معلومة

ما هو تأثير تركيز البوتاسيوم خارج الخلية على معدل ضربات القلب وسرعة التوصيل؟


إذا زاد تركيز البوتاسيوم خارج الخلية المحيط بالخلية العضلية ، فإن تدرج البوتاسيوم عبر غشاء الخلية ينخفض ​​، وبالتالي تصبح إمكانات غشاء الراحة أكثر إيجابية. وبالمثل ، إذا انخفض البوتاسيوم خارج الخلية ، فإن إمكانات غشاء الراحة ستكون أكثر سلبية.

مع وضع هذا في الاعتبار ، كيف يتغير معدل ضربات القلب عندما يزيد / ينقص تركيز البوتاسيوم خارج الخلية؟


يعزز تركيز البوتاسيوم المرضي عدم انتظام ضربات القلب.

زيادة البوتاسيوم خارج الخلية يعطل $ Na ^ + $ القنوات ويفتح $ K ^ + $ القنوات ، مما يجعل الخلايا مقاومة للحرارة [1]:

تؤدي زيادة مستويات البوتاسيوم خارج الخلية إلى إزالة استقطاب إمكانات غشاء الخلايا بسبب زيادة إمكانات توازن البوتاسيوم. يفتح هذا الاستقطاب بعض قنوات الصوديوم ذات الجهد الكهربائي ، ولكنه يزيد أيضًا من التعطيل في نفس الوقت. نظرًا لأن نزع الاستقطاب بسبب تغير التركيز بطيء ، فإنه لا يولد أبدًا إمكانات فعلية من تلقاء نفسه بدلاً من ذلك ، فإنه ينتج عنه تكيف. فوق مستوى معين من البوتاسيوم ، يعمل نزع الاستقطاب على تعطيل قنوات الصوديوم ، ويفتح قنوات البوتاسيوم ، وبالتالي تصبح الخلايا مقاومة للحرارة. هذا يؤدي إلى ضعف في الجهاز العصبي العضلي والقلب والجهاز الهضمي. أكثر ما يثير القلق هو ضعف التوصيل القلبي الذي يمكن أن يؤدي إلى الرجفان البطيني أو توقف الانقباض.

انخفاض البوتاسيوم خارج الخلية يؤدي إلى فرط الاستقطاب [2]:

انخفاض مستويات البوتاسيوم في الفضاء خارج الخلية سوف يسبب فرط استقطاب لإمكانات غشاء الراحة. نتيجة لذلك ، يلزم وجود حافز أكبر من المعتاد لإزالة الاستقطاب من الغشاء من أجل بدء جهد فعل.

في القلب ، يسبب نقص بوتاسيوم الدم فرط الاستقطاب في غشاء الراحة للخلايا العضلية. قد تتسبب إمكانات الغشاء الأكثر سلبية في الأذين في حدوث اضطرابات نظم القلب بسبب التعافي الكامل من تعطيل قناة الصوديوم ، مما يجعل إثارة جهد الفعل أقل احتمالًا. بالإضافة إلى ذلك ، فإن انخفاض البوتاسيوم خارج الخلية (للمفارقة) يثبط نشاط $ I_ {Kr} $ تيار البوتاسيوم ويؤخر عودة الاستقطاب البطيني. قد يؤدي هذا التأخر في عودة الاستقطاب إلى عودة عدم انتظام ضربات القلب.


مراجع:

  1. مساهمو Wikipedia ، "Hyperkalemia ،" Wikipedia ، The Free Encyclopedia ، http://en.wikipedia.org/w/index.php؟title=Hyperkalemia&oldid=612096441 (تمت الزيارة في 12 يوليو / تموز 2014).
  2. مساهمو ويكيبيديا ، "نقص بوتاسيوم الدم ،" ويكيبيديا ، الموسوعة الحرة ، http://en.wikipedia.org/w/index.php؟title=Hypokalemia&oldid=612818488 (تمت الزيارة في 12 يوليو / تموز 2014).

آثار الأدوية المضادة لاضطراب النظم ، وتواتر التحفيز ، والتغيرات المحتملة في غشاء الراحة الناجم عن البوتاسيوم على سرعة التوصيل و dV / dtmax في عضلة القلب في خنزير غينيا.

بالنسبة للانتشار أحادي البعد ، يمكن توقع علاقة غير خطية بين Vmax وسرعة التوصيل بواسطة نظرية الكبل ، وفي ظل الظروف التجريبية ، قد يتغير Vmax وسرعة التوصيل في اتجاهين متعاكسين. باستخدام تقنيات القطب الميكروي القياسية ، قمنا بقياس Vmax وسرعة التوصيل في العضلات الحليمية لخنزير غينيا المعرضة للسموم الرباعية وانخفاض الصوديوم (العوامل التي من المتوقع أن تنخفض بشكل مباشر ، التيار الداخلي السريع) ، زيادة البوتاسيوم خارج الخلية (عامل يقلل من التيار الداخلي السريع على الأقل جزئيًا عن طريق التعطيل بوساطة إزالة استقطاب إمكانات غشاء الراحة) ، وعلى نطاق واسع من ترددات التحفيز ، الأدوية المضادة لاضطراب النظم ، الكينيدين ، الليدوكائين ، والبروكيناميد. في جميع الحالات ، باستثناء منطقة "التوصيل الفائق" الناجم عن البوتاسيوم بين 5.4 و 9 ملي مولار ، تباينت سرعة التوصيل Vmax وسرعة التوصيل كما تنبأت نظرية الكابلات أحادية البعد أي أن التغييرات في Vmax كانت دائمًا متناسبة مع التغيرات في مربع سرعة التوصيل. نستنتج أن العلاقة بين Vmax وسرعة التوصيل التي تنبأت بها نظرية الكابلات تحدث بشكل تجريبي في العضلة الحليمية لخنزير غينيا المعرضة لأدوية مضادة لاضطراب النظم شائعة الاستخدام والتدخلات الأخرى المتوقعة لتقليل تيار الصوديوم الداخلي. قد تكون هذه العلاقة مفيدة في تطبيق التأثيرات المعروفة للأدوية على Vmax للعمل على التكاثر المحتمل.


ما هو تأثير تركيز البوتاسيوم خارج الخلية على معدل ضربات القلب وسرعة التوصيل؟ - مادة الاحياء

تم تعديله باستخدام iText 4.2.0 بواسطة 1T3XT

2021-06-20T19: 53: 57-07: 00 endstream endobj 11 0 obj> تيار x + | endstream endobj 12 0 obj> stream x S * * T0T0 B i y 'endstream endobj 13 0 obj> stream x + | endstream endobj 14 0 obj> stream x S * * T0T0 B i ye (endstream endobj 15 0 obj> stream x + | endstream endobj 16 0 obj> stream x S * * T0T0 B i y8 # endstream endobj 17 0 obj> stream x + | endstream endobj 18 0 obj> stream x S * * T0T0 B i yA $ endstream endobj 19 0 obj> stream x + | endstream endobj 20 0 obj> stream x S * * T0T0 B i yJ٪ endstream endobj 21 0 obj> stream x + | endstream endobj 22 0 obj> stream x S * * T0T0 B i yn) endstream endobj 23 0 obj> دفق x + | endstream endobj 24 0 obj> stream x S * * T0T0 B i yS & endstream endobj 31 0 obj> / النوع / XObject / العرض 2320 / الطول 84667 / BitsPerComponent 1 >> تيار 6K Uꛄ _ ([A ^ -10r ֿ ب. TB لل cAos! ص 7 "2X4 ش Zi PCP z " P٪ 脍 9 ؟ v W ^ D ' "> (fg. N 4lӾ W _ أنا j ) c />٪ j A $ [K 0 / a ) gŐ "8 ME h_ / 6 Hԏ ߨ VM] xaBx I ֕_פ


محتويات

الشكل 1: تركيزات الأيونات داخل وخارج الخلية (مليمول / لتر)
عنصر أيون خارج الخلية داخل الخلايا نسبة
صوديوم نا + 135 - 145 10 14:1
البوتاسيوم ك + 3.5 - 5.0 155 1:30
كلوريد Cl - 95 - 110 10 - 20 4:1
الكالسيوم كاليفورنيا 2+ 2 10 −4 2 × 10 4: 1
على الرغم من أن محتوى Ca 2+ داخل الخلايا يبلغ حوالي 2 ملي مولار ، إلا أن معظم هذا مرتبط أو معزول في عضيات داخل الخلايا (الميتوكوندريا وشبكة الهيولى العضلية). [5]

على غرار العضلات الهيكلية ، تبلغ إمكانات غشاء الراحة (الجهد عندما لا تكون الخلية مثارة كهربائيًا) للخلايا البطينية حوالي -90 مللي فولت (بالسيارات 1 مللي فولت = 0.001 فولت) أي أن الجزء الداخلي من الغشاء أكثر سلبية من الخارج. الأيونات الرئيسية الموجودة خارج الخلية في حالة الراحة هي الصوديوم (Na +) ، والكلوريد (Cl -) ، بينما يوجد داخل الخلية بشكل أساسي البوتاسيوم (K +). [6]

يبدأ جهد الفعل عندما يصبح الجهد أكثر إيجابية ، وهذا ما يُعرف باسم إزالة الاستقطاب ويرجع ذلك أساسًا إلى فتح قنوات الصوديوم التي تسمح للصوديوم بالتدفق إلى الخلية. بعد تأخير (يُعرف باسم فترة الانكسار المطلق انظر أدناه) ، يحدث إنهاء جهد الفعل عندئذٍ ، حيث يتم فتح قنوات البوتاسيوم ، مما يسمح لـ K + بمغادرة الخلية والتسبب في عودة إمكانية الغشاء إلى الحالة السالبة ، وهذا ما يُعرف باسم عودة الاستقطاب. أيون مهم آخر هو الكالسيوم (Ca 2+) ، والذي يمكن العثور عليه خارج الخلية وكذلك داخل الخلية ، في مخزن الكالسيوم المعروف باسم الشبكة الساركوبلازمية (SR). يعد إطلاق Ca 2+ من SR ، عبر عملية تسمى إطلاق الكالسيوم المستحث بالكالسيوم ، أمرًا حيويًا لمرحلة الهضبة من جهد الفعل (انظر المرحلة 2 ، أدناه) وهي خطوة أساسية في اقتران الإثارة والتقلص القلبي. [7]

هناك اختلافات فسيولوجية مهمة بين الخلايا التي تولد جهد الفعل تلقائيًا (خلايا جهاز تنظيم ضربات القلب مثل SAN) وتلك التي تقوم بإجراء ذلك ببساطة (الخلايا غير الناظمة لضربات القلب مثل الخلايا العضلية البطينية). تؤدي الاختلافات المحددة في أنواع القنوات الأيونية المعبر عنها والآليات التي يتم من خلالها تنشيطها إلى اختلافات في تكوين شكل الموجة المحتملة للعمل ، كما هو موضح في الشكل 2.

النموذج القياسي المستخدم لفهم إمكانات عمل القلب هو نموذج الخلية العضلية البطينية. الموضح أدناه هو المراحل الخمس لإمكانات عمل الخلايا العضلية البطينية ، مع الإشارة أيضًا إلى إمكانات عمل SAN.

تعديل المرحلة 4

في الخلية العضلية البطينية ، تحدث المرحلة 4 عندما تكون الخلية في حالة راحة ، في فترة تُعرف باسم الانبساط. في الخلية القياسية غير الناظمة لضربات القلب ، يكون الجهد خلال هذه المرحلة ثابتًا إلى حد ما عند -90 مللي فولت تقريبًا. [8] تنتج إمكانات غشاء الراحة من تدفق الأيونات إلى الخلية (مثل الصوديوم والكالسيوم) والأيونات التي تتدفق خارج الخلية (مثل البوتاسيوم والكلوريد والبيكربونات) وهي متوازنة تمامًا.

يتم الحفاظ على تسرب هذه الأيونات عبر الغشاء من خلال نشاط المضخات التي تعمل على الحفاظ على التركيز داخل الخلايا أكثر أو أقل ثباتًا ، على سبيل المثال ، يتم الحفاظ على أيونات الصوديوم (Na +) والبوتاسيوم (K +) بواسطة الصوديوم- مضخة البوتاسيوم التي تستخدم الطاقة (على شكل أدينوسين ثلاثي الفوسفات (ATP)) لنقل ثلاثة Na + خارج الخلية واثنين K + إلى داخل الخلية. مثال آخر هو مبادل الصوديوم والكالسيوم الذي يزيل Ca 2+ واحد من الخلية لثلاثة Na + في الخلية. [9]

خلال هذه المرحلة ، يكون الغشاء أكثر نفاذاً لـ K + ، والذي يمكن أن ينتقل إلى الخلية أو خارجها من خلال قنوات التسرب ، بما في ذلك قناة البوتاسيوم المعدلة داخليًا. [10] لذلك ، يتم تحديد إمكانات غشاء الراحة بشكل أساسي من خلال جهد التوازن K + ويمكن حسابها باستخدام معادلة الجهد Goldman-Hodgkin-Katz.

ومع ذلك ، فإن خلايا جهاز تنظيم ضربات القلب لا تكون في حالة راحة أبدًا. في هذه الخلايا ، تُعرف المرحلة 4 أيضًا باسم إمكانات جهاز تنظيم ضربات القلب. خلال هذه المرحلة ، تصبح إمكانات الغشاء أكثر إيجابية ببطء ، حتى تصل إلى قيمة محددة (حوالي -40 مللي فولت تُعرف باسم الحد الأقصى المحتمل) أو حتى يتم إزالة الاستقطاب بواسطة جهد فعل آخر ، قادم من خلية مجاورة.

يُعتقد أن إمكانات جهاز تنظيم ضربات القلب ناتجة عن مجموعة من القنوات ، يشار إليها باسم قنوات HCN (بوابات النوكليوتيدات الحلقية المنشطة بفرط الاستقطاب). تفتح هذه القنوات بجهد سلبي للغاية (أي مباشرة بعد المرحلة 3 من جهد الفعل السابق ، انظر أدناه) وتسمح بمرور كل من K + و Na + إلى الخلية. نظرًا لخصائصها غير المعتادة في التنشيط بواسطة إمكانات غشاء سلبية للغاية ، يُشار إلى حركة الأيونات عبر قنوات HCN بالتيار المضحك (انظر أدناه). [11]

فرضية أخرى تتعلق بإمكانية جهاز تنظيم ضربات القلب هي "ساعة الكالسيوم". هنا ، يتم تحرير الكالسيوم من الشبكة الساركوبلازمية داخل الخلية. ثم يزيد هذا الكالسيوم من تنشيط مبادل الصوديوم والكالسيوم مما يؤدي إلى زيادة إمكانات الغشاء (حيث يتم إدخال شحنة +3 إلى الخلية (بواسطة 3Na +) ولكن فقط +2 شحنة تغادر الخلية (بواسطة Ca 2+) لذلك هناك رسوم صافية قدرها +1 دخول الخلية). ثم يتم ضخ هذا الكالسيوم مرة أخرى في الخلية والعودة إلى SR عبر مضخات الكالسيوم (بما في ذلك SERCA). [12]

تعديل المرحلة 0

تتكون هذه المرحلة من تغيير سريع وإيجابي في الجهد عبر غشاء الخلية (إزالة الاستقطاب) يستمر أقل من 2 مللي ثانية في الخلايا البطينية و 10/20 مللي ثانية في خلايا SAN. [13] يحدث هذا بسبب التدفق الصافي لشحنة موجبة في الخلية.

في الخلايا غير الناظمة لضربات القلب (أي الخلايا البطينية) ، يتم إنتاج هذا في الغالب عن طريق تنشيط قنوات الصوديوم ، مما يزيد من توصيل الغشاء (التدفق) لـ Na + (gنا). يتم تنشيط هذه القنوات عند وصول جهد فعل من خلية مجاورة ، من خلال تقاطعات الفجوة. عندما يحدث هذا ، يزداد الجهد داخل الخلية قليلاً. إذا وصل هذا الجهد المتزايد إلى قيمة معينة (عتبة محتملة

-70 مللي فولت) يؤدي إلى فتح قنوات Na +. ينتج عن ذلك تدفق أكبر للصوديوم إلى الخلية ، مما يؤدي إلى زيادة الجهد بسرعة أكبر (إلى

+50 mV [6] أي نحو احتمال توازن Na +). ومع ذلك ، إذا لم يكن الحافز الأولي قويًا بدرجة كافية ، ولم يتم الوصول إلى إمكانات العتبة ، فلن يتم تنشيط قنوات الصوديوم السريعة ولن يتم إنتاج جهد فعل ، وهذا ما يعرف بقانون الكل أو لا شيء. [14] [15] يشكل تدفق أيونات الكالسيوم (Ca 2+) عبر قنوات الكالسيوم من النوع L جزءًا صغيرًا من تأثير إزالة الاستقطاب. [16] منحدر المرحلة 0 على شكل موجة جهد الفعل (انظر الشكل 2) يمثل الحد الأقصى لمعدل تغير الجهد ، لإمكانات عمل القلب ويعرف باسم dV / dtالأعلى.

ومع ذلك ، في خلايا جهاز تنظيم ضربات القلب (مثل خلايا العقدة الجيبية الأذينية) ، فإن الزيادة في جهد الغشاء ترجع أساسًا إلى تنشيط قنوات الكالسيوم من النوع L. يتم تنشيط هذه القنوات أيضًا عن طريق زيادة الجهد ، ولكن هذه المرة إما بسبب إمكانات جهاز تنظيم ضربات القلب (المرحلة 4) أو احتمال الفعل القادم. تنشط قنوات الكالسيوم من النوع L في نهاية جهد جهاز تنظيم ضربات القلب (وبالتالي تساهم في المراحل الأخيرة من إمكانات جهاز تنظيم ضربات القلب). يتم تنشيط قنوات الكالسيوم من النوع L بشكل أبطأ من قنوات الصوديوم ، في الخلية البطينية ، وبالتالي ، يكون منحدر إزالة الاستقطاب في الشكل الموجي المحتمل لعمل منظم ضربات القلب أقل حدة من ذلك الموجود في الشكل الموجي المحتمل للعمل غير الناظم. [8] [17]

تعديل المرحلة 1

تبدأ هذه المرحلة بالتعطيل السريع لقنوات الصوديوم بواسطة البوابة الداخلية (بوابة التعطيل) ، مما يقلل من حركة الصوديوم داخل الخلية. في نفس الوقت قنوات البوتاسيوم (تسمى Iإلى 1) يفتح ويغلق بسرعة ، مما يسمح بتدفق قصير لأيونات البوتاسيوم خارج الخلية ، مما يجعل إمكانات الغشاء أكثر سلبية قليلاً. يشار إلى هذا باسم "الشق" على شكل الموجة المحتملة للعمل. [8]

لا توجد مرحلة 1 واضحة في خلايا جهاز تنظيم ضربات القلب.

تعديل المرحلة الثانية

تُعرف هذه المرحلة أيضًا بمرحلة "الهضبة" نظرًا لأن إمكانات الغشاء تظل ثابتة تقريبًا ، حيث يبدأ الغشاء في إعادة الاستقطاب ببطء. هذا بسبب التوازن القريب للشحنة التي تتحرك داخل وخارج الخلية. خلال هذه المرحلة ، تسمح قنوات البوتاسيوم المتأخرة للبوتاسيوم بمغادرة الخلية بينما تسمح قنوات الكالسيوم من النوع L (التي تنشط بتدفق الصوديوم خلال المرحلة 0) بحركة أيونات الكالسيوم إلى الخلية. ترتبط أيونات الكالسيوم هذه وتفتح المزيد من قنوات الكالسيوم (تسمى مستقبلات ryanodine) الموجودة على الشبكة الساركوبلازمية داخل الخلية ، مما يسمح بتدفق الكالسيوم خارج SR. أيونات الكالسيوم هذه مسؤولة عن تقلص القلب. ينشط الكالسيوم أيضًا قنوات الكلوريد المسماة Iإلى 2، والتي تسمح لـ Cl - بالدخول إلى الخلية. حركة Ca 2+ تعارض تغيير جهد إعادة الاستقطاب الناتج عن K + و Cl - [ بحاجة لمصدر ]. بالإضافة إلى ذلك ، فإن زيادة تركيز الكالسيوم يزيد من نشاط مبادل الصوديوم والكالسيوم ، وتزيد الزيادة في دخول الصوديوم إلى الخلية من نشاط مضخة الصوديوم والبوتاسيوم. تؤدي حركة كل هذه الأيونات إلى بقاء جهد الغشاء ثابتًا نسبيًا. [18] [8] هذه المرحلة مسؤولة عن المدة الكبيرة لإمكانات الفعل وهي مهمة في منع ضربات القلب غير المنتظمة (عدم انتظام ضربات القلب).

لا توجد مرحلة هضبة موجودة في إمكانات عمل جهاز تنظيم ضربات القلب.

تعديل المرحلة 3

أثناء المرحلة 3 (مرحلة "إعادة الاستقطاب السريع") من جهد الفعل ، تغلق قنوات L-type Ca 2+ ، بينما المعدل المتأخر البطيء (Iك) تظل قنوات K + مفتوحة حيث يتم فتح المزيد من قنوات تسرب البوتاسيوم. هذا يضمن صافي تيار موجب خارجي ، يتوافق مع التغيير السلبي في إمكانات الغشاء ، مما يسمح بفتح المزيد من أنواع قنوات K +. هذه هي في المقام الأول قنوات K + المعدل المتأخر السريع (Iكر) والتيار K + المعدل داخليًا ، أناك 1. يؤدي هذا التيار الصافي الخارجي الموجب (الذي يساوي فقدان الشحنة الموجبة من الخلية) إلى إعادة استقطاب الخلية. تغلق قنوات المعدل المتأخر K + عند استعادة إمكانات الغشاء إلى حوالي -85 إلى -90 مللي فولت ، بينما أناك 1 يظل موصلاً طوال المرحلة 4 ، مما يساعد على ضبط إمكانات غشاء الراحة [19]

المضخات الأيونية كما نوقش أعلاه ، مثل مبادل الصوديوم والكالسيوم ومضخة الصوديوم والبوتاسيوم تعيد تركيزات الأيونات إلى الحالة المتوازنة المحتملة قبل الفعل. هذا يعني أنه يتم ضخ الكالسيوم داخل الخلايا ، والذي كان مسؤولاً عن تقلص خلايا عضلة القلب. بمجرد أن يتم فقدان هذا ، يتوقف الانقباض وتسترخي خلايا عضلة القلب ، مما يؤدي بدوره إلى إرخاء عضلة القلب.

خلال هذه المرحلة ، تلتزم إمكانات الفعل بشكل مصيري بإعادة الاستقطاب. يبدأ هذا بإغلاق قنوات L-type Ca 2+ ، بينما تظل قنوات K + (من المرحلة 2) مفتوحة. إن قنوات البوتاسيوم الرئيسية المشاركة في إعادة الاستقطاب هي المقومات المتأخرة (Iكر) و اناك) وكذلك المقوم الداخلي (Iك 1). بشكل عام ، يوجد تيار موجب صافٍ إلى الخارج ، ينتج عنه تغير سلبي في إمكانات الغشاء. [18] تنغلق قنوات المعدل المتأخر عند استعادة إمكانات الغشاء إلى حالة الراحة ، بينما تظل قنوات المعدل الداخلي ومضخات الأيونات نشطة طوال المرحلة 4 ، مما يعيد ضبط تركيزات أيون الراحة. وهذا يعني أن الكالسيوم المستخدم في انقباض العضلات يتم ضخه خارج الخلية مما يؤدي إلى ارتخاء العضلات.

في العقدة الجيبية الأذينية ، ترجع هذه المرحلة أيضًا إلى إغلاق قنوات الكالسيوم من النوع L ، مما يمنع التدفق الداخلي لـ Ca 2 + وفتح قنوات البوتاسيوم المتأخرة السريعة (Iكر). [20]

تحتوي خلايا القلب على فترتين حراريتين ، الأولى من بداية المرحلة 0 حتى المرحلة الجزئية حتى المرحلة 3 ، ويُعرف هذا بفترة الانكسار المطلق التي يستحيل خلالها على الخلية إنتاج جهد فعل آخر. يتبع هذا على الفور ، حتى نهاية المرحلة 3 ، بفترة مقاومة نسبية ، حيث يلزم وجود حافز أقوى من المعتاد لإنتاج إمكانات فعلية أخرى. [21] [22]

تحدث هاتان الفترتان الحراريتان بسبب التغيرات في حالات قنوات الصوديوم والبوتاسيوم. يؤدي الاستقطاب السريع للخلية ، خلال المرحلة 0 ، إلى اقتراب الغشاء من إمكانات توازن الصوديوم (أي إمكانات الغشاء التي لم يعد يُسحب فيها الصوديوم إلى الخلية أو خارجها). عندما تصبح إمكانات الغشاء أكثر إيجابية ، تغلق قنوات الصوديوم وتغلق ، وهذا ما يعرف بالحالة "غير النشطة". خلال هذه الحالة ، لا يمكن فتح القنوات بغض النظر عن قوة التحفيز الاستثاري - وهذا يؤدي إلى فترة الانكسار المطلق. ترجع فترة المقاومة النسبية إلى تسرب أيونات البوتاسيوم ، مما يجعل إمكانات الغشاء أكثر سلبية (أي أنه مفرط الاستقطاب) ، وهذا يعيد ضبط قنوات الصوديوم التي تفتح بوابة التعطيل ، ولكن لا يزال يترك القناة مغلقة. هذا يعني أنه من الممكن بدء عمل محتمل ، ولكن يلزم وجود حافز أقوى من المعتاد. [23]

تسمح تقاطعات الفجوة بنقل إمكانات الفعل من خلية إلى أخرى (يُقال إنها زوجان كهربائيا خلايا القلب المجاورة). إنها مصنوعة من عائلة بروتينات connexin ، والتي تشكل مسامًا يمكن للأيونات (بما في ذلك Na + و Ca 2+ و K +) أن تمر. نظرًا لأن البوتاسيوم هو الأعلى داخل الخلية ، فإن البوتاسيوم هو الذي يمر بشكل أساسي. يؤدي هذا البوتاسيوم المتزايد في الخلية المجاورة إلى زيادة طفيفة في إمكانات الغشاء ، مما يؤدي إلى تنشيط قنوات الصوديوم وبدء جهد الفعل في هذه الخلية. (يتسبب التدفق الكيميائي القصير الناتج عن التدرج الكيميائي لـ Na من خلال الاتصال عند ذروة إزالة الاستقطاب في نقل استقطاب الخلية إلى الخلية ، وليس البوتاسيوم.) تتقلص جميع الخلايا في الأذينين معًا وكذلك جميع الخلايا الموجودة في البطينين. [25] الانقباض غير المنسق لعضلات القلب هو أساس عدم انتظام ضربات القلب وفشل القلب. [26]

الشكل 3: التيارات الرئيسية خلال جهد القلب البطيني [27]
تيار (أنا) بروتين α الفرعي جين الوحدة الفرعية α المرحلة / الدور
نا + أنانا ناالخامس1.5 SCN5A [28] 0
كاليفورنيا 2+ أناكاليفورنيا (L) كاليفورنياالخامس1.2 CACNA1C [29] 0-2
ك + أناإلى 1 كالخامس4.2/4.3 KCND2 / KCND3 1 ، الشق
ك + أناك كالخامس7.1 KCNQ1 2,3
ك + أناكر كالخامس11.1 (هيرج) KCNH2 3
ك + أناك 1 كالأشعة تحت الحمراء2.1/2.2/2.3 KCNJ2 / KCNJ12 / KCNJ4 3,4
Na + ، Ca 2+ أناناكا 3Na + -1Ca 2+ -المبادل NCX1 (SLC8A1) التوازن الأيوني
Na +، K + أناNaK 3Na + -2K + -ATPase ATP1A التوازن الأيوني
كاليفورنيا 2+ أناpCa Ca 2+ -transporting ATPase ATP1B التوازن الأيوني

القنوات الأيونية عبارة عن بروتينات تغير شكلها استجابة لمحفزات مختلفة إما للسماح أو تمنع حركة أيونات معينة عبر الغشاء (يقال إنها قابلة للاختراق بشكل انتقائي). يمكن أن تشمل المنبهات ، التي يمكن أن تأتي من خارج الخلية أو من داخل الخلية ، ارتباط جزيء معين بمستقبل على القناة (المعروف أيضًا باسم قنوات الأيونات المترابطة) أو تغيير في إمكانات الغشاء حول القناة ، تم الكشف عنها بواسطة جهاز استشعار (المعروف أيضًا باسم القنوات الأيونية ذات الجهد الكهربائي) ويمكن أن تعمل على فتح القناة أو إغلاقها. المسام المتكونة من قناة أيونية مائي (مملوء بالماء) ويسمح للأيون بالانتقال بسرعة عبر الغشاء. [30] يمكن أن تكون القنوات الأيونية انتقائية لأيونات معينة ، لذلك توجد قنوات محددة Na + و K + و Ca 2+ و Cl. يمكن أيضًا أن تكون محددة لشحنة معينة من الأيونات (أي موجبة أو سالبة). [31]

يتم ترميز كل قناة من خلال مجموعة من تعليمات الحمض النووي التي تخبر الخلية بكيفية صنعها. تُعرف هذه التعليمات باسم الجين. يوضح الشكل 3 القنوات الأيونية المهمة المشاركة في إمكانات عمل القلب ، والتيار (الأيونات) الذي يتدفق عبر القنوات ، والوحدات الفرعية البروتينية الرئيسية (اللبنات الأساسية للقناة) ، وبعض جيناتها المتحكمة التي ترمز لبنيتها ومراحلها هم نشطون خلال جهد القلب. يتم وصف بعض أهم القنوات الأيونية المشاركة في إمكانات عمل القلب بإيجاز أدناه.

تنشيط فرط الاستقطاب يحرر قنوات النيوكليوتيدات الحلقية المسورة (HCN)

تقع هذه القنوات بشكل أساسي في خلايا جهاز تنظيم ضربات القلب ، وتصبح نشطة في إمكانات غشاء سلبية للغاية وتسمح بمرور كل من Na + و K + إلى الخلية (تُعرف هذه الحركة بالتيار المضحك ، IF). هذه القنوات الموجبة (الأيونات موجبة الشحنة) ضعيفة الانتقائية تؤدي إلى تيار أكثر حيث تصبح إمكانات الغشاء أكثر سلبية (مفرطة الاستقطاب). يتسبب نشاط هذه القنوات في خلايا SAN في إزالة استقطاب الغشاء ببطء ولذا يُعتقد أنها مسؤولة عن إمكانات جهاز تنظيم ضربات القلب. تؤثر الأعصاب السمبثاوية بشكل مباشر على هذه القنوات ، مما يؤدي إلى زيادة معدل ضربات القلب (انظر أدناه). [32] [11]

تحرير قناة Na + السريع

تعتمد قنوات الصوديوم هذه على الجهد ، وتفتح بسرعة بسبب إزالة استقطاب الغشاء ، والذي يحدث عادةً من الخلايا المجاورة ، من خلال تقاطعات الفجوة. إنها تسمح بالتدفق السريع للصوديوم إلى الخلية ، وإزالة استقطاب الغشاء تمامًا وبدء جهد الفعل. مع زيادة إمكانات الغشاء ، تغلق هذه القنوات وتغلق (تصبح غير نشطة). بسبب التدفق السريع لأيونات الصوديوم (المرحلة الحادة 0 في الشكل الموجي المحتمل للعمل) ، يحدث تنشيط وتعطيل هذه القنوات في نفس الوقت تقريبًا. أثناء حالة التعطيل ، لا يمكن أن يمر Na + (فترة مقاومة مطلقة). ومع ذلك ، فإنها تبدأ في التعافي من التعطيل حيث تصبح إمكانات الغشاء أكثر سلبية (فترة المقاومة النسبية).

تحرير قنوات البوتاسيوم

النوعان الرئيسيان لقنوات البوتاسيوم في خلايا القلب هما المقومات الداخلية وقنوات البوتاسيوم ذات الجهد الكهربائي.

تصحيح قنوات البوتاسيوم داخليًا (K.الأشعة تحت الحمراء) يفضل تدفق K + إلى الخلية. ومع ذلك ، يكون تدفق البوتاسيوم هذا أكبر عندما تكون إمكانات الغشاء أكثر سلبية من احتمالية التوازن لـ K + (

-90 مللي فولت). عندما تصبح إمكانات الغشاء أكثر إيجابية (أي أثناء تحفيز الخلية من خلية مجاورة) ، فإن تدفق البوتاسيوم إلى الخلية عبر Kالأشعة تحت الحمراء النقصان. لذلك ، Kالأشعة تحت الحمراء مسؤول عن الحفاظ على إمكانات غشاء الراحة وبدء مرحلة إزالة الاستقطاب. ومع ذلك ، مع استمرار إمكانات الغشاء في أن تصبح أكثر إيجابية ، تبدأ القناة في السماح بمرور K + خارج من الخلية. هذا التدفق الخارجي لأيونات البوتاسيوم عند إمكانات الغشاء الأكثر إيجابية يعني أن Kالأشعة تحت الحمراء يمكن أن تساعد أيضًا في المراحل الأخيرة من عودة الاستقطاب. [33] [34]

قنوات البوتاسيوم ذات الجهد الكهربائي (K.الخامس) عن طريق نزع الاستقطاب. تشمل التيارات التي تنتجها هذه القنوات تيار البوتاسيوم الخارج العابر أناإلى 1. هذا التيار يتكون من عنصرين. يتم تنشيط كلا المكونين بسرعة ، ولكن أنالتسريع يعطل بسرعة أكبر من أناإلى بطيء. تساهم هذه التيارات في مرحلة عودة الاستقطاب المبكر (المرحلة 1) لإمكانات الفعل.

شكل آخر من قنوات البوتاسيوم ذات الجهد الكهربائي هي قنوات البوتاسيوم المعدلة المتأخرة. تحمل هذه القنوات تيارات البوتاسيوم المسؤولة عن مرحلة الهضبة لإمكانات الفعل ، ويتم تسميتها بناءً على السرعة التي تنشط بها: التنشيط ببطء أناك، سريع التنشيط أناكر وتنشيط بسرعة فائقة أناكور. [35]

تحرير قنوات الكالسيوم

هناك نوعان من قنوات الكالسيوم ذات بوابات الجهد داخل عضلة القلب: قنوات الكالسيوم من النوع L ('L' طويلة الأمد) وقنوات الكالسيوم من النوع T ('T' لـ Transient ، أي قصيرة). تعد القنوات من النوع L أكثر شيوعًا وهي أكثر كثافة سكانية داخل غشاء أنبوب t للخلايا البطينية ، بينما توجد القنوات من النوع T بشكل أساسي داخل الخلايا الأذينية وجهاز تنظيم ضربات القلب ، ولكنها لا تزال بدرجة أقل من القنوات من النوع L.

تستجيب هذه القنوات لتغيرات الجهد عبر الغشاء بشكل مختلف: يتم تنشيط القنوات من النوع L بواسطة إمكانات غشاء أكثر إيجابية ، وتستغرق وقتًا أطول لفتحها وتظل مفتوحة لفترة أطول من القنوات من النوع T. هذا يعني أن القنوات من النوع T تساهم بشكل أكبر في إزالة الاستقطاب (المرحلة 0) بينما تساهم القنوات من النوع L في الهضبة (المرحلة 2). [36]

ينتشر النشاط الكهربائي الذي ينشأ من العقدة الجيبية الأذينية عبر شبكة His-Purkinje ، وهي أسرع مسار للتوصيل داخل القلب. تنتقل الإشارة الكهربائية من العقدة الجيبية الأذينية (SAN) ، التي تحفز الأذينين على الانقباض ، إلى العقدة الأذينية البطينية (AVN) التي تبطئ توصيل جهد الحركة ، من الأذينين إلى البطينين. يسمح هذا التأخير للبطينين بالامتلاء بالدم بالكامل قبل الانقباض. تنتقل الإشارة بعد ذلك عبر حزمة من الألياف تسمى حزمة His ، وتقع بين البطينين ، ثم إلى ألياف بوركينجي في أسفل (قمة) القلب ، مما يتسبب في تقلص البطين. يُعرف هذا بنظام التوصيل الكهربائي للقلب ، انظر الشكل 4.

بخلاف SAN ، تتمتع ألياف AVN و purkinje أيضًا بنشاط منظم ضربات القلب ويمكنها بالتالي توليد جهد فعل تلقائيًا. ومع ذلك ، فإن هذه الخلايا عادة لا تزيل الاستقطاب من تلقاء نفسها ، وذلك ببساطة لأن الإنتاج المحتمل للعمل في SAN يكون أسرع. هذا يعني أنه قبل أن تصل الألياف العصبية أو ألياف البوركيني إلى عتبة إمكانية الفعل ، يتم نزع استقطابها بواسطة النبضة القادمة من SAN [37] وهذا ما يسمى "قمع زيادة السرعة". [38] يعد نشاط منظم ضربات القلب لهذه الخلايا أمرًا حيويًا ، لأنه يعني أنه في حالة فشل شبكة SAN ، يمكن أن يستمر القلب في النبض ، وإن كان ذلك بمعدل أقل (AVN = 40-60 نبضة في الدقيقة ، ألياف بوركينجي = 20- 40 نبضة في الدقيقة). ستبقي أجهزة تنظيم ضربات القلب هذه المريض على قيد الحياة حتى وصول فريق الطوارئ.

مثال على الانقباض البطيني المبكر ، هو متلازمة القلب الرياضي الكلاسيكية. يؤدي التدريب المستمر للرياضيين إلى التكيف القلبي حيث يكون معدل SAN أثناء الراحة أقل (في بعض الأحيان حوالي 40 نبضة في الدقيقة). هذا يمكن أن يؤدي إلى كتلة الأذينية البطينية ، حيث يتم إعاقة الإشارة من SAN في مسارها إلى البطينين. هذا يؤدي إلى تقلصات غير منسقة بين الأذينين والبطينين ، دون التأخير الصحيح بين الأذينين والبطينين يمكن أن يؤدي إلى الموت المفاجئ. [39]

التنظيم عن طريق الجهاز العصبي اللاإرادي تحرير

تتأثر سرعة الإنتاج المحتمل للعمل في خلايا جهاز تنظيم ضربات القلب ، ولكن لا يتحكم فيها الجهاز العصبي اللاإرادي.

يزيد الجهاز العصبي السمبثاوي (الأعصاب المهيمنة أثناء قتال الأجسام أو استجابة الطيران) من معدل ضربات القلب (توجيه الكرونوتروبي الإيجابي) ، عن طريق تقليل الوقت اللازم لإنتاج جهد فعل في شبكة منطقة التخزين (SAN). تفرز الأعصاب من الحبل الشوكي جزيئًا يسمى نورادرينالين ، والذي يرتبط بالمستقبلات الموجودة في غشاء خلية جهاز تنظيم ضربات القلب والتي تسمى مستقبلات الأدرينالين β1 وينشطها. هذا ينشط بروتين يسمى Gس- بروتين (منشط). يؤدي تنشيط بروتين G هذا إلى زيادة مستويات cAMP في الخلية (عبر مسار cAMP). يرتبط cAMP بقنوات HCN (انظر أعلاه) ، مما يؤدي إلى زيادة التيار المضحك وبالتالي زيادة معدل إزالة الاستقطاب ، أثناء إمكانات جهاز تنظيم ضربات القلب. يزيد cAMP أيضًا من وقت فتح قنوات الكالسيوم من النوع L ، مما يزيد من تيار Ca 2+ عبر القناة ، مما يؤدي إلى تسريع المرحلة 0. [40]

يقلل الجهاز العصبي السمبتاوي (الأعصاب المهيمنة أثناء استراحة الجسم وهضمه) معدل ضربات القلب (كرونوتروبي سلبي) ، عن طريق زيادة الوقت المستغرق لإنتاج جهد فعل في شبكة منطقة التخزين. يطلق على العصب اسم العصب المبهم ، الذي يبدأ في الدماغ وينتقل إلى العقدة الجيبية الأذينية ، يطلق جزيء يسمى أستيل كولين (ACh) الذي يرتبط بمستقبل موجود على السطح الخارجي لخلية منظم ضربات القلب ، يسمى مستقبل M2 المسكاريني. هذا ينشط Gأنا- بروتين (I للمثبط) ، ويتكون من 3 وحدات فرعية (α و β و γ) والتي ، عند تنشيطها ، منفصلة عن المستقبل. تعمل الوحدتان الفرعيتان و على تنشيط مجموعة خاصة من قنوات البوتاسيوم ، مما يزيد من تدفق البوتاسيوم خارج الخلية ويقلل من إمكانات الغشاء ، مما يعني أن خلايا جهاز تنظيم ضربات القلب تستغرق وقتًا أطول للوصول إلى قيمتها الحدية. [41] إن جيأنا- يمنع البروتين أيضًا مسار cAMP وبالتالي يقلل من التأثيرات الودية التي تسببها الأعصاب الشوكية. [42]


اضطرابات البوتاسيوم: نقص بوتاسيوم الدم وفرط بوتاسيوم الدم

البوتاسيوم هو الموجبة السائدة داخل الخلايا. تتراوح مستويات البوتاسيوم في الدم الطبيعي بين 3.5 و 5.5 ملي مكافئ / لتر. هذا أقل بكثير من المستويات داخل الخلايا التي تتراوح بين 140 و 150 ملي مكافئ / لتر. يساعد توزيع مستويات البوتاسيوم عبر الأغشية الخلوية على تحديد إمكانات غشاء الراحة وكذلك توقيت إزالة الاستقطاب من الغشاء. لذلك ، فإن أنظمة الأعضاء التي تعتمد إلى حد كبير على إزالة الاستقطاب من الغشاء هي الأكثر تأثرًا بالتغيرات في مستويات البوتاسيوم في الدم.

في حالة نقص بوتاسيوم الدم ، تزداد إمكانات غشاء الراحة. يتم إطالة كل من إمكانات العمل والفترات المقاومة للحرارة. لا تتطور الأعراض بشكل عام إلا إذا كانت مستويات البوتاسيوم أقل من 3.0 ملي مكافئ / لتر. يجب أن تثير العلامات والأعراض التالية القلق بشأن نقص بوتاسيوم الدم:

المظاهر الهيكلية والعضلية الملساء:

- انخفاض ضغط الدم وضعف العضلات

- انحلال الربيدات وبيلة ​​عضلية

في حالة فرط بوتاسيوم الدم ، تنخفض احتمالية غشاء الراحة ، ويصبح الغشاء مستقطبًا جزئيًا. في البداية ، يزيد هذا من استثارة الغشاء. ومع ذلك ، مع إزالة الاستقطاب لفترات طويلة ، سيصبح غشاء الخلية أكثر مقاومة للحرارة ويقل احتمال إزالة الاستقطاب بشكل كامل. يجب أن تثير العلامات والأعراض التالية القلق بشأن فرط بوتاسيوم الدم:

- الفرع الحزمي وكتل التوصيل الأذيني البطيني

مظاهر العضلات الهيكلية:

- ضعف العضلات المتصاعد

ما الذي تسبب في تطور هذا المرض في هذا الوقت؟

يمكن تصنيف أسباب كل من نقص بوتاسيوم الدم وفرط بوتاسيوم الدم إلى أسباب تتعلق بالتغيرات في المدخول ، والتغيرات في الإفراز ، والتحولات بين الفراغات داخل الخلايا وخارجها.

أسباب نقص بوتاسيوم الدم:

كمية مخفضة: كمية البوتاسيوم اليومية هي 2 إلى 4 ميلي مكافئ / كجم / يوم حتى 40-120 ميلي مكافئ / يوم للبالغين. نظرًا لأن الكلى قادرة على الحد بشكل كبير من إفراز البوتاسيوم ، نادرًا ما يحدث نقص بوتاسيوم الدم حصريًا من انخفاض تناول البوتاسيوم.

زيادة إفراز البول:

زيادة نشاط القشرانيات المعدنية: يزيد الألدوستيرون من إعادة امتصاص الصوديوم في البول ، مما يعزز الإفراز السلبي للبوتاسيوم في البول.

التبول: في حين أن الكلى بشكل عام قادرة على تقليل تركيزات البوتاسيوم إلى 5 إلى 10 ملي مكافئ / لتر ، قد يؤدي ارتفاع إنتاج البول إلى فقدان البوتاسيوم بشكل مفرط.

مدرات البول: يمكن أن تسبب كل من مدرات البول العروية والثيازيدات ومثبطات الكربونيك أنهيدراز فقدان البوتاسيوم في البول.

القلاء الأيضي: الحالات التي تؤدي إلى زيادة البيكربونات وبالتالي زيادة توصيل البيكربونات إلى الأنابيب البعيدة يمكن أن تؤدي إلى إفراز سلبي للبوتاسيوم.

الحماض الأنبوبي الكلوي (RTA): يؤدي RTA إلى تحويل البوتاسيوم من داخل الخلايا إلى الفضاء خارج الخلية مما يؤدي إلى استنفاد البوتاسيوم الكلي في الجسم حتى عندما تظل مستويات البوتاسيوم في الدم طبيعية. بمجرد بدء العلاج باستبدال البيكربونات ، يمكن أن تتحقق حالة نقص بوتاسيوم الدم الحقيقية حيث أن زيادة توصيل البيكربونات إلى الأنابيب البعيدة سيؤدي إلى زيادة إفراز البوتاسيوم.

نقص مغنسيوم الدم: في حين أن الآليات غير واضحة ، يمكن أن يؤدي نقص مغنسيوم الدم وحده إلى زيادة فقدان البوتاسيوم في البول.

متلازمة بارتر: متلازمة بارتر هي حالة وراثية متنحية تؤدي إلى فشل النمو وتأخر النمو وزيادة مستويات الرينين ونقص بوتاسيوم الدم والقلاء. في متلازمة بارتر ، هناك ضعف في امتصاص كلوريد الصوديوم في الطرف الصاعد لحلقة هنلي.

متلازمة جيتلمان: متلازمة جيتلمان هي حالة وراثية تتميز بطفرات في الناقل المشترك لكلوريد الصوديوم الثيازيد. تؤدي هذه المتلازمة إلى إهدار الأملاح في الصوديوم والبوتاسيوم والكلوريد والمغنيسيوم. على عكس متلازمة بارتر ، لا يوجد بشكل عام فشل في النمو أو تأخر في النمو.

زيادة الخسائر بخلاف المسالك البولية:

الجهاز الهضمي:
يمكن أن تتراوح مستويات البوتاسيوم في البراز بين 10 و 80 ملي مكافئ / لتر. يمكن أن يؤدي الإسهال المطول أو الشديد إلى خسائر كبيرة في البوتاسيوم ونقص بوتاسيوم الدم.

العرق: مستويات البوتاسيوم من 5 إلى 10 ملي مكافئ / لتر في العرق. تشمل الظروف التي يمكن أن تؤدي إلى خسائر كبيرة سريريًا في البوتاسيوم من العرق البيئات شديدة الحرارة ، والتمارين الشاقة ، والتليف الكيسي.

تحول البوتاسيوم إلى الفضاء داخل الخلايا:

القلاء: مع ارتفاع درجة الحموضة في الدم ، تنتقل أيونات الهيدروجين داخل الخلايا إلى السائل خارج الخلية لتقليل الزيادة خارج الخلية في الرقم الهيدروجيني. للحفاظ على الحياد الإلكتروني ، تدخل أيونات البوتاسيوم الفضاء داخل الخلايا لتحل محل أيونات الهيدروجين الخارجة.

الأنسولين: يزيد الأنسولين من نقل البوتاسيوم إلى العضلات الهيكلية وخلايا الكبد.

نشاط بيتا الأدرينالية: يمكن أن تزيد الكاتيكولامينات الداخلية والخارجية من نقل البوتاسيوم إلى الخلايا. يعتبر علاج الألبوتيرول المعزز بالهباء من أجل تفاقم الربو سببًا شائعًا لنقص بوتاسيوم الدم الخفيف عند الأطفال ، على الرغم من أن هذا نادرًا ما يؤدي إلى أهمية إكلينيكية.

الشلل الدوري الناجم عن نقص بوتاسيوم الدم: اضطراب وراثي نادر يتميز بالتحولات المفاجئة والسريعة للبوتاسيوم في الخلايا ، مما يؤدي إلى انخفاض مستويات البوتاسيوم في الدم. تتجلى الهجمات من خلال الضعف العضلي أو الشلل العام الذي يستمر أقل من 24 ساعة.

أسباب فرط بوتاسيوم الدم:

قلة إفراز البول:

الفشل الكلوي: غالبًا ما ينشأ ضعف تنظيم البوتاسيوم وإفرازه في حالات قلة البول وعندما يتعرض التدفق الأنبوبي الكلوي البعيدة للخطر.

نقص الألدوستيرونية: يؤدي انخفاض مستويات الألدوستيرون إلى زيادة إفراز الصوديوم واحتباس البوتاسيوم.

الحماض الأنبوبي الكلوي القاصي: في النوع الأول RTA ، يؤدي ضعف إعادة امتصاص الصوديوم إلى انخفاض إفراز البوتاسيوم.

الأدوية الأخرى: يمكن لمثبطات السبيرونولاكتون والإنزيم المحول للأنجيوتنسين أن تقلل من إفراز الكلى للبوتاسيوم.

انتقال البوتاسيوم إلى الحجرة خارج الخلية:

الحماض الأيضي: مع انخفاض درجة الحموضة في المصل ، تنتقل أيونات الهيدروجين خارج الخلية إلى السائل داخل الخلايا لتقليل الانخفاض خارج الخلية في الرقم الهيدروجيني. للحفاظ على الحياد الإلكتروني ، ستترك أيونات البوتاسيوم الفضاء داخل الخلايا لتحل محل أيونات الهيدروجين الداخلة.

حصار بيتا الأدرينالية: يمكن لحاصرات بيتا غير الانتقائية أن تقلل من نقل البوتاسيوم إلى الخلايا.

الأنسولين: في مرض السكري ، يؤدي انخفاض الأنسولين إلى انخفاض نقل البوتاسيوم إلى الخلايا.

زيادة انهيار الأنسجة: يمكن أن تؤدي الإصابات والحالات التي تؤدي إلى انهيار الخلايا إلى زيادة مستويات البوتاسيوم في الدم. تشمل هذه الحالات إصابات السحق وانحلال الربيدات ومتلازمة تحلل الورم.

ما هي الدراسات المختبرية التي يجب أن تطلبها للمساعدة في تأكيد التشخيص؟ كيف يجب أن تفسر النتائج؟

يتم تأكيد نقص بوتاسيوم الدم وفرط بوتاسيوم الدم عن طريق تحليل مستويات البوتاسيوم في الدم.

عندما تشير نتائج مستوى البوتاسيوم في الدم إلى فرط بوتاسيوم الدم (بوتاسيوم المصل و 5.5 ملي مكافئ / لتر) ، يجب مراعاة فرط بوتاسيوم الدم الكاذب. يحدث فرط بوتاسيوم الدم الكاذب عندما يتم إطلاق البوتاسيوم داخل الخلايا في المصل في موقع أخذ عينات الدم. سيؤدي ذلك إلى ارتفاع مستوى البوتاسيوم بشكل خاطئ. تزداد فرص حدوث هذا مع زيادة الصدمة أثناء بزل الوريد ، وانحلال الدم للعينة ، واستخدام عاصبة ، وسحب الدم فوق قسطرة أو إبرة عالية المقاومة.

تشمل الدراسات التشخيصية الأخرى التي قد تساعد في تحديد السبب الأساسي أو إدارة الدليل ما يلي:

لوحة التمثيل الغذائي الأساسية: مفيدة في تحديد وظائف الكلى الضعيفة والألدوستيرون أو الكورتيزول والتشوهات الحمضية القاعدية.

الجلوكوز في الدم: قد يشير ارتفاع السكر في الدم إلى مرض السكري.

رسم القلب: مهم في تقييم الإلحاح السريري لحالات فرط بوتاسيوم الدم.

تحليل البول: يمكن أن يكون مفيدًا في تحديد الحماض الأنبوبي الكلوي أو البيلة العضلية أو انحلال الدم الجهازي.

CK: قد يكون مفيدًا إذا كان هناك قلق من التهاب الربيدات.

إذا كنت قادرًا على التأكد من أن المريض يعاني من نقص بوتاسيوم الدم أو فرط بوتاسيوم الدم ، فما العلاج الذي يجب البدء به؟

نقص بوتاسيوم الدم:

إذا كان المريض يعاني من شلل عرضي أو كانت هناك تغيرات في مخطط كهربية القلب تتوافق مع نقص بوتاسيوم الدم ، يجب البدء في العلاج على الفور. يجب أيضًا النظر في استبدال البوتاسيوم في الوريد لمستويات البوتاسيوم في الدم التي تقل عن 2.5 إلى 3.0 ملي مكافئ / لتر.

يجب أن يبدأ استبدال كلوريد البوتاسيوم في الوريد عند 0.5 ملي مكافئ / كغ في سائل يحتوي على دكستروز لمدة تزيد عن ساعة إلى ساعتين (حتى 10 إلى 20 ميلي مكافئ / ساعة).

يجب توخي الحذر عند استبدال البوتاسيوم في أمراض الكلى. يجب تجنب الاستبدال الوريدي العدواني ما لم يكن نقص بوتاسيوم الدم شديدًا (& lt2.5 ملي مكافئ / لتر) أو يؤدي إلى تغيرات في مخطط كهربية القلب أو شلل. إذا كانت هناك حاجة إلى الاستبدال ، فيجب النظر في إدارة بديل أصغر (0.25 إلى 0.5 ملي مكافئ / كجم) على مدى ساعة إلى ساعتين.

قد يلزم أن يكون الاستبدال بجرعات أعلى (1 ميلي مكافئ / كجم) على مدى ساعة واحدة إذا كان المريض يتناول الديجوكسين أو يعاني من حالة قلبية تؤدي إلى عدم انتظام ضربات القلب.

يجب إعطاء الاستبدال في الوريد من خلال قسطرة وريدية مركزية أو عدة قثاطير وريدية محيطية لأن ضخ البوتاسيوم أكبر من 0.5 ملي مكافئ / كغ / ساعة يمكن أن يكون مزعجًا جدًا للأوردة المحيطية.

يجب متابعة المريض عن كثب أثناء العلاج بمراقبة القلب والجهاز التنفسي.

يجب تقييم مستويات البوتاسيوم المصل المتكرر بعد كل عملية استبدال (في البداية كل 2 إلى 4 ساعات). إذا لم تكن هناك استجابة كبيرة للبدائل الأولية ، فيجب تقييم مستوى المغنيسيوم لأن نقص مغنسيوم الدم قد يساهم في حالة نقص بوتاسيوم الدم المستعصية.

إذا لم يكن لدى المريض تغيرات في مخطط كهربية القلب أو مظاهر سريرية لنقص بوتاسيوم الدم ، وكان مستوى البوتاسيوم في الدم من 3 ملي مكافئ / لتر إلى 3.5 ملي مكافئ / لتر ، فمن الآمن عمومًا علاج نقص بوتاسيوم الدم من خلال الاستبدالات المعوية أو من خلال محاليل السوائل الوريدية المداومة.

إذا لم يكن المريض في حالة حرجة ، ولا يعاني من أعراض نقص بوتاسيوم الدم ، ولا يوجد سبب لفقدان البوتاسيوم المستمر ، فمن المحتمل أن يتلاشى نقص بوتاسيوم الدم الخفيف ذاتيًا ببساطة عن طريق ضمان تناول كمية كافية من البوتاسيوم في النظام الغذائي. عادةً ما يكون توفير 2 إلى 3 ميلي مكافئ / كجم / يوم (حتى 20 ميلي مكافئ لكل جرعة) من KCl المعوي مقسمًا إلى 2 إلى 4 جرعات هو كل ما هو ضروري لتصحيح نقص بوتاسيوم الدم الخفيف. من غير المرجح أن يؤدي الاستبدال المعوي إلى المعالجة المفرطة وفرط بوتاسيوم الدم الناتج ، ويجب دائمًا التفكير فيه إذا لم يكن هناك حاجة ملحة لعلاج نقص بوتاسيوم الدم الخفيف.

إذا كان المريض يتناول سوائل بالحقن ، فيمكن توفير الاستبدال مبدئيًا عن طريق إضافة البوتاسيوم إلى السوائل الوريدية بمعدل 20 إلى 30 ملي مكافئ / لتر إذا كانت السوائل تنقع في احتياجات الصيانة. بشكل عام ليس من الضروري تجاوز هذه التركيزات في ظل الظروف العادية لنقص بوتاسيوم الدم الخفيف.

إذا كانت هناك خسائر مستمرة ، فقد يلزم الاستمرار في استبدال KCl المعوي المجدول بجرعة تعتمد على الخسائر المحسوبة المقدرة.

قد تحتاج بعض الظروف إلى النظر في خسائر البوتاسيوم المستمرة. وتشمل هذه الحالات: علاج الحماض الكيتوني السكري ، وحالات تعدد البول مثل مرض السكري الكاذب ، أو الإسهال الشديد.

الحماض الكيتوني السكري: في الحماض الكيتوني السكري ، تنخفض مستويات البوتاسيوم الكلية في الجسم بسبب الحركة خارج الخلية لمستويات البوتاسيوم في الدم ، وينتج عن ذلك زيادة إفراز الكلى للبوتاسيوم. في البداية ، سترتفع مستويات البوتاسيوم في الدم عند التقديم. ولكن بمجرد بدء العلاج بحقن الأنسولين ، تنخفض مستويات البوتاسيوم في الدم ، وغالبًا ما يكون استبدال البوتاسيوم ضروريًا. يجب مراقبة مستويات البوتاسيوم في الدم كل 2 إلى 4 ساعات في بداية العلاج. بمجرد أن تنخفض مستويات البوتاسيوم في الدم عن 4.5 إلى 5.0 ملي مكافئ / لتر ، يضاف البوتاسيوم إلى محاليل استبدال السوائل الوريدية عند حوالي 40 ملي مكافئ / لتر. عادة ما يكون البوتاسيوم المضاف عبارة عن مزيج من كلوريد البوتاسيوم وفوسفات البوتاسيوم مقسم بالتساوي (20 ملي مكافئ / لتر لكل منهما). تستمر مراقبة مستويات البوتاسيوم كل 4 إلى 6 ساعات حسب الاستجابة. بمجرد اكتمال ضخ الأنسولين ، واستقرار المريض من الحماض الكيتوني السكري ، لا يلزم استبدال المزيد من البوتاسيوم بشرط أن يكون مستوى البوتاسيوم في الدم طبيعيًا.

التبول والسكري الكاذب: تستطيع الكلى بشكل عام الحد من إفراز البوتاسيوم إلى 5 إلى 10 ملي مكافئ / لتر. قد يؤدي هذا إلى فقدان البوتاسيوم بشكل كبير سريريًا مع ارتفاع مستويات إنتاج البول. في معظم الأحيان ، تكون المراقبة الدقيقة مع بدائل البوتاسيوم حسب الحاجة كافية. ومع ذلك ، مع وجود مستويات عالية جدًا من إنتاج البول ، قد يكون من الضروري استبدال السوائل بالبوتاسيوم المتضمن في 10 ملي مكافئ / لتر.

الإسهال: قد يؤدي الإسهال الشديد إلى فقد شديد للبوتاسيوم ، حيث يمكن أن تصل تركيزات البوتاسيوم في البراز إلى 10 إلى 80 ملي مكافئ / لتر. إذا كان إخراج البراز كبيرًا إلى حد كبير (& GT ؛ 10 مل / كجم كل 2 إلى 4 ساعات) ، فقد يكون من الضروري استبدال البراز باستخدام التلقيح الاصطناعي. ينبغي النظر في تضمين البوتاسيوم في استبدال التلقيح الاصطناعي إذا كانت استراتيجيات الاستبدال IV أعلاه غير قادرة على مواكبة فقد البوتاسيوم.

فرط بوتاسيوم الدم:

إذا كان مستوى البوتاسيوم في الدم هو 6.0 إلى 6.5 ملي مكافئ / لتر ، احصل على 12 رصاصًا في مخطط كهربية القلب.

في حالة عدم وجود تغييرات في مخطط كهربية القلب ، تخلص من البوتاسيوم من النظام الغذائي واستبدال السوائل في الوريد. إذا لم تكن هناك عوامل خطر لاستمرار زيادة مستويات البوتاسيوم (مثل الفشل الكلوي ، انحلال الربيدات ، الحماض) ، فعادة ما يكون هذا هو كل ما هو مطلوب. يجب متابعة المريض في مراقبة القلب والجهاز التنفسي لمراقبة تغيرات الإيقاع أو التغيرات في الموجات T. يجب إجراء مستويات البوتاسيوم المتكررة كل 12 إلى 24 ساعة على الأقل لضمان حل فرط بوتاسيوم الدم.

إذا كانت هناك عوامل خطر لاستمرار زيادة مستويات البوتاسيوم ، كما هو الحال في الفشل الكلوي ، فيجب اتخاذ تدابير إضافية للتخلص من البوتاسيوم. ابدأ بوليسترين الصوديوم (Kayexalate) بجرعة 1 جم / كجم لكل جرعة (حتى 15 جم PO ، 30-50 جم PR عند البالغين) كل 6 ساعات PO أو كل 2 إلى 4 ساعات PR. أعد فحص مستويات البوتاسيوم في الدم كل 6 ساعات أو أقل إذا كانت هناك علامات على تغيرات في مخطط كهربية القلب على مراقبة القلب والجهاز التنفسي.

إذا كان مستوى البوتاسيوم في الدم أكبر من 6.5 ملي مكافئ / لتر ، أو كانت هناك تغيرات في مخطط كهربية القلب ، فيجب الإشارة إلى إدارة أكثر قوة.

قم بإعطاء غلوكونات الكالسيوم 100 مجم / كجم (الحد الأقصى: 3 جم / جرعة) عن طريق الوريد المحيطي لمدة 3 إلى 5 دقائق أو كلوريد الكالسيوم 10 مجم / كجم (بحد أقصى: 1 جم / جرعة) IV مركزيًا على مدى 1 إلى 5 دقائق لتحقيق الاستقرار في غشاء القلب وتقليل مخاطر المزيد عدم انتظام ضربات القلب.

إذا تحسنت تغييرات مخطط كهربية القلب ، ولكن لم يتم تطبيعها ، فقد يكرر ضخ الكالسيوم في غضون 10 دقائق. توقع أن تعود تغييرات مخطط كهربية القلب في غضون 15 إلى 30 دقيقة إذا لم يتم اتخاذ تدابير أخرى لتقليل مستويات البوتاسيوم في الدم بسرعة.

إدارة بيكربونات الصوديوم من 1 إلى 2 ملي مكافئ / كجم (بحد أقصى: 50-100 ميلي مكافئ / جرعة) IV خلال 5 إلى 10 دقائق. لا تستخدم غلوكونات الكالسيوم لأنها غير متوافقة. اغسل الوريد جيدًا بين الحقن.

قم بإعطاء الأنسولين 0.1U / Kg مع 2 مل / كجم من D25W (0.5 جم / كجم / جرعة) مملوءة أكثر من 30 دقيقة. قد تكرر الجرعة من 30 إلى 60 دقيقة بعد الجرعة الأولى. مراقبة الجلوكوز كل ساعة. قد ينظر أيضًا في تسريب الأنسولين عند 0.1U / Kg / Hr مع D25W عند 1 إلى 2 مل / كجم / ساعة إذا استمر فرط بوتاسيوم الدم.

إدارة البوليسترين الصوديوم كما هو موضح أعلاه.

يجب التفكير في غسيل الكلى إذا استمرت تغييرات مخطط كهربية القلب مع فرط بوتاسيوم الدم المقاوم أو ظل فرط بوتاسيوم الدم شديدًا (& gt7 mEq / L).

ما هي الآثار الضارة المرتبطة بكل خيار علاجي؟

التأثير الضار الأكثر أهمية لتدبير نقص بوتاسيوم الدم هو المعالجة المفرطة وفرط بوتاسيوم الدم علاجي المنشأ. لتجنب ذلك ، يجب على المرء أن ينظر بعناية في مدى إلحاح علاج نقص بوتاسيوم الدم ، وعوامل الخطر للإفراط في الاستجابة لاستبدال الوريد (على سبيل المثال ، انحلال الربيدات ، والفشل الكلوي) ، وإذا كان العلاج الوريدي ضروريًا حقًا على العلاج المعوي الأكثر أمانًا بشكل عام.

كلوريد الكالسيوم أو غلوكونات الكالسيوم: يمكن أن يسبب عدم انتظام ضربات القلب البطيني والسكتة القلبية إذا تم إعطاؤه بسرعة كبيرة. يجب إعطاء محاليل الكالسيوم ببطء خلال 3 إلى 5 دقائق. يُمنع استبدال كلوريد الكالسيوم في الرجفان البطيني. يمكن أن يسبب كلا محلول الكالسيوم نخرًا كبيرًا في الأنسجة إذا تم تسريبه. لا تستخدم كلوريد الكالسيوم محيطيا. تأكد من أن الوريد المحيطي يعمل بشكل صحيح ولا يتم اختراقه قبل الإدارة.

بيكربونات الصوديوم: يمكن أن يسبب فرط صوديوم الدم ونقص بوتاسيوم الدم ونقص كلس الدم ونقص مغنسيوم الدم. يمكن أن يسبب أيضًا نخر الأنسجة مع التسرب. عند الرضع وحديثي الولادة ، استخدم محلول 4.2٪ وإطالة وقت التسريب حيث أن محلول 8.4٪ مفرط في الأسمولية وقد لا يتم تحمله.

الأنسولين والجلوكوز: يمكن أن يسبب نقص السكر في الدم أو ارتفاع السكر في الدم. يجب فحص نسبة السكر في الدم بعد كل جرعة ، أو كل ساعة في حالة التسريب الوريدي.

بوليسترين الصوديوم: يمكن أن يسبب نقص بوتاسيوم الدم علاجي المنشأ الذي يتطلب بدائل البوتاسيوم إذا تم إعطاء الكثير. يمكن أن يسبب أيضًا فرط صوديوم الدم ونقص كالسيوم الدم ونقص مغنسيوم الدم. كانت هناك تقارير عن تنخر القولون ونزيف الجهاز الهضمي والتهاب القولون والانثقاب عند استخدامها مع السوربيتول في المرضى الذين يعانون من عوامل الخطر المعدية المعوية الكامنة. استخدم بحذر في المرضى الذين يعانون من الخداج أو دليل على وجود خلل في الجهاز الهضمي.

غسيل الكلى: ينطوي على مخاطر كبيرة من كل من إجراء غسيل الكلى المتقطع وكذلك إجراء وضع القسطرة اللازمة لإجراء غسيل الكلى. يجب استخدامه كحل أخير إذا فشلت العلاجات المذكورة أعلاه.

ما هي النتائج المحتملة لنقص بوتاسيوم الدم وفرط بوتاسيوم الدم؟

إذا تُرك دون علاج ، يمكن أن يؤدي كل من نقص بوتاسيوم الدم الشديد وفرط بوتاسيوم الدم الشديد إلى الشلل وعدم انتظام ضربات القلب والسكتة القلبية. إن فرط بوتاسيوم الدم يحمل عمومًا مخاطر أعلى للإصابة بالأمراض والوفيات إذا تُرك دون علاج. قد يؤدي نقص بوتاسيوم الدم الشديد أيضًا إلى فشل الجهاز التنفسي والإمساك والعلوص.

كيف يمكن منع نقص بوتاسيوم الدم أو فرط بوتاسيوم الدم؟

أهم جانب من جوانب الوقاية هو النظر في الأمراض المصاحبة أو العلاجات الطبية التي قد تزيد أو تنقص مستويات البوتاسيوم في الدم ، ثم تعديل كمية البوتاسيوم عند الضرورة.

لمنع نقص بوتاسيوم الدم ، ضع في اعتبارك إضافة بدائل البوتاسيوم المعوية للمرضى الذين يتناولون كمية كبيرة من مدرات البول ، أو المرضى الذين يعانون من الإسهال أو بوال البول ، أو المرضى الذين قد يكون لديهم نشاط قشراني معدني مرتفع. ضع في اعتبارك أيضًا استبدال كبريتات المغنيسيوم في الظروف التي يمكن أن تتسبب في استنفاد المغنيسيوم.

لمنع فرط بوتاسيوم الدم ، ضع في اعتبارك تقييد استبدال البوتاسيوم أو إزالة البوتاسيوم من تناوله في المرضى الذين يعانون من أمراض الكلى ، أو انقطاع البول ، أو مثبطات الإنزيم المحول للأنجيوتنسين ، أو الذين يعانون من حالات مع زيادة انهيار الأنسجة مثل انحلال الربيدات أو إصابات الحروق أو إصابات التكسير.

ما هو الدليل؟

Aune ، GJ ، Custer ، Rau. & # 8220 السوائل والإلكتروليتات & # 8221. (مخطط عملي لإدارة اضطرابات السوائل والكهرباء عند الأطفال.)

وود ، إي جي ، لينش ، ري ، فورمان ، زيمرمان. & # 8220 إدارة الكهارل في أمراض الأطفال الحرجة & # 8221. (مخطط عملي لإدارة اضطرابات السوائل والكهرباء عند الأطفال.)

كيلي ، إيه ، موشانج ، تي ، نيكولز ، دي جي. & # 8220 اضطرابات توازن المياه والصوديوم والبوتاسيوم & # 8221. (مراجعة عامة لفسيولوجيا السوائل والكهارل ، والاختلالات والإدارة.)

حقوق النشر & # 169 2017 ، 2013 دعم القرار في الطب ، LLC. كل الحقوق محفوظة.

لم يشارك أي راع أو معلن في المحتوى المقدم من Decision Support in Medicine LLC أو الموافقة عليه أو دفع ثمنه. المحتوى المرخص هو ملك لـ DSM ومحمي بحقوق النشر.


تأثيرات أيونات الكالسيوم على المراحل المتزايدة لإمكانات العمل التي تم الحصول عليها من العضلات الحليمية لخنزير غينيا بتركيزات مختلفة من البوتاسيوم ☆ ،

في العضلات الحليمية لخنزير غينيا ، تم قياس إمكانات الفعل ، ومعدلات الارتفاع (v max وسرعات التوصيل بتركيزات مختلفة من البوتاسيوم. أدت الزيادة في البوتاسيوم إلى تقليل v max في علاقة على شكل S مع إمكانات الغشاء ولكن تأثرت سرعة التوصيل بشكل مختلف عند 18 إلى 20 ملم كلفن0 + ، غالبًا ما تضمنت مرحلة الارتفاع ما تبقى من إزالة الاستقطاب السريع وأظهرت v max قمتين يمكن إلغاء القمة الأولى بواسطة TTX (10 6 م) ، والذروة الثانية بواسطة D600 (1 ميكروغرام / مل ، 1 هرتز). تم ربط v ̇ max (الذروة الثانية) للمرحلة الصاعدة للاستجابات البطيئة وكذلك التجاوز والسعة بشكل واضح (ص = 0.99) لسجل Ca0 2+. الزيادة في Ca0 تسبب تركيز 2+ في ارتفاع كل من التجاوز والسعة 34.22 مللي فولت لكل عقد. في المقابل ، كان v max للقمة الأولى مرتبطًا بـ خطي كاليفورنيا0 2+ تركيز. في K.0 + 20 م زيادة الكالسيوم0 أدت 2+ إلى زيادة ملحوظة في الذروة الأولى و Na + المستقلة لـ v ̇. تمت زيادة هذا v ̇ max بمقدار 4.23 مرة بواسطة Ca0 2+ زيادة من 2.5 إلى 10 م. وفقًا لذلك ، ضعف التوصيل بسبب 20 مترًا كلفن0 + تم تطبيعه تقريبًا بمقدار 10 متر مكعب من الكالسيوم0 2+. أ0 أدت زيادة 2+ (2.5 إلى 10 م) إلى تحويل منحنى تنشيط Na + بمقدار 4.26 مللي فولت في اتجاه إزالة الاستقطاب وتقليل v ̇ max عند إمكانات الغشاء الطبيعي. تؤكد النتائج اعتماد مرحلة الصعود وتجاوز الاستجابات البطيئة لسجل Ca0 2+ ولكن تشير إلى Ca قوية ومتزامنة0 2+ -تأثيرات على استعادة نظام Na + والتي قد تضيف أو حتى تهيمن على التغييرات الإجمالية في v ̇ max من الاستجابات البطيئة.


مناقشة

في هذا البحث ، أوضحنا كيف يمكن استخدام ما يسمى بنموذج EMI لدراسة خصائص التوصيل القلبي. في هذا النموذج ، يتم فصل أنسجة القلب إلى خلايا فردية متصلة ببعضها البعض عن طريق تقاطعات الفجوة وبالفضاء خارج الخلية المحيط بواسطة غشاء خلوي ، وكلها ممثلة كأجزاء هندسية من المجال. كما هو موضح أعلاه ، فإن هذا التمثيل الصريح للغشاء والأقراص المقحمة والمساحات داخل الخلايا وخارجها يجعل نموذج EMI مناسبًا لدراسة الخصائص التي لم يتم دراستها بشكل ملائم باستخدام النماذج المتجانسة الكلاسيكية المستخدمة بشكل شائع لدراسة التوصيل القلبي (انظر على سبيل المثال ، [34) ]). من ناحية أخرى ، ترتبط التفاصيل المتزايدة لنموذج EMI بزيادة الطلبات الحسابية ، مما يفرض قيودًا على عمليات المحاكاة التي يمكن تحقيقها حاليًا [39]. في هذا القسم ، نناقش النتائج التي تم الحصول عليها في هذه الدراسة واختيار النماذج والمعلمات المستخدمة في تحقيقاتنا.

نماذج الأنسجة البديلة المتقطعة

بالإضافة إلى نموذج EMI ، تم تقديم العديد من أطر النمذجة الأخرى كبدائل للنماذج المتجانسة لأنسجة القلب (على سبيل المثال ، [40 ، 41 ، 22 ، 25 ، 26 ، 27 ، 23]). تمثل جميع هذه النماذج الطبيعة المنفصلة لأنسجة القلب بمستويات مختلفة من التعقيد ، وتعتمد معظم النماذج على افتراضات مبسطة قد تؤدي إلى متطلبات حسابية أقل بكثير من نموذج EMI الكامل.

نماذج 1D لشريط واحد من الخلايا.

تعتمد بعض أبسط النماذج المستخدمة لدراسة الطبيعة المتقطعة للانتشار القلبي على مخططات الدوائر للتيارات على طول خيط 1D من الخلايا (انظر على سبيل المثال ، [57 ، 60 ، 22 ، 21 ، 20]). في هذه النماذج ، يتم تقسيم كل خلية إلى عدد من العقد في ملف x-الاتجاه والخلية يفترض أن تكون متساوية الجهد في ذ- و ض-الاتجاهات. بالإضافة إلى ذلك ، يُفترض عادةً أن يكون الجهد خارج الخلية ثابتًا خارج الجزء الرئيسي للخلية ، ولكن يُسمح له بالتنوع في الشقوق الوصلة الصغيرة بين الخلايا للنماذج التي تحقق الاقتران اللاصق. عادةً ما يتم تمثيل تقاطعات الفجوة كمسارات مقاومة بين الخلايا ، ويتم اشتقاق نموذج 1D من خلال تطبيق قانون كيرشوف الحالي في كل من العقد الحسابية على طول حبلا الخلية.

وجدت محاكاة هذه النماذج أن التوزيع غير المنتظم لقنوات الصوديوم يؤثر على سرعة التوصيل وأن توصيل الإشارات الكهربائية من خلية إلى أخرى ممكن بدون فجوة اقتران وصل [20 ، 22]. بسبب بساطة النموذج ، تم أيضًا إجراء الاعتبارات الرياضية المتعلقة بالمعلمات اللازمة لاقتران ephaptic ناجح [21].

نماذج الألواح ثنائية الأبعاد.

تم أيضًا تمثيل الطبيعة غير المستمرة لأنسجة القلب باستخدام نماذج الأنسجة ثنائية الأبعاد التي تتكون من ورقة واحدة من الخلايا مع تمثيلات واضحة لحدود الخلية وتمثيلات منفصلة لتقاطعات الفجوة (انظر على سبيل المثال ، [61 ، 40 ، 41 ، 13 ، 62 ، 63 ، 64 ، 65 ، 66]). تفترض بعض هذه الدراسات تأثيرًا ضئيلًا للإمكانات خارج الخلية [61 ، 40 ، 13 ، 62 ، 63] ، بينما يقدم البعض الآخر طبقة ثنائية الأبعاد من الفضاء خارج الخلية فوق الورقة ثنائية الأبعاد داخل الخلايا [41]. بالإضافة إلى ذلك ، تم تطبيق تقليل النطاق الأحادي على إطار النمذجة ، بدمج المقاومة خارج الخلية في معادلة إمكانات الغشاء [64 ، 65 ، 66].

تم استخدام نماذج الألواح ثنائية الأبعاد على نطاق واسع لدراسة تأثير توزيع تقاطعات الفجوة وهندسة الخلية وهيكل الأنسجة. على سبيل المثال ، أظهرت عمليات المحاكاة أن التغييرات المحلية في خصائص التوصيل قد تغير جبهة الموجة المنتشرة على مناطق الأنسجة الكبيرة [61] وأن النشاط العائد في القلب يمكن أن يبدأ عن طريق تكوين مواقع معزولة لاختراق جبهة الموجة الناجم عن التغيرات الهيكلية المجهرية في نسيج القلب [65 ، 66]. بالإضافة إلى ذلك ، فقد وجد أن كلاً من حجم الخلية وتوزيع تقاطعات الفجوة وبنية الأنسجة تؤثر على سرعات التوصيل الطولية والعرضية [13 ، 62 ، 63].

نماذج ثلاثية الأبعاد للنطاقات الصغيرة.

علاوة على ذلك ، تم استخدام نموذج النطاق الصغير ثلاثي الأبعاد في دراسات اقتران الخلايا العضلية القلبية [25 ، 26 ، 27]. في هذا النموذج ، يُفترض أن يكون الجهد خارج الخلية منتظمًا عبر أقصر عرض بين الخلايا. بالإضافة إلى ذلك ، يُفترض أن تكون المساحة داخل الخلايا لكل خلية إما متساوية الجهد أو مقيدة بدقة أكثر خشونة مما تم استخدامه في عمليات المحاكاة الخاصة بنا. وجدت الدراسات التي تستخدم نموذج النطاق الصغير هذا أن التأثيرات الملتهبة قد يكون لها تأثير كبير على خصائص التوصيل [25 ، 26 ، 27]. علاوة على ذلك ، فقد وجد أن التأثيرات اللاصقة لا تقتصر على الشقوق الوصلة بين الخلايا ، ولكنها تحدث في جميع مناطق الأنسجة ذات المساحات الصغيرة خارج الخلية.

بسبب التمثيل المبسط للنطاقات داخل الخلايا وخارجها ، من الواضح أن نموذج النطاق الصغير أكثر كفاءة من الناحية الحسابية من نموذج EMI الكامل. وبالتالي ، يسمح النموذج بمحاكاة ، على سبيل المثال ، مسافات أصغر للخلايا ومجموعات أكبر من الخلايا مما تمكنا حاليًا من التعامل معه حسابيًا باستخدام نموذج EMI.

نماذج تشمل انتشار الأيونات.

من وجهة نظر أخرى ، فإن نموذج EMI الذي تمت صياغته في (1) - (10) هو أيضًا تمثيل مبسط للخصائص الفيزيولوجية الكهربية لأنسجة القلب ، ويمكن تضمين المزيد من التفاصيل على حساب متطلبات حسابية أكبر. على سبيل المثال ، يتجاهل النموذج تأثير انتشار الأيونات ، مما قد يكون له تأثير على خصائص التوصيل. قد يؤثر انتشار الكالسيوم داخل الخلايا ، على سبيل المثال ، على خصائص التوصيل (انظر على سبيل المثال ، [2]). في حساباتنا ، نستخدم تمثيلًا مبسطًا للغاية لديناميات الأيونات داخل الخلايا ونمثل التركيزات الأيونية فقط كجزء من نموذج العمل المحتمل الذي يحكم ديناميكيات الغشاء. بمعنى آخر ، نحدد التركيزات الأيونية فقط في العقد الموجودة على الغشاء.

علاوة على ذلك ، تم اقتراح أن التغيرات المحلية في تركيزات البوتاسيوم والصوديوم خارج الخلية في الشقوق الوصلة الضيقة التي تفصل الخلايا لها تأثيرات كبيرة على التوصيل من خلية إلى أخرى (انظر على سبيل المثال ، [2 ، 19 ، 22 ، 23 ، 67]). على سبيل المثال ، تم تضمين تراكم البوتاسيوم في الشق الوصلي في نموذج حبلا أحادي الأبعاد ووجد أن تضمين تراكم البوتاسيوم يزيد من سرعة التوصيل ويسمح بالانتشار في الحالات التي تم فيها حظر التوصيل في نموذج بدون تراكم البوتاسيوم [67]. علاوة على ذلك ، تم استخدام نموذج ثلاثي الأبعاد مفصل يشتمل على انتشار الأيونات لدراسة خصائص التوصيل في ظل اقتران مخفض للفجوة والوصلة [23]. في هذه الدراسة ، لوحظ أن التركيزات الأيونية تتفاوت بشكل ملحوظ في الشقوق الضيقة بين الخلايا أثناء التكاثر. حققت الدراسة أيضًا اقترانًا خلويًا من خلال اقتران ephaptic لتوزيع قناة الصوديوم غير المنتظم إذا كانت المسافة بين الخلايا صغيرة بدرجة كافية. ومع ذلك ، كانت المسافة اللازمة لتحقيق اقتران الخلية من خلال الاقتران ephaptic أصغر مما كان مطلوبًا في [22] باستخدام نموذج خيط أحادي الأبعاد.

ديناميات الغشاء

لنمذجة ديناميكيات الغشاء ، أناأيون، لقد استخدمنا غراندي وآخرون. نموذج العمل المحتمل [55]. تم إنشاء هذا النموذج لتمثيل إمكانات عمل خلايا عضلة القلب البطينية البشرية ، وهناك عدد كبير من النماذج البديلة متفاوتة التعقيد (على سبيل المثال ، [68 ، 69 ، 70 ، 71]). سيكون من السهل استبدال اختيارنا لنموذج الغشاء بأي من هذه النماذج ، لكننا نتوقع أن السلوك النوعي الذي لوحظ في عمليات المحاكاة لدينا سيكون مشابهًا تمامًا لاختيارات النماذج الأخرى.

تقاطعات الفجوة

لقد استخدمنا نموذجًا بسيطًا وسلبيًا للتيارات الأيونية من خلال تقاطعات الفجوة بين الخلايا ، أناالفارق، في حساباتنا. ومع ذلك ، فقد أشارت الدراسات التجريبية إلى أن وظيفة تقاطعات الفجوة يتم تنظيمها في الواقع من خلال فرق الجهد بين الخلايا المجاورة ، ث. على وجه الخصوص ، ثبت أن مقاومة تقاطع الفجوة تزداد مثل ث الزيادات [72 ، 73 ، 74 ، 75 ، 76]. تم اقتراح عدة نماذج لتقاطعات فجوة الجهد (على سبيل المثال ، [77 ، 78 ، 72 ، 73 ، 79 ، 80]) ، ويمكن بسهولة دمج مثل هذا النموذج في نموذج EMI من خلال ، على سبيل المثال ، النظر في نموذج تقاطع الفجوة من النموذج (25) حيث ز ∈ [0 ، 1] عبارة عن متغير ديناميكي في البوابات لتقاطعات الفجوة (انظر على سبيل المثال ، [29]).

هندسة الخلايا والأنسجة

في عمليات المحاكاة التي أجريناها ، استخدمنا تمثيلًا مبسطًا للغاية لهندسة أنسجة القلب بخلايا على شكل مكعبات مستطيلة الشكل مع أشباه مكعبة مستطيلة أصغر في مواقع اتصالات الخلايا (انظر الشكل 2). تم اختيار هذه الهندسة لبساطتها ، وسيكون الهيكل الأكثر شبهاً بالقرميد (على سبيل المثال كما في [27 ، 50 ، 48]) تمثيلاً أكثر واقعية لأنسجة القلب. بالإضافة إلى ذلك ، نظرنا فقط في مجموعات صغيرة جدًا من خلايا القلب ، منظمة في حبلا واحد ، وكانت المسافة بين الخلايا كبيرة جدًا (4 ميكرومترم) في معظم عمليات المحاكاة. بسبب القيود الحسابية ، لم نتمكن من تمثيل ألياف قلبية ثلاثية الأبعاد معبأة بشكل أكثر كثافة ، والتي كان من الممكن أن تكون تمثيلًا أكثر واقعية لبنية أنسجة القلب (انظر على سبيل المثال ، [48]).

علاوة على ذلك ، في غالبية عمليات محاكاة التوزيع غير المنتظم لقنوات الصوديوم ، توضع قنوات الصوديوم على أسطح الغشاء الأفقي بالقرب من وصلات الخلايا (انظر الشكل 3 ب). تم إجراء ذلك من أجل وضع قنوات الصوديوم في أقرب مكان ممكن من انتقالات الخلية للحالات التي كانت فيها مسافة الخلية كبيرة جدًا (4 ميكرومترم). سيكون التمثيل الأكثر واقعية هو وضع قنوات الصوديوم على الأقراص المقسمة الرأسية بين الخلايا ذات مسافات الخلايا الصغيرة. ومع ذلك ، كان من الممكن أن يؤدي ذلك إلى مشاكل حسابية مستعصية.

التكاليف الحسابية

كما هو مذكور أعلاه ، فإن تمثيل الفراغات داخل الخلايا وخارج الخلية كمجالات هندسية منفصلة يجعل التكاليف الحسابية لنموذج EMI أكبر من تلك الخاصة بنموذج Bidomain الكلاسيكي أو نماذج monodomain ، والتي تمثل الأنسجة بطريقة متجانسة ، مما يسمح بدقة مكانية أكثر خشونة . لقد حد هذا من عدد الخلايا التي تمكنا من تضمينها في عمليات المحاكاة الخاصة بنا. لاحظ ، مع ذلك ، أنه في عمليات المحاكاة ، يتم عادةً إنفاق جزء كبير من وقت وحدة المعالجة المركزية في حل معادلات ديناميكيات الغشاء [39] ، وللمحاكاة ثلاثية الأبعاد لنماذج النطاق الأحادي أو النطاق الأحادي ، يُفترض وجود الغشاء في كل مكان في حجم ثلاثي الأبعاد ، بينما في نموذج EMI ، يتم تمثيل الغشاء فقط على سطح ثنائي الأبعاد. لذلك ، مع زيادة عدد العقد الحسابية (إما بسبب التقدير المكرر أو بسبب المجال الأكبر) ، سينمو عدد العقد الغشائية بشكل أسرع لنماذج النطاق الأحادي أو النطاق الأحادي مقارنة بنموذج EMI. لذلك يمكن أن يكون نموذج EMI من الناحية النظرية أكثر فعالية من الناحية الحسابية من نماذج النطاق الأحادي والنطاق الأحادي لعدد كبير جدًا من العقد الحسابية.

لاحظ أيضًا أنه يمكن تقليل التكاليف الحسابية لنموذج EMI على سبيل المثال باستخدام دقة مكانية مختلفة في أجزاء مختلفة من الشبكة (على سبيل المثال باستخدام دقة أدق في الفضاء خارج الخلية بين الخلايا مقارنة بالمجال الرئيسي داخل الخلايا) أو عن طريق تقليل المجال الحجم من خلال استغلال التناظر الهندسي للمجال (على سبيل المثال في ض-اتجاه).

التوزيع غير المنتظم لقنوات الصوديوم

لقد تم إثبات تجريبياً في عدد من الدراسات أن قنوات الصوديوم الموجودة على غشاء خلايا عضلة القلب موضعية بدرجة عالية في الأقراص المقحمة بين الخلايا المجاورة (انظر على سبيل المثال ، [30 ، 31 ، 32 ، 22 ، 28 ، 17]) ، ولكن بدقة كيف يؤثر هذا التوزيع غير المنتظم لقنوات الصوديوم على خصائص التوصيل القلبي لا يزال يعتبر سؤالًا مفتوحًا [33].

يصعب تمثيل التوزيع غير المنتظم للقنوات الأيونية على غشاء الخلية ، كما هو موصوف أعلاه ، باستخدام نموذج النطاق المزدوج التقليدي ونماذج النطاق الأحادي لأنه في هذه النماذج ، يُفترض وجود كل من الفضاء داخل الخلايا ، والفضاء خارج الخلية وغشاء الخلية في كل مكان في الأنسجة. في نموذج EMI ، من ناحية أخرى ، يتم تمثيل غشاء كل خلية على حدة كجزء هندسي من المجال ، وبالتالي من السهل تمثيل التوزيعات المكانية المختلفة للقنوات الأيونية على غشاء الخلية.

في هذا البحث ، استخدمنا نموذج EMI للتحقيق في كيفية تأثر الخصائص المختلفة للتوصيل القلبي بالتوزيع غير المنتظم لقنوات الصوديوم ، ووجدنا أن عددًا من الخصائص تأثرت بشدة بهذا التوزيع.

تزداد سرعة التوصيل للتوزيع غير المنتظم لقنوات الصوديوم.

أولاً ، درسنا تأثير توزيع قناة الصوديوم غير المنتظم على سرعة التوصيل ووجدنا أنه مع نقل نسبة مئوية أكبر من قنوات الصوديوم إلى نهايات الخلية ، زادت سرعة التوصيل (انظر الشكل 4). هذا هو التأثير المعاكس لما تم العثور عليه في الدراسات الحسابية السابقة [22 ، 23 ، 25] ، والتي وجدت أن سرعة التوصيل كانت أعلى للتوزيع المنتظم لقنوات الصوديوم مقارنةً بالتوزيع غير المنتظم للقيم العادية لـ رز. يمكن أن تكون التأثيرات المختلفة التي لوحظت في الدراسات المختلفة بسبب الخيارات المختلفة للنماذج والمعلمات. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن أن يتأثر التأثير بالمسافات الخلوية الصغيرة والأكثر واقعية المستخدمة في الدراسات السابقة (في النطاق 5 نانومتر -1. ميكرومترم) مقارنة بمسافة الخلية الكبيرة المستخدمة في عمليات المحاكاة الخاصة بنا (4 ميكرومترم). في الواقع ، في دراسة النطاق الصغير [25] ، كانت سرعة التوصيل أعلى قليلاً للتوزيع غير المنتظم مقارنةً بالتوزيع المنتظم إذا كانت مسافة الخلية كبيرة. كما لوحظ في الشكلين 14 و 17 ، تؤدي المسافة الكبيرة للخلية إلى تأثيرات محدودة للغاية على الإمكانات خارج الخلية في الشق الوصلي بين الخلايا. هذا يعني أن التأثيرات البؤرية المحتملة على سرعة التوصيل قد لا يتم تمثيلها بشكل كافٍ في عمليات المحاكاة الخاصة بنا. على وجه التحديد ، يُعتقد أن التأثيرات ephaptic يمكن أن تؤدي إلى انخفاض سرعة التوصيل بسبب انخفاض القوة الدافعة على أنانا [22]. هذه العملية تسمى التوهين الذاتي أنانا. بسبب الدقة القصوى اللازمة لتمثيل الخلايا الموجودة بالقرب من الواقع ، لم نتمكن من دراسة كيفية تأثير هذه التأثيرات على سرعة التوصيل في حساباتنا.

التوصيل المتقطع.

في الشكلين 5 و 6 ، أوضحنا الطبيعة غير المستمرة للتوصيل من خلال رسم أوقات التنشيط على طول خيط من الخلايا وعلى طول خلية واحدة. لاحظنا أنه مع زيادة مقاومة تقاطع الفجوة ، وزيادة التأخير الزمني عبر تقاطعات الفجوة ، عبرت موجة الانتشار المجال داخل الخلايا بشكل أسرع. تم العثور على النتائج ذات الصلة سابقًا ، والتي توضح أن السرعة القصوى لضربة القلب لإمكانات الغشاء ، (دي في/د)الأعلى زيادات من أجل اقتران تقاطع فجوة منخفض بشكل معتدل [5 ، 11 ، 57].

علاوة على ذلك ، لاحظنا اختلافات في التوزيعات المنتظمة وغير المنتظمة لقنوات الصوديوم. كما لوحظ أيضًا في الشكل 10 ، وجدنا أن التأخير الزمني عبر تقاطعات الفجوة قد زاد للحالة الموحدة مقارنة بالحالة غير الموحدة. في الشكل 6 ، لاحظنا أيضًا اختلافًا واضحًا في الاختلافات المحلية لمنحنيات التنشيط على خلية واحدة. على وجه التحديد ، من أجل التوزيع المنتظم لقنوات الصوديوم ، يبدو أن منحنى التنشيط ينحدر نحو نهاية الخلية ، وهو ما يقابل انخفاض سرعة التوصيل المحلي على طول الخلية. بالنسبة للتوزيع غير المنتظم ، من ناحية أخرى ، يبدو أن المنحنى مستوي باتجاه نهاية الخلية ، وهو ما يقابل زيادة سرعة التوصيل المحلي على طول الخلية.

تزداد سرعة التوصيل لتوزيع قناة الصوديوم غير المنتظم بسبب زيادة سرعة الشوط الصاعد وتيارات تقاطع الفجوة.

لقد رأينا أن سرعة التوصيل تزداد عندما تتركز قنوات الصوديوم في نهايات الخلية (انظر الشكل 4). قد يكون هذا بسبب انخفاض التأخير على تقاطعات الفجوة أو بسبب السرعة المحسنة على طول كل خلية. بمقارنة نتائج الشكل 5 (التأخير الزمني) والشكل 6 (السرعة على طول الخلايا الفردية) ، نلاحظ أن كلا المكونين يساهمان في زيادة سرعة التوصيل لـ NU مقارنةً بـ U. التأخير في سرعة التوصيل أكبر بكثير من تأثير السرعة داخل كل خلية.

يبدو أن التأخير الزمني المنخفض ناتج عن زيادة كبيرة في سرعة السكتة الدماغية وتيارات تقاطع الفجوة في حالة NU (انظر الشكل 7). تم توضيح العلاقة بين التأخير الزمني وسرعة السكتة الدماغية وتيار تقاطع الفجوة في الشكل 9 ويظهر بوضوح أن زيادة سرعة ضربة الصعود ترتبط بزيادة تيارات تقاطع الفجوة وتقليل التأخير الزمني بين خليتين متتاليتين.

تأخيرات زمنية عبر تقاطعات الفجوة لتقارن مخفض.

بعد ذلك ، في الشكل 10 ، لاحظنا كيف زادت التأخيرات الزمنية عبر تقاطعات الفجوة مع زيادة مقاومة تقاطع الفجوة. كما لوحظ سابقًا ، قد يكون هناك تأخيرات زمنية كبيرة عبر تقاطعات الفجوة بين مناطق عدم التجانس الهيكلي [60] ، وفي عمليات المحاكاة التي أجريناها ، حصلنا على تأخيرات في التوصيل تصل إلى حوالي 25 مللي ثانية حيث تم تقليل اقتران تقاطع الفجوة بشدة. علاوة على ذلك ، وجدنا أن التأخيرات الزمنية كانت أكبر باستمرار للتوزيع المنتظم لقنوات الصوديوم مقارنة بالتوزيع غير المنتظم. هذا يتفق مع الدراسات الحسابية السابقة [22 ، 23 ، 25 ، 26] ، التي ذكرت أن سرعة التوصيل كانت أكبر في الحالة غير المنتظمة منها في الحالة الموحدة للخلايا ضعيفة الاقتران.

تأثير طول الخلية على سرعة التوصيل

لا يزال التأثير الدقيق لشكل الخلية وحجمها على سرعة التوصيل سؤالًا مفتوحًا (انظر على سبيل المثال ، [4]). نظرًا لأن شكل وحجم الخلايا الفردية يتم تمثيلهما بوضوح في نموذج EMI ، يمكن أن يكون النموذج إطارًا مناسبًا لدراسة هذه الأسئلة. في هذه الدراسة ، أوضحنا هذه القدرة من خلال التحقيق في كيفية تأثر سرعة التوصيل بطول الخلية لعدد ثابت من قنوات الصوديوم لكل خلية ، ولاحظنا أن طول الخلية يقارب 100 ميكرومترم و 150 ميكرومتريبدو أن m يعطي سرعة توصيل مثالية لتوزيع منتظم وغير منتظم لقنوات الصوديوم ، على التوالي (انظر الشكل 13). قد يكون وجود مثل هذا الطول الأمثل للخلية ناتجًا عن تأثيرين متعارضين مع زيادة طول الخلية. من ناحية أخرى ، يقلل طول الخلية المتزايد من تواتر حدود الخلية ، مما قد يؤدي إلى زيادة سرعة التوصيل. من ناحية أخرى ، يؤدي طول الخلية المتزايد إلى تقليل كثافة قناة الصوديوم في الخلية ، مما قد يؤدي إلى تقليل سرعة التوصيل.

اقتران مائي

منذ فترة طويلة يُفترض أن الاقتران الملتهب بين الخلايا له تأثيرات مهمة على خصائص التوصيل (انظر على سبيل المثال ، [81]). على وجه الخصوص ، تم اقتراح اقتران ephaptic كبديل لاقتران فجوة الوصلة بين الخلايا [19]. ومع ذلك ، ما إذا كان اقتران ephaptic يساهم بشكل كبير في انتشار القلب والطبيعة المحتملة لهذه المساهمة لا تزال أسئلة مفتوحة (انظر على سبيل المثال ، [2 ، 82]).

تتضمن الدراسات التجريبية التي تدعم فرضية اقتران الخلايا من خلال الاقتران اللاصق دراسات على الفئران وخنازير غينيا مع التعبير الخاضع للتنظيم عن Cx43 ، وهو بروتين تقاطع الفجوة الأكثر وفرة الموجود في خلايا عضلة القلب البطينية في الثدييات. نتائج هذه الدراسات متناقضة ، حيث أظهرت بعض الدراسات انخفاضًا بنسبة 17-44٪ في سرعة التوصيل البطيني لتقليل 50٪ تقريبًا من Cx43 [83 ، 84 ، 85 ، 86] ، بينما لم يجد البعض الآخر أي انخفاض في سرعة التوصيل [87 ، 88 ، 89 ، 90 ، 91]. لقد تم اقتراح أن الاختلاف في هذه الدراسات يمكن تفسيره بظروف مختلفة خارج الخلية (انظر على سبيل المثال ، [26]) ، مما يدعم أهمية التأثيرات القاتلة. بالإضافة إلى ذلك ، لوحظ انتشار ناجح لسلاسل الخلايا مع عدم وجود Cx43 ، على الرغم من أن هذا الانتشار كان بطيئًا للغاية ومتقطعًا للغاية [90]. علاوة على ذلك ، فقد تبين تجريبيًا أن سرعة التوصيل (خاصة في الاتجاه العرضي) انخفضت مع زيادة المسافة بين الخلايا [17]. هذا هو عكس ما تتوقعه نظرية الكابلات الكلاسيكية ، متجاهلة التأثيرات ephaptic ، وبالتالي تدعم النتيجة أهمية التأثيرات ephaptic على التوصيل. من ناحية أخرى ، كما ورد في [2] ، المانيتول المستخدم لزيادة الحجم خارج الخلية ، في نفس الوقت يقلل من عرض الخلية ، ومن الصعب التمييز بين تأثيرات هذه التغييرات الهندسية الفردية.

الاقتران الملتهب كبديل لاقتران تقاطع الفجوة.

تم إجراء عدد كبير من الدراسات الحسابية ، للتحقق من تأثير الاقتران الفوقي باستخدام نماذج رياضية متفاوتة التفاصيل والتعقيد (على سبيل المثال ، [21 ، 22 ، 23 ، 24 ، 25 ، 26 ، 27]). أشارت هذه الدراسات إلى أن الاقتران اللاصق يمكن أن يعمل كبديل لاقتران فجوة الوصلة ، لكن معظم الدراسات وجدت أن هذا التأثير يعتمد على التوزيع غير المنتظم لقنوات الصوديوم وعلى مسافة صغيرة بين الخلايا. علاوة على ذلك ، فإن المسافة الدقيقة للخلية اللازمة للحصول على الانتشار من خلال الاقتران اللاصق وحده تختلف باختلاف النماذج المستخدمة في الدراسات. على سبيل المثال ، Kucera et al. [22] استخدم نموذج حبلا 1D ونمذجة التيارات الأيونية بنسخة من نموذج جهد العمل البطيني Luo-Rudy [92]. في دراستهم ، تم تحقيق التكاثر عن طريق اقتران ephaptic لمسافة خلية تبلغ 35 نانومتر. موري وآخرون. [23] ، من ناحية أخرى ، كانت بحاجة إلى مسافة خلوية تبلغ 5 نانومتر لتحقيق الانتشار من خلال الاقتران اللاصق. استخدمت دراستهم نموذجًا أكثر تشابهًا مع نموذج EMI ، ولكن مع تأثيرات الانتشار الأيوني. تم نمذجة التيارات الأيونية فوق الغشاء بواسطة نسخة معدلة من Bondarenko et al. نموذج [93] لإمكانية عمل خلايا عضلة القلب البطينية للفأر.

في عمليات المحاكاة التي أجريناها ، قمنا بالتحقيق في إمكانية التوصيل من خلال الاقتران اللاصق من خلال النظر في خليتين قلبيتين بدون موصلة من خلال تقاطعات الفجوة بينهما. في الشكل 14 ، لاحظنا أنه مع انخفاض المسافة بين الخلايا ، انخفض الجهد خارج الخلية في الشق بين الخلايا بشكل ملحوظ لتوزيع قناة الصوديوم غير المنتظم ، ويبدو أن الحد الأدنى من الإمكانات خارج الخلية قريب من التناسب عكسياً مع مسافة الخلية. لأصغر مسافة خلية مأخوذة في الاعتبار في حساباتنا (د = 5 نانومتر) ، وصلت الإمكانات خارج الخلية في الشق إلى قيمة تقارب 30 مللي فولت ، مما أدى إلى زيادة مقابلة في إمكانات الغشاء بعد تقاطعات الفجوة المغلقة مباشرة. يبدو أن هذا التأثير يدعم مفهوم اقتران الخلية من خلال الاقتران اللاصق. ومع ذلك ، فإن إمكانات الغشاء المتزايدة لم تكن كافية لإطلاق جهد فعل في الخلية الثانية ، لذلك لم نحقق انتشارًا ناجحًا من خلال الاقتران اللاصق في هذه الحالة.من ناحية أخرى ، من المتوقع أن تعتمد هذه النتيجة على اختيار المعلمات المستخدمة في عمليات المحاكاة. في الواقع ، في الشكل 15 ، لاحظنا أنه عندما انخفضت قيمة التوصيل خارج الخلية من 20 مللي ثانية / سم إلى 10 مللي ثانية / سم ، كانت موجة الانتشار قادرة على الانتقال من خلية إلى أخرى على الرغم من حقيقة أن توصيل مفرق الفجوة كان صفر.

آثار Ephaptic من أنانا ديناميات.

بالإضافة إلى ذلك ، قمنا بالتحقيق في تأثير الاقتران ephaptic على ديناميكيات قناة الصوديوم في حالة تقاطع الفجوة المفتوحة. تم استكشاف هذه التأثيرات مؤخرًا بشكل منهجي في نموذج مفصل ثنائي الأبعاد للقرص المقحم في تكوين مشبك الجهد [94]. في محاكاة [94] ، لوحظ نوعان من التأثيرات الفوقية - التنشيط الذاتي والتوهين الذاتي. في الإمكانات داخل الخلايا أعلى بكثير من أنانا عتبة التنشيط ، أدى تطوير إمكانات كبيرة خارج الخلية إلى جعل إمكانات الغشاء قريبة من إمكانات توازن الصوديوم ، وبالتالي تقليل القوة الدافعة لـ أنانا وينتج عنه توهين ذاتي للتيار (وقمة أقل أنانا). من ناحية أخرى ، عند الإمكانات القريبة من العتبة ، كانت الإمكانات الكبيرة خارج الخلية قادرة على تسريع تنشيط القناة ، مما أدى إلى ذروة أعلى أنانا.

في حساباتنا ، قمنا بالتحقيق في التأثيرات أثناء ضربة محتملة للعمل باستخدام نموذج EMI مع خليتين متصلتين. لاحظنا أنه من أجل التوزيع غير المنتظم لقنوات الصوديوم ، تم تنشيط قنوات الصوديوم بشكل أسرع وبإمكانات أقل داخل الخلايا حيث تم تقليل المسافة بين الخلايا. يشير هذا إلى أن التأثيرات اللاصقة بين الخلايا قد تساهم في تحفيز تنشيط قناة الصوديوم أثناء السكتة الدماغية لإمكانات الفعل. من ناحية أخرى ، الذروة أنانا تم تقليله بشكل طفيف لتقليل مسافة الخلية. بالإضافة إلى ذلك ، لاحظنا أن تكامل أنانا كان أصغر بشكل ملحوظ لتوزيع NU مقارنةً بتوزيع U لقنوات الصوديوم ، مما يشير إلى أن حركة الشحنة الصافية المطلوبة للانتشار المحتمل للعمل قد تنخفض لتوزيع NU.

التأثيرات الملتهبة لمسافات الخلايا الكبيرة.

في الأشكال 14-16 ، لاحظنا أن حجم الإمكانات خارج الخلية زاد بشكل كبير في التقاطعات الصغيرة خارج الخلية بين الخلايا حيث انخفضت مسافة الخلية للتوزيع غير المنتظم لقنوات الصوديوم. تم إظهار هذا التأثير على حد سواء للتأثير على ديناميكيات قنوات الصوديوم عندما كانت تقاطعات الفجوة مفتوحة (انظر الشكل 16) ولتمكين انتشار إمكانات العمل من خلية إلى أخرى عندما يكون توصيل تقاطع الفجوة صفرًا (انظر الشكل 15). ).

ومع ذلك ، في عمليات المحاكاة المتبقية من هذه الورقة ، كانت مسافة الخلية أكبر بكثير مما كانت عليه في الأشكال 14-16 ، وبالتالي من المتوقع أن يكون حجم الإمكانات خارج الخلية والتأثيرات الناتجة عن التعرق أصغر بكثير في هذه الحالات. في الواقع ، في الشكل 17 ، لاحظنا أن حجم الإمكانات خارج الخلية في عمليات المحاكاة التي تقيس سرعة التوصيل (الشكل 4) كانت أصغر بكثير من مسافات الخلايا الصغيرة في الأشكال 14-16. علاوة على ذلك ، يبدو أن الملاحظة التي تشير إلى أن التوزيع غير المنتظم لقنوات الصوديوم أدى إلى زيادة سرعة التوصيل لم تتأثر بالتوصيل خارج الخلية ، σه، مما أدى إلى حجم أصغر من الإمكانات خارج الخلية. لذلك نستنتج أن سرعة التوصيل المتزايدة التي لوحظت للتوزيع غير المنتظم لقنوات الصوديوم في الشكل 4 ليست ناتجة عن تأثيرات ephaptic ، ولكن بسبب انخفاض تأخيرات التوصيل على تقاطعات الفجوة الناتجة عن زيادة سرعة السكتة الدماغية وزيادة تيارات تقاطع الفجوة الناتجة. من نقل قنوات الصوديوم إلى موقع قريب من نهايات الخلية (انظر الشكل 7).

من ناحية أخرى ، ربما تكون هذه النتيجة قد تأثرت بالتأثيرات البؤرية إذا كانت مسافة الخلية في عمليات المحاكاة أصغر. على سبيل المثال ، تشير حقيقة تنشيط قنوات الصوديوم بشكل أسرع مع انخفاض مسافة الخلايا في الشكل 16 إلى أن سرعة التوصيل قد تكون أعلى من أجل التوزيع غير المنتظم لقنوات الصوديوم في عمليات المحاكاة ذات المسافات الخلوية الأصغر. على العكس من ذلك ، فإن حقيقة أن تيار الصوديوم قد انخفض بشكل طفيف مع انخفاض مسافة الخلية يمكن أن يؤدي إلى سرعة توصيل أقل للخلايا الموضوعة بالقرب بما يكفي لإظهار تأثيرات ephaptic. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن توقع أن تؤدي التأثيرات الملتهبة إلى تأخيرات زمنية أقصر على تقاطعات الفجوة من اقتران مخفض لتوزيع قناة صوديوم غير منتظم مقارنة بتلك التي لوحظت في الشكل 10. بسبب التحديات الحسابية ، لم نتمكن من دراسة الإمكانات. التأثيرات الملتهبة على نتائج الأشكال 4-13 ، ولكن يمكن التحقيق في هذه التأثيرات في الدراسات المستقبلية باستخدام استراتيجيات عددية أكثر كفاءة لنموذج EMI ، مما يتيح مجموعات أكبر من الخلايا ذات مسافات صغيرة من الخلايا.

استنتاج

في هذا البحث ، استخدمنا نموذجًا رياضيًا مفصلاً للتحقيق في خصائص التوصيل الكهربائي في مجموعات صغيرة من خلايا عضلة القلب. لقد قارنا التوزيعات المنتظمة (U) وغير المنتظمة (NU) لقنوات الصوديوم ووجدنا فروقًا ذات دلالة إحصائية. على وجه الخصوص ، تكون سرعة التوصيل أعلى ويكون تأخيرات التوصيل على تقاطعات الفجوة أقصر عند مقارنة حالة NU بالحالة U. بالإضافة إلى ذلك ، أوضحنا الاختلافات بين أطوال الخلايا المثلى فيما يتعلق بسرعة التوصيل للحالتين ورأينا أنه في حالة NU ، يزداد حجم الإمكانات خارج الخلية بين الخلايا بشكل كبير مع انخفاض مسافة الخلية.


المواد والأساليب

تمت الموافقة على هذه الدراسة من قبل لجنة رعاية الحيوان التابعة لكلية الطب في ويسكونسن وتوافقها مع المعايير المنصوص عليها في دليل رعاية واستخدام حيوانات المختبر. *

تم تخدير كلاب الهجين البالغة (10-22 كجم ، من كلا الجنسين) (ن = 45) باستخدام 30 ملجم / كجم من صوديوم بنتوباربيتال. تم استئصال القلب بسرعة ، وتمت إزالة الوتر الكاذب الأمامي مع العضلة الحليمية المتصلة من البطين الأيسر وغمرها في محلول كريبس المعدل (22 درجة مئوية) مع 97٪ أكسجين 2 و 3٪ ثاني أكسيد الكربون. تم تشريح المستحضرات الصغيرة (1 سم 2) مع خيوط حرة الحركة من ألياف بوركينجي من هذا النسيج وتثبيتها في أرضية المطاط الصناعي من السيليكون في حجرة سعة 2 مل وتم صهرها بمعدل 4 مل / دقيقة بمحلول كريبس المعدل (37 درجة مئوية) تحتوي على 2.3 أو 3.9 أو 6.8 ملي كلوريد البوتاسيوم مع أو بدون 1 ميكرو متر فيراباميل ومعايرته مع 97٪ أكسجين 2 -3٪ خليط غاز ثاني أكسيد الكربون. كان التركيب الملي مولاري لمحلول كريبس 137 كلوريد الصوديوم ، 12 NaHCO3 ، 1.8 NaH 2 PO 4 ، 1.8 CaCl 2 ، 0.5 MgCl 2 ، 5.5 جلوكوز ، و 0.05 EDTA ، مع درجة حموضة 7.4.

تم تحفيز كل مستحضر بمعدل ثابت (1 هرتز) باستخدام أقطاب سطحية شغاف القلب ثنائية القطب من الفضة. كانت المحفزات نبضات موجة مربعة تدوم 2 مللي ثانية عند عتبة 1.5 مرة. تم تسجيل إمكانات عمل الغشاء باستخدام تقنيات المسرى الدقيق التقليدية. استقرت التغييرات المحتملة في العمل في غضون 5-8 دقائق. تم إقران الأقطاب الكهربائية الدقيقة الزجاجية (مقاومة أوميغا 15-30 م) بواسطة سلك Silver-AgCl بمضخم أولي (أدوات الدقة العالمية ، New Haven ، CT). تم تسجيل إشارات جهد الحركة على شريط معدل التردد (AR Vetter ، Rebersburg ، PA) للتحليل اللاحق للقدرة الانبساطية القصوى (MDP) ، وأقصى معدل لإزالة الاستقطاب في المرحلة 0 (V max) ، و APD عند 50٪ (APD 50) و عند 95 ٪ (APD sub 95) عودة الاستقطاب. تم عرض هذه القيم وقياسها إلكترونيًا مباشرة من راسم الذبذبات الرقمي (Nicolet 310). تم تحديد V max باستخدام عامل تفاضل يحرض استجابة خطية من 100-1000 فولت / ثانية. تم الحصول على جهد "الصفر" في بداية التجارب ونهايتها عن طريق سحب القطب الميكروي من داخل الألياف. نظرًا لأن الاتصال الأرضي بين الحمام والدائرة تم إجراؤه من خلال اتصال Silver-AgCl مباشر ، فقد يؤثر التغيير في درجة الحرارة بشكل طفيف على إمكانات نصف الخلية في الحمام ، وسوف يتلخص هذا التغيير مع تغييرات MDP الحقيقية. للتحقق من أهمية هذه الظاهرة ، أجرينا تجارب إضافية (ن = 8) حيث تم وضع القطب الكهربائي الدقيق في الحمام ، وتم تغيير درجة الحرارة من 37 درجة مئوية إلى 28 درجة مئوية ، وتم قياس التغير المحتمل في تقاطع حمام Silver-AgCl. . تسببت إمكانية نصف الخلية في قياس فرط الاستقطاب بواسطة القطب الميكروي على نطاق درجة الحرارة هذا بمقدار -2.1 زائد / ناقص 0.02 مللي فولت و -4.2 زائد / ناقص 0.05 مللي فولت عند 32 درجة مئوية و 28 درجة مئوية على التوالي. تم تصحيح جميع قيم MDP المقاسة عند 32 درجة مئوية و 28 درجة مئوية للاختلافات المذكورة أعلاه ، عن طريق طرح إمكانية الاستحمام الناتجة عن درجة الحرارة من الإمكانات المقاسة الفعلية ، وتم إجراء جميع التحليلات الإحصائية بهذه القيم المصححة.

كان حمام الأنسجة محاطًا بحمام مائي متحكم فيه حراريًا ، وتم الحفاظ عليه عند درجة حرارة ثابتة تبلغ 37 زائد / ناقص 0.02 درجة مئوية. تم الوصول إلى درجات حرارة منخفضة للحمام الفائق (32 و 28 زائد / ناقص 0.5 درجة مئوية) عن طريق إعادة ضبط إعداد منظم الحرارة. انخفضت درجة الحرارة في حمام الأنسجة تدريجيًا من 37 درجة مئوية إلى 25 درجة مئوية خلال فترة 20-30 دقيقة. تم قياس درجة حرارة المحلول بواسطة مسبار حراري صغير وسريع الاستجابة ومصنوع خصيصًا على بعد أقل من 2 مم من المستحضر. تم الحفاظ على مستوى السائل في الحجرة على ارتفاع ثابت (4 مم) عن طريق الشفط المستمر.

تم السماح للمستحضرات بالتوازن لمدة ساعة واحدة تقريبًا. لتحديد تأثيرات انخفاض حرارة الجسم على خصائص جهد الفعل ، تم تسجيل إمكانات الفعل عند 37 درجة مئوية ، 32 درجة مئوية ، و 28 درجة مئوية (زائد / ناقص 0.5 درجة مئوية). لتحديد تأثيرات مختلف [البوتاسيوم sup +] o على جهود الفعل ، أجريت تجارب مع 2.3 و 3.9 و 6.8 ملي مولار [البوتاسيوم sup +] في الصهر الفائق. تمت إضافة فيراباميل (سيجما ، سانت لويس ، MO) المحضر كمحلول مخزون (100 ميكرو متر) إلى الأحجام المقاسة لتحقيق التركيز المطلوب 1 ميكرو متر في الصواميل الفائقة. تم إجراء نفس المجموعة من القياسات المحتملة للعمل مع 1 ميكرو متر فيراباميل في superfusate. تم تعريض الأنسجة لكل من [البوتاسيوم +] o والفيراباميل (1 ميكرو متر) لمدة 20 دقيقة قبل قياس خصائص جهد الفعل.

يتم التعبير عن البيانات كوسيلة زائد / ناقص الخطأ المعياري للمتوسط. تم إجراء التحليل الإحصائي عن طريق اختبارات t الزوجية وغير الزوجية وتحليل التباين أحادي الاتجاه (تحليل مقاييس التباين المتكررة والتحليل العاملي) ، حسب الاقتضاء ، مع P & lt 0.05 تعتبر ذات دلالة إحصائية.


العوامل المستخدمة في عدم انتظام ضربات القلب

يقدم مدرس متقاعد يبلغ من العمر 69 عامًا تاريخًا مدته شهر واحد من الخفقان وضيق التنفس المتقطع والإرهاق. لديها تاريخ من ارتفاع ضغط الدم. يُظهر مخطط كهربية القلب الرجفان الأذيني مع استجابة بطينية تبلغ 122 نبضة / دقيقة (نبضة في الدقيقة) وعلامات تضخم البطين الأيسر. إنها مضادة للتخثر باستخدام الوارفارين وبدأت في إطلاق ميتوبرولول بشكل مستمر ، 50 مجم / يوم. بعد 7 أيام ، يعود إيقاعها تلقائيًا إلى إيقاع الجيوب الأنفية الطبيعي. ومع ذلك ، خلال الشهر التالي ، لا تزال تعاني من خفقان متقطع وإرهاق. تسجيل مخطط كهربية القلب المستمر على مدى 48 ساعة يوثق نوبات الرجفان الأذيني بمعدلات دقات قلب من 88-114 نبضة في الدقيقة. يُظهر مخطط صدى القلب كسر طرد البطين الأيسر بنسبة 38٪ مع عدم وجود خلل موضعي في حركة الجدار. في هذه المرحلة ، هل ستبدأ العلاج بدواء مضاد لاضطراب النظم للحفاظ على نظم الجيوب الأنفية الطبيعي ، وإذا كان الأمر كذلك ، فما الدواء الذي ستختاره؟

يعد عدم انتظام ضربات القلب مشكلة شائعة في الممارسة السريرية ، ويحدث في ما يصل إلى 25٪ من المرضى المعالجين بالديجيتال ، و 50٪ من مرضى التخدير ، وأكثر من 80٪ من المرضى الذين يعانون من احتشاء عضلة القلب الحاد. قد يتطلب عدم انتظام ضربات القلب العلاج لأن الإيقاعات السريعة جدًا أو البطيئة جدًا أو غير المتزامنة يمكن أن تقلل من النتاج القلبي. يمكن أن تؤدي بعض حالات عدم انتظام ضربات القلب إلى حدوث اضطرابات إيقاع أكثر خطورة أو حتى مميتة ، على سبيل المثال ، يمكن أن يؤدي نزع الاستقطاب البطيني المبكر المبكر إلى حدوث الرجفان البطيني. في مثل هؤلاء المرضى ، قد تكون الأدوية المضادة لاضطراب النظم منقذة للحياة. من ناحية أخرى ، أدت مخاطر الأدوية المضادة لاضطراب النظم - وخاصة حقيقة أنها يمكن أن تسبب عدم انتظام ضربات القلب المميتة لدى بعض المرضى - إلى إعادة تقييم مخاطرها وفوائدها النسبية. بشكل عام ، يجب تجنب علاج عدم انتظام ضربات القلب المصحوب بأعراض أو الحد الأدنى من الأعراض لهذا السبب.

يمكن علاج عدم انتظام ضربات القلب بالأدوية التي تمت مناقشتها في هذا الفصل ومع العلاجات غير الدوائية مثل أجهزة تنظيم ضربات القلب وتقويم نظم القلب واستئصال القسطرة والجراحة. يصف هذا الفصل علم الأدوية للأدوية التي تثبط عدم انتظام ضربات القلب من خلال التأثير المباشر على غشاء الخلية القلبية. تمت مناقشة طرق العلاج الأخرى بإيجاز (انظر الإطار: العلاج غير الدوائي لاضطراب نظم القلب ، لاحقًا في الفصل).

الفسيولوجيا الكهربية لإيقاع القلب الطبيعي

تنشأ النبضة الكهربائية التي تؤدي إلى انقباض قلبي طبيعي على فترات منتظمة في العقدة الجيبية الأذينية (الشكل 14-1) ، عادةً بتردد 60-100 نبضة في الدقيقة. ينتشر هذا الدافع بسرعة عبر الأذينين ويدخل العقدة الأذينية البطينية (AV) ، وهي عادةً مسار التوصيل الوحيد بين الأذينين والبطينين. يكون التوصيل عبر العقدة الأذينية البطينية بطيئًا ، ويتطلب حوالي 0.15 ثانية. (يوفر هذا التأخير وقتًا لانقباض الأذين لدفع الدم إلى البطينين.) ثم ينتشر الدافع عبر نظام His-Purkinje ويغزو جميع أجزاء البطينين ، بدءًا من سطح الشغاف بالقرب من القمة وينتهي بالسطح النخابي عند قاعدة القلب. يكتمل التنشيط البطيني في أقل من 0.1 ثانية ، لذلك فإن تقلص كل عضلة البطين يكون عادة متزامنًا وفعالًا من الناحية الديناميكية الدموية.

الشكل 14-1 تمثيل تخطيطي للقلب والنشاط الكهربائي للقلب الطبيعي (التسجيلات داخل الخلايا من المناطق المشار إليها وتخطيط القلب). العقدة الجيبية الأذينية (SA) ، العقدة الأذينية البطينية (AV) ، وخلايا بركنجي تعرض نشاط منظم ضربات القلب (المرحلة 4 إزالة الاستقطاب). مخطط كهربية القلب هو مظهر من مظاهر سطح الجسم لموجات إزالة الاستقطاب وعودة الاستقطاب للقلب. يتم إنشاء الموجة P عن طريق إزالة الاستقطاب الأذيني ، و QRS عن طريق إزالة استقطاب العضلات البطينية ، والموجة T عن طريق إعادة الاستقطاب البطيني. وبالتالي ، فإن الفاصل الزمني للعلاقات العامة هو مقياس لزمن التوصيل من الأذين إلى البطين ، وتشير مدة QRS إلى الوقت المطلوب لتنشيط جميع خلايا البطين (أي وقت التوصيل داخل البطين). يعكس الفاصل الزمني QT مدة عمل البطين.

يتكون عدم انتظام ضربات القلب من إزالة الاستقطاب القلبي الذي ينحرف عن الوصف أعلاه في جانب واحد أو أكثر: هناك خلل في موقع منشأ النبض أو معدله أو انتظامه أو توصيله.

الأساس الأيوني للنشاط الكهربائي الغشائي

يتم تحديد إمكانات الغشاء لخلايا القلب من خلال تركيزات عدة أيونات - بشكل رئيسي الصوديوم (Na +) والبوتاسيوم (K +) والكالسيوم (Ca 2+) والكلوريد (Cl -) - على جانبي الغشاء و نفاذية الغشاء لكل أيون. هذه الأيونات القابلة للذوبان في الماء غير قادرة على الانتشار بحرية عبر غشاء الخلية الدهنية استجابةً لتدرجاتها الكهربائية وتدرجات التركيز ، فهي تتطلب قنوات مائية (بروتينات محددة لتشكيل المسام) لمثل هذا الانتشار. وبالتالي ، تتحرك الأيونات عبر أغشية الخلايا استجابةً لتدرجاتها فقط في أوقات محددة أثناء الدورة القلبية عندما تكون هذه القنوات الأيونية مفتوحة. تنتج حركات الأيونات تيارات تشكل أساس جهد القلب. القنوات الفردية خاصة بالأيونات نسبيًا ، ويتم التحكم في تدفق الأيونات من خلالها بواسطة "بوابات" (أجزاء مرنة من سلاسل الببتيد التي تشكل بروتينات القناة). كل نوع من القنوات له نوع خاص به من البوابات (الصوديوم والكالسيوم وبعض قنوات البوتاسيوم يُعتقد أن كل منها لها نوعان من البوابات). يتم فتح وإغلاق القنوات المسؤولة بشكل أساسي عن جهد القلب (الصوديوم والكالسيوم والعديد من البوتاسيوم) عن طريق تغيرات الجهد عبر غشاء الخلية ، أي أنها حساسة للجهد. يتم تعديل معظمها أيضًا عن طريق تركيزات الأيونات وظروف التمثيل الغذائي ، وبعض قنوات البوتاسيوم هي أساسًا ليجند - بدلاً من بوابات الجهد.

تم توضيح التيارات الأيونية التي يُعتقد أنها تساهم في جهد القلب في الشكل 2-14. في حالة الراحة ، لا تكون معظم الخلايا منفذة بشكل كبير للصوديوم ، ولكن في بداية كل جهد فعل ، تصبح قابلة للاختراق تمامًا (انظر أدناه). بمصطلحات الفيزيولوجيا الكهربية ، تزداد توصيل قناة الصوديوم السريعة فجأة استجابة لمحفز مزيل للاستقطاب. وبالمثل ، يدخل الكالسيوم ويغادر البوتاسيوم الخلية مع كل جهد فعل. لذلك ، بالإضافة إلى القنوات الأيونية ، يجب أن يكون للخلية آليات للحفاظ على الظروف الأيونية عبر الغشاء المستقرة من خلال إنشاء التدرجات الأيونية والحفاظ عليها. أهم هذه الآليات النشطة هي مضخة الصوديوم ، Na + / K + -ATPase ، الموصوفة في الفصل 13. تساهم هذه المضخة وغيرها من ناقلات الأيونات النشطة بشكل غير مباشر في إمكانات الغشاء عن طريق الحفاظ على التدرجات اللازمة للانتشار عبر القنوات. بالإضافة إلى ذلك ، تنتج بعض المضخات والمبادلات تدفق تيار صافي (على سبيل المثال ، من خلال تبادل ثلاثة Na + لاثنين من أيونات K +) ومن ثم يطلق عليها "الكهربية".

شكل 14-2 رسم تخطيطي لتغيرات نفاذية الأيونات وعمليات النقل التي تحدث أثناء جهد الفعل والفترة الانبساطية التي تليها. يشير اللون الأصفر إلى التيارات الغشائية الداخلية (إزالة الاستقطاب) ، ويشير اللون الأزرق إلى التيارات الغشائية الخارجية (إعادة الاستقطاب). تم تحديد أنواع فرعية متعددة من تيارات البوتاسيوم والكالسيوم ، مع حساسيات مختلفة للأدوية الحاصرة. يسرد الجانب الأيمن من الشكل الجينات والبروتينات المسؤولة عن كل نوع من القنوات أو الناقلات.

عندما يصبح غشاء الخلية القلبية منفذاً لأيون معين (أي عندما تكون القنوات المختارة لذلك الأيون مفتوحة) ، فإن حركة ذلك الأيون عبر غشاء الخلية تتحدد بموجب قانون أوم: التيار = الجهد ÷ المقاومة ، أو التيار = الجهد × تصرف. يتم تحديد التوصيل من خلال خصائص بروتين القناة الأيونية ذات الصلة. مصطلح الجهد هو الفرق بين جهد الغشاء الفعلي وإمكانية الانعكاس لهذا الأيون (جهد الغشاء الذي لا يتدفق فيه أي تيار حتى لو كانت القنوات مفتوحة). على سبيل المثال ، في حالة الصوديوم في خلية قلبية أثناء الراحة ، يوجد تدرج تركيز كبير (140 مليمول / لتر Na + خارج 10-15 ملي مول / لتر Na + داخل) وتدرج كهربائي (0 ملي فولت خارج 90 ملي فولت في الداخل) من شأنه أن يدفع Na + إلى الخلايا. لا يدخل الصوديوم إلى الخلية في حالة السكون لأن قنوات الصوديوم تُغلق عند فتح قنوات الصوديوم ، حيث يؤدي التدفق الكبير جدًا لـ Na + إلى إزالة استقطاب المرحلة 0 من جهد الفعل.يختلف وضع K + في خلية القلب المريحة تمامًا. هنا ، فإن تدرج التركيز (140 مليمول / لتر داخل 4 مليمول / لتر في الخارج) من شأنه أن يخرج الأيون من الخلية ، لكن التدرج الكهربائي سيدفعه إلى ذلك ، حيث يكون التدرج الداخلي في حالة توازن مع التدرج الخارجي. في الواقع ، بعض قنوات البوتاسيوم (قنوات "المقوم الداخلي") مفتوحة في خلية الراحة ، لكن القليل من التيار يمر خلالها بسبب هذا التوازن. يتم تحديد التوازن ، أو إمكانية الانعكاس ، للأيونات بواسطة معادلة Nernst:

حيث C e و C i هي التركيزات خارج الخلية وداخل الخلايا ، على التوالي ، مضروبة في معاملات نشاطها. لاحظ أن زيادة البوتاسيوم خارج الخلية يجعل EK أقل سلبية. عند حدوث ذلك ، يزول استقطاب الغشاء حتى يتم الوصول إلى EK الجديد. وبالتالي ، فإن تركيز البوتاسيوم خارج الخلية ووظيفة القناة الداخلية K + هي العوامل الرئيسية التي تحدد إمكانات الغشاء لخلية القلب المريحة. يتم تقريب الشروط المطلوبة لتطبيق معادلة نرنست في ذروة التجاوز (باستخدام تركيزات الصوديوم) وأثناء الراحة (باستخدام تركيزات البوتاسيوم) في معظم خلايا القلب غير الناظمة. إذا كانت النفاذية (P) مهمة لكل من البوتاسيوم والصوديوم ، فإن معادلة Nernst ليست مؤشرًا جيدًا لإمكانات الغشاء ، ولكن يمكن استخدام معادلة Goldman-Hodgkin-Katz:

في خلايا جهاز تنظيم ضربات القلب (سواء كانت طبيعية أو خارج الرحم) ، يحدث نزع الاستقطاب التلقائي (إمكانات جهاز تنظيم ضربات القلب) أثناء الانبساط (المرحلة 4 ، الشكل 14-1). ينتج هذا الاستقطاب عن زيادة تدريجية في تيار نزع الاستقطاب من خلال قنوات أيونية خاصة تنشط بفرط الاستقطاب (I f ، وتسمى أيضًا I h) في خلايا العقدة SA. تمت الإشارة إلى I f في البداية باسم التيار "المضحك" نظرًا لأنه يتمتع بخاصية غير عادية لكونه تيارًا داخليًا يتم تنشيطه بواسطة فرط الاستقطاب. تنتمي القناة التي يتم تنشيطها بفرط الاستقطاب في العقدة الجيبية إلى عائلة فائقة من القنوات ذات بوابات الجهد (HCN1 - HCN4). لديهم مجال ربط النوكليوتيدات الدوري ويتم تنظيم نشاطهم بواسطة cAMP. HCN4 هو الشكل الإسوي الرئيسي المعبر عنه في العقدة الجيبية ويشترك مع مستقبل β 2-adrenergic. قد يلعب الارتباط الوثيق بمستقبل β 2 دورًا في التنظيم اللاإرادي لمعدل ضربات القلب. يكون تأثير تغيير البوتاسيوم خارج الخلية أكثر تعقيدًا في خلية جهاز تنظيم ضربات القلب مما هو عليه في خلية غير جهاز تنظيم ضربات القلب لأن التأثير على نفاذية البوتاسيوم يكون أكثر أهمية في جهاز تنظيم ضربات القلب (انظر الإطار: تأثيرات البوتاسيوم). في جهاز تنظيم ضربات القلب - خاصةً خارج الرحم - تكون النتيجة النهائية لزيادة البوتاسيوم خارج الخلية عادةً إبطاء أو إيقاف جهاز تنظيم ضربات القلب. على العكس من ذلك ، غالبًا ما يسهل نقص بوتاسيوم الدم تنظيم ضربات القلب خارج الرحم.

غشاء الخلية النشط

في الخلايا الأذينية والخلايا البطينية الطبيعية ، تعتمد ضربة الجهد المحتملة (المرحلة 0) على تيار الصوديوم. من وجهة نظر وظيفية ، من الملائم وصف سلوك تيار الصوديوم من حيث ثلاث حالات للقناة (الشكل 14-3). تم استنساخ بروتين قناة الصوديوم القلبية ، ومن المسلم به الآن أن حالات القناة هذه تمثل في الواقع تركيبات بروتينية مختلفة. بالإضافة إلى ذلك ، يتم الآن تحديد مناطق البروتين التي تمنح سلوكيات معينة ، مثل استشعار الجهد ، وتشكيل المسام ، والتعطيل. تمثل البوابات الموضحة أدناه وفي الشكل 14-3 مثل هذه المناطق.

شكل 14-3 تمثيل تخطيطي لقنوات Na + الدورية عبر حالات توافق مختلفة أثناء جهد عمل القلب. تعتمد التحولات بين حالات الراحة والمفعَّلة والمعطلة على إمكانات الغشاء والوقت. تظهر بوابة التنشيط بالحرف m وبوابة التعطيل بالرمز h. تظهر الإمكانات النموذجية لكل حالة تحت كل قناة تخطيطية كدالة للوقت. يشير الخط المتقطع إلى ذلك الجزء من جهد الإجراء الذي يتم خلاله تعطيل معظم قنوات الصوديوم كليًا أو جزئيًا وغير متاحة لإعادة التنشيط.

آثار البوتاسيوم

يمكن أن تظهر آثار التغيرات في البوتاسيوم في الدم على المدة المحتملة لعمل القلب ، ومعدل تنظيم ضربات القلب ، وعدم انتظام ضربات القلب متناقضة إلى حد ما إذا تم التنبؤ بالتغييرات بناءً على النظر فقط في التغيرات في التدرج الكهروكيميائي للبوتاسيوم. ومع ذلك ، في القلب ، فإن التغيرات في تركيز البوتاسيوم في الدم لها تأثير إضافي يتمثل في تغيير توصيل البوتاسيوم (زيادة البوتاسيوم خارج الخلية يزيد من توصيل البوتاسيوم) بغض النظر عن التغيرات البسيطة في القوة الدافعة الكهروكيميائية ، وغالبًا ما يسود هذا التأثير. ونتيجة لذلك ، فإن التأثيرات الفعلية الملحوظة لفرط بوتاسيوم الدم تشمل تقليل مدة العمل المحتملة ، وتباطؤ التوصيل ، وانخفاض معدل تنظيم ضربات القلب ، وانخفاض تخلق عدم انتظام ضربات القلب. وعلى العكس من ذلك ، فإن التأثيرات الفعلية التي لوحظت لنقص بوتاسيوم الدم تشمل المدة المحتملة للعمل لفترات طويلة ، وزيادة معدل تنظيم ضربات القلب ، وزيادة عدم انتظام ضربات القلب. علاوة على ذلك ، يبدو أن معدل جهاز تنظيم ضربات القلب وعدم انتظام ضربات القلب التي تنطوي على خلايا جهاز تنظيم ضربات القلب خارج الرحم أكثر حساسية للتغيرات في تركيز البوتاسيوم في الدم ، مقارنة بخلايا العقدة الجيبية الأذينية. من المحتمل أن تساهم تأثيرات بوتاسيوم المصل على القلب في زيادة الحساسية الملحوظة للعوامل المضادة لاضطراب النظم التي تحجب قنوات البوتاسيوم (كينيدين أو سوتالول) أثناء نقص بوتاسيوم الدم ، على سبيل المثال ، تأثير محتمل للإطالة المحتملة والميل إلى التسبب في حدوث تورساد دي بوانت.

ينتج عن إزالة الاستقطاب إلى جهد العتبة فتح بوابات التنشيط (م) لقنوات الصوديوم (الشكل 14-3 ، الوسط). إذا لم تكن بوابات تعطيل (h) لهذه القنوات قد أغلقت بالفعل ، فإن القنوات مفتوحة الآن أو مفعلة ، وتزداد نفاذية الصوديوم بشكل ملحوظ ، وتتجاوز بدرجة كبيرة نفاذية أي أيون آخر. لذلك ينتشر الصوديوم خارج الخلية إلى أسفل تدرجه الكهروكيميائي في الخلية ، وتقترب إمكانات الغشاء بسرعة كبيرة من إمكانات توازن الصوديوم ، E Na (حوالي +70 مللي فولت عندما Na e = 140 مللي مول / لتر و Na i = 10 مللي مول / لتر). إن تيار الصوديوم المكثف هذا قصير جدًا لأن فتح بوابات m عند إزالة الاستقطاب يتبعه على الفور إغلاق بوابات h وتعطيل قنوات الصوديوم (الشكل 14-3 ، على اليمين).

يتم تنشيط وتعطيل معظم قنوات الكالسيوم بما يبدو أنه نفس طريقة قنوات الصوديوم ، ولكن في حالة النوع الأكثر شيوعًا من قنوات الكالسيوم القلبية (النوع "L") ، تحدث التحولات بشكل أبطأ وبإمكانيات أكثر إيجابية . تعكس هضبة جهد الفعل (المرحلتان 1 و 2) إيقاف تشغيل معظم تيار الصوديوم ، وتشميع وتضاؤل ​​تيار الكالسيوم ، والتطور البطيء لتيار البوتاسيوم المعاد الاستقطاب.

ينتج إعادة الاستقطاب النهائي (المرحلة 3) من جهد الفعل عن اكتمال تعطيل قناة الصوديوم والكالسيوم ونمو نفاذية البوتاسيوم ، بحيث تقترب إمكانات الغشاء مرة أخرى من إمكانات توازن البوتاسيوم. تشمل تيارات البوتاسيوم الرئيسية المشاركة في المرحلة 3 من عودة الاستقطاب تيار بوتاسيوم سريع التنشيط (I Kr) وتيار بوتاسيوم نشط ببطء (I Ks). تتم أحيانًا مناقشة هذين التيارين البوتاسيوم معًا باسم "I K". من الجدير بالذكر أن تيار بوتاسيوم مختلف ، يختلف عن I Kr و I Ks ، قد يتحكم في عودة الاستقطاب في الخلايا العقدية SA. وهذا يفسر لماذا قد تطيل بعض الأدوية التي تحجب أي من I Kr أو I Ks فترة عودة الاستقطاب في خلايا Purkinje والخلايا البطينية ، ولكن لها تأثير ضئيل على عودة الاستقطاب العقدي SA (انظر الإطار: الأساس الجزيئي والأساسي الوراثي لاضطراب نظم القلب).

تأثير الراحة المحتملة على إمكانات العمل

العامل الرئيسي في الفيزيولوجيا المرضية لاضطراب النظم وأفعال الأدوية المضادة لاضطراب النظم هو العلاقة بين إمكانات الراحة للخلية وإمكانات الفعل التي يمكن استحضارها فيها (الشكل 14-4 ، اللوحة اليسرى). نظرًا لأن بوابات تعطيل قنوات الصوديوم في غشاء الراحة تقترب من النطاق المحتمل من 75 مللي فولت إلى 55 مللي فولت ، فإن عددًا أقل من قنوات الصوديوم "متاح" لنشر أيونات الصوديوم عندما يتم استحضار جهد فعل من جهد راحة 60 بالسيارات mV من عندما يتم استحضارها من راحة 80 mV. تشمل النتائج المهمة لتقليل ذروة نفاذية الصوديوم انخفاض سرعة الشوط القصوى (تسمى max ، لأقصى معدل لتغيير جهد الغشاء) ، وانخفاض سعة جهد الفعل ، وانخفاض استثارة ، وانخفاض سرعة التوصيل.

شكل 14-4 اعتماد وظيفة قناة الصوديوم على جهد الغشاء الذي يسبق التحفيز. على اليسار: يتم تحديد جزء قنوات الصوديوم المتاحة للفتح استجابةً لحافز من خلال إمكانات الغشاء التي تسبق المنبه مباشرةً. ينتج النقص في الكسر المتاح عند إزالة استقطاب إمكانات الراحة في حالة عدم وجود عقار (منحنى التحكم) عن الإغلاق المعتمد على الجهد لبوابات h في القنوات. يوضح المنحنى المسمى Drug تأثير عقار مخدر موضعي نموذجي مضاد لاضطراب النظم. يتم تعطيل معظم قنوات الصوديوم أثناء هضبة جهد الفعل. إلى اليمين: ثابت الوقت للتعافي من التعطيل بعد عودة الاستقطاب يعتمد أيضًا على إمكانية الراحة. في حالة عدم وجود دواء ، يحدث التعافي في أقل من 10 مللي ثانية في إمكانات الراحة الطبيعية (85 إلى −95 مللي فولت). تتعافى الخلايا المستقطبة بشكل أبطأ (لاحظ المقياس اللوغاريتمي). في حالة وجود عقار يحجب قنوات الصوديوم ، يزداد ثابت الوقت للتعافي ، لكن الزيادة تكون أكبر بكثير في الإمكانات المزيلة للاستقطاب عنها في الحالات الأكثر سلبية.

أثناء هضبة جهد الفعل ، يتم تعطيل معظم قنوات الصوديوم. عند إعادة الاستقطاب ، يحدث التعافي من التعطيل (في مصطلحات الشكل 14-3 ، يتم إعادة فتح بوابات h) ، مما يجعل القنوات متاحة مرة أخرى للإثارة. الفترة الزمنية بين المرحلة 0 والانتعاش الكافي لقنوات الصوديوم في المرحلة 3 للسماح باستجابة جديدة منتشرة لحافز خارجي هي فترة الانكسار. يمكن أن تكون التغييرات في المقاومة (التي يتم تحديدها إما من خلال الاسترداد المتغير من التعطيل أو المدة المحتملة للعمل المتغير) مهمة في نشأة أو قمع بعض حالات عدم انتظام ضربات القلب. تأثير آخر مهم لإمكانية الراحة الأقل سلبية هو إطالة وقت الاسترداد هذا ، كما هو موضح في الشكل 14-4 (اللوحة اليمنى). ينعكس إطالة وقت الاسترداد في زيادة فترة المقاومة الفعالة.

يتسبب محفز قصير ومفاجئ ومزيل للاستقطاب ، سواء كان ناتجًا عن جهد عمل التكاثر أو ترتيب قطب كهربائي خارجي ، في فتح عدد كبير من بوابات التنشيط قبل إغلاق عدد كبير من بوابات التعطيل. في المقابل ، يؤدي التقليل البطيء (إزالة الاستقطاب) من إمكانات الراحة ، سواء كان ذلك بسبب فرط بوتاسيوم الدم ، أو انسداد مضخة الصوديوم ، أو تلف الخلايا الإقفارية ، إلى انخفاض تيارات الصوديوم أثناء ضربات جهد الفعل. إزالة استقطاب إمكانية الراحة إلى مستويات موجبة إلى 55 ملي فولت يلغي تيارات الصوديوم ، حيث يتم تعطيل جميع قنوات الصوديوم. ومع ذلك ، فقد وجد أن هذه الخلايا شديدة الاستقطاب تدعم إمكانات العمل الخاص في ظل الظروف التي تزيد من نفاذية الكالسيوم أو تقلل من نفاذية البوتاسيوم. هذه "الاستجابات البطيئة" - سرعة الضربة البطيئة والتوصيل البطيء - تعتمد على التيار الداخلي للكالسيوم وتشكل النشاط الكهربائي الطبيعي في العقد SA و AV ، لأن هذه الأنسجة لها إمكانات راحة طبيعية في النطاق من -50 إلى -70 مللي فولت . قد تكون الاستجابات البطيئة مهمة أيضًا لبعض حالات عدم انتظام ضربات القلب.

يمكن للتقنيات الحديثة للبيولوجيا الجزيئية والفيزيولوجيا الكهربية تحديد أنواع فرعية متعددة من قنوات الكالسيوم والبوتاسيوم. إحدى الطرق التي قد تختلف بها هذه الأنواع الفرعية هي الحساسية لتأثيرات الأدوية ، لذلك قد يتم تطوير الأدوية التي تستهدف أنواعًا فرعية معينة من القنوات في المستقبل.

آليات التهاب المفاصل

يمكن أن تؤدي العديد من العوامل إلى عدم انتظام ضربات القلب أو تفاقمها: نقص التروية ، نقص الأكسجة ، الحماض أو القلاء ، تشوهات الكهارل ، التعرض المفرط للكاتيكولامين ، التأثيرات اللاإرادية ، سمية الأدوية (على سبيل المثال ، الأدوية المضادة لاضطراب النظم) ، التمدد المفرط للألياف القلبية ، وجود ندوب أو مرض آخر الانسجة. ومع ذلك ، فإن جميع حالات عدم انتظام ضربات القلب ناتجة عن (1) اضطرابات في تكوين النبضات ، (2) اضطرابات في التوصيل النبضي ، أو (3) كليهما.

اضطرابات تكوين النبضات

الفترة الفاصلة بين إزالة الاستقطاب لخلية جهاز تنظيم ضربات القلب هي مجموع مدة جهد الفعل ومدة الفترة الانبساطية. يؤدي تقصير أي من المدتين إلى زيادة معدل جهاز تنظيم ضربات القلب. يتم تحديد الفترة الأكثر أهمية ، وهي الفترة الانبساطية ، بشكل أساسي من خلال منحدر إزالة الاستقطاب في المرحلة 4 (إمكانات جهاز تنظيم ضربات القلب). يعمل الإفراز المبهم وأدوية منع مستقبلات بيتا على إبطاء معدل منظم ضربات القلب الطبيعي عن طريق تقليل انحدار المرحلة 4 (يجعل الأسيتيل كولين أيضًا أقصى قدرة انبساطية أكثر سلبية). غالبًا ما يحدث تسريع تصريف جهاز تنظيم ضربات القلب عن طريق زيادة انحدار إزالة الاستقطاب في المرحلة الرابعة ، والذي يمكن أن يكون ناتجًا عن نقص بوتاسيوم الدم ، وتحفيز مستقبلات البيتا الأدرينالية ، والأدوية الموجبة للوقت ، وتمدد الألياف ، والحماض ، وإزالة الاستقطاب الجزئي بواسطة تيارات الإصابة.

الأسس الجزيئية والجينية لعدم انتظام ضربات القلب

أصبح من الممكن الآن تحديد الأساس الجزيئي للعديد من حالات عدم انتظام ضربات القلب الخلقية والمكتسبة. أفضل مثال على ذلك هو تسرع القلب البطيني متعدد الأشكال المعروف باسم torsades de pointes (الشكل 14-8) ، والذي يرتبط بإطالة فترة QT (خاصة عند بداية تسرع القلب) والإغماء والموت المفاجئ. يجب أن يمثل هذا إطالة جهد العمل لبعض خلايا البطين على الأقل (الشكل 14-1). يمكن أن يُعزى التأثير ، من الناحية النظرية ، إما إلى زيادة التيار الداخلي (اكتساب الوظيفة) أو انخفاض التيار الخارجي (فقدان الوظيفة) أثناء هضبة إمكانات الفعل. في الواقع ، حددت الدراسات الجينية الجزيئية الحديثة ما يصل إلى 300 طفرة مختلفة في ما لا يقل عن ثمانية جينات قناة أيونية تنتج متلازمة QT الطويلة الخلقية (LQT) (الجدول 14-1) ، وقد يكون للطفرات المختلفة آثار سريرية مختلفة. تؤدي طفرات فقدان الوظيفة في جينات قناة البوتاسيوم إلى انخفاض في تيار إعادة الاستقطاب الخارجي وهي مسؤولة عن الأنواع الفرعية 1 و 2 و 5 و 6 و 7 من LQT. I Kr) ، في حين أن KCNQ1 و KCNE1 (minK) يشفران الوحدات الفرعية لتيار البوتاسيوم المتأخر البطيء (I Ks). KCNJ2 يشفر تيار البوتاسيوم المعدل داخليًا (I Kir). في المقابل ، تسبب طفرات اكتساب الوظيفة في جين قناة الصوديوم (SCN5A) أو جين قناة الكالسيوم (CACNA1c) زيادات في تيار الهضبة الداخلي وتكون مسؤولة عن النوعين الفرعيين LQT 3 و 8 ، على التوالي.

حددت الدراسات الجينية الجزيئية سبب تشابه حالات تورساد دي بوانت الخلقية والمكتسبة بشكل لافت للنظر. يتم حظر قناة البوتاسيوم I Kr (المشفرة بواسطة HERG) أو تعديلها بواسطة العديد من الأدوية (على سبيل المثال ، الكينيدين ، السوتالول) أو شذوذ الكهارل (نقص بوتاسيوم الدم ، نقص مغنسيوم الدم ، نقص كالسيوم الدم) التي تنتج أيضًا تورساد دي بوانت. وبالتالي ، فإن تحديد الآليات الجزيئية الدقيقة الكامنة وراء الأشكال المختلفة لمتلازمات LQT يثير الآن إمكانية تطوير علاجات محددة للأفراد الذين يعانون من تشوهات جزيئية محددة. في الواقع ، تشير التقارير الأولية إلى أن mexiletine مانع قنوات الصوديوم يمكنه تصحيح المظاهر السريرية لمتلازمة النوع الفرعي LQT 3 الخلقية. من المحتمل أن تنشأ torsades de pointes من السكتات الدماغية المستحثة الناشئة عن الاستقطاب المبكر بعد الاستقطاب (الشكل 14-5). وبالتالي ، يتم توجيه العلاج إلى تصحيح نقص بوتاسيوم الدم ، والقضاء على السكتات الدماغية المحرضة (على سبيل المثال ، باستخدام حاصرات أو المغنيسيوم) ، أو تقصير جهد الفعل (على سبيل المثال ، عن طريق زيادة معدل ضربات القلب باستخدام الأيزوبروتيرينول أو الانظام) - أو كل هذه.

كما تم مؤخرًا تحديد الأساس الجزيئي للعديد من حالات عدم انتظام ضربات القلب الخلقية المرتبطة بالموت المفاجئ. تم تحديد ثلاثة أشكال من متلازمة QT القصيرة مرتبطة بطفرات اكتساب الوظيفة في ثلاثة جينات مختلفة لقناة البوتاسيوم (KCNH2 و KCNQ1 و KCNJ2). يمكن أن يحدث تسرع القلب البطيني متعدد الأشكال الكاتيكولاميني ، وهو مرض يتميز بالإغماء الناجم عن الإجهاد أو العاطفة ، بسبب الطفرات الجينية في بروتينين مختلفين في الشبكة الساركوبلازمية التي تتحكم في استتباب الكالسيوم داخل الخلايا. تم ربط الطفرات في جينين مختلفين من القنوات الأيونية (HCN4 و SCN5A) بالأشكال الخلقية لمتلازمة الجيوب الأنفية المريضة. متلازمة بروجادا ، التي تتميز بالرجفان البطيني المرتبط بارتفاع الجزء ST المستمر ، واضطراب التوصيل القلبي التدريجي (PCCD) ، الذي يتميز بضعف التوصيل في نظام His-Purkinje وإحصار الحزمة الأيمن أو الأيسر مما يؤدي إلى انسداد AV كامل. تم ربط كلاهما بالعديد من طفرات فقدان الوظيفة في جين قناة الصوديوم ، SCN5A. يحدث شكل واحد على الأقل من أشكال الرجفان الأذيني العائلي بسبب طفرة اكتساب الوظيفة في جين قناة البوتاسيوم ، KCNQ1.

الجدول 14-1 الأسس الجزيئية والوراثية لبعض عدم انتظام ضربات القلب.

شكل 14-5 نوعان من النشاط غير الطبيعي ، مبكر (علوي) ومتأخر بعد الاستقطاب (أسفل). في كلتا الحالتين ، ينشأ نزع الاستقطاب غير الطبيعي أثناء أو بعد جهد فعل طبيعي مستثار. لذلك يُشار إليها غالبًا باسم التلقائية "المُفعَّلة" ، أي أنها تتطلب إمكانية عمل عادية لبدءها.

أجهزة تنظيم ضربات القلب الكامنة (الخلايا التي تظهر إزالة الاستقطاب بطيئة في المرحلة 4 حتى في ظل الظروف العادية ، على سبيل المثال ، بعض ألياف Purkinje) معرضة بشكل خاص للتسريع من خلال الآليات المذكورة أعلاه. ومع ذلك ، قد تُظهر جميع خلايا القلب ، بما في ذلك الخلايا الأذينية والبطينية الهادئة عادةً ، نشاطًا متكررًا لجهاز تنظيم ضربات القلب عند إزالة الاستقطاب في ظل الظروف المناسبة ، خاصةً إذا كان هناك نقص بوتاسيوم الدم أيضًا.

ما بعد الاستقطاب (الشكل 14-5) هو إزالة الاستقطاب العابر التي تقطع المرحلة 3 (الاستقطاب المبكر بعد الاستقطاب ، EADs) أو المرحلة 4 (تأخر ما بعد الاستقطاب ، DADs). عادة ما تتفاقم أمراض القلب والأوعية الدموية مع بطء معدل ضربات القلب ، ويُعتقد أنها تساهم في تطور عدم انتظام ضربات القلب الطويل المرتبط بـ QT (انظر الإطار: الأساس الجزيئي والوراثي لاضطراب نظم القلب). من ناحية أخرى ، غالبًا ما تحدث أمراض القلب والأوعية الدموية عند زيادة الكالسيوم داخل الخلايا (انظر الفصل 13). تتفاقم بسبب معدلات ضربات القلب السريعة ويعتقد أنها مسؤولة عن بعض حالات عدم انتظام ضربات القلب المرتبطة بزيادة الديجيتال والكاتيكولامينات ونقص تروية عضلة القلب.

اضطرابات التوصيل النبضي

قد ينتج عن التوصيل شديد الانضغاط كتلة بسيطة ، على سبيل المثال ، كتلة عقدة AV أو كتلة فرع حزمة. نظرًا لأن التحكم في الجهاز السمبتاوي في التوصيل الأذيني البطيني مهم ، فإن الأتروبين يخفف من الإصابة الجزئية بالحصار الأذيني البطيني. الشذوذ الشائع الآخر للتوصيل هو إعادة الدخول (المعروف أيضًا باسم "حركة السيرك") ، حيث يعود الدافع إلى الدخول ويثير مناطق من القلب أكثر من مرة (الشكل 14-6).

الشكل 14-6 رسم تخطيطي لدائرة إعادة الدخول التي قد تحدث في الفروع الصغيرة المتشعبة لنظام بركنجي حيث تدخل جدار البطين.ج: عادة ، تنتقل فروع الإثارة الكهربائية حول الدائرة إلى الفروع البطينية ، وتنطفئ في الطرف الآخر من الدائرة بسبب تصادم النبضات. ب: تتطور منطقة كتلة أحادية الاتجاه في أحد الفروع ، مما يمنع انتقال النبضات الأمامية في موقع الكتلة ، ولكن يمكن نشر النبضة إلى الوراء عبر موقع الكتلة إذا وجد الدافع أنسجة قابلة للاستثارة ، أي أن فترة الانكسار أقصر من وقت التوصيل. ثم يقوم هذا الدافع بإعادة إثارة الأنسجة التي مر بها سابقًا ، ويتم إنشاء عدم انتظام ضربات القلب.

قد يقتصر مسار الدافع الداخل على مناطق صغيرة جدًا ، على سبيل المثال ، داخل العقدة الأذينية البطينية أو بالقرب منها ، أو قد يشمل أجزاء كبيرة من جدران الأذين أو البطين. يتم تحديد بعض أشكال إعادة الدخول بدقة تشريحيًا ، على سبيل المثال ، في متلازمة وولف باركنسون وايت ، تتكون دائرة إعادة الدخول من النسيج الأذيني ، والعقدة الأذينية البطينية ، والأنسجة البطينية ، ووصلة AV الإضافية (حزمة كينت ، مجرى جانبي). في حالات أخرى (على سبيل المثال ، الرجفان الأذيني أو البطيني) ، قد تتعرج دوائر إعادة الدخول المتعددة ، التي تحددها الخصائص المتغيرة لأنسجة القلب ، عبر القلب في مسارات عشوائية على ما يبدو. غالبًا ما يعطي الدافع الدوراني "نبضات ابنة" يمكن أن تنتشر إلى بقية القلب. اعتمادًا على عدد الرحلات ذهابًا وإيابًا عبر المسار الذي يحدثه الدافع العائد قبل أن يموت ، قد يظهر عدم انتظام ضربات القلب على شكل نبضة واحدة أو بضع ضربات إضافية أو تسرع القلب المستمر.

لكي تحدث إعادة الدخول ، يجب أن تتعايش ثلاثة شروط ، كما هو موضح في الشكل 14-6. (1) يجب أن يكون هناك عائق (تشريحي أو فسيولوجي) أمام التوصيل المتجانس ، وبالتالي إنشاء دائرة يمكن أن تنتشر حولها واجهة الموجة العائدة. (2) يجب أن يكون هناك كتلة أحادية الاتجاه في نقطة ما في الدائرة ، أي أنه يجب أن يموت التوصيل في اتجاه واحد ولكن يستمر في الاتجاه المعاكس (كما هو موضح في الشكل 14-6 ، يمكن أن ينخفض ​​الدافع تدريجيًا لأنه يغزو تدريجيًا أكثر استقطابًا حتى يتم حظره في النهاية - وهي عملية تُعرف بالتوصيل المتناقص). (3) يجب أن يكون وقت التوصيل حول الدائرة طويلاً بما يكفي بحيث لا يدخل الدافع الرجعي إلى الأنسجة المقاومة للحرارة أثناء انتقاله حول العائق ، أي أن وقت التوصيل يجب أن يتجاوز فترة الانكسار الفعالة. من المهم أن نلاحظ أن إعادة الدخول تعتمد على التوصيل الذي تعرض للاكتئاب بمقدار حرج ، عادة نتيجة الإصابة أو نقص التروية. إذا كانت سرعة التوصيل بطيئة جدًا ، تحدث الكتلة ثنائية الاتجاه بدلاً من الكتلة أحادية الاتجاه إذا كان الدافع الداخل ضعيفًا جدًا ، أو قد يفشل التوصيل ، أو قد يصل الدافع متأخرًا جدًا بحيث يصطدم بالدافع المنتظم التالي. من ناحية أخرى ، إذا كان التوصيل سريعًا جدًا - أي طبيعي تقريبًا - فسيحدث التوصيل ثنائي الاتجاه بدلاً من كتلة أحادية الاتجاه. حتى في وجود كتلة أحادية الاتجاه ، إذا تحرك الدافع حول العائق بسرعة كبيرة ، فسوف يصل إلى الأنسجة التي لا تزال مقاومة للحرارة. يظهر مخطط كهربية القلب التمثيلي لاضطرابات نظم القلب الهامة في الأشكال 14-7 و14-8.

الشكل 14-7 مخطط كهربية القلب لإيقاع الجيوب الأنفية الطبيعي وبعض عدم انتظام ضربات القلب الشائعة. يتم تمييز الانحرافات الرئيسية (P و Q و R و S و T) في كل سجل تخطيط كهربية القلب باستثناء اللوحة 5 ، حيث يكون النشاط الكهربائي غير منظم تمامًا ولا يمكن التعرف على أي من هذه الانحرافات. (مقتبس ، بإذن ، من Goldman MJ: مبادئ تخطيط القلب الكهربائي السريري ، الطبعة 11. McGraw-Hill ، 1982. حقوق النشر © The McGraw-Hill Companies، Inc.)

الشكل 14-8 مخطط كهربية القلب مأخوذ من مريض مصاب بمتلازمة QT الطويلة خلال نوبتي تورساد دي بوانت. يظهر تسرع القلب البطيني متعدد الأشكال في بداية هذا التتبع ويتوقف تلقائيًا في منتصف اللوحة. يتبعها نبضة جيبية طبيعية واحدة (NSB) مع فترة QT طويلة للغاية ، تليها على الفور حلقة أخرى من تسرع القلب البطيني من نوع التورساد. تشمل الأعراض المعتادة الدوخة أو فقدان الوعي المؤقت. (مستنسخ ، بإذن ، من Basic and Clinical Pharmacology، 10th edition، McGraw-Hill، 2007. حقوق النشر © The McGraw-Hill Companies، Inc.)

قد يكون تباطؤ التوصيل بسبب انخفاض تيار الصوديوم أو انخفاض تيار الكالسيوم (الأخير خاصة في العقدة الأذينية البطينية) أو كليهما. عادةً ما تعمل الأدوية التي تلغي إعادة الدخول عن طريق زيادة إبطاء التوصيل المنخفض (عن طريق منع تيار الصوديوم أو الكالسيوم) والتسبب في كتلة ثنائية الاتجاه. من الناحية النظرية ، سيكون تسريع التوصيل (عن طريق زيادة تيار الصوديوم أو الكالسيوم) فعالًا أيضًا ، ولكن فقط في ظل ظروف غير عادية ، تفسر هذه الآلية عمل أي دواء متاح.

قد يؤدي إطالة (أو تقصير) فترة المقاومة أيضًا إلى تقليل احتمالية إعادة الدخول. كلما طالت فترة المقاومة في الأنسجة بالقرب من موقع الكتلة ، زادت فرصة بقاء الأنسجة مقاومة للحرارة عند محاولة إعادة الدخول. (بدلاً من ذلك ، كلما كانت فترة المقاومة أقصر في المنطقة المنخفضة ، قل احتمال حدوث كتلة أحادية الاتجاه.) وبالتالي ، فإن تشتت الانكسار المتزايد هو أحد العوامل المساهمة في إعادة الدخول ، وقد تقوم الأدوية بقمع عدم انتظام ضربات القلب عن طريق تقليل هذا التشتت.


معلومات الكاتب

الانتماءات

قسم الهندسة الكهربائية والإلكترونية وهندسة المعلومات "Guglielmo Marconi" ، جامعة بولونيا ، تشيزينا ، إيطاليا

كريستيانا كورسي ، ماريليسا كورتيزي ، جوليا كاليسيسي وأمبير ستيفانو سيفيري

المركز المشترك بين الأقسام للعلوم الصحية والتكنولوجيا للبحوث الصناعية ، جامعة بولونيا ، تشيزينا ، إيطاليا

كريستيانا كورسي وأمبير ستيفانو سيفيري

شركة Mortara Instrument Inc. ، ميلووكي ، الولايات المتحدة الأمريكية

جوهان دي بي و ديفيد مورتارا

أمراض القلب الجزيئية ، IRCCS Fondazione Salvatore Maugeri ، بافيا ، إيطاليا

غسيل الكلى ، وحدة ارتفاع ضغط الدم ، مستشفى بوليكلينيكو S.Orsola-Malpighi ، بولونيا ، إيطاليا

يمكنك أيضًا البحث عن هذا المؤلف في PubMed Google Scholar

يمكنك أيضًا البحث عن هذا المؤلف في PubMed Google Scholar

يمكنك أيضًا البحث عن هذا المؤلف في PubMed Google Scholar

يمكنك أيضًا البحث عن هذا المؤلف في PubMed Google Scholar

يمكنك أيضًا البحث عن هذا المؤلف في PubMed Google Scholar

يمكنك أيضًا البحث عن هذا المؤلف في PubMed Google Scholar

يمكنك أيضًا البحث عن هذا المؤلف في PubMed Google Scholar

يمكنك أيضًا البحث عن هذا المؤلف في PubMed Google Scholar

مساهمات

قدم كل من المؤلفين مساهمات كبيرة في التصور والتصميم واكتساب البيانات أو تحليل البيانات وتفسيرها. نسخة. و S. و جي سي. حصل على البيانات ، ج. و د. طور الطريقة ، و أ. و S.S. للدراسة وتفسير البيانات. راجع جميع المؤلفين المقالة بشكل نقدي بحثًا عن محتوى فكري مهم وأعطوا الموافقة النهائية على النسخة المقدمة.

المؤلف المراسل