Hoofdstuk 1: Electrofysiologie van het hart

Transcriptie

1 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 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 (R AB ). 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 R AB is dan erg klein. uitdrukkelijke, schriftelijke toestemming van Capita Selecta Studieondersteuning BV. -5-

2 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 V B. Hierdoor zal er positieve stroom vanuit cel A naar cel B gaan, en cel B depolariseren. Cel B depolariseert dan naar V B, 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. uitdrukkelijke, schriftelijke toestemming van Capita Selecta Studieondersteuning BV. -6-

3 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 Ca 2+ 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. uitdrukkelijke, schriftelijke toestemming van Capita Selecta Studieondersteuning BV. -7-

4 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 I Na. 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 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 Ca 2+ -stroom, de I Ca. 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 I Na hebben, gaat dit trager dan in de cellen van de atria en ventrikels. De kleinere I Ca 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 I Ca bij aan de I Na, waardoor de snelheid van de actiepotentialen toeneemt. Een kleine I Ca blijft over gedurende fase 2, wat zorgt voor verlenging van de plateaufase. De K + -stroom, de I K. 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 I f. 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 Ca 2+ uitwisselt) en de natrium/kaliumpomp. In onderstaande tabel zijn de potentialen van de verschillende ionen weergegeven. uitdrukkelijke, schriftelijke toestemming van Capita Selecta Studieondersteuning BV. -8-

5 Fase 0: de toename van het actiepotentiaal. Als deze alleen het gevolg is van I Ca, is deze langzaam. Dit is te zien in figuur A hierboven. Als deze actiepotentiaal het gevolg is van zowel I Ca als I Na, 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 I Na of I Ca en kan ook het gevolg zijn van de activatie van een kleine K + - stroom, de I to. 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 I K Fase 4: de elektrische diastole van het actiepotentiaal. In deze fase produceren de veranderingen in I K, I Ca en I f de pacemakeractiviteit in de sinus- en AV-knoop. Purkinjevezels hebben ook pacemakeractiviteit, maar dit is alleen gebaseerd op I f. De cardiomyocyten van de atria en ventrikels hebben geen actieve stroom tijdens deze fase. uitdrukkelijke, schriftelijke toestemming van Capita Selecta Studieondersteuning BV. -9-