Sirds sitiens, iespējams, ir saistīts ar dzīves fenomenu spēcīgāk nekā jebkurš cits atsevišķs jēdziens vai process gan medicīniski, gan metaforiski. Kad cilvēki apspriež nedzīvus priekšmetus vai pat abstraktus jēdzienus, viņi lieto tādus terminus kā "Viņas vēlēšanu kampaņai joprojām ir pulss "un" Komandas iespējas, kad tā zaudēja savu zvaigžņu spēlētāju ", lai aprakstītu, vai attiecīgā lieta ir" dzīva "vai nē. Un, kad neatliekamās medicīniskās palīdzības personāls sastopas ar kritušu upuri, vispirms viņi pārbauda, vai cietušajam ir pulss.
Sirdsdarbības iemesls ir vienkāršs: elektrība. Tāpat kā tik daudzas lietas bioloģijas pasaulē, tomēr arī elektriskās aktivitātes precīzs un saskaņots veids dod sirdij iespēju sūknēt vitāli asinis uz ķermeņa audiem, apmēram 70 reizes minūtē, 100 000 reizes dienā gadu desmitiem ilgi, ir brīnumaini elegants darbība. Viss sākas ar to, ko sauc par darbības potenciāls, šajā gadījumā sirds darbības potenciāls. Fiziologi ir sadalījuši šo notikumu četrās atšķirīgās fāzēs.
Kas ir rīcības potenciāls?
Šūnu membrānām ir tā saucamais elektroķīmiskais gradients pāri membrānas fosfolipīdu divslānim. Šo gradientu uztur membrānā iestrādātie olbaltumvielu "sūkņi", kas pārvieto dažus jonu veidus (uzlādētas daļiņas) pa membrānu vienā savukārt līdzīgi "sūkņi" pārvieto cita veida jonus pretējā virzienā, kas noved pie situācijas, kurā uzlādētas daļiņas "vēlas" plūst vienā virzienā pēc tam, kad tas ir nomainīts, piemēram, bumba, kas turpina “vēlēties” atgriezties pie jums, kad jūs to atkārtoti iemetat taisni gaiss. Pie šiem joniem pieder nātrijs (Na+), kālijs (K.+) un kalciju (Ca2+). Kalcija jonu pozitīvais lādiņš ir divas vienības, divreiz lielāks nekā nātrija jonam vai kālija jonam.
Lai iegūtu priekšstatu par to, kā tiek uzturēts šis gradients, iedomājieties situāciju, kurā suņi rotaļlaukumā tiek pārvietoti vienā virzienā pa nožogojumu, bet kazas blakus esošajā aplokā tiek pārvadātas otrā, un katra veida dzīvnieki vēlas atgriezties vietā, kur tas atrodas sākās. Ja trīs kazas tiek pārvietotas uz suņu zonu par diviem suņiem, kas pārvietoti uz kazas zonu, tad kurš atbild par to uztur zīdītāju nelīdzsvarotību visā žogā, kas pastāvīgi pāriet laiks. Kazas un suņi, kas mēģina atgriezties sev vēlamajās vietās, tiek nepārtraukti "sūknēti" ārā. Šī līdzība ir nepilnīga, taču tā piedāvā pamata skaidrojumu par to, kā šūnu membrānas uztur elektroķīmisko gradientu, ko sauc arī par membrānas potenciālu. Kā redzēsiet, galvenie joni, kas piedalās šajā shēmā, ir nātrijs un kālijs.
An darbības potenciāls ir šī membrānas potenciāla atgriezeniska maiņa, kas izriet no "viļņošanās efekta" - straumes, ko rada pēkšņa jonu difūzija visā membrānā, pazemina elektroķīmisko gradients. Citiem vārdiem sakot, daži apstākļi var izjaukt līdzsvara stāvokļa membrānas jonu nelīdzsvarotību un ļaut joniem plūst lielā skaitā virzienā, kādā viņi "vēlas" iet, citiem vārdiem sakot, pret sūkni. Tas noved pie tā, ka darbības potenciāls pārvietojas pa nervu šūnu (ko sauc arī par neironu) vai sirds šūnu tāpat kā vilnis virzīsies pa virkni, kas abos galos ir gandrīz saspringta, ja viens gals ir "pazibēja".
Tā kā membrānai parasti ir lādiņa gradients, to uzskata par polarizētu, kas nozīmē ko raksturo dažādas galējības (negatīvāk uzlādētas vienā pusē, pozitīvāk uzlādētas) otrs). Darbības potenciālu izraisa depolarizācija, kas brīvi izpaužas kā īslaicīga normāla lādiņa nelīdzsvarotības atcelšana vai līdzsvara atjaunošana.
Kādas ir rīcības potenciāla dažādās fāzes?
Ir piecas sirds darbības potenciāla fāzes, kas numurētas no 0 līdz 4 (zinātnieki dažreiz iegūst dīvainas idejas).
0 fāze ir membrānas depolarizācija un "ātru" (t.i., augstas plūsmas) nātrija kanālu atvēršana. Arī kālija plūsma samazinās.
1. fāze ir daļēja membrānas repolarizācija, pateicoties straujai nātrija jonu pārejas samazinājumam, kad ātri nātrija kanāli aizveras.
2. fāze ir plato fāze, kurā kalcija jonu pārvietošanās no šūnas uztur depolarizāciju. Tas iegūst savu nosaukumu, jo elektriskā lādiņa visā membrānā šajā fāzē mainās ļoti maz.
3. fāze ir repolarizācija, jo nātrija un kalcija kanāli aizveras un membrānas potenciāls atgriežas sākotnējā līmenī.
4. fāze redz membrānu tā sauktajā miera potenciālā –90 milivoltu (mV) Na + / K + jonu sūkņa darba rezultātā. Vērtība ir negatīva, jo potenciāls šūnas iekšienē ir negatīvs, salīdzinot ar potenciālu ārpus tās, un pēdējais tiek uzskatīts par nulles atskaites sistēmu. Tas notiek tāpēc, ka no katriem diviem šūnā iesūktajiem kālija joniem no šūnas tiek izsūknēti trīs nātrija joni; atgādinām, ka šiem joniem ir ekvivalents lādiņš +1, tāpēc šī sistēma rada pozitīvā lādiņa neto izplūdi jeb aizplūšanu.
Miokardis un darbības potenciāls
Tātad, ko patiesībā noved pie visa šī jonu sūknēšanas un šūnu membrānas pārtraukšanas? Pirms aprakstīt, kā elektriskā aktivitāte sirdī pārvēršas par sirdsdarbību, ir lietderīgi izpētīt muskuļus, kas paši rada šos sitienus.
Sirds (sirds) muskuļi ir viens no trim cilvēka ķermeņa muskuļu veidiem. Pārējie divi ir skeleta muskuļi, kurus brīvprātīgi kontrolē (piemēram, augšdelmu bicepss) un gludi muskuļi, kas netiek apzināti kontrolēti (piemērs: muskuļi jūsu zarnu sienās, kas pārvieto pārtikas sagremošanu gar). Visu veidu muskuļiem ir vairākas līdzības, taču sirds muskuļa šūnām ir unikālas īpašības, lai kalpotu viņu vecāku orgānu unikālajām vajadzībām. Pirmkārt, sirds "sitiena" sākšanu kontrolē īpaši sirds miocīti jeb sirds un muskuļu šūnas, ko sauc par elektrokardiostimulatora šūnas. Šīs šūnas kontrolē sirdsdarbības ātrumu pat tad, ja nav ārējas nervu ievades, ko sauc par īpašību autoritmika. Tas nozīmē, ka pat bez nervu sistēmas ievadīšanas sirds teorētiski joprojām varēja sist tik ilgi, kamēr elektrolīti (t.i., iepriekšminētie joni) bija klāt. Protams, sirdsdarbības ritms - pazīstams arī kā pulsa ātrums - tomēr ievērojami atšķiras, un tas notiek pateicoties diferenciālā ievade no vairākiem avotiem, ieskaitot simpātisko nervu sistēmu, parasimpātisko nervu sistēmu un hormoni.
Sirds muskuļus sauc arī miokardu. Tas ir divu veidu: miokarda kontrakcijas šūnas un miokardu vadošās šūnas. Kā jūs, iespējams, esat nojautis, saraušanās šūnas veic asiņu sūknēšanu to vadošo šūnu ietekmē, kuras nodrošina signālu, lai sarautos. 99 procenti miokarda šūnu ir kontrakcijas šķirnes, un tikai 1 procents ir veltīts vadīšanai. Lai gan šī attiecība pamatoti atstāj sirdsdarbībai pieejamu darba veikšanai, tas nozīmē arī to, ka defekts šūnās, kas veido sirds vadīšanas sistēmu orgānam var būt grūti apiet, izmantojot alternatīvus vadīšanas ceļus, no kuriem tikai tā ir daudzi. Vadošās šūnas parasti ir daudz mazākas nekā saraušanās šūnas, jo tām nav vajadzīgi dažādi kontrakcijā iesaistītie proteīni; viņiem ir jāiesaistās tikai sirds muskuļa darbības potenciāla uzticīgā izpildē.
Kas ir 4. fāzes depolarizācija?
Sirds muskuļu šūnu potenciāla 4. fāzi sauc par diastolisko intervālu, jo šis periods atbilst diastolei jeb intervālam starp sirds muskuļa kontrakcijām. Katru reizi, kad dzirdat vai jūtat sirdsdarbības sitienu, tas beidzas ar sirds saraušanos, ko sauc par sistolu. Jo ātrāk sitas jūsu sirds, jo lielāku daļu no tā kontrakcijas-relaksācijas cikla tā pavada sistolē, bet pat tad, ja jūs visu izmantojat un pulsa ātrumu nospiežat 200 diapazonā, jūsu sirds joprojām ir diastolē, padarot 4. fāzi par sirds darbības potenciāla garāko fāzi, kas kopumā ilgst apmēram 300 milisekundes (trīs desmitdaļas otrais). Kamēr darbojas potenciāls, tajā pašā sirds šūnu daļā nevar ierosināt citus darbības potenciālus membrāna, kas ir jēga - kad tas ir sākts, potenciālam jāspēj pabeigt miokarda stimulēšanas darbu saraušanās.
Kā minēts iepriekš, 4. fāzes laikā elektriskā potenciāla pār membrānu vērtība ir aptuveni –90 mV. Šī vērtība attiecas uz saraušanās šūnām; šūnu vadīšanai tas ir tuvāk −60 mV. Skaidrs, ka tā nav stabila līdzsvara vērtība, jo pretējā gadījumā sirds vienkārši nekad nemūžos. Tā vietā, ja signāls samazina kontraktilās šūnas membrānas vērtības negatīvumu līdz aptuveni –65 mV, tas izraisa izmaiņas membrānā, kas atvieglo nātrija jonu pieplūdumu. Šis scenārijs ir pozitīvas atgriezeniskās saites sistēma, jo membrānas traucējumi, kas nospiež šūna pozitīvas lādiņa vērtības virzienā rada izmaiņas, kas padara interjeru vēl vairāk pozitīvs. Caur šiem ieplūstot nātrija joniem jonu kanāli ar spriegumu šūnas membrānā miocīts nonāk 0 fāzē, un sprieguma līmenis tuvojas tā darbības potenciāla maksimālajam apmēram +30 mV, kas atspoguļo kopējo sprieguma ekskursiju no 4. fāzes aptuveni 120 mV.
Kas ir plato fāze?
Darbības potenciāla 2. fāzi sauc arī par plato fāzi. Tāpat kā 4. fāze, tā ir fāze, kurā spriegums pāri membrānai ir stabils vai gandrīz tāds pats. Tomēr atšķirībā no gadījuma 4. fāzē tas notiek līdzsvarošanas faktoru fāzē. Pirmais no tiem sastāv no iekšpusē plūstoša nātrija (pieplūdums, kas pēc straujas pieplūdes 0 fāzē nav līdz galam samazinājies līdz nullei) un iekšpusē plūstoša kalcija; otrs ietver trīs veidu ārējos taisngrieža strāvas (lēns, vidējs un ātrs), tiem visiem raksturīga kālija kustība. Šī taisngrieža strāva ir tā, kas galu galā ir atbildīga par sirds muskuļa saraušanos, jo šī kālija izplūde sāk a kaskāde, kurā kalcija joni saistās ar šūnu saraušanās olbaltumvielu aktīvajām vietām (piemēram, aktīnu, troponīnu) un tos darbība.
2. fāze beidzas, kad kalcija un nātrija plūsma uz iekšu beidzas, kamēr kālija ārējā plūsma (taisngrieža strāva) turpinās, virzot šūnu uz repolarizāciju.
Sirds šūnu darbības potenciāla dīvainības
Sirds šūnu darbības potenciāls dažādos veidos atšķiras no nervu darbības iespējām. No vienas puses, un pats galvenais, tas ir daudz ilgāks. Būtībā tas ir drošības faktors: tā kā sirds šūnu darbības potenciāls ir garāks, tas nozīmē ka periods, kurā rodas jauns darbības potenciāls, ko dēvē par ugunsizturīgo periodu, ir arī ilgāks. Tas ir svarīgi, jo tas nodrošina vienmērīgu sirds kontaktu pat tad, ja tā darbojas ar maksimālu ātrumu. Parastajām muskuļu šūnām trūkst šīs īpašības, un tādējādi tās var iesaistīties tā sauktajā tetaniskas kontrakcijas, kas noved pie krampjiem un tamlīdzīgi. Tas ir neērti, kad skeleta muskuļi rīkojas šādi, taču tas būtu nāvējoši, ja miokardis rīkotos tāpat.