Faze potencijala srčanog djelovanja

Otkucaji srca vjerojatno su povezani sa fenomenom života snažnije od bilo kojeg drugog pojedinačnog koncepta ili procesa, i medicinski i metaforički. Kad ljudi raspravljaju o neživim predmetima ili čak apstraktnim konceptima, koriste izraze poput "Njezina predizborna kampanja još uvijek ima puls "i" Šanse momčadi izjednačene kad je izgubila svog zvijezde "kako bi opisali je li dotična stvar" živa "ili ne. A kad hitno medicinsko osoblje naiđe na palu žrtvu, prvo što provjeravaju je li žrtva ima puls.

Razlog zbog kojeg srce kuca jednostavan je: struja. Kao i mnoge stvari u svijetu biologije, precizan i koordiniran način na koji električna aktivnost pokreće srce da pumpa vitalna krv prema tjelesnim tkivima, 70-ak puta u minuti, 100 000 puta dnevno desetljećima, čudesno je elegantna u svojoj operacija. Sve započinje nečim što se naziva akcijski potencijal, u ovom slučaju srčani akcijski potencijal. Fiziolozi su podijelili ovaj događaj u četiri različite faze.

Stanične membrane imaju ono što je poznato kao elektrokemijski gradijent preko fosfolipidnog dvosloja membrane. Ovaj gradijent održavaju proteinske "pumpe" ugrađene u membranu koje pomiču neke vrste iona (nabijene čestice) preko membrane u jednom smjer dok slične "pumpe" pokreću druge vrste iona u suprotnom smjeru, što dovodi do situacije u kojoj nabijene čestice "žele" teći u jednom smjeru nakon što je prebačen u drugi, poput lopte koja vam neprestano "želi" vratiti se dok je više puta bacite ravno u zrak. Ti ioni uključuju natrij (Na

Da biste stekli osjećaj kako se održava ovaj gradijent, zamislite situaciju u kojoj se psi u ogradici premještaju u jednom smjeru preko ograde dok se koze u susjednom toralu nose u drugoj, pri čemu se svaka vrsta životinja namjerava vratiti na mjesto na kojem je započeo. Ako su tri koze premještene u zonu pasa za svaka dva psa preseljena u zonu koza, onda tko god odgovoran je za to održavanje neravnoteže sisavaca preko ograde koja je konstantna vrijeme. Koze i psi koji se pokušaju vratiti na svoja željena mjesta kontinuirano se "pumpaju" vani. Ova je analogija nesavršena, ali nudi osnovno objašnjenje kako stanične membrane održavaju elektrokemijski gradijent, koji se naziva i membranski potencijal. Kao što ćete vidjeti, primarni ioni koji sudjeluju u ovoj shemi su natrij i kalij.

An akcijski potencijal je reverzibilna promjena ovog membranskog potencijala koja proizlazi iz "efekta mreškanja" - aktivacije struje generirane iznenadnom difuzijom iona kroz membranu smanjuju elektrokemijske gradijent. Drugim riječima, određeni uvjeti mogu poremetiti neravnotežu iona u ravnotežnom stanju i omogućiti ionima da teku u velikom broju u smjeru u kojem "žele" ići - drugim riječima, prema pumpi. To dovodi do akcijskog potencijala koji se kreće duž živčane stanice (koja se naziva i neuronom) ili srčane stanice u isti općeniti način na koji će val putovati duž strune koja je gotovo zategnuta na oba kraja ako je jedan kraj "fliched".

Budući da membrana obično nosi gradijent naboja, smatra se polariziranom, što znači karakterizirani različitim krajnostima (negativnije nabijene s jedne strane, pozitivnije nabijene na drugi). Akcijski potencijal pokreće se depolarizacijom, što labavo prelazi u privremeno poništavanje normalne neravnoteže naboja ili obnavljanje ravnoteže.

Postoji pet faza potencijala srčanog djelovanja, numeriranih od 0 do 4 (znanstvenici ponekad dobivaju neobične ideje).

Faza 0 je depolarizacija membrane i otvaranje "brzih" (tj. visoko protočnih) natrijevih kanala. Protok kalija se također smanjuje.

Faza 1 je djelomična repolarizacija membrane zahvaljujući brzom smanjenju prolaska natrijevih iona dok se brzi natrijevi kanali zatvaraju.

Faza 2 je faza visoravni, u kojem kretanje kalcijevih iona iz stanice održava depolarizaciju. Ime je dobio jer se električni naboj preko membrane u ovoj fazi vrlo malo mijenja.

Faza 3 je repolarizacija, jer se natrijevi i kalcijevi kanali zatvaraju, a membranski potencijal vraća na početnu razinu.

Faza 4 vidi membranu takozvanog potencijala mirovanja od -90 milivolta (mV) kao rezultat rada Na + / K + ionske pumpe. Vrijednost je negativna jer je potencijal unutar stanice negativan u usporedbi s potencijalom izvan nje, a potonja se tretira kao nulti referentni okvir. To je zato što se iz stanice ispumpavaju tri natrijeva iona za svaka dva kalijeva iona koja se pumpaju u stanicu; podsjetimo da ovi ioni imaju ekvivalent naboja +1, pa ovaj sustav rezultira neto istjecanjem ili odljevom pozitivnog naboja.

Pa do čega zapravo dolazi sve to pumpanje iona i poremećaj stanične membrane? Prije nego što opišete kako se električna aktivnost u srcu pretvara u otkucaje srca, korisno je istražiti mišić koji sam stvara te otkucaje.

Srčani (srčani) mišić jedna je od tri vrste mišića u ljudskom tijelu. Ostale dvije su skeletni mišići koji su pod dobrovoljnom kontrolom (primjer: biceps nadlaktice) i glatki mišića, koji nije pod svjesnom kontrolom (primjer: mišići u stijenkama crijeva koji pokreću probavljajuću hranu uz). Sve vrste mišića imaju niz sličnosti, ali stanice srčanog mišića imaju jedinstvena svojstva da služe jedinstvenim potrebama svojih matičnih organa. Kao prvo, započinjanjem "otkucaja" srca upravljaju posebni srčani miociti ili stanice srčanog mišića, tzv. stanice pejsmejkera. Te stanice kontroliraju ritam otkucaja srca čak i u nedostatku vanjskog ulaznog živca, svojstvo tzv autoritmičnost. To znači da bi i u nedostatku ulaza iz živčanog sustava srce moglo teoretski i dalje kucati sve dok su bili prisutni elektroliti (tj. Gore spomenuti ioni). Naravno, ritam otkucaja srca - poznat i kao puls - znatno se razlikuje, a to se događa zahvaljujući diferencijalni ulaz iz brojnih izvora, uključujući simpatički živčani sustav, parasimpatički živčani sustav i hormoni.

Srčani mišić se također naziva miokarda. Dolazi u dvije vrste: kontraktilne stanice miokarda i provodne stanice miokarda. Kao što ste mogli pretpostaviti, kontraktilne stanice obavljaju posao pumpanja krvi pod utjecajem provodnih stanica koje dostavljaju signal za sažimanje. 99 posto stanica miokarda kontraktilne je sorte, a samo 1 posto posvećeno je provođenju. Iako ovaj omjer s pravom ostavlja veći dio srca na raspolaganju za obavljanje posla, to također znači da je oštećenje stanica koje čine srčani provodni sustav organu može biti teško zaobići koristeći alternativne provodne putove, kojih ima samo tako puno. Provodne stanice su uglavnom mnogo manje od kontraktilnih stanica jer nemaju potrebu za raznim proteinima koji sudjeluju u kontrakciji; oni trebaju biti uključeni samo u vjerno izvršavanje akcijskog potencijala srčanog mišića.

Faza 4 potencijala srčanog mišića naziva se dijastolički interval, jer to razdoblje odgovara dijastoli, odnosno intervalu između kontrakcija srčanog mišića. Svaki put kad čujete ili osjetite udarac srca, ovo je kraj stezanja srca, što se naziva sistola. Što vam srce brže kuca, veći dio svog ciklusa kontrakcije i opuštanja provodi u sistoli, ali čak i kada vježbate sveukupno i gurate puls u 200 raspona, vaše je srce većinu vremena još uvijek u dijastoli, čineći fazu 4 najdužom fazom srčanog akcijskog potencijala, koja ukupno traje oko 300 milisekundi (tri desetine drugi). Dok je akcijski potencijal u tijeku, nijedan drugi akcijski potencijal ne može se pokrenuti u istom dijelu srčane stanice membrana, što ima smisla - kad jednom započne, potencijal bi trebao biti u mogućnosti završiti svoj posao stimuliranja miokarda stezanje.

Kao što je gore spomenuto, tijekom faze 4, električni potencijal kroz membranu ima vrijednost od oko -90 mV. Ova se vrijednost odnosi na kontraktilne stanice; za provodne stanice je bliži -60 mV. Jasno je da ovo nije stabilna ravnotežna vrijednost jer inače srce jednostavno nikad ne bi zakucalo. Umjesto toga, ako signal smanji negativnost vrijednosti preko memorije kontraktilne stanice na oko -65 mV, to pokreće promjene u membrani koje olakšavaju dotok natrijevih iona. Ovaj scenarij predstavlja sustav pozitivne povratne sprege u slučaju poremećaja membrane koji gura stanica u smjeru pozitivne vrijednosti naboja izaziva promjene koje unutrašnjost čine još više pozitivan. S naletom natrijevih iona kroz njih naponski usmjereni ionski kanali u staničnoj membrani miocit ulazi u fazu 0, a razina napona približava se svom maksimumu akcijskog potencijala od oko +30 mV, što predstavlja ukupan izlazak napona iz faze 4 od oko 120 mV.

Faza 2 akcijskog potencijala naziva se i fazom platoa. Poput faze 4, ona predstavlja fazu u kojoj je napon na membrani stabilan ili gotovo takav. Međutim, za razliku od slučaja u fazi 4, to se događa u fazi čimbenika uravnoteženja. Prva od njih sastoji se od natrija koji teče prema unutra (priljev koji se nakon brzog dotoka u fazi 0 nije sasvim smanjio na nulu) i kalcija koji teče unutra; drugi uključuje tri vrste prema van ispravljačke struje (sporo, srednje i brzo), od kojih sve karakterizira kretanje kalija. Ova ispravljačka struja je ono što je na kraju odgovorno za kontrakciju srčanog mišića, jer ovaj izljev kalija inicira kaskada u kojoj se kalcijevi ioni vežu na aktivna mjesta na staničnim kontraktilnim proteinima (npr. aktin, troponin) i ulijevaju ih u akcijski.

Faza 2 završava kad unutarnji protok kalcija i natrija prestane dok se vanjski protok kalija (struja ispravljača) nastavlja, gurajući stanicu prema repolarizaciji.

Potencijal djelovanja srčanih stanica razlikuje se od akcijskih potencijala u živcima na razne načine. Kao prvo, što je najvažnije, puno je duže. To je u osnovi faktor sigurnosti: Budući da je potencijal djelovanja srčanih stanica duži, to znači da je i razdoblje u kojem se javlja novi akcijski potencijal, koji se naziva vatrostalno razdoblje, također dulje. To je važno, jer osigurava nesmetano dodirivanje srca čak i kada radi maksimalnom brzinom. Običnim mišićnim stanicama nedostaje ovo svojstvo i tako se mogu uključiti u ono što se naziva tetanične kontrakcije, što dovodi do grčeva i slično. Nezgodno je kad se skeletni mišići ovako ponašaju, ali bilo bi smrtonosno da miokardi rade isto.