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Il potenziale diastolico e i canali al potassio

Ceffettivamente in potenziale diastolico siamo verso il valore di equilibro del potassio, intorno ai -100mV. La corrente al potassio è minima e prevale soltanto la corrente al sodio. Questo canale è frutto dell'espressione del gene ed è un canale della famiglia dei canali al potassio che però ha un filtro di selettività non stretto in quanto lascia passare sia sodio che potassio. Nel nome, il termine HCN sta per Hiperpolrization-Activated Cycline Nucleotide Potassium channel di tipo 4, ovvero si attiva in seguito all'iperpolarizzazione (H) ma è anche un canale che dipende dai valori di cAMP ciclico e quindi il gating, ovvero l'apertura del canale, dipende anche proprio dai valori di cAMP oltre che dal Vm.

Vedendo l'immagine del canale, possiamo dire che abbiamo sempre 4 domini che formano questo canale con 6 anse contenenti S4 che è il sensore di voltaggio. Nel lato intracellulare si ha i domini

-N e -C terminale e al terminale-C si ha il sito Cyclin nucleotide-binding site di legame con l’cAMP.È un canale che si trova nel gruppo dei canali al K che sono canali che vedono anche I e abbiamo visto anche Kur,kskr, to1 ecc… È un canale studiatissimo mediante le solite tecniche di raggi x e crio-EM e MacKinnon ha teorizzatoquesto canale, con doppia dipendenza, sia dal voltaggio, dalla ripolarizzazione, che dal messaggero biochimicocAMP. Si vede come si ha un filtro di selettività per sia K che Na, ha una caratteristica strutturale probabilmentelegata alla sequenza particolarmente lunga di S4 che conferisce al canale un gating a polarità inversa, ovvero tuttii canali al K, quasi tutti, voltaggio dipendenti si aprono con depolarizzazione; invece, in questo caso è un canalestrutturalmente classico che però si chiude in depolarizzazione e si apre con ripolarizzazione. Da questi studisembra sia la lunghezza anomala di S4 a mediare

questa polarità inversa. Il ruolo di cAMP che lega nel LIC il canale, determina il legame di 4 cAMP con una rotazione della struttura che da un orientamento del canale tale da farlo aprire. Quindi si apre sicuramente in voltaggio, in ripolarizzazione, ma viene poi bloccata in configurazione aperta dall'cAMP.

Possiamo vedere che queste modifiche e differenze dal canale classico si hanno per motivi anche strutturali, in cui possiamo vedere queste 4 subunità e nel canale HCN hanno una distribuzione diversa dal canale classico, in cui si trova una distribuzione come se fossero attorcigliate tra loro, mentre in questo canale HCN sono solo giustapposti questi domini senza attorcigliarsi e comunicare fisicamente. Inoltre, possiamo anche dimostrare che possiamo variare le concentrazioni di cAMP o sostituirlo con altre molecole come cGMP vedendo che il caso cAMP è il caso di riferimento di controllo, mentre con cGMP si ha molto minor stimolo mentre in assenza di ogni nucleotide ciclico.

indicabile genericamente come cNMP, si vede che il canale non si apre mai. Possiamo anche pensare di creare una variante di canale senza dominio -C terminale e dimostriamo che non risente più dei nucleotidi ciclici. - 50 - I livelli di cAMP sono controllati dai neurotrasmettitori del SNA ed è il sistema di regolazione fisiologica da parte del SN della frequenza cardiaca e si fa modulando principalmente l'intensità di I, ma non solo. Il SNA mediante stimolo adrenergica β-adrenergica che aumenta i livelli di cAMP fa spostare verso destra la relazione tra intensità di corrente e potenziale di membrana e lo vediamo nel grafico di sopra sottostante, mentre lo stimolo di tipo invece parasimpatico che fa diminuire cAMP, provoca uno spostamento a sinistra della relazione, ovvero una riduzione di sensibilità al voltaggio rispetto al punto centrale di controllo e questo modula la regolazione che viene detta cronotropa. Quindi l'Ach, per esempio,diminuisce If e quindi ha effetto cronotropo negativo a differenza della adrenalina o noradrenalina con effetto cronotropo positivo. Andando avanti sulle altre correnti che abbiamo, non abbiamo solo una corrente al potassio, ma abbiamo anche una seconda corrente al calcio molto simile a I detta I, generata da un canale che si apre per depolarizzazione Ca-L Ca-T promossa da I. Quindi in sequenza I promuove ripolarizzazione al fine di aprire a -50Mv il canale I che nel frattempo a sua volta causa depolarizzazione di membrana che determina la chiusura di sé stesso, perché produce un feedback negativo, e poi però questo fa aprire questo canale del tipo Ca-T, a un valore soglia. Questi canali hanno una soglia più negativa di Ca-L e infatti T sta per tante nomenclature diverse in realtà, quella che più lo rappresenta possiamo dire essere il termine Low Threshold, ovvero a bassa soglia di apertura infatti su valori più negativi, ovvero se Ca-L

aveva soglia di -40mV, Ca-T ha una soglia di -60mV e anche con bassa intensità, infatti un altro nome associato a T è anche Tiny Conductance che è causata da una variazione di conduttanza molto minore. Qua sotto vediamo il confronto tra Ca-L in nero e Ca-T in rosso.

È poi un canale molto transiente, infatti si chiama anche Transient Outward ed è molto rapida. La corrente di tipo Ca-L ha come bloccante specifico le diidropiridine, mentre la corrente Ca-T si blocca mediante Nichel ed è del tutto insensibile alle diidropiridine e si può usare quest'ultimo bloccante per bloccare Ca-L e vedere solo Ca-T senza sovrapposizione di Ca-L.

Ca-T, inoltre promuove una depolarizzazione che porta alla soglia finalmente per apertura di Ca-L che causa la lenta depolarizzazione delle cellule pacemaker. Ma non è il solo effetto, è infatti una corrente piccola che crea un piccolo aumento di calcio che è però molto

localizzato nel compartimento sub-membrana e a questo livello l'attivazione di Ca-T dando luogo a questi transienti di calcio estremamente localizzati, porta ad attivare l'oscillatore sodio-calcio NCX generando un'altra corrente depolarizzante, detta I, che è piccola ma che è come NCX se desse la spinta finale per raggiungimento di soglia di apertura di Ca-L. il fenomeno di questi transienti di calcio sono detti Calcium Sparks ovvero in italiano sono scintille di calcio, e infatti se si utilizzano indicatori del calcio, l'azione di Ca-T si segnala proprio come questi transienti di calcio estremamente localizzati che sono causati da I. NCX I canali al calcio voltaggio dipendenti li abbiamo visti parlando del tipo L e qui si vede il tipo T, e sono quelli che hanno indice che vanno da 3.1-3.3 e si hanno le solite strutture alfa più proteine accessorie così come il canale Ca-L. Il contributo di Ca-T lo andiamo a valutare con l'inibitore specifico,

Il Nichel e vediamo che Ca-L rimane inalterata, mentre scompare Ca-T e si vede nel PdA con una modifica della parte finale del potenziale pacemaker quindi siamo in una fase tardiva in cui si ha una via via sempre maggiore sovrapposizione di Ca-L e Ca-T passando da potenziale pacemaker a potenziale di azione vero e proprio.

Su ciò possiamo immaginare che il potenziale pacemaker è molto sensibile sia da parte del SN che farmaci. La modulazione della frequenza la abbiamo modulando la pendenza del potenziale pacemaker, ma anche modulando il valore del massimo potenziale diastolico, quindi partendo più in basso da valori più negativi, oppure anche modulando il valore soglia di depolarizzazione.

Ma il bersaglio primario sia per il SNA che per via farmacologica, è I. Questo sia tramite farmaci generali che hanno azione β-bloccante potenziando o depotenziando del simpatico, oppure con farmaci specifici contro HCN1. Vediamo intanto che il SNA ha quello

spostamento a dx o sx come detto prima su base di variazione dei livelli dicAMP e a questo meccanismo si aggiungono alcuni farmaci, i ß-bloccanti sono quelli di prima scelta, di cui uno èl’ivabradina, un bloccante che entra nel canale HCN1 riducendone la conduttanza e bloccando la corrente I ;finfatti, in sua presenza I diminuisce drammaticamente e si riduce anche la pendenza del potenziale pacemakerfcon effetto cronotropo negativo. Ne vediamo l’effetto qui sotto.- 52 -Il SN parasimpatico, mediante Acetilcolina riduce cAMP con blocco diretto dell’adenilato ciclasi di membrana, mail parasimpatico ha un’altra funzione, che dipende dall’intensità di attivazione del parasimpatico stesso, ovveroper bassi livelli di attivazione del SN parasimpatico prevale l’effetto di diminuire I , ma quando il parasimpatico sifattiva potentemente a alti livelli, si manifesta la seconda modalità di azione con blocco dell’attività

Ricordiamoci che il parasimpatico innerva mediante nervo vago e la sua attività è l'effetto cronotropo negativo principale, ovvero più il nervo vago è attivo, ovvero maggiormente è attivo il parasimpatico e minore è la frequenza cardiaca. Infatti, spesso si sente dire che uno svenimento potrebbe essere causato da un effetto "vagale" come se il vago desse una botta di stimolo parasimpatico con rallentamento della frequenza cardiaca. Se l'Ach quindi viene liberata dal parasimpatico a bassa concentrazione (bassa attività del parasimpatico), 0,01µM (figura A), si ha un effetto cronotropo chiaro negativo e si spiega con riduzione di intensità di I, ad invece alta concentrazione, 1µM (figura B), 100 volte maggiore di 0,01µM corrispondendo ad alta attività del nervo vago, addirittura il cuore si ferma perché scompare l'effetto pacemaker. Questo secondo effetto di

famiglia dei recettori muscarinici M2. Questo recettore, una volta attivato dall'acetilcolina, attiva una proteina G che a sua volta attiva i canali GIRK. L'apertura di questi canali permette il flusso di ioni potassio (K+) all'interno della cellula, causando una iperpolarizzazione della membrana e quindi una diminuzione dell'attività elettrica del cuore. In sintesi, l'attivazione del sistema parasimpatico, tramite l'acetilcolina e i recettori muscarinici M2, porta all'apertura dei canali GIRK e alla diminuzione dell'attività elettrica del cuore. Questo meccanismo è fondamentale per il controllo della frequenza cardiaca e per la regolazione dell'attività del cuore in risposta a stimoli esterni.a superficie cellulare si lega una proteina G. Questa interazione attiva la proteina G, che a sua volta attiva una cascata di segnalazione intracellulare. La proteina G attivata può influenzare diverse vie di segnalazione all'interno della cellula, come ad esempio l'apertura o la chiusura di canali ionici, la produzione di secondi messaggeri o l'attivazione di enzimi. La classe muscarinica M2 è coinvolta in diverse funzioni fisiologiche, come la regolazione del ritmo cardiaco, la contrazione muscolare liscia e la secrezione di alcuni ormoni. Inoltre, è il bersaglio di alcuni farmaci utilizzati per il trattamento di disturbi cardiaci, come ad esempio l'ipertensione e l'angina. In conclusione, la classe muscarinica M2 è una proteina transmembrana che interagisce con il ligando Ach e attiva una cascata di segnalazione intracellulare attraverso l'interazione con una proteina G.