Srčani akcijski potencijal

**Srčani akcijski potencijal**,  za razliku od akcijsog potencijala u skeletnim mišićima|ćelijama skeletnih mišića, ne inicira nervna aktivnost. Umjesto toga, on nastaje iz grupe specijalizovanih ćelija poznatih kao pejsmejkerske ćelije, koje imaju sposobnost automatskog generisanja akcijskog potencijala. U zdravim srcima, ove ćelije formiraju srčani pejsmejker i nalaze se u sinoatrijskom čvoru u desnom pretkomori. One proizvode otprilike 60 –100 akcijskih potencijala svake minute. Akcijski potencijal prolazi duž ćelijske membrane, uzrokujući kontrakciju ćelije, stoga aktivnost sinoatrijskog čvora rezultira srčanom frekvencijom u mirovanju od otprilike 60 –100 otkucaja u minuti. Sve ćelije srčanog mišića su električno povezane jedna s drugom, interkaliranim diskovima koji omogućavaju akcijskom potencijalu da prelazi iz jedne ćelije u drugu. To znači da se sve atrijske ćelije mogu kontrahirati zajedno, a zatim i sve ventrikularne ćelije. SA čvor je glavni pacemaker srca koji ima maksimalan broj P ćelija.
thumb|300x300px| Različiti oblici srčanog akcijskog potencijala u različitim dijelovima srca
Ovisnost akcijskog potencijala o brzini je fundamentalno svojstvo srčanih ćelija, a promjene mogu dovesti do teških srčanih bolesti, uključujući srčanu aritmiju, a ponekad i iznenadnu smrt.
Aktivnost srčanog akcijskog potencijala može se snimiti kako bi se dobio elektrokardiogram (EKG). To je niz uzlaznih i silaznih šiljaka (označenih kao P, Q, R, S i T) koji predstavljaju depolarizaciju (napon postaje pozitivniji) i repolarizaciju (napon postaje negativniji) akcijskog potencijala u pretkomori i komori.

## Pregled
Slično skeletnim mišićima, membranski potencijal u mirovanju (napon kada ćelija nije električno pobuđena) komornih ćelija je oko –90 milivolti (mV; 1 mV = 0,001 V), tj. unutrašnjost membrane je negativnija od vanjske. Glavni ioni koji se nalaze izvan ćelije u mirovanju su natrij (Na+) i hlorid (Cl−), dok je unutar ćelije uglavnom kalij (K+).

Akcijski potencijal počinje s porastom napona; ovo je poznato kao depolarizacija i uglavnom je posljedica otvaranja natrijskih kanala koji omogućavaju Na+ da teče u ćeliju. Nakon određenog kašnjenja (poznatog kao apsolutni refraktorni period), akcijski potencijal se završava otvaranjem kalijskih kanala, omogućavajući K+ da napusti ćeliju i uzrokujući povratak membranskog potencijala na negativni nivo; ovo je poznato kao repolarizacija. Drugi važan ion je kalcij (Ca2+), koji se može naći unutar ćelije u sarkoplazmatskom retikulumu (SR), gdje se kalcij skladišti, a nalazi se i izvan ćelije. Oslobađanje Ca2+ iz SR, putem procesa koji se naziva oslobađanje kalcija izazvano kalcijem, ključno je za fazu platoa akcijskog potencijala (vidi fazu 2, ispod) i predstavlja fundamentalni korak u sprezanju srčane ekscitacije i kontrakcije.

Postoje važne fiziološke razlike između pejsmejkerskerskih ćelija sinoatrijskog čvora, koje spontano generiraju srčani akcijski potencijal i onih ćelija koje nisu pajsmejkerske i koje ga jednostavno provode, kao što su komorski miociti). Specifične razlike u vrstama ionskih kanala koji se eksprimiraju i mehanizmima kojima se aktiviraju rezultiraju razlikama u konfiguraciji talasnog oblika akcijskog potencijala, kao što je prikazano na slici 2.

### Srčani automatizam 
**Srčani automatizam**, također poznat kao **autoritmičnost**, je svojstvo specijaliziranog provodnih srčanih mišićnih ćelija da generira spontane srčane akcijske potencijale. Automatizam može biti normalan ili abnormalan, uzrokovan privremenim promjenama karakteristika jonskog kanala, kao što je upotreba određenih lijekova, ili u slučaju abnormalnog automatizma, promjene su u elektrotonskom okruženju, uzrokovane, naprimjer, infarktom miokarda.

## Faze
a s prikazanim fazama. Ionske struje su približne ventrikularnom akcionom potencijalu.]]
Standardni model koji se koristi za razumijevanje srčanog akcionog potencijala je model komorskog miocita. U nastavku je navedeno pet faza akcijskog potencijala komorskog miocita, s osvrtom i na SAN akcijski potencijal.
thumb|440x440px|Slika 2a: Talasni oblici ventrikularnog akcionog potencijala (lijevo) i akcionog potencijala sinoatrijalnog čvora (desno). Glavne jonske struje odgovorne za faze su prikazane ispod (otklon prema gore predstavlja jone koji izlaze iz ćelije, otklon prema dolje predstavlja struju prema unutra).

### Faza 4
U komorskom miocitu, faza 4 se javlja kada je ćelija u mirovanju, u periodu poznatom kao dijastola. U standardnoj ćeliji bez pejsmejkera, napon tokom ove faze je manje-više konstantan, otprilike –90 mV.

Tokom ove faze, membrana je najpropusnija za K+, koji može putovati u ili iz ćelije kroz kanale za propuštanje, uključujući i kalijski kanal koji se ispravlja prema unutra. Stoga je membranski potencijal u mirovanju uglavnom jednak K+ ravnotežni potencijal i može se izračunati pomoću Goldman-Hodgkin-Katzove jednačine napona.

Međutim, pejsmejkersk ćelije nikada nisu u mirovanju. U ovim ćelijama, faza 4 je također poznata kao pejsmejkerski potencijal. Tokom ove faze, membranski potencijal polahko postaje pozitivniji, sve dok ne dostigne zadanu vrijednost (oko –40 mV; poznat kao prag potencijala) ili dok ga ne depolarizira drugi akcijski potencijal, koji dolazi iz susjedne ćelije.

Smatra se da je pejsmejkerski potencijal posljedica grupe kanala, koji se nazivaju HCN kanali (Hyperpolarization-activated cyclic nukleotid-gated). Ovi kanali se otvaraju pri vrlo negativnim naponima (tj. odmah nakon faze 3 prethodnog akcikskog potencijala; vidi dolje) i omogućavaju prolaz i K+ i Na+ u ćeliju. Zbog njihovog neobičnog svojstva da se aktiviraju vrlo negativnim membranskim potencijalima, kretanje iona kroz HCN kanale naziva se smiješna struja (vidi dolje).

### Faza 0
Ova faza se sastoji od brze, pozitivne promjene napona na ćelijskoj membrani (depolarizacija) koja traje manje od 2 ms u komorskim ćelijama i 10–20 ms u SAN-skim ćelijama. Ovo se dešava zbog neto protoka pozitivnog naboja u ćeliju.

U ćelijama bez pejsmejkera (tj. komorskim ćelijama), ovo se pretežno proizvodi aktivacijom Na+ kanala, što povećava membransku provodljivost (protok) Na+ (Na). Ovi kanali se aktiviraju kada akcijski kpotencijal stigne iz susjedne ćelije, kroz gap spojeve. Kada se to dogodi, napon unutar ćelije se blago povećava. Ako ovaj povećani napon dostigne prag potencijala (približno –70 mV), to uzrokuje otvaranje Na+ kanala. Ovo proizvodi veći priliv natrija u ćeliju, brzo povećavajući napon dalje na oko +50 mV, Nagib faze 0 na talasnom obliku akcijskog potencijala (vidi sliku 2) predstavlja maksimalnu brzinu promjene napona srčanog akcijskog potencijala i poznat je kao dV/dtmax.

Međutim, u pejsmejkerskim ćelijama (npr. ćelije sinoatrijsog čvora), povećanje membranskog napona uglavnom je posljedica aktivacije kalcijskih kanala L-tipa. Ovi kanali se također aktiviraju povećanjem napona; međutim, ovaj put je to ili zbog pejsmejkerskog potencijala (faza 4) ili nadolazećeg akcijskog potencijala. Kalcijski kanali L-tipa se aktiviraju sporije od natrijskih kanala, stoga je nagib depolarizacije u talasnom obliku pejsmejkerskog akcijskog potencijala manje strm nego u talasnom obliku akcijskog potencijala bez pejsmejkera.

### Faza 1
Ova faza počinje brzom inaktivacijom Na+ kanala putem unutrašnje kapije (inaktivacijska kapija), smanjujući kretanje natrija u ćeliju. Istovremeno, kalijski kanali (zvani Ito1) se brzo otvaraju i zatvaraju, omogućavajući kratkotrajan protok kalijskih iona iz ćelije, čineći membranski potencijal nešto negativnijim. Ovo se naziva 'zarez' na talasnom obliku akciojskog potencijala. Ova faza je odgovorna za dugo trajanje akcijskog potencijala i važna je u sprečavanju nepravilnog rada srca (srčane aritmije).
U pejsmejkerskim akcijskim potencijalima nema faze platoa.

### Faza 3
Tokom faze 3 (faza "brze repolarizacije") akcijskog potencijala, L-tip Ca2+ kanali se zatvaraju, dok sporo odgođeni ispravljački kanali (IKs) K+ kanali ostaju otvoreni dok se otvara više kanala za curenje kalija. Ovo osigurava neto pozitivnu struju prema van, koja odgovara negativnoj promjeni u membranskom potencijalu, omogućavajući tako otvaranje više tipova K+ kanala. To su prvenstveno brzi odgođeni ispravljački K+ kanali (IKr) i kanali za ispravljanje prema unutra K+ struja, IK1.
Ova neto vanjska, pozitivna struja (jednaka gubitku pozitivnog naboja iz ćelije) uzrokuje repolarizaciju ćelije. K+ kanali odgođenog ispravljačkog kanala se zatvaraju kada se membranski potencijal vrati na oko –85 do –90 mV, dok IK1 ostaje provodljiv tokom cijele faze 4, što pomaže u postavljanju membranskog potencijala u mirovanju.
Ionske pumpe, kao što je gore objašnjeno, poput natrij-kalcijskiog izmjenjivača i natrij-kalijske pumpe, vraćaju koncentracije iona na ravnotežno stanje prije akcijskog potencijala. To znači da se unutarćelijski kalcij ispumpava, što je bilo odgovorno za kontrakciju srčanih miocita. Nakon što se to izgubi, kontrakcija prestaje i srčani mišići se opuštaju.
U sinoatrijskm čvoru, ova faza je također posljedica zatvaranja kalcijskih kanala L-tipa, što sprečava unutrašnji tok Ca2+ i otvaranje brzog odgođenog ispravljanja kalijskih kanala (IKr).

## Refrakcijskii period
Srčane ćelije imaju dva refraktorna perioda, prvi od početka faze 0 do dijela faze 3; ovo je poznato kao apsolutni refrakcijski period, tokom kojeg je ćelija onemogućena da proizvede još jedan akcijki potencijal. Odmah nakon toga, sve do kraja faze 3, slijedi relativni refrakcijski period, tokom kojeg je potreban jači stimulus od uobičajenog da bi se proizveo još jedan akcijski potencijal..

Ova dva refrakcijska perioda uzrokovana su promjenama u stanjima natrijskih i kalijskih kanala. Brza depolarizacija ćelije, tokom faze 0, uzrokuje da se membranski potencijal približi ravnotežnom potencijalu natrija (tj. membranskom potencijalu pri kojem se natrij više ne uvlači ili ne izlazi iz ćelije). Kako membranski potencijal postaje pozitivniji, natrijski skanali se zatvaraju i zaključavaju, što je poznato kao "inaktivirano" stanje. Tokom ovog stanja, kanali se ne mogu otvoriti, bez obzira na jačinu ekscitacijskog stimulusa – što dovodi do apsolutnog refrakcijskog perioda. Relativni refrakcijski period je posljedica curenja kalijevih iona, što čini membranski potencijal negativnijim (tj. ihiperpolarizovan je), što resetuje natrijske kanale; otvarajući inaktivacijska vrata, ali i dalje ostavljajući kanal zatvorenim. Budući da su se neki od naponski kontroliranih natrijevih ionskih kanala oporavili, a naponski kontrolirani kalijevi ionski kanali ostaju otvoreni, moguće je pokrenuti još jedan akcijski potencijal ako je stimulus jači od stimulusa koji može pokrenuti akcijski potencijal kada je membrana u mirovanju.

## Gepni spojevi
Gepni spojevi omogućavaju prijenos akcijskog potencijala iz jedne ćelije u drugu (kaže se da *električno spajaju* susjedne srčane ćelije). Napravljeni su od proteina porodice koneksina, koji formiraju poru kroz koju ioni (uključujući Na+, Ca2+ i K+) mogu proći. Budući da je kalija najviše u ćeliji, uglavnom prolazi kalij. Ovo povećanje kalija u susjednoj ćeliji uzrokuje blagi porast membranskog potencijala, aktivirajući natrijeve kanale i pokrećući akcijski potencijal u ovoj ćeliji. (Kratkotrajni hemijski gradijentni efluks Na+ kroz koneksin pri vrhuncu depolarizacije uzrokuje provođenje depolarizacije od ćelije do ćelije, a ne kalija.) Ove veze omogućavaju brzo provođenje akcijskog potencijala kroz srce i odgovorne su za omogućavanje svim ćelijama u pretkomorama da se kontrahuju zajedno, kao i svim ćelijama u komorama. Neusklađena kontrakcija srčanih mišića je osnova za aritmiju i srčanu insuficijenciju.

## Kanali
Ionski kanali su proteini koji mijenjaju oblik kao odgovor na različite stimuluse kako bi omogućili ili spriječili kretanje specifičnih iona preko membrane. Kaže se da su selektivno propusni. Stimulusi, koji mogu doći izvan ćelije ili iznutra ćelije, mogu uključivati vezivanje specifična molekule za receptor na kanalu (također poznati kao ligand-kontrolirani ionski kanali) ili promjenu membranskog potencijala oko kanala, koju detektuje senzor (također poznati kao naponski kontrolirani ionski kanali) i mogu djelovati tako da otvore ili zatvore kanal. Pora koju formira ionski kanal je vodena (ispunjena vodom) i omogućava ionu da brzo putuje preko membrane. Ionski kanali mogu biti selektivni za specifične ione, tako da postoje specifični kanali Na+, K+, Ca2+ i Cl−. Oni također mogu biti specifični za određeno naelektrisanje iona (tj. pozitivno ili negativno).

Svaki kanal je kodiran genom. Slika 3 prikazuje važne jonske kanale uključene u srčani akcijski potencijal, struju (ione) koja teče kroz kanale, njihove glavne proteinske podjedinice (gradivne blokove kanala), neke od njihovih kontrolnih gena koji kodiraju njihovu strukturu i faze koje su aktivne tokom srčanog akcionog potencijala. Neki od najvažnijih jonskih kanala uključenih u srčani akcioni potencijal ukratko su opisani u nastavku.

### HCN kanali
Kanali aktivirani cikličkim nukleotidima aktivirani hiperpolarizacijom (HCN kanali) se nalaze uglavnom u pejsmejerskim ćelijama, ovi kanali postaju aktivni pri vrlo negativnim membranskim potencijalima i omogućavaju prolaz i Na+ i K+ u ćeliju (što je kretanje poznato kao struja smiješnog naboja, If). Ovi slabo selektivni, kationski (pozitivno nabijeni ioni) kanali provode više struje kako membranski potencijal postaje negativniji (hiperpolarizovan). Aktivnost ovih kanala u SAN-ćelijama uzrokuje sporu depolarizaciju membranskog potencijala, pa se smatra da su oni odgovorni za pejsmejkerski potencijal. Simpatički nervi direktno utiču na ove kanale, što rezultira ubrzanim otkucajima srca (vidi dolje).

### Brzi natrijski kanal
Ovi natrijski kanali su naponski zavisni, brzo se otvaraju zbog depolarizacije membrane, koja se obično dešava iz susjednih ćelija, kroz gep spojeve. Oni omogućavaju brz protok natrija u ćeliju, potpuno depolarizujući membranu i pokrećući akcijski potencijal. Kako se membranski potencijal povećava, ovi kanali se zatim zatvaraju i zaključavaju (postaju neaktivni). Zbog brzog priliva natrijskih iona (strma faza 0 u talasnom obliku akcijskog potencijala) aktivacija i inaktivacija ovih kanala se dešavaju gotovo u isto vrijeme. Tokom stanja inaktivacije, Na+ ne može proći (apsolutni refrakcijski period). Međutim, oni počinju da se oporavljaju od inaktivacije kako membranski potencijal postaje negativniji (relativni refraktcijsk period).

### Kalijev kanal
Dvije glavne vrste kalijevih kanala u srčanim ćelijama su unutrašnji ispravljački i naponski kontrolirani kalijevi kanali.

Unutrašnji ispravljački kalijevi kanali (Kir) pogoduju protoku K+ u ćeliju. Međutim, ovaj priliv kalija je veći kada je membranski potencijal negativniji od ravnotežni potencijal za K+ (~-90 mV). Kako membranski potencijal postaje pozitivniji (tj. tokom stimulacije ćelije iz susjedne ćelije), protok kalija u ćeliju putem Kir se smanjuje. Stoga je Kir odgovoran za održavanje membranskog potencijala u mirovanju i pokretanje faze depolarizacije. Međutim, kako membranski potencijal nastavlja da postaje pozitivniji, kanal počinje da omogućava prolaz K+ *iz* ćelije. Ovaj tok kalijevih iona prema van pri pozitivnijim membranskim potencijalima znači da Kir može takođe pomoći u završnim fazama repolarizacije.
Naponski kontrolirani kalijevi kanali (Kv) se aktiviraju depolarizacijom. Struje koje proizvode ovi kanali uključuju prolaznu izlaznu kalijevu struju *I*do1. Ova struja ima dvije komponente. Obje komponente se brzo aktiviraju, ali *I*to,fast se inaktivira brže od *I*do,sporo. Ove struje doprinose ranoj fazi repolarizacije (faza 1) akcijskog potencijala.

Drugi oblik naponski kontroliranih kalijevih kanala su odgođeni ispravljački kalijevi kanali. Ovi kanali nose kalijeve struje koje su odgovorne za plato fazu akcijskog potencijala, a nazvani su na osnovu brzine kojom se aktiviraju: sporo aktivirajući *I*Ks, brzo aktivirajući *I*Kr i ultra-brzo aktivirajući *I*Kur.

### Kalcijski kanali
Unutar srčanog mišića postoje dva naponski kontrolirana kalcijska kanala: L-tip kalcijskih kanala ('L' za dugotrajne) i T-tip kalcijskih kanala ('T' za prolazne, tj. kratke). L-tip kanala je češći i najgušće naseljen unutar T-tubulske membrane ventrikulskih ćelija, dok se T-tip kanala nalazi uglavnom unutar atrija i srčanog pejsmejkera, ali ipak u manjoj mjeri od L-tip kanala.

Ovi kanali različito reagiraju na promjene napona na membrani: L-tip kanala se aktiviraju pozitivnijim membranskim potencijalima, potrebno im je duže da se otvore i ostaju otvoreni duže od T-tip kanala. To znači da T-tip kanala više doprinose depolarizaciji (faza 0), dok L-tip kanala doprinosi platou (faza 2).

## Provodni sistem
[thumb|[Sistem srčane električne provodljivosti]]
U sistemu srčane provodljivosti, električna aktivnost koja potiče iz sinoatrijalnog čvora (SAN) se širi putem mreže Hisovih-Purkinjeovih vlakana, najbržeg puta provodljivosti unutar srca. Električni signal putuje od sinoatrijalnog čvora, koji stimuliše pretkomore na kontrakciju, do atrioventrikularnog čvora (AVN), koji usporava provođenje akcijskog potencijala iz pretkomora u komore. Ovo kašnjenje omogućava komorama da se potpuno napune krvlju prije kontrakcije. Signal zatim prolazi kroz snop vlakana koji se naziva Hisov snop, smješten između komora, a zatim do Purkinjeovih vlakana na dnu (vrhu) srca, uzrokujući kontrakciju komora

Pored SAN-a, AVN i Purkinjeova vlakna također imaju pejsmejkersku aktivnost  i stoga mogu spontano generirati akcijski potencijal. Međutim, ove ćelije se obično ne depolariziraju spontano, jednostavno zato što je proizvodnja akcijskog potencijala u SAN-u brža. To znači da prije nego što AVN ili Purkinjeova vlakna dostignu prag potencijala za akcijski potencijal, depolarizira ih nadolazeći impuls iz SAN-a. This is called "overdrive suppression". Pacemaker activity of these cells is vital, as it means that if the SAN were to fail, then the heart could continue to beat, albeit at a lower rate (AVN= 40-60 beats per minute,
Primjer preuranjene komorske kontrakcije je klasični sindrom atletskog srca. Dugotrajni trening sportista uzrokuje srčanu adaptaciju gdje je brzina SAN-a u mirovanju niža (ponekad oko 40 otkucaja u minuti). To može dovesti do atrioventrikularnog bloka, gdje je signal iz SAN-a oštećen na svom putu do komorađa. To dovodi do nekoordiniranih kontrakcija između pretkomora i komora, bez odgovarajućeg kašnjenja između, a u težim slučajevima može dovesti do iznenadne smrti.

### Regulacija autonomnim nervnim sistemom
Brzina stvaranja akcionog potencijala u ćelijama pacemakera je pod uticajem, ali nije pod kontrolom autonomnog nervnog sistema.

Simpatički nervni sistem (nervi dominantni tokom tjelesnog odgovora bori se ili bježi) povećava broj otkucaja srca (pozitivna hronotropija), smanjujući vrijeme potrebno za stvaranje akcijsog potencijala u SAN-u. Nervi iz kičmene moždine oslobađaju molekulu zvanu noradrenalin, koja se veže za i aktivira receptore na membrani pejsmejkerslih ćelija koji se nazivaju β1 adrenoceptori. Ovo aktivira protein, nazvan Gs-protein (s za stimulativni). Aktivacija ovog G-proteina dovodi do povećanja nivoa cAMP-a u ćeliji (putem cAMP puta). cAMP se veže za HCN kanale (vidi gore), povećavajući struju  i time povećavajući brzinu depolarizacije tokom pejsmejkerskog potencijala. Povećani cAMP također povećava vrijeme otvaranja kalcijevih kanala L-tipa, povećavajući struju Ca2+ kroz kanal, ubrzavajući fazu 0.

Parasimpatički nervni sistem (vagusni nerv dominantan dok se tijelo odmara i probavlja) smanjuje broj otkucaja srca (negativna hronotropija), povećavajući vrijeme potrebno za stvaranje akcijskog potencijala u SAN-u. Živac koji se zove vagusni nerv, koji počinje u mozgu i putuje do sinoatrijalnog čvora, oslobađa molekulu koja se zove acetilholin (ACh) koji se veže za receptor koji se nalazi na vanjskoj strani pejsmejkerske ćelije, zvane M2-muskarinski receptor. Ovo aktivira Gi-protein (I za inhibitorni), koji se sastoji od tri podjedinice (α, β i γ) koje se, kada se aktiviraju, odvajaju od receptora. γ i γ podjedinice aktiviraju poseban skup kalijumskih kanala, povećavajući protok kalijuma iz ćelije i smanjujući membranski potencijal, što znači da pejsmeejkerskim ćelijama treba duže da dostignu svoju graničnu vrijednost. Gi-protein također inhibira cAMP-ov put, čime se smanjuju simpatički efekti uzrokovani spinalnim živcima.

## Klinički značaj
[thumb|280x280px|[Antiaritmik|Lijekovi koji utiču na srčani akcijski potencijal. Nagli porast napona ("0") odgovara prilivu natrijskih iona, dok dva raspada ("1" i "3", respektivno) odgovaraju inaktivaciji natrijskih kanala i repolarizacijskom efluksu kalijskih iona. Karakteristična plato ("2") nastaje otvaranjem naponski osjetljivih kalcijskih kanala.]]
Antiaritmici se koriste za regulaciju srčanih ritmova koji su prebrzi. Drugi lijekovi koji se koriste za uticaj na srčani akcijski potencijal uključuju blokatore natrijskih kanala, beta blokatore, blokatore kalijskih kanal i blokatore kalcijskih kanala

## Reference 
## Bibliografija
* 
* 
* 
* 
* 

## Vanjski linkovi
* Interactive animation illustrating the generation of a cardiac action potential
* Interactive mathematical models of cardiac action potential and other generic action potentials

Kategorija:Elektrofiziologija
Kategorija:Akcioni potencijali
Kategorija:Kardiologija