심장의 활동전위 (Action potential)

활동전위 (Action potential)
단순하게 생각하면 세포막의 전압의 변화를 말한다.
신경세포(뉴론)과 근육세포의 짧은 전기적 분극의 전환을 발생시켜 뉴론의 신경 자극을 생산하고 근육세포에서는 모든 움직임을 위해 요구되는 수축을 생산한다. 이 흥분의 파형은 신경 또는 근육섬유를 따라 전달된다.

1. 심장의전도 시스템(cardiac conduction system)
심장에서는 주요한 두가지 과정이 있다.

심장 전도(cardiac conduction)
: pacemaker cells (자율 박동세포)
- 수축을 하지 않으나 스스로 활동전위를 만들어 다른 세포의 흥분 및 수축을 만든다.

심장 수축 (cardiac contraction)
: non-pacemaker myocytes
- 스스로 활동전위를 만들지 못하나 수축의 역할을 하여 혈액을 내보내게 한다

2. Pacemaker cells

1) SA node - first pacemaker

located in the junction of the superior vena cava and right artrium
60-100회/min (교감,부교감의 영향)

2) AV node - 2nd packe maker

located in the lower aspect of artial septum
SA node 문제시 heart rate 40-60회/min 유지

3) Bundle of His

located at the interventricular septum
branches into the right bundle branch which extends down the right side of the interventricular septum; and the left bundle branch, which extends into the left ventricle

4) Purkinje fibers - 3rd pacemaker

located beneath ventricular endocardium (심실심장내막)
20-40회/min when higher pacepakers (SA, AV node) fail

3. Gap junctions

활동전위(action potential)의 전도에서
모든 심장세포들은 Gap junctions(간극연접 or 틈새이음) 의해 전기적으로 서로 연결되어 있기에 가능하다
* gap junctions 은 세포와 세포 사이를 밀착시켜 연결하는 단백질 채널들(protein channels)이며 이온들의 흐름을 가능하게 한다.

- Purkinje network 안에 gap junctions 밀도는 가장 높은데 이것은 빠른 자극의 전달을 의미한다.
- 반면에 AV node의 gap junctions의 밀도는 가장 낮은데 이것은 AV node를 거치는 느린 자극전도를 말한다.
- 수축심근세포들 사이에 gap junctions 부족으로 인하여 전기적 자극의 전달이 또한 느리다.

심장수축세포들은 SA node 세포들과는 달리 Phase 4 (true resting potential) 나타내는데 대략 -90mV 이며 이 세포들은 활동전위를 일으키도록 자극을 받아야 한다. 자극을 받으면 Na+ channels 은 sodium의 재빠른 유입과 세포들을 탈분극을 만든다.

4. 심근수축세포에서의 활동전위 (atrial and ventricular action potential)

1) Phase 0 (depolarization 탈분극)
자극에 의해 흥분이 시작되면 전위차가 발생하면

세포막의 Na+ channel 열리고 세포 밖 → 안으로 Na+ 한꺼번에 유입되어 세포막 안쪽은 플러스전위로 변화

2) Phase 1 (early repolarization)

Na+ channel 빨리 닫힘
다른 종류의 칼륨 채널이 열리고 칼륨의 유출은 세포를 약간 재분극시킨다
The sodium channels from phase 0 have closed thereby reducing the influx of sodium ions, and the potassium channels are open leading to an efflux of potassium ions and a slight repolarization of the cell.

3) Phase 2 (plateau phase)

포타슘이 세포 밖으로 나가면서 다른 양이온이 세포안으로 들어와야 한다. 왜냐면, 활동전위의 레벨을 유지하고 포타슘 이온의 소실의 반대작용을 위함.
결국은 Ca++ channel 열려 세포안으로 천천히 유입
유입되는 칼슘은 안정적이고 Ca2+ in ↔ K+ out 유지되어 막전위의 변화가 적어 plateau shape
Calcium은 근육세포로 들어오면 수축(contraction) 발생
L-type calcium channels are open, and an influx of calcium ions into the cell leads to myocyte contraction. This contraction will lead to systole of the heart.

4) Phase 3 (repolarization)

칼슘 채널이 닫히고 세포막의 음전하를 위해 칼륨 채널이 다시 열리고 칼륨의 유출은 세포를 다시 재분극 시킨다.

5) Phase 4

재분극(repolarization) 이후 다음 자극이 있을때까지 휴지기
The heart is in diastole during phase 4 as there is no action potential being generated to lead to contraction.