[#1] POTENCIAIS DE AÇÃO CARDÍACO: POTENCIAL DE AÇÃO RÁPIDO (RESPOSTA RÁPIDA) | MK Fisiologia

Summary

This video, hosted by Miriam Curauch from MK Physiology, explores the action potentials of heart muscle fibers, comparing them to skeletal muscle. While both are striated, cardiac fibers have a longer depolarization phase. The video explains the phases of cardiac action potentials, including depolarization, rapid repolarization, and the calcium-potassium balance during the plateau phase. It emphasizes the role of calcium in heart contraction and explains why heart muscle action potentials are different from skeletal muscles and neurons. The video concludes by introducing the unique properties of auto-rhythmic heart cells.

Takeaways

• 💓 The cardiac muscle, like skeletal muscle, is striated due to the organization of thin and thick filaments forming sarcomeres, but the action potential of cardiac fibers differs.
• ⏱️ Cardiac muscle cells have a longer duration of depolarization compared to skeletal muscle cells, which have short action potentials similar to neurons.
• 🔬 The action potential in skeletal muscle involves three phases: depolarization due to sodium channels, repolarization due to potassium channels, and hyperpolarization due to slow potassium channel inactivation.
• 🫀 In cardiac muscle, there are five phases of the action potential, including a plateau phase (phase 2) that lasts about 100-200 milliseconds, due to the balance between potassium efflux and calcium influx.
• 🚀 The long duration of the plateau phase in cardiac action potential is due to the interplay between potassium and calcium ions, maintaining a stable membrane potential.
• 🔋 The opening and closing of voltage-gated ion channels specific to sodium, potassium, and calcium ions explain the action potential in cardiac fibers.
• 🌀 The action potential in cardiac fibers begins with the rapid depolarization phase (phase 0), followed by rapid repolarization (phase 1), the plateau (phase 2), and then complete repolarization (phase 3) back to the resting potential (phase 4).
• 🛠️ The resting membrane potential of cardiac fibers is maintained near the potassium equilibrium potential, around -90 millivolts, due to the continued opening of potassium channels.
• 💡 The automatic generation of action potentials in the sinoatrial (SA) node, composed of autorhythmic cells, initiates the heartbeat without external stimuli.
• ⏲️ The SA node's autorhythmic cells generate a slower depolarization (phase 0) compared to the rapid depolarization in cardiac fibers, resulting in a slower or 'response slow' action potential.

Q & A

What is the main difference between the action potential of cardiac muscle and skeletal muscle?

The main difference is that the action potential of cardiac muscle lasts much longer than that of skeletal muscle, which is similar to the action potential in neurons. This is due to the different ion channels involved and their dynamics during the action potential phases.

How many phases are there in the action potential of cardiac muscle fibers?

There are five phases in the action potential of cardiac muscle fibers: phase 0 (depolarization), phase 1 (rapid repolarization), phase 2 (plateau), phase 3 (final repolarization), and phase 4 (resting potential).

What causes the plateau phase in the action potential of cardiac muscle?

The plateau phase, or phase 2, is caused by the balance between the outward movement of potassium ions and the inward movement of calcium ions through their respective voltage-dependent channels, which stabilizes the membrane potential.

What is the role of calcium ions in the action potential of cardiac muscle?

Calcium ions play a crucial role by entering the cell through slow calcium channels during phase 2, contributing to the plateau phase. Additionally, the influx of calcium ions triggers the contraction of cardiac muscle fibers.

How does the resting membrane potential of cardiac muscle fibers differ from that of skeletal muscle?

The resting membrane potential of cardiac muscle fibers is closer to the equilibrium potential of potassium, around -90 millivolts, due to the higher permeability of the membrane to potassium ions.

What is the significance of the sodium-potassium pump in the context of cardiac muscle action potentials?

The sodium-potassium pump maintains the concentration gradient of ions across the cell membrane, which is essential for the generation and maintenance of action potentials in cardiac muscle fibers.

What is the role of the 'pacemaker' cells in the heart, and how do they differ from other cardiac muscle cells?

Pacemaker cells, found in the sinoatrial node, are self-excitable and can generate action potentials spontaneously without external stimulation. Their action potentials are slower in phase 0 compared to other cardiac muscle cells, and they are known as slow response or slow action potentials.

Why is the action potential of pacemaker cells different from that of the rest of the cardiac muscle?

The action potential of pacemaker cells is different because they have a unique ion channel composition and dynamics that allow for spontaneous depolarization, leading to the generation of slow action potentials.

How does the intercalated disc play a role in the propagation of action potentials in cardiac muscle?

Intercalated discs are specialized structures that electrically couple cardiac muscle cells, allowing the rapid and coordinated propagation of action potentials throughout the heart.

What is the threshold potential for cardiac muscle cells, and what happens when it is reached?

The threshold potential for cardiac muscle cells is around -65 millivolts. When this potential is reached, it triggers the opening of fast sodium channels, leading to the rapid depolarization phase of the action potential.

Outlines

00:00

💓 Cardiac Muscle Action Potentials

This paragraph introduces the concept of cardiac muscle action potentials, highlighting the similarities and differences between cardiac and skeletal muscles. It explains that, like skeletal muscle, cardiac muscle is striated and contains fine and thick filaments organized into sarcomeres. However, the action potential of cardiac muscle fibers is distinct, with a longer depolarization phase compared to skeletal muscle. The paragraph delves into the phases of action potentials, detailing the roles of voltage-gated sodium and potassium channels. It emphasizes the importance of the plateau phase in cardiac action potentials, which is due to the interplay between potassium efflux and calcium influx, leading to a prolonged depolarization. The paragraph also sets the stage for understanding how these action potentials relate to the contraction of cardiac muscle fibers.

05:01

🔬 Mechanisms Behind Cardiac Action Potentials

The second paragraph delves deeper into the mechanisms that underlie the cardiac action potentials. It discusses the five distinct phases of the cardiac action potential, with a focus on the plateau phase (phase 2), which is characterized by a balance between potassium efflux and calcium influx, leading to a stable membrane potential. This phase is crucial for the initiation of cardiac muscle contraction. The paragraph also explains the role of the sodium-potassium pump and calcium pumps in maintaining the resting membrane potential and the concentration gradients necessary for action potential propagation. Furthermore, it introduces the concept of autorhythmic cells in the sinoatrial node, which can generate action potentials autonomously without external stimuli, and contrasts this with the fast action potentials of cardiac muscle fibers.

10:03

📢 Engaging with the Audience and Encouraging Subscription

The final paragraph shifts from the scientific discussion to a more personal and interactive tone, addressing the audience directly. It encourages viewers to like, comment, share, and subscribe to the channel to stay updated with future content. The speaker also invites viewers to leave comments with any questions they might have, promising to respond to them. This paragraph serves as a call to action, aiming to grow the channel's community and engagement.

Keywords

💡Cardiac Muscle

Cardiac muscle is a type of muscle tissue found in the heart that is responsible for its rhythmic contractions. It is striated, similar to skeletal muscle, but the action potential of cardiac muscle is different. In the video, the comparison between cardiac and skeletal muscles is made to highlight the unique properties of cardiac muscle, such as its ability to contract automatically and the distinct phases of its action potential.

💡Action Potential

An action potential is an electrical signal that travels across cell membranes, initiating muscle contraction or nerve impulses. The video script discusses how the action potential in cardiac muscle differs from that in skeletal muscle, with a focus on the longer duration of depolarization in cardiac muscle, which is crucial for maintaining the heartbeat.

💡Depolarization

Depolarization is the process where the membrane potential of a cell becomes less polarized or more positive. In the context of the video, it is the initial phase of the cardiac action potential where voltage-gated sodium channels open, allowing sodium ions to enter the cell, causing the membrane to depolarize rapidly.

💡Repolarization

Repolarization is the return of the cell membrane potential to its resting state after depolarization. The video explains that after the rapid depolarization, there is a phase of rapid repolarization due to the inactivation of sodium channels and activation of voltage-gated potassium channels.

💡Voltage-Gated Ion Channels

Voltage-gated ion channels are proteins in the cell membrane that open or close in response to changes in the cell's membrane potential. The video script describes how these channels, particularly for sodium and potassium ions, play a critical role in the different phases of the cardiac action potential.

💡Sodium-Potassium Pump

The sodium-potassium pump is an enzyme that actively transports sodium and potassium ions across the cell membrane, maintaining the membrane potential. The video mentions that this pump, along with other transporters, helps maintain the concentration gradients necessary for the action potential in cardiac muscle.

💡Calcium Ion

Calcium ions play a critical role in muscle contraction, including in cardiac muscle. The video script explains that during phase 2 of the cardiac action potential, calcium ions enter the cell through slow calcium channels, contributing to the plateau phase of the action potential and initiating muscle contraction.

💡Plateau Phase

The plateau phase is a unique feature of the cardiac action potential where the membrane potential remains relatively stable for a period due to the balance between potassium efflux and calcium influx. The video emphasizes that this phase is longer in cardiac muscle compared to skeletal muscle, which contributes to the longer duration of the cardiac action potential.

💡Resting Membrane Potential

The resting membrane potential is the electrical potential difference across the cell membrane when the cell is not transmitting an action potential. In the video, it is mentioned that the resting membrane potential of cardiac muscle is maintained near the potassium equilibrium potential, which is around -90 millivolts.

💡Pacemaker Cells

Pacemaker cells are specialized cardiac muscle cells that can generate action potentials autonomously, without external stimulation. The video script discusses how these cells in the sinoatrial (SA) node of the heart initiate the action potential that propagates through the heart, causing it to contract.

💡Conduction

Conduction refers to the spread of the action potential through the heart muscle, allowing for coordinated contraction. The video mentions that the action potential generated by pacemaker cells is propagated through gap junctions that connect all cardiac muscle cells.

Highlights

Cardiac muscle is striated, similar to skeletal muscle, with striations due to the organization of thin and thick filaments forming sarcomeres.

The action potential of cardiac muscle fibers is different from skeletal muscle, with a longer duration of depolarization.

The action potential in cardiac fibers can be observed in five phases, unlike the three phases in skeletal muscle fibers.

Phase 0 of the cardiac action potential is initiated by the activation of voltage-dependent sodium channels, causing rapid depolarization.

Phase 1 is characterized by the inactivation of sodium channels and the opening of some potassium channels, leading to a transient repolarization.

Phase 2, the plateau phase, is unique to cardiac action potentials and is due to the balance between potassium efflux and calcium influx.

Phase 3 is the final repolarization phase where slow calcium channels close and more potassium channels open, leading to a return to the resting membrane potential.

Phase 4 represents the resting potential, which is maintained near the potassium equilibrium potential due to the continued opening of potassium channels.

The plateau phase in cardiac action potentials is due to the interplay between potassium and calcium ion currents.

The entry of calcium ions during the plateau phase is crucial for initiating cardiac muscle contraction.

The resting potential of cardiac fibers is maintained by sodium-potassium pumps and sodium-calcium exchangers, which maintain ion concentration gradients.

The sinoatrial node, composed of autorhythmic cells, generates action potentials automatically without external stimuli.

Autorhythmic cells in the sinoatrial node have a slower phase 0 depolarization, resulting in a slower action potential known as a slow response action potential.

The automatic generation of action potentials in autorhythmic cells is essential for the heart's regular beating.

The differences between slow and fast action potentials are crucial for understanding the heart's electrical activity and rhythm.

The video concludes with a teaser for the next episode, which will explore how autorhythmic cells generate action potentials and the differences from cardiac fibers.

The educational content is designed to clarify complex physiological concepts related to cardiac muscle function.

Transcripts

E aí pessoal tudo bem com vocês eu sou

Miriam curauch aqui do canal MK

fisiologia e nesse vídeo a gente vai

começar a falar sobre os potenciais de

ação do coração como vimos no vídeo

anterior assim como o músculo

esquelético músculo cardíaco é um

músculo estriado Ou seja é possível

observar estrias nas fibras desse

músculo assim como se observa nas fibras

do músculo esquelético essas estrias

acontecem graças a organização dos

filamentos finos e grossos formando o

sarcômeros assim o mecanismo de

contração do músculo cardíaco se

assemelha ao mecanismo de contração do

músculo esquelético Mas apesar dessa

semelhança o potencial de ação das

fibras cardíacas é diferente Usando um

voltímetro para medir o potencial de

membrana de uma fibra esquelética de uma

fibra cardíaca a gente pode observar que

o tempo que a membrana permanece diz

polarizada é muito maior

cardíacas do que nas fibras esqueléticas

que tem o potencial de ação bem curto

parecido com potencial de ação que

acontece nos neurônios mas o que explica

essa maior duração da despolarização que

acontece durante um potencial de ação

nas fibras cardíacas para responder essa

pergunta lembre-se que o que explica o

potencial de ação tanto nos neurônios

como nas fibras esqueléticas é a

abertura e o fechamento de canais

iônicos dependentes de voltagem por

exemplo nesse tipo de potencial de ação

a gente observa três fases a fase de

despolarização causada pela ativação dos

canais de sódio Independente de voltagem

aumentando a permeabilidade da membrana

o sódio a fase de repolarização causada

pela inativação dos canais de sódio e

ativação dos canais de potássio

dependentes de voltagem aumentando assim

a permeabilidade da membrana o potássio

e finalmente a fase de Hiper causada

pelo atraso da inativação dos canais de

potássio que são lentos e mesmo após a

repolarização da membrana continuam

abertos permitindo a saída de mais

potássio da célula o que acaba deixando

o potencial de membrana mais negativo

que o potencial de repouso

hiperpolarizando a membrana já no

potencial de ação da cibras cardíacas

podemos observar cinco fases a fase de

despolarização ou fase zero a qual é

seguida por uma fase de repolarização

rápida ou fase 1 e uma fase de platô

fase 2 que dura em torno de 100 a 200

milissegundos na fase 3 a membrana

repolariza até o potencial de repouso

que aqui representa a fase quatro do

potencial de ação assim como potencial

de ação das fibras esqueléticas o

potencial de ação das fibras cardíacas é

explicado pela abertura e fechamento de

canais iônicos dependentes de voltagem

específicos para os íons sódio potássio

e aqui nesse potencial entra mais o íon

cálcio Então vamos ver com mais detalhes

essa dinâmica de abertura e fechamento

desses canais iônicos dependentes de

voltagem ao longo das fases do potencial

de ação das fibras cardíacas antes de

mais nada lembre-se que como qualquer

potencial de ação Tudo começa quando um

estímulo despolariza a membrana até o

Limiar de estabilidade que no caso das

fibras cardíacas fica em torno de menos

65 milil volts essa voltagem canais

rápidos de sódio dependente de voltagem

são ativados permitindo um influxo ou a

entrada de sódio tirando uma corrente de

sódio ou i n a física Ui é o símbolo

usado para corrente elétrica essa

corrente espolariza rapidamente a

membrana durante a fase zero na fase uns

canais rápidos de sódio se inativam

quanto alguns canais de potássio

dependentes de voltagem se abrem

provocando o e fluxo ou a saída desse

íon tirando uma corrente de potássio que

a gente chama de corrente transiente de

efluxo ou

essa saída de potássio tenta repolarizar

membrana como a gente pode observar pela

pequena queda do potencial de membrana

Porém na fase 2 do potencial de ação

canais lentos de cálcio dependentes de

voltagem se abrem provocando o influxo

ou a entrada de cálcio gerando assim uma

corrente de cálcio ou E C A ao mesmo

tempo canais lentos de potássio

dependentes de voltagem também se abrem

e o fluxo a saída de potássio gera uma

corrente de potássio que a gente chama

de corrente de retificação de refluxo ou

então preste atenção durante a fase dois

nós temos duas correntes iônicas a

corrente de cálcio traz cargas positivas

para dentro uma célula e a corrente de

potássio que leva cargas positivas para

fora da célula por isso o potencial de

membrana nesse momento fica estável pois

a carga positiva que sai na forma de

potássio entra na forma de cálcio

gerando um platô no potencial de ação

portanto deve ficar claro que o que

explica a maior duração desse tipo de

potencial de ação é a fase 2 ou seja é o

platô gerado pelo cabo de guerra entre a

saída de potássio e a entrada de cálcio

e lembre-se essa entrada de cálcio que

inicia a contração das fibras cardíacas

como a gente viu no vídeo anterior na

fase 3 os canais lentos de cálcio se

fecham enquanto outros canais de

potássio entram em Ação gerando uma

corrente de potássio que a gente chama

de corrente de retificação de influxo ou

e k1 juntas as correntes e k e k1 levam

cargas positivas para fora da célula e a

membrana vai repo ou seja o potencial de

membrana vai ficando cada vez mais

negativo Até voltar para os valores do

potencial de repouso que no caso das

fibras cardíacas fica em torno de menos

90 mil volts esse potencial de repouso

representa fase 4 do potencial de ação

dessas fibras essa fase muitos canais de

potássio que foram abertos durante a

fase 3 continuam abertos mantendo uma

alta permeabilidade da membrana ou iam

potássio o que contribui para a

manutenção do potencial de membrana

próxima ao potencial de equilíbrio do

potássio que fica em torno de menos 90

mil e volts como vimos em vídeos

anteriores ainda na fase quatro bombas

de sódio potássio trocadores de sódio

cálcio e bombas de cálcio localizados na

membrana celular mantém o gradiente de

concentração dos íons que entram e saem

da célula durante o potencial de ação ou

seja esses transportadores devolvem o

sódio para fora e o potássio para dentro

da célula bom então até aqui a gente

sabe que para as fibras cardíacas se

contraírem é preciso disparar um

potencial de ação e para que um

potencial de ação seja disparado é

necessário primeiro um estímulo que

despolarize a membrana até o Limiar de

excitabilidade esse estímulo que

despolariza a membrana é um potencial de

ação que chega nas fibras cardíacas

através das junções comunicantes que

conectam todas as fibras cardíacas esse

potencial de ação que vai ser propagada

através das junções comunicantes é

gerado no nosso material localizado no

ato direito do coração o nosso material

é formado por células cardíacas

autocitáveis que geram potenciais de

ação automaticamente ou espontaneamente

sem que seja necessário por exemplo um

estímulo externo para despolarizar a

membrana até o Limiar de estabilidade ou

as células cardíacas auto-sitáveis

conseguem despolarizar membrana sozinhas

para gerar um potencial de ação percebam

que o potencial de ação gerado nessas

células cardíacas autocitáveis é

diferente a despolarização da fase 0 é

mais lenta e por isso esse tipo de

potencial de ação é conhecido como

potencial de ação lento ou resposta

lenta para diferenciado potencial de

ação rápido ou resposta rápida que é o

potencial de ação da fibras cardíacas

que a gente acabou de descrever Então

até aqui eu faço duas perguntas Como as

células cardíacas autocitáveis do nosso

material gera um potencial de ação de

forma espontânea e porque esse potencial

de ação é diferente do potencial de ação

das fibras cardíacas no próximo vídeo a

gente responde essas perguntas não perca

bom então resumindo potencial de ação

das fibras cardíacas lembre-se que

quando há membrana despolarizada até o

Limiar de estabilidade canais rápidos de

sódio são ativados iniciando a fase 0 de

despolarização da membrana na fase os

canais rápidos de sódio são inativados e

os canais de potássio se abrem iniciando

uma rápida repolarização na fase 2 Essa

repolarização é interrompida quando

canais lentos de cálcio de potássio são

abertos iniciando aquele cabo de guerra

ou seja saída de potássio e entrada de

cálcio que mantém o platô do potencial

de ação das fibras cardíacas na fase 3

os canais lentos de cálcio se fecham e

mais canais de potássio são abertos

finalizando a repolarização da membrana

na fase quatro potencial de repouso é

mantido próximo ao potencial de

equilíbrio do potássio em torno de menos

90 mil volts devido principalmente a

maior permeabilidade da membrana wyon

potássio já que muitos canais de

potássio continuam abertos E aí gostou

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abraço

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é que concentração de voz assim os

mecanismos

assim o mecanismo o meu Deus meu Deus

meu Deus me ajuda