مراحل جهد القلب

من المحتمل أن يكون نبض القلب مرتبطًا بظاهرة الحياة أكثر من أي مفهوم أو عملية أخرى ، سواء من الناحية الطبية أو المجازية. عندما يناقش الناس أشياء غير حية أو حتى مفاهيم مجردة ، فإنهم يستخدمون مصطلحات مثل "حملتها الانتخابية لا يزال لديها نبض "و" فرص الفريق عندما فقد نجمه "لوصف ما إذا كان الشيء المعني" على قيد الحياة "أو ليس. وعندما يصادف موظفو الطوارئ الطبية ضحية سقطت ، فإن أول شيء يتحققون منه هو ما إذا كان الضحية لديه نبض.

سبب دقات القلب بسيط: الكهرباء. مثل العديد من الأشياء في عالم الأحياء ، فإن الطريقة الدقيقة والمنسقة التي يعمل بها النشاط الكهربائي على دفع القلب إلى الضخ الدم الحيوي تجاه أنسجة الجسم ، 70 مرة أو نحو ذلك في الدقيقة ، 100000 مرة في اليوم لعقود متتالية ، أنيق بشكل مذهل في عملية. كل شيء يبدأ بشيء يسمى إمكانات العمل، في هذه الحالة إمكانات عمل القلب. قسم علماء الفسيولوجيا هذا الحدث إلى أربع مراحل متميزة.

تحتوي أغشية الخلايا على ما يعرف بالتدرج الكهروكيميائي عبر طبقة ثنائية الفسفوليبيد من الغشاء. يتم الحفاظ على هذا التدرج من خلال "مضخات" بروتينية مدمجة في الغشاء تنقل بعض أنواع الأيونات (الجسيمات المشحونة) عبر الغشاء في غشاء واحد. الاتجاه بينما تقوم "مضخات" مماثلة بتحريك أنواع أخرى من الأيونات في الاتجاه المعاكس ، مما يؤدي إلى حالة "تريد" الجسيمات المشحونة أن تتدفق فيها في اتجاه واحد بعد أن يتم نقلها في الاتجاه الآخر ، مثل الكرة التي تحافظ على "الرغبة" في العودة إليك عندما تقذفها مرارًا وتكرارًا في هواء. وتشمل هذه الأيونات الصوديوم (Na

لتكوين فكرة عن كيفية الحفاظ على هذا التدرج اللوني ، تخيل موقفًا يتم فيه تحريك الكلاب في روضة للأطفال في اتجاه واحد عبر السياج بينما يتم حمل الماعز في حظيرة مجاورة في الآخر ، مع كل نوع من الحيوانات نية للعودة إلى المكان الذي فيه بدأت. إذا تم نقل ثلاثة ماعز إلى منطقة الكلاب مقابل كل كلبين ينتقلان إلى منطقة الماعز ، فمن كان المسؤول عن ذلك هو الحفاظ على عدم توازن الثدييات عبر السياج بشكل دائم زمن. يتم "ضخ" الماعز والكلاب التي تحاول العودة إلى أماكنها المفضلة إلى الخارج بشكل مستمر. هذا التشبيه غير كامل ، لكنه يقدم تفسيرًا أساسيًا لكيفية احتفاظ أغشية الخلايا بالتدرج الكهروكيميائي ، والذي يُطلق عليه أيضًا إمكانات الغشاء. كما سترون ، فإن الأيونات الأولية المشاركة في هذا النظام هي الصوديوم والبوتاسيوم.

ان إمكانات العمل هو تغيير قابل للانعكاس لهذا الغشاء الناتج عن "تأثير مضاعف" - تفعيل تولد التيارات الناتجة عن الانتشار المفاجئ للأيونات عبر الغشاء تخفض الكهروكيميائية الانحدار. بعبارة أخرى ، يمكن لظروف معينة أن تعطل عدم توازن أيون غشاء الحالة المستقرة وتسمح للأيونات بالتدفق بأعداد كبيرة في الاتجاه الذي "تريد" أن تذهب إليه - بمعنى آخر ، عكس المضخة. هذا يؤدي إلى تحرك محتمل على طول خلية عصبية (تسمى أيضًا خلية عصبية) أو خلية قلبية فيها بنفس الطريقة العامة التي تنتقل بها الموجة على طول خيط مشدود تقريبًا عند كلا الطرفين إذا كان أحد الطرفين كذلك "نفض الغبار".

نظرًا لأن الغشاء يحمل عادةً تدرجًا في الشحنة ، فإنه يعتبر مستقطبًا ، بمعنى تتميز بنطاقات متطرفة مختلفة (أكثر سالبة الشحنة من جانب ، وشحنة موجبة أكثر على الأخرى). يتم تشغيل جهد الفعل عن طريق إزالة الاستقطاب ، والذي يترجم بشكل فضفاض إلى إلغاء مؤقت من عدم توازن الشحنة العادية ، أو استعادة التوازن.

هناك خمس مراحل محتملة لعمل القلب ، مرقمة من 0 إلى 4 (يحصل العلماء أحيانًا على أفكار غريبة).

المرحلة 0 هو إزالة استقطاب الغشاء وفتح قنوات الصوديوم "السريعة" (أي ذات التدفق العالي). كما ينخفض ​​تدفق البوتاسيوم.

المرحلة 1 هو استقطاب جزئي للغشاء بفضل الانخفاض السريع في مرور أيون الصوديوم مع إغلاق قنوات الصوديوم السريعة.

المرحلة الثانية هل مرحلة الهضبة، حيث تحافظ حركة أيونات الكالسيوم خارج الخلية على إزالة الاستقطاب. حصلت على اسمها لأن الشحنة الكهربائية عبر الغشاء تتغير قليلاً جدًا في هذه المرحلة.

المرحلة 3 هو عودة الاستقطاب ، حيث تغلق قنوات الصوديوم والكالسيوم وتعود إمكانات الغشاء إلى مستوى خط الأساس.

المرحلة 4 يرى الغشاء في ما يسمى بجهد الراحة لـ 90 مللي فولت (mV) نتيجة لعمل مضخة أيون Na + / K +. القيمة سالبة لأن الإمكانات داخل الخلية سالبة مقارنة بالإمكانات خارجها ، ويتم التعامل مع الأخير كإطار مرجعي صفري. وذلك لأنه يتم ضخ ثلاثة أيونات صوديوم من الخلية مقابل كل شوني بوتاسيوم يتم ضخهما في الخلية. تذكر أن هذه الأيونات لها شحنة مكافئة قدرها +1 ، لذلك ينتج عن هذا النظام تدفق صافٍ أو تدفق خارجي لشحنة موجبة.

إذن ما الذي يؤدي إليه كل هذا الضخ الأيوني واضطراب الغشاء الخلوي؟ قبل وصف كيفية ترجمة النشاط الكهربائي في القلب إلى دقات قلب ، من المفيد فحص العضلات التي تنتج تلك الضربات نفسها.

عضلة القلب هي واحدة من ثلاثة أنواع من العضلات في جسم الإنسان. الاثنان الآخران هما عضلات الهيكل العظمي ، والتي تخضع للتحكم الإرادي (على سبيل المثال: العضلة ذات الرأسين في أعلى ذراعيك) وهي ملساء عضلة لا تخضع للتحكم الواعي (على سبيل المثال: عضلات جدران الأمعاء التي تحرك هضم الطعام على امتداد). تشترك جميع أنواع العضلات في عدد من أوجه التشابه ، لكن خلايا عضلة القلب لها خصائص فريدة لخدمة الاحتياجات الفريدة للأعضاء الأم. لسبب واحد ، يتم التحكم في بدء "ضربات القلب" بواسطة خلايا عضلية قلبية خاصة ، أو خلايا عضلة القلب ، تسمى خلايا منظم ضربات القلب. تتحكم هذه الخلايا في وتيرة ضربات القلب حتى في حالة عدم وجود مدخلات عصبية خارجية ، وهي خاصية تسمى الإيقاع الذاتي. هذا يعني أنه حتى في حالة عدم وجود مدخلات من الجهاز العصبي ، يمكن للقلب نظريًا أن يظل ينبض طالما كانت الإلكتروليتات (أي الأيونات المذكورة أعلاه) موجودة. بالطبع ، تختلف وتيرة ضربات القلب - المعروفة أيضًا باسم معدل النبض - اختلافًا كبيرًا ، وهذا يحدث بفضل المدخلات التفاضلية من عدد من المصادر ، بما في ذلك الجهاز العصبي الودي والجهاز العصبي السمبتاوي و الهرمونات.

تسمى عضلة القلب أيضًا عضلة القلب. يأتي في نوعين: خلايا مقلصة لعضلة القلب وخلايا موصلة لعضلة القلب. كما توقعت ، تقوم الخلايا المقلصة بعمل ضخ الدم تحت تأثير الخلايا الموصلة التي تنقل الإشارة للتقلص. 99 في المائة من خلايا عضلة القلب من النوع المقلص ، و 1 في المائة فقط مخصصة للتوصيل. بينما تترك هذه النسبة بشكل صحيح معظم القلب متاحًا للقيام بالعمل ، فهذا يعني أيضًا وجود خلل في الخلايا التي تشكل يمكن أن يكون من الصعب على العضو التحايل على نظام التوصيل القلبي باستخدام مسارات التوصيل البديلة ، والتي لا يوجد سوى القليل منها. عديدة. تكون الخلايا الموصلة بشكل عام أصغر بكثير من الخلايا المقلصة لأنها لا تحتاج إلى البروتينات المختلفة التي تشارك في التقلص ؛ يحتاجون فقط للمشاركة في التنفيذ الأمين لإمكانات عمل عضلة القلب.

تسمى المرحلة 4 من إمكانات خلايا عضلة القلب بالفاصل الانبساطي ، لأن هذه الفترة تتوافق مع الانبساط ، أو الفترة الفاصلة بين تقلصات عضلة القلب. في كل مرة تسمع فيها نبضات قلبك أو تشعر بها ، تكون هذه نهاية انقباض القلب ، وهو ما يسمى الانقباض. كلما زادت سرعة دقات قلبك ، كلما زاد جزء من دورة الانقباض والاسترخاء التي يقضيها في انقباض القلب ، ولكن حتى عندما تمارس الرياضة بشكل كامل وتدفع معدل النبض إلى 200 النطاق ، لا يزال قلبك في حالة انبساط معظم الوقت ، مما يجعل المرحلة 4 أطول مرحلة في عمل القلب المحتمل ، والذي يستمر في المجمل حوالي 300 مللي ثانية (ثلاثة أعشار من a ثانيا). أثناء تقدم إمكانات العمل ، لا يمكن بدء إمكانات عمل أخرى في نفس الجزء من خلية القلب الغشاء ، وهو أمر منطقي - بمجرد أن يبدأ ، يجب أن تكون الإمكانات قادرة على إنهاء وظيفتها في تحفيز عضلة القلب التقلص.

كما هو مذكور أعلاه ، خلال المرحلة 4 ، تبلغ قيمة الجهد الكهربائي عبر الغشاء حوالي 90 mV. تنطبق هذه القيمة على الخلايا المقلصة ؛ لإجراء الخلايا ، فهو أقرب إلى −60 mV. من الواضح أن هذه ليست قيمة توازن مستقرة وإلا فلن ينبض القلب أبدًا على الإطلاق. بدلاً من ذلك ، إذا قللت الإشارة من سلبية القيمة عبر غشاء الخلية المقلص إلى حوالي 65 ملي فولت ، فإن هذا يؤدي إلى تغييرات في الغشاء تسهل تدفق أيونات الصوديوم. يمثل هذا السيناريو نظام ردود فعل إيجابية في ذلك اضطراب الغشاء الذي يدفع خلية في اتجاه قيمة شحنة موجبة تولد تغييرات تجعل الداخل أكثر إيجابي. مع اندفاع أيونات الصوديوم إلى الداخل من خلال هذه القنوات الأيونية ذات الجهد الكهربائي في غشاء الخلية ، تدخل الخلية العضلية المرحلة 0 ، ويقترب مستوى الجهد من الحد الأقصى المحتمل لإمكانية الفعل عند حوالي +30 مللي فولت ، مما يمثل رحلة الجهد الكلي من المرحلة 4 بحوالي 120 مللي فولت.

تسمى المرحلة 2 من جهد الفعل أيضًا بمرحلة الهضبة. مثل المرحلة 4 ، فهي تمثل مرحلة يكون فيها الجهد عبر الغشاء مستقرًا ، أو تقريبًا. على عكس الحالة في المرحلة 4 ، يحدث هذا في مرحلة عوامل الموازنة. يتكون أولهما من الصوديوم المتدفق إلى الداخل (التدفق الذي لم يتناقص تمامًا إلى الصفر بعد التدفق السريع في المرحلة 0) والكالسيوم المتدفق إلى الداخل ؛ يشمل الآخر ثلاثة أنواع من الخارج التيارات المعدل (بطيء ومتوسط ​​وسريع), تتميز جميعها بحركة البوتاسيوم. هذا المعدل الحالي هو المسؤول في النهاية عن تقلص عضلة القلب ، حيث يبدأ تدفق البوتاسيوم هذا الشلال الذي ترتبط فيه أيونات الكالسيوم بالمواقع النشطة على البروتينات الخلوية المقلصة (على سبيل المثال ، الأكتين ، التروبونين) وتدعوها إلى عمل.

تنتهي المرحلة الثانية عندما يتوقف التدفق الداخلي للكالسيوم والصوديوم بينما يستمر التدفق الخارجي للبوتاسيوم (تيار المعدل) ، دافعًا الخلية نحو إعادة الاستقطاب.

تختلف إمكانات عمل خلايا القلب عن إمكانات العمل في الأعصاب بعدة طرق. لسبب واحد ، والأهم من ذلك ، أنها أطول من ذلك بكثير. هذا في الأساس عامل أمان: نظرًا لأن إمكانية عمل خلايا القلب أطول ، فهذا يعني أن الفترة التي يحدث فيها جهد فعل جديد ، تسمى فترة المقاومة ، تكون أطول أيضًا. هذا مهم ، لأنه يضمن اتصال القلب بسلاسة حتى عندما يعمل بأقصى سرعة. تفتقر خلايا العضلات العادية إلى هذه الخاصية وبالتالي يمكنها المشاركة فيما يسمى تقلصات الكزازمما يؤدي إلى التقلصات وما شابه ذلك. من غير الملائم أن تتصرف عضلات الهيكل العظمي على هذا النحو ، ولكنها ستكون مميتة إذا فعلت عضلة القلب الشيء نفسه.