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CARDIOVASCULAR 

SYSTEM


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Objective:

1. What is the action potential?

2. What is differences between the membrane 

properties of cardiac and skeletal muscle account for 

the prolonged action potential and the plateau in 

cardiac muscle?


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cardiac action potential

is a brief change in voltage  membrane potential 

across the cell membrane of heart cell

s

.

[1]

This is 

caused by the movement of charged atoms 

(called ions) between the inside and outside of the 

cell, through protiens called ion channels. 


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The cardiac action potential differs to action 

potentials found in other types of electrically 

excitable cells, such as nerves, as well as 

varying within the heart also, this is due to 

the presence of different ion channels in 

different cells


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Unlike the action potential  in skeletel muscle 

cell, the cardiac action potential is not initiated 

by nervous activity. Instead, it arises from a 

group of specialized cells, that have automatic 

action potential generation. In healthy hearts, 

these cells are found in the right atrium and are 

called the sinoatrial node . 


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They produce roughly 60-100 action potentials 

every minute. This action potential passes along 

the cell membrane causing the cell to contract, 

therefore the activity of the SAN results in a 

resting heart rate of roughly 60-100 beats per 

minute.


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The action potential recorded in a ventricular 

muscle fiber averages about 105 millivolts, 

which means that the intracellular potential rises 

from a very negative value, about −85 millivolts, 

between beats to a slightly positive value, about 

+20 millivolts, during each beat. 


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After

the

initial

spike,

the

membrane

remains

depolarized for about 0.2 second, exhibiting a plateau,

followed at the end of the plateau by abrupt repolariza-

tion.

The presence of this plateau in the action potential

causes ventricular contraction to last as much as 15

times as long in cardiac muscle as in skeletal muscle.


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PHASES OF CARDIAC MUSCLE ACTION 
POTENTIAL

Phase 0 (depolarization), fast sodium 

channels

membrane potential becomes more 

positive. Voltage-gated sodium channels (fast 

sodium channels) open and permit sodium to 

rapidly flow into the cell and depolarize it. 

The membrane potential reaches about +20 

millivolts before the sodium channels close. 


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Phase 1 (initial repolarization), fast sodium 

channels close

. The sodium channels close, 

the cell begins to repolarize, and potassium 

ions leave the cell through open potassium 

channels. 


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Phase 2 (plateau), calcium channels open and fast 

potassium channels close

A brief initial repolarization occurs and the action 

potential then plateaus as a result of (1) increased 

calcium ion permeability and (2) decreased potassium 

ion permeability. 


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The voltage-gated calcium ion channels open 

slowly during phases 1 and 0.Potassium channels 

then close, and the combination of decreased 

potassium ion efflux and increased calcium ion 

influx causes the action potential to plateau


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Phase 3 (rapid repolarization), calcium channels 

close and slow potassium channels open

The 

closure of calcium ion channels and increased 

potassium ion permeability, permitting potassium 

ions to rapidly exit the cell, ends the plateau and 

returns the cell membrane potential to its resting 

level. 

Phase 4 (resting membrane potential) averages 

about −90 millivolts


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Refractory Period of Cardiac Muscle

.

Cardiac muscle, like all excitable tissue, is 

refractory to restimulation during the action 

potential. Therefore, the refractory period of the 

heart is the interval of time during which a normal 

cardiac impulse cannot re-excite an already excited 

area of cardiac muscle. 


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The normal refractory period of the ventricle is 

0.25 to 0.30 second, which is about the duration of 

the prolonged plateau action potential. The 

refractory period of atrial muscle is much shorter 

than that for the ventricles (about 0.15 second for 

the atria compared with 0.25 to 0.30 second for the 

ventricles).


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What is differences between the membrane

properties of cardiac and skeletal muscle account

for the prolonged action potential and the plateau

in cardiac muscle?

At least two major differences between the 

membrane properties of cardiac and skeletal 

muscle account for the prolonged action potential 

and the plateau in cardiac muscle.


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First, the action potential of skeletal muscle is caused 

almost entirely by the sudden opening of large numbers 

of 

fast sodium channels 

that allow tremendous numbers 

of sodium ions to enter the skeletal muscle fiber from 

the extracellular fluid. These channels are called “fast” 

channels because they remain open for only a few 

thousandths of a second and then abruptly close. . At 

the end of this closure, repolarization occurs, and the 

action potential is over within another thousandth of a 

second or so. 


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In cardiac muscle, the action potential is caused by 

opening of two types of channels: (1) the same 

voltage-

activated fast sodium channels 

as those in skeletal 

muscle and (2) another entirely different population of L-

type 

calcium channels (slow calcium channels), 

which 

are also called calcium-sodium channels. This second 

population of channels differs from the fast sodium 

channels in that they are slower to open and, even more 

important, remain open for several tenths of a second. 


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During this time, a large quantity of both calcium 

and sodium ions flows through these channels to 

the interior of the cardiac muscle fiber, and this 

activity maintains a prolonged period of 

depolarization, causing the plateau in the action 

potential.


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The second major functional difference between 

cardiac 

muscle and 

skeletal

muscle that helps 

account for both the prolonged action potential 

and its plateau is this: Immediately after the onset 

of the action potential, the permeability of the 

cardiac muscle membrane for 

potassium

ions 

decreases about fivefold, an effect that does not 

occur in skeletal muscle. 


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This decreased potassium permeability may 

result from the excess calcium influx through 

the calcium channels just noted.

Regardless of the cause, the decreased 

potassium permeability greatly decreases the 

outflux of positively charged potassium ions 

during the action potential plateau and thereby 

prevents early return of the action potential 

voltage to its resting level.. 


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When the slow calcium-sodium channels do 

close at the end of 0.2 to 0.3 second and the 

influx of calcium and sodium ions ceases, the 

membrane permeability for potassium ions also 

increases rapidly; this rapid loss of potassium 

from the fiber immediately returns the membrane 

potential to its resting level, thus ending the 

action potential


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What is the correct pathway for the heart's 
conducting system?

1. SA node → AV node → Bundle 

branches → Bundle of His → Purkinje

2. SA node → AV node → Bundle of 

His → Bundle branches → Purkinje fibers

3. SA node → AV node → Bundle of 

His → Purkinje fibers → Bundle branches

4. SA node → AV node → Purkinje 

fibers → Bundle of His → Bundle

5. branches AV node → SA node → Bundle of 

His → Bundle branches → Purkinje fibers


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In a cardiac muscle cell, the membrane potential 
increases rapidly...

1. when potassium gates open and potassium diffuses 

into the cardiac muscle fiber.

2. when potassium gates open and potassium diffuses 

out of the cardiac muscle fiber.

3. when the sodium gates open and sodium diffuses 

into the cardiac muscle fiber

4. when the sodium gates open and sodium diffuses 

out of the cardiac muscle fiber.


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رفعت المحاضرة من قبل: Mubark Wilkins
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