TP3MO1 Hjärtfysiologi, föreläsningsanteckningar 2

# Hjärtats konduktionssystem

Kontraktionerna i hjärtmuskeln initieras, regleras och koordineras av modifierade hjärt-muskelceller, så kallade retledningsceller, som utgör hjärtats retledningssystem. Sinusnoden, SA- noden (1) består av en samling retledningsceller högt uppe i höger förmak. När en elektrisk impuls har bildats här sprids den genom stråk av retledningsceller till förmaksmuskulaturen och till atrio- ventrikulärnoden (2). I AV-noden fördröjs impulsledningen i en millisekund, vilket beror att det finns färre gap junctions. Fördelen med den långsamma impulsledningen genom AV-noden är att förmaken kontraherar före kammrarna.

Från AV-noden går signalen vidare via His bunt (3), varefter His bunt delar upp sig i höger och vänster skänkel, eng. bundle branches (4). Bundle off His är mycket viktig för kommunikationen mellan förmak och kammare. Utan de fibrerna hade de delarna av hjärtat inte kunnat kommunicera med varandra. Höger skänkel går in i höger kammare och förgrenar sig i Purkinjefibrer (5) som leder signalen vidare till kammarmuskulaturen. Vänster skänkel delar upp sig i två grenar som båda förgrenas i Purkinjefibrer i vänster kammare.

# Depolarisering och kontraktion

I en hjärtmuskelcell i kammaren ser aktionspotentialen inte likadan ut som i retledningscellen. Myocyterna har lägre vilopotential än retledningscellerna. Under aktionspotentialen är cellerna inte mottaglig för ny stimulering, den är refraktär. Detta gäller både hjärtmuskelceller och retledningsceller. (Se muskelfysiologi). Vid depolarisering av retledningsceller så är det ett inflöde av kalciumjoner som får det att ske, vid depolarisering av kontraktila hjärtmuskelceller är det ett inflöde av natriumjoner som får det att ske.

https://www.youtube.com/watch?v=DSDf\_dbWy\_I

## Retledningsceller, nodal muskulatur, pacemakerceller, autorytmiska celler och aktionspotential

Dessa celler har den unika förmågan att spontant bilda aktionspotentialer. De kan initiera sin egen depolarisation, som sedan sprids till resten av hjärtat, de är autorytmiska. Dessa autorytmiska celler finns i sinusknutan, AV-noden, His’ka bunten, höger och vänster skänkel samt purkinjefibrerna. Eftersom dessa celler har förmåga att depolarisera sig själva så har de en ostabil vilomembranpotential som hela tiden långsamt förskjuts mot tröskelvärdet. Det kan sägas att dessa celler i själva verket inte har någon vilomembranpotential utan i stället membranpotentialer som ständigt spontant förändras, dessa potentialer kallas "pacemaker potential" eller "prepotential". Värt att notera är även att dessa celler under sin aktionscykel inte har någon platåfas (se nedan).

* + INGEN PLATÅFAS INGEN REPOLARISERINGSFAS

* SA-nodens celler har en (pre)potential som börjar på ca -60 mV.
* När denna potential har uppnåtts börjar Na+ spontant och långsamt läcka in i cellerna, samtidigt som utflödet av kalium minskar
* Den långsamma depolariseringen fortsätter och membranpotentialen på cellens insida blir relativt sett mindre negativ, tills tröskelvärdet -40 mV har nåtts...
* ...varpå spänningsstyrda jonkanaler öppnas och ett snabbt inflöde av positiva kalciumjoner, Ca2+ i cellen uppstår.

* När membranpotentialen är 0 mV sker aktionspotentialen och repolarisationen inleds
	+ spänningsstyrda kalciumkanaler stängs och kaliumkanaler öppnas, varpå kalium flödar ut vilket gör membranpotentialen mer negativ igen.
	+ (Kalcium pumpas också aktivt ut och Na+/ K+ pumpen pumpar Na+ ut och K+ in.)
	+ cellen återfår då sin potential på ca – 60mV

Gap junctions finns mellan retledningsceller och hjärtmuskelceller, (samt mellan hjärtmuskelceller och hjärtmuskelceller) och tillåter jontransport mellan dem.

## Hjärtmuskelceller och aktionspotential

I hjärtat kan inte bara vissa muskelfibrer aktiveras. Hjärtmuskleceller hänger samman via "intercaleted discs" (intercalate = skjuta in). Hjärtmuskelceller sitter därmed ihop och fungerar som en enda enhet. Till skillnad från andra muskelceller så stimuleras alltså inte hjärtmuskelfibrerna i separata motoriska enheter av nerver. De exciteras av pacemakercellerna och agerar unisont. Antingen kontraherar hela hjärtat, som en enda enhet, eller inte alls. Depolariseringen går genom hela hjärtat, som en våg, via jonkanaler = gap junctions.

Impulsen når muskelcellen antingen direkt från retledningssystemet eller från en hjärtmuskelcell bredvid. Inflödet av Na+ och K+ från en intilliggande retledningscell eller muskelcell gör membranpotentialen mindre negativ.

* Den ändrade membranpotentialen gör att snabba spänningsstyrda natriumkanaler i cellmembranet öppnas.
* När Na+ flödar in ökar membranpotentialen raskt från -90 mV till 20 mV.
* Efter det stängs natriumkanalerna och långsamma kalciumkanaler öppnas för att släppa in Ca2+ i cellen. Det sker också ett minskat utflöde av kalium, bara ett litet antal K+ kanaler är öppna, genom vilka kalium kan lämna cellen.
* På detta sätt hålls membranpotentialen kvar vid 0 mV under cirka 200 millisekunder under en fas som kallas platå.
* Kalciumet som kommer in cellen triggar att mer kalcium frisätts från sarkoplasmatika retiklet.

* När membranpotentialen är 0 mV inleds repolarisationen
	+ spänningsstyrda kalciumkanaler stängs och fler kaliumkanaler öppnas.
	+ Kalium lämnar snabbt cellen och kalcium fraktas tillbaka ut extracellulärt och tillbaka till det sarkoplasmatiska retiklet och Na+/ K+ pumpen pumpar Na+ ut och K+ in.
	+ cellen återfår sin vilopotential på – 90mV

# Aktionspotentialen i relation till kontraktion av en hjärtmuskelcell

Den blå kurvan står för aktionspotential och den gröna för kontraktionen.

De absoluta refraktärperioden (den period då det inte går att excitera cellen p.g.a av att Na+ kanaler är inaktiverade) är längre i en hjärtmuskelcell. Detta innebär att hjärtmyocyten inte är mottaglig för en ny aktionspotential under en längre period, vilket gör att hela hjärtat relaxerar mellan varje kontraktion. I en skelettmuskelcell är kontraktionen mellan 15-100 millisekunder och refraktärsperioden på ca 1-2 millisekunder. I en hjärtcell är kontraktionstiden och refraktärsperioden nästan lika långa. Refraktärsperioden i en hjärtmuskelcell kan vara i över 200 millisekunder. Den lägre kontraktionshastigheten behövs för att hjärtat ska hinna få ut allt blod under en kontraktion.

Sammanfattning på skillnader mellan en hjärtmuskelceller och skellettmuskelceller

* Vissa hjärtceller har den unika förmågan att spontant bilda aktionspotentialer. De kan initiera sin egen depolarisation, som sedan sprids till resten av hjärtat, de är autorytmiska.
* Hjärtmuskelceller stimuleras inte i separata motoriska enheter av nerver. Antingen kontraherar hela hjärtat, som en enda enhet, eller inte alls
* De absoluta refraktärperioden är längre.

# Egenfrekvens i hjärtats olika delar

Dessa siffror gäller när det finns ett påslag av parasympatikus. Om SA-noden själv hade fått styra hastigheten på hjärtats kontraktioner, utan inverkan av vagusnerven och parasympatiskt påslag så hade den kommit upp i runt 100 slag per minut. Det är den cell men högst frekvens som styr de andra cellerna. Det är alltå sinuskunutan som bestämmer tempot på hjärtats kontraktioner. Frekvensen är alltså beroende av hur snabbt cellerna kan depolariseras igen, och snabbast är cellerna i sinusknutan.

# Kalcium styr hjärtats kontraktion

Ca2+ når hjärtcellens cytoplasma på två sätt, dels utifrån genom de långsamma kalciumkanalerna (15 -20 %) i cellmembranet men även från det sarkoplasmatiska retiklet (80%), som släpper ut Ca2+ i cytoplasman när det nås av depolarisationen. Den stora frisättningen av Ca2+ initierar de första stegen i kontraktionscykeln då Ca2+ binder till troponin C. Resultatet blir en konformationsändring i troponinkomplexet som gör det möjligt för myosin att interagera med aktin, vilket leder till att muskelcellen förkortas. Relaxering sker då spänningsstyrda natriumkanaler i cellmembranet öppnas och natrium kommer in i cellen och kalciumet återupptas då i sarkoplasmatiska retikler igen.

# EKG - elektrokardiogram

EKG, elektrokardiografi är en från kroppsytan utförd registrering av de elektriska impulser som går genom myocyterna och initierar hjärtats kontraktion. Tack vare vävnadernas elektrolytinnehåll tjänstgör kroppen som en ledare, och de elektriska aktiviteter som avläses från kroppsytan är summan av all elektrisk aktivitet i hjärtats olika delar. EKG är en av de allra viktigaste diagnostiska metoderna vid förmodad hjärtsjukdom. Vid EKG-registrering fås en summationsbild av hur spänningen förändras över tid, alltså över hur hjärtats celler de- och repolariseras. (EKG ger inte en stillbild över en enskild aktionspotential). Eftersom EKG registreras genom många olika vinklar fås en övergripande bild av hela hjärtat och det går att se eventuell dysfunktionell muskelvävnad, som då inte kan ta emot och leda impulserna vidare eller orsakar rytmrubbningar.

EKG beskrevs ursprungligen av Willem Einthoven (1860-1927), som tilldelades 1924 års nobelpris i medicin för denna upptäckt.

# Aktionspotentialens utveckling på ytan av en hjärtcell

lIllustrationen nedan ska visa hur en elektroder mäter hur potentialen förändras på en cells yta och en kurva på förändringen formas. I vila är cellens utsida positiv i förhållande till insidan. Om flera celler hänger samman (vilket hjärtmuskelcellerna gör i ett så kallat syncytium) kommer hela detta cellförband att vara positivt på utsidan i förhållande till insidan. När en aktionspotential utlöses i cellförbandet kommer en depolarisationsvåg att gå fram. De celler som depolariseras tidigt blir negativa på sin utsida medan de celler som depolariseras senare fortfarande är positiva på utsidan. Detta leder till att potentialskillnader uppstår mellan cellförbandets olika delar. Potentialskillnader skapar elektrisk ström.

EKG är summationen på kroppsytan av enskilda aktionspotentialers propagation genom hjärtat. Bilden nedan till vänster ska visa att aktionspotentialkurvan skiljer sig åt mellan de olika pacemakercellerna. EKG är en summation av alla dessa kurvor under en viss period.

* P-vågen: när förmaken depolariseras och kontraherar - SA noden skickar en signal till AV-noden
* QRS-vågen: när kammrarna depolariseras och kontraherar - AV noden tar emot signalen, kammrarna kontraherar. (Orsaken till QRS-vågens komplicerade utseende är att depolariseringen av väggarna i kammrarna ändras kontinuerligt och strömmens riktning ändras då.)
* T-vågen: kammrarna slappnar av och repolariseras - total repolarisering
* U-vågen: slutet av relaxationen/repolariseringen

# Olika elektrokardiogram

Bilden ovan visar hur olika EKG kan se ut beroende på om hjärtslagen är normala, snabba, långsamma eller oregelbundna.

P VÅGEN - FÖRMAK

Q R S VÅGEN - KAMMRARNA KONTRAJHERAS

# EKG elektroder

För att ta ett vanligt EKG använder en sig av tio elektroder som man fäster på patientens torso, samt på armar och ben. Med hjälp av dessa kan en registrera den elektriska aktiviteten i tolv olika avledningar. Vågorna i olika avledningar speglar aktiviteten i olika delar av hjärtat. Ser en något fel i vissa avledningar säger det något om vart i hjärtat felet sitter.