I canali ionici controllano l'attività elettrica delle cellule. In particolare, nel cuore dei mammiferi, l'azione del flusso di ioni sodio, calcio e potassio attraverso tali canali determina la morfologia e la durata del potenziale d'azione. [11] Dal cuore possono essere registrati due principali tipi di potenziali d'azione: un tipo, la risposta rapida, si registra dalle fibre del miocardio atriale e ventricolare e dalle fibre specializzate di conduzione (fibre di Purkinjie) situate soprattutto sulla superficie endocardica dei ventricoli. L'altro tipo, la risposta lenta, si registra nel nodo seno-atriale, il pacemaker del cuore, e nel nodo atrio-ventricolare, il tessuto specializzato per la conduzione dell'impulso cardiaco dagli atri ai ventricoli (figura 16).Figura 16 -Rappresentazione schematica del cuore e della normale attività elettrica cardiaca. [11] Come in tutte le altre cellule dell'organismo, in condizioni di potenziale di membrana a riposo, la concentrazione di potassio all'interno della cellula muscolare cardiaca è notevolmente superiore alla sua concentrazione extracellulare. Nelle cellule cardiache il sodio e il calcio hanno invece un gradiente di concentrazione opposto a quello del potassio (tabella 4). Il potenziale d'azione che si propaga è un'onda di relativa negatività e riduce il potenziale di membrana della cellula a riposo, prossimo a -90 mV. Quando questa variazione di potenziale raggiunge il valore soglia, certi canali voltaggio dipendenti, detti canali rapidi del sodio, si aprono velocemente. L'ingresso del sodio si arresta dopo 1-2 ms in seguito all'inattivazione dei canali: il potenziale di membrana si approssima al potenziale di equilibrio del sodio. I canali del sodio non recupereranno dall'inattivazione fino a quando la membrana cellulare non si ripolarizzerà quasi completamente. Questa fase è detta fase di depolarizzazione rapida o fase 0. [12] La fase di ripolarizzazione parziale o fase 1 è caratterizzata da una piccola deflessione dall'apice della depolarizzazione al plateau. Questa è provocata dalla chiusura di alcuni canali rapidi del sodio e dall'attivazione di una specifica corrente del potassio, detta corrente transitoria in uscita. I canali del potassio voltaggio dipendenti come il Kv4.3, si aprono per un breve periodo e l'uscita del potassio provoca l'incisura che precede il plateau.Durante il plateau del potenziale d'azione (fase 2), il potenziale di membrana è leggermente positivo e rimane all'incirca costante per 100-300 ms, a seconda del tipo di fibra. La relativa costanza del potenziale indica che l'uscita di alcuni cationi viene elettricamente controbilanciata dall'ingresso di altri cationi. I principali cationi che attraversano la membrana sono il potassio e il calcio: il primo lascia la cellula, il secondo entra. L'uscita di potassio è tuttavia minima poichè la conduttanza dei principali canali potassici è notevolmente inferiore quando il potenziale di membrana è positivo, rispetto a quando questo è negativo. La dipendenza della conduttanza dalla polarità della membrana viene definita rettificazione. [11] Durante il plateau l'uscita di potassio dalla cellula è mediata dai canali voltaggio dipendenti che sono strutturalmente simili ai canali del sodio sopra citati.Per svolgere e modulare la loro funzione spesso necessitano di subunità β accessorie e dell'interazione con i peptidi MiRPs, codificati dai geni KCNE (tabella 5).Il calcio fa ingresso nella cellula passando attraverso i canali del calcio di tipo LL "Long Lasting", costituiti da quattro subunità α1 che formano un complesso con una subunità extracellulare α2, una subunità intracellulare β, una subunità a singolo dominio transmembrana δ e una subunità γ a quattro domini transmembrana (figura 17-G). Questi canali si attivano quando il potenziale di membrana raggiunge il voltaggio soglia di circa -35 mV e provocano un aumento della conduttanza al calcio che inizia subito dopo la fase ascendente rapida del potenziale d'azione. ciò comporta un'apertura massiva dei canali ed il passaggio di una corrente di K + di brevissima durata ma sufficiente a determinare il tratto di discesa ripida della fase 3.Anche le α subunità del canale Kv7.1 richiedono l'associazione con la β subunità MinK per generare la lenta attivazione della corrente I Ks.I canali inward rectifier come il K ir 2.1 (figura 17-E), che genera il flusso ionico I k1 , partecipano anch'essi alla fase 3. I K 2P , un'altra classe di canali del potassio con un sensore del voltaggio non intrinseco, contribuiscono alla ripolarizzazione (figura 17-D). Tali canali sono codificati dai geni KCNK in forma aperta, ma pare che un numero ingente di molecole intracellulari li blocchi. L'uscita del potassio dalla cellula durante la fase 3 ristabilisce rapidamente il livello del potenziale di membrana.Nell'ultima fase (fase 4) si ha il ripristino delle concentrazioni ioniche ai valori di riposo, mediante tre principali pompe ioniche: una Na + /K + -ATPasi che, mediante l'idrolisi dell'ATP, espelle tre ioni sodio in cambio di due ioni potassio, uno scambiatore Na + /Ca ++ , che espelle uno ione calcio in cambio di tre ioni sodio, ed una Ca ++ -ATPasi, che espelle ioni calcio mediante idrolisi di ATP.Nelle fibre a risposta lenta (figura 16) il potenziale transmembranario di riposo è molto meno negativo che nelle cellule a risposta rapida (-40 mV), la fase acendente è molto più lenta, dovuta all'apertura dei canali del calcio di tipo LL, l'ampiezza del potenziale d'azione è minore e l'incisura è assente. Il potenziale di membrana durante la fase 4 mostra una depolarizzazione diastolica graduale che procede a velocità costante fino a quando, raggiunta la soglia di eccitabilità, innesca un potenziale d'azione (fase 0). Nelle cellule automatiche del nodo seno-atriale, la depolarizzazione diastolica è dovuta ad almeno tre correnti ioniche: due correnti di ingresso, "funny" e del calcio, una in uscita, del potassio. La corrente "funny" si attiva durante la fase 3, quando il potenziale di membrana diventa più negativo di -50mV (iperpolarizzazione). Essa è costituita da ioni sodio e potassio che attraversano i canali pacemaker, codificati dalla famiglia genica HCN. La loro apertura/chiusura è regolata dal legame con nucleotidi ciclici e anche dal MiRP1, regolatore dei canali del potassio hERG. Le subunità che li caratterizzano sono molto simili a quelle dei canali del potassio voltaggio dipendenti (figura 17-C). [12] Figura 17 -Topologia delle subunità dei canali ionici cardiaci. [12] 