Herzleistung Pumpleistung 5l/min *5 bei Belastung 7500 Liter/Tag 400 millionen Liter Volumen: 1km*40m*10m 10m Erkrankungen: 30% aller Todesfälle Herzfrequenz: Schlägt 100 000 mal/tag 100 Jahre lang
Regulation of the heart beat Sinoatrial node: Heart beat Electrical activity Autonomous nervous system: Coordination Ventricular Myocardium: Electrical activity EC coupling Contraction
Regulation of the heart beat Sinoatrial node: Heart beat Electrical activity Autonomous nervous system: Coordination Ventricular Myocardium: Electrical activity ^1 EC coupling Contraction
Heart rate and life expectancy Heart ra ate (bp pm) Mouse Hampster Rat Monkey Marmot Dog Cat Giraffe Tiger Ass Horse Lion Elephant Whale Whale Man Life expectancy (years)
The cardiac rhythm
Regulation of the heart beat
ΔV
Das kardiale Aktionspotential Kammer
kardiales Aktionspotential: Ionenkanäle
Das kardiale Aktionspotential spannungsgesteuert 0 mv -80 mv RMP
Intra- und extrazelluläre Ionenkonzentrationen intrazellulär extrazellulär Na + 10 145 K + 140 4 Ca 2+ 0.0001 1.2 Cl - 30 120 HCO 3-8-15 25 große Anionen 100-150 -
Die Na/K-ATPase EZ Na,, K IZ Na, K Na + /K + -ATPase: Export: 3 Na + Import: 2 K +
Aufbau der Zellmembran
Aufbau der Zellmembran
Die Entstehung des Ruhemembranpotentials EZ + = 0 IZ Konz.- Konz.- elektr.- Gradient Gradient Potential Differenz
Ruhemembranpotential Eine Membran mit Ionenkanälen für eine Ionenspezies erzeugt ein Potential, das dem Konzentrationsgradienten dieses Ions über der Membran entspricht (Gleichgewichtspotential, Nullstrompotential) Bei vorgegebenem Konzentrationsgradienten (Na + /K + - ATPase) entwickelt sich ein genau definiertes Potential
Die Nernstgleichung bei 37 C, Umformung in dekadischen Logarithmus und einwertigem Kation:
Nernstpotential für kardiale Ionen Intrazellulär Extrazellulär Nernst Potential (mm) (mm) (mv) Na + 10 140 +70 K + 140 4-94 Ca 2+ 0.0001 1.2 +124 Cl - 30 120-37 große Anionen 100-150 -
Triebkraft für Ionenströme Elektromotorische Kraft: Differenz aus aktuellem Membranpotential (E m ) und Gleichgewichts Potential (E x x) ): E = E m -E x
Das kardiale Aktionspotential Kammer
Das kardiale Aktionspotential spannungsgesteuert 0 mv -80 mv RMP
Das kardiale Aktionspotential E Ca : +120 mv E Na : +70 mv 0 mv -80 mv E K Nernstpotential für K + : -94 mv
kardiales Aktionspotential: Ionenkanäle
kardiales Aktionspotential: Ionenkanäle Das AP ist der gewichtete Mittelwert der 3 Nernst Potentiale Phase 4: RMP: K + -Leitfähigkeit dominiert (I K1 inward rectifier ist nahe dem RMP offen).
inward rectifier -Kaliumstrom: Ruhemembranpotential Charakteristika: Einwärts-gleichrichtend keine Spannungsabhängigkeit Inaktivierung Kalium-permeabel
kardiales Aktionspotential: Ionenkanäle Phase 0, schneller Aufstrich: Schnelle Aktivierung der Na + Kanäle macht GNa dominant. GK fällt (I K1 weniger offen) Andere spannungsaktivierte K + Ströme sind noch nicht geöffnet Ca 2+ Kanäle haben langsamere Öffnungskinetik
Natriumstrom: Depolarisation Schwelle für AP: -45 mv V 0.5
Natriumstrom: Depolarisation
Natriumstrom: Depolarisation
Zustände von Natriumkanälen
QT prolongation Drug induced Long-QT syndrome 37% other 7% Rhabdo myolysis 21% Hepatototoxicity 7% Nephrotoxicity 7% Cardiotoxicity 21% Torsades Sudden cardiac death Torsade
QT prolongation Drug induced Long-QT syndrome 37% other 7% Rhabdo myolysis 21% Hepatototoxicity 7% Nephrotoxicity 7% Cardiotoxicity 21% Torsades Sudden cardiac death Torsade
kardiales Aktionspotential: Ionenkanäle Aaaaaaaaah FUGU
kardiales Aktionspotential: Ionenkanäle Tetrodotoxin
kardiales Aktionspotential: Ionenkanäle Phase 1, schnelle Repolarisation Na + Kanäle inaktivieren und I to ( to (to for transient outward current) macht einen kurzen turbo boost. GK dominiert über GNa.
K + - currents I to 400 pa 500 ms
kardiales Aktionspotential: Ionenkanäle Phase 2, Plateau: L-type Ca Kanäle und delayed rectifier K Kanäle sind aktiviert GK und GCa sind codominant
cardiale L-Typ Ca 2+ Kanäle Cav1.2 100 ms Timothy Syndrom
Ca 2+ dependent inactivation in Cav1.2 Regulation of AP duration Cav1.2 100 ms Alseikhan, B. et al. (2002) Proc. Natl. Acad. Sci. USA 99, 17185-17190
kardiales Aktionspotential: Ionenkanäle Phase 3, Repolarisationphase Ca 2+ Kanäle sind inaktiviert K + Kanäle dominieren
delayed rectifier -Kaliumstrom: Repolarisation Charakteristika: langsame Aktivierung keine Inaktivierung Kalium-permeabel
Kaliumkanal-Typen I to spannungsgesteuert initiiert Repolarisation inward rectifier langsame Aktivierung keine Inaktivierung Kalium-permeabel delayed rectifier Repolarisation spannungsgesteuert g I Kr : schnell aktivierend I Ks : langsam aktivierend
kardiales Aktionspotential: Ionenkanäle