Сдвиги возбудимости клеток с медленным ответом обусловлены в основном инактивацией и реактивацией кальциевых каналов L-типа. При генерации потенциала действия и деполяризации мембраны до –40 мВ кальциевые каналы инактивируются и развивается абсолютная рефрактерность. Поскольку скорость реактивации у кальциевых каналов гораздо медленнее, чем у натриевых, полное восстановление возбудимости в «медленных» клетках возможно не ранее чем через 100 мс после окончания реполяризации. Таким образом, состояние абсолютной рефрактерности у клеток с медленным ответом длится не только в течение всего потенциала действия, но и некоторое время после него. Отмеченные свойства «медленных» клеток обеспечивают нормальное развитие в них спонтанной диастолической деполяризации и исключают в норме возникновение преждевременных импульсов.
Таким образом, свойство рефрактерности миокарда играет важную роль в обеспечении нормальной деятельности сердца. Рефрактерный период рабочего миокарда практически соответствует по времени всему потенциалу действия и длительности сокращения. В результате в миокарде невозможна суммация сокращений, то есть развитие тетануса, как это имеет место в скелетной мышце, что могло бы привести к нарушению сокращения и остановке сердца. Более того, даже при очень высокой частоте искусственной стимуляции миокарда частота его сокращений не может превысить уровень, определяемый длительностью рефрактерного периода. Благодаря этому сохраняется резерв времени, необходимый для расслабления камер сердца и наполнения их кровью.
Рефрактерность обеспечивает нормальную последовательность распространения возбуждения в миокарде и его электрическую стабильность при возникновении патологических участков возбуждения в проводящей системе сердца. Например, при возникновении преждевременного импульса в ножке Гиса он может распространяться не только в направлении желудочков, но и к миокарду предсердий, навстречу нормальному импульсу, исходящему из синусового узла. Однако область миокарда, по которой уже прошло электрическое возбуждение, на некоторое время становится невозбудимой, и поэтому повторный вход возбуждения в нее невозможен. Благодаря этому имеет место «взаимогашение» встречных волн возбуждения в миокарде, что препятствует, в частности, возникновению циркуляции возбуждения.
Увеличение продолжительности рефрактерного периода в отдельном участке проводящей системы может привести к однонаправленной блокаде проведения. Последнее является предпосылкой для развития нарушений нормального распространения возбуждения по типу повторного входа (англ. reentry). Выделяют макро- и микро-re-entry-механизмы. Чаще всего по механизму re-entry возникают экстрасистолы и – при наличии дополнительных путей проведения – пароксизмальная тахикардия. Возникновение множественных очагов микро-re-entry приводит к тому, что в результате возникает десинхронизация и дискоординация возбуждения и сокращения волокон миокарда. Они начинают возбуждаться и сокращаться независимо друг от друга. В клинической литературе такое состояние миокарда называется фибрилляцией.
Для обозначения фибрилляции предсердий в отечественной литературе применяется термин «мерцательная аритмия». При этом хаотическое возбуждение предсердий (с частотой от 300 до 600 имп./мин) случайным образом проводится через атриовентрикулярное соединение и далее распространяется по проводящей системе Гиса – Пуркинье к желудочкам.
Однако атриовентрикулярный узел не способен проводить более 180–200 имп./мин, а рабочему миокарду желудочков свойственна продолжительная (до 300 мс) рефрактерность. Поэтому в условиях мерцания предсердий миокард желудочков возбуждается синхронно, хотя и с разной частотой (от 80 до 160 в 1 мин), и в результате при каждом сокращении желудочков из них выбрасывается различное количество крови. Следовательно, при данной патологии насосная функция сердца позволяет в какой-то мере обеспечивать кровообращение. Нарушение внутрисердечной гемодинамики на фоне мерцательной аритмии часто приводит к формированию тромба в предсердиях, отрыв которого может привести к тромбоэмболии легочной или коронарной артерии либо мозговому инсульту.
Фибрилляция желудочков представляет собой наиболее опасное для жизни человека нарушение сердечного ритма. В этих условиях нормальная сократительная функция сердца невозможна, что приводит к остановке кровообращения и клинической смерти. Для предупреждения биологической смерти требуется проведение немедленных экстренных реанимационных мероприятий в первые четыре минуты после остановки кровообращения. Наиболее эффективно при этой патологии проведение электроимпульсной терапии, или электрической дефибрилляции, с помощью специального аппарата – дефибриллятора. При этом один из электродов может располагаться под левой лопаткой больного, а второй – прижиматься к грудной клетке над областью сердца. (Существуют и иные способы расположения электродов, о которых подробно изложено в учебниках по реаниматологии.) Короткий (десятки миллисекунд) электрический разряд дефибриллятора напряжением в 6000–7000 В и мощностью 200–360 Дж вызывает возбуждение большей части кардиомиоцитов и их синхронизацию по рефрактерности, после чего возможно восстановление нормального сердечного ритма, сократительной активности желудочков и кровообращения. При отсутствии дефибриллятора электроимпульсная терапия может быть проведена разрядом из обычной электросети напряжением 220 В. Более того, в клинической литературе отмечены случаи восстановления сердечной деятельности после резкого удара кулаком в область грудины. Наряду с этим обязательно выполняются закрытый массаж сердца и искусственная вентиляция легких. Даже при такой грозной патологии сердца, как фибрилляция желудочков, при четкой и быстрой организации реанимационных мероприятий существует высокая вероятность (до 80 %) возвращения больного к жизни.
1.6. Сопряжение возбуждения и сокращения в миокарде
Фундаментальные свойства миокарда (возбудимость, проводимость и автоматия) обеспечивают его сократимость – способность мышечных волокон укорачиваться или увеличивать свое напряжение. В соответствии с теорией «скользящих нитей», предложенной X. Хаксли и А. Хаксли еще в 1950-х гг., при сокращении миофибрилл происходит укорочение саркомера, то есть уменьшение его продольного размера вследствие активного перемещения актиновых нитей относительно миозиновых. При этом длина нитей не изменяется. Молекулярными исследованиями 1970–1980-х гг. установлено, что актиновые нити скользят вдоль миозиновых благодаря «гребковым» движениям головок миозина. Головка прикрепляется к участку связывания на актине, потом наклоняется, вызывая укорочение саркомера, и отсоединяется от актина. Далее головка прикрепляется к следующему участку связывания на актиновой нити, и цикл повторяется. При этом сила сокращения определяется количеством связей (мостиков) между миозином и актином.
В расслабленном миокарде соединению миозина и актина препятствуют молекулы тропонина, «закрывающие» участки связывания на актиновой нити. Однако при повышении концентрации кальция в цитоплазме, что имеет место во время возбуждения кардиомиоцита, ионы кальция соединяются с тропонином С. Присоединение Са2+ к этому белку приводит к конформационным изменениям тропонин-тропомиозинового комплекса. В результате молекулы тропомиозина смещаются, миозиновые и актиновые нити вступают во взаимодействие, и начинается процесс сокращения. Чем больше ионов Са2+ поступит к миофибриллам при возбуждении, тем большее количество актомиозиновых мостиков будет образовываться, и тем сильнее, следовательно, будет сокращение. Таким образом, повышение концентрации ионов Са2+ в цитоплазме кардиомиоцита является ключевым фактором, обеспечивающим электромеханическое сопряжение – связь между возбуждением и сокращением миокарда.
Исследования, проведенные в 1980–1990-е гг., позволили установить, что на мембране Т-трубочек поверхностной мембраны кардиомиоцитов имеется кальциевый потенциалзависимый канал, который блокируется препаратами из группы дигидропиридинов. Поэтому он получил название дигидропиридинового рецептора (DHPR). На мембране терминальных цистерн саркоплазматического ретикулума расположен другой потенциалзависимый кальциевый канал, проницаемость которого модулируется растительным алкалоидом рианодином, поэтому он получил название рианодинового рецептора (RyaR). Кроме того, с последним, возможно, связан белок кальмодулин, конформационные изменения которого могут приводить к активации рианодинового рецептора и выходу ионов кальция из цистерн саркоплазматического ретикулума. По другим данным, рианодиновые рецепторы непосредственно активируются ионами кальция (рис. 7).