CORRENTI DEPOLARIZZANTI

INa Fast Inward Current

ICa-L Slow Inward Current

Nell’assone gigante di calamaro (come anche negli assoni dei nervi e nelle fibre muscolari scheletriche) l’ampiezza del potenziale d’azione e la sua stessa esistenza dipendono dalla concentrazione del sodio extracellulare e dalla funzionalità del canali voltaggio dipendenti del sodio (possono essere bloccati selettivamente dalla TTX)

Nel miocardio la diminuzione del Na+ extracellulare (o la TTX) modificano la morfologia del potenziale d’azione cardiaco ma non ne impediscono necessariamente l’insorgenza che viene invece bloccata dalla contemporanea eliminazione del Ca2+ extracellulare.

+TTX+ riduz./aboliz. Ca2+ extracell.

+TTX

Queste osservazioni sperimentali indicano che nel miocardio deve esistere, oltre al meccanismo depolarizzante dipendente dal Na+, un altro meccanismo capace di generare un potenziale d’azione. Quest’ultimo dipende dal Ca2+ ed è più lento rispetto a quello Na+-dipendente.

+TTX+ riduz./aboliz. Ca2+ extracell.

+TTX

(INa)

(IK1)

(IKr, IKs)(ICa-L)

(Ito)

ICa-L Slow Inward Current-Corrente transitoria relativamente lenta e non molto intensa-Mediata da famiglia di canali del Ca2+ di tipo L (long lasting, high threshold)-Contribuisce alla fase 2 (plateau) del pot.d’az. cardiaco-Attiva e partecipa ai meccanismi di accoppiamento E-C

-60 mV

+20 mV

100 pA

ICa-L= GCa. (Em-ECa)

In seguito allo step di Em, GCa si attiva in tempi non molto rapidi e si inattiva piuttosto lentamente

Curva intensità-voltaggio e attivazione di ICa-L

-80 -60 -40 -20 0 20 40

0.0

0.2

0.4

0.6

0.8

1.0

INa

Em (mV)

Con

dutt

anza

rel

ativ

a (G

/Gm

ax)

Disponibilità canali Ca-L(Inattivazione di I

Ca-L)

Attivazione di ICa-L

-60 -40 -20 0 20 40 60 80

-12

-10

-8

-6

-4

-2

0

2

4

6ICa-L

Em (mV)

ICa-L= GCa. (Em-ECa)

outw

inw

Ruolo di ICa-L nel potenziale d’azione

Recupero del PA Recupero dall’inattivazione di ICa-L

Il recupero dall’inattivazione di ICa-L contribuisce alla restituzione elettrica del miocardio

Ruolo di ICa-L nell’accoppiamento E-C del muscolo cardiaco

-60 -30 0 30 600.0

0.5

1.0

Ampiezzatransiente Ca

2+

di carica

ICa-L

Contrazione

Movimento

Fraz

ione

del

val

ore

max

Em (mV)

Voltaggio dipendenza del transiente di Ca2+ e della contrazione dei miociti cardiaci sono simili a quella di ICa-L

-60 -30 0 30 600.0

0.5

1.0

Ampiezzatransiente Ca

2+

di carica

ICa-L

Contrazione

Movimento

Fraz

ione

del

val

ore

max

Em (mV)-60 -30 0 30 60

0.0

0.5

1.0

Ampiezzatransiente Ca

2+

di carica

ICa

Forza

Movimento

Fraz

ione

del

val

ore

max

Em (mV)

M. Scheletrico M. Cardiaco

ICa:-entità molto modesta-non influenza significativamente PA-cinetica lenta-Em-dipendenza diversa da quella dell’accop. E-C

ICa:-entità significativa-contribuisce in modo importante al PA-cinetica relativamente rapida-Em-dipendenza simile a quella dell’accop. E-C

ICa: corrente di Ca2+ che attraversa il sarcolemma mediante canali del Ca2+-voltaggio dipendenti (DHPR)

Per la contrazione del m. cardiaco è indispensabile la presenza di Ca2+ extracellulare.

Questo non implica necessariamente che il Ca2+ impiegato dal m. cardiaco per attivare la contrazione provenga interamente dal LEC.

Evidenze del ruolo dei depositi intracellulari di Ca2+ nell’attivazione della contrazione del miocardio:

-la contrazione del m. cardiaco è estremamente sensibile a inibitori specifici della funzione del RS;

-le stime elettrofisiologiche della quantità di Ca2+ capace di entrare nella cellula attraverso il sarcolemma durante un PA giustificano solo in parte (10-50%) la quantità di Ca2+ impiegata dai miociti cardiaci in ogni ciclo contrattile;

-la relazione forza-frequenza e la refrattarietà meccanica del miocardio non si spiegano con meccanismi di Ca2+-attivazione che si originino esclusivamente nella membrana cellulare.

Aumenti della frequenza di stimolazione del m. cardiaco causano un progressivo aumento della forza di contrazione (effetto Bowditch o fenomeno della scala). Questo progressivo aumento è provocato da un parallelo aumento dell’ampiezza dei transienti di Ca2+ indotti dal PA. L’aumento della quantità di Ca2+ messa a disposizione della contrazione non è giustificato dal comportamento della corrente di Ca2+ che durante il PA causa ingresso di Ca2+ dal LEC: quest’ultima all’aumentare della frequenza di stimolazione tende a ridursi di intensità.

0 1 2 30.0

0.5

1.0

1.5

2.0

ICa-L

Durata PA

Segnale aequorina

Forza

Val

ori r

elat

ivi

Frequenza (Hz)

Segnale aequorinaContrazione

Contrazioni premature (extrasistoli): refrattarietà meccanica e potenziamento post-extrasistolico

Forza

Segnale aequorina

Recupero del PA

Recupero della ICa-L

Recupero del transiente di Ca2+

Recupero del transiente di Ca2+ e della contrazione

Nelle extrasistoli il recupero dell’ampiezza dei transienti di Ca2+ accompagna il recupero dell’ampiezza della contrazione. Entrambi i fenomeni di recupero durano più a lungo del recupero dell’ampiezza della corrente di Ca2+ dimostrando l’esistenza di processi di liberazione del Ca2+ con refrattarietà diversa da quella dell’ingresso di Ca2+ dal LEC

Gran parte del Ca2+ necessario per la contrazione del m. cardiaco proviene dai depositi intracellulari.

Perchè l’ingresso di Ca2+ dal LEC è necessario per la contrazione del m. cardiaco?

CARDIAC

Le isoforme di DHPR e RyR espresse nel miocardio risultano meno strettamente accoppiate tra loro di quelle del muscolo scheletrico

Calcium Induced Calcium Release (CICR)

2

L’ingresso di Ca2+ dal LEC è indispensabile per la contrazione del m. cardiaco perché rappresenta il segnale necessario per la liberazione di Ca2+ dai depositi intracellulari.

(DHPR)

Accoppiamento Eccitazione-Contrazione nel MiocardioContributo del Ca2+ extra- e intra-cellulare e macromolecole ancorate a membrane coinvolte nel trasporto dello ione (DHPR, RyR, SERCA; PLB (phospholamban); NCX (sodium-calcium exchanger); PMCA (plasma-membrane calcium ATPase)

DHPR

Regolazione fisiologica e farmacologica di ICa-L

La fosforilazione dei canali del Ca2+ di tipo L (DHPR), mediata da cAMP, è parzialmente responsabile dell’effetto inotropo + (aumento della quantità di Ca2+ che entra dal LEC e di quella liberata dal RS durante il PA) prodotto dalla stimolazione beta-adrenergica

DHPR

A Kinase Anchoring Protein

L

I canali del Ca2+ di tipo L sono bersaglio diretto di antiaritmici di classe IV (Ca-antagonisti, DHP) e indiretto di anti-aritmici di classe II (β-bloccanti)

Effetto diltiazem

ICa-L Slow Inward Current

-Corrente transitoria lenta e non molto intensa-Mediata da famiglia di canali del Ca2+ di tipo L (long lasting, high threshold)-Contribuisce alla fase 2 (plateau) del pot.d’az. cardiaco-Attiva e partecipa ai meccanismi di accoppiamento E-C-Bersaglio importante di fattori fisiologici di regolazione dell’inotropismo-Bersaglio di farmaci anti-aritmici di classe II (β-boccanti)e IV (Ca-antagonisti)-Responsabile di insorgenza e refrattarietà di pot.d’az. lenti (nodo S-A e A-V)

-60 mV

+20 mV

100 pA

ICa-L= GCa. (Em-ECa)