fysiologie - Capita Selecta

Capita Selecta Studieondersteuning
Lespakket Kennistoets decentrale selectie (2014-2015)
Hoofdstuk 1: Electrofysiologie van het hart
Chapter 21, blz. 504 t/m 528: Cardiac electrophysiology and the electrocardiogram
Het bestaat uit een hoop verschillende cellen, met elk een eigen functie. Ze hebben één ding
gemeen: ze hebben allemaal elektrische activiteit. Het hart functioneert namelijk op elektriciteit, die
door het hart zelf gegenereerd wordt. In dit hoofdstuk wordt uitgelegd hoe dat signaal ontstaat, hoe
het resit en wat het doet.
1.1 Het actiepotentiaal
Het ontstaan van het actiepotentiaal
Het actiepotentiaal ontstaat in de
sinusknoop, die is gelegen in het rechter
atrium. Deze groep cellen depolariseert
spontaan en geeft een regelmatig, intrinsiek
ritme af van 60-100 slagen per minuut. Het
staat onder invloed van het autonome
zenuwstelsel. Het elektrische signaal dat
wordt afgegeven, gaat via gap junctions van
cel naar cel en verspreidt zich zo over het
gehele hart. Ongeveer 0,1 seconde na het
afvuren komt het signaal in de AV-knoop, de
atrio-ventriculaire knoop, die zoals de naam
al suggereert tussen de atria (boezems) en
ventrikels (kamers) is gelegen, zoals
weergegeven op de afbeelding hiernaast. Via
de Purkinje-vezels gaat het dan door de beide
ventrikels. Later wordt hier dieper op ingegaan.
Gap junctions
De actiepotentiaal wordt doorgegeven door middel
van het voltageverschil tussen cellen en de
weerstand van de gap junction die deze cellen
verbindt. Een gap junction is een elektrische synaps
tussen twee cellen, die de elektrische activiteit
doorgeeft. Volgens de wet van Ohm (spanning/potentiaalsterkte = stroomsterkte * weerstand, ofwel
U=I*R) geeft aan dat de stroomsterkte tussen cel A en cel B (I AB) evenredig is met het
potentiaalverschil tussen deze twee cellen (ΔV AB) en omgekeerd evenredig met de weerstand tussen
deze twee cellen (RAB). In het plaatje rechts is dit weergegeven.
Als cellen dit tegen elkaar aanliggen, zijn de gap junctions minimale barrières waar het
actiepotentiaal overheen moet. De RAB is dan erg klein.
Het copyright op dit lespakket berust bij de oorspronkelijke auteur. Dit lespakket mag alleen worden gebruikt
door cursisten van Capita Selecta. Het is niet toegestaan dit pakket of delen daarvan te kopiëren zonder
uitdrukkelijke, schriftelijke toestemming van Capita Selecta Studieondersteuning BV.
-5-
Capita Selecta Studieondersteuning
Lespakket Kennistoets decentrale selectie (2014-2015)
Het doorgeven van een actiepotentiaal begint vanuit de rustsituatie, waarbij alle cellen hun normaal
rustpotentiaal hebben. Een actiepotentiaal gaat dan van de linkerkant van cel A deze cel
depolariseren. Cel A depolariseert naar V A, die nu positief is ten opzichte van VB. Hierdoor zal er
positieve stroom vanuit cel A naar cel B gaan, en cel B depolariseren. Cel B depolariseert dan naar VB,
depolariseert cel C, enzovoort. Het verloop van dit actiepotentiaal wordt weergegeven in
onderstaande afbeelding (A).
Als er een serie cellen op deze manier wordt gedepolariseerd, worden de cellen het dichtst bij de
bron het meeste gedepolariseerd. Het signaal dooft als het ware uit. In de onderstaande afbeelding
(B) is dit weergegeven. Depolarisatie wordt veroorzaakt door een influx van kationen (natrium via
natriumkanalen en calcium via calciumkanalen). De depolarisatie wordt geremd door de efflux van
kaliumionen via kaliumkanalen of de influx van chloride-anionen door chloridekanalen.
Het kan ook zijn dat cel A wordt gedepolariseerd tot op zijn drempel, maar dat cel A nog niet heeft
gevuurd. Cel B wordt dan niet gedepolariseerd door cel A. cel A vuurt later wel en depolariseert dan
genoeg om cel B tot zijn drempel te depolariseren zodat ook deze kan vuren. Het actiepotentiaal
wordt trager naarmate het zwakker is. Dit is de onderste curve in de onderstaande grafiek.
Tegelijkertijd leidt een hoger actiepotentiaal tot een grotere depolarisatie in cel A, waardoor het
overbrengen op cel B ook sneller zal zijn en cel B in hogere mate gedepolariseerd zal worden.
Het copyright op dit lespakket berust bij de oorspronkelijke auteur. Dit lespakket mag alleen worden gebruikt
door cursisten van Capita Selecta. Het is niet toegestaan dit pakket of delen daarvan te kopiëren zonder
uitdrukkelijke, schriftelijke toestemming van Capita Selecta Studieondersteuning BV.
-6-
Capita Selecta Studieondersteuning
Lespakket Kennistoets decentrale selectie (2014-2015)
Het actiepotentiaal kan versneld worden op twee manieren:
1. Het openen van meerdere ionkanalen in de actieve regio van het hart, zodat er een grotere
depolarsatie plaatsvindt.
2. Het verlagen van de drempel/grenswaarde voor het doorgeven van een actiepotentiaal,
zodat ook kleinere actiepotentialen door worden gegeven.
Ook dit is in afbeelding C weergegeven.
In de actieve regio van het hart hebben cellen hun drempel/grenswaarde bereikt en hun
actiepotentialen zijn dan de bron voor het depolariseren van de andere cellen. Als cel A
depolariseert, openen de Na+ en Ca2+ kanalen, waardoor deze kationen de cel in kunnen stromen. Dit
leidt ertoe dat de cel positief geladen wordt. Niet alleen wordt cel A gedepolariseerd, ook ontstaat er
een stroom van positieve lading naar cel B: de intracellulaire stroom. Hierdoor wordt het membraan
van cel B gedepolariseerd, met daaruit voortvloeiend het vrijkomen van extracellulaire positief
geladen deeltjes. Deze beweging van extracellulaire positief geladen deeltjes van het gebied rondom
cel B naar het gebied rondom cel A heeft de extracellulaire stroom.
Deze twee stromingen zijn even groot en bewegen tegenovergesteld van elkaar. De extracellulaire
component geeft het hart zijn elektrische vector, die verandert met de tijd. Elk punt op een ECG is de
som van alle elektrische vectoren die door de hartcellen zijn gegenereerd.
Het copyright op dit lespakket berust bij de oorspronkelijke auteur. Dit lespakket mag alleen worden gebruikt
door cursisten van Capita Selecta. Het is niet toegestaan dit pakket of delen daarvan te kopiëren zonder
uitdrukkelijke, schriftelijke toestemming van Capita Selecta Studieondersteuning BV.
-7-
Capita Selecta Studieondersteuning
Lespakket Kennistoets decentrale selectie (2014-2015)
De fasen van het actiepotentiaal
Het begin, de vorm en de duur van het actiepotentiaal zijn verschillend voor de verschillende delen
van het hart en geven de verschillende functies van deze verschillende delen weer. Deze verschillen
komen voort uit het feit dat de myocyten in verschillende regionen van het hart over hun eigen
karakteristieke kanalen en anatomy beschikken.
Er liggen 4 grote energiestromen aan ten grondslag:
 De Na+-stroom, de INa. Deze is verantwoordelijk voor de snelle depolarisatie van het
actiepotentiaal in de atria, ventrikels en Purkinjevezels. Deze zit niet in de cellen van de
sinus- of AV-knoop. Na+-stroom is de grootste stroom in het hart. Tijdens het negatieve
rustpotentiaal zijn de Na+-kanalen gesloten. In 0.1-0.2 seconden kunnen deze echter
activeren als reactie op lokale depolarisatie. Ze veroorzaken dan een massale influx van
natrium, wat de basis is van het actiepotentiaal (fase 0). Als het potentiaal tijdens de diastole
positief blijft, zullen de Na+-kanalen geleidelijk sluiten. Dit wordt inactivatie genoemd. Dit
proces is verantwoordelijk voor de snelle repolarisatie van het actiepotentiaal (fase 1).
 De Ca2+-stroom, de ICa. Deze is verantwoordelijk voor de snelle depolarisatie in de sinusknoop
en in de AV-knoop en triggert contractie in alle myocyten. In de sinusknoop en AV-knoop is
de influx van calcium verantwoordelijk voor het stijgen van de nodale actiepotentialen in
fase 0. Omdat de nodale cellen geen hoge INa hebben, gaat dit trager dan in de cellen van de
atria en ventrikels. De kleinere ICa doet de omliggende membranen van de sinusknoop en AVknoop dus langzamer ontladen, zodat de snelheid van het actiepotentiaal langzamer is dan in
het overige hartweefsel. In de AV-knoop wordt dit het ‘electric delay’ genoemd. Hierdoor
krijgt het atrium meer tijd om bloed in de ventrikels te pompen. In de overige weefsels
draagt de ICa bij aan de INa, waardoor de snelheid van de actiepotentialen toeneemt. Een
kleine ICa blijft over gedurende fase 2, wat zorgt voor verlenging van de plateaufase.
 De K+-stroom, de IK. Deze is verantwoordelijk voor de repolarisatie van het actiepotentiaal in
alle cardiomyocyten. Dit gebeurt erg langzaam, maar in alle cellen van het hart. Bij
depolarisatie activeert het langzaam (20-100ms) maar het inactiveert niet. In de nodale
cellen draagt het bij aan de pacemakeractiviteit door de diastolische voltage te deactiveren.
 De pacemakerstroom, de If. Deze is verantwoordelijk voor de pacemakeractiviteit in de cellen
van de sinusknoop, de AV-knoop en de Purkinjevezels. Een non-specifiek kationkanaal (HCN,
hyperpolarization activated cyclic nucleotide gated) draagt niet mee aan de hyperpolarisatie
aan het einde van fase 3.
Hiernaast zijn er nog vele andere stromen in het hart. Twee transporters vervoeren ze over het
membraan: de NCX-1 (Na-Ca exchanger, ofwel een transporter die Na+ en Ca2+ uitwisselt) en de
natrium/kaliumpomp.
In onderstaande tabel zijn de potentialen van de verschillende ionen weergegeven.
Het copyright op dit lespakket berust bij de oorspronkelijke auteur. Dit lespakket mag alleen worden gebruikt
door cursisten van Capita Selecta. Het is niet toegestaan dit pakket of delen daarvan te kopiëren zonder
uitdrukkelijke, schriftelijke toestemming van Capita Selecta Studieondersteuning BV.
-8-
Capita Selecta Studieondersteuning





Lespakket Kennistoets decentrale selectie (2014-2015)
Fase 0: de toename van het actiepotentiaal. Als deze alleen het gevolg is van ICa, is deze
langzaam. Dit is te zien in figuur A hierboven. Als deze actiepotentiaal het gevolg is van zowel
ICa als INa, is deze snel. Dit is te zien in figuur B.
Fase 1: de snelle repolarisatie van het actiepotentiaal. Deze fase is het gevolg van (sub)totale inactivatie van INa of ICa en kan ook het gevolg zijn van de activatie van een kleine K +stroom, de Ito. Dit staat voor ‘transient outward current’.
Fase 2: de plateaufase van het actiepotentiaal, die met name prominent is in de
cardiomyocyten van de ventrikels. Het hangt af van de influx van Ca 2+ en Na+ door hun
kanalen en de NCX-1.
Fase 3: de repolarisatie van het actiepotentiaal, die het gevolg is van IK
Fase 4: de elektrische diastole van het actiepotentiaal. In deze fase produceren de
veranderingen in IK, ICa en If de pacemakeractiviteit in de sinus- en AV-knoop. Purkinjevezels
hebben ook pacemakeractiviteit, maar dit is alleen gebaseerd op If. De cardiomyocyten van
de atria en ventrikels hebben geen actieve stroom tijdens deze fase.
Het copyright op dit lespakket berust bij de oorspronkelijke auteur. Dit lespakket mag alleen worden gebruikt
door cursisten van Capita Selecta. Het is niet toegestaan dit pakket of delen daarvan te kopiëren zonder
uitdrukkelijke, schriftelijke toestemming van Capita Selecta Studieondersteuning BV.
-9-