A szívizom akciós potenciálja, és az azt meghatározó ioncsatornák



Hasonló dokumentumok
Debreceni Egyetem Orvos- és Egészségtudományi Centrum Biofizikai és Sejtbiológiai Intézet

Az akciós potenciál (AP) 2.rész. Szentandrássy Norbert

Az ioncsatorna fehérjék szerkezete, működése és szabályozása. A patch-clamp technika

A gyógyszerek okozta proaritmia - A repolarizációs rezerv jelentősége

IONCSATORNÁK. Osztályozás töltéshordozók szerint: pozitív töltésű ion: Na+, K+, Ca2+ negatív töltésű ion: Cl-, HCO3-

A szívizomsejt ioncsatornái és azok működése

Egy idegsejt működése. a. Nyugalmi potenciál b. Transzport proteinek c. Akciós potenciál

Érzékszervi receptorok

a. Nyugalmi potenciál b. Transzport proteinek c. Akciós potenciál. Nyugalmi potenciál. 3 tényező határozza meg:

A szív élettana. Aszív élettana I. A szív pumpafunkciója A szívciklus A szívizom sajátosságai A szív elektrofiziológiája Az EKG

A repolarizációs tartalék szerepe emlős szívizomban. Kristóf Attila A. MSc

Membránpotenciál, akciós potenciál

IONCSATORNÁK. I. Szelektivitás és kapuzás. III. Szabályozás enzimek és alegységek által. IV. Akciós potenciál és szinaptikus átvitel

Transzportfolyamatok a biológiai rendszerekben

Gyógyszerészeti neurobiológia. Idegélettan

HCN csatorna gátló szerek celluláris szívelektrofiziológiai hatásai

repolarizációs tartalék

Az ingerületi folyamat sejtélettani alapjai

Szívelektrofiziológiai alapjelenségek. Dr. Tóth András 2018

In vitro elektrofiziológiai technikák Mike Árpád

Szívbetegségek hátterében álló folyamatok megismerése a ciklusosan változó szívélettani paraméterek elemzésén keresztül

Nyugalmi potenciál, akciós potenciál és elektromos ingerelhetőség. A membránpotenciál mérése. Panyi György

CELLULÁRIS SZÍV- ELEKTROFIZIOLÓGIAI MÉRÉSI TECHNIKÁK. Dr. Virág László

A szívizomsejtek ionáramai

Részletes szakmai beszámoló

Elektrofiziológiai alapjelenségek 1. Dr. Tóth András

Az idegsejtek kommunikációja. a. Szinaptikus jelátvitel b. Receptorok c. Szignál transzdukció neuronokban d. Neuromoduláció

A szelektív NCX gátlás karakterizálása szívizomban: az inotrópiától az aritmiákig. Nagy Zsófia, MSc (született: Kohajda Zsófia) PhD értekezés tézisei

Membránpotenciál. Nyugalmi membránpotenciál. Akciós potenciál

A szív ingerképző és vezető rendszere

a. Szinaptikus jelátvitel b. Receptorok c. Szignál transzdukció neuronokban d. Neuromoduláció. Szinaptikus jelátvitel.

Membránszerkezet, Membránpotenciál, Akciós potenciál. Biofizika szeminárium

ZÁRÓJELENTÉS SZAKMAI BESZÁMOLÓ

Vérkeringés. A szív munkája

Az agyi értónust befolyásoló tényezők

Elektrofiziológiai alapjelenségek. Dr. Tóth András

Ca 2+ Transients in Astrocyte Fine Processes Occur Via Ca 2+ Influx in the Adult Mouse Hippocampus

Az elmúlt években végzett kísérleteink eredményei arra utaltak, hogy az extracelluláris ph megváltoztatása jelentősen befolyásolja az ATP és a cink

Ioncsatorna szerkezetek

S-2. Jelátviteli mechanizmusok

Szívelektrofiziológiai alapjelenségek 2. Dr. Tóth András 2018

A szív felépítése, működése és működésének szabályozása

Egyetemi doktori (PhD) értekezés tézisei. Adrenerg stimuláció hatása a szívizomsejtek akciós potenciáljára, és az őket kialakító ionáramokra

Sejtek membránpotenciálja

A sejtek közötti kommunikáció módjai és mechanizmusa. kommunikáció a szomszédos vagy a távoli sejtek között intracellulári jelátviteli folyamatok

Membránszerkezet. Membránszerkezet, Membránpotenciál, Akciós potenciál. Folyékony mozaik modell. Membrán-modellek. Biofizika szeminárium

Egy idegsejt működése

Termodinamikai egyensúlyi potenciál (Nernst, Donnan). Diffúziós potenciál, Goldman-Hodgkin-Katz egyenlet.

Membránszerkezet Nyugalmi membránpotenciál

klorid ioncsatorna az ABC (ATP Binding Casette) fehérjecsaládba tartozik, amelyek általánosságban részt vesznek a gyógyszerek olyan alapvetı

Elektrofiziológiai alapjelenségek 1. Dr. Tóth András

ÖSSZ-TARTALOM 1. Az alapok - 1. előadás 2. A jelutak komponensei 1. előadás 3. Főbb jelutak 2. előadás

ÖSSZ-TARTALOM. 1. Az alapok - 1. előadás 2. A jelutak komponensei 1. előadás 3. Főbb jelutak 2. előadás 4. Idegi kommunikáció 3.

Jelutak ÖSSZ TARTALOM. Jelutak. 1. a sejtkommunikáció alapjai

- Csatornák pumpák - Ellenállás kondenzátor komponens - Fordulási-, membrán potenciál. ellenállás. kondenzátor

4. Egy szarkomer sematikus rajza látható az alanti ábrán. Aktív kontrakció esetén mely távolságok csökkenése lesz észlelhető? (3)

Béta-adrenerg stimuláció hatása a kutya kamrai szívizomsejtek késői káliumáramaira

A Kv1.3 ioncsatorna szerepe a T sejt aktivációban

A kalcium-függő klorid áram szerepe szívizomsejteken

Az orvosi biotechnológiai mesterképzés megfeleltetése az Európai Unió új társadalmi kihívásainak a Pécsi Tudományegyetemen és a Debreceni Egyetemen

SZTE Farmakológiai és Farmakoterápiai Intézet Igazgató: Dr. Varró András egyetemi tanár

Kálium ioncsatornák eltérő funkciói

Szívmőködés. Dr. Cseri Julianna

Keringési Rendszer. Vérkeringés. A szív munkája. Számok a szívről. A szívizom. Kis- és nagyvérkör. Nyomás terület sebesség

SZAKMAI ZÁRÓJELENTÉS

TRANSZPORTEREK Szakács Gergely

Szignáltranszdukció Mediátorok (elsődleges hírvivők) az információ kémiailag kódolt

MEMBRÁNSZERKEZET, MEMBRÁNPOTENCIÁL, AKCIÓS POTENCIÁL. Biofizika szeminárium

KÉSZÍTETTE: BALOGH VERONIKA ELTE IDEGTUDOMÁNY ÉS HUMÁNBIOLÓGIA SZAKIRÁNY MSC 2015/16 II. FÉLÉV

Az orvosi biotechnológiai mesterképzés megfeleltetése az Európai Unió új társadalmi kihívásainak a Pécsi Tudományegyetemen és a Debreceni Egyetemen

A kardiális akciós potenciál időtartam beat-to-beat variabilitásának mechanizmusa

CALCIUM SZIGNALIZÁCIÓ SZEREPE A GASZTROINTESZTINÁLIS TRAKTUSBAN. Dr. Kemény Lajos. Ph.D. Tézis

Biofizika I

Élettan szemináriumok 1. félév Bevezetés

A sejtek közöti kommunikáció formái. BsC II. Sejtélettani alapok Dr. Fodor János

Élettan szemináriumok 1. félév Bevezetés. Dr. Domoki Ferenc Szeptember 6

Az aritmiák kezelésére alkalmazott néhány gyógyszer szívelektrofiziológiai hatásai PhD értekezés magyar nyelvű összefoglalója Dr.

Gyógyszervegyületek elektrofiziológiai szűrése nagy hatáskereszt-metszetű ( semi high-troughput ) rendszereken

Bari Ferenc egyetemi tanár SZTE ÁOK-TTIK Orvosi Fizikai és Orvosi Informatikai Intézet

NÖVÉNYGENETIKA. Az Agrármérnöki MSc szak tananyagfejlesztése TÁMOP /1/A

Nyugalmi potenciál, akciós potenciál és elektrotónusos potenciálok. - Ionális mechanizmusok -

A somatomotoros rendszer

Nyugalmi potenciál, akciós potenciál és elektrotónusos potenciálok. - Ionális mechanizmusok -

Intracelluláris ion homeosztázis I.-II. Február 15, 2011

szekrécióra kifejtett hatásukat vizsgáltuk. I. Epesavak hatásának karakterizálása a pankreász duktális sejtek működésére

Nyugalmi és akciós potenciál

Adrenerg stimuláció hatása a szívizomsejtek akciós potenciáljára, és az őket kialakító ionáramokra

A fordított frekvenciafüggés, mint a szívizom intrinzik tulajdonsága

A membránpotenciál. A membránpotenciál mérése

Ioncsatorna funkciók mérése in vitro körülmények között. Dr. Nagy Norbert Tudományos munkatárs SZTE Farmakológiai és Farmakoterápiai Intézet

A LÁTÁS BIOFIZIKÁJA AZ EMBERI SZEM GEOMETRIAI OPTIKÁJA. A szem törőközegei. D szem = 63 dioptria, D kornea = 40, D lencse = 15+

Orvosi fizika laboratóriumi gyakorlatok 1 EKG

Tóth András MTA doktori értekezés Intracelluláris Ca2+ homeosztázis-változások hatásainak elemzése izolált szívpreparátumokon

1. Mi jellemző a connexin fehérjékre?

Az emlıs keringési rendszer felépítése

NÖVÉNYGENETIKA. Az Agrármérnöki MSc szak tananyagfejlesztése TÁMOP /1/A

A szívizom L-típusú kalciumcsatornájának tetrodotoxin-érzékenysége

Vérnyomásmérés, elektrokardiográfia. A testhelyzet, a légzés, a munkavégzés hatása a keringési rendszerre. A mérési adatok elemzése és értékelése

A kardiális akciós potenciál időtartam beat-to-beat variabilitásának mechanizmusa

Receptorok, szignáltranszdukció jelátviteli mechanizmusok

Átírás:

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

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

Bovine Purkinje fibres system marked with ink

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

Az EKG és az akciós potenciál I.

Az EKG és az akciós potenciál II.

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)

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

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

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

Akciós potenciál és ionáramok szinusz csomóban és Purkinje rostban Diastolés depolarizáció

Species eltérések akciós potenciál és ERP időtartamban

Akciós potenciál és ionáramok szinusz csomóban Diastolés depolarizáció

A pacemaker áram (If)

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

Wu et al, Heart Rhythm, 2008, 5(12):1726-34 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 +

Nátrium csatorna gátlás (I Na )

Na-csatorna szerkezete TTX kötőhelyek

Na-csatorna térbeli szerkezete

A késői nátrium csatorna (I NaL ) I NaL 50 mv 100 ms Wu et al, Heart Rhythm, 2008, 5(12):1726-34

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

L tipusú kalcium áram (I Ca ) I CaL 50 mv Varro et al, Br. J. Pharmacol, (2001) 133, 625 634. 100 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

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

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

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

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

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

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

A késői egyenirányító káliumáram gyors és lassú komponense (I Kr and I Ks ) +30 mv Kontroll 1 µm E-4031-40 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: 67-81 50 mv 200 ms

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

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 -120-80 -40 0 40 (mv) 50 mv 200 ms - - - Control 10 M BaCl 2 cycle length = 1000 ms Biliczki et al, Br. J. Pharmacol, 2002,137(3):361-368.

A négy repolarizáló káliumáram az akciós potenciál alatt - összefoglalás

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

Pitvaszelektív áramok az ultragyors késői egyenirányító káliumáram (I Kur ) Gao et al, Br. J. Pharmacol, 2005; 144, 595-604

I Kur szelektív gátlásának hatása az akciós potenciálra Wang et al. Circ. Res. 1993, 73: 1061 Wettwer et al. Circulation 2004;110:2299-2306

Pitvaszelektív áramok az acetilkolin függő káliumáram (I K,Ach Dobrev et al. Circulation 2005;112:3697-3706 Az I K,ACh gátlása lehetséges kezelési mód a krónikus PF esetében?!?

Egyéb ligandfüggő áram az ATP szenzitív káliumáram (I KATP )

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.

PK aktiválta Cl - csatornák (I Cl.PK )! A pitvari sejtek kb. 21 % -ában van James et al, Circ Res, 79, 201-207, 1996

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

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 (?)

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

Sejt térfogat szabályozta Cl - csatornák (I Cl.vol ) Sorota, Circ res, 70, 679-687, 1992

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

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

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

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

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

A szív ionáramainak molekuláris szerkezete

A szív ionáramainak számítógépes modellezése 50 epi epi 80% I to1 block endo endo 80% I to1 block Endo V (mv) 0-50 -100 0 100 200 300 400 Time (ms) Epi

Control human and dog APs human dog 0 mv Human model is based on the dog model by scaling: factor_ik1 = 0.3779; %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

humán IK1 block (0.3xgK1) kutya

humán IKr block (0.25xgKr) kutya

humán IKs block (0.5 x gks) kutya

humán IKr + IKs kutya

humán IKr + IK1 kutya

KÖSZÖNÖM A FIGYELMET!