Возникновение и проведение возбуждения в сердце

В отличие от скелетных мышц, возбуждение возникает в самом сердце (ауторитмичность, или автономность, сердца). Миоциты предсердий и желудочков ветвятся, образуя пучки. Располагаются они не изолированно, а соединяются друг с другом посредством щелевидных контактов (нексусов). В результате стимул, возникающий в предсердиях или желудочках, всегда вызывает полноценное сокращение либо обоих предсердий, либо обоих желудочков (сокращение по типу «все или ничего»).

В норме стимулы, возбуждающие сердце, генерируются синусовым узлом, являющимся водителем сердечного ритма. Отсюда стимул распространяется по обоим предсердиям к атриовентрикулярному (АВ) узлу, откуда по пучку Гиса и двум его ножкам (Тавары) достигает волокон Пуркинье, передающих стимул в миокард желудочков. В миокарде стимул распространяется в направлении изнутри наружу (от эндокарда к эпикарду) и от верхушки к основанию сердца. Процесс распространения стимула можно проследить с помощью ЭКГ, при этом не требуется вмешательство в организм.

Потенциал, генерируемый клетками синусового узла, является управляющим (пейсмекерным). Мембрана этих клеток не имеет постоянного потенциала покоя. После каждой реполяризации его значение возрастает. Наибольшее отрицательное значение потенциала их мембраны (около -70 мВ) называют максимальным диастолическим потенциалом (МДП). Постепенно мембранный потенциал возрастает, пока не достигнет порогового значения (пороговый потенциал), равного - 40 мВ. В этот момент возникает потенциал действия (ПД).

Эти потенциалы возникают вследствие описанных ниже изменений ионной проводимости плазматической мембраны, а следовательно, и ионных токов. Начиная с МДП возрастает неселективная проводимость, и поток катионов внутрь клетки приводит к медленной деполяризации ее мембраны (предпотенциал). После достижения порогового потенциала относительно быстро возрастает g_Ca, величина потенциала повышается настолько быстро, что возросший приток ионов Ca²⁺ (l_Ca) в клетку приводит к возникновению ПД, имеющего положительное значение. После того как потенциал мембраны клетки изменится с отрицательного на положительный, возникает поток ионов К⁺ из клетки (l_K). Мембрана пейсмекерной клетки вновь реполяризуется до МДП.

Каждый ПД, возникающий в синусовом узле, в норме вызывает сокращение сердца, т. е. частота импульсов, генерируемых водителем ритма, определяет ЧСС. Частота импульсов уменьшается в следующих ситуациях:

• более медленный рост потенциала в фазу медленной деполяризации;
• пороговый потенциал становится менее отрицательным (отрицательный батмотропный эффект);
• МДП становится более отрицательным, в результате чего спонтанная деполяризация начинается с более низкого уровня;
• реполяризация в фазу ПД начинается позже или протекает медленнее.

Общим для первых трех ситуаций является то, что в их случае пороговое значение мембранного потенциала достигается быстрее.

Все компоненты проводящей системы обладают способностью к спонтанной деполяризации, но синусовый узел играет ведущую роль в нормальном возбуждении сердца (синусовый ритм равен 70-80 уд./мин). Причина этого кроется в том, что по сравнению с синусовым узлом остальные компоненты проводящей системы обладают менее выраженной способностью к автоматизму (более медленная деполяризация и реполяризация подавлены). Таким образом, стимул, возникший в синусовом узле, достигнет дистальных отделов проводящей системы раньше, чем их спонтанная деполяризация достигнет величины порогового потенциала. Однако при нарушении проведения стимулов от синусового узла активируется автоматизм АВ-узла, расположенного дистальнее, и сердце станет работать в ритме АВ-узла (40-60 уд./мин) или, при определенных обстоятельствах, в ритме так называемых пейсмекеров третьего порядка (желудочковых), расположенных еще более дистально, с частотой 20-40 уд./мин.

Кроме синусового и АВ-узла с их относительно медленно нарастающим ПД, во многом обусловленным потоком ионов Ca²⁺ внутрь клетки, в работающем миокарде имеются так называемые быстрые потенциалзависимые Na⁺-каналы, которые в начале ПД обеспечивают кратковременный мощный поток ионов Na⁺ внутрь клетки и, таким образом, в отличие от пейсмекерного потенциала, сравнительно быстрый подъем ПД. Относительно большая длительность (по сравнению со скелетными мышцами) миокардиального ПД, придающая ему вытянутую форму, имеет важное значение, поскольку препятствует возникновению замкнутых кругов циркуляции стимулов, возбуждающих миокард (механизм повторного входа, или реэнтри). Также это верно и для ситуаций с очень высокой или низкой ЧСС, поскольку длительность ПД подстраивается под ЧСС.

ПД приводит к активации потенциалзависимых Ca²⁺-каналов, чувствительных к дигидропиридину, благодаря чему ионы Ca²⁺ перемещаются из внеклеточного пространства внутрь клетки. В результате возникает локальное повышение концентрации ионов Ca²⁺ в цитоплазме (Ca²⁺-«скачок»), после чего открываются лигандзависимые и рианодин-чувствительные Ca²⁺-каналы саркоплазматического ретикулума (так называемый триггерный эффект), играющего роль депо ионов Ca²⁺. Ионы Ca²⁺, поступающие из саркоплазматического ретикулума в цитоплазму, в конечном итоге запускают электромеханический процесс, приводящий к сокращению сердца. Концентрация ионов Ca²⁺ в цитоплазме также зависит от скорости их накопления в депо (при участии транспортной Ca²⁺-АТФазы сарко-эндоплазматического ретикулума [SERCA —Ca²⁺-насос]) и от скорости транспорта ионов Ca²⁺ во внеклеточное пространство. Последний осуществляется посредством Ca²⁺-АТФазы (перемещающей 1 ион Ca²⁺ в обмен на 2 иона Н⁺) и Na⁺-Ca²⁺-обменника, перемещающего 1 ион Ca²⁺ в обмен на 3 иона Na⁺, работающего под влиянием электрохимического градиента, создаваемого разностью концентраций ионов Na⁺ (в свою очередь, формируемой действием Na⁺/К⁺-АТФазы) по обе стороны клеточной мембраны.

Хотя сердце и сокращается автономно, адаптация сердечной деятельности к потребностям организма в основном осуществляется посредством эфферентных сердечных нервов. С помощью нервных влияний могут изменяться следующие качественные характеристики сердечной деятельности:

• частота формирования импульсов водителем ритма и, соответственно, ЧСС (хронотропизм);
• скорость проведения импульсов, особенно по АВ-узлу (дромотропизм);
• сила сокращений миокарда при данной степени его растяжения, т. е. сократительная способность сердца (инотропизм);
• скорость расслабления за счет изменения активности SERCA (лузитропизм);
• возбудимость сердца, т. е. изменение порога возбудимости (батмотропизм).

Указанные изменения сердечной деятельности развиваются под влиянием парасимпатических (ветви блуждающего нерва) и симпатических стимулов. ЧСС возрастает при увеличении активности симпатических волокон синусового узла (положительный инотропный эффект, реализующийся через β₁-рецепторы) и снижается при увеличении активности парасимпатических мускариновых волокон (отрицательный хронотропный эффект). Реализуются эти эффекты путем изменения скорости медленной деполяризации и величины МДП синусового узла. Подавление медленной деполяризации и увеличение отрицательного значения МДП в ответ на стимуляцию блуждающего нерва обусловлено увеличением g_K, в то время какувеличениескорости медленной деполяризации, возникающее в ответ на симпатическую стимуляцию или под влиянием адреналина,—увеличением g_Ca, а при определенных обстоятельствах и снижением g_K. Более дистальные (периферические) отделы проводящей системы отвечают хронотропным эффектом только на симпатические стимулы, и именно эти стимулы играют решающую роль в возможности захвата ритмоводителя АВ-узлом или пейсмекерами третьего порядка.

Парасимпатические волокна левого блуждающего нерва замедляют проведение импульса по АВ-узлу, а симпатические волокна ускоряют его (соответственно отрицательное и положительное дромотропные влияния). При этом в основном изменяется МДП и скорость нарастания ПД. Также важную роль в этом играют изменения g_K и g_Ca.

В отличие от хронотропного и дромотропного влияний положительное инотропное влияние симпатической нервной системы на работающий миокард является непрямым. Повышение сократительной способности обусловлено увеличением потока ионов Ca²⁺ внутрь клетки, опосредуемого β₁-дренорецепторами, в результате чего в цитоплазме клеток миокарда повышается концентрация ионов Ca²⁺. Это увеличение потока ионов Ca²⁺ можно подавить фармакологически путем блокирования Ca²⁺-каналов (так называемыми блока-торами Ca²⁺-каналов).

Стимуляция β₁-адренорецепторов сердца приводит к фосфорилированию фосфоламбана, что сопровождается увеличением активности SERCA и последующим расслаблением миокарда (положительное лузитропное действие).

Сократительная способность миокарда также увеличивается вследствие удлинения ПД (поток ионов Ca²⁺ внутрь клетки будет осуществляться более длительно) или подавления Na⁺/K⁺-АТфазы, например, под влиянием сердечных гликозидов, таких как дигоксин и дигитоксин (уменьшение градиента ионов Na⁺ по обе стороны клеточной мембраны уменьшение эффективности обмена 3 ионов Na⁺ на 1 ион Ca²⁺ уменьшение выброса ионов Ca²⁺-увеличение концентрации ионов Ca²⁺ в цитоплазме).

При снижении ЧСС со временем уменьшается поток ионов Ca²⁺ в клетку (уменьшение числа ПД), в результате между ПД имеется относительно длинный промежуток, во время которого может осуществляться поток ионов Ca²⁺ из клетки. Таким образом, средняя концентрация ионов Ca²⁺ в цитоплазме снижается, а следовательно, поддерживается низкая сократительная способность миокарда. Регулирующие влияния блуждающего нерва реализуются с помощью такого же механизма; однако он действует опосредованно, за счет отрицательного инотропного влияния (частотный инотропизм). Симпатическая стимуляция сопровождается противоположными эффектами.