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Quelle est la raison du potentiel membranaire élevé au repos des cellules du stimulateur cardiaque ?

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Les cellules du stimulateur cardiaque ont des potentiels membranaires au repos élevés de -50 à -40 mV, tandis que les cellules normales ont leur potentiel membranaire au repos autour de -70 mV. Quels ions et quels types de canaux sont responsables du potentiel de repos élevé des cellules du stimulateur cardiaque ?


Le potentiel du stimulateur cardiaque est intéressant (pour un biologiste) car il implique vos canaux Na/K typiques, canal Ca, ainsi qu'un courant amusant (If) ou encore appelé courant activé par hyperpolarisation.

Le courant amusant est un courant mixte sodium-potassium qui s'active lors de l'hyperpolarisation à des tensions dans la gamme diastolique (normalement de -60/-70 mV à -40 mV). Lorsqu'à la fin d'un potentiel SA la membrane se repolarise en dessous du seuil If (environ -40/-50 mV), le courant drôle est activé et fournit le courant entrant, qui est responsable du démarrage de la phase de dépolarisation diastolique (DD) ; par ce mécanisme, le courant drôle contrôle le taux d'activité spontanée des myocytes sino-auriculaires, donc le rythme cardiaque.

L'activité du stimulateur cardiaque (ou activité électrique spontanée) du nœud sino-auriculaire est basée sur la présence d'une phase spéciale appelée dépolarisation diastolique pendant le potentiel d'action, dans laquelle les cellules se dépolarisent spontanément vers le seuil AP. Des études animales (principalement menées sur le cœur de lapin) ont identifié que ce courant entrant net pendant la phase de dépolarisation diastolique est le résultat d'une interaction complexe de multiples courants ioniques dirigés vers l'intérieur et l'extérieur…

Verkerk, Arie O., Antoni CG van Ginneken et Ronald Wilders. "Activité du stimulateur cardiaque du nœud sino-auriculaire humain: rôle du courant activé par l'hyperpolarisation, I f." Journal international de cardiologie 132.3 (2009) : 318-336.

Aussi cela

Le SAN est un tissu complexe avec des différences régionales dans les propriétés morphologiques et électriques. Des études animales ont révélé que la stimulation dans les cellules SAN découle de la dépolarisation diastolique entraînée par un courant entrant net, qui résulte d'une interaction de plusieurs courants ioniques. Les courants entrants sont activés pendant la diastole : courant de stimulateur cardiaque activé par hyperpolarisation (If), courant de fond Na+ (Ib,Na), courant entrant soutenu (Ist), courants Ca2+ de type T et L (ICa,T et ICa,L, respectivement ) et le courant d'échange Na+-Ca2+ activé par libération de Ca2+ (INCX). A l'inverse, les courants sortants sont désactivés : courant K+ du redresseur retardé rapide (IKr) et courant K+ du redresseur retardé lent (IKs). Les contributions relatives de ces courants à la dépolarisation diastolique sont un sujet de débat.

Verkerk, Arie O., et al. "Courant de stimulateur cardiaque (Si) dans le nœud sino-auriculaire humain." Revue européenne du cœur 28.20 (2007) : 2472-2478.

Puis-je vous suggérer de lire les articles mentionnés ci-dessus?

Cela pourrait aussi vous intéresser :

Noma, Akinori. « Mécanismes ioniques du potentiel du stimulateur cardiaque. » Journal cardiaque japonais 37.5 (1996) : 673-682.


Le potentiel membranaire au repos

Les différents systèmes de transport passif et actif sont coordonnés dans une cellule vivante pour maintenir les ions intracellulaires et autres solutés à des concentrations compatibles avec la vie. Par conséquent, la cellule ne s'équilibre pas avec le liquide extracellulaire, mais existe plutôt à l'état d'équilibre avec la solution extracellulaire. Par exemple, la concentration de Na+ intracellulaire (10 mmol/L dans une cellule musculaire) est beaucoup plus faible que la concentration de Na+ extracellulaire (140 mmol/L), donc Na+ pénètre dans la cellule par transport passif à travers des canaux Na+ non dépendants. Le taux d'entrée de Na+ correspond cependant au taux de transport actif de Na+ hors de la cellule via la pompe sodium-potassium (Fig. 2.16). Le résultat net est que le Na+ intracellulaire est maintenu constant et à un niveau bas, même si le Na+ entre et sort continuellement de la cellule. L'inverse est vrai pour K.+ qui est maintenu à une concentration élevée à l'intérieur de la cellule par rapport à l'extérieur. La sortie passive de K+ à travers des canaux K+ non contrôlés est compensée par une entrée active via la pompe (voir Fig. 2.16). Le maintien de cet état d'équilibre avec des concentrations d'ions à l'intérieur de la cellule différentes de celles à l'extérieur de la cellule est à la base de la différence de potentiel électrique à travers la membrane plasmique ou du potentiel membranaire au repos.

^FGUREIMH^^ Le concept d'état stationnaire. Le Na+ entre dans un cejj ^mmmmmmmmm par des canaux Na+ non fermés, se déplaçant passivement le long du gradient électrochimique. Le taux d'entrée de Na+ correspond au taux de transport actif de Na+ hors de la cellule via la Na+/K+-ATPase. La concentration intracellulaire de Na+ reste faible et constante. De même, le taux de sortie de K+ passif à travers des canaux K+ non contrôlés correspond au taux de transport actif de K+ dans la cellule via la pompe. La concentration intracellulaire en K+ reste élevée et constante. Au cours de chaque cycle de l'ATPase, deux K+ sont échangés contre trois Na+ et une molécule d'ATP est hydrolysée en ADP. Le grand type et le petit type indiquent respectivement des concentrations d'ions élevées et faibles.

^FGUREIMH^^ Le concept d'état stationnaire. Le Na+ entre dans un cejj ^mmmmmmmmm par des canaux Na+ non fermés, se déplaçant passivement le long du gradient électrochimique. Le taux d'entrée de Na+ correspond au taux de transport actif de Na+ hors de la cellule via la Na+/K+-ATPase. La concentration intracellulaire de Na+ reste faible et constante. De même, le taux de sortie de K+ passif à travers des canaux K+ non contrôlés correspond au taux de transport actif de K+ dans la cellule via la pompe. La concentration intracellulaire en K+ reste élevée et constante. Au cours de chaque cycle de l'ATPase, deux K+ sont échangés contre trois Na+ et une molécule d'ATP est hydrolysée en ADP. Le grand type et le petit type indiquent respectivement des concentrations d'ions élevées et faibles.

Le mouvement des ions est entraîné par le potentiel électrochimique

S'il n'y a pas de différences de température ou de pression hydrostatique entre les deux côtés d'une membrane plasmique, deux forces entraînent le mouvement des ions et d'autres solutés à travers la membrane. Une force résulte de la différence de concentration d'une substance entre l'intérieur et l'extérieur de la cellule et de la tendance de chaque substance à se déplacer des zones de forte concentration vers les zones de faible concentration. L'autre force résulte de la différence de potentiel électrique entre les deux côtés de la membrane et ne s'applique qu'aux ions et autres solutés chargés électriquement. Lorsqu'il existe une différence de potentiel électrique, les ions positifs ont tendance à se déplacer vers le côté négatif, tandis que les ions négatifs ont tendance à se déplacer vers le côté positif.

La somme de ces deux forces motrices est appelée gradient (ou différence) de potentiel électrochimique à travers la membrane pour un soluté spécifique. Il mesure la tendance de ce soluté à traverser la membrane. L'expression de cette force est donnée par :

Co où |x représente le potentiel électrochimique (A^, est la différence de potentiel électrochimique entre les deux côtés de la membrane) Ci et Co sont les concentrations du soluté à l'intérieur et à l'extérieur de la cellule, respectivement Ei est le potentiel électrique à l'intérieur de la cellule mesuré par rapport au potentiel électrique à l'extérieur de la cellule (Eo),- R est la constante universelle des gaz (2 cal/mol-K),- T est la température absolue (K) z est la valence de l'ion et F est la Constante de Faraday (23 cal/mV-mol). En insérant ces unités dans l'équation 5 et en simplifiant, le potentiel électrochimique sera exprimé en cal/mol, qui sont des unités d'énergie. Si le soluté n'est pas un ion et n'a pas de charge électrique, alors z = 0 et le dernier terme de l'équation devient zéro. Dans ce cas, le potentiel électrochimique n'est défini que par les différentes concentrations du soluté non chargé, appelé potentiel chimique. La force motrice du transport de soluté devient uniquement la différence de potentiel chimique.

Le mouvement net des ions est nul au potentiel d'équilibre

Le mouvement net d'un ion dans ou hors d'une cellule se poursuit tant que la force motrice existe. Le mouvement net s'arrête et l'équilibre n'est atteint que lorsque la force motrice du potentiel électrochimique à travers la membrane devient nulle. La condition d'équilibre pour tout ion perméable sera A^, = 0. En substituant cette condition dans l'équation 5, on obtient :

L'équation 6, connue sous le nom d'équation de Nernst, donne la valeur de la différence de potentiel électrique (Ej - Eo) nécessaire pour qu'un ion spécifique soit à l'équilibre. Cette valeur est connue sous le nom de potentiel d'équilibre de Nernst pour cet ion particulier et elle est exprimée en millivolts (mV), unités de tension. Au potentiel d'équilibre, la tendance d'un ion à se déplacer dans une direction en raison de la différence de concentration est exactement équilibrée par la tendance à se déplacer dans la direction opposée en raison de la différence de potentiel électrique. À ce stade, l'ion sera en équilibre et il n'y aura pas de mouvement net. En convertissant en log10 et en supposant une température physiologique de 37°C et une valeur de + 1 pour z (pour Na+ ou K+), l'équation de Nernst peut être exprimée comme :

Étant donné que Na+ et K+ (et d'autres ions) sont présents à des concentrations différentes à l'intérieur et à l'extérieur d'une cellule, il résulte de l'équation 7 que le potentiel d'équilibre sera différent pour chaque ion.

Le potentiel membranaire au repos est déterminé par le mouvement passif de plusieurs ions

Le potentiel membranaire au repos est la différence de potentiel électrique à travers la membrane plasmique d'une cellule vivante normale dans son état non stimulé. Elle peut être mesurée directement par l'insertion d'une microélectrode dans la cellule avec une électrode de référence dans le liquide extracellulaire. Le potentiel membranaire au repos est déterminé par les ions qui peuvent traverser la membrane et sont empêchés d'atteindre l'équilibre par les systèmes de transport actifs. Les ions potassium, sodium et chlorure peuvent traverser les membranes de chaque cellule vivante, et chacun de ces ions contribue au potentiel membranaire au repos. En revanche, la perméabilité de la membrane de la plupart des cellules aux ions divalents est si faible qu'elle peut être ignorée dans ce contexte.

L'équation de Goldman donne la valeur du potentiel de membrane (en mV) lorsque tous les ions perméables sont pris en compte :

où PK, PNa et PCl représentent respectivement la perméabilité de la membrane aux ions potassium, sodium et chlorure et les crochets indiquent la concentration de l'ion à l'intérieur (i) et à l'extérieur (o) de la cellule. Si une certaine cellule n'est pas perméable à l'un de ces ions, la contribution de l'ion imperméable au potentiel membranaire sera nulle. Si une cellule spécifique est perméable à un ion autre que les trois considérés dans l'équation 8, la contribution de cet ion au potentiel de membrane doit être incluse dans l'équation.

On peut voir à partir de l'équation 8 que la contribution de tout ion au potentiel membranaire est déterminée par la perméabilité de la membrane à cet ion particulier. Plus la perméabilité de la membrane à un ion par rapport aux autres est élevée, plus cet ion contribuera au potentiel membranaire. Les membranes plasmiques de la plupart des cellules vivantes sont beaucoup plus perméables aux ions potassium qu'à tout autre ion. En supposant que PNa et PCl sont nuls par rapport à PK, l'équation 8 peut être simplifiée comme suit :

qui est l'équation de Nernst pour le potentiel d'équilibre pour K+ (voir équation 6). Cela illustre deux points importants :

• Dans la plupart des cellules, le potentiel membranaire au repos est proche du potentiel d'équilibre pour K+.

• Le potentiel membranaire au repos de la plupart des cellules est dominé par le K+ car la membrane plasmique est plus perméable à cet ion par rapport aux autres.

À titre d'exemple typique, les concentrations de K+ à l'extérieur et à l'intérieur d'une cellule musculaire sont respectivement de 3,5 mmol/L et 155 mmol/L. La substitution de ces valeurs dans l'équation 7 donne un potentiel d'équilibre pour K+ de -100 mV, négatif à l'intérieur de la cellule par rapport à l'extérieur. Le potentiel membranaire au repos dans une cellule musculaire est de —90 mV (négatif à l'intérieur). Cette valeur est proche, bien que différente, du potentiel d'équilibre pour K+.

La raison pour laquelle le potentiel membranaire au repos dans la cellule musculaire est moins négatif que le potentiel d'équilibre pour K+ est la suivante. Dans des conditions physiologiques, il y a une entrée passive d'ions Na+. Cette entrée d'ions chargés positivement a un effet faible mais significatif sur le potentiel négatif à l'intérieur de la cellule. En supposant que le Na+ intracellulaire soit de 10 mmol/L et le Na+ extracellulaire de 140 mmol/L, l'équation de Nernst donne une valeur de +70 mV pour le potentiel d'équilibre Na+ (positif à l'intérieur de la cellule). C'est loin du potentiel membranaire au repos de -90 mV. Le Na+ n'apporte qu'une faible contribution au potentiel membranaire au repos car la perméabilité de la membrane au Na+ est très faible par rapport à celle du K+.

La contribution des ions Cl- n'a pas besoin d'être prise en compte car le potentiel membranaire au repos dans la cellule musculaire est le même que le potentiel d'équilibre pour Cl-. Par conséquent, il n'y a pas de mouvement net des ions chlorure.

Dans la plupart des cellules, comme indiqué ci-dessus en utilisant une cellule musculaire comme exemple, les potentiels d'équilibre de K + et Na + sont différents du potentiel membranaire au repos, ce qui indique que ni les ions K + ni les ions Na + ne sont à l'équilibre.

Par conséquent, ces ions continuent à traverser la membrane plasmique via des canaux spécifiques non contrôlés, et ces mouvements ioniques passifs sont directement responsables du potentiel membranaire au repos.

La Na+/K+-ATPase est importante indirectement pour maintenir le potentiel membranaire au repos car elle établit les gradients de K+ et de Na+ qui entraînent la sortie passive de K+ et l'entrée de Na+. Au cours de chaque cycle de la pompe, deux ions K+ sont déplacés dans la cellule en échange de trois Na+, qui sont évacués (voir Fig. 2.16). En raison du mécanisme d'échange inégal, l'activité de la pompe contribue légèrement au potentiel négatif à l'intérieur de la cellule.


Transmission d'impulsions nerveuses dans un neurone

Pour que le système nerveux fonctionne, les neurones doivent pouvoir envoyer et recevoir des signaux. Ces signaux sont possibles parce que chaque neurone a une membrane cellulaire chargée, également appelée potentiel de membrane (une différence de tension entre l'intérieur et l'extérieur), et la charge de cette membrane peut changer en réponse à des produits chimiques appelés neurotransmetteurs qui sont libérés par d'autres neurones et stimuli environnementaux. Pour comprendre comment les neurones communiquent, il faut d'abord comprendre la base du potentiel membranaire de base ou de « repos ».


Qu'est-ce que le potentiel membranaire au repos ? (Avec des photos)

Le potentiel membranaire au repos est la différence de tension des fluides à l'intérieur d'une cellule et à l'extérieur d'une cellule, qui se situe généralement entre -70 et -80 millivolts (mV). Toutes les cellules ont cette différence, mais elle est particulièrement importante en ce qui concerne les cellules nerveuses et musculaires, car tout stimulus qui modifie la tension et la rend différente du potentiel membranaire au repos est ce qui permet aux cellules de transmettre des signaux électriques. Si les cellules n'avaient pas la différence de tension, alors elles seraient neutres et ne transmettraient aucune information.

Fond

Toutes les cellules ont une membrane qui sert de barrière entre le fluide à l'extérieur d'elles et celui à l'intérieur, et qui contrôle quels types de particules peuvent entrer et sortir de la cellule. Certaines particules, comme l'oxygène, peuvent traverser la membrane par elles-mêmes, mais d'autres plus grosses ont besoin de canaux spéciaux pour passer. Certains de ces canaux ne laissent entrer et sortir qu'un seul type de particule et ne poussent ni ne tirent activement les particules dans aucune direction, tandis que d'autres peuvent prendre plusieurs types de particules et les pousser activement dans ou hors de la cellule. Les deux types peuvent être ouverts ou fermés à des moments précis par la cellule pour contrôler le flux de particules.

Potentiel de repos

Lorsqu'une cellule est au repos, le fluide à l'intérieur est un peu plus négatif que le fluide à l'extérieur, qui a généralement une charge de 0 mV. Cela est dû à des particules chargées électriquement appelées ions. Les ions qui causent la différence de tension sont le type de particules qui ont besoin de canaux pour traverser la membrane, et incluent des choses comme le potassium (K+) et le sodium (Na+). Lorsqu'une cellule est au repos, elle contient une concentration de gros ions négatifs à l'intérieur, ainsi que du K+ et un peu de Na+. L'extérieur de la cellule est entouré de Na+ et d'un peu de K+, entre autres.

Étant donné que les fluides veulent idéalement avoir différents types de particules dispersés uniformément à travers eux, le K+ à l'intérieur de la cellule veut sortir de celle-ci et le Na+ veut entrer à l'intérieur, de sorte que les ions soient uniformément répartis. Ils ne peuvent cependant pas le faire, car les canaux qui permettent au Na+ de traverser la membrane sont fermés lorsque la cellule est au repos, et ceux pour le K+ sont juste légèrement ouverts, ce qui ne laisse échapper qu'un peu de K+. De plus, il existe un troisième type de canal qui pousse activement tout Na+ supplémentaire hors de la cellule et récupère tout K+ qui s'y échappe. Cela signifie que la tension légèrement négative à l'intérieur de la cellule est maintenue, créant le potentiel membranaire au repos.

Potentiels d'action

Un potentiel d'action est la manière dont les cellules transmettent des informations électriques et se produit en réponse à un stimulus. Si une cellule au repos reçoit suffisamment de stimulus pour amener la charge du fluide à l'intérieur jusqu'à -55 mV, alors les canaux qui laissent passer Na+ s'ouvrent, provoquant l'écoulement d'une grande quantité de Na+ dans la cellule. Cela augmente encore la charge du fluide à l'intérieur, jusqu'à environ +30 mV. Une fois que le fluide atteint cette charge, les canaux Na+ se ferment et les canaux K+ s'ouvrent complètement, laissant le K+ s'écouler hors de la cellule. Cependant, ces canaux mettent plus de temps à s'ouvrir que les canaux Na +, de sorte que le liquide cellulaire reste chargé positivement pendant un petit moment.

Période réfractaire

Une fois que les canaux K+ sont complètement ouverts, une grande quantité de K+ sort de la cellule, ramenant sa tension interne à environ -90 mV. C'est ce qu'on appelle l'hyperpolarisation et empêche le stimulus de revenir et d'affecter à nouveau la même cellule, car le fluide est maintenant à une tension beaucoup plus basse, ce qui signifie qu'un stimulus beaucoup plus important serait nécessaire pour le ramener à -55 mV. Après cela, les canaux qui absorbent le K+ et rejettent le Na+ commencent à fonctionner et ramènent finalement la cellule au potentiel membranaire de repos de -70 mV.


Couplage excitation-contraction

C'est le processus qui relie l'excitation électrique à la contraction. Le calcium a un rôle essentiel dans ce processus une concentration élevée de calcium intracellulaire est le déclencheur qui active la contraction. Une compréhension de la manipulation du calcium est essentielle pour comprendre la fonction du cœur. La concentration en ions calcium intracellulaire dans le myocyte cardiaque au repos est de 0,0001 mM litre -1 et celle dans le liquide extracellulaire est de 1,2 mM litre -1 . Pendant la phase de plateau du potentiel d'action, les ions calcium descendent ce gradient de concentration abrupt et pénètrent dans le myocyte. La majeure partie de ce calcium pénètre par les canaux de type L, situés principalement aux jonctions sarcolemme/réticulum sarcoplasmique. L'afflux de calcium déclenche la libération de calcium supplémentaire du réticulum sarcoplasmique via les récepteurs de la ryanodine. Cette libération de calcium déclenchée par le calcium contraste avec le muscle squelettique, où le potentiel d'action déclenche directement la libération de calcium.

Le calcium intracellulaire libre interagit avec la sous-unité C de la troponine. Cela conduit à un changement de configuration du complexe troponine/tropomyosine, permettant à l'actine d'interagir avec la myosine. Le cyclage des ponts croisés se produit, conduisant à un raccourcissement du sarcomère et à la contraction musculaire qui en résulte. À mesure que les concentrations de calcium intracellulaire diminuent pendant la repolarisation, le calcium se dissocie de la troponine à mesure que la concentration de calcium intracellulaire diminue, entraînant une relaxation. La relaxation diastolique est un processus actif (dépendant de l'ATP). Le transport du calcium hors du cytosol se fait via un réticulum sarcoplasmique Ca 2+ -ATPase, par échange sarcolemmal Na + /Ca 2+, via une Ca 2+ -ATPase sarcolemmale, et enfin en utilisant un uniport mitochondrial Ca 2+.

La force d'une contraction peut être modifiée en augmentant la quantité de calcium intracellulaire libre, en modifiant la sensibilité des myofilaments au calcium, ou les deux. Ce dernier se produit lors de l'étirement des myofilaments et est responsable du mécanisme de Frank-Starling (discuté plus loin). La sensibilité au calcium des myofilaments est réduite par l'acidose. Des concentrations élevées de phosphate et de magnésium altèrent également la fonction cardiaque.

Les catécholamines activent les récepteurs bêta-adrénergiques dans le cœur pour produire une augmentation médiée par la protéine G de l'AMPc et une activité accrue d'une protéine kinase dépendante de l'AMPc. Cela conduit à la phosphorylation des canaux membranaires calciques, améliorant l'entrée du calcium dans la cellule. La phosphorylation de la myosine se produit également, augmentant le taux de cyclage des ponts croisés. Les catécholamines augmentent également le taux de recapture du calcium dans le réticulum sarcoplasmique, favorisant ainsi la relaxation.


Les références

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Étude sur le syndrome du QT long

Le système de conduction électrique du cœur est également connu sous le nom de système de conduction auriculo-ventriculaire (AV). Il est responsable de l'initiation de chaque battement cardiaque et de la détermination de la fréquence et du rythme cardiaques. La fréquence et le rythme cardiaques sont influencés par les propriétés intrinsèques du système de conduction et les apports du système nerveux autonome. Il est également influencé par des facteurs externes tels que l'état d'excitation, les exigences physiques, le stress et les facteurs chimiques internes et externes.

Le stimulateur cardiaque principal est le nœud sino-auriculaire (SAN), qui est situé à la jonction de la veine cave supérieure (SVC) et de l'oreillette droite, comme le montre la figure ci-dessous. Des potentiels ou impulsions électriques, appelés potentiels d'action, voyagent du SAN à travers les oreillettes, activant rapidement les cellules musculaires auriculaires qui se contractent à l'unisson pour pousser le sang à travers le cœur.

L'impulsion électrique se rend au nœud AV, qui relie les oreillettes et les ventricules. Le nœud AV régule naturellement la vitesse à laquelle les signaux électriques se déplacent vers le ventricule. À partir du nœud AV, les signaux électriques activent le système His-Purkinje, composé du faisceau His, des branches droite et gauche du faisceau et des fibres de Purkinje. Cela provoque la contraction efficace et à l'unisson des ventricules, pompant le sang vers les poumons ou le corps.

Les arythmies surviennent lorsque le système électrique du cœur fonctionne mal, entraînant une tachycardie, une bradycardie, des rythmes irréguliers ou une fibrillation ventriculaire. Des anomalies électriques telles que le syndrome du QT long entraînent ces rythmes anormaux qui peuvent également provoquer une syncope et un arrêt cardiaque soudain.

Potentiel d'action cardiaque

Le potentiel d'action cardiaque est une vague d'activité électrochimique résultant d'un flux passif d'ions à travers des canaux ou des ouvertures spécifiques dans les membranes des cellules cardiaques. Le flux d'ions est régulé par les gradients électrochimiques de chaque cellule, qui résultent des pompes ioniques actives et des mécanismes d'échange. Chaque ion possède un ou plusieurs canaux spécifiques. Les canaux sodium (Na + ) et calcium (Ca ++ ) fournissent les courants de dépolarisation ou de décharge, tandis que les canaux potassium (K + ) fournissent les courants de repolarisation ou de recharge. Les canaux Na+ sont appelés canaux rapides et les canaux Ca++ sont appelés canaux lents, bien que la rapidité ne soit pas liée à la vitesse d'action mais au plus grand nombre de canaux Na+. Les mutations qui affectent les canaux ioniques qui contrôlent le potentiel d'action cardiaque peuvent conduire au LQTS.

Potentiel de repos

Une cellule myocardique cardiaque auriculaire ou ventriculaire typique a un potentiel de membrane au repos de -90 millivolts (mV) par rapport à l'extérieur de la cellule. Le potentiel membranaire au repos est dû aux concentrations d'ions de chaque côté de la membrane cellulaire. Les membranes cellulaires ont une perméabilité élevée pour K + , donc K + détermine le potentiel de repos. Na + est pompé hors de la cellule et K + est pompé dans la cellule par la pompe Na + /K +. La pompe agit contre les gradients électrochimiques pour le Na + et le K + , permettant au K + intracellulaire de rester élevé et au Na + intracellulaire de rester faible. En diastole, lorsque le cœur se repolarise, la membrane cellulaire est perméable au K + et relativement imperméable au Na + , au chlorure (Cl - ) et au Ca ++ . Le courant Na + rapide est responsable de l'activation des cellules myocardiques auriculaires et ventriculaires. Le courant Ca++ lent est responsable de l'activation dans les cellules dépolarisées présentant la réponse lente et de l'activation dans les cellules sinusales et nodales AV.

Phases du potentiel d'action cardiaque

Le potentiel d'action cardiaque comporte cinq phases, illustrées sur la figure de gauche.

Phase 0 - Montée ou dépolarisation

La montée du potentiel d'action rapide dans les muscles auriculaires et ventriculaires et les fibres His-Purkinje qui se produit en phase 0 est causée par une augmentation soudaine de la conductance membranaire à Na + , qui génère un courant Na + rapide. L'augmentation de la conductance Na + résulte de l'ouverture des canaux Na + voltage-dépendants. La dépolarisation rapide ouvre les canaux tandis que la dépolarisation maintenue les inactive.

La disponibilité en régime permanent des canaux Na + est régulée par le potentiel de repos de telle sorte qu'à -90 mV, plus de 80 pour cent des canaux Na + sont disponibles pour l'activation. Inversement, à -60 mV (un niveau présent dans le myocarde ischémique), seuls 10 à 20 pour cent des canaux Na + sont disponibles pour l'activation. Des courants Na + plus importants produisant une vitesse de course ascendante rapide et entraînant des formes d'onde se propageant plus rapidement, sont observés dans le myocarde avec un potentiel de repos élevé (-90 mV). Les tissus avec un potentiel de repos inférieur, tels que les nœuds sinusaux et AV et les tissus ischémiques, ont une vitesse et des formes d'onde de propagation plus lentes. Pendant la phase 0, lorsque la membrane est dépolarisée à des potentiels positifs à -40 mV, un courant entrant plus lent est activé et porté par l'ouverture des canaux Ca++.

Phase 1 - Repolarisation rapide précoce

Une repolarisation rapide de la membrane à 0 mV se produit avec une inactivation partielle du courant Na + entrant rapide et l'activation d'un courant K + sortant transitoire (et éventuellement un courant Cl -) à des potentiels positifs jusqu'à 0 mV. Un courant Ca ++ entrant lent est activé à des potentiels membranaires positifs jusqu'à -40 mV et médié par des canaux Ca ++ hautement sélectifs qui s'inactivent lentement, ce qui maintient le plateau. Les phases 0 et 1 se produisent lors de l'inscription du complexe QRS montré sur l'électrocardiogramme (ECG).

Phase 2 - Plateau

La phase de plateau dure plusieurs centaines de millisecondes, au cours desquelles la conductance de la membrane à tous les ions est faible. Le courant entrant primaire supportant le plateau est le courant Ca++. Par rapport à l'état de repos, dans la phase de plateau, les conductances Na + et Ca ++ sont significativement améliorées et la perméabilité K + est nettement diminuée. Le courant Ca ++ fournit le déclencheur pour la libération de Ca ++ du réticulum sarcoplasmique, entraînant l'activation des myofilaments qui assurent le lien entre l'excitation et la contraction.

A la fin de la phase 2, lorsqu'un nombre suffisant de canaux Na + et Ca ++ sont inactivés, la cellule devient inexcitable, et la période réfractaire absolue ou effective survient. Au fur et à mesure que la membrane se repolarise partiellement et que davantage de canaux Na + deviennent disponibles, une phase connue sous le nom de période réfractaire relative se produit.

Bien qu'un potentiel d'action puisse être initié pendant cet intervalle, son taux d'augmentation et sa vitesse de propagation sont lents et la durée du potentiel d'action est plus courte. Il en résulte une conduction aberrante lente ou une conduction bloquée. La phase 2 se produit pendant le segment ST de l'ECG.

Phase 3 - Repolarisation rapide finale

La repolarisation se produit avec l'inactivation du courant entrant Ca++. L'activation d'un courant K + sortant (redresseur retardé) provoque un efflux net de charges positives qui déplacent la membrane vers un potentiel plus négatif. Le courant K + sortant comprend deux composantes indépendantes, la rapide IKr et le lent jeKs. Il en résulte l'activation du courant K + rectifiant vers l'intérieur, qui est le courant dominant de la membrane au repos. La phase 3 se produit pendant l'inscription de l'onde T de l'ECG.

Phase 4 - Potentiel membranaire au repos et dépolarisation diastolique

Dans les cellules musculaires auriculaires et ventriculaires, le potentiel membranaire au repos reste stable tout au long de la diastole et est contrôlé par le canal K + rectifiant vers l'intérieur. Dans les cellules du stimulateur cardiaque, le potentiel membranaire se dépolarise progressivement, entraînant un potentiel d'action spontané lorsque le niveau seuil est atteint. Cette dépolarisation diastolique lente est affectée par un certain nombre de facteurs. La pente de dépolarisation diastolique détermine le taux de déclenchement du stimulateur cardiaque. 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.


INTRODUCTION

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 Drosophile, 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 Drosophile 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 Drosophile circadian biology for decades. Due to technical difficulty, neurophysiological characterization of Drosophile 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 Drosophile 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 Drosophile. Because of the genetic amenability of the Drosophile circadian pacemaker circuit and analysis of underlying molecular and overt behavioral rhythmicity, we set out to characterize the spontaneous electrophysiological properties of the Drosophile 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? - La biologie

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

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

Réponse:
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.

Canaux : 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?

Médical Définition 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. Alors on pouvez 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 cœur the -90mV rapidly moves towards zero. Les depolarization causes the release of calcium inside the cells and this causes the cells to contract.

How does depolarization occur?

Depolarization and hyperpolarization se produire 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.


Voir la vidéo: Verenkierto (Février 2023).