Что такое деполяризация и реполяризация
Деполяризация и реполяризация
В разделе «Основные принципы электрокардиографии и нарушения» рассматривается общее понятие «электрическое возбуждение», которое означает распространение электрических импульсов по предсердиям и желудочкам. Точное название электрического возбуждения, или активации сердца, – деполяризация. Возврат кардиомиоцитов к состоянию расслабления после возбуждения (деполяризации) – реполяризация. Эти термины подчёркивают, что в состоянии покоя клетки миокарда предсердий и желудочков поляризованы (их поверхность электрически заряжена). На рисунке 2-1, А изображено состояние поляризации нормальной мышечной клетки предсердий или желудочков
| Примечание: Деполяризация миокарда желудочков происходит от эндокарда к эпикарду, а реполяризация – от эпикарда к эндокарду. Это обусловлено тем, что длительность ТМПД в субэпикардиальных отделах желудочков на 0,03-0.04 с меньше, чем в субэндокардиальных отделах, и процесс реполяризации раньше начнётся именно под эпикардом. |
Деполяризующий электрический ток регистрируют на электрокардиограмме в виде зубца Р (возбуждение и деполяризация предсердий) и комплекса QRS (возбуждение и деполяризация желудочков).
На электрокардиограмме отражена электрическая активность всех клеток предсердий и желудочков, а не отдельных клеток. В сердце деполяризация и реполяризация обычно синхронизированы, поэтому на электрокардиограмме можно записать эти электрические потоки в виде определённых зубцов (зубцы P, T, U, комплекс QRS, сегмент ST).
Что такое деполяризация и реполяризация
Вначале в состоянии покоя на полоске миокарда разность потенциалов отсутствует. Стрелка гальванометра устанавливается на нулевом делении. Если нанести на левый конец полоски миокарда электрическое, механическое или термическое раздражение, т.е. вызвать деполяризацию, то эта часть миокардиальной полоски по отношению к части ее, находящейся в покое, зарядится отрицательно.
Возникнет разность потенциалов. Стрелка гальванометра отклонится. Эту разность потенциалов можно зарегистрировать и в виде вектора. Вектор всегда направлен от отрицательно заряженной ткани к положительно заряженной. Когда возбуждение достигнет правого конца полоски миокарда, деполяризация завершается, и разность потенциалов исчезает. Стрелка гальванометра вновь устанавливается на нулевом делении.
Потенциал действия клетки рабочего миокарда.
Быстрое развитие деполяризации и продолжительная реполяризация. Замедленная реполяризация (плато) переходит в быструю реполяризацию.
К началу реполяризации правый конец полоски миокарда по сравнению с левым заряжен еще отрицательно, поэтому вновь возникает разность потенциалов, но уже направленная в обратную сторону. Стрелка гальванометра отклоняется в другую сторону.
Вектор возбуждения также принимает противоположное направление (отрицательный зубец Т). После завершения реполяризации разность потенциалов уже отсутствует, и стрелка гальванометра вновь устанавливается на нулевом делении.
Фактически зубец Т ЭКГ у людей в левых прекордиальных отведениях (V5 и V6) положительный, т.е. зубцы R и Т конкордантны. Это объясняется тем, что возбудившийся раньше субэндокардиальный (внутренний) слой вследствие высокого внутреннего давления остается еще в возбужденном состоянии (то есть заряжен отрицательно), в то время как возбуждение субэпикардиального (наружного) слоя уже завершилось, и он заряжен положительно.
Вектор зубца Т направлен наружу и положителен.
Схематическое изображение двухфазного потенциала действия:
a) до возбуждения
b) начало деполяризации
c) распространение деполяризации
d) начало реполяризации
e) окончание реполяризации
Редактор: Искандер Милевски. Дата обновления публикации: 18.3.2021
Что такое деполяризация и реполяризация
Фаза деполяризации, фаза 0, наблюдается, когда после стимуляции открываются так называемые быстрые натриевые каналы клеточной мембраны, что позволяет ионам натрия входить внутрь клетки. Внезапный приток положительных ионов вызывает появление спайка — быстрого, направленного в положительную сторону изменения трансмембранного потенциала. Это изменение потенциала, названное деполяризацией, ответственно за сердечный электрический импульс; фаза 0 — это момент возникновения потенциала действия.
Натриевые каналы, отвечающие за быструю деполяризацию, являются потенциалзависимыми; это означает, что они открываются, когда клеточный трансмембранный потенциал покоя достигает определенного порогового значения. Обстоятельством, которое повышает трансмембранный потенциал покоя до порогового уровня, чаще всего служит деполяризация соседней сердечной клетки. Таким образом, деполяризация одной клетки приводят к деполяризации примыкающих к ней клеток; когда сердечная клетка деполяризуется, волна деполяризации (электрический импульс) распространяется по сердцу от клетки к клетке.
От скорости, с которой деполяризуется клетка (представленная наклоном фазы 0), зависит, насколько быстро будет происходить деполяризация следующей клетки. Такая последовательность определяет скорость распространения электрического импульса. Если что-то изменит наклон фазы 0, скорость проведения также изменится; чем быстрее осуществляется деполяризация сердечных клеток, тем быстрее электрический импульс перемещается по сердцу.
Реполяризация миокарда
Вы не сможете произвести выстрел из кольта 45-го калибра еще раз, не взведя курок. Точно так же, после деполяризации клетка не может активизироваться снова до тех пор, пока ионные токи, наблюдавшиеся при деполяризации, не повернут обратно. Процесс возвращения ионов в исходное положение называется реполяризацией. Реполяризация соответствует фазам 1—3 и поэтому занимает почти всю длительность потенциала действия. Поскольку клетка рефрактерна к следующей деполяризации до окончания процесса реполяризации, период времени от окончания фазы 0 до конечной части фазы 3 называется рефрактерным периодом клетки.
Таким образом, продолжительность потенциала действия определяет длительность рефрактерного периода; при изменении длительности потенциала действия рефрактерный период также изменится.
Реполяризация сердечных клеток — это сложный процесс, еще не изученный до конца. Реполяризация начинается быстро (фаза 1), но почти сразу же прерывается фазой плато (фаза 2), которая присуща только сердечным клеткам (никакого плато нет, например, в нервных клетках). Фаза 2 зависит от функционирования «медленных» кальциевых каналов, через которые положительно заряженные ионы кальция медленно входят внутрь клетки, приостанавливая реполяризацию и удлиняя потенциал действия.
Наиболее важным ионным сдвигом во время реполяризации является выходящий поток положительно заряженных ионов калия, который возвращает потенциал действия к исходному состоянию отрицательной поляризации. Идентифицированы по крайней мере шесть различных калиевых «токов»; они функционируют в разное время потенциала действия и модулируются несколькими факторами (включая величину потенциала, ионы кальция, мускариновые рецепторы, ацетилхолин и аденозинтрифосфат) при различных обстоятельствах.
Вход ионов натрия и кальция внутрь клетки для ее деполяризации и последующий выход ионов калия наружу для клеточной реполяризации способны возвращать трансмембранный потенциал к исходному уровню, но не восстанавливают первоначальный химизм клетки. В исправлении остаточного химического дисбаланса участвуют различные, недостаточно изученные механизмы; самый важный из них — натрий-калиевый насос. В процессе деполяризации разобраться, кажется, довольно просто, но попытка понять реполяризацию быстро заводит в лабиринт очевидно конфликтующих каналов, ворот, рецепторов и насосов, которые может любить только специалист по фундаментальной электрофизиологии.
К счастью, основные характеристики реполяризации относительно доступны пониманию: 1) реполяризация возвращает потенциал действия к уровню трансмембранного потенциала покоя; 2) этот процесс занимает определенное время; 3) время, примерно соответствующее ширине потенциала действия, определяется как рефрактерный период сердечной ткани; 4) деполяризация зависит главным образом от натриевых каналов, а реполяризация — от калиевых каналов.
Что такое деполяризация и реполяризация
В нервных волокнах сигналы передаются с помощью потенциалов действия, которые представляют собой быстрые изменения мембранного потенциала, быстро распространяющиеся вдоль мембраны нервного волокна. Каждый потенциал действия начинается со стремительного сдвига потенциала покоя от нормального отрицательного значения до положительной величины, затем он почти так же быстро возвращается к отрицательному потенциалу. При проведении нервного сигнала потенциал действия движется вдоль нервного волокна вплоть до его окончания.
Типичный потенциал действия, зарегистрированный с помощью метода, представленного в верхней части рисунка.
Фаза реполяризации. В течение нескольких долей миллисекунды после резкого повышения проницаемости мембраны для ионов натрия, натриевые каналы начинают закрываться, а калиевые — открываться. В результате быстрая диффузия ионов калия наружу восстанавливает нормальный отрицательный мембранный потенциал покоя. Этот процесс называют реполя-ризацией мембраны.
Для более полного понимания факторов, являющихся причиной деполяризации и реполяризации, необходимо изучить особенности двух других типов транспортных каналов в мембране нервного волокна: электроуправляемых натриевых и калиевых каналов.
Типичные изменения состояния электроуправляемых натриевых (вверху) и калиевых (внизу) каналов при изменении мембранного потенциала от нормального отрицательного значения до положительных величин.
Показана последовательная активация и инактивация натриевых каналов и задержанная активация калиевых каналов.
Инактивация натриевого канала. В верхней правой части рисунке показано третье состояние натриевого канала. Увеличение потенциала, открывающее активационные ворота, закрывает инактивационные ворота. Однако инактивационные ворота закрываются в течение нескольких десятых долей миллисекунды после открытия активационных ворот. Это значит, что конформационное изменение, приводящее к закрытию инактивационных ворот, — процесс более медленный, чем конформационное изменение, открывающее активационные ворота. В результате через несколько десятых долей миллисекунды после открытия натриевого канала инактивационные ворота закрываются, и ионы натрия не могут более проникать внутрь волокна. С этого момента мембранный потенциал начинает возвращаться к уровню покоя, т.е. начинается процесс реполяризации.
Существует другая важная характеристикая процесса инактивации натриевого канала: инактивационные ворота не открываются повторно до тех пор, пока мембранный потенциал не вернется к значению, равному или близкому к уровню исходного потенциала покоя. В связи с этим повторное открытие натриевых каналов обычно невозможно без предварительной реполяризации нервного волокна.
Редактор: Искандер Милевски. Дата обновления публикации: 18.3.2021
— Вернуться в оглавление раздела «Физиология человека.»
Что такое нарушение реполяризации миокарда
Современные данные о механизме сокращения сердечных волокон, проведении нервного импульса по проводящим путям связаны с изучением электрофизиологии сердца. Понимание роли этих процессов в развитии патологии помогает правильно подобрать лечение при хронической сердечной недостаточности, миокардиодистрофии, кардиомиопатии.
Нарушение процессов реполяризации в миокарде раскрывает «секреты» метаболических (обменных) изменений в сердечной мышце, синтеза и сохранения энергетических запасов.
Постараемся «перевести» научный язык терминов на всем доступное толкование биологических свойств клетки.
Строение клеток сердца
При помощи электронного микроскопирования появилась возможность изучения строения клеток сердца. Выявлены миофибриллы — белковые волокна двух типов: толстые фибриллы оказались миозином, а тонкие — актином.
В процессе сокращения происходит скольжение тонких волокон по толстым, актин и миозин соединяются с образованием нового белкового комплекса (актомиозина), мышечная ткань укорачивается и напрягается. При расслаблении все приходит в норму. Между ними существуют мостики, по которым передаются химические вещества из одной клетки в другую.
Почему сердце сокращается?
Сердце «запускается» электрическим импульсом. Он образуется из множества электрических токов от соединения сердечных клеток.
Но для сердечных клеток характерно изменение потенциала под действием перемещения через открытые канальцы ионов (заряженных частиц натрия, калия, кальция). Благодаря им, возникает электрический ток. Его еще называют потенциалом действия.
Что такое «деполяризация» и «реполяризация»
Возникновение импульса (электрического тока или потенциала действия) в клетках сердца проходит два основных периода:
Наиболее важным механизмом, обеспечивающим достаточный потенциал действия, является натрий-калиевый насос.
Нарушение реполяризации миокарда можно зафиксировать при электрокардиографическом обследовании по определению времени реполяризации.
Диагностика
Для диагностики правильных процессов деполяризации и реполяризации служит электрокардиография сердца (ЭКГ).
Зубцы и интервалы ни о чем не говорят неспециалисту. Врачи функциональной диагностики знакомы с тонкими признаками и изменениями характерных зубцов, могут вычислить время реполяризации.
Увеличение времени деполяризации желудочков сердца указывает на механическое препятствие в распространении импульса. Это возможно при блокадах разной степени. Острый инфаркт чаще всего поражает левый желудочек. Здесь формируется соединительнотканный рубец, который и служит препятствием для импульса. В заключении ЭКГ врач, кроме признаков инфаркта, обязательно напишет об умеренном нарушении деполяризации.
О нарушенной реполяризации говорит снижение зубца Т. Это характерно для диффузных дистрофических изменений, кардиосклероза. В данном случае заключение ЭКГ не ставит диагноз, но помогает понять механизм образования симптомов болезни, стадию и форму.
Нарушают реполяризацию гипертрофия миокарда прием некоторых медикаментов, недостаток микроэлементов и витаминов в питании, обезвоживание организма. Такого пациента следует обследовать в стационаре, провести нагрузочную пробу с хлоридом калия. После введения калия на ЭКГ фиксируется нормализация формы желудочковых комплексов.
Когда бывает ранняя реполяризация?
Синдром ранней реполяризации миокарда характеризуется постоянством ЭКГ-картины. У взрослых приходится проводить дифференциальную диагностику с острым инфарктом. Типичным признаком является устранение признаков после пробы с физической нагрузкой (20 приседаний). Это объясняют произвольным учащением ритма сокращений желудочков, что приводит к нормализации волны электрического возбуждения.
При обследовании детей и подростков увеличивается частота выявления изменений миокарда метаболического характера. У ребенка не обнаруживают никаких органических заболеваний сердца и сосудов. Значение в таких случаях придается энергетическим нарушениям.
Причины ранней реполяризации у детей, по мнению ученых, связаны с нарушенным развитием на стадии эмбриона. Виновницей бывает мама, которая в период беременности не соблюдала режим, плохо питалась, страдала анемией. Специального лечения дети не требуют, но рекомендуется наблюдение кардиолога, снижение физической и эмоциональной нагрузки, правильное питание.
Подобные изменения характерны для спортсменов, лиц, перенесших переохлаждение. Некоторые кардиологи доказывают наследственный характер изменений в проводящей системе сердца.
Ранняя реполяризация при болезнях сердца
Частота выявления синдрома ранней реполяризации колеблется от 1 до 9 %. У мужчин его обнаруживают в 3 раза чаще. При экстренном поступлении с болью в сердце синдром обнаруживается у от 13 до 48% пациентов.
Считается, что при этом более быстрая волна возбуждения поступает из наружного слоя миокарда внутрь. Определенная роль придается преобладанию вегетативной или симпатической нервной системы, повышению содержания кальция в крови.
Существующие классификации подразделяют синдром ранней реполяризации по связи с болезнями сердца:
По степени выраженности на ЭКГ (проявление в 12 отведениях) – 3 класса:
Типичных клинических симптомов не выявлено. Имеется небольшая связь с нарушениями ритма и проводимости. Некоторые кардиологи настаивают на повышенной вероятности у таких пациентов внезапных опасных для жизни нарушений ритма сердца.
Процессы электрической активности миокарда важны в диагностике болезней сердца. Они продолжают изучаться. Возможно, в недалеком будущем появятся новые энергетические лекарственные препараты или способы лечения, действующие через клеточный потенциал.