שלבי פוטנציאל פעולת הלב

פעימות הלב קשורות ככל הנראה לתופעת החיים בצורה חזקה יותר מכל מושג או תהליך אחר, מבחינה רפואית ומטאפורית. כאשר אנשים דנים באובייקטים דוממים או אפילו במושגים מופשטים, הם משתמשים במונחים כמו "למערכת הבחירות שלה עדיין יש דופק "ו"הסיכויים של הקבוצה בשורה כשאיבדה את שחקן הכוכב שלה" כדי לתאר האם הדבר המדובר "חי" או לֹא. וכאשר אנשי רפואה דחופה נתקלים בקורבן שנפל, הדבר הראשון שהם בודקים הוא האם לקורבן יש דופק.

הסיבה שהלב פועם היא פשוטה: חשמל. כמו כל כך הרבה דברים בעולם הביולוגיה, עם זאת, הדרך המדויקת והמתואמת שפעילות חשמלית מכריחה את הלב לשאוב דם חיוני אל רקמות הגוף, בערך 70 פעמים בדקה, 100,000 פעמים ביום במשך עשרות שנים רצופות, הוא אלגנטי להפליא מבצע. הכל מתחיל במשהו שנקרא פוטנציאל פעולה, במקרה זה פוטנציאל פעולה לבבי. פיזיולוגים חילקו אירוע זה לארבעה שלבים נפרדים.

בקרום התא יש מה שמכונה שיפוע אלקטרוכימי על פני שכבת הדו-פוספוליפידית של הממברנה. שיפוע זה נשמר על ידי "משאבות" חלבונים המוטמעות בקרום המניעות סוגים מסוימים של יונים (חלקיקים טעונים) על פני הממברנה באחד כיוון בעוד ש"משאבות "דומות מזיזות סוגים אחרים של יונים בכיוון ההפוך, מה שמוביל למצב בו חלקיקים טעונים" רוצים "לזרום בכיוון אחד לאחר שהוסגר לכיוון השני, כמו כדור שממשיך "לרצות" לחזור אליך כשאתה זורק אותו שוב ושוב ישר אל אוויר. יונים אלה כוללים נתרן (Na

כדי לקבל תחושה של שמירה על שיפוע זה, דמיין מצב שבו כלבים בתוך לול מועברים לכיוון אחד על פני גדר ואילו עזים במכלאה סמוכה נישאות בשנייה, כאשר כל סוג של בעלי חיים מתכוון לחזור למקום בו הוא התחיל. אם מעבירים שלוש עזים לאזור הכלבים על כל שני כלבים שעוברים לאזור העזים, אז מי שיהיה אחראית לכך היא שמירה על חוסר איזון ביונקים מעבר לגדר שנמצא קבוע מעל זְמַן. העזים והכלבים שמנסים לחזור למקומות המועדפים עליהם "נשאבים" בחוץ באופן רציף. אנלוגיה זו אינה מושלמת, אך מציעה הסבר בסיסי כיצד ממברנות התאים שומרות על שיפוע אלקטרוכימי, הנקרא גם פוטנציאל קרום. כפי שתראו, היונים העיקריים המשתתפים בתכנית זו הם נתרן ואשלגן.

An פוטנציאל פעולה הוא שינוי הפיך של פוטנציאל הממברנה הזה הנובע מ"אפקט אדווה "- הפעלה של זרמים הנוצרים על ידי התפשטות פתאומית של יונים על פני הממברנה מורידים את האלקטרוכימיה מִדרוֹן. במילים אחרות, תנאים מסוימים יכולים לשבש את חוסר האיזון ביוני הממברנה במצב יציב ולאפשר ליונים לזרום בכמויות גדולות לכיוון שהם "רוצים" ללכת - במילים אחרות, כנגד המשאבה. זה מוביל לפוטנציאל פעולה הנע לאורך תא עצבי (נקרא גם נוירון) או תא לב באותה דרך כללית שגל ינוע לאורך חוט המוחזק כמעט בשתי קצותיו אם קצה אחד הוא "רפרף."

מכיוון שבדרך כלל הקרום נושא שיפוע מטען, הוא נחשב לקוטבי, כלומר מאופיין בקיצוניות שונה (טעונה יותר שלילית מצד אחד, טעונה יותר חיובית על האחר). פוטנציאל פעולה נוצר על ידי דפולריזציה, שמתורגמת באופן רופף לביטול זמני מחוסר האיזון הרגיל של המטען, או לשיקום שיווי המשקל.

ישנם חמישה שלבים פוטנציאליים של פעולת לב, שמספרם 0 עד 4 (מדענים מקבלים רעיונות מוזרים לפעמים).

שלב 0 הוא דפולריזציה של הממברנה ופתיחת תעלות נתרן "מהירות" (כלומר זרימה גבוהה). גם זרימת האשלגן פוחתת.

שלב 1 הוא קיטוב חלקי של הקרום הודות לירידה מהירה במעבר נתרן-יון כאשר תעלות הנתרן המהירות נסגרות.

שלב 2 האם ה שלב הרמה, בהם תנועת יוני הסידן אל מחוץ לתא שומרת על דפולריזציה. זה מקבל את שמו מכיוון שהמטען החשמלי על פני הממברנה משתנה מעט מאוד בשלב זה.

שלב 3 הוא רפולריזציה, מכיוון שתעלות הנתרן והסידן נסגרות ופוטנציאל הממברנה חוזר לרמת הבסיס שלו.

שלב 4 רואה את הממברנה כביכול מה שנקרא פוטנציאל מנוחה של -90 מיליוולט (mV) כתוצאה מהעבודה של משאבת ה- Na + / K +. הערך שלילי מכיוון שהפוטנציאל שבתוך התא הוא שלילי בהשוואה לפוטנציאל שמחוץ לו, ומתייחסים לזה האחרון כאל מסגרת ההתייחסות האפסית. הסיבה לכך היא כי שלושה יוני נתרן נשאבים מהתא על כל שני יוני אשלגן הנשאבים לתא; כזכור, ליונים אלה יש מטען שווה ערך של +1, ולכן מערכת זו מביאה לזרימה נטו, או זרימה, של מטען חיובי.

אז למה בעצם מוביל כל שאיבת היונים וההפרעה בקרום התא? לפני שמתארים כיצד הפעילות החשמלית בלב מתורגמת לדפיקות לב, כדאי לבחון את השריר המייצר פעימות אלו בעצמו.

שריר לב (לב) הוא אחד משלושה סוגים של שרירים בגוף האדם. שני האחרים הם שרירי השלד, הנמצאים בשליטה מרצון (לדוגמא: שרירי הזרוע העליונה) וחלקים שריר, שאינו בשליטה מודעת (לדוגמא: השרירים בדפנות המעיים המניעים מזון מעכל לְאוֹרֶך). כל סוגי השרירים חולקים מספר קווי דמיון, אך לתאי שריר הלב יש תכונות ייחודיות לשרת את הצרכים הייחודיים של איבר האם שלהם. ראשית, התחלת "פעימת" הלב נשלטת על ידי מיוציטים לבביים מיוחדים, או תאי שריר לב, הנקראים תאי קוצב לב. תאים אלה שולטים בקצב פעימות הלב גם בהיעדר קלט עצבי חיצוני, מאפיין שנקרא אוטוריתמיות. משמעות הדבר היא שגם בהיעדר קלט ממערכת העצבים, הלב יכול בתיאוריה עדיין לפעום כל עוד נוכחים אלקטרוליטים (כלומר, היונים הנ"ל). כמובן שקצב פעימות הלב - המכונה גם קצב הדופק - משתנה במידה ניכרת וזה קורה בזכות קלט דיפרנציאלי ממספר מקורות, כולל מערכת העצבים הסימפתטית, מערכת העצבים הפאראסימפתטית ו הורמונים.

שריר הלב נקרא גם שריר הלב. זה מגיע בשני סוגים: תאים מכווץ שריר הלב ותאי מוליך לב. כפי שאולי שיערת, התאים המתכווצים מבצעים את עבודת שאיבת הדם בהשפעת התאים המוליכים המספקים את האות להתכווצות. 99 אחוז מתאי שריר הלב הם מזן התכווצות, ורק אחוז אחד מוקדש להולכה. בעוד שיחס זה משאיר בצדק את מרבית הלב זמין לביצוע עבודה, זה אומר גם כי פגם בתאים היוצרים את מערכת הולכה לבבית יכולה להיות קשה לאיברים לעקוף באמצעות מסלולי הולכה חלופיים, שיש רק כך רב. התאים המוליכים הם בדרך כלל קטנים בהרבה מהתאים המתכווצים מכיוון שאין להם צורך בחלבונים השונים המעורבים בהתכווצות; הם צריכים להיות מעורבים רק בביצוע נאמן של פוטנציאל הפעולה של שריר הלב.

שלב 4 של פוטנציאל תאי שריר הלב נקרא מרווח דיאסטולי, מכיוון שתקופה זו מתאימה לדיאסטולה, או לרווח בין התכווצויות שריר הלב. בכל פעם שאתה שומע או מרגיש את חבטת פעימות הלב שלך, זהו סוף התכווצות הלב, אשר נקרא סיסטולה. ככל שהלב שלך פועם מהר יותר, כך הוא מחזיר חלק קטן יותר ממחזור ההתכווצות-הרפיה שלו במערכת סיסטולה, אך גם כשאתה מתאמן על סך הכל ודוחף את הדופק שלך ל -200 הטווח, הלב שלך עדיין נמצא בדיאסטולה רוב הזמן, מה שהופך את שלב 4 לשלב הארוך ביותר בפוטנציאל הפעולה הלבבי, שנמשך בסך הכל כ -300 אלפיות השנייה (שלוש עשיריות שְׁנִיָה). בעוד פוטנציאל פעולה מתבצע, אין אפשרות להתחיל פוטנציאל פעולה אחר באותו חלק של תאי הלב קרום, הגיוני - ברגע שהתחיל, פוטנציאל אמור להיות מסוגל לסיים את תפקידו לעורר שריר לב צִמצוּם.

כפי שצוין לעיל, במהלך שלב 4, לפוטנציאל החשמלי על פני הממברנה יש ערך של כ -90 mV. ערך זה חל על תאים מכווצים; להובלת תאים, הוא קרוב יותר ל- 60 mV. ברור שזה לא ערך שיווי משקל יציב, אחרת הלב פשוט לעולם לא יכה כלל. במקום זאת, אם אות מוריד את השליליות של הערך על פני קרום התא המכווץ לכ- 65 mV, זה מעורר שינויים בקרום שמאפשרים זרם יון נתרן. תרחיש זה מייצג מערכת משוב חיובית בכך שהפרעה בקרום הדוחפת את תא בכיוון של ערך מטען חיובי מחולל שינויים שהופכים את הפנים ליותר חִיוּבִי. עם הבהירה של יונים נתרן דרך אלה תעלות יונים מגודרות מתח בקרום התא, המיוציט נכנס לשלב 0, ורמת המתח מתקרבת למקסימום פוטנציאל הפעולה שלו כ- 30 mV, המייצג סיבוב מתח כולל משלב 4 של כ -120 mV.

שלב 2 של פוטנציאל הפעולה נקרא גם שלב הרמה. כמו שלב 4, הוא מייצג שלב שבו המתח על פני הממברנה יציב, או כמעט כך. בשונה מהמקרה בשלב 4, לעומת זאת, זה קורה בשלב של גורמי איזון. הראשון שבהם מורכב מנתרן זורם פנימה (הזרם שלא ממש התחדד לאפס לאחר הזרימה המהירה בשלב 0) וסידן הזורם פנימה; האחר כולל שלושה סוגים של חוץ זרמי מיישר (איטי, ביניים ומהיר), כל אלה כוללים תנועת אשלגן. זרם מיישר זה הוא האחראי בסופו של דבר להתכווצות שריר הלב, מכיוון שזרם אשלגן זה יוזם א מפל שבו יוני סידן נקשרים לאתרים פעילים בחלבונים מכווצים תאיים (למשל אקטין, טרופונין) ומחדלים אותם פעולה.

שלב 2 מסתיים כאשר הזרימה הפנימית של סידן ונתרן נפסקת ואילו זרימת האשלגן החיצונית (זרם המיישר) נמשכת, ודוחפת את התא לעבר קיטוב מחדש.

פוטנציאל פעולת תאי הלב שונה מפוטנציאל הפעולה בעצבים במגוון דרכים. ראשית, והכי חשוב, זה הרבה יותר ארוך. זהו למעשה גורם בטיחותי: מכיוון שפוטנציאל פעולת תאי הלב ארוך יותר, פירוש הדבר שהתקופה בה מתרחש פוטנציאל פעולה חדש, המכונה תקופת עקשן, היא גם ארוכה יותר. זה חשוב מכיוון שהוא מבטיח לב בעל קשר חלק גם כאשר הוא פועל במהירות מקסימאלית. תאי שריר רגילים חסרים תכונה זו וכך יכולים לעסוק במה שמכונה התכווצויות טטניות, מה שמוביל להתכווצויות וכדומה. זה לא נוח כאשר שריר השלד מתנהג כך, אבל זה יהיה קטלני אם שריר הלב יעשה את אותו הדבר.