Elettrofisiologia cardiaca

Il potenziale d’azione cardiaco

Nodo S-A e A-V

Miocardio di lavoro Atriale

Sist. Conduzione Ventricolare

Miocardio di lavoro Ventricolare

Il potenziale d’azione cardiaco è un fenomeno:- eterogeneo (2 morfologie principali: rapido e lento)- di lunga durata (centinaia di ms)- multifasico- durata e morfologia sono sensibili a molti fattori

La durata del potenziale d’azione cardiaco è molto sensibile alla frequenza di stimolazione

Campione isolato di miocardio umano stimolato a diversa frequenza

-80

-60

-40

-20

0

20

40

4 4

3

2

1

0

mV

100 ms

Potenziale d’azione delle cellule del miocardio di lavoro ventricolare

Fase 0: rapida depolarizzazioneFase 1: ripolarizzazione iniziale rapida Fase 2: plateau o ripolarizzazione lentaFase 3: ripolarizzazione finale rapidaFase 4: diastolica

Come nel caso di altri tessuti eccitabili, il meccanismo del potenziale d’azione cardiaco è rappresentato da modificazioni transitorie e sequenziali della conduttanza della membrana ad alcune specie ioniche.

La sequenza di modificazioni di conduttanza è innescata da una depolarizzazione critica del potenziale di membrana di riposo.

IK

INa

Nell’assone gigante di calamaro e nelle fibre muscolari scheletriche, la tecnica di blocco del voltaggio aveva consentito:- di dimostrare le variazioni di G ionica innescate da una depolarizzazione sopraliminare di Vm Im=Σ(Gi.(Vm-Ei));- di dissezionare la corrente ionica totale nelle sue componenti inward e outward

responsabili della depolarizzazione e ripolarizzazione del pot. d’az.

Dissezione della corrente ionica totale nelle componenti inward e outward responsabili della depolarizzazione e ripolarizzazione del pot. d’az.

Delayed outward current

Transient inward current INa

‘Vecchie’ osservazioni sperimentali avevano suggerito che la lunga durata del potenziale d’azione cardiaco fosse giustificata:

-da un secondo meccanismo depolarizzante Ca2+ dipendente lento e di lunga durata

- da una riduzione della conduttanza di riposo per il K+

- da un ritardato aumento di quella conduttanza per il K+ che nel nervo e nel muscolo è capace di produrre la rapida ripolarizzazione del pot. d’az.

(INa)

(IK1)

(IKr, IKs)(ICa-L)

(ITO)

Le basi ioniche del potenziale d’azione cardiaco sono state dissezionate solo dopo l’introduzione delle tecniche di patch clamp e di metodiche che hanno consentito di isolare singoli miociti cardiaci intatti.

CORRENTI DEPOLARIZZANTI

INa Fast Inward Current

ICa-L Slow Inward Current

INa Fast Inward Current-Corrente transitoria molto rapida e intensa-Mediata da famiglia di canali sodio simili a quelli dei neuroni e del m. schel. ma specifici del cuore-Responsabile della fase di rapida depolarizzazione (fase 0) del pot d’az. cardiaco

INa= GNa. (Em-ENa)

In seguito allo step di Em, GNa

si attiva molto rapidamente e si inattiva più lentamente

INa=GNa(t)

Confronto INa cardiac vs. neuron

Lo studio della Vm dipendenza dell’attivazione di INa spiega le caratteristiche (soglia, rapidità, ampiezza) della fase 0 del potenziale d’azione cardiaco.

-Curva Intensità-Voltaggio

-100 -80 -60 -40 -20 0 20 40 60 80

-800

-400

0

400

Em (mV)

INa

outward

inward

INa= GNa. (Em-ENa)

-120 -100 -80 -60 -40 -20 0 20 40

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

Attivazione di INa

Con

dutt

anza

rel

ativ

a (G

/Gm

ax)

Em (mV)

Em-dipendenza dell’attivazione di Ina spiega la soglia e il meccanismo autorigenerativo della depolarizzazione rapida (fase 0)

Lo studio dell’inattivazione di INa (tempo- e voltaggio-dipendenza) spiega:

-le caratteristiche della refrattarietà elettrica del miocardio di lavoro;

-la sensibilità del pot. d’az. cardiaco e della sua velocità di conduzione al potenziale di membrana di riposo

Refrattarietà e restituzione del pot d’az cardiaco

Cinetica del recupero dall’inattivazione di INa

Voltaggio-dipendenza dell’inattivazione dei canali di INa

Voltaggio-dipendenza dell’inattivazione dei canali del sodio

-120 -100 -80 -60 -40 -20 0 20 40

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

Disponibilità dei canali Na+

(Inattivazione di INa

)

Attivazione di INa

Con

dutt

anza

rel

ativ

a (G

/Gm

ax)

Em (mV)

L’inattivazione Em-dipendente dei canali di INa è responsabile della riduzione di ampiezza, velocità di depolarizzazione e velocità di conduzione del potenziale d’azione cardiaco (condizioni pro-aritmogeniche) causata da riduzioni del potenziale di riposo presenti in varie condizioni patologiche.

Effetto dell’aumento della [K+]e sul potenziale d’azione cardiaco: riduzione ampiezza, riduzione velocità depolarizzazione, riduzione velocità di conduzione

100 ms

100 mV

I canali che mediano INa sono bloccati da TTX e dagli anti-aritmici di classe I (anestetici locali) alcuni dei quali prolungano il periodo refrattario effettivo delle cellule cardiache.

controllo

Lidocaina 100 μM

INa Fast Inward Current-Corrente transitoria molto rapida e intensa-Mediata da famiglia di canali sodio simili a quelli dei neuroni e del m. schel. ma specifici del cuore-Responsabile della fase di rapida depolarizzazione (fase 0) del pot d’az. cardiaco-Contribuisce all’elevata velocità di conduzione del pot. d’az. -Principale responsabile di refrattarietà e ‘restituzione’ elettrica-Bersaglio di fattori di regolazione fisiologica?-Bersaglio di farmaci anti-aritmici di classe I (anestetici locali)

INa= GNa. (Em-ENa)