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

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

(IK1) (Ito) (IKr, IKs) (ICa-L) (INa)

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 +20 mV -60 mV ICa-L= GCa. (Em-ECa) In seguito allo step di Em, GCa si attiva in tempi non molto rapidi e si inattiva piuttosto lentamente 100 pA

Curva intensità-voltaggio e attivazione di ICa-L ICa-L= GCa. (Em-ECa) outw inw

Ruolo di ICa-L nel potenziale d’azione

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

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

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

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

Per la contrazione del m 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 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. Contrazione Segnale aequorina

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

Recupero del transiente di Ca2+ 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 Recupero del PA Recupero del transiente di Ca2+ Recupero della ICa-L Recupero del transiente di Ca2+ e della contrazione

Gran parte del Ca2+ necessario per la contrazione del m 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?

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

Calcium Induced Calcium Release (CICR) 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. Calcium Induced Calcium Release (CICR) (DHPR) 2

Accoppiamento Eccitazione-Contrazione nel Miocardio Contributo 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 A Kinase Anchoring Protein DHPR 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) +20 mV -60 mV ICa-L= GCa. (Em-ECa) 100 pA