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¿Cuál es la razón detrás del alto potencial de membrana en reposo de las células marcapasos?

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Las células marcapasos tienen un potencial de membrana en reposo elevado de -50 a -40 mV, mientras que las células normales tienen su potencial de membrana en reposo alrededor de -70 mV. ¿Qué iones y qué tipo de canales son responsables del alto potencial de reposo de las células marcapasos?


El potencial del marcapasos es interesante (para un biólogo) ya que involucra sus canales de Na / K típicos, el canal de Ca, así como una corriente extraña (If) o, alternativamente, llamada corriente activada por hiperpolarización.

La corriente divertida es una corriente mixta de sodio y potasio que se activa tras la hiperpolarización a voltajes en el rango diastólico (normalmente de -60 / -70 mV a -40 mV). Cuando al final de un potencial SA la membrana se repolariza por debajo del umbral If (alrededor de -40 / -50 mV), la corriente divertida se activa y suministra corriente de entrada, que es responsable de iniciar la fase de despolarización diastólica (DD); por este mecanismo, la corriente divertida controla la tasa de actividad espontánea de los miocitos sinoauriculares, de ahí la frecuencia cardíaca.

La actividad del marcapasos (o actividad eléctrica espontánea) del nódulo sinoauricular se basa en la presencia de una fase especial llamada despolarización diastólica durante el potencial de acción, en la que las células se despolarizan espontáneamente hacia el umbral AP. Los estudios en animales (en su mayoría realizados en corazón de conejo) han identificado que esta corriente interna neta durante la fase de despolarización diastólica es el resultado de una interacción compleja de múltiples corrientes iónicas dirigidas hacia adentro y hacia afuera ...

Verkerk, Arie O., Antoni CG van Ginneken y Ronald Wilders. "Actividad del marcapasos del nódulo sinoauricular humano: papel de la corriente activada por hiperpolarización, I f". Revista internacional de cardiología 132.3 (2009): 318-336.

También esto

El SAN es un tejido complejo con diferencias regionales en propiedades morfológicas y eléctricas. Los estudios en animales han revelado que el marcapasos en las células SAN se deriva de la despolarización diastólica impulsada por una corriente de entrada neta, que resulta de una interacción de múltiples corrientes de iones. Las corrientes de entrada se activan durante la diástole: corriente de marcapasos activada por hiperpolarización (If), corriente de fondo de Na + (Ib, Na), corriente de entrada sostenida (Ist), corrientes de Ca2 + de tipo T y L (ICa, T e ICa, L, respectivamente ), y corriente de intercambio de Na + -Ca2 + activada por liberación de Ca2 + (INCX). Por el contrario, se desactivan las corrientes de salida: corriente K + del rectificador retardado rápido (IKr) y corriente K + del rectificador retardado lento (IKs). Las contribuciones relativas de estas corrientes a la despolarización diastólica son un tema de debate.

Verkerk, Arie O. y col. "Corriente de marcapasos (If) en el nódulo sinoauricular humano". Revista europea del corazón 28.20 (2007): 2472-2478.

¿Puedo sugerirle que lea los documentos mencionados anteriormente?

También te puede interesar esto:

Noma, Akinori. "Mecanismos iónicos del potencial de marcapasos cardíaco". Japanese heart journal 37.5 (1996): 673-682.


El potencial de la membrana en reposo

Los diferentes sistemas de transporte pasivo y activo se coordinan en una célula viva para mantener los iones intracelulares y otros solutos en concentraciones compatibles con la vida. En consecuencia, la célula no se equilibra con el líquido extracelular, sino que existe en un estado estable con la solución extracelular. Por ejemplo, la concentración de Na + intracelular (10 mmol / L en una célula muscular) es mucho más baja que la concentración de Na + extracelular (140 mmol / L), por lo que el Na + ingresa a la célula por transporte pasivo a través de canales de Na + no controlados. Sin embargo, la velocidad de entrada de Na + se corresponde con la velocidad de transporte activo de Na + fuera de la célula a través de la bomba de sodio-potasio (fig. 2.16). El resultado neto es que el Na + intracelular se mantiene constante y en un nivel bajo, aunque el Na + entra y sale continuamente de la célula. Lo contrario es cierto para K. +, que se mantiene a una alta concentración dentro de la célula en relación con el exterior. La salida pasiva de K + a través de canales de K + no controlados se corresponde con la entrada activa a través de la bomba (ver Fig. 2.16). El mantenimiento de este estado estable con concentraciones de iones dentro de la célula diferentes de las que están fuera de la célula es la base de la diferencia en el potencial eléctrico a través de la membrana plasmática o el potencial de la membrana en reposo.

^ FGUREIMH ^^ El concepto de estado estable. El Na + entra en un cejj ^ mmmmmmmmm a través de canales de Na + no divididos, moviéndose pasivamente hacia abajo en el gradiente electroquímico. La tasa de entrada de Na + se corresponde con la tasa de transporte activo de Na + fuera de la célula a través de la Na + / K + -ATPasa. La concentración intracelular de Na + permanece baja y constante. De manera similar, la tasa de salida pasiva de K + a través de los canales de K + no controlados se corresponde con la tasa de transporte activo de K + al interior de la célula a través de la bomba. La concentración intracelular de K + permanece alta y constante. Durante cada ciclo de la ATPasa, dos K ​​+ se intercambian por tres Na + y una molécula de ATP se hidroliza a ADP. El tipo grande y el tipo pequeño indican concentraciones de iones altas y bajas, respectivamente.

^ FGUREIMH ^^ El concepto de estado estable. El Na + entra en un cejj ^ mmmmmmmmm a través de canales de Na + no divididos, moviéndose pasivamente hacia abajo en el gradiente electroquímico. La tasa de entrada de Na + se corresponde con la tasa de transporte activo de Na + fuera de la célula a través de la Na + / K + -ATPasa. La concentración intracelular de Na + permanece baja y constante. De manera similar, la tasa de salida pasiva de K + a través de los canales de K + no controlados se corresponde con la tasa de transporte activo de K + al interior de la célula a través de la bomba. La concentración intracelular de K + permanece alta y constante. Durante cada ciclo de la ATPasa, dos K ​​+ se intercambian por tres Na + y una molécula de ATP se hidroliza a ADP. El tipo grande y el tipo pequeño indican concentraciones de iones altas y bajas, respectivamente.

El movimiento de iones está impulsado por el potencial electroquímico

Si no hay diferencias de temperatura o presión hidrostática entre los dos lados de una membrana plasmática, dos fuerzas impulsan el movimiento de iones y otros solutos a través de la membrana. Una fuerza resulta de la diferencia en la concentración de una sustancia entre el interior y el exterior de la célula y la tendencia de cada sustancia a moverse de áreas de alta concentración a áreas de baja concentración. La otra fuerza resulta de la diferencia de potencial eléctrico entre los dos lados de la membrana y se aplica solo a los iones y otros solutos cargados eléctricamente. Cuando existe una diferencia en el potencial eléctrico, los iones positivos tienden a moverse hacia el lado negativo, mientras que los iones negativos tienden a moverse hacia el lado positivo.

La suma de estas dos fuerzas impulsoras se denomina gradiente (o diferencia) de potencial electroquímico a través de la membrana para un soluto específico. Mide la tendencia de ese soluto a atravesar la membrana. La expresión de esta fuerza viene dada por:

Co donde | x representa el potencial electroquímico (A ^, es la diferencia de potencial electroquímico entre dos lados de la membrana) Ci y Co son las concentraciones del soluto dentro y fuera de la celda, respectivamente Ei es el potencial eléctrico dentro de la celda medido con respecto al potencial eléctrico fuera de la celda (Eo), - R es la constante universal del gas (2 cal / mol-K), - T es la temperatura absoluta (K) z es la valencia del ion y F es la Constante de Faraday (23 cal / mV-mol). Al insertar estas unidades en la ecuación 5 y simplificar, el potencial electroquímico se expresará en cal / mol, que son unidades de energía. Si el soluto no es un ion y no tiene carga eléctrica, entonces z = 0 y el último término de la ecuación se vuelve cero. En este caso, el potencial electroquímico se define solo por las diferentes concentraciones del soluto no cargado, llamado potencial químico. La fuerza impulsora para el transporte de solutos se convierte únicamente en la diferencia en el potencial químico.

El movimiento de iones neto es cero en el potencial de equilibrio

El movimiento neto de un ión dentro o fuera de una célula continúa mientras exista la fuerza impulsora. El movimiento neto se detiene y el equilibrio se alcanza solo cuando la fuerza impulsora del potencial electroquímico a través de la membrana se vuelve cero. La condición de equilibrio para cualquier ion permeable será A ^, = 0. Sustituyendo esta condición en la ecuación 5, obtenemos:

La ecuación 6, conocida como ecuación de Nernst, da el valor de la diferencia de potencial eléctrico (Ej - Eo) necesaria para que un ion específico esté en equilibrio. Este valor se conoce como el potencial de equilibrio de Nernst para ese ion en particular y se expresa en milivoltios (mV), unidades de voltaje. En el potencial de equilibrio, la tendencia de un ion a moverse en una dirección debido a la diferencia de concentraciones se equilibra exactamente con la tendencia a moverse en la dirección opuesta debido a la diferencia de potencial eléctrico. En este punto, el ion estará en equilibrio y no habrá movimiento neto. Al convertir a log10 y asumir una temperatura fisiológica de 37 ° C y un valor de + 1 para z (para Na + o K +), la ecuación de Nernst se puede expresar como:

Dado que el Na + y K + (y otros iones) están presentes en diferentes concentraciones dentro y fuera de una célula, de la ecuación 7 se deduce que el potencial de equilibrio será diferente para cada ion.

El potencial de la membrana en reposo está determinado por el movimiento pasivo de varios iones

El potencial de membrana en reposo es la diferencia de potencial eléctrico a través de la membrana plasmática de una célula viva normal en su estado no estimulado. Puede medirse directamente mediante la inserción de un microelectrodo en la celda con un electrodo de referencia en el líquido extracelular. El potencial de membrana en reposo está determinado por aquellos iones que pueden atravesar la membrana y no pueden alcanzar el equilibrio mediante los sistemas de transporte activo. Los iones de potasio, sodio y cloruro pueden atravesar las membranas de todas las células vivas, y cada uno de estos iones contribuye al potencial de membrana en reposo. Por el contrario, la permeabilidad de la membrana de la mayoría de las células a los iones divalentes es tan baja que puede ignorarse en este contexto.

La ecuación de Goldman da el valor del potencial de membrana (en mV) cuando se tienen en cuenta todos los iones permeables:

donde PK, PNa y PCl representan la permeabilidad de la membrana a los iones de potasio, sodio y cloruro, respectivamente, y los paréntesis indican la concentración del ión dentro (i) y fuera (o) de la célula. Si una determinada célula no es permeable a uno de estos iones, la contribución del ion impermeable al potencial de membrana será cero. Si una célula específica es permeable a un ion distinto de los tres considerados en la ecuación 8, la contribución de ese ion al potencial de membrana debe incluirse en la ecuación.

Puede verse en la ecuación 8 que la contribución de cualquier ion al potencial de membrana está determinada por la permeabilidad de la membrana a ese ion en particular. Cuanto mayor sea la permeabilidad de la membrana a un ion en relación con los demás, más contribuirá ese ion al potencial de membrana. Las membranas plasmáticas de la mayoría de las células vivas son mucho más permeables a los iones de potasio que a cualquier otro ión. Suponiendo que PNa y PCl son cero en relación con PK, la ecuación 8 se puede simplificar a:

que es la ecuación de Nernst para el potencial de equilibrio para K + (ver ecuación 6). Esto ilustra dos puntos importantes:

• En la mayoría de las células, el potencial de membrana en reposo está cerca del potencial de equilibrio del K +.

• El potencial de membrana en reposo de la mayoría de las células está dominado por K + porque la membrana plasmática es más permeable a este ión en comparación con las demás.

Como ejemplo típico, las concentraciones de K + fuera y dentro de una célula muscular son 3,5 mmol / L y 155 mmol / L, respectivamente. La sustitución de estos valores en la ecuación 7 da un potencial de equilibrio para K + de —100 mV, negativo dentro de la celda en relación con el exterior. El potencial de membrana en reposo en una célula muscular es —90 mV (interior negativo). Este valor está cerca, aunque no es el mismo, del potencial de equilibrio para K +.

La razón por la que el potencial de membrana en reposo en la célula muscular es menos negativo que el potencial de equilibrio para K + es la siguiente. En condiciones fisiológicas, hay una entrada pasiva de iones Na +. Esta entrada de iones cargados positivamente tiene un efecto pequeño pero significativo sobre el potencial negativo dentro de la celda. Suponiendo que el Na + intracelular sea 10 mmol / L y el Na + extracelular sea 140 mmol / L, la ecuación de Nernst da un valor de +70 mV para el potencial de equilibrio de Na + (positivo dentro de la célula). Esto está lejos del potencial de membrana en reposo de —90 mV. El Na + hace solo una pequeña contribución al potencial de membrana en reposo porque la permeabilidad de la membrana al Na + es muy baja en comparación con la del K +.

No es necesario considerar la contribución de los iones Cl— porque el potencial de membrana en reposo en la célula muscular es el mismo que el potencial de equilibrio del Cl—. Por lo tanto, no hay movimiento neto de iones cloruro.

En la mayoría de las células, como se muestra arriba usando una célula muscular como ejemplo, los potenciales de equilibrio de K + y Na + son diferentes del potencial de membrana en reposo, lo que indica que ni los iones K + ni los iones Na + están en equilibrio.

En consecuencia, estos iones continúan atravesando la membrana plasmática a través de canales no regulados específicos, y estos movimientos iónicos pasivos son directamente responsables del potencial de membrana en reposo.

La Na + / K + -ATPasa es importante indirectamente para mantener el potencial de membrana en reposo porque establece los gradientes de K + y Na + que impulsan la salida pasiva de K + y la entrada de Na +. Durante cada ciclo de la bomba, dos iones de K + se mueven hacia la celda a cambio de tres de Na +, que se mueven hacia afuera (ver figura 2.16). Debido al mecanismo de intercambio desigual, la actividad de la bomba contribuye levemente al potencial negativo dentro de la celda.


Transmisión de impulsos nerviosos dentro de una neurona

Para que el sistema nervioso funcione, las neuronas deben poder enviar y recibir señales. Estas señales son posibles porque cada neurona tiene una membrana celular cargada, también denominada potencial de membrana (una diferencia de voltaje entre el interior y el exterior), y la carga de esta membrana puede cambiar en respuesta a sustancias químicas llamadas neurotransmisores que se liberan de otras neuronas y estímulos ambientales. Para comprender cómo se comunican las neuronas, primero se debe comprender la base de la línea de base o potencial de membrana en reposo.


¿Qué es el potencial de la membrana en reposo? (con imagenes)

El potencial de membrana en reposo es la diferencia de voltaje de los fluidos dentro y fuera de una célula, que suele estar entre -70 y -80 milivoltios (mV). Todas las células tienen esta diferencia, pero es particularmente importante en relación con las células nerviosas y musculares, ya que cualquier estímulo que cambie el voltaje y lo diferencie del potencial de membrana en reposo es lo que permite a las células transmitir señales eléctricas. Si las celdas no tuvieran la diferencia de voltaje, entonces serían neutrales y no transmitirían ninguna información.

Fondo

Todas las células tienen una membrana que sirve como barrera entre el líquido que está afuera y el que está adentro, y para controlar qué tipos de partículas pueden entrar y salir de la célula. Algunas partículas, como el oxígeno, pueden atravesar la membrana por sí solas, pero otras más grandes necesitan canales especiales para atravesarlas. Algunos de estos canales solo permiten que entre y salga un tipo de partícula, y no empujan o tiran activamente de las partículas en ninguna dirección, mientras que otros pueden tomar múltiples tipos de partículas y pueden empujarlas activamente dentro o fuera de la célula. Ambos tipos pueden ser abiertos o cerrados en momentos específicos por la celda para controlar el flujo de partículas.

Potencial de reposo

Cuando una celda está en reposo, el fluido dentro de ella es un poco más negativo que el fluido fuera de ella, que generalmente tiene una carga de 0 mV. Esto se debe a las partículas cargadas eléctricamente llamadas iones. Los iones que causan la diferencia de voltaje son el tipo de partículas que necesitan canales para atravesar la membrana e incluyen cosas como potasio (K +) y sodio (Na +). Cuando una célula está en reposo, contiene una concentración de grandes iones negativos en su interior, así como algo de K + y un poco de Na +. El exterior de la celda está rodeado de Na + y un poco de K +, entre otras cosas.

Dado que los fluidos idealmente quieren tener diferentes tipos de partículas dispersas uniformemente a través de ellos, el K + dentro de la célula quiere salir y el Na + quiere entrar, de modo que los iones se distribuyan uniformemente. Sin embargo, no pueden hacer esto, porque los canales que permiten que el Na + pase a través de la membrana están cerrados cuando la célula está en reposo, y los de K + están ligeramente abiertos, lo que solo permite que se escape un poco de K +. Además, hay un tercer tipo de canal que empuja activamente cualquier exceso de Na + fuera de la celda y extrae el K + que se filtra hacia ella. Esto significa que se mantiene el voltaje ligeramente negativo dentro de la celda, creando el potencial de membrana en reposo.

Los potenciales de acción

Un potencial de acción es la forma en que las células transmiten información eléctrica y ocurre en respuesta a un estímulo. Si una célula que está en reposo recibe un estímulo suficiente para llevar la carga del líquido dentro de ella hasta -55 mV, entonces los canales que dejan pasar al Na + se abren, lo que hace que fluya una gran cantidad de Na + hacia la célula. Esto aumenta aún más la carga del fluido en el interior, hasta aproximadamente +30 mV. Una vez que el líquido alcanza esta carga, los canales de Na + se cierran y los canales de K + se abren por completo, dejando que el K + fluya fuera de la celda. Sin embargo, estos canales tardan más en abrirse que los canales de Na +, por lo que el líquido celular permanece cargado positivamente durante un tiempo.

Periodo refractario

Una vez que los canales de K + están completamente abiertos, sale una gran cantidad de K + de la celda, lo que reduce su voltaje interno a aproximadamente -90 mV. Esto se llama hiperpolarización y evita que el estímulo regrese y afecte a la misma célula nuevamente, ya que el fluido ahora tiene un voltaje mucho más bajo, lo que significa que se necesitaría un estímulo mucho mayor para volver a subir a -55 mV. Después de que esto suceda, los canales que absorben K + y expulsan Na + comienzan a funcionar y, finalmente, mueven la célula de nuevo al potencial de membrana en reposo de -70 mV.


Acoplamiento de excitación contracción

Este es el proceso que une la excitación eléctrica con la contracción. El calcio tiene un papel esencial en este proceso, una concentración de calcio intracelular elevada es el detonante que activa la contracción. La comprensión del manejo del calcio es esencial para comprender la función del corazón. La concentración de iones de calcio intracelular en el miocito cardíaco en reposo es de 0,0001 mM litro -1 y la del líquido extracelular es de 1,2 mM litro -1. Durante la fase de meseta del potencial de acción, los iones de calcio fluyen por este gradiente de concentración pronunciado y entran en el miocito. La mayor parte de este calcio ingresa a través de los canales de tipo L, ubicados principalmente en las uniones del retículo sarcolémico / sarcoplásmico. La entrada de calcio desencadena la liberación de más calcio del retículo sarcoplásmico a través de los receptores de rianodina. Esta liberación de calcio desencadenada por calcio contrasta con el músculo esquelético, donde el potencial de acción desencadena la liberación de calcio directamente.

El calcio intracelular libre interactúa con la subunidad C de la troponina. Esto conduce a un cambio de configuración en el complejo troponina / tropomiosina, lo que permite que la actina interactúe con la miosina. Se produce un ciclo de puentes cruzados, lo que lleva a un acortamiento del sarcómero y la contracción muscular resultante. A medida que las concentraciones de calcio intracelular disminuyen durante la repolarización, el calcio se disocia de la troponina a medida que disminuye la concentración de calcio intracelular, lo que produce relajación. La relajación diastólica es un proceso activo (dependiente de ATP). El transporte de calcio fuera del citosol ocurre a través de un retículo sarcoplásmico Ca 2+ -ATPasa, a través del intercambio sarcolémico de Na + / Ca 2+, a través de un Ca 2+ -ATPasa sarcolémico, y finalmente mediante la utilización de un unipuerto de Ca 2+ mitocondrial.

La fuerza de una contracción puede variarse aumentando la cantidad de calcio intracelular libre, alterando la sensibilidad de los miofilamentos al calcio, o ambos. Este último ocurre durante el estiramiento de los miofilamentos y es responsable del mecanismo de Frank-Starling (discutido más adelante). La acidosis reduce la sensibilidad al calcio de los miofilamentos. Las altas concentraciones de fosfato y magnesio también alteran la función cardíaca.

Las catecolaminas activan los receptores beta-adrenérgicos en el corazón para producir un aumento de AMPc mediado por proteína G y una actividad mejorada de una proteína quinasa dependiente de AMPc. Esto conduce a la fosforilación de los canales de la membrana de calcio, mejorando la entrada de calcio en la célula. También se produce la fosforilación de la miosina, lo que aumenta la tasa de ciclos de puentes cruzados. Las catecolaminas también aumentan la tasa de recaptación de calcio en el retículo sarcoplásmico, lo que ayuda a la relajación.


Referencias

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Estudio del síndrome de QT largo

El sistema de conducción eléctrica del corazón también se conoce como sistema de conducción auriculoventricular (AV). Es responsable de iniciar cada latido del corazón y determinar la frecuencia y el ritmo cardíacos. La frecuencia y el ritmo cardíacos están influenciados por las propiedades intrínsecas del sistema de conducción y la información del sistema nervioso autónomo. También está influenciado por factores externos como el estado de excitación, demandas físicas, estrés y factores químicos internos y externos.

El marcapasos principal del corazón es el nódulo sinoauricular (SAN), que se encuentra en la unión de la vena cava superior (SVC) y la aurícula derecha, como se muestra en la figura siguiente. Los potenciales o impulsos eléctricos, llamados potenciales de acción, viajan desde el SAN a través de las aurículas, activando rápidamente las células del músculo auricular que se contraen al unísono para empujar la sangre a través del corazón.

El impulso eléctrico viaja al nodo AV, que conecta las aurículas y los ventrículos. El nodo AV regula naturalmente la velocidad a la que las señales eléctricas viajan al ventrículo. Desde el nodo AV, las señales eléctricas activan el sistema His-Purkinje, compuesto por el haz de His, las ramas derecha e izquierda del haz y las fibras de Purkinje. Esto hace que los ventrículos se contraigan de manera eficiente y al unísono, bombeando la sangre a los pulmones o al cuerpo.

Las arritmias ocurren cuando el sistema eléctrico del corazón funciona mal, lo que resulta en taquicardia, bradicardia, ritmos irregulares o fibrilación ventricular. Las anomalías eléctricas, como el síndrome de QT largo, provocan estos ritmos anormales que también pueden causar síncope y paro cardíaco repentino.

Potencial de acción cardíaca

El potencial de acción cardíaco es una onda de actividad electroquímica resultante de un flujo pasivo de iones a través de canales o aberturas específicas en las membranas de las células cardíacas. El flujo de iones está regulado por los gradientes electroquímicos de cada celda, que resultan de las bombas de iones activos y los mecanismos de intercambio. Cada ion tiene uno o más canales específicos. Los canales de sodio (Na +) y calcio (Ca ++) proporcionan las corrientes de despolarización o descarga, mientras que los canales de potasio (K +) proporcionan las corrientes de repolarización o recarga. Los canales de Na + se denominan canales rápidos y los canales de Ca ++ se denominan canales lentos, aunque la rapidez no se relaciona con la velocidad de acción sino con el mayor número de canales de Na +. Las mutaciones que afectan los canales iónicos que controlan el potencial de acción cardíaco pueden provocar SQTL.

Potencial de reposo

Una célula miocárdica cardíaca auricular o ventricular típica tiene un potencial de membrana en reposo de -90 milivoltios (mV) con respecto al exterior de la célula. El potencial de membrana en reposo se debe a las concentraciones de iones a ambos lados de la membrana celular. Las membranas celulares tienen una alta permeabilidad para K +, por lo que K + determina el potencial de reposo. El Na + se bombea fuera de la celda y el K + se bombea al interior de la celda mediante la bomba de Na + / K +. La bomba trabaja contra los gradientes electroquímicos de Na + y K +, permitiendo que el K + intracelular permanezca alto y el Na + intracelular bajo. En diástole, cuando el corazón se está repolarizando, la membrana celular es permeable al K + y relativamente impermeable al Na +, cloruro (Cl -) y Ca ++. La corriente rápida de Na + es responsable de la activación de las células miocárdicas auriculares y ventriculares. La corriente lenta de Ca ++ es responsable de la activación en las células despolarizadas que exhiben la respuesta lenta y de la activación en las células sinusales y del nódulo AV.

Fases del potencial de acción cardíaca

El potencial de acción cardíaco tiene cinco fases, que se muestran en la figura de la izquierda.

Fase 0: subida o despolarización

El rápido aumento del potencial de acción en el músculo auricular y ventricular y en las fibras de His-Purkinje que se produce en la fase 0 se debe a un aumento repentino de la conductancia de la membrana al Na +, que genera una corriente rápida de Na +. El aumento de la conductancia de Na + resulta de la apertura de los canales de Na + dependientes de voltaje. La despolarización rápida abre los canales mientras que la despolarización mantenida los inactiva.

La disponibilidad en estado estable de los canales de Na + está regulada por el potencial de reposo, de modo que a -90 mV, más del 80% de los canales de Na + están disponibles para su activación. Por el contrario, a -60 mV (un nivel presente en el miocardio isquémico), solo del 10 al 20 por ciento de los canales de Na + están disponibles para su activación. En el miocardio con alto potencial de reposo (-90 mV) se observan corrientes de Na + más grandes que producen una rápida velocidad ascendente y dan lugar a formas de onda de propagación más rápida. Los tejidos con menor potencial de reposo, como los nódulos sinusales y AV y el tejido isquémico, tienen una velocidad y formas de onda de propagación más lentas. Durante la fase 0, cuando la membrana se despolariza a potenciales positivos a -40 mV, se activa una corriente de entrada más lenta y es transportada por la apertura de los canales de Ca ++.

Fase 1: repolarización rápida temprana

La repolarización rápida de la membrana a 0 mV se produce con la inactivación parcial de la corriente de entrada rápida de Na + y la activación de una corriente de salida transitoria de K + (y posiblemente una corriente de Cl -) a potenciales positivos de 0 mV. Una corriente lenta de Ca ++ hacia el interior se activa a potenciales de membrana positivos a -40 mV y está mediada por canales de Ca ++ altamente selectivos que se inactivan lentamente, lo que mantiene la meseta. Las fases 0 y 1 ocurren durante la inscripción del complejo QRS que se muestra en el electrocardiograma (ECG).

Fase 2 - Meseta

La fase de meseta dura varios cientos de milisegundos, durante los cuales la conductancia de la membrana a todos los iones es baja. La principal corriente de entrada que sostiene la meseta es la corriente de Ca ++. En comparación con el estado de reposo, en la fase de meseta, la conductancia de Na + y Ca ++ aumenta significativamente y la permeabilidad de K + disminuye notablemente. La corriente de Ca ++ proporciona el disparador para la liberación de Ca ++ del retículo sarcoplásmico, lo que resulta en la activación de miofilamentos que proporcionan el vínculo entre la excitación y la contracción.

Al final de la fase 2, cuando se inactiva un número suficiente de canales de Na + y Ca ++, la célula se vuelve no excitable y se produce el período refractario absoluto o efectivo. A medida que la membrana se repolariza parcialmente y se dispone de más canales de Na +, se produce una fase conocida como período refractario relativo.

Aunque un potencial de acción puede iniciarse durante este intervalo, su tasa de aumento y velocidad de propagación es lenta y la duración del potencial de acción es más corta. Esto da como resultado una conducción aberrante lenta o una conducción bloqueada. La fase 2 ocurre durante el segmento ST del ECG.

Fase 3 - Repolarización rápida final

La repolarización se produce con la inactivación de la corriente de entrada de Ca ++. La activación de una corriente de K + hacia el exterior (rectificador retardado) provoca una salida neta de cargas positivas que desplazan la membrana hacia un potencial más negativo. La corriente de salida de K + incluye dos componentes independientes, el rápido IKr y el lento yoKansas. Esto da como resultado la activación de la corriente de K + rectificadora hacia adentro, que es la corriente dominante de la membrana en reposo. La fase 3 ocurre durante la inscripción de la onda T del ECG.

Fase 4: potencial de membrana en reposo y despolarización diastólica

En las células musculares auriculares y ventriculares, el potencial de membrana en reposo permanece estable durante la diástole y está controlado por el canal de K + rectificador hacia adentro. En las células marcapasos, el potencial de membrana se despolariza gradualmente, lo que genera un potencial de acción espontáneo cuando se alcanza el nivel umbral. Esta despolarización diastólica lenta se ve afectada por varios factores. La pendiente de la despolarización diastólica determina la velocidad de activación del marcapasos. For example, sympathetic or adrenergic stimulation increases the slope of phase 4 or diastolic depolarization, whereas parasympathetic stimulation decreases the slope. A number of ionic currents control the pacemaker potential. Antiarrhythmic agents affect resting membrane potential, threshold potential, and phase 4 depolarization. Phase 4 starts at the end of the T wave of the ECG.

Prolonged QT Interval

The genetic mutations that are associated with LQTS affect the electrical system of the heart in every phase of the cardiac action potential. Most, but not all, patients with LQTS have prolongation of the action potential that is reflected on an ECG as a lengthening of the QT potential. The figure above shows an action potential and an ECG tracing respresentative of a LQTS patient compared to those of a healthy child.


INTRODUCCIÓN

Circadian clocks in animals synchronize the timing of physiological and behavioral events to environmental cycles of day and night. Before the molecular-genetic characterization of clock genes in Drosophila, circadian rhythms of spontaneous action potential firing and membrane potential were defining features of pacemaker neurons in vertebrates and invertebrates (Colwell 2000 De Jeu and Pennartz 2002 Green and Gillette 1982 Herzog et al. 1998 Ikeda et al. 2003 Inouye and Kawamura 1979 Itri et al. 2005 Kuhlman et al. 2003 Liu et al. 1997 Michel et al. 1993 Nakamura et al. 2002 Pennartz et al. 2002 Quintero et al. 2003 Schwartz et al. 1987). Light, the primary environmental cue that entrains the circadian clock and behavior, is transduced in Drosophila pacemaker neurons cell-autonomously by the blue light—sensing protein CRYPTOCHROME (CRY) and by light-driven synaptic inputs (Emery et al. 1998 Helfrich-Förster et al. 2001 Stanewsky et al. 1998). Light sensitivity may be a general property of pacemaker neurons because most mammalian circadian neurons located in the suprachiasmatic nucleus (SCN) acutely alter their spontaneous action potential firing rate in response to changes in illumination (Meijer et al. 1986).

The molecular components of the circadian clock, including PERIOD (PER) and TIMELESS (TIM), were described first using the model organism Drosophila melanogaster (reviewed in Hall 2005 Konopka and Benzer 1971) and their detailed characterization has dominated Drosophila circadian biology for decades. Due to technical difficulty, neurophysiological characterization of Drosophila pacemaker neurons has lagged behind our molecular understanding of the circadian clock. However, this has begun to change, first by molecular genetic analysis of transgenic flies that express modified ion channels in pacemaker neurons and ion channel mutant flies (de la Paz Fernandez et al. 2007 Lear et al. 2005 Nitabach et al. 2002, 2005b, 2006). This work was followed more recently by direct patch-clamp analysis of Drosophila pacemaker neurons along with single-cell fills that permitted an unprecedented level of morphological detail of single large ventral lateral neurons (LNvs), although this study did not depict spontaneous action potentials in the large LNvs (Park and Griffith 2006).

Whether large LNvs are bona fide pacemaker neurons is controversial (Helfrich-Förster 1998 Lin et al. 2004 Shafer et al. 2002 Yang and Sehgal 2001). However, circadian molecular oscillation of tim RNA persists in large LNvs after 8 days of constant darkness (Peng et al. 2003 Stoleru et al. 2004). Although there is a clear relationship between neuronal electrical properties and phases of oscillating clocks in mammals, circadian regulation of pacemaker neuron membrane potential and spontaneous action potential firing remain unclear for Drosophila. Because of the genetic amenability of the Drosophila circadian pacemaker circuit and analysis of underlying molecular and overt behavioral rhythmicity, we set out to characterize the spontaneous electrophysiological properties of the Drosophila circadian neurons, beginning with the large LNvs because of their greater physiological accessibility. We report that large LNvs fire spontaneous action potentials, are acutely light regulated, and their action potential firing rate and pattern are circadian regulated after weeks of constant darkness.


What is the reason behind high resting membrane potential of pacemaker cells? - biología

C2006/F2402 '11 -- Key to Recitation Problems # 12

1. Hint: Will one EPP cause the muscle to contract?

Respuesta:
A. Muscle will contract briefly and then relax. (This is called a twitch). One EPP (end plate potential) is enough to stimulate muscle contraction, but multiple stimuli are needed to sustain a contraction. (One EPSP is not enough to fire an action potential in the post-synaptic neuron, but one EPP is enough to cause a contraction in the post-synaptic skeletal muscle cell.)

B. Neither. It was a motor neuron of the somatic nervous system.

2. This table contains most of the important features. Students should know all of the skeletal vs smooth columns, except the parts which are starred. (These, and the cardiac column, are included for reference.) There may be other aspects of 'compare and contrast' which are not explicitly mentioned.

Note table above does not include bridge cycle. All three use ATP during bridge cycle see handout for details in skeletal muscle.

3. The idea here is to compare and contrast the IPSP, EPSP, EPP, receptor potential, AP in skeletal muscle membrane, & AP in cardiac muscle membrane. It can't hurt to make a table as above. Here are some of the important differences:

Types of potentials: The first 4 are graded local potentials AP's are self regenerating, long distance, all or nothing. The first 4 represent input into a cell an AP indicates output. The first 3 are found at a synapse (on post synaptic side) an AP occurs in the membrane of an axon (of a neuron) or the part of the muscle membrane outside the synapse/endplate. Receptor potentials are found in the specialized sensory/receptor cells where the receptor proteins are located.

Size/Effects: An EPSP is not enough to generate an AP in the membrane of the post synaptic neuron. An EPP is large enough to generate an AP in the muscle membrane and subsequently a twitch in the muscle.

Ion flow/potential changes: EPPs and EPSPs are excitatory (depolarizing) IPSPs are inhibiting (hyperpolarizing). A net flow of positive ions going into the cell causes EPPs and EPSPs positive ions going out, or negative ions going in, cause IPSPs.

Canales: The first 3 result from ligand gated channels an AP from voltage gated channels. (Receptor potentials result from ligand, photon, or mechanically gated channels.)

Summation: EPSPs and IPSPs are algebraically summed. If the total is enough to reach threshold, the neuron fires an AP. If the total stimulation to neuron or muscle is enough, there will be multiple APs, but all of the same size. Summation leads to more frequent APs, but no change in shape of AP. If enough EPPs generate multiple APs in the muscle membrane, the subsequent twitches will add up, leading to larger contractions. The contraction will be proportional to the amount of stimulation up to a point -- once the muscle is maximally contracted it will remain so (tetanus) until stimulation stops.
Receptor potentials are also summed stimulation leads to a proportional increase in the number of APs or a proportional release of transmitter (generating APs in the next cell), depending on the set up.

Two types of AP: AP in skeletal muscle (& nerve) is relatively short. AP in cardiac muscle is prolonged (by opening Ca ++ channels and delayed opening of K + channels**). The result is a long refractory period in cardiac muscle, relative to the length of the contraction (twitch). Therefore multiple APs can generate multiple twitches which can be summed in skeletal muscle, but not cardiac. Other factors being equal, the size of the skeletal muscle contraction is proportional to the stimulation the size of the cardiac contraction is not.

4. How to compare and contrast the RMP vs pacemaker potential?

The RMP (resting membrane potential) is stable -- it remains at a constant (negative) value in non-pacemaker cells (until the cell is stimulated). The RMP is caused primarily by K + leaving the cell through leak channels. The Na + /K + pump establishes a high [K + ] inside the cell, and some K + leaks out. The RMP reaches a steady state when the chemical gradient -- pushing K + out -- is balanced by the potential difference across the membrane -- pulling K + in.

In pacemaker (autorhythmic) cells, there is no stable RMP. After a spike (AP) the membrane potential repolarizes, and reaches a negative value. Then it gradually depolarizes without any input from nerves or ligands, because of the spontaneous opening/closing of the appropriate channels. (Either less K + moves out than usual, and/or more Na + and Ca ++ move in.**) The gradual change in in polarization = pacemaker potential the membrane eventually depolarizes to threshold and an AP is fired. Therefore the cell fires APs spontaneously without any input.

The slope of the pacemaker potential determines the frequency of reaching threshold, and the intervals between APs. The slope can be altered by ligands that affect channel states these ligands alter ion flow, change the slope of the pacemaker potential, and alter the frequency of APs.

**Reminder: You do not need to memorize what channels are responsible for the pacemaker potential and the AP in the pacemaker cell (or prolonged AP in the cardiac muscle cell). This year the handout does not have the channels for the pacemaker cells. However, it does show the channels for cardiac contractile cells, and you should be able to explain how the changes in channels and permeabilities shown on handout 21-C produce the changes in the shape of the AP.

5. A. DTX probably blocks (repolarization).

B. DTX should affect (amount of AcCh released per AP).

C. DTX probably (increases AP width)

D. DTX causes (increased opening of Ca ++ channels).

How more Ca ++ is released: DTX will not change the RMP it will change the amount of time it takes to return to the RMP. Therefore it will increase the AP width, which will in turn increases the amount of opening of voltage gated Ca ++ channels. Since the voltage remains high for a longer time, the Ca ++ channels will remain open longer, and more Ca ++ will come in to the cell.
If cell remains longer at higher voltage, it may be easier to trigger an AP, and APs may be more frequent. It was okay if you said this in addition to the correct answer it wasn't given credit as an answer by itself. For the explanation, it was okay to explain either why there might be more APs or longer (wider) APs.
Why more AcCh released? Ca ++ causes exocytosis and release of neurotransmitter. If more Ca ++ channels are opened, or opened longer, more AcCh will be released per AP.

Note that the 'extra' Ca ++ is in the presynaptic cell, not in the post synaptic muscle. It is the 'extra' AcCh that causes overexcitability of the muscle.


What is depolarization of the heart?

Médico Definición de depolarization : loss of polarization especially : loss of the difference in charge between the inside and outside of the plasma membrane of a muscle or nerve cell due to a change in permeability and migration of sodium ions to the interior &hellip

Beside above, what does depolarization mean in ECG? Well, we remember that depolarization is defined as the change in the cell's membrane potential to a more positive state. It's this change that generates the electrical impulse that starts the heart's contraction. Así que nosotros pueden associate the P wave of an ECG with the contraction of the atria.

Similarly, you may ask, what does it mean when the heart Depolarizes?

If a cell receives a signal from an adjacent muscle cell or the specialized muscle cells that form the signalling system of the corazón the -90mV rapidly moves towards zero. los depolarization causes the release of calcium inside the cells and this causes the cells to contract.

How does depolarization occur?

Depolarization and hyperpolarization ocurrir when ion channels in the membrane open or close, altering the ability of particular types of ions to enter or exit the cell. For example: The opening of channels that let positive ions flow into the cell can cause depolarization.