Südamepekslemine on ilmselt seotud elu fenomeniga tugevamalt kui ükski teine mõiste või protsess, nii meditsiiniliselt kui ka metafooriliselt. Kui inimesed arutavad elutute objektide või isegi abstraktsete kontseptsioonide üle, kasutavad nad selliseid termineid nagu "Tema valimiskampaanias on ikka veel pulss "ja" Meeskonna võimalused kindla joonega, kui ta kaotas oma staarmängija ", kirjeldamaks, kas kõnealune asi on" elus "või mitte mitte. Ja kui kiirabitöötajad satuvad langenud ohvrile, kontrollivad nad kõigepealt, kas ohvril on pulss.
Põhjus, miks süda lööb, on lihtne: elekter. Nagu nii mõnigi asi bioloogilises maailmas, on elektritegevuse täpne ja kooskõlastatud viis südant pumpama elutähtis veri keha kudede suunas, umbes 70 korda minutis, 100 000 korda päevas aastakümneid järjest, on imeliselt elegantne operatsiooni. Kõik algab sellest, mida nimetatakse aniks tegevuspotentsiaal, antud juhul südame aktsioonipotentsiaal. Füsioloogid on jaganud selle sündmuse nelja erinevasse faasi.
Mis on tegevuspotentsiaal?
Rakumembraanidel on nn membraani fosfolipiidse kaksikkihi elektrokeemiline gradient. Seda gradienti säilitavad membraani sisestatud valgu "pumbad", mis liigutavad teatud tüüpi ioone (laetud osakesi) ühes membraanis ühes samasugused "pumbad" liigutavad muud tüüpi ioone vastupidises suunas, mis viib olukorrani, kus laetud osakesed "tahavad" voolata ühes suunas pärast teises paigas laskmist, nagu pall, mis pidevalt soovib teie juurde tagasi pöörduda, kui viskate seda korduvalt otse õhk. Nende ioonide hulka kuulub naatrium (Na+), kaalium (K+) ja kaltsium (Ca2+). Kaltsiumioonil on positiivne netolaeng kaks ühikut, kaks korda suurem kui naatriumioonil või kaaliumioonil.
Et saada aimu selle gradienti säilitamisest, kujutage ette olukorda, kus mänguaias olevaid koeri liigutatakse ühes suunas tara, samas kui kõrvalolevas aedikus olevaid kitsi veetakse teises, kusjuures iga looma tüüp kavatseb jõuda tagasi alustas. Kui iga kahe kitse tsooni kolitud koera kohta viiakse koerte tsooni kolm kitse, siis kes iganes selle eest vastutab imetajate tasakaaluhäire säilitamine üle aia, mis on pidevalt möödas aeg. Kitsed ja koerad, kes üritavad oma eelistatud kohtadesse naasta, "pumbatakse" pidevalt väljapoole. See analoogia on ebatäiuslik, kuid pakub põhilist selgitust selle kohta, kuidas rakumembraanid säilitavad elektrokeemilise gradiendi, mida nimetatakse ka membraanipotentsiaaliks. Nagu näete, on selles skeemis peamised ioonid naatrium ja kaalium.
An tegevuspotentsiaal on selle membraanipotentsiaali pöörduv muutus, mis tuleneb "pulsatsiooniefektist" - ioonide äkilisel difusioonil membraanis tekitatud voolud vähendavad elektrokeemilist taset gradient. Teisisõnu võivad teatud tingimused häirida püsiseisundi membraani ioonide tasakaalustamatust ja lasta ioonidel voolata suures koguses suunas, kuhu nad "tahavad" minna - teisisõnu pumba vastu. See viib aktsioonipotentsiaali liikumiseni mööda närvirakku (nimetatakse ka neuroniks) või südamerakku samal viisil liigub laine mööda mõlemas otsas peaaegu pingul hoitud nööri, kui üks ots on "sähvatas".
Kuna membraan kannab tavaliselt laenggradienti, peetakse seda polariseeritud, st mida iseloomustavad erinevad äärmused (ühel küljel negatiivsemalt laetud, positiivsemalt laetud) teine). Tegevuspotentsiaali käivitab depolarisatsioon, mis tähendab lõdvalt ajutise tühistamise normaalsest laengu tasakaalustamatusest või tasakaalu taastumist.
Millised on tegevuspotentsiaali erinevad etapid?
Südame akuutse potentsiaali faase on viis, nummerdatud 0 kuni 4 (teadlased saavad mõnikord kummalisi ideid).
Faas 0 on membraani depolarisatsioon ja "kiirete" (st suure vooluga) naatriumikanalite avamine. Ka kaaliumivool väheneb.
Faas 1 on membraani osaline repolarisatsioon tänu naatriumioonide läbipääsu kiirele vähenemisele, kui naatriumikanalid sulguvad kiiresti.
2. etapp on platoo faas, milles kaltsiumioonide liikumine rakust välja hoiab depolarisatsiooni. See saab oma nime, kuna membraani elektrilaeng muutub selles faasis väga vähe.
3. etapp on repolarisatsioon, kuna naatriumi- ja kaltsiumikanalid sulguvad ning membraanipotentsiaal naaseb algtasemele.
4. etapp näeb membraani Na + / K + ioonpumba töö tulemusena selle nn puhkepotentsiaalis –90 millivolti (mV). Väärtus on negatiivne, kuna raku sees olev potentsiaal on võrreldes selle välise potentsiaaliga negatiivne ja viimast käsitletakse null võrdlusraamina. Seda seetõttu, et iga kahe rakku pumbatava kaaliumiiooni kohta pumbatakse rakust välja kolm naatriumiooni; tuletame meelde, et nende ioonide ekvivalentlaeng on +1, nii et selle süsteemi tulemuseks on positiivse laengu väljavool ehk väljavool.
Müokard ja tegevuspotentsiaal
Milleni siis kogu see ioonipumpamine ja rakumembraani rikkumine tegelikult kaasa toob? Enne kui kirjeldada, kuidas elektriline aktiivsus südames muundub südamelöökideks, on kasulik uurida lihast, mis ise neid lööke tekitab.
Südamelihas on üks kolmest inimkeha lihasest. Kaks ülejäänud on skeletilihased, mis on vabatahtliku kontrolli all (näiteks õlavarre biitseps) ja siledad lihas, mis ei ole teadliku kontrolli all (näide: teie sooleseinte lihased, mis liigutavad toidu seedimist mööda). Kõigil lihastüüpidel on mitmeid sarnasusi, kuid südamelihasrakkudel on ainulaadsed omadused, et teenida nende vanemaorgani ainulaadseid vajadusi. Esiteks kontrollivad südame "peksmise" algatamist spetsiaalsed südamemüotsüüdid ehk südame-lihasrakud, nn. südamestimulaatori rakud. Need rakud kontrollivad südamelöögisagedust ka välise närvisisendi puudumisel - seda omadust nimetatakse autorütmilisus. See tähendab, et isegi närvisüsteemi sisendi puudumisel võis süda teoreetiliselt peksma seni, kuni elektrolüüdid (st eespool nimetatud ioonid) olid olemas. Muidugi varieerub südamelöögisagedus - tuntud ka kui pulss - märkimisväärselt ja see toimub tänu diferentsiaalne sisend mitmest allikast, sealhulgas sümpaatiline närvisüsteem, parasümpaatiline närvisüsteem ja hormoonid.
Südamelihaseid nimetatakse ka müokard. Seda on kahte tüüpi: müokardi kontraktiilsed rakud ja müokardi juhtivad rakud. Nagu võisite arvata, teevad kontraktiilsed rakud vere pumpamise tööd juhtivate rakkude mõjul, mis edastavad signaali kokkutõmbumiseks. 99 protsenti müokardirakkudest on kontraktiilset sorti ja ainult 1 protsent on pühendatud juhtivusele. Kuigi see suhe jätab õigustatult suurema osa südamest töö tegemiseks kättesaadavaks, tähendab see ka seda, et defekt rakkudes, mis seda moodustavad südame juhtivussüsteemist võib elundil olla keeruline mööda minna, kasutades alternatiivseid juhtimisradasid, mida ainult on palju. Juhtivad rakud on üldiselt palju väiksemad kui kokkutõmbuvad rakud, kuna neil pole vajadust erinevate kontraktsioonis osalevate valkude järele; nad peavad olema seotud ainult südamelihase tegevuspotentsiaali tõese teostamisega.
Mis on 4. faasi depolarisatsioon?
Südamelihasrakkude potentsiaali 4. faasi nimetatakse diastoolseks intervalliks, kuna see periood vastab diastoolile ehk südamelihase kontraktsioonide vahelisele ajavahemikule. Iga kord, kui kuulete või tunnete oma südamelööke, on see südame kokkutõmbumise lõpp, mida nimetatakse süstooliks. Mida kiiremini teie süda lööb, seda suurema osa murdosa selle kokkutõmbumis-lõõgastustsüklist veedab see süstoolis, kuid isegi siis, kui teete end täielikult välja ja surute pulssi 200-ni vahemikus on teie süda endiselt suurema osa ajast diastoolne, muutes 4. faasi südame aktsioonipotentsiaali pikimaks faasiks, mis kestab kokku umbes 300 millisekundit (kolm kümnendikku teine). Sel ajal, kui tegevuspotentsiaal on pooleli, ei saa südamerakkude samas osas algatada muid tegevuspotentsiaale membraan, mis on mõistlik - kui see on juba alanud, peaks potentsiaal suutma lõpetada südamelihase stimuleerimise töö kokkutõmbumine.
Nagu eespool märgitud, on 4. faasi ajal membraani elektrilise potentsiaali väärtus umbes –90 mV. See väärtus kehtib kontraktiilsete rakkude kohta; rakkude juhtimiseks on see lähemal -60 mV. Ilmselgelt pole see stabiilne tasakaalu väärtus, muidu ei süda lihtsalt ei lööks kunagi. Selle asemel, kui signaal vähendab kontraktiivse rakumembraani väärtuse negatiivsust umbes -65 mV-ni, käivitab see membraanis muutused, mis hõlbustavad naatriumioonide sissevoolu. See stsenaarium esindab positiivse tagasiside süsteemi, kuna membraani häired, mis suruvad rakk positiivse laengu väärtuse suunas tekitab muutusi, mis muudavad interjööri veelgi positiivne. Naatriumioonide sissetungimisega läbi nende pingega seotud ioonkanalid rakumembraanis siseneb müotsüüt 0 faasi ja pinge tase läheneb selle potentsiaalse maksimaalse väärtuseni umbes +30 mV, mis tähistab kogu faasi 4. faasi nihet umbes 120 mV.
Mis on platoo faas?
Aktsiaalse potentsiaali 2. faasi nimetatakse ka platoo faasiks. Nagu 4. faas, tähistab see faasi, milles membraani läbiv pinge on stabiilne või peaaegu sama. Erinevalt 4. faasi juhtumist toimub see aga tasakaalustavate tegurite faasis. Esimene neist koosneb sissepoole voolavast naatriumist (sissevool, mis pole pärast 0-faasi kiiret sissevoolu päris nullini kahanenud) ja sissevoolavast kaltsiumist; teine sisaldab kolme tüüpi väljapoole alaldi voolud (aeglane, vahepealne ja kiire), kõigil neil on kaaliumi liikumine. See alaldi vool on see, mis on südamelihase kokkutõmbumise eest lõppkokkuvõttes vastutav, kuna see kaaliumivool käivitab a kaskaad, milles kaltsiumiioonid seonduvad rakuliste kontraktiilsete valkude (nt aktiin, troponiin) aktiivsete saitidega ja lisavad need tegevus.
2. faas lõpeb, kui kaltsiumi ja naatriumi sissevool lakkab, samal ajal kui kaaliumi väljavool (alaldi vool) jätkub, surudes raku repolarisatsiooni suunas.
Südamerakkude tegevuspotentsiaali veidrused
Südamerakkude potentsiaal erineb närvide toimepotentsiaalidest mitmel viisil. Esiteks ja mis kõige tähtsam, see on palju pikem. See on sisuliselt ohutustegur: kuna südamerakkude potentsiaal on pikem, tähendab see et ka uue tegevuspotentsiaali tekkimise periood, mida nimetatakse tulekindlaks perioodiks, on pikem. See on oluline, sest see tagab sujuvalt kontakteeruva südame isegi siis, kui see töötab maksimaalse kiirusega. Tavalistel lihasrakkudel puudub see omadus ja nad saavad seeläbi tegeleda nn teetanilised kokkutõmbed, mis viib krampi jms. See on ebamugav, kui skeletilihased nii käituvad, kuid oleks surmav, kui südamelihas teeks sama.