Le battement du cœur est probablement associé au phénomène de la vie plus fortement que tout autre concept ou processus, à la fois médicalement et métaphoriquement. Lorsque les gens discutent d'objets inanimés ou même de concepts abstraits, ils utilisent des termes tels que « Sa campagne électorale a encore un pouls" et "Les chances de l'équipe se sont stabilisées lorsqu'elle a perdu son joueur vedette" pour décrire si la chose en question est "vivante" ou ne pas. Et lorsque le personnel médical d'urgence rencontre une victime décédée, la première chose qu'il vérifie est si la victime a un pouls.
La raison pour laquelle un cœur bat est simple: l'électricité. Comme tant de choses dans le monde de la biologie, cependant, la manière précise et coordonnée dont l'activité électrique permet au cœur de pomper le sang vital vers les tissus du corps, environ 70 fois par minute, 100 000 fois par jour pendant des décennies, est merveilleusement élégant dans son opération. Tout commence par quelque chose qui s'appelle un
potentiel d'action, en l'occurrence un potentiel d'action cardiaque. Les physiologistes ont divisé cet événement en quatre phases distinctes.Qu'est-ce qu'un potentiel d'action ?
Les membranes cellulaires ont ce qu'on appelle un gradient électrochimique à travers la bicouche phospholipidique de la membrane. Ce gradient est maintenu par des "pompes" à protéines intégrées dans la membrane qui déplacent certains types d'ions (particules chargées) à travers la membrane en un seul direction tandis que des "pompes" similaires déplacent d'autres types d'ions dans la direction opposée, conduisant à une situation dans laquelle les particules chargées "veulent" s'écouler dans une direction après avoir été déplacée dans l'autre, comme une balle qui continue de " vouloir " revenir vers vous alors que vous la lancez à plusieurs reprises directement dans le air. Ces ions comprennent le sodium (Na+), potasse (K+) et du calcium (Ca2+). Un ion calcium a une charge positive nette de deux unités, soit le double de celle d'un ion sodium ou d'un ion potassium.
Pour avoir une idée de la façon dont ce gradient est maintenu, imaginez une situation dans laquelle des chiens dans un parc sont déplacés dans une direction à travers un clôture tandis que les chèvres dans un enclos adjacent sont transportées dans l'autre, chaque type d'animal ayant l'intention de retourner à l'endroit où il a débuté. Si trois chèvres sont déplacées dans la zone canine pour deux chiens déplacés dans la zone caprine, alors celui qui est responsable de cela est le maintien d'un déséquilibre des mammifères à travers la clôture qui est constant sur temps. Les chèvres et les chiens qui tentent de retourner à leurs endroits préférés sont "pompés" à l'extérieur sur une base continue. Cette analogie est imparfaite, mais offre une explication basique de la façon dont les membranes cellulaires maintiennent un gradient électrochimique, également appelé potentiel membranaire. Comme vous le verrez, les ions primaires participant à ce schéma sont le sodium et le potassium.
Un potentiel d'action est un changement réversible de ce potentiel membranaire résultant d'un "effet d'entraînement" - une activation de les courants générés par la diffusion soudaine d'ions à travers la membrane abaissent le pente. En d'autres termes, certaines conditions peuvent perturber le déséquilibre ionique de la membrane à l'état d'équilibre et permettre aux ions de circuler en grand nombre dans la direction qu'ils "veulent" aller - en d'autres termes, contre la pompe. Cela conduit à un potentiel d'action se déplaçant le long d'une cellule nerveuse (également appelée neurone) ou d'une cellule cardiaque dans de la même manière qu'une onde se déplacera le long d'une corde tenue presque tendue aux deux extrémités si une extrémité est "effleuré."
Parce que la membrane porte généralement un gradient de charge, elle est considérée comme polarisée, ce qui signifie caractérisé par différents extrêmes (plus chargés négativement d'un côté, plus chargés positivement sur L'autre). Un potentiel d'action est déclenché par la dépolarisation, qui se traduit vaguement par une annulation temporaire du déséquilibre de charge normal, ou par un rétablissement de l'équilibre.
Quelles sont les différentes phases d'un potentiel d'action ?
Il existe cinq phases de potentiel d'action cardiaque, numérotées de 0 à 4 (les scientifiques ont parfois des idées étranges).
Phase 0 est la dépolarisation de la membrane et l'ouverture de canaux sodiques "rapides" (c'est-à-dire à haut débit). Le flux de potassium diminue également.
La phase 1 est une repolarisation partielle de la membrane grâce à une diminution rapide du passage des ions sodium à mesure que les canaux sodiques rapides se ferment.
Phase 2 est le phase de plateau, dans lequel le mouvement des ions calcium hors de la cellule maintient la dépolarisation. Il tire son nom du fait que la charge électrique à travers la membrane change très peu au cours de cette phase.
Phase 3 est la repolarisation, à mesure que les canaux sodium et calcium se ferment et que le potentiel membranaire revient à son niveau de base.
Phase 4 voit la membrane à son potentiel dit de repos de -90 millivolts (mV) grâce au travail de la pompe à ions Na+/K+. La valeur est négative car le potentiel à l'intérieur de la cellule est négatif par rapport au potentiel à l'extérieur de celle-ci, et ce dernier est traité comme le référentiel zéro. En effet, trois ions sodium sont pompés hors de la cellule pour deux ions potassium pompés dans la cellule; rappelons que ces ions ont une charge équivalente de +1, donc ce système entraîne un efflux net, ou une sortie, de charge positive.
Le myocarde et le potentiel d'action
Alors, à quoi tout ce pompage ionique et cette perturbation de la membrane cellulaire mènent-ils réellement? Avant de décrire comment l'activité électrique du cœur se traduit en battements cardiaques, il est utile d'examiner le muscle qui produit lui-même ces battements.
Le muscle cardiaque (cœur) est l'un des trois types de muscles du corps humain. Les deux autres sont le muscle squelettique, qui est sous contrôle volontaire (exemple: le biceps de vos bras) et lisse muscle, qui n'est pas sous contrôle conscient (exemple: les muscles des parois de vos intestins qui déplacent la digestion des aliments le long de). Tous les types de muscles partagent un certain nombre de similitudes, mais les cellules du muscle cardiaque ont des propriétés uniques pour répondre aux besoins uniques de leur organe parent. D'une part, l'initiation du « battement » du cœur est contrôlée par des myocytes cardiaques spéciaux, ou cellules musculaires cardiaques, appelées cellules de stimulateur cardiaque. Ces cellules contrôlent le rythme du rythme cardiaque même en l'absence d'entrée nerveuse extérieure, une propriété appelée autorythmie. Cela signifie que même en l'absence d'apport du système nerveux, le cœur pourrait en théorie encore battre tant que des électrolytes (c'est-à-dire les ions susmentionnés) étaient présents. Bien entendu, le rythme cardiaque – également connu sous le nom de pouls – varie considérablement, et cela se produit grâce à entrée différentielle d'un certain nombre de sources, y compris le système nerveux sympathique, le système nerveux parasympathique et les hormones.
Le muscle cardiaque est aussi appelé myocarde. Il existe deux types: les cellules contractiles du myocarde et les cellules conductrices du myocarde. Comme vous l'avez peut-être deviné, les cellules contractiles font le travail de pompage du sang sous l'influence des cellules conductrices qui délivrent le signal de contraction. 99% des cellules myocardiques sont de type contractile et seulement 1% sont dédiés à la conduction. Si ce rapport laisse à juste titre la plus grande partie du cœur disponible pour effectuer des travaux, cela signifie également qu'un défaut dans les cellules formant le système de conduction cardiaque peut être difficile à contourner pour l'organe en utilisant des voies de conduction alternatives, dont il n'y a que très peu beaucoup. Les cellules conductrices sont généralement beaucoup plus petites que les cellules contractiles car elles n'ont pas besoin des différentes protéines impliquées dans la contraction; ils doivent seulement être impliqués dans l'exécution fidèle du potentiel d'action du muscle cardiaque.
Qu'est-ce que la dépolarisation de phase 4?
La phase 4 du potentiel cellulaire du muscle cardiaque est appelée intervalle diastolique, car cette période correspond à la diastole, ou l'intervalle entre les contractions du muscle cardiaque. Chaque fois que vous entendez ou ressentez le battement de votre cœur, c'est la fin de la contraction du cœur, appelée systole. Plus votre cœur bat vite, plus une fraction de son cycle de contraction-relaxation est élevée en systole, mais même lorsque vous faites de l'exercice à fond et que vous poussez votre pouls dans les 200 gamme, votre cœur est encore en diastole la plupart du temps, faisant de la phase 4 la phase la plus longue du potentiel d'action cardiaque, qui dure au total environ 300 millisecondes (trois dixièmes de deuxième). Pendant qu'un potentiel d'action est en cours, aucun autre potentiel d'action ne peut être initié dans la même partie de la cellule cardiaque membrane, ce qui est logique - une fois commencé, un potentiel devrait pouvoir terminer son travail de stimulation d'un myocarde contraction.
Comme indiqué ci-dessus, pendant la phase 4, le potentiel électrique à travers la membrane a une valeur d'environ -90 mV. Cette valeur s'applique aux cellules contractiles; pour les cellules conductrices, elle est plus proche de -60 mV. De toute évidence, ce n'est pas une valeur d'équilibre stable, sinon le cœur ne battra tout simplement jamais. Au lieu de cela, si un signal abaisse la négativité de la valeur à travers la membrane cellulaire contractile à environ -65 mV, cela déclenche des changements dans la membrane qui facilitent l'afflux d'ions sodium. Ce scénario représente un système de rétroaction positive en ce sens qu'une perturbation de la membrane qui pousse le cellule dans le sens d'une valeur de charge positive engendre des changements qui rendent l'intérieur encore plus positif. Avec la précipitation vers l'intérieur des ions sodium à travers ces canaux ioniques voltage-dépendants dans la membrane cellulaire, le myocyte entre dans la phase 0 et le niveau de tension approche son maximum de potentiel d'action d'environ +30 mV, ce qui représente une excursion de tension totale à partir de la phase 4 d'environ 120 mV.
Qu'est-ce que la phase de plateau?
La phase 2 du potentiel d'action est également appelée phase de plateau. Comme la phase 4, elle représente une phase dans laquelle la tension aux bornes de la membrane est stable, ou presque. Contrairement au cas de la phase 4, cependant, cela se produit dans la phase des facteurs de contrepoids. Le premier d'entre eux se compose de sodium circulant vers l'intérieur (l'afflux qui n'a pas tout à fait diminué jusqu'à zéro après l'afflux rapide de la phase 0) et de calcium entrant; l'autre comprend trois types de sorties courants de redressement (lent, intermédiaire et rapide), qui présentent tous un mouvement de potassium. Ce courant redresseur est ce qui est finalement responsable de la contraction du muscle cardiaque, car cet efflux de potassium initie une cascade dans laquelle les ions calcium se lient aux sites actifs sur les protéines contractiles cellulaires (par exemple, l'actine, la troponine) et les cajolent dans action.
La phase 2 se termine lorsque le flux entrant de calcium et de sodium cesse tandis que le flux sortant de potassium (le courant redresseur) se poursuit, poussant la cellule vers la repolarisation.
Bizarreries du potentiel d'action des cellules cardiaques
Le potentiel d'action des cellules cardiaques diffère des potentiels d'action des nerfs de diverses manières. D'une part, et surtout, c'est beaucoup plus long. Il s'agit essentiellement d'un facteur de sécurité: comme le potentiel d'action des cellules cardiaques est plus long, cela signifie que la période d'apparition d'un nouveau potentiel d'action, appelée période réfractaire, est également plus longue. Ceci est important, car cela garantit un cœur en contact régulier même lorsqu'il fonctionne à vitesse maximale. Les cellules musculaires ordinaires n'ont pas cette propriété et peuvent donc s'engager dans ce qu'on appelle contractions tétaniques, entraînant des crampes et autres. C'est gênant lorsque le muscle squelettique se comporte ainsi, mais ce serait mortel si le myocarde faisait de même.