В нейробиологии реполяризация относится к изменению мембранного потенциала , которое возвращает его к отрицательному значению сразу после фазы деполяризации потенциала действия , которая изменила мембранный потенциал на положительное значение. Фаза реполяризации обычно возвращает мембранный потенциал обратно к мембранному потенциалу покоя . Выход ионов калия (K + ) приводит к падающей фазе потенциала действия. Ионы проходят через селективный фильтр поры К + -канала .
Реполяризация обычно возникает в результате перемещения положительно заряженных ионов К + из клетки. Фаза реполяризации потенциала действия первоначально приводит к гиперполяризации , достижению мембранного потенциала, называемого послегиперполяризацией , который более отрицателен, чем потенциал покоя. Реполяризация обычно занимает несколько миллисекунд. [1]
Реполяризация — это стадия потенциала действия, на которой клетка испытывает снижение напряжения из-за оттока ионов калия (К + ) по ее электрохимическому градиенту. Эта фаза наступает после того, как клетка достигает максимального напряжения в результате деполяризации. После реполяризации клетка гиперполяризуется, поскольку достигает мембранного потенциала покоя (-70 мВ в нейроне). Ионы натрия (Na + ) и калия внутри и снаружи клетки перемещаются с помощью натриево-калиевого насоса, гарантируя, что электрохимическое равновесие остается недостигнутым, позволяя клетке поддерживать состояние мембранного потенциала покоя. [2] На графике потенциала действия участок гиперполяризации выглядит как провал вниз, идущий ниже линии мембранного потенциала покоя. При этой постгиперполяризации (падении вниз) клетка находится с более отрицательным потенциалом, чем в состоянии покоя (около -80 мВ) из-за медленной инактивации потенциалзависимых K + -каналов задержанного выпрямителя, которые являются первичными K + -каналами, связанными с реполяризацией. [3] При таких низких напряжениях все потенциал-управляемые K + -каналы закрываются, и клетка возвращается к потенциалу покоя в течение нескольких миллисекунд. Говорят, что клетка, которая испытывает реполяризацию, находится в периоде абсолютной рефрактерности. Другие потенциалзависимые K + -каналы, которые способствуют реполяризации, включают каналы A-типа и Ca 2+ -активируемые K + -каналы . [4] Белковые транспортные молекулы отвечают за вывод Na + из клетки и K + в клетку для восстановления исходной концентрации ионов в состоянии покоя. [5]
Блокады реполяризации могут возникать из-за модификаций потенциалзависимых K + -каналов. Это демонстрируется селективным блокированием потенциалзависимых K + -каналов антагонистом тетраэтиламмонием (TEA). Блокируя канал, реполяризация эффективно останавливается. [6] Дендротоксины являются еще одним примером селективного фармакологического блокатора потенциалзависимых K + -каналов. Отсутствие реполяризации означает, что нейрон остается под высоким напряжением, что замедляет дезактивацию натриевых каналов до такой степени, что входящего тока Na + становится недостаточно для деполяризации и поддержания импульса. [7]
Структура потенциалзависимого K + -канала представляет собой структуру из шести трансмембранных спиралей вдоль липидного бислоя . Селективность этого канала к напряжению опосредована четырьмя из этих трансмембранных доменов (S1–S4) – доменом восприятия напряжения. Два других домена (S5, S6) образуют пору, через которую проходят ионы. [8] Активация и деактивация потенциал-зависимого K + -канала запускается конформационными изменениями в области восприятия напряжения. В частности, домен S4 перемещается так, что активирует и деактивирует пору. Во время активации происходит движение S4 наружу, вызывающее более тесную связь VSD с порами. Деактивация характеризуется движением S4 внутрь. [9]
Переключение от деполяризации к реполяризации зависит от кинетических механизмов как потенциалзависимых K +- , так и Na + -каналов . Хотя оба потенциалзависимых канала Na + и K + активируются примерно при одном и том же напряжении (-50 мВ ), каналы Na + имеют более быструю кинетику и активируются/дезактивируются гораздо быстрее. [10] Реполяризация происходит по мере уменьшения притока Na + (деинактивации каналов) и увеличения оттока ионов K + по мере открытия его каналов. [11] Снижение проводимости ионов натрия и повышение проводимости ионов калия приводит к тому, что мембранный потенциал клетки очень быстро возвращается к мембранному потенциалу покоя и превышает его, что вызывает гиперполяризацию из-за медленного закрытия калиевых каналов, позволяя большему количеству калия течь. после достижения мембранного потенциала покоя. [10]
После потенциала действия, характерно генерируемого притоком Na + через потенциалзависимые Na + -каналы, наступает период реполяризации, в котором Na + -каналы инактивируются, а K + -каналы активируются. Дальнейшее изучение K + -каналов показывает, что существует четыре типа, которые влияют на реполяризацию клеточной мембраны для восстановления потенциала покоя. Четыре типа: K v 1, K v 2, K v 3 и K v 4. Канал K v 1 в первую очередь влияет на реполяризацию аксона. Канал K v 2 обычно активируется медленнее. Каналы K v 4 обычно активируются быстро. Когда каналы Kv2 и Kv4 блокируются , потенциал действия предсказуемо расширяется. [12] Каналы Kv3 открываются при более положительном мембранном потенциале и деактивируются в 10 раз быстрее, чем другие каналы Kv . Эти свойства позволяют создавать высокочастотные импульсы, необходимые нейронам млекопитающих . Области с плотными каналами K v 3 включают неокортекс , базальные ганглии , ствол мозга и гиппокамп , поскольку эти области создают микросекундные потенциалы действия, которые требуют быстрой реполяризации. [13]
Используя данные фиксации напряжения в экспериментах на нейронах грызунов, каналы K v 4 связаны с проводимостью первичной реполяризации после периода деполяризации нейрона. Когда канал K v 4 блокируется, потенциал действия становится шире, что приводит к увеличению периода реполяризации, задерживая способность нейрона снова активироваться. Скорость реполяризации тесно регулирует количество ионов Ca 2+ , поступающих в клетку. При попадании в клетку большого количества ионов Са 2+ из-за удлиненных периодов реполяризации нейрон может погибнуть, что приведет к развитию инсульта или судорог. [12]
Обнаружено, что каналы Kv1 способствуют реполяризации пирамидных нейронов , что, вероятно , связано с активацией каналов Kv4 . Не было обнаружено вклада каналов K v 2 в скорость реполяризации, поскольку блокирование этих каналов не приводило к изменению скорости реполяризации нейронов. [12]
Другим типом K + -канала, который помогает опосредовать реполяризацию в предсердиях человека, является SK-канал , представляющий собой K + -каналы, которые активируются увеличением концентрации Ca 2+ . «SK-канал» означает калиевый канал с небольшой проводимостью, активированный кальцием, и эти каналы находятся в сердце. SK-каналы специфически действуют в правом предсердии сердца и не оказались функционально важными в желудочках человеческого сердца. Каналы активны во время реполяризации, а также во время фазы диастолы предсердий, когда ток подвергается гиперполяризации. [14] В частности, эти каналы активируются, когда Ca 2+ связывается с кальмодулином (CaM), поскольку N-доля CaM взаимодействует с линкером S4/S5 канала, вызывая конформационные изменения. [15] Когда эти каналы K + активируются, ионы K + вырываются из клетки во время пика ее потенциала действия, вызывая реполяризацию клетки, поскольку приток ионов Ca 2+ превышается ионами K + , постоянно покидающими клетку. . [16]
В желудочках человека реполяризацию можно увидеть на ЭКГ ( электрокардиограмме ) через зубец J (Осборна), сегмент ST , зубец T и зубец U. Из-за сложности сердца, в частности того, что оно содержит три слоя клеток ( эндокард , миокард и эпикард ), существует множество физиологических изменений, влияющих на реполяризацию, которые также влияют на эти волны. [17] Помимо изменений в структуре сердца, которые влияют на реполяризацию, существует множество фармацевтических препаратов, которые оказывают тот же эффект.
Кроме того, реполяризация также изменяется в зависимости от местоположения и продолжительности первоначального потенциала действия . При стимуляции потенциалов действия на эпикарде было обнаружено, что продолжительность потенциала действия должна составлять 40–60 мс , чтобы дать нормальный, вертикальный зубец Т, тогда как продолжительность 20–40 мс дает изоэлектрическую волну и что-то еще. менее 20 мс приведет к отрицательному зубцу Т. [18]
Ранняя реполяризация — это явление, которое можно увидеть на записях ЭКГ желудочковых клеток, где имеется повышенный сегмент ST, также известный как зубец J. Зубец J заметен, когда в эпикарде ток больше, чем в эндокарде. [19] Исторически это считалось нормальным вариантом сердечного ритма, но недавние исследования показывают, что это связано с повышенным риском остановки сердца. Ранняя реполяризация происходит преимущественно у мужчин и связана с более сильным током калия, вызываемым гормоном тестостероном . Кроме того, хотя риск неизвестен, у афроамериканцев, по-видимому, чаще возникает ранняя реполяризация. [20]
Как упоминалось в предыдущем разделе, ранняя реполяризация проявляется в виде сегментов повышенных волн на ЭКГ. Недавние исследования показали связь между ранней реполяризацией и внезапной сердечной смертью , которую идентифицируют как синдром ранней реполяризации. Состояние проявляется как фибрилляцией желудочков без других структурных дефектов сердца, так и ранним паттерном деполяризации, который можно увидеть на ЭКГ. [21]
Основная причина синдрома ранней реполяризации связана с нарушениями электропроводности ионных каналов, которые могут быть обусловлены генетическими факторами. Нарушения синдрома включают колебания токов натрия, калия и кальция. Изменения этих токов могут привести к перекрытию областей миокарда, одновременно подвергающихся различным фазам потенциала действия, что приводит к риску фибрилляции желудочков и аритмий . [22]
После постановки диагноза большинству людей не требуется немедленное вмешательство, поскольку ранняя реполяризация на ЭКГ не указывает на какую-либо опасную для жизни неотложную медицинскую помощь. [23] У трех-тринадцати процентов здоровых людей на ЭКГ наблюдалась ранняя реполяризация. [21] Однако пациентам, у которых наблюдается ранняя реполяризация после выживания в случае синдрома ранней реполяризации (внезапная сердечная смерть), настоятельно рекомендуется имплантируемый кардиовертер-дефибриллятор (ИКД). [23] Кроме того, пациент может быть более склонен к фибрилляции предсердий, если у него синдром ранней реполяризации и ему меньше шестидесяти лет. [21]
У пациентов, страдающих обструктивным апноэ во сне, может наблюдаться нарушение реполяризации сердца, что значительно увеличивает заболеваемость и смертность от этого заболевания. Пациенты гораздо более восприимчивы к нарушениям реполяризации, особенно на больших высотах. Это можно несколько смягчить с помощью таких лекарств, как ацетазоламид , но эти препараты не обеспечивают достаточной защиты. Известно, что ацетазоламид и подобные препараты способны улучшить оксигенацию и апноэ во сне у пациентов, находящихся на больших высотах, но польза от препарата наблюдалась только при временном путешествии на высоте, а не у людей, которые остаются на большей высоте в течение длительного времени. время. [24]
{{cite book}}: |website=игнорируется ( помощь )