אלקטרופיזיולוגיה של הלב

Question 1

התכונות הפיזיולוגיות של תאי הלב:

:Automaticity
Excitability
:Conduction

Answer 1

.pace maker ,לאזור מסוים של הלב יש יכולת לייצר פו”פ ללא גירוי חיצוני. האיבר נקרא קוצב
:Automaticity 􏰀 הקוצב הראשי שמכתיב ללב את הקצב שלו הוא SA node) sinoatrial node(.

:Excitability 􏰀 .suprathreshold stimulation ,היכולת לייצר פו”פ כאשר נותנים לתא מסוים גירוי על-ספי
􏰀 Conduction: התקדמות פו”פ.

Question 2

בשריר הלב,

Answer 2

פו”פ של הלב, בשריר חדר. נמשך כ-300 מילישניות.
פו”פ בתא עצב נמשך 2-3 מילישניות.
􏰀 בשריר הלב, בניגוד לשריר שלד, יש חפיפה בזמן בין פו”פ לבין הכיווץ המכני.
􏰀 התקופה הרפרקטורית נמשכת לאורך כל הגירוי, לכן לא ניתן לקבל טטנוס
בשריר הלב. בגלל החפיפה בזמן בין פו”פ והאירוע המכני, לא ניתן לקבל גירוי מכני נוסף )פעילות נוספת( במהלך כל פו”פ, מונע יצירת טטנוס בשריר הלב.

Question 3

תהליך ה-excitation-contraction coupling

Answer 3

1. תעלת סידן תלוית מתח: L-type Ca2+ channel.
   תעלת הסידן העיקרית בלב, נפתחת במהלך הפלטו של פו”פ. סידן חודר פנימה במורד מפל הריכוזים )דיפוזיה במורד מפל הריכוזים(. במצב נורמלי ריכוז הסידן +Ca2 בחוץ הוא בערך 3mM, ריכוז הסידן בתוך התא במצב דיאסטולי הוא בערך 10-7, ולכן כשנפתחות תעלות הסידן, סידן זורם פנימה. זה מפל הריכוזים הגבוה ביותר עבור כל יון בלב.
2. הסידן חודר פנימה ומפעיל את תעלות הריאנודין. אלו תעלות שנמצאות על גבי ה-SR. כאשר
   התעלות נפתחות, סידן יוצא מתוך ה-SR אל הציטופלזמה שוב במורד מפל הריכוזים.
3. הסידן שיוצא מה-SR מצטרף לסידן שיצא מה-L-type Ca channel, ושני מקורות הסידן הללו מפעילים את חלבוני ההתכווצות.

Question 4

משאבת SERCA,

Answer 4

משאבת סידן. אחראית להחזיר את הסידן אל תוך ה-

SR ובכך לסיים את ההתכווצות.

Question 5

כדי שהסידן יצא החוצה, ישנה מערכת נוספת,

שהיא:

Answer 5

משחלף נתרן-סידן. המשחלף מוציא סידן ומכניס נתרן.

משתמש במפל הריכוזים הכימי של הנתרן על מנת להוציא את הסידן בניגוד למפל הריכוזים.

Question 6

אלמנטים חשובים:

Answer 6

4. משאבת SERCA, משאבת סידן. אחראית להחזיר את הסידן אל תוך ה-SR ובכך לסיים את ההתכווצות.
5. כדי שהסידן יצא החוצה, ישנה מערכת נוספת, זהו משחלף נתרן-סידן. המשחלף מוציא סידן ומכניס נתרן. משתמש במפל הריכוזים הכימי של הנתרן על מנת להוציא את הסידן בניגוד למפל הריכוזים.
6. על גבי הסרקולמה קיימות מגוון תעלות אשלגן, תעלות נתרן. 7. משאבת סידן, אשר עושה שימוש ב-ATP על מנת להוציא סידן שנכנס דרך ה-L type בניגוד למפל הריכוזים.

Question 7

בעקבות התקשרות הסידן אל הרצפטור, נפתחות חלק מתעלות הריאנודין, וסידן יוצא החוצה במורד מפל הריכוזים שקיים בין ה-SR לבין הציטופלזמה. ניתן לראות את ההבדלים בעובי החיצים:

Answer 7

􏰀 כ-70% מהסידן שתורם להתכווצות, מקורו ב-SR.

􏰀 כ-30% מהסידן מקורו בכניסת סידן דרך תעלות סידן תלויות מתח.

Question 8

• התעלות נפתחות, יוצא סידן לציטופלזמה. • הסידן שיוצא מה-SR מתווסף לסידן שיצא דרך התעלה. • שני מקורות הסידן האלו מפעילים את מנגנון ההתכווצות.

Answer 8

• על מנת לסיים את תהליך ההתכווצות, משאבת סידן ב-SR

מכניסה את הסידן פנימה, המשחלף מוציא כ-93% מהסידן, ואת שאר הסידן )7%(, מוציאה משאבת סידן בסרקולמה.

Question 9

התפשטות סכמתית של פו”פ:

Answer 9

1. SA node. הקוצב הראשי של הלב
   2.פו”פ מתפשט לעליות: עלייה שמאלית וימנית.
2. AV node. שם משתנה אופיו של פו”פ.
3. גורם לתופעה שנקראת AV delay. פו”פ משתהה במעבר בין העליות לחדרים, כך מאפשר
   לעליות למלא חדרים בדם, בעוד שהחדרים נמצאים בלחץ נמוך מאשר לחץ העליות. 5.
   לאחר המעבר ב-AV node, פו”פ נכנס ל-AV bundle.
4. משם מתפשט לחדרים ב-left bundle branch וב-right bundle branch.

Question 10

הולכת פוטנציאל פעולה בלב

זמן הולכה של פו”פ:

Answer 10

􏰀 זמן הולכה של פו”פ: מוגדר כ-0 ב-SA node.
􏰀 מתפשט בעליות במשך זמן של 60 מילישניות לעלייה ימין
או 90 מילישניות לעלייה שמאל.
􏰀 למרות שהמרחק של ה-AV node הוא קצר, זמן ההולכה
הוא 100 מילישניות. נובע מהנחתה של מהירות ההולכה ב-AV node.
􏰀 פו”פ חודר ל-bundle of his, משם ממשיך אל ה- left bundle branch ו-right bundle branch.
זמן ההולכה של פוטנציאל הפעולה מה-SA node עד קצה הלב הוא כ-200 מילישניות.

Question 11

מהירויות ההולכה

Answer 11

מתחלק לבעלי מהירות הולכה מהירה או מהירות הולכה איטית. .AV node-וב SA node-מתקיים ב :slow response 􏰀
ב-AV node: מהירות ההולכה היא 0.01-0.05 מטר לשנייה, מסביר את הדיליי החשמלי ב-AV node. 􏰀 fast response: מתקיים בעליות, his-Purkinje, חדרים.
ב-Purkinje: המהירות הגבוהה נועדה כדי להוליך את פו”פ בחדרים במהירות גבוהה, בכך לגרום להתכווצות מסונכרנת ויעילה של החדרים ולהזרקת דם אפקטיבי דרך העורקים.

Question 12

מדידת פו”פ ממברנה - transmembrane action potential

Answer 12

􏰀 פו”פ הטרנס-ממברנלי נמדד באמצעות 2 אלקטרודות: o אלקטרודהאחתנמצאתבתוךהתמיסה.
o אלקטרודה שנייה )רפרנס, אלקטרודת ייחוס(, נמצאת בנוזל.
􏰀 מדידת פו”פ הממברנה זו מדידה דיפרנציאלית בין תוך-התא לחוץ-התא, כאשר האלקטרודה שנמצאת בתוך התא ממולאת בנוזל מוליך.
􏰀 כאשר 2 האלקטרודות נמצאות בנוזל, מתח המידע שווה ל-0, כי אין בין אלקטרודות הנוזל מתחים.
􏰀 כאשר מחדירים את האלקטרודה התוך-תאית אל תוך התא, רואים קפיצה במתח אשר מהווה את פו”פ המנוחה.
􏰀 פו”פ המנוחה בשריר הלב: mV )90-(-70-.
􏰀 כאשר התא נמצא במנוחה, פו”פ המנוחה יציב לאורך זמן.
􏰀 כאשר ניתן גירוי חשמלי, או כשפורץ פו”פ ספונטני, פורץ באופן מיידי פו”פ, וזהו פו”פ של שריר חדר.
􏰀 הרישום התוך-תאי מאפשר מדידה אמיתית של המתח האבסולוטי על פני הממברנה.

Question 13

המרכיבים של ה-ECG:

Answer 13

.P wave - atrial depolarization .נובע מהדה-פולריזציה של העליות :P wave 􏰀
􏰀 PR segment: אינטרוול שקט. נובע מ-AV nodal delay. במהלך פו”פ ב-AV node, ה-ECG מראה קו 0.
􏰀 QRS complex: נובע מהדה-פולריזציה של החדרים.
􏰀 ST segment: ה-ECG נמצא ב-0, נובע מהפלאטו של פו”פ. 􏰀 T wave: נובע מהרה-פולריזציה של החדרים.
􏰀 TP interval: פוטנציאל המנוחה של החדר, פאזה 4.

Question 14

ההבדלים העקרוניים בין ECG לבין פו”פ טרנס-ממברנלי:

ה-ECG משקף את הפאזות השונות של פו”פ.

Answer 14

ההבדל העקרוני:
􏰀 פו”פ מראה מתח אבסולוטי ב-mV על פני הממברנה. רישום טרנס ממברנלי מאפשר לדעת בכל רגע נתון מה המתח על פני הממברנה.
􏰀 רישום ה-ECG מראה סיגנל רק כשהמתח על פני הממברנה שונה מ-0.

Question 15

פו”פ ב-SA node:

Answer 15

זמן העלייה שלו יחסית נמוך, השיפוע לא תלול. הפאזה האחרונה נקראת pace maker potential
והיא הבסיס לפעולת הקוצב. לאחר סיום פו”פ, פוטנציאל הממברנה לא נשאר במתח המנוחה, אלא ברגע שמגיעים למתח המינימלי, מתח הממברנה עובר דה-פולריזציה ספונטנית ללא גירוי חיצוני, עד שמגיעים לנקודת הסף בה פורץ פו”פ נוסף ב-SA node. פאזה זו מופיעה בתאי הקוצב, גורמת ל-SA node לשמש כקוצב ספונטני ללא גירוי חיצוני. פו”פ הפעולה נקרא slow response.

Question 16

התקדמות פוטנציאל הפעולה בשריר הלב מבוססת על הולכה של Local Circuit:

Answer 16

􏰀 אזור בו פוטנציאל הממברנה חיובי לעומת האזור הסמוך )בו פוטנציאל הממברנה במנוחה(.
􏰀 במהלך פעולה זו, זרמים זורמים מהאזור החיובי אל האזור השלילי דרך הממברנה.
􏰀 המעגלים נסגרים דרך הממברנה.
􏰀 בצורה כזאת, אזור פעיל מגרה אזור שנמצא במנוחה.
אזור הנמצא במתחים שליליים מתחיל לעבור דה-פולריזציה עד שמגיע למתח הסף. אז פורץ באזור זה פוטנציאל פעולה )האזור הופך להיות אקסיטבילי(.
􏰀 ככל שהזרמים יותר גדולים וחזקים, פוטנציאל הפעולה מתקדם יותר מהר ובאופן רציף.

Question 17

סוגי הקונקסינים השונים בשריר הלב:

Answer 17

􏰀 הנפוץ ביותר: Cx43 - בעיקר בחדרים.
􏰀 ב-Cx45 :SA node.
􏰀 בעלייה השמאלית: Cx40 , Cx43.

Question 18

כיצד ניתן לזהות את מיקום הקונקסינים השונים על פני ממברנת תא לב?

Answer 18

על ידי immunofluorescent techniques. 􏰀 שלב 1: חושפים את התא לנוגדן ראשוני )primary antibody( אשר מכיר באופן ספציפי רצף מסוים בחלבון Cx43. 􏰀 שלב 2: אחרי שהנוגדן הראשוני נקשר לקונקסין, מוסיפים נוגדן שניוני שנקשר לנוגדן הראשוני. 􏰀 הנוגדן השניוני הוא נוגדן פלורסנטי. כאשר מאירים את התא באור באורך גל מסוים, התא זורח באותם אזורים,
.Cx43 אשר בהם יש ,hot spots 􏰀 כך באופן מדויק אפשר לוודא היכן נמצא ה-Cx43 בתוך התא.

Question 19

כיצד ניתן לזהות את מיקום הקונקסינים השונים על פני ממברנת תא לב?

Answer 19

על ידי immunofluorescent techniques.
􏰀 שלב 1: חושפים את התא לנוגדן ראשוני )primary antibody( אשר מכיר באופן ספציפי רצף מסוים בחלבון Cx43.
􏰀 שלב 2: אחרי שהנוגדן הראשוני נקשר לקונקסין, מוסיפים נוגדן שניוני שנקשר לנוגדן הראשוני.
􏰀 הנוגדן השניוני הוא נוגדן פלורסנטי. כאשר מאירים את התא באור באורך גל מסוים, התא זורח באותם אזורים,
.Cx43 אשר בהם יש ,hot spots
􏰀 כך באופן מדויק אפשר לוודא היכן נמצא ה-Cx43 בתוך התא.

Question 20

חיבורים בתאי לב

Answer 20

􏰀 end-to-end connection: כאשר תא מתחבר לתא שני בקצותיו.
􏰀 side-to-side connection: כאשר שני תאים מתחברים לרוחב אחד ליד השני.
בין חיבורים אלו יש gap junctions, ולכן פו”פ יכול לעבור בין שני הכיוונים.

Question 21

ה-gap junction הם אזורים אקטיביים שעוברים פוספורילציה ומגיבים למגוון סטרסים פיזיולוגיים ופתו-פיזיולוגיים:
􏰀 ה-gap junction מעורבים במגוון מחלות לב שונות.
􏰀 יש לה 2 השפעות עיקריות על gap junction:

Answer 21

􏰀 ה-gap junction מעורבים במגוון מחלות לב שונות.
􏰀 איסכמיה: ירידה בזרימת דם הלב המובילה להיפוקסיה ולמגוון תופעות שליליות )הפרעות קצב לטאליות, פרפור
חדרים ומוות מיידי(. נגרמת בגלל חסימה של עורקים קורונריים.
􏰀 יש לה 2 השפעות עיקריות על gap junction:
o גורמת לירידה ↓ בצפיפות של ה-GJ ומשנה את הפיזור שלהן לאורך גבולות התאים.
o גורמת לירידה ↓ במוליכות של ה-GJ וכך תורמת לירידה במהירות ההולכה, וכך לגרום להפרעת קצב לטליות. 2 התופעות האלו גורמות לירידה במהירות ההולכה, זה אחד הגורמים העיקריים הגורמים להפרעות קצב במנגנון של
פרפור חדרים ומוות מיידי.

Question 22

מספר דוגמאות מחולים אשר ניתן לראות איך איסכמיה גורמת לשינוי בפיזור של קונקסינים בשריר הלב:

Answer 22

1. לב נורמלי: ה-GJ צבועים בירוק, ה-GJ מפרידים בין תא אחד למשנהו בחיבורים של end to end ו-side to side.
2. לב נורמלי: חתך אורך בשריר לב של אדם בריא, הקונקסינים נמצאים בקצות התאים ומגדירים את התאים בצורה טובה. במצב נורמלי התאים מסודרים בצורה הומוגנית לאורכם.
3. חתכים מאזור healed myocardium: נמצא סמוך לאזור האוטם, אזור שנפגע במידה מסוימת בעקבות האוטם. הוא לא מת והופך להיות צלקתי, אלא זה אזור פגוע. לעיתים אזור זה יותר מסוכן מאזור מת, כי אזור מת לא משתתף בהולכה, ולא יגרום כנראה להפרעות קצב. התופעה העיקרית שמתרחשת במצב זה היא ירידה דרסטית בצפיפות של הקונקסין, אין הגדרה ברורה של גבולות תאים. הפיזור הנמוך של הקונקסין יגרום לירידה במהירות ההולכה ברקמה הפגועה, וזה אחד הגורמים העיקריים להפרעות קצב.
4. חתך בשריר לב מחולה שפרקציית ההזרקה שלו נמוכה ב-30%, הלב הוא לב כושל heart failure: ישנה ירידה גדולה בצפיפות של הקונקסין ובפיזור שלהם. ירידה בצפיפות הקונקסין גורמת לירידה במהירות ההולכה, שזה אחד הגורמים העיקריים להפרעות קצב לטאליות.

Question 23

איסכמיה גורמת ל

Answer 23

􏰀 איסכמיה גורמת לירידה במוליכות של ה-GJ.
􏰀 איסכמיה גורמת לירידה באספקת החמצן, מקטינה את רמות ה-ATP בתא.
􏰀 ירידה בכמות ה-ATP בתא, גורמת לירידה בפעילות המשאבות )משאבות נתרן, סידן ופרוטונים(.
􏰀 ירידה בפעילות משאבת הפרוטונים גורמת לעלייה בריכוז המימן התוך-תאי, וכן לחמצת )ירידה ב-pH(.
􏰀 ירידה ב-pH גורמת באופן ישיר לירידה במוליכות של ה-GJ.
􏰀 ירידה במוליכות ה-GJ, גורמת לירידה במהירות ההולכה. 􏰀 ירידות במהירות ההולכה היא גורם מרכזי שגורם להפרעות קצב.

Question 24

􏰀 השיפוע של slow response הרבה יותר

Answer 24

השיפוע של slow response הרבה יותר נמוך משל fast response.

Question 25

עבור SA node :slow response ו-AV node:

Answer 25

dv\dt=> 10 − 1.

􏰀 מהירות הולכה נמוכה => 􏰏 0.05 − 0.02.

Question 26

עבור Atria , PF , Ventricles :fast response:

Answer 26

dv\dt=> 1000 − 500.

􏰀 מהירות הולכה גבוהה=> 1−4.

Question 27

המנגנון האחראי על ההבדלים במהירות ההולכה בשיפוע של slow לעומת fast:

Answer 27

הזרמים אשר יוצרים את פאזת 0, פריצת פו”פ:
עבור SA node :slow response ו-AV node: 􏰀 הזרם האחראי ליצירת פו”פ הוא זרם מסוג 𝑡𝑛𝑒𝑟𝑟𝑢𝑐 􏰉􏰃𝑎𝐶 𝑒𝑝𝑦𝑡 𝐿 , 𝑳,𝒂𝑪𝑰. יש אותו גם ב-fast response.
זורם במהלך הפלאטו של פו”פ, הסידן שנכנס פנימה מפעיל ישירות את חלבוני ההתכווצות ונקשר לרצפטור הריאנודין ומשחרר סידן בדיפוזיה פשוטה מתוך ה-SR אל הציטופלזמה.
עבור Atria , PF , Ventricles :fast response: 􏰀 פו”פ נגרם על ידי זרם מסוג 𝑡𝑛𝑒𝑟𝑟𝑢𝑐 􏰉𝑎𝑁 𝑑𝑟𝑎𝑤𝑛𝑖 𝑡𝑠𝑎𝑓 , 𝒂𝑵𝑰. דומה לזרם שגורם לפריצת פו”פ של עצב
)נוירונים(. בלב יש מספר סוגי נתרן, לכן צריך לכנות את הזרם בשם המלא.

Question 28

מנגנון ה-AV delay:

Answer 28

מאחר וצפיפות זרם הסידן נמוכה מצפיפות זרם הנתרן, מהירות ההולכה של ה-slow response נמוכה ממהירות ההולכה של ה-fast response. עבור פו”פ שחודר מהעליות ל-AV node, מהירות ההולכה צונחת באופן דרמטי. לכן ב-AV node נוצר AV delay המאפשר delay חשמלי ומכני בין העליות לבין החדרים.

Question 29

Excitability

Answer 29

􏰀 אקסיטביליות: היכולת לייצר פו”פ בתגובה לגירוי על-ספי suprathreshold stimulus.
􏰀 ישנם בגוף מספר תאים אקסיטביליים: נוירונים, תאי שריר חלק, שריר משורטט, שריר לב, מספר תאי בלוטה )כמו
הלבלב, אשר בו קצב יצירת פו”פ תלוי בריכוז הגלוקוז אותו רואה הלבלב(.
הגדרה של אקסיטביליות:
􏰀 כאשר ניתן לתא גירוי תת-ספי: בתגובה לגירוי A ו-B, תא שריר הלב יצר תגובה
מקומית local response. תגובה דומה לזו מתקבלת גם בתאים לא אקסיטביליים.
􏰀 כאשר ניתן לתא גירוי על-ספי: יפרוץ פו”פ.
לפו”פ יש 2 מאפיינים עיקריים:
􏰀 all or none, הכל או לא כלום. ברגע שנוצר פו”פ, המשרעת קבועה ולא משתנה. 􏰀 פו”פ מתקדם במהירות קבועה, ללא הנחתה, בתגובה לגירוי על-ספי.

Question 30

פו”פ בלב מסוג fast response

מורכב מ-5 פאזות.

Answer 30

מורכב מ-5 פאזות. 􏰀 פאזה 0: rapid depolarization.
􏰀 פאזה 1: rapid repolarization. מאפייניה שונים בין
התאים השונים של ה-fast response. נגרמת בשל פתיחת תעלות אשלגן.
􏰀 פאזה 2: plateau. פאזה חשובה. 􏰀 פאזה 3: repolarization. 􏰀 פאזה 4: resting potential או pacemaker potential.

Question 31

הגדרות ביו-פיזיקליות

Answer 31

􏰀 זרימה של קטיונים לתוך התא: למשל נתרן 2
+Na, מוגדר כזרם שלילי. גורם לדה-פולריזציה )נתרן פנימה(.
􏰀 זרימה של קטיונים מתוך התא החוצה: למשל אשלגן +K, מוגדר כזרם חיובי. גורם לרה-פולריזציה )אשלגן החוצה(.
􏰀 כאשר סכום הזרמים גדול מאפס: זרם החוצה יהיה גדול מזרם פנימה
􏰂תא יעבור רה-פולריזציה.
􏰀 כאשר סכום הזרמים שווה לאפס: אין שינוי במתח הממברנה.
􏰀 כאשר סכום הזרמים קטן מאפס: זרם הנתרן פנימה גדול מזרם אשלגן החוצה
􏰂תא יעבור דה-פולריזציה. זה מה
שקורה בעת פריצת פו”פ.

Question 32

בכל רגע נתון ניתן לחשב את כיוון הזרם בעזרת חוק אוהם:

Answer 32

חוק אוהם:

i(na)=g(na)*(Vm-Vnerst)

Question 33

עבור מתח ממברנה של 10mV-,

הזרם הוא

Answer 33

i(na)=g(na)*(Vm-Vnerst) לפי
􏰀 עבור מתח ממברנה של 10mV-, כוח מניע שווה ל-70mV-, זרם הנתרן יהיה שלילי, יגרום לדה-פולריזציה. במהלך
הפריצה של פו”פ, נפתחות תעלות נתרן, זרם נתרן זורם פנימה, זהו זרם שלילי שגורם לדה-פולריזציה.

Question 34

כיצד רושמים זרמים יונים המרכיבים את פו”פ בכל תא אקסיטבלי?

Answer 34

􏰀 שימוש בחוק אוהם:V=IR=I\G
. אם נקבע את הממברנה למתח מסוים, ונמדוד באותו מתח את הזרם, ניתן לחשב את המוליכות.
לפי הנוסחה 𝑽𝑮 = 𝑰:
במידה והכוח האלקטרומניע שווה 0, אין זרם.
􏰀 במידה ואין מוליכות, גם כאשר יש כוח אלקטרומניע, לא יהיה זרם דרך הממברנה.

Question 35

קיבוע מתח – voltage clamp

Answer 35

􏰀 תכשיר squid giant axon, סיב לא מיאליני, קוטרו מגיע עד כמילימטר. נוח לניסויים בגלל הגודל.
􏰀 התמיסה דומה לתמיסת מי-ים. 􏰀 בפיסת העצב מוחדרות 2 אלקטרודות:
o אלקטרודה למדידת מתח. o אלקטרודת ייחוס בעזרתה מזרימים זרם.
􏰀 אלקטרודה נוספת היא אלקטרודת הייחוס. 􏰀 נקבע את מתח הממברנה למתח מסוים, זה ערך
ה-command pulse. 􏰀 בנקודת זמן מסוימת מודדים את מתח הממברנה )מתח פנים לעומת מתח חוץ(. המתח נכנס למגבר בעל 2 כניסות:
רפרנס ומתח הממברנה. למשל, בנקודה מסוימת במנוחה מתח הממברנה הוא 80mV-.
􏰀 המתח נכנס למגבר נוסף, differential amplifier, שגם לו יש 2 כניסות: באחת נכנס מתח הממברנה, אשר משווה
בין מתח התמיסה למתח הפקודה. אם יש הפרש הוא יאפס את ההפרש. כדי לאפס את ההפרש בין שני מתחים, המגבר מזרים זרם דרך הממברנה אל תוך התא. הזרם זורם ומאפס את ההפרש על ידי כך שמביא את מתח הממברנה למתח הפקודה. כאשר שני המתחים שווים, לא זורם זרם דרך הממברנה.
􏰀 המצב הזה לא נשאר קבוע, כי בשלב מסוים נפתחות תעלות תלויות מתח, אז זורם זרם פנימה ומתח הממברנה בורח ממתח הפקודה )עובר דה-פולריזציה קלה(.
􏰀 המגבר מרגיש בהפרש, ומיד במהירות גבוהה מאוד מזרים זרם שמאפס את ההפרש וחוזר חלילה. 􏰀 לא רואים את הקפיצות בגלל המהירות הגבוהה שהתהליך נעשה. 􏰀 במקביל, המערכת מודדת את הזרם שמזרים המגבר, והזרם הזה שווה והפוך לזרם הממברנה שזורם במתח מסוים.

Question 36

אחד הדברים החשובים ביותר שמאפיינים זרם מסוים או מוליכות מסוימת: יחסי זרם-מתח – I-V relation. עקומת זרם-מתח לינארית שמייצרים על גבי נגד:

Answer 36

􏰀 השיפוע הוא המוליכות )ההתנגדות( של הנגד. לא תלוי במתח.

􏰀 זה בניגוד לרוב התעלות שיש )נתרן, אשלגן(, שהן כן תלויות במתח.

Question 37

Fast Response Action Potential
פאזה 0:
and 1

Answer 37

􏰀 פאזה 0: פריצה של פו”פ מפוטנציאל המנוחה, עד שיא פו”פ.
הזרם הראשי והמיידי הוא זרם הנתרן המהיר fast inward sodium current ,INa. בעקבות הדה-פולריזציה ההתחלתית, נפתחות תעלות נתרן מהירות תלויות מתח, נתרן זורם פנימה )זרם שלילי( במורד מפל הריכוזים )הריכוז החוץ-תאי גבוה מהריכוז התוך-תאי(.
􏰀 פאזה 1: גורם לרה-פולריזציה. הזרם הוא transient outward potassium current ,IKto, זרם אשלגן מהיר. לפאזה הזו אין כל כך חשיבות )לא מופיע תמיד(.

Question 38

Fast Response Action Potential
פאזה 2
פאזות 3 ו-4::

Answer 38

􏰀 פאזה 2: פלאטו. פאזה חשובה ביותר אשר מקנה לפו”פ של הלב את הרוחב הגדול, של 300-400 מילישניות. נפתחות תעלות סידן תלויות מתח, L-type calcium current ,ICa,L. סידן זורם פנימה במורד מפל הריכוזים )המפל הגבוה ביותר(, ריכוז הסידן החוץ-תאי mM 3-4, ריכוז הסידן התוך-תאי 10-7mM. לסידן 2 תפקידים עיקריים: חלק נקשר ישירות לחלבוני ההתכווצות, חלק נקשר לרצפטור הריאנודין על ה-SR.
􏰀 פאזות 3 ו-4: רה-פולריזציה של פו”פ. עם סגירת תעלות הנתרן, מתחילות להיפתח תעלות אשלגן IK מסוג outward rectifier potassium current. מגיע עד לפוטנציאל המנוחה.
􏰀 פוטנציאל המנוחה של התא נמצא מספר מיליוולט בודד מעל פוטנציאל נרנסט. זה אומר שהמוליכות העיקרית של הממברנה במנוחה היא מוליכות ליון האשלגן. הזרם נקרא inward rectifier outward potassium currents ,IK1.

Question 39

עקומת זרם-מתח של נתרן:

Answer 39

􏰀 בכל מתח, מודדים את שיא זרם הנתרן. עקומה של שיא זרם הנתרן כפונקציה של המתח.
􏰀 עד המתח 20mV- )דה-פולריזציה(, הכוח האלקטרומניע קטן, מאחר ומתקרבים לנרנסט של נתרן.
􏰀 למרות זאת, זרם הנתרן גדל. ההגדלה במוליכות של זרם הנתרן גדולה מההקטנה בכוח המניע.
􏰀 מהנקודה של בערך 20mV-, מאחר והמוליכות לא גדלה יותר, הכוח האלקטרומניע הוא זה שקובע את משרעת הזרם
בהתאם לחוק אוהם. הקטנה בכוח האלקטרומניע􏰂זרם קטן.

Question 40

התפתחות פאזה 0 של פו”פ מסוג Hodgkin Cycle - fast response
􏰀 מדוע שיא פו”פ לא מגיע או עובר את פוטנציאל נרנסט של נתרן? 􏰀 כיצד התא עובר רה-פולריזציה?
שלבים:

Answer 40

1. התא עובר דה-פולריזציה בעקבות גירוי חשמלי או בעקבות פו”פ שמגיע מאזור סמוך. 2. נפתחות תעלות נתרן תלויות מתח, Na2+ .fast inward sodium current נכנס לתא )זרם שלילי(.
   גורם לדה-פולריזציה. 3. נוצר תהליך של positive feedback, נתרן ממשיך להיכנס לתוך התא וגורם לדה-פולריזציה. 4. זהו התהליך שגורם לפריצת פו”פ של ה-fast response. תהליך של משוב חיובי. כך נוצרת פאזה 0.

Question 41

תהליך הרה-פולריזציה:

Answer 41

1. תעלות הנתרן עוברות אינאקטיבציה, פחות נתרן נכנס פנימה, הדה-פולריזציה נהיית חלשה יותר, פוטנציאל הממברנה לא מגיע לנרנסט של נתרן, וגם לא עובר אותו.
2. סגירת תעלות הנתרן גורמות לתחילת הרה-פולריזציה, slow repolarization.
3. במקביל לסגירת תעלות הנתרן, נפתחות תעלות אשלגן. המוליכות של אשלגן נקרא gK.
   .delayed potassium channel activation
4. אשלגן יוצא החוצה במורד מפל הריכוזים. גורם להתמשכות הרה-פולריזציה.

Question 42

The Hodgkin & Huxley Model of Action Potential and Ion Channels

Answer 42

􏰀 בתא לב אין כמעט leak, לכן לא נתייחס אליו.
􏰀 המודל מתייחס לשני סוגי שערים בתעלת הנתרן:
o 1 שער h. שער אינאקטיבציה. o 3 שערי m. שערי האקטיבציה.
􏰀 ב-steady state )לא במהלך פו”פ( במנוחה, פרמטר h בערך 0.7, פרמטר m קרוב ל-0.
􏰀 בדה-פולריזציה, פרמטר ה-h שווה 0, פרמטר ה-m שווה 1, כלומר אקטיבציה מלאה.

Question 43

השערים של נתרן במהלך פוטנציאל הפעולה:

Answer 43

􏰀 בפוטנציאל המנוחה, המוליכות העיקרית היא gK1 inward potassium current.
􏰀 במנוחה שער m סגור, שער h פתוח, כלומר במנוחה אין אינאקטיבציה, אולם אין
זרם כי המוליכות שווה ל-0.
􏰀 במהלך פריצת פו”פ )במהלך דה-פולריזציה(: שער h עדין לא השתנה, קרוב מאוד
למנוחה. במקביל, במהירות גבוהה פי 10, שער m מיד מגיע לערך המקסימלי.
􏰀 במהלך פאזה 0 של פו”פ, 1=m=1 ,h, כלומר m3h קרוב ל-1, ולכן זרם הנתרן
מקסימלי, גורם לפריצת פו”פ.

Question 44

פוטנציאל פעולה במהלך fast response:

Answer 44

􏰀 זרם IK1
זורם במהלך פוטנציאל המנוחה. זו המוליכות הדומיננטית בזמן זה.
􏰀 במהלך פריצת פו”פ הזרם הדומיננטי הוא זרם INa.
􏰀 הזרם IKto גורם לרה-פולריזציה מהירה.
􏰀 פאזת הפלאטו החשובה ביותר במהלכה נכנס סידן פנימה דרך L-type calcium channel.
􏰀 פאזת 3 היא פאזת הרה-פולריזציה. הרכיב העיקרי הוא זרם IK.

Question 45

􏰀 2 זרמים פנימה עיקריים.

Answer 45

fast inward Na+ current 
o. זרם נתרן מתפתח
מהר יותר, וכן עובר אינאקטיבציה מהירה. 
L-type Ca2+ current 
o. זרם סידן מתפתח לאט
יותר, וכן עובר אינאקטיבציה איטית. זורם במהלך הפלטו של פו"פ.

Question 46

3 זרמים החוצה עיקריים.

Answer 46

o זרם IK1 – inward rectifying K+ channel. הזרם
זורם במהלך פוטנציאל המנוחה, אחראי להחזקת פוטנציאל הממברנה קרוב לנרנסט של אשלגן.
rapid ,1 אחראי לפאזה .Ito2 או Ito1 זרם
o .repolarization
o זרם אשלגן מחולק ל-2 מרכיבים: rapid) IKr( ו-slow) IKs(. תורמים לרה-פולריזציה של פוטנציאל הפעולה.

Question 47

The L type Ca2+ current , ICa,L

Answer 47

זרם הנובע מפתיחת תעלות סידן במהלך הפלאטו של פו”פ. סידן חודר פנימה ומבצע את תפקידיו.

Question 48

השוואה בין זרם הנתרן המהיר לזרם הסידן:

Answer 48

􏰀 זרם הסידן עובר אקטיבציה מהירה ואינאקטיבציה איטית יותר, לכן מהלך הזמן שלו איטי יותר מאשר זרם הנתרן.
􏰀 לזרם הסידן יש עקומת זרם-מתח דומה לזרם הנתרן.
􏰀 הבדל חשוב ביניהם: הפארמקולוגיה השונה. זרם הנתרן המהיר נחסם על ידי TTX, אבל לא חוסם את הסידן.
תעלת הסידן נחסמת על ידי מגוון חומרים שנקראים Ca2+ channel blocker, לדוגמא: Verapamil, Nisoldipine )משמשים להורדת לחץ דם ולהורדת קצב הלב(.

Question 49

תופעת יישור הזרם – the concept of rectification

Answer 49

􏰀 הגרף הכחול: ליניארי, זרם כפונקציה של מתח, השיפוע מייצג את המוליכות. זו עקומת הזרם-מתח לייחוס. 􏰀 הגרף האדום: במעגל חשמלי אשר מכיל רכיב שנקרא דיודה, אשר בניגוד לנגד,
מעביר זרם רק בכיוון אחד. כאשר בונים את עקומת הזרם-מתח של מעגל זה, היא שונה מהעקומה של מעגל חשמלי עם נגד. נקראת עקומת יישור rectification.
o כאשר משנים את המתח בכיוון אחד, ישנו זרם גדול. o כאשר משנים את המתח לכיוון השני, אין זרם )הזרם שווה ל-0(.
􏰀 outward rectifying: יישור כלפי חוץ, הדיודה מעבירה זרם החוצה )ולא פנימה(.

Question 50

סוגי תעלת +K

Answer 50

סוגי תעלת +K :transient outward K+ current - Ito1 .1
􏰀 אחראית לרה-פולריזציה המהירה של פו”פ.
􏰀 תעלה תלוית מתח.
:inward rectifier K+ channel - IK1 .2
􏰀 תפקידה להחזיק את פוטנציאל המנוחה ליד פוטנציאל נרנסט.
􏰀 באזור זה זורם הזרם הזה כמעט באופן בלעדי. אשלגן יוצא החוצה, גורם לזרם חיובי.
:delayed-rectifier K+ channel - IK.3
􏰀 קיימים 3 סוגים אשר אחראיים לרה-פולריזציה של פו”פ בחזרה לערך פוטנציאל המנוחה:
􏰂IKs oזרם המתפתח לאט slow. נמצא בעיקר בחדרים. 􏰂IKr oזרם המתפתח מהר rapid. נמצא בעיקר בחדרים. ultra-rapid
􏰂IKur o. נמצא בעיקר בעליות.

Question 51

תופעת יישור הזרם – the concept of rectification

Answer 51

􏰀 הגרף הכחול: ליניארי, זרם כפונקציה של מתח, השיפוע מייצג את המוליכות. זו עקומת הזרם-מתח לייחוס. 􏰀 הגרף האדום: במעגל חשמלי אשר מכיל רכיב שנקרא דיודה, אשר בניגוד לנגד,
מעביר זרם רק בכיוון אחד. כאשר בונים את עקומת הזרם-מתח של מעגל זה, היא שונה מהעקומה של מעגל חשמלי עם נגד. נקראת עקומת יישור rectification.
o כאשר משנים את המתח בכיוון אחד, ישנו זרם גדול. o כאשר משנים את המתח לכיוון השני, אין זרם )הזרם שווה ל-0(.
􏰀 outward rectifying: יישור כלפי חוץ, הדיודה מעבירה זרם החוצה )ולא פנימה(

Question 52

נתייחס ל-3 עקומות זרם-מתח:”
ohmic
inward
outward

Answer 52

􏰀 A - עקומה אוהמית: עקומה ליניארית של נגד.
􏰀 B - עקומה outward: יישור כלפי חוץ.
􏰀 C - עקומה IK1 :inward. יש זרם גדול כלפי פנים, זרם קטן
כלפי חוץ.

Question 53

:delayed-rectifier K+ channel

Answer 53

אחראי על הרה-פולריזציה של פו”פ. נמצא בחדרים.
􏰀 s
􏰂 מתפתח לאט, גורם לרה-פולריזציה בחלקים האחרונים של פו”פ.
􏰀 􏰂rמתפתח לפני s, זורם מהלך רוב הרה-פולריזציה, מחזיר את פוטנציאל
הממברנה בחזרה לפוטנציאל המנוחה.

Question 54

:delayed-rectifier K+ channel

Answer 54

אחראי על הרה-פולריזציה של פו”פ. נמצא בחדרים.
􏰀 s
􏰂 מתפתח לאט, גורם לרה-פולריזציה בחלקים האחרונים של פו”פ.
􏰀 􏰂r
מתפתח לפני s, זורם מהלך רוב הרה-פולריזציה, מחזיר את פוטנציאל
הממברנה בחזרה לפוטנציאל המנוחה.

Question 55

ניסוי קיבוע מתח עבור המרכיב IKs בתא חדר

Answer 55

קיבוע מתח הממברנה ל-40mV- מאפשר לבודד את הזרם אותו רוצים לרשום, משאר זרמי הממברנה. גורם לאינאקטיבציה מהירה של זרם הנתרן המהיר ושל זרם הסידן, חוסמים באמצעים כימיים את IKr. כך נשארים רק עם IKs.
מתפתח IKs עבור כל קפיצת מתח, הוא לא עובר אינאקטיבציה.

Question 56

ניסוי קיבוע מתח של זרם inward rectifying K+ current – IK1

Answer 56

􏰀 הזרם פנימה הרבה יותר גדול מהזרם החוצה.
􏰀 זרם פנימה ניתן לקבל אך ורק בניסוי קיבוע מתח, כי במצב של פו”פ, מתח
הממברנה מעולם לא נמצא משמאל לנרנסט.
􏰀 בניסוי קיבוע מתח, יכולים לקבע את התא למתחים יותר שליליים מנרנסט.
􏰀 במתחים חיוביים, אין כמעט זרם אשלגן מסוג IK1.
􏰀 במתחים שליליים, מקבלים זרמים גדלים, הרבה יותר גדולים מהזרמים החוצה.