심장 작용 전위

Cardiac action potential

심장 작용 전위는 심장 세포막 전체의 전압(기억 전위)의 짧은 변화다.[1] 이것은 세포 내부와 외부 사이에서 이온 채널이라고 불리는 단백질을 통해 충전된 원자(이온이라고 함)가 이동하면서 발생한다. 심장 작용 전위는 신경과 같은 다른 유형의 전기적으로 흥분할 수 있는 세포에서 발견되는 작용 전위와 다르다. 작용 전위는 심장 내에서도 다양하다. 이는 다른 세포에 다른 이온 채널이 존재하기 때문이다(아래 참조).

골격근 세포의 작용 가능성과는 달리, 심장 작용 가능성은 신경 활동에 의해 시작되지 않는다. 대신에, 그것은 자동 작용 전위 생성 능력을 가진 전문 세포 그룹에서 발생한다. 건강한 심장에서는 이러한 세포들이 우심방에서 발견되며 시나심 노드(SAN; 자세한 내용은 아래 참조)라고 불린다. 그들은 매 분마다 대략 60-100개의 행동 잠재력을 생산한다. 이 작용 전위는 세포막을 따라 통과하여 세포가 수축하므로 SAN의 활성으로 인해 분당 약 60-100박스의 휴식 심장 박동이 발생한다. 모든 심장 근육 세포는 한 세포에서 다음 세포로 작용 전위를 전달할 수 있는 간격 접합(아래 참조)이라고 알려진 구조물에 의해 서로 전기적으로 연결되어 있다.[2] 이것은 모든 심방 세포가 함께 수축할 수 있고, 그 다음에 모든 심실 세포가 수축할 수 있다는 것을 의미한다.

작용 전위의 속도 의존성은 심장 세포의 근본적인 특성이며, 변화를 통해 심장 부정맥을 포함한 심각한 심장 질환과 때로는 갑작스러운 죽음을 초래할 수 있다.[3] 심장 내 작용 전위 활동을 기록하여 심전도(ECG)를 생성할 수 있다. 이것은 아트리움과 심실[4] 내 작용 전위의 탈분극화(전압이 점점 양극화됨)와 재분극화(전압이 음극화됨)를 나타내는 일련의 위아래 스파이크(P, Q, R, S, T)이다(자세한 내용은 심전도 참조).

개요

그림 1: 세포내 및 세포외 이온 농도(mmol/L)
요소 이온 세포외 세포내 비율
나트륨 나+ 135 - 145 10 14:1
칼륨 K+ 3.5 - 5.0 155 1:30
염화물 CL− 95 - 110 10 - 20 4:1
칼슘 CA2+ 2 10−4 2 x 104:1
세포내 Ca2+ 함량은 약 2 mM이지만, 이 중 대부분은 세포내 유기체(미토콘드리아와 사코플라스믹 레티쿨룸)로 묶여 있거나 격리되어 있다.[5]

골격근육과 마찬가지로 심실세포의 휴식막전위(세포가 전기적으로 흥분하지 않을 때의 전압)는 -90밀리볼트(mV; 1mV = 0.001V) 전후로, 즉 막의 내부가 외부보다 음이 많다. 휴식 중인 세포 밖에서 발견되는 주 이온은 나트륨(Na+), 염화물(Cl−)인데 반해 세포 내부에서는 주로 칼륨(K+)이다.[6]

작용 전위는 전압이 양성이 되면서 시작된다; 이것은 탈극화라고 알려져 있고 주로 Na가+ 세포로 흐를 수 있도록 하는 나트륨 채널의 개방에 기인한다. 지연 후(절대 내화 기간으로 알려져 있다, 이하 참조) 칼륨 채널이 열리면서 작용 전위가 종료되어 K가+ 세포에서 빠져나올 수 있게 되고 막 전위가 음극으로 되돌아오게 하는 것을 재분극화라고 한다. 또 다른 중요한 이온으로는 세포 내부는 물론 세포 밖에서도 발견될 수 있는 칼슘(Ca2+)이 있는데, 이 칼슘 저장소는 사코플라스믹 레티쿨룸(SR)으로 알려져 있다. 칼슘 유도 칼슘 방출이라는 프로세스를 통해 SR에서 Ca를2+ 방출하는 것은 작용 전위의 고원 단계(2단계, 이하 참조)에 필수적이며 심장 흥분-연축 커플링의 기본 단계다.[7]

자발적으로 작용 전위(예: SAN)를 생성하는 세포와 그것을 단순히 수행하는 세포(예: 비공간 메이커 세포, 심실 미세포) 사이에는 중요한 생리학적 차이가 있다. 표현된 이온 채널의 유형과 이 채널이 활성화되는 메커니즘의 특정한 차이는 그림 2와 같이 동작 전위 파형의 구성에 차이를 초래한다.

심장 작용 전위의 단계

양 심방 및 심실 심근 세포로부터 기록된 작용 전위(faction potentials) 위상. 이온 전류는 거의 심실 작용 전위에 가깝다.

심장 작용 전위를 이해하는 데 사용되는 표준 모델은 심실 근세포의 그것이다. 아래에 설명된 것은 심실 근소세포 작용 전위의 다섯 가지 단계로서 SAN 작용 전위를 참조한다.

그림 2a: 심실 작용 전위(왼쪽) 및 시나심 노드 작용 전위(오른쪽) 파형 위상을 담당하는 주 이온 전류는 다음과 같다(위쪽 처짐은 셀에서 흐르는 이온을 나타내며, 아래쪽으로 처짐은 내부 전류를 나타낸다).

4단계

심실 근세포에서 4단계는 세포가 정지해 있을 때, 디아스톨이라고 알려진 기간에 발생한다. 표준 비공간 제조기 셀에서 이 단계 동안의 전압은 대략 -90mV로 다소 일정하다.[8] 휴면막 전위는 세포로 흘러들어온 이온의 유동(예: 나트륨과 칼슘), 세포 밖으로 흘러 나온 이온의 유동(예: 칼륨, 염화칼륨, 중탄산염)과 다른 막 펌프에 의해 생성된 이온의 유량이 완벽하게 균형을 이루면서 발생한다.

이 펌프의 작동은 두 가지 목적에 부합한다. 첫째는 전기화학 평형(예: 나트륨과 칼슘)이 아닌 이온의 누출로 인한 탈극화에 대항하여 휴식막 전위의 존재를 유지하는 것이다. 이러한 이온들이 평형상태에 있지 않은 것은 전기적 경사가 존재하는 이유인데, 이는 전지를 평형상태로 되돌리기 위해 즉시 셀에 재진입할 수 없는 막 전체에 걸친 전하의 순변위를 나타내기 때문이다. 따라서 세포 내 그들의 느린 재진입은 균형을 맞춰야 한다. 그렇지 않으면 세포는 서서히 세포막 전위를 잃게 될 것이다.

두 번째 목적은 복잡하게 첫 번째와 연결된 세포내 농도를 어느 정도 일정하게 유지하는 것이며, 이 경우 원래의 화학적 구배를 다시 확립하는 것이다. 즉 이전에 세포로 흘러들어온 나트륨과 칼슘, 그리고 이전에 세포에서 흘러나온 칼륨을 다시 그 안으로 밀어넣는 것이다(하지만). 칼륨은 대부분 전기화학적 평형 상태에 있으므로, 칼륨의 화학적 구배는 능동적 운송 메커니즘의 필요 없이 전기 구배 반대편에 자연스럽게 다시 평형화될 것이다.

예를 들어 나트륨(Na+)과 칼륨(K+) 이온은 에너지를 사용하는 나트륨-칼륨 펌프에 의해 유지되며(아데노신 3인산염(ATP)의 형태로)를 사용하여 3 Na를+ 세포 밖으로, 2 K를+ 세포 안으로 이동시킨다. 또 다른 예로는 세포에서 세 Na에+ 대해 하나의 Ca를2+ 세포 안으로 제거하는 나트륨-칼슘 교환기가 있다.[9]

이 단계 동안 막은+ K에 가장 잘 스며들게 되는데, K는 내부 정류 칼륨 채널을 포함하여 누출 채널을 통해 셀 안팎으로 이동할 수 있다.[10] 따라서 휴식막 전위는 대부분 K+ 평형전위와 같으며 골드만-호지킨-카츠 전압 방정식을 사용해 계산할 수 있다.

그러나 심박조율기 세포는 결코 정지해 있지 않다. 이러한 세포에서 4단계를 심박조율기 전위라고도 한다. 이 단계 동안, 멤브레인 전위는 서서히 양성이 되어, 설정값(약 -40mV, 임계 전위라고 알려져 있음)에 도달할 때까지 또는 이웃한 셀로부터 오는 다른 작용 전위에 의해 탈극화될 때까지.

심박조율기 전위는 HCN 채널(Hyperpolarization-activated cyclic nucleotide-gated)이라고 하는 채널 그룹에 기인한다고 생각된다. 이러한 채널은 매우 음의 전압(즉, 이전 동작 전위의 3단계 직후, 아래 참조)으로 개방되어 K와+ Na+ 모두를 셀로 통과시킬 수 있다. 매우 음의 막 전위에 의해 활성화되는 특이한 특성 때문에 HCN 채널을 통한 이온의 이동을 웃긴 전류(아래 참조)[11]라고 한다.

심박조율기 잠재력에 관한 또 다른 가설은 '칼슘 시계'이다. 여기서 칼슘은 세포 내의 사코플라스믹 레티쿨룸에서 방출된다. 그러면 이 칼슘은 나트륨-칼슘 교환기의 활성화를 증가시켜 막 전위의 증가를 초래한다(3Na에+ 의해 +3 전하가 세포로 유입되고 있지만 (Ca에 의해) +2 전하가 세포에서 빠져나가므로 (Ca에2+ 의해) 셀에 유입되는 순전하가 발생한다. 그런 다음 이 칼슘은 칼슘 펌프(SERCA 포함)를 통해 세포와 SR로 다시 펌프된다.[12]

0단계

이 위상은 심실세포와 SAN세포의 10/20 ms 미만의 지속되는 세포막(탈극화)에 걸친 전압의 빠르고 긍정적인 변화로 구성된다.[13] 이것은 셀로 양전하가 순유동하기 때문에 발생한다.

비공간조세포(즉, 심실세포)에서는 주로 Na+ 채널의 활성화에 의해 생성되며, Na+(gNa)의 막 전도성(흐름)이 증가한다. 이러한 채널은 작용 전위가 인접한 셀로부터 간격 접합을 통해 도착할 때 활성화된다. 이렇게 되면 세포 내의 전압이 약간 높아진다. 이 증가된 전압이 특정 값(임계 전위값; ~-70mV)에 도달하면 Na+ 채널이 개방된다. 이것은 더 많은 양의 나트륨을 세포로 유입시켜 전압을 더 빠르게 증가시킨다(즉, Na+ 평형전위까지).[6] 그러나 초기 자극이 충분히 강하지 않고 문턱 전위에 도달하지 못하면 급속 나트륨 통로가 활성화되지 않고 작용 전위가 생성되지 않는다. 이를 전체 또는 단일 법칙이라고 한다.[14][15] L형 칼슘 채널을 통한 칼슘 이온(Ca2+) 유입도 탈극화 효과의 미미한 부분을 차지한다.[16] 동작 전위 파형에서 위상 0의 기울기(그림 2 참조)는 심장 작용 전위의 최대 전압 변화 속도를 나타내며 dV/dt로max 알려져 있다.

그러나 심박조율기 세포(예: 시아트리얼 노드 세포)에서 멤브레인 전압의 증가는 주로 L형 칼슘 채널의 활성화에 기인 것이다. 이러한 채널은 전압의 증가에 의해서도 활성화되지만, 이번에는 페이스메이커의 전위(4상)나 다가오는 작용 전위 때문에 활성화된다. L형 칼슘 채널은 나트륨 채널보다 더 느리게 활성화되므로, 심박조율기 작용 전위 파형의 탈극화 기울기가 비파스메이커 작용 전위 파형보다 덜 가파르다.[8][17]

1단계

이 단계는 내부 게이트(비활성화 게이트)에 의한 Na+ 채널의 급속한 비활성화로 시작하여 나트륨의 세포 내 이동을 감소시킨다. 동시에 칼륨 통로(I라고to1 함)가 빠르게 열리고 닫히면서 세포 밖으로 칼륨 이온이 잠깐 흘러나올 수 있게 되어 막 전위가 약간 더 음성으로 된다. 이를 동작 전위 파형에서 '노치'라고 한다.[8]

심박조율기 세포에는 분명한 1단계가 존재하지 않는다.

2단계

이 위상은 막이 서서히 재분극되기 시작하면서 막 전위가 거의 일정하게 남아 있어 "판막" 위상이라고도 한다. 셀 안팎으로 이동하는 전하가 거의 균형이 잡혀 있기 때문이다. 이 단계에서 지연된 정류기 칼륨 채널(Iks)은 칼륨이 세포에서 빠져나갈 수 있도록 하고 L형 칼슘 채널(0상 중 나트륨의 유입에 의해 활성화됨)은 칼슘 이온이 세포로 이동할 수 있도록 한다. 이러한 칼슘 이온은 세포 내의 사코플라스믹 레티쿨룸에 위치한 더 많은 칼슘 통로(라이안오딘 수용체라고 불림)에 결합되어 열려 SR에서 칼슘의 흐름을 허용한다. 이 칼슘 이온들은 심장의 수축에 책임이 있다.

칼슘은 또한 Cl이− 세포에 들어갈 수 있도록 하는 I라는to2 염화 채널을 활성화시킨다. 셀 내 칼슘 농도가 증가하면 나트륨-칼슘 교환기의 활성도 증가하는 반면, 나트륨 농도 증가(0상 탈극화에 따른)는 나트륨-칼륨 펌프의 활성도를 증가시킨다. 이 모든 이온의 이동으로 인해 멤브레인 전위가 비교적 일정하게 유지되며, Na++/K−+ 펌프뿐만 아니라 Na/Ka 교환기뿐만 아니라 Na+/Ca2+2+ 교환기 또한 탈극화에 기여한다.[18][8] 이 단계는 작용 전위의 큰 지속시간을 담당하며 불규칙한 심장박동(심장 부정맥)을 예방하는 데 중요하다.

심박조율기 작용 잠재력에는 고원상이 존재하지 않는다.

3단계

작용 전위의 3단계("급속 재분극화" 단계) 중에는 L형 Ca2+ 채널이 닫히고, 느린 지연 정류기(I) KKs+ 채널은 칼륨 누출 채널이 더 많이 열리면서 개방 상태를 유지한다. 이것은 막 전위의 음의 변화에 해당하는 순수 외부 양의 전류를 보장하여 더 많은 유형의+ K 채널이 개방될 수 있도록 한다. 이것들은 주로 급속 지연 정류기 K+ 채널 (IKr)과 내부 정류 K 전류+ I이다K1. 이 그물망 바깥쪽, 양전류(세포로부터의 양전하 상실과 동일)는 세포가 다시 분극화하게 한다. 지연 정류기 K+ 채널은 막 전위가 약 -85 ~ -90 mV로 복구되면 닫히는 반면 나는K1 4단계 전체에 걸쳐 수행되고 있어 휴식 막 전위를[19] 설정하는 데 도움이 된다.

위에서 논의한 바와 같이 이온 펌프는 나트륨-칼슘 교환기와 나트륨-칼륨 펌프와 같이 이온 농도를 균형 잡힌 사전 작용 전위로 되돌린다. 세포내 칼슘이 뿜어져 나와 심장근육수축의 원인이 된 셈이다. 일단 이것이 사라지면 수축이 멈추고 근세포가 이완되며, 이는 결국 심장 근육을 이완시킨다.

이 단계 동안, 잠재적 작용은 운명적으로 재분극화를 약속한다. 이는 L형 카차넬의2+ 폐쇄로 시작되며, K+ 채널(2단계부터)은 개방 상태를 유지한다. 재분극에 관여하는 주요 칼륨 채널은 지연 정류기(IKr)와 (IKs)뿐 아니라 내부 정류기(IK1)이다. 전체적으로 멤브레인 전위에 부정적인 변화를 일으키는 순수 외부 양전류가 있다.[18] 지연된 정류기 채널은 멤브레인 전위가 휴면 전위로 복구되면 닫히는 반면, 내부 정류기 채널과 이온 펌프는 4단계 내내 활성 상태를 유지하여 휴면 이온 농도를 재설정한다. 이것은 근육수축에 사용되는 칼슘이 세포에서 뿜어져 나와 근육 이완을 초래한다는 것을 의미한다.

시나트륨 노드에서 이 단계는 L형 칼슘 채널의 폐쇄로 인해 Ca의2+ 내부 유속이 방지되고 급속 지연 정류기 칼륨 채널(IKr)이 개방되기 때문이기도 하다.[20]

내화기

심장 세포는 두 개의 굴절 기간을 가지고 있는데, 첫째는 단계 0의 시작부터 단계 3을 통과하는 부분까지의 기간이다. 이것은 세포가 다른 작용 전위를 생성하는 것이 불가능한 절대 굴절 기간으로 알려져 있다. 이는 3단계가 끝날 때까지 상대적 내화 기간에 의해 즉시 뒤따르며, 이 기간 동안 다른 작용 잠재력을 생성하기 위해 보다 강한 자극이 필요하다.[21][22]

이 두 가지 내화 기간은 나트륨과 칼륨 채널의 상태 변화에 의해 발생한다. 세포의 급속한 탈극화는 0상 동안 막 전위가 나트륨의 평형전위(즉, 나트륨이 더 이상 세포 안으로 또는 밖으로 빨려 나가지 않는 막 전위)에 접근하게 한다. 막 전위가 양성이 되면 나트륨 통로가 닫히고 잠기는데, 이를 "비활성화" 상태로 알려져 있다. 이 상태에서는 흥분 자극의 강도에 관계없이 채널을 열 수 없다. 이는 절대 내화 기간을 발생시킨다. 상대적 내화 기간은 칼륨 이온의 누출로 인해 막 전위가 음극(즉, 과극화)되어 나트륨 채널을 재설정하고 불활성화 게이트를 열지만 여전히 채널이 닫힌 상태를 유지하게 된다. 이것은 행동전위를 개시하는 것은 가능하지만 정상보다 강한 자극이 요구된다는[clarification needed] 것을 의미한다.[23]

갭 결합

갭 결합은 작용 전위를 한 세포에서 다음 세포로 전달하도록 한다(그들은 전기적으로 인접한 심장 세포들을 결합하는 것으로 알려져 있다). 그것들은 이온(Na+, Ca2+, K+ 포함)이 통과할 수 있는 기공을 형성하는 단백질 코넥신 계열로 만들어진다. 칼륨이 세포 내에서 가장 높기 때문에 주로 통과하는 칼륨이다. 인접 세포의 칼륨이 증가하면 막 전위가 약간 증가하여 나트륨 통로가 활성화되고 이 세포의 작용 전위가 시작된다.(피크 탈극화 시 커넥션을 통해 Na+의 잠깐 화학적 경사로 인한 유출은 칼륨이 아니라 세포 탈분극화로 세포 전도를 유발한다.[24] 이러한 연결은 심장 전체에 걸쳐 작용 전위의 빠른 전도를 가능하게 하며 아트리움의 모든 세포와 심실의 모든 세포가 함께 수축할 수 있도록 하는 역할을 담당한다.[25] 심장 근육의 조절되지 않은 수축은 부정맥과 심부전의 기본이다.[26]

채널

그림 3: 심실 작용 전위[27] 중 주요 전류
전류(I) α 서브단위 단백질 α 서브유닛 유전자 위상/역할
나+ I나 NaV1.5 SCN5A[28] 0
CA2+ ICa(L) CaV1.2 CACNA1C[29] 0-2
K+ I토원 KV4.2/4.3 KCND2/KCND3 1, 노치
K+ IKs KV7.1 KCNQ1 2,3
K+ I크르 K11V.1(hERG) KCNH2 3
K+ IK1 Kir2.1/2.2/2.3 KCNJ2/KCNJ12/KCNJ4 3,4
나+2+, 카 INaCa 3Na+-1Ca2+-exchanger NCX1(SLC8A1) 이온 항진
나++, K INAK 3Na+-2K+-ATPase ATP1A 이온 항진
CA2+ IpCa Ca-운송2+ ATPase ATP1B 이온 항진

이온 채널은 단백질로, 특정 이온이 막에서 이동할 수 있도록 하거나 막기 위해 다른 자극에 반응하여 모양을 바꾸는 것이다(이온 채널은 선택적으로 투과 가능하다고 한다). 세포 외부 또는 세포 내부에서 올 수 있는 자극은 특정 분자가 채널의 수용체에 결합(리간드 게이트 이온 채널이라고도 함)하거나 채널 주위의 멤브레인 전위 변화를 포함할 수 있으며, 센서(전압 게이트 이온 채널이라고도 함)에 의해 감지되며, ch를 열거나 닫는 작용을 할 수 있다.Annel. 이온 채널에 의해 형성된 기공은 수성(수분이 채워짐)이며, 이온이 막을 가로질러 빠르게 이동할 수 있게 한다.[30] 이온 채널은 특정 이온에 대해 선택적일 수 있으므로 Na+, K+, Ca2+, Cl 특정− 채널이 있다. 이온의 특정 전하(예: 양 또는 음)에 대해서도 특정할 수 있다.[31]

각각의 채널은 세포에게 그것을 만드는 방법을 알려주는 일련의 DNA 명령들에 의해 암호화된다. 이러한 지시들은 유전자로 알려져 있다. 그림 3은 심장 작용 전위와 관련된 중요한 이온 채널, 채널을 통해 흐르는 전류(이온), 이들의 주요 단백질 서브유닛(채널의 구성블록), 그들의 구조를 코드화하는 제어 유전자의 일부와 심장 작용 전위 동안 활성화된 단계를 보여준다. 심장 작용 전위와 관련된 가장 중요한 이온 채널 중 일부는 아래에 간략하게 설명되어 있다.

초극화 활성화 사이클 뉴클레오티드 게이트(HCN) 채널

주로 심박조율기 세포에 위치하며, 이러한 채널은 매우 음극막 전위에서 활성화되어 Na와+ K+ 둘 다 세포로 통할 수 있게 된다(이 운동은 재미있는 전류, I로f 알려져 있다). 이러한 선택성이 낮은 양이온(전하가 충전된 이온) 채널은 막 전위가 음극(초극화)이 될수록 더 많은 전류를 전도한다. SAN 셀에서 이러한 채널의 활동은 멤브레인 전위를 천천히 탈극화시키므로 심박조율기 전위의 원인이 되는 것으로 생각된다. 교감신경은 이러한 채널에 직접 영향을 미쳐 심박수가 증가하게 된다(아래 참조). [32][11]

고속 Na+ 채널

주요 기사: 나트륨 통로

이들 나트륨 통로는 전압에 의존해 주로 이웃 세포에서 발생하는 막이 갭접합을 통해 탈극화돼 빠르게 개방된다. 그것들은 세포로 나트륨의 빠른 흐름을 허용하여 막을 완전히 탈극화하고 작용 전위를 개시한다. 멤브레인 전위가 증가하면 이들 채널은 닫히고 잠긴다(비활성화). 급속한 유입 나트륨 이온(작용 전위 파형의 스텝 위상 0) 활성화와 이들 채널의 비활성화는 거의 동시에 일어난다. 비활성화 상태에서는 Na가 통과할+ 수 없다(절대 내화 기간). 그러나 막 전위가 음극(상대적 내화 기간)이 될수록 비활성화에서 회복되기 시작한다.

칼륨 통로

주요기사 : 칼륨채널

심장 세포에 있는 칼륨 채널의 두 가지 주요 유형은 내부 정류기와 전압 정량 칼륨 채널이다.

속으로 칼륨 채널을 교정한다(K는ir) 세포로+ K가 흘러 들어가는 것을 좋아한다. 그러나 이러한 칼륨의 유입은 막 전위가 K의+ 평형전위(~90mV)보다 음수일 때 더 크다. 멤브레인 전위가 더 양성이 되면(즉, 인접한 셀로부터 셀 자극을 받는 동안) K를ir 통해 셀로 칼륨의 흐름이 감소한다. 따라서 K는ir 휴식막 전위를 유지하고 탈극화 단계를 개시할 책임이 있다. 그러나 막 전위가 계속 양성화됨에 따라 이 채널은+ K가 세포 밖으로 나갈 수 있도록 허용하기 시작한다. 더 많은 양의 막 전위에서 칼륨 이온의 바깥쪽 흐름은ir K가 또한 재분극의 최종 단계에 도움을 줄 수 있다는 것을 의미한다.[33][34]

전압 게이트 칼륨 채널(Kv)은 탈극화에 의해 활성화된다. 이러한 채널에서 발생하는 전류는 과도 출력 칼륨 전류 I을to1 포함한다. 이 전류는 두 가지 구성 요소를 가지고 있다. 두 구성 요소는 모두 빠르게 활성화되지만, 나는to,fast 나보다to, slow 더 빠르게 비활성화된다. 이러한 전류는 작용 전위의 초기 재분극화 단계(1단계)에 기여한다.

또 다른 형태의 전압 게이트 칼륨 채널은 지연된 정류기 칼륨 채널이다. 이 채널들은 작용 전위의 고원 단계를 담당하는 칼륨 전류를 운반하며, 그들이 활성화하는 속도에 기초하여 이름 지어진다: 느리게Ks I를 활성화하고 빠르게Kr I를 활성화하며 초고속으로 활성화한다Kur.[35]

칼슘 통로

심장 근육 내에는 L형 칼슘 통로('장수'의 경우 L형 칼슘 통로)와 T형 칼슘 통로('과도'T'의 두 가지 전압 정량 칼슘 통로가 있다. L형 채널은 더 흔하고 심실세포의 t관절막 내에 가장 밀집되어 있는 반면, T형 채널은 주로 심방세포와 심박조율기 세포 내에서 발견되지만 여전히 L형 채널에 비해 낮은 수준이다.

이 채널들은 막 전체에 걸친 전압 변화에 다르게 반응한다: L형 채널은 더 많은 양의 막 전위에 의해 활성화되고, T형 채널보다 개방하는 데 더 오랜 시간이 걸리며, 개방 상태를 유지하는 것이다. 이는 T형 채널이 탈극화(상 0)에 더 기여하는 반면 L형 채널은 고원(2상)에 기여한다는 것을 의미한다.[36]

자동 부정성

그림 4: 심장의 전기 전도 시스템

시나심 노드에서 발원하는 전기 활동은 심장 내에서 가장 빠른 전도 경로인 히스-퍼킨제 네트워크를 통해 전파된다. 전기신호는 아트리움이 수축하도록 자극하는 시나심 노드(SAN)에서 작용 전위의 전도를 늦추는 심실 노드(AVN)로 아트리움에서 심실까지 이동한다. 이 지연은 수축하기 전에 심실이 피로 가득 차게 한다. 그 신호는 그 후 심실 사이에 위치한 히스 다발이라고 불리는 섬유 뭉치를 거쳐 심실 수축을 일으키며 심실 밑바닥(정점)에 있는 푸르킨제 섬유로 전달된다. 이것은 심장의 전기 전도계라고 알려져 있다. 그림 4를 참조하라.

SAN 이외에, AVN과 푸르킨제 섬유는 또한 심박조율기 활동을 가지고 있고 따라서 자연적으로 행동 잠재력을 발생시킬 수 있다. 그러나 이러한 셀들은 SAN에서의 잠재적인 동작 생산이 더 빠르다는 이유만으로 자연적으로 탈극화되지는 않는다. 즉, AVN 또는 푸르킨제 섬유는 작용 전위의 임계 전위에 도달하기 전에 SAN의[37] 다가오는 충동에 의해 탈분극화됨을 의미한다. 이를 "오버드라이브 억제"[38]라고 한다. 이러한 세포의 심장박동 조절기 활동은 필수적이며, SAN이 고장나면 더 낮은 속도(AVN = 분당 40-60비트, 퍼킨제 섬유 = 분당 20-40비트)에도 불구하고 심장이 계속 뛸 수 있다는 것을 의미하기 때문이다. 이 페이스메이커들은 응급팀이 도착할 때까지 환자를 살려둘 것이다.

조기 심실수축의 한 예는 고전적인 운동심장증후군이다. 운동선수들의 지속적인 훈련은 휴식 SAN 비율이 낮은 곳에서 심장 적응을 유발한다(때로는 분당 약 40박자). 이는 심실 블록으로 이어질 수 있으며, 심실 블록은 SAN으로부터의 신호가 심실로 가는 경로에서 손상될 수 있다. 이것은 아트리움과 심실 사이의 조정되지 않은 수축으로 이어지며, 중간과 심각한 경우 정확한 지연이 없으면 급사할 수 있다.[39]

자율신경계에 의한 조절

심박조율기 세포의 잠재적 생산 속도는 영향을 받지만 자율신경계에 의해 제어되지는 않는다.

교감신경계(신체의 전투-비행 반응 중 지배적인 신경계)는 SAN에서 행동 잠재력을 생성하는 시간을 줄여 심장 박동수를 증가시킨다(긍정적인 시간 기록). 척수의 신경은 노르아드레날린이라는 분자를 방출하는데, 이 분자는 β1 아드레노셉터라고 불리는 페이스메이커 세포막에 결합되어 수용체를 활성화시킨다. 이것은 G-단백질이라고s 불리는 단백질을 활성화시킨다. 이 G단백질의 활성화는 (cAMP 경로를 통해) 셀 내 cAMP의 수준을 증가시킨다. cAMP는 HCN 채널에 바인딩되며(위 참조), 재미있는 전류를 증가시키고 따라서 심박조율기 전위 동안 탈극화 속도를 증가시킨다. 증가된 cAMP는 L형 칼슘 채널의 개방 시간도 증가시켜 채널을 통한2+ Ca 전류가 증가하여 0상 속도를 높인다.[40]

부교감 신경계(신체가 쉬고 소화가 진행되는 동안 지배적인 신경계)는 SAN에서 작용 전위를 생성하는 데 걸리는 시간을 증가시킴으로써 심장 박동수를 감소시킨다(부정 크로노트로피). 질신경이라고 불리는 신경은 뇌에서 시작되어 시나티알 노드로 이동하며 아세틸콜린(ACh)이라는 분자를 방출하여 맥박조율기 세포의 외부에 위치한 수용체에 결합하여 M2 무카린 수용체라고 한다. 이것은 G-단백질i(억제의 경우 I)을 활성화하는데, G-단백질은 3개의 서브유닛(α, β, β)으로 구성되며, 활성화되면 수용체와 분리된다. β와 β 서브유닛은 칼륨 채널의 특별한 세트를 활성화하여 세포에서 나오는 칼륨의 흐름을 증가시키고 막 전위를 감소시켜 심박조율기 세포가 임계치에 도달하는 데 시간이 더 오래 걸린다는 것을 의미한다.[41] 또한 G단백질은i cAMP 경로를 억제하여 척추신경에 의한 교감 효과를 감소시킨다.[42]

참고 항목

참조

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