A szívizom akciós potenciálja, és az azt meghatározó ioncsatornák

Átírás

1 A szívizom akciós potenciálja, és az azt meghatározó ioncsatornák Dr. Jost Norbert SZTE, ÁOK Farmakológiai és Farmakoterápiai Intézet

2 Az ingerület vezetése a szívben Conduction velocity in m/s Time to arrive from AV to the respective place (ms)

3 Bovine Purkinje fibres system marked with ink

4 Az akciós potenciál INGERELHETŐSÉG Trigger stimulus Feszültség küszöb Öngeneráló mechanizmus Tipus válasz Akciós potenciál DEPOLARIZÁL Na-csatorna / Na-áram Ca-csatorna / Ca-áram extracelluláris térből intracelluláris térbe REPOLARIZÁL K-csatornák / K-áramok intracelluláris térből extracelluláris térbe A nyugalmi diasztólés membrán potenciál helyreállítása

5 Az EKG és az akciós potenciál I.

6 Az EKG és az akciós potenciál II.

7 ERP = Effektív Refrakter Periodus Az a legrövidebb időtartam, amely ahhoz szükséges, hogy a szívizom újra ingerelhető legyen Mitől függ? REFRAKTERITÁS 1. A szívizomsejtek repolarizációjától (K-csatornák) 2. A depolarizációért felelős áramok aktuális nagyságától (Na- ill. Ca -csatornák)

8 Multi-cellular Organization Functionalis szinticium) = A szívizomzat azon képessége, hogy egyként kontraháljon = Rés-kapcsolatok Gap Junction Channel (alacsony ellenállás)

9 INGERÜLETVEZETÉS Ingerületvezetés iránya 1. Depolarizáció maximális sebessége (Vmax) - gyors nátriumáramtól függ 2. Az akciós potenciál amplitúdója - gyors nátriumáramtól függ 3. Küszöbpotenciál értéke - nátriumcsatornák állapotától függ Milyen gyorsan dől a dominó Milyen magas a dominó Mennyi energia kell a dominó eldöntéséhez (pl. milyen éles a sarka) 4. A sejtek belső ellenállása illetve a sejtek közötti ellenállása (r i ) - főként az ún. gap junction -tól függ Milyen a közeg ellenállása amelyben a dominó dől (pl. víz, levegő, vákuum) Nátriumcsatornák (pitvar, kamra) vagy kalciumcsatornák (szinusz és AV-csomó) működéstől függ

10 Akciós potenciál és ionáramok pitvarban és kamrában Pitvar Kamra Ionáram Csatorna fehérje Ionáram Nem expresszálódik Nem expresszálódik

11 Akciós potenciál és ionáramok szinusz csomóban és Purkinje rostban Diastolés depolarizáció

12 Species eltérések akciós potenciál és ERP időtartamban

13 Akciós potenciál és ionáramok szinusz csomóban Diastolés depolarizáció

14 A pacemaker áram (If)

15 Akciós potenciál és Na ionáram pitvarban és kamrában Pitvar Kamra Ionáram Csatorna fehérje Ionáram Nem expresszálódik Nem expresszálódik

16 Wu et al, Heart Rhythm, 2008, 5(12): A gyors nátrium áram és csatorna (I Na ) I Na 50 mv aktiváció inaktiváció 100 ms Aktivációs kinetika Inaktivációs kinetika outside Nyugalmi állapot Na Na + + outside Aktív Na + + Na Inaktív outside + Na m m m inside - h inside - h Re-aktivációs kinetika inside Na + h +

17 Nátrium csatorna gátlás (I Na )

18 Na-csatorna szerkezete TTX kötőhelyek

19 Na-csatorna térbeli szerkezete

20 A késői nátrium csatorna (I NaL ) I NaL 50 mv 100 ms Wu et al, Heart Rhythm, 2008, 5(12):

21 Akciós potenciál és az L tipusú Ca ionáram (I CaL ) pitvarban és kamrában Pitvar Kamra Ionáram Csatorna fehérje Ionáram Nem expresszálódik Nem expresszálódik

22 L tipusú kalcium áram (I Ca ) I CaL 50 mv Varro et al, Br. J. Pharmacol, (2001) 133, ms Aktivációs kinetika Inaktivációs kinetika outside Nyugalmi állapot Ca + Ca + outside Aktív Ca + + Ca Inaktív outside + Ca m m m inside - h inside - h Re-aktivációs kinetika inside Ca + + h

23 Ca-csatorna szerkezete S4 feszültség szensor Loop S5-S6 ion konductancia és szelektivitás 2 alegység komplex Intracelluláris -alegység

24 Akciós potenciál és ionáramok pitvarban és kamrában Pitvar Kamra Ionáram Csatorna fehérje Ionáram Nem expresszálódik Nem expresszálódik

25 Tranziens kifelé haladó outward káliumáram (I to ) Virag et al, unpublished Notch 50 mv 100 ms

26 I to szelektív gátlásának hatása az akciós potenciálra A notch eltűnik Virag et al, unpublished

27 Akciós potenciál és a késői egyenirányító káliumáram gyors és lassú komponense pitvarban és kamrában Pitvar Kamra Ionáram Csatorna fehérje Ionáram Nem expresszálódik Nem expresszálódik

28 A késői egyenirányító káliumáram gyors és lassú komponense (I Kr and I Ks ) 30 mv 1000 ms 30 mv 5000 ms -40 mv -40 mv 2500ms 25 pa 50 pa 100 pa 2500 ms 500 ms

29 A késői egyenirányító káliumáram gyors és lassú komponense (I Kr and I Ks ) +30 mv Kontroll 1 µm E mv -80 mv 250 ms Difference current E-4031 sensitive (I Kr ) 50 pa Kontroll 100 nm L-735,821 0 pa L-735,821 sensitive (I Ks ) 200 ms Varro et al, J.Physiol. 2000; 523.1: mv 200 ms

30 Akciós potenciál és a befelé egyenirányító káliumáram pitvarban és kamrában Pitvar Kamra Ionáram Csatorna fehérje Ionáram Nem expresszálódik Nem expresszálódik

31 A befelé egyenirányító káliumáram (I K1 Kontroll 10 M BaCl 2 0 mv 0 pa 1000 pa 60 mv 36 s -90 mv -120 mv (mv) 50 mv 200 ms Control 10 M BaCl 2 cycle length = 1000 ms Biliczki et al, Br. J. Pharmacol, 2002,137(3):

32 A négy repolarizáló káliumáram az akciós potenciál alatt - összefoglalás

33 Pitvaszelektív áramok az ultragyors késői egyenirányító káliumáram (I Kur ) Pitvar? Kamra Ionáram Csatorna fehérje Ionáram Nem expresszálódik Nem expresszálódik

34 Pitvaszelektív áramok az ultragyors késői egyenirányító káliumáram (I Kur ) Gao et al, Br. J. Pharmacol, 2005; 144,

35 I Kur szelektív gátlásának hatása az akciós potenciálra Wang et al. Circ. Res. 1993, 73: 1061 Wettwer et al. Circulation 2004;110:

36 Pitvaszelektív áramok az acetilkolin függő káliumáram (I K,Ach Dobrev et al. Circulation 2005;112: Az I K,ACh gátlása lehetséges kezelési mód a krónikus PF esetében?!?

37 Egyéb ligandfüggő áram az ATP szenzitív káliumáram (I KATP )

38

39

40 Szarkolemmális klorid csatornák PKA és PKC aktiválta Cl - csatornák (I Cl.PKA és I Cl.PKC ) Sejt térfogat szabályozta Cl - csatornák (I Cl.vol ) Egyéb Cl - csatornák (Ca 2+ aktiválta, I to2 ), purinerg receptorok (I Cl,ATP ), stb.) E Cl normál fiziológiás körülmények között -65 és -45 mv között van Ennél fogva a transzmembrán Cl - csatornáknak megvan az az egyedi tulajdonságuk, hogy inward és outward áramként is hozzájáruljanak a szív AP kialakításához.

41 PK aktiválta Cl - csatornák (I Cl.PK )! A pitvari sejtek kb. 21 % -ában van James et al, Circ Res, 79, , 1996

42 PK aktiválta Cl - csatornák (I Cl.PK ) Levesque et al, Pflug Archiv, 424, 54-62, 1993

43 Molekuláris háttér, szövet és species sajátosságok (I Cl.PK ) Kódoló gén: (CFTR) (cystic fibrosis transmembrane conductance regulator) Hume et al, Physiol Rev, 80, 31-81, 2000 Jelen van: -Felnőtt kamrai de nem pitvari (?) és szinuszcsomó sejtekben (tengerimalac, nyúl, macska és humán (?)

44 Sejt térfogat szabályozta Cl - csatornák (I Cl.vol ) A térfogat által vezérelt anion csatornák minden szívrégióban jelen vannak, és fontos szerepet játszanak a sejt térfogat szabályozásban. A sejt térfogatban történő megnövekedés egy kifelé rektifikáló klorid csatornát aktivál, amely a pozitív membrán potenciál értékeknél inaktiválódik A klorid csatorna kísérletes méréséhez hipotóniás oldatok segítségével indukálunk sejttérfogat növekedést Az áram SIDS és 9-AC szenzitív Aktív háttéráramként működik

45 Sejt térfogat szabályozta Cl - csatornák (I Cl.vol ) Sorota, Circ res, 70, , 1992

46 Főbb anion csatornák és transzporterek Hume et al, Physiol Rev, 80, 31-81, 2000

47 -Receptors and K V Channels K + permeabilitás agonist Adenylate cyclase K + Out G s + + PKA In ATP camp I KS Channel (KCNQ1+KCNE1)

48 -Receptors and Ca 2+ Channels agonist Adenylate cyclase Out G s + + In ATP camp + PKA Ca 2+ L-type Ca 2+ Channel

49 -Receptors and Pacemaker Channels agonist Adenylate cyclase Out G s + camp In -Receptor ATP camp Na Pacemaker Channel (HCN4)

50 Muscarinic Receptors and Pacemaker Channels ACh Adenylate cyclase Out M2 G i - camp In Na ATP camp Pacemaker Channel (HCN4)

51 A szív ionáramainak molekuláris szerkezete

52 A szív ionáramainak számítógépes modellezése 50 epi epi 80% I to1 block endo endo 80% I to1 block Endo V (mv) Time (ms) Epi

53 Control human and dog APs human dog 0 mv Human model is based on the dog model by scaling: factor_ik1 = ; %0.65 pa/pf vs 1.72pA/pF factor_ito = 0.9*0.77; % dog: 0.9 x normal HR model factor_ical = 1.3; factor_ikr = 1; factor_iks = 0.22; % dog = 4.5 x human BCL = 1000 ms

54 humán IK1 block (0.3xgK1) kutya

55 humán IKr block (0.25xgKr) kutya

56 humán IKs block (0.5 x gks) kutya

57 humán IKr + IKs kutya

58 humán IKr + IK1 kutya

59 KÖSZÖNÖM A FIGYELMET!