Възстановяване на концентрационните градиенти на сърцето

Искам да сравня два вида клетки – тези, за които най-често говорим, пейсмейкърните клетки, и миоцитите. Ще видиш много интересни сходства и може би и някои разлики между двете. От тази страна ще направя обичайната ни скала в миливолтове, положително и отрицателно, и ще направя същото нещо тук. Вляво ще направя това за пейсмейкърната клетка, а вдясно ще е миоцитът. Нека първо се заемем с пейсмейкърната клетка. Спомни си, потенциалът на пейсмейкърната клетка започва около -60 и отива нагоре. Чертали сме това вече няколко пъти. После достига до акционния потенциал и нараства по-бързо в този момент, а после отново започва да се връща надолу. Това е моделът, който се повтаря и повтаря. От другата страна имаме миоцита, мускулната ни клетка, и това е клетката, която извършва повечето тежка работа, свързана с функцията на сърцето, както можеш да очакваш от една сърдечна клетка. Този миоцит започва малко по-отрицателен, около -90, и в началото кривата е по-плоска. После стига до акционния си потенциал и се покачва много по-рязко от пейсмейкърните клетки. Сега, когато са едно до друго, можеш да видиш разликата. После се връща обратно надолу, когато калият започва да навлиза, освен, че тук има нова фаза, понеже калият и калцият се неутрализират и започва това плато. В крайна сметка калият печели и имаш реполяризация, при която се връщаш до началното положение. Това е много груба схема как изглеждат. Всъщност сега ще осигуря свободно място. Ще направя малко място и ще скицирам двете клетки. Имаме пейсмейкърна клетка тук, а до нея ще начертая миоцита. Ето това е миоцитът. Правя ги с еднакъв размер, но това е само за да можеш ясно да видиш нещата. Какво е първото нещо, което се случва с пейсмейкърната ни клетка? Знаем, че когато се повишава – когато мембранният потенциал се повишава – натрият всъщност навлиза в клетката. Ще начертая няколко чертички, които да представляват навлизащия натрий. Натрият навлиза и имаш бързо покачване. Имаш този бърз акционен потенциал, а тук опитвам да начертая бели чертички, които да представляват медиираните от напрежението канали. Това е начинът ми да представя медиираните от напрежението канали. Тук имаме предимно навлизане на калций. Ще спра за момент и ще отбележа, че когато казвам, че навлиза натрий, или че калий навлиза, не искам да мислиш, че това е единственият йон, който навлиза в този момент. Когато, например, кажа, че натрият навлиза, това е основният йон, към който клетката е пропусклива, но не е единственият. Всъщност дори говорихме за факта, че когато натрият навлиза, във фаза 4, понякога някои други йони също влизат и излизат. Просто помни това. Когато начертая един йон, нямам предвид, че е единственият. Това е просто, за да направим нещата малко по-ясни, така че да схванеш общата картинка. Добре. Обратно към програмата ми. Имаме друг медииран от напрежението канал, а тук напуска калият. Този калий излиза. За да стане напълно ясно, ще отида една стъпка по-надалеч и ще начертая тук фазите. Тук имаме фаза 4. Това е фаза 0, а това е фаза 1. Това са фазите на акционния ни потенциал. (Заб.: д-р Риши е объркал фазите) При фаза 4 казахме, че основният йон е натрий. При фаза 0 основният йон е калций. При фаза едно основният йон е калий. При сърдечен миоцит в началото имаме предимно излизащ калий, така че доминантният йон тук ще е калият, който излиза, а това създава този мембранен потенциал. После имаш акционен потенциал – нека променя цвета в бяло за медиирани от напрежението канали. Това са медиираните от напрежението канали. Имаш натрий, навлизащ в клетката. Натрият навлиза в клетката, ето така. Във фаза едно имаш медиирани от напрежението калиеви канали. За разлика от този в горната част на клетката, сега имаш калий, който излиза, точно както преди, но тези канали са медиирани от потенциала, така че се отварят и затварят въз основа на потенциалната разлика. Накрая имаш друг йон, който навлиза, и това е калцият. Имаш навлизащ калций. Да направим същото упражнение както преди, при което отбелязахме фазите. Знаем, че имаме фаза 4 тук долу, фаза 0 тук, после 1, 2 и 3. Това е 1, 2 и 3. Какво представлява този калий? Този калий е доминантният йон във фаза 4. Навлизането на натрия е по време на този акционен потенциал, по време на тази фаза 0, а тогава калият – тези потенциал-зависими канали участват във фаза 1, 2 и 3. Това е уникално свойство на тези канали, а и те не са точно същото семейство канали. Те са различни семейства канали, но потенциал-зависимите калиеви канали всъщност участват в няколко различни фази, а този калций участва във фаза 2. Сега можеш да видиш как различните канали участват и техните акционни потенциали, едни до други. Едно нещо, което също трябва да изтъкна, е, че в миоцита – и това е по-малко вярно за пейсмейкърните клетки – и казвам "по-малко вярно", понеже те също имат това, но не е ясно каква е ролята. Те имат нещо, наречено саркоплазмен ретикулум. Представям си саркоплазмения ретикулум като усилвател. Саркоплазмен ретикулум. Понякога ще го видиш просто като SR, ретикулум – един вид усилвател. Какво точно имам предвид? Този саркоплазмен ретикулум – аз така си го представям – той е клетъчен органел. Стои в клетката. Това е клетъчен органел. Този саркоплазмен ретикулум е като "торбичка" калций. Буквално е торбичка калций. Стои си тук с всички тези калциеви йони в него и чака сигнал от клетката, който да каже, че е навлязъл калций. След като калцият е навлязъл, той се прикрепя към малък рецептор. Прикрепя се към малък рецептор, а когато се прикрепи към рецептора, калцият от вътрешността на саркоплазмения ретикулум се освобождава в клетката. Защо е необходимо това? Ако вече имаш калций, който идва отвън, защо ще ти трябва още калций, идващ от саркоплазмения ретикулум? Тази "торба" калций може да се освободи много бързо, така че ако само няколко калциеви йона влязат отвън, и само да се прикрепят към този саркоплазмен ретикулум, той ще освободи калций, при което получаваш много калций, който ще наводни клетката. Това увеличава ефекта на калция. Просто помни това. Когато говорим за фаза 2 и това е навлизането на калция, единственото нещо, за което не съм споменал досега, е, че имаме това увеличение, което се случва поради саркоплазмения ретикулум. Добре. Стигаме до основната причина да искам да направя това видео, която е, че когато имаш тези йони, излизащи и влизащи, може да се чудиш как клетката може да се върне в изходно положение. Дали в даден момент тя трябва да върне нещата обратно до начина, по който си бяха? Иначе просто ще свършат натрият и калцият отвън и просто ще препълниш клетката с тях. С други думи, ако натрият и калцият просто продължаваха да навлизат, а калият продължава да излиза от тази пейсмейкърна клетка, в някакъв момент няма да има градиент. А как създаваш тези градиенти? Това е истинският въпрос. Спомни си, че има АТФ помпи, тук ще означа с лилаво тази помпа, с което ще кодирам използването на енергия. Тя ще извежда натрий. Ще изнася три натриеви йона и ще вкарва два калиеви йона. Има също малка помпа ето тук, която прави нещо много подобно, но за калция, просто изнася калций, казва му "довиждане" и този калций излиза. Има и друга стратегия. Има друга помпа тук – ще я поставя тук – която се отървава от калция, но тя не е лилава. Тя не използва енергия. Мислиш си как първите две ползват АТФ, а третата - не? Просто си спомни, че има градиент на натрий. Натрият предпочита да влезе в клетката. Знаем това. Той предпочита да е в клетката, понеже създаваш натриев градиент поради това тук. (Nа-Са помпа заменя 1 калциев йон за 3 натриеви) Създаваш натриев градиент чрез използване на енергия, можеш да използваш този натриев градиент, за да изнесеш калций. Имаш няколко механизма за справяне с йонния ни проблем. Например трябва да открием как да се отървем от този натрий и имаме отговора ето тук. Трябваше да върнем калий в клетката и това направихме тук. Трябваше също да се отървем от този калций, който продължаваше да навлиза, и направихме това тук и тук. Така клетката се грижи за тези йони. Ами миоцитът? Как се случват нещата там? Как той нулира концентрационните градиенти, след като се случат всички тези неща, които описах по-горе? Той също има две помпи, които използват АТФ. Тези двете използват АТФ и тази също ще изнася натрий. Ще начертая това тук. Три натриеви йона излизат. Това изглежда същото. Два калиеви йона влизат и вече реших някои от проблемите си. Точно както преди, имаме тази натриево-калциева помпа, така че калцият излиза оттук и натрият влиза оттук. Имаме почти като предишната ситуация, но имаш този саркоплазмен ретикулум и той е пълен с калций. Как се е напълнил с калций? Как се е случило това? Начинът, по който се случва, е, че тук има помпа. Нека я начертая от тази страна. Тя изпомпва, като използва енергия – изпомпва калций навътре. Изпомпваш калций в саркоплазмения ретикулум, като използваш друга АТФаза, която е много подобна на тази, която е на мембраната. Изглеждат еднакво, освен че тази е на саркоплазмения ретикулум. Като направим същото, можеш да видиш, че натрий се изпомпва навън и това свършва работата. После трябва да върнем калий вътре и това се случва тук. После трябва да се отървем от всичкия този калций – калцият, който дойде тук и тук. Как да се погрижим за това? Изпомпваме го навън тук, изпомпваме го в саркоплазмения ретикулум тук и можем да го обменим за натрий тук. Така "нулираме" клетките. Последното нещо, което исках да кажа, е, че ако помислиш, ако говорим за пропускливост – да кажем, че искаме да видим дали повече калций навлиза в клетката, или излиза от клетката. Обичайно, при повечето обстоятелства, приемаме, че тези задвижени от енергия процеси, или движени от концентрацията процеси, работят с определена скорост. Те винаги работят с определена скорост и същото е вярно и за тези. Имаме само едно допълнително нещо тук, но всички те работят с определена скорост. Ако увелича пропускливостта – например, да кажем за калция. Да кажем, че увелича пропускливостта за калция. Това означава, че повече калций ще навлиза в това пространство. Ако намаля пропускливостта за калция – говоря за този канал ето тук. Ако намаля пропускливостта за калция, това означава, че по-малко калций навлиза в това пространство. Ще приемеш ли следното? А ако ти кажа, че няма да променя – нека изтрия тази чертичка тук – няма да променя пропускливостта. Ами ако променя това – и това е интересна идея – ако променя бързината на това? Ако започне да работи по-бавно – да кажем, че работи по-бавно, тогава имаш повече калций тук. Имаш повече калций извън клетката. Да кажем, че направим така, че да работи много бързо. Изпомпва това обратно вътре. Тогава ще имаш още по-малко калций. Сега имаш противоположното. Ще имаш по-малко калций отвън. Така можеш да видиш как чрез промяната на скоростта на тези помпи можеш да повлияеш на количеството на даден йон вътре в клетката. Това, разбира се, ще повлияе върху мембранния потенциал на клетката. Просто помни това, че обикновено мислим и говорим спрямо това тук горе. Каква е пропускливостта, какви йони влизат и излизат, и приемаме, че това е статично, че това не се променя много. Но от време на време ще видиш, че нулирането на мембранния потенциал може да промени и тези механизми. Можеш да накараш тези помпи да работят по-усилено или по-слабо и това също влияе върху количеството йони.