В нормальном сердце автоматизм ограничен СА-узлом и другими кардиомиоцитами проводящей системы. Рабочие кардиомиоциты предсердий и желудочков в норме не способны к спонтанной диастолической деполяризации и спонтанной генерации импульсов, даже если они не отвечают возбуждением на распространяющиеся импульсы в течение длительных периодов времени.
Несмотря на то что в этих кардиомиоцитах можно зарегистрировать If, диапазон активации этого тока в них гораздо более отрицательный (от -120 до -170 мВ) по сравнению с волокнами Пуркинье или СА-узлом. Поэтому в физиологических условиях, при Em от -85 до -95 мВ, If не активируется, и кардиомиоциты желудочков не способны к спонтанной деполяризации.
Однако когда мембраны этих кардиомиоцитов, находящихся в состоянии покоя, деполяризуются примерно до -70 - -30 мВ, может возникнуть спонтанная диастолическая деполяризация, которая вызовет повторную генерацию импульсов. Это явление называется автоматизмом, вызванным деполяризацией, или аномальным автоматизмом.
Точно так же кардиомиоциты волокон Пуркинье, которые в физиологических условиях обладают автоматизмом, при высоких значениях мембранного потенциала демонстрируют аномальный автоматизм, когда мембранный потенциал снижается примерно до -60 мВ или менее. Такое явление может происходить в ишемизированных областях сердца. Когда устойчивый мембранный потенциал кардиомиоцитов волокон Пуркинье снижается до значений более положительных, чем -60 мВ, каналы If, которые вовлечены в активацию кардиомиоцитов волокон Пуркинье в физиологических условиях, закрываются и не функционируют.
Поэтому в норме эти кардиомиоциты не обладают свойством автоматизма. Однако может иметь место аномальный механизм. В отличие от системы Гиса-Пуркинье, усиление автоматизма СА-узла, латентных водителей ритма предсердий или АВ-узла, потенцируемое механизмом, не связанным с усилением нормального автоматизма, в клинике продемонстрировано не было.
Низкий уровень мембранного потенциала — не единственный критерий для определения аномального автоматизма. В этом случае аномальным можно было бы считать автоматизм СА-узла. Поэтому важным отличием аномального автоматизма является сниженное значение мембранных потенциалов кардиомиоцитов по сравнению с их собственным нормальным значением. По этой причине автоматизм в АВ-узле (там, где мембранный потенциал обычно низкий) при классификации не относят к аномальному.
Рисунок 1. Нормальный автоматизм сердца. Потенциалы действия кардиомиоцитов синоатриального узла (СА-узла), системы Гиса-Пуркинье показаны со шкалой напряжения по вертикальной оси; пунктирные линии обозначают пороговый потенциал, а цифры на рисунке обозначают фазы потенциала действия. Обратите внимание на качественные различия между двумя типами клеток, а также на разную скорость спонтанной деполяризации
Существует несколько механизмов, которые, вероятно, вызывают аномальную активность пейсмейкерных кардиомиоцитов при низких значениях мембранных потенциалов. Среди них активация и инактивация тока задержанного выпрямления IK, высвобождение Са2+ из саркоплазматического ретикулума, вызывающее активацию входящего тока Са2+, INa (через Na+/Са2+-обменник) и возможный вклад If.
До сих пор не установлено, какие из этих механизмов активируются при патологических состояниях, сопровождающихся аномальным автоматизмом.
Деполяризация самопроизвольно возникающих потенциалов действия, генерируемых вследствие аномального автоматизма, может быть вызвана входящими токами Na+ или Са2+ или, возможно, их комбинацией. В диапазоне диастолического потенциала от -70 до -50 мВ ритмическая активность зависит от концентрации внеклеточного Na+ и может быть снижена или ингибирована действием блокаторов Na+-каналов.
В диапазоне значений диастолического потенциала от -50 до -30 мВ инактивируются в основном Na+-каналы; ритмическая активность зависит от концентрации внеклеточного Са2+ и снижается при введении блокаторов Са2+-каналов L-типа.
Рисунок 2. Ионные токи, вовлекаемые в генерацию потенциала действия в кардиомиоцитах СА-узла. Типичный потенциал действия спонтанной активности СА-узла сердца кролика показан вверху (красная кривая). Отмечены различные фазы, при этом фаза 4 представляет собой диастолическую деполяризацию (ДД), определяющую характеристику пейсмейкерных клеток. Продолжительность и амплитуда составляющих элементов «мембранных часов» показаны в середине (зеленая скобка). Имеется зависящее от напряжения затухание выходящего тока внутреннего выпрямления К+ (IK) и зависящая от напряжения активация входящих токов If, ICaL, и ICaT. Продолжительность и амплитуда элементов, составляющих «кальциевые часы», показаны внизу (темно-синяя скобка). Вход Са2+ в клетку через ICaL и ICaT приводит к спонтанному локальному высвобождению Са2+ (ЛВ Са2+) из саркоплазматического ретикулума (СР) через каналы RyR2. Во время фазы 4 это повышение общего внутриклеточного Са2+ активирует Na+/Са2+-обменник (NCX1), который генерирует входящий ток INCX (или INa-Ca). Ближе к концу диастолы активация Са2+-каналов L-типа вызывает Са2+-индуцированное высвобождение Са2+ из СР через RyR2-каналы, что приводит к токам Са2+ во всей клетке. Цитоплазматический Са2+ затем удаляется кальциевой аденозинтрифосфатазой саркоплазматического/эндоплазматического ретикулума Са2+ и Na+/Ca2+-обменником сарколеммы. ICaL — ток Са2+ L-типа, потенциал-зависимый; ICaT — ток Са2+ Т-типа, потенци-ал-зависимый; If — “funny” ток; IK — выходящий ток внутреннего выпрямления; INCX — ток натрий-кальциевого обмена, локальное высвобождение Са2*; ПД — потенциал действия
Частота генерации импульсов в очаге с аномальным автоматизмом является свойством мембранного потенциала. Чем больше положительный мембранный потенциал, тем выше частота. Водители ритма с аномальным автоматизмом менее подвержены подавлению активности overdrive-стимуляцией. Следовательно, эктопический очаг с аномальным автоматизмом может активироваться даже при случайном снижении частоты генерации импульсов в СА-узле с аномальным автоматизмом без предшествующего длительного неактивного периода.
Введение катехоламинов может приводить к увеличению скорости генерации импульсов при аномальном автоматизме и, следовательно, может способствовать смещению водителя ритма из СА-узла в область с аномальным автоматизмом.
Снижение мембранного потенциала кардиомиоцитов, вследствие которого возникает аномальный автоматизм, может быть спровоцировано различными факторами, в частности при острой и хронической ишемии. На развитие аномального автоматизма могут влиять условия, в которых происходит деполяризация мембраны. Например, увеличение концентрации внеклеточного К+, которое наблюдается при острой ишемии миокарда, приводит к снижению мембранного потенциала.
При этом из-за увеличения проводимости для К+ (и, следовательно, усиления выходящего тока), которое является результатом увеличения концентрации внеклеточного К+, в работающих кардиомиоцитах предсердий и желудочков, а также волокон Пуркинье, как правило, не развивается ни нормальный, ни аномальный автоматизм.
