensúlyban A B = - 60 mv A koncentrációs elem működési elve 2

31 Kérdés: Válasz? Mennyi Na ionnak kell átvándorolnia a membránon az egyensúly eléréséhez? Nagyon-nagyon kevés? Nagyon kevés? Igen kevés? Közepes? Igen sok? Nagyon sok? Nagyon-nagyon sok?

32 Lássuk, hogyan modellezhetők az élő sejtek multi-ion koncentrációs elemmel:

33 Kísérletesen meghatározott intra- és extracelluláris ionkoncentrációk és nyugalmi membránpotenciál

34 Cl - Na cc cc 1) Na K IC (mm) C (mm) eq 60 mv -90 mv Cl mv -70 mv Prot cc K 2) 3) P K 100 P Prot 0 Na 4) m 70 mv A nyugalmi membránpotenciál egyszerűsített modellje humán vázizomra

35 K K m K Na Na m Na Cl Cl m Cl g I g I g I R g R U I ) ( ) ( 0 ) ( 1 A chord konduktancia egyenlet egyensúlyi feltételei A nyugalmi potenciál elméleti becslése 1.

36 Na m K I Na ( m m I g K K Na g 0 ) g K g Na Na ( K m g K g K Na ) g Amikor: g Na = 1 & g K = 100 g Na K Na m K Na A chord konduktancia egyenlet

37 A nyugalmi potenciál elméleti becslése 2. m RT F ln k k pk pk [ K [ K ] ] o i k k pna pna [ Na [ Na ] ] o i k k pcl pcl [ Cl [ Cl ] ] i o A constant field (Goldman-Hodgkin-Katz) egyenlet

38 A nyugalmi potenciált kialakító főbb tényezők C

39 Kérdés: Melyek az alapvető feltételei stabil membránpotenciál kialakításának és fenntartásának?

40 Válasz: 1. lkülönült ion kompartmentek 2. A membrán szelektív permeabilitása 3. Ion koncentráció gradiensek 4. nergia ellátás és ion transzporterek

41 Szívsejtek

42 A nyugalmi potenciál szívizomban is erősen [K ] függő kell, hogy legyen

43 A nyugalmi potenciál valóban nagymértékben [K ] függő szívizomban (mért: Vm, illetve számított: k görbék)

44 Kérdés: Miért lehet a nyugalmi potenciál értéke 30 mv egyes sejtekben (pl. vvt), míg más sejtekben (pl. szívizomsejt) 90 mv?

45 Kérdés Melyek a membránpotenciál aktuális értékét meghatározó tényezők?

46 Válasz 1. A monovalens kationok koncentrációgradiense 2. A membrán szelektív permeabilitása kationokra 3. Az intracelluláris, nem permeábilis anionok koncentrációi

47 Folytatás következik!