A batida do coração está provavelmente associada ao fenômeno da vida com mais força do que qualquer outro conceito ou processo único, tanto médica quanto metaforicamente. Quando as pessoas discutem objetos inanimados ou mesmo conceitos abstratos, elas usam termos como "Sua campanha eleitoral ainda tem um pulso "e" As chances da equipe diminuíram quando perdeu seu melhor jogador "para descrever se a coisa em questão está" viva "ou não. E quando a equipe médica de emergência encontra uma vítima caída, a primeira coisa que verifica é se a vítima tem pulso.
A razão pela qual um coração bate é simples: eletricidade. Como tantas coisas no mundo da biologia, no entanto, a maneira precisa e coordenada que a atividade elétrica faz com que o coração bombeie sangue vital para os tecidos do corpo, 70 ou mais vezes por minuto, 100.000 vezes por dia durante décadas a fio, é maravilhosamente elegante em sua Operação. Tudo começa com algo chamado potencial de acção, neste caso, um potencial de ação cardíaco. Os fisiologistas dividiram este evento em quatro fases distintas.
O que é um potencial de ação?
As membranas celulares têm o que é conhecido como gradiente eletroquímico através da bicamada fosfolipídica da membrana. Este gradiente é mantido por "bombas" de proteínas embutidas na membrana que movem alguns tipos de íons (partículas carregadas) através da membrana em um direção, enquanto "bombas" semelhantes movem outros tipos de íons na direção oposta, levando a uma situação em que as partículas carregadas "querem" fluir em uma direção depois de ser lançada na outra, como uma bola que fica "querendo" voltar para você conforme você a joga repetidamente direto para o ar. Esses íons incluem sódio (Na+), potássio (K+) e cálcio (Ca2+). Um íon de cálcio tem uma carga líquida positiva de duas unidades, o dobro de um íon de sódio ou de um íon de potássio.
Para ter uma noção de como esse gradiente é mantido, imagine uma situação em que cães em um cercadinho são movidos em uma direção através de um cerca, enquanto as cabras em um curral adjacente são carregadas na outra, com cada tipo de animal tentando voltar ao local em que começado. Se três cabras são movidas para a zona dos cães para cada dois cães movidos para a zona das cabras, então quem quer que seja é responsável por isso é manter um desequilíbrio de mamífero ao longo da cerca que é constante ao longo Tempo. As cabras e cães que tentam retornar aos seus locais preferidos são "bombeados" para fora continuamente. Essa analogia é imperfeita, mas oferece uma explicação básica de como as membranas celulares mantêm um gradiente eletroquímico, também chamado de potencial de membrana. Como você verá, os íons primários que participam desse esquema são o sódio e o potássio.
A potencial de acção é uma mudança reversível deste potencial de membrana resultante de um "efeito cascata" - uma ativação de correntes geradas pela difusão repentina de íons através da membrana reduzem o nível eletroquímico gradiente. Em outras palavras, certas condições podem interromper o desequilíbrio de íons da membrana em estado estacionário e permitir que os íons fluam em grande número na direção que "desejam" ir - em outras palavras, contra a bomba. Isso leva a um potencial de ação que se move ao longo de uma célula nervosa (também chamada de neurônio) ou célula cardíaca em da mesma maneira geral que uma onda viajará ao longo de uma corda mantida quase esticada em ambas as extremidades se uma das extremidades for "sacudido."
Como a membrana geralmente carrega um gradiente de carga, ela é considerada polarizada, o que significa caracterizado por extremos diferentes (mais carregados negativamente em um lado, mais carregados positivamente em o outro). Um potencial de ação é desencadeado pela despolarização, que se traduz livremente em um cancelamento temporário do desequilíbrio de carga normal ou uma restauração do equilíbrio.
Quais são as diferentes fases de um potencial de ação?
Existem cinco fases do potencial de ação cardíaco, numeradas de 0 a 4 (os cientistas às vezes têm ideias estranhas).
Fase 0 é a despolarização da membrana e a abertura de canais de sódio "rápidos" (isto é, alto fluxo). O fluxo de potássio também diminui.
Fase 1 é a repolarização parcial da membrana graças a uma rápida diminuição na passagem do íon sódio conforme os canais rápidos de sódio se fecham.
Fase 2 é o fase de platô, em que o movimento dos íons de cálcio para fora da célula mantém a despolarização. Recebe esse nome porque a carga elétrica através da membrana muda muito pouco nesta fase.
Fase 3 é a repolarização, à medida que os canais de sódio e cálcio se fecham e o potencial de membrana retorna ao seu nível basal.
Fase 4 vê a membrana em seu chamado potencial de repouso de -90 milivolts (mV) como resultado do trabalho da bomba de íons Na + / K +. O valor é negativo porque o potencial dentro da célula é negativo em comparação com o potencial fora dela, e este último é tratado como o referencial zero. Isso ocorre porque três íons de sódio são bombeados para fora da célula para cada dois íons de potássio bombeados para dentro da célula; lembre-se de que esses íons têm uma carga equivalente a +1, portanto, esse sistema resulta em um efluxo líquido, ou fluxo de saída, de carga positiva.
O miocárdio e potencial de ação
Então, a que todo esse bombeamento de íons e ruptura da membrana celular realmente levam? Antes de descrever como a atividade elétrica do coração se traduz em batimentos cardíacos, é útil examinar o músculo que produz esses batimentos.
O músculo cardíaco (coração) é um dos três tipos de músculo do corpo humano. Os outros dois são músculos esqueléticos, que estão sob controle voluntário (exemplo: o bíceps de seus braços) e lisos músculo, que não está sob controle consciente (exemplo: os músculos nas paredes do intestino que se movem para digerir os alimentos ao longo). Todos os tipos de músculo compartilham uma série de semelhanças, mas as células do músculo cardíaco têm propriedades únicas para atender às necessidades exclusivas de seu órgão original. Por um lado, o início do "batimento" do coração é controlado por miócitos cardíacos especiais, ou células do músculo cardíaco, chamadas células marcapasso. Essas células controlam o ritmo do batimento cardíaco, mesmo na ausência de entrada nervosa externa, uma propriedade chamada autoritmicidade. Isso significa que, mesmo na ausência de entrada do sistema nervoso, o coração ainda poderia, em teoria, bater enquanto os eletrólitos (isto é, os íons mencionados acima) estivessem presentes. Claro, o ritmo do batimento cardíaco - também conhecido como taxa de pulso - varia consideravelmente, e isso ocorre graças a input diferencial de uma série de fontes, incluindo o sistema nervoso simpático, o sistema nervoso parassimpático e hormônios.
O músculo cardíaco também é chamado miocárdio. Ele vem em dois tipos: células contráteis do miocárdio e células condutoras do miocárdio. Como você deve ter imaginado, as células contráteis fazem o trabalho de bombear o sangue sob a influência das células condutoras que emitem o sinal de contração. 99 por cento das células miocárdicas são contráteis e apenas 1 por cento se dedica à condução. Embora esta proporção deixe a maior parte do coração disponível para realizar o trabalho, também significa que um defeito nas células que formam o sistema de condução cardíaca pode ser difícil para o órgão contornar usando vias de condução alternativas, das quais existem apenas vários. As células condutoras são geralmente muito menores do que as células contráteis porque não precisam das várias proteínas envolvidas na contração; eles precisam apenas estar envolvidos na execução fiel do potencial de ação do músculo cardíaco.
O que é a despolarização de fase 4?
A fase 4 do potencial da célula do músculo cardíaco é chamada de intervalo diastólico, porque esse período corresponde à diástole, ou intervalo entre as contrações do músculo cardíaco. Cada vez que você ouve ou sente o batimento cardíaco, é o fim da contração do coração, o que é chamado de sístole. Quanto mais rápido seu coração bate, maior é a fração de seu ciclo de contração-relaxamento que ele gasta na sístole, mas mesmo quando você está se exercitando e empurrando sua pulsação para 200 intervalo, seu coração ainda está em diástole na maior parte do tempo, tornando a fase 4 a fase mais longa do potencial de ação cardíaco, que no total dura cerca de 300 milissegundos (três décimos de um segundo). Enquanto um potencial de ação está em andamento, nenhum outro potencial de ação pode ser iniciado na mesma porção da célula cardíaca membrana, o que faz sentido - uma vez iniciado, um potencial deve ser capaz de terminar seu trabalho de estimular um miocárdio contração.
Conforme observado acima, durante a fase 4, o potencial elétrico através da membrana tem um valor de cerca de -90 mV. Este valor se aplica a células contráteis; para células condutoras, é mais próximo de -60 mV. Claramente, este não é um valor de equilíbrio estável, ou então o coração simplesmente nunca bateria. Em vez disso, se um sinal diminui a negatividade do valor através da membrana celular contrátil para cerca de -65 mV, isso dispara mudanças na membrana que facilitam o influxo de íons de sódio. Este cenário representa um sistema de feedback positivo em que uma perturbação da membrana que empurra o célula na direção de um valor de carga positivo engendra mudanças que tornam o interior ainda mais positivo. Com a entrada de íons de sódio através destes canais iônicos dependentes de voltagem na membrana celular, o miócito entra na fase 0 e o nível de voltagem se aproxima de seu potencial de ação máximo de cerca de +30 mV, representando uma excursão de voltagem total da fase 4 de cerca de 120 mV.
O que é a fase do platô?
A fase 2 do potencial de ação também é chamada de fase de platô. Como a fase 4, representa uma fase em que a voltagem através da membrana é estável, ou quase isso. Ao contrário do caso na fase 4, no entanto, isso ocorre na fase de fatores de compensação. O primeiro deles consiste em sódio que flui para dentro (o influxo que não diminuiu totalmente para zero após o rápido influxo na fase 0) e cálcio que flui para dentro; o outro inclui três tipos de correntes retificadoras (lento, intermediário e rápido), todos com movimento de potássio. Essa corrente retificadora é a responsável, em última instância, pela contração do músculo cardíaco, pois esse efluxo de potássio inicia um cascata em que os íons de cálcio se ligam a locais ativos nas proteínas contráteis celulares (por exemplo, actina, troponina) e os induzem a açao.
A fase 2 termina quando o fluxo interno de cálcio e sódio cessa, enquanto o fluxo externo de potássio (a corrente retificadora) continua, empurrando a célula em direção à repolarização.
Peculiaridades do potencial de ação das células cardíacas
O potencial de ação das células cardíacas difere dos potenciais de ação nos nervos de várias maneiras. Por um lado, e mais importante, é muito mais longo. Este é essencialmente um fator de segurança: como o potencial de ação das células cardíacas é mais longo, isso significa que o período em que ocorre um novo potencial de ação, denominado período refratário, também é mais longo. Isso é importante porque garante um contato cardíaco sem problemas, mesmo quando está operando em velocidade máxima. As células musculares comuns não têm essa propriedade e podem, portanto, se engajar no que é chamado contrações tetânicas, levando a cólicas e semelhantes. É inconveniente quando o músculo esquelético se comporta assim, mas seria mortal se o miocárdio fizesse o mesmo.