Потенциал действия: фазы, ионные каналы и проведение

1. Потенциал покоя

• Около −70 мВ (нейроны), −90 мВ (кардиомиоциты), −60 мВ (гладкие мышцы).
• Создаётся неравномерным распределением ионов: K⁺ высокое внутри, Na⁺ и Cl⁻ высокое снаружи.
• Поддерживается Na⁺/K⁺-АТФазой (3 Na⁺ из клетки, 2 K⁺ внутрь) + K⁺-«утечка» (leak channels).
• Уравнение Нернста для K⁺: E_K ≈ −90 мВ; для Na⁺: E_Na ≈ +60 мВ.
• Уравнение Гольдмана учитывает проницаемость всех ионов.

2. Фазы нейронального ПД

3. Ионные каналы

• Быстрые Na⁺-каналы: 3 состояния (закрыт-активирован-инактивирован); активация от −55 мВ; инактивация через ~1 мс.
• Медленные Ca²⁺-каналы L-типа: сердце (плато), гладкая мышца; точка действия блокаторов (верапамил, дилтиазем, амлодипин).
• K⁺-каналы: задержанного выпрямления, быстрые, кальций-активируемые (BK, SK).
• HCN-каналы (funny) — в синусовом узле; If-ток медленной диастолической деполяризации.
• Лиганд-зависимые: nAChR, GABA_A, NMDA, AMPA — в синапсах.

4. Закон «всё или ничего»

• Если стимул достигает порога — ПД развивается в полной амплитуде.
• Если ниже порога — локальный градуированный ответ, ПД не возникает.
• Амплитуда ПД не зависит от силы раздражителя (в отличие от рецепторных и синаптических потенциалов).
• Кодирование информации — частотой импульсации (rate coding) и паттернами.

5. Рефрактерность

• Абсолютная рефрактерность — во время деполяризации и начальной реполяризации; Na⁺-каналы инактивированы → никакой стимул не вызовет новый ПД.
• Относительная рефрактерность — после возврата к покою, но K⁺-каналы ещё активны → нужен более сильный стимул.
• Ограничивает максимальную частоту ПД (до 1000 Гц в некоторых нейронах).
• В кардиомиоцитах рефрактерность длится почти весь ПД (200+ мс) → невозможность тетануса.

6. Распространение

• Немиелиновые волокна: деполяризация одной точки → локальные токи → деполяризация соседнего участка. Скорость 0,5–2 м/с.
• Миелиновые волокна: ПД «прыгает» от перехвата Ранвье к перехвату (saltatory conduction); Na⁺-каналы сконцентрированы в перехватах. Скорость до 120 м/с.
• Диаметр волокна: ↑ диаметр → ↑ скорость (Aα 70–120 м/с; Aβ 30–70; Aδ 5–30; C 0,5–2).
• Миелин формируют шванновские клетки (ПНС) и олигодендроциты (ЦНС).

7. ПД в кардиомиоцитах

• Фаза 0 (быстрая деполяризация): Na⁺ inward (рабочие миоциты) или Ca²⁺ L-типа (синусовый и АВ-узлы).
• Фаза 1 (начальная реполяризация): быстрый выход K⁺.
• Фаза 2 (плато): баланс Ca²⁺ inward и K⁺ outward — характерна только для сердца.
• Фаза 3 (реполяризация): Ca²⁺-каналы закрываются, K⁺ продолжает выходить.
• Фаза 4 (покой): −90 мВ в рабочих; в пейсмейкерах — медленная диастолическая деполяризация (If, затем Ca²⁺-каналы T-типа).

8. Блокаторы и препараты

• Местные анестетики (лидокаин, бупивакаин) — блок Na⁺-каналов изнутри, больше действует на активные и инактивированные состояния (use-dependent).
• Антиаритмики по Vaughan-Williams:
• — IA (хинидин) — замедляют фазу 0, удлиняют ПД.
• — IB (лидокаин, мексилетин) — слабо, укорачивают ПД.
• — IC (флекаинид, пропафенон) — сильно замедляют, не меняют ПД.
• — II (β-блокаторы), III (амиодарон, соталол — блок K⁺), IV (Ca²⁺-блокаторы).
• Противосудорожные: карбамазепин, фенитоин, ламотриджин — блок Na⁺-каналов.
• Тетродотоксин (рыба фугу), сакситоксин — блок Na⁺-каналов.

9. Каналопатии

• Синдром длинного QT (LQT): мутации K⁺-каналов (KCNQ1, KCNH2/HERG) или Na⁺-каналов (SCN5A); риск torsade de pointes.
• Синдром Бругада: SCN5A — повышает риск желудочковой тахикардии.
• Гиперкалиемический периодический паралич: мутация SCN4A.
• Гипокалиемический периодический паралич: CACNA1S.
• Эпизодическая атаксия 1 типа: KCNA1.
• Семейная гемиплегическая мигрень: CACNA1A.
• Врождённая миотония Беккера: CLCN1.

10. Демиелинизация

• Рассеянный склероз — аутоиммунная демиелинизация в ЦНС.
• Синдром Гийена-Барре — острая воспалительная демиелинизация ПНС.
• Хроническая воспалительная демиелинизирующая полинейропатия (ХВДП).
• Наследственные: Шарко-Мари-Тут (тип 1 — демиелинизирующий).
• Эффект: замедление ПД, блок проведения, дисперсия → клинические симптомы (парезы, нарушения чувствительности, зрения).

11. Измерение в клинике

• ЭЭГ — суммарная электрическая активность коры; диагноз эпилепсии, энцефалопатий.
• ЭКГ — суммарные ПД кардиомиоцитов.
• ЭНМГ — стимуляция нерва + регистрация ПД в мышце; скорость проведения, декремент (миастения), амплитуда.
• Вызванные потенциалы (зрительные, слуховые, соматосенсорные) — интегральная оценка афферентных путей.
• Patch-clamp — регистрация токов через одиночные каналы (исследовательский метод).

12. FAQ

Почему в кардиомиоцитах есть плато?
Из-за входа Ca²⁺ через каналы L-типа, который длится ~200 мс и балансирует выход K⁺. Это обеспечивает достаточное время для сокращения, рефрактерность и предотвращает тетанус.

Как лидокаин выбирает больные кардиомиоциты?
Use-dependent блок: препарат связывается преимущественно с активированными и инактивированными Na⁺-каналами. При частой деполяризации (тахиаритмии) — больше связывания, сильнее эффект.

Почему гиперкалиемия опасна?
↑ K⁺ внеклеточно → деполяризация покоя → Na⁺-каналы инактивируются → падает возбудимость → асистолия и фибрилляция (при ≥ 7 ммоль/л).

Чем отличается рассеянный склероз от синдрома Гийена-Барре?
РС — хроническое заболевание ЦНС (демиелинизация олигодендроцитов), обострения-ремиссии. ГБС — острая полинейропатия ПНС (шванновские клетки), восходящая слабость, часто после инфекции.

Что такое use-dependent блок?
Препарат сильнее действует на часто активирующиеся каналы. Это обеспечивает избирательность: антиаритмики больше влияют на тахиаритмии, чем на нормальный ритм.

Смотрите также: Аритмии · Рассеянный склероз · Эпилепсия · Синдром Гийена-Барре · Каталог физиологии