Detak jantung mungkin terkait dengan fenomena kehidupan lebih kuat daripada konsep atau proses tunggal lainnya, baik secara medis maupun metaforis. Ketika orang mendiskusikan benda mati atau bahkan konsep abstrak, mereka menggunakan istilah seperti "Kampanye pemilihannya masih memiliki pulsa" dan "Peluang tim datar ketika kehilangan pemain bintangnya" untuk menggambarkan apakah hal yang dimaksud adalah "hidup" atau tidak. Dan ketika petugas medis darurat menemukan korban jatuh, hal pertama yang mereka periksa adalah apakah korban memiliki denyut nadi.
Alasan jantung berdetak sederhana: listrik. Namun, seperti banyak hal di dunia biologi, cara yang tepat dan terkoordinasi dari aktivitas listrik menggerakkan jantung untuk memompa darah penting menuju jaringan tubuh, 70 kali per menit, 100.000 kali sehari selama beberapa dekade, sangat elegan dalam operasi. Semuanya dimulai dengan sesuatu yang disebut potensial aksi, dalam hal ini potensial aksi jantung. Para ahli fisiologi telah membagi peristiwa ini menjadi empat fase yang berbeda.
Apa itu Potensial Aksi?
Membran sel memiliki apa yang dikenal sebagai gradien elektrokimia melintasi lapisan ganda fosfolipid membran. Gradien ini dipertahankan oleh "pompa" protein yang tertanam dalam membran yang menggerakkan beberapa jenis ion (partikel bermuatan) melintasi membran dalam satu arah sementara "pompa" serupa memindahkan jenis ion lain ke arah yang berlawanan, yang mengarah ke situasi di mana partikel bermuatan "ingin" mengalir ke satu arah setelah dilempar ke arah lain, seperti bola yang terus "ingin" kembali kepada Anda saat Anda berulang kali melemparkannya langsung ke udara. Ion-ion ini termasuk natrium (Na+), kalium (K+) dan kalsium (Ca2+). Ion kalsium memiliki muatan positif bersih dua unit, dua kali muatan ion natrium atau ion kalium.
Untuk memahami bagaimana gradien ini dipertahankan, bayangkan situasi di mana anjing di playpen dipindahkan ke satu arah melintasi a pagar sementara kambing di kandang yang berdekatan dibawa di kandang lain, dengan masing-masing jenis hewan berniat untuk kembali ke tempat di mana ia dimulai. Jika tiga kambing dipindahkan ke zona anjing untuk setiap dua anjing dipindahkan ke zona kambing, maka siapa pun bertanggung jawab untuk ini adalah menjaga ketidakseimbangan mamalia melintasi pagar yang terus-menerus waktu. Kambing dan anjing yang mencoba untuk kembali ke tempat favorit mereka "dipompa" ke luar secara terus menerus. Analogi ini tidak sempurna, tetapi memberikan penjelasan dasar tentang bagaimana membran sel mempertahankan gradien elektrokimia, juga disebut potensial membran. Seperti yang akan Anda lihat, ion utama yang berpartisipasi dalam skema ini adalah natrium dan kalium.
Sebuah potensial aksi adalah perubahan reversibel dari potensial membran ini yang dihasilkan dari "efek riak" – aktivasi arus yang dihasilkan oleh difusi ion yang tiba-tiba melintasi membran menurunkan elektrokimia gradien. Dengan kata lain, kondisi tertentu dapat mengganggu ketidakseimbangan ion membran kondisi tunak dan memungkinkan ion mengalir dalam jumlah besar ke arah yang "ingin" mereka tuju – dengan kata lain, melawan pompa. Hal ini menyebabkan potensial aksi bergerak di sepanjang sel saraf (juga disebut neuron) atau sel jantung di dengan cara umum yang sama gelombang akan merambat sepanjang tali yang dipegang hampir kencang di kedua ujungnya jika salah satu ujungnya "dijentikkan."
Karena membran biasanya membawa gradien muatan, itu dianggap terpolarisasi, artinya dicirikan oleh ekstrem yang berbeda (lebih bermuatan negatif di satu sisi, lebih bermuatan positif di yang lain). Potensial aksi dipicu oleh depolarisasi, yang diterjemahkan secara longgar menjadi pembatalan sementara dari ketidakseimbangan muatan normal, atau pemulihan keseimbangan.
Apa Fase Berbeda dari Potensial Aksi?
Ada lima fase potensial aksi jantung, bernomor 0 sampai 4 (ilmuwan terkadang mendapatkan ide yang aneh).
Fase 0 adalah depolarisasi membran dan pembukaan saluran natrium "cepat" (yaitu, aliran tinggi). Aliran kalium juga menurun.
Fase 1 adalah repolarisasi parsial membran berkat penurunan cepat dalam perjalanan ion natrium ketika saluran natrium cepat menutup.
Fase 2 adalah fase dataran tinggi, di mana pergerakan ion kalsium keluar dari sel mempertahankan depolarisasi. Itu mendapat namanya karena muatan listrik melintasi membran berubah sangat sedikit dalam fase ini.
Fase 3 adalah repolarisasi, ketika saluran natrium dan kalsium menutup dan potensial membran kembali ke tingkat dasarnya.
Fase 4 melihat membran pada apa yang disebut potensial istirahat 90 milivolt (mV) sebagai hasil kerja pompa ion Na+/K+. Nilainya negatif karena potensi di dalam sel negatif dibandingkan dengan potensi di luarnya, dan yang terakhir diperlakukan sebagai kerangka acuan nol. Ini karena tiga ion natrium dipompa keluar sel untuk setiap dua ion kalium yang dipompa ke dalam sel; ingat bahwa ion-ion ini memiliki muatan setara +1, sehingga sistem ini menghasilkan penghabisan bersih, atau aliran keluar, muatan positif.
Miokardium dan Potensial Aksi
Jadi, apa sebenarnya akibat dari semua pemompaan ion dan gangguan membran sel ini? Sebelum menjelaskan bagaimana aktivitas listrik di jantung diterjemahkan ke dalam detak jantung, ada baiknya untuk memeriksa otot yang menghasilkan detak itu sendiri.
Otot jantung (jantung) adalah salah satu dari tiga jenis otot dalam tubuh manusia. Dua lainnya adalah otot rangka, yang berada di bawah kendali sukarela (contoh: bisep lengan atas Anda) dan halus otot, yang tidak berada di bawah kendali sadar (contoh: otot-otot di dinding usus Anda yang bergerak mencerna makanan sepanjang). Semua jenis otot memiliki sejumlah kesamaan, tetapi sel otot jantung memiliki sifat unik untuk melayani kebutuhan unik organ induknya. Untuk satu hal, inisiasi "detak" jantung dikendalikan oleh miosit jantung khusus, atau sel otot jantung, yang disebut sel alat pacu jantung. Sel-sel ini mengontrol laju detak jantung bahkan tanpa adanya input saraf dari luar, sebuah properti yang disebut otoritmisitas. Ini berarti bahwa meskipun tidak ada masukan dari sistem saraf, secara teori jantung masih dapat berdetak selama elektrolit (yaitu ion-ion yang disebutkan di atas) ada. Tentu saja, kecepatan detak jantung – juga dikenal sebagai denyut nadi – sangat bervariasi, dan ini terjadi berkat masukan diferensial dari sejumlah sumber, termasuk sistem saraf simpatik, sistem saraf parasimpatis dan hormon.
Otot jantung disebut juga miokardium. Itu datang dalam dua jenis: sel kontraktil miokard dan sel konduksi miokard. Seperti yang mungkin telah Anda duga, sel-sel kontraktil melakukan pekerjaan memompa darah di bawah pengaruh sel-sel penghantar yang mengirimkan sinyal untuk berkontraksi. 99 persen sel miokard adalah jenis kontraktil, dan hanya 1 persen yang didedikasikan untuk konduksi. Sementara rasio ini dengan tepat membuat sebagian besar jantung tersedia untuk melakukan pekerjaan, itu juga berarti bahwa cacat pada sel-sel yang membentuk sistem konduksi jantung bisa sulit bagi organ untuk menghindari menggunakan jalur konduksi alternatif, yang hanya ada sedikit banyak. Sel-sel penghantar umumnya jauh lebih kecil daripada sel-sel kontraktil karena mereka tidak membutuhkan berbagai protein yang terlibat dalam kontraksi; mereka hanya perlu terlibat dalam pelaksanaan potensial aksi otot jantung.
Apa itu Depolarisasi Fase 4?
Fase 4 dari potensial sel otot jantung disebut interval diastolik, karena periode ini sesuai dengan diastol, atau interval antara kontraksi otot jantung. Setiap kali Anda mendengar atau merasakan detak jantung Anda, ini adalah akhir dari kontraksi jantung, yang disebut sistol. Semakin cepat jantung Anda berdetak, semakin tinggi sebagian kecil dari siklus kontraksi-relaksasi yang dihabiskan dalam sistol, tetapi bahkan ketika Anda berolahraga habis-habisan dan mendorong denyut nadi Anda ke 200 jantung Anda masih dalam diastol hampir sepanjang waktu, membuat fase 4 fase terpanjang dari potensial aksi jantung, yang secara total berlangsung sekitar 300 milidetik (tiga persepuluh dari kedua). Sementara potensial aksi sedang berlangsung, tidak ada potensial aksi lain yang dapat dimulai di bagian yang sama dari sel jantung membran, yang masuk akal – begitu dimulai, potensi harus dapat menyelesaikan tugasnya merangsang miokard kontraksi.
Seperti disebutkan di atas, selama fase 4, potensial listrik melintasi membran memiliki nilai sekitar 90 mV. Nilai ini berlaku untuk sel kontraktil; untuk sel konduksi, lebih dekat ke 60 mV. Jelas, ini bukan nilai keseimbangan yang stabil atau jantung tidak akan pernah berdetak sama sekali. Sebaliknya, jika sinyal menurunkan nilai negativitas melintasi membran sel kontraktil menjadi sekitar −65 mV, ini memicu perubahan pada membran yang memfasilitasi masuknya ion natrium. Skenario ini merupakan sistem umpan balik positif di mana gangguan membran yang mendorong sel ke arah nilai muatan positif menghasilkan perubahan yang membuat interior lebih banyak positif. Dengan masuknya ion natrium melalui ini kanal ion dengan pintu bertegangan di dalam membran sel, miosit memasuki fase 0, dan level tegangan mendekati potensial aksi maksimumnya sekitar +30 mV, yang mewakili perjalanan tegangan total dari fase 4 sekitar 120 mV.
Apa Itu Fase Dataran Tinggi?
Fase 2 dari potensial aksi juga disebut fase dataran tinggi. Seperti fase 4, ini mewakili fase di mana tegangan melintasi membran stabil, atau hampir stabil. Namun berbeda dengan kasus pada fase 4, hal ini terjadi pada fase faktor penyeimbang. Yang pertama terdiri dari natrium yang mengalir ke dalam (influks yang belum cukup meruncing ke nol setelah masuknya cepat di fase 0) dan kalsium yang mengalir ke dalam; yang lainnya mencakup tiga jenis lahiriah arus penyearah (lambat, menengah dan cepat), semuanya menampilkan gerakan kalium. Arus penyearah inilah yang pada akhirnya bertanggung jawab atas kontraksi otot jantung, karena penghabisan kalium ini memulai a kaskade di mana ion kalsium mengikat ke situs aktif pada protein kontraktil seluler (misalnya, aktin, troponin) dan membujuk mereka ke tindakan.
Fase 2 berakhir ketika aliran masuk kalsium dan natrium berhenti sementara aliran keluar kalium (arus penyearah) berlanjut, mendorong sel menuju repolarisasi.
Keunikan Potensi Aksi Sel Jantung
Potensial aksi sel jantung berbeda dari potensial aksi di saraf dalam berbagai cara. Untuk satu hal, dan yang paling penting, itu jauh lebih lama. Ini pada dasarnya adalah faktor keamanan: Karena potensial aksi sel jantung lebih panjang, ini berarti: bahwa periode di mana potensial aksi baru terjadi, yang disebut periode refraktori, juga lebih lama. Ini penting, karena memastikan jantung yang berkontak dengan lancar bahkan saat bekerja dengan kecepatan maksimal. Sel-sel otot biasa tidak memiliki sifat ini dan dengan demikian dapat terlibat dalam apa yang disebut kontraksi tetanik, menyebabkan kram dan sejenisnya. Tidak nyaman ketika otot rangka berperilaku seperti ini, tetapi akan mematikan jika miokardium melakukan hal yang sama.
