Fázy potenciálu srdcových akcií

Tlukot srdca je pravdepodobne spojený s fenoménom života silnejšie ako akýkoľvek iný jednotný koncept alebo proces, lekársky aj metaforicky. Keď ľudia diskutujú o neživých predmetoch alebo dokonca o abstraktných pojmoch, používajú výrazy ako „Jej volebná kampaň stále má pulz “a„ Šanca tímu, keď bol stratený hviezdny hráč, “opísať, či je daná vec„ živá “, alebo nie. A keď pohotovostný zdravotnícky personál narazí na padlú obeť, prvá vec, ktorú skontroluje, je, či má obeť pulz.

Dôvod, prečo srdce bije, je jednoduchý: elektrina. Rovnako ako toľko vecí vo svete biológie, ale aj presný a koordinovaný spôsob, akým elektrická aktivita poháňa srdce, pumpuje vitálna krv smerujúca k tkanivám tela, 70-krát za minútu, 100 000-krát denne po celé desaťročia, je vo svojej podobe úžasne elegantná prevádzka. Všetko sa začína niečím, čo sa volá akčný potenciál, v tomto prípade srdcový akčný potenciál. Fyziológovia rozdelili túto udalosť na štyri odlišné fázy.

Bunkové membrány majú takzvaný elektrochemický gradient cez fosfolipidovú dvojvrstvu membrány. Tento gradient udržiavajú proteínové „pumpy“ zabudované v membráne, ktoré pohybujú niektoré typy iónov (nabité častice) cez membránu v jednom smer, zatiaľ čo podobné „pumpy“ pohybujú inými typmi iónov v opačnom smere, čo vedie k situácii, že nabité častice „chcú“ prúdiť v jednom smere po tom, čo bol dopravený v druhom, ako lopta, ktorá sa „chce“ vrátiť k vám, keď ju opakovane vrháte priamo do vzduch. Medzi tieto ióny patrí sodík (Na

Aby ste získali predstavu o tom, ako sa tento gradient udržuje, predstavte si situáciu, keď sa psy v ohrádke pohybujú jedným smerom cez a zatiaľ čo kozy v susednom ohrade sa prenášajú v druhom, pričom každý druh zvieraťa sa chce vrátiť na miesto, kde je začal. Ak sú do kozej zóny presunuté tri kozy, potom každé dve psy presunuté do kozej zóny budú mať kohokoľvek je za to zodpovedné udržiavanie nerovnováhy cicavcov cez plot, ktorá je neustále v koncoch čas. Kozy a psy, ktoré sa snažia vrátiť na svoje preferované miesta, sú neustále „pumpované“ von. Táto analógia je nedokonalá, ponúka však základné vysvetlenie toho, ako bunkové membrány udržujú elektrochemický gradient, ktorý sa tiež nazýva membránový potenciál. Ako uvidíte, primárnymi iónmi zúčastnenými na tejto schéme sú sodík a draslík.

An akčný potenciál je reverzibilná zmena potenciálu tejto membrány vyplývajúca z "zvlnenia" - aktivácie prúdy generované náhlou difúziou iónov cez membránu znižujú elektrochemické vlastnosti sklon. Inými slovami, určité podmienky môžu narušiť rovnovážnu nerovnováhu membránových iónov a umožniť prúdenie iónov vo veľkom množstve v smere, ktorým „chcú“ ísť - inými slovami, proti pumpe. To vedie k akčnému potenciálu, ktorý sa pohybuje pozdĺž nervovej bunky (nazývanej tiež neurón) alebo srdcovej bunky rovnaký všeobecný spôsob, ako bude vlna cestovať po reťazci, ktorý je na oboch koncoch takmer napnutý, ak je jeden koniec "švihnutím."

Pretože membrána zvyčajne nesie gradient náboja, považuje sa to za polarizovanú charakterizované rôznymi extrémami (viac záporne nabité na jednej strane, kladnejšie nabité na ostatný). Akčný potenciál je vyvolaný depolarizáciou, ktorá sa voľne premieta do dočasného vyradenia z nerovnováhy normálneho náboja alebo do obnovenia rovnováhy.

Existuje päť fáz srdcového akčného potenciálu, očíslovaných od 0 do 4 (vedci dostanú občas čudné nápady).

Fáza 0 je depolarizácia membrány a otvorenie „rýchlych“ (t.j. vysoko prietokových) sodíkových kanálov. Znižuje sa tiež tok draslíka.

Fáza 1 je čiastočná repolarizácia membrány vďaka rýchlemu zníženiu prechodu sodíkových iónov, keď sa rýchle sodíkové kanály zatvoria.

Fáza 2 je fáza plató, v ktorom pohyb vápnikových iónov z bunky udržuje depolarizáciu. Dostáva svoje meno, pretože elektrický náboj cez membránu sa v tejto fáze mení veľmi málo.

Fáza 3 je repolarizácia, pretože sa uzatvárajú sodíkové a vápnikové kanály a membránový potenciál sa vracia na svoju základnú hladinu.

Fáza 4 vidí membránu v jej takzvanom pokojovom potenciáli −90 milivoltov (mV) ako výsledok práce iónovej pumpy Na + / K +. Hodnota je záporná, pretože potenciál vo vnútri bunky je negatívny v porovnaní s potenciálom mimo nej, a ten sa považuje za nulový referenčný rámec. Je to tak preto, lebo z bunky sa odčerpajú tri ióny sodíka za každé dva ióny draslíka, ktoré sa do bunky načerpajú; pripomeňme, že tieto ióny majú ekvivalentný náboj +1, takže tento systém vedie k čistému odtoku alebo odtoku kladného náboja.

K čomu teda vlastne vedie všetko toto čerpanie iónov a narušenie bunkovej membrány? Predtým, ako popíšeme, ako sa elektrická aktivita v srdci premieňa na srdcové rytmy, je užitočné preskúmať sval, ktorý ich sám produkuje.

Srdcový (srdcový) sval je jeden z troch druhov svalov v ľudskom tele. Ďalšie dva sú kostrové svalstvo, ktoré je pod dobrovoľnou kontrolou (príklad: biceps nadlaktia) a hladké sval, ktorý nie je pod vedomou kontrolou (príklad: svaly v stenách vašich čriev, ktoré sa pohybujú pri trávení potravy pozdĺž). Všetky typy svalov majú veľa podobností, ale bunky srdcového svalu majú jedinečné vlastnosti, ktoré slúžia jedinečným potrebám ich rodičovského orgánu. Jednak je iniciácia „tlkotu“ srdca riadená špeciálnymi srdcovými myocytmi alebo bunkami srdcového svalu, tzv. bunky kardiostimulátora. Tieto bunky riadia tempo srdcového rytmu aj pri absencii vonkajšieho nervového vstupu, vlastnosť tzv autorrytmita. To znamená, že aj pri absencii vstupu z nervového systému srdce mohlo teoreticky stále biť, pokiaľ boli prítomné elektrolyty (t. J. Vyššie uvedené ióny). Tempo srdcového rytmu - známe tiež ako pulzová frekvencia - sa samozrejme značne líši, a to sa deje vďaka diferenciálny vstup z mnohých zdrojov vrátane sympatického nervového systému, parasympatického nervového systému a hormóny.

Srdcový sval sa tiež nazýva myokard. Dodáva sa v dvoch typoch: kontraktilné bunky myokardu a bunky vedúce myokard. Ako ste si mohli domyslieť, kontraktilné bunky pracujú na pumpovaní krvi pod vplyvom vodivých buniek, ktoré prenášajú signál na stiahnutie. 99 percent buniek myokardu je kontraktilnej odrody a iba 1 percento je venovaných vodivosti. Aj keď tento pomer oprávnene necháva väčšinu srdca k dispozícii na vykonávanie práce, znamená to tiež poruchu buniek tvoriacich srdcový vodivý systém môže byť pre orgán obtiažne obísť pomocou alternatívnych vodivých ciest, ktorých existuje len toľko veľa. Vodivé bunky sú všeobecne oveľa menšie ako kontraktilné bunky, pretože nepotrebujú rôzne proteíny zapojené do kontrakcie; musia byť zapojené iba do verného uskutočnenia akčného potenciálu srdcového svalu.

Fáza 4 potenciálu buniek srdcového svalu sa nazýva diastolický interval, pretože toto obdobie zodpovedá diastole alebo intervalu medzi kontrakciami srdcového svalu. Zakaždým, keď začujete alebo cítite búšenie srdca, končí sa to kontrakcia srdca, ktorá sa nazýva systola. Čím rýchlejšie vaše srdce bije, tým vyššia je časť jeho kontrakčno-relaxačného cyklu, ktorý trávi v systole, ale aj keď cvičíte naplno a tlačíte svoju pulzovú frekvenciu na 200 vaše srdce je väčšinu času stále v diastole, čo robí z fázy 4 najdlhšiu fázu srdcového akčného potenciálu, ktorá celkovo trvá asi 300 milisekúnd (tri desatiny druhý). Pokiaľ prebieha akčný potenciál, v rovnakej časti srdcovej bunky nemožno iniciovať žiadne ďalšie akčné potenciály membrána, ktorá dáva zmysel - akonáhle sa začne, potenciál by mal byť schopný dokončiť svoju prácu stimulácie myokardu kontrakcie.

Ako bolo uvedené vyššie, počas fázy 4 má elektrický potenciál cez membránu hodnotu asi -90 mV. Táto hodnota platí pre kontraktilné bunky; pre vedenie článkov je to bližšie k -60 mV. Je zrejmé, že nejde o stabilnú rovnovážnu hodnotu, inak by srdce jednoducho nikdy nebilo vôbec. Namiesto toho, ak signál zníži negativitu hodnoty cez kontraktilnú bunkovú membránu na asi -65 mV, vyvolá to zmeny v membráne, ktoré uľahčujú prívod sodíkových iónov. Tento scenár predstavuje systém pozitívnej spätnej väzby v tom zmysle, že porucha membrány, ktorá tlačí na článok v smere kladného náboja vyvoláva zmeny, vďaka ktorým je interiér ešte väčší pozitívne. S prúdom dovnútra sodíkových iónov cez ne napäťovo riadené iónové kanály v bunkovej membráne myocyt vstupuje do fázy 0 a úroveň napätia sa blíži k maximu svojho akčného potenciálu asi +30 mV, čo predstavuje celkový napäťový výstup z fázy 4 asi 120 mV.

Fáza 2 akčného potenciálu sa tiež nazýva fáza plató. Rovnako ako fáza 4 predstavuje fázu, v ktorej je napätie cez membránu stabilné alebo takmer také. Na rozdiel od prípadu vo fáze 4 k tomu však dochádza vo fáze vyrovnávacích faktorov. Prvá z nich pozostáva z dovnútra prúdiaceho sodíka (prílev, ktorý sa po rýchlom prítoku vo fáze 0 ešte celkom nezmenšil na nulu) a dovnútra prúdiaceho vápnika; druhý zahŕňa tri typy smerom von prúdy usmerňovača (pomalý, stredný a rýchly), všetky majú pohyb draslíka. Tento prúd usmerňovača je nakoniec zodpovedný za kontrakciu srdcového svalu, pretože tento odtok draslíka iniciuje a kaskáda, v ktorej sa ióny vápnika viažu na aktívne miesta na bunkových kontraktilných proteínoch (napr. aktín, troponín) a premieňajú ich na akcia.

Fáza 2 končí, keď prestane prúdiť dovnútra vápnik a sodík, zatiaľ čo smerom von bude pokračovať prúd draslíka (prúd usmerňovača), čím sa bunka tlačí k repolarizácii.

Akčný potenciál srdcových buniek sa líši od akčných potenciálov v nervoch rôznymi spôsobmi. Jedna vec a hlavne je oveľa dlhšia. Toto je v podstate bezpečnostný faktor: Pretože akčný potenciál srdcových buniek je dlhší, znamená to že obdobie, v ktorom dôjde k novému akčnému potenciálu, nazývané refraktérne obdobie, je tiež dlhšie. To je dôležité, pretože zaisťuje hladko kontaktné srdce, aj keď pracuje pri maximálnej rýchlosti. Bežné svalové bunky túto vlastnosť nemajú a môžu sa tak zapojiť do tzv tetanické kontrakcie, vedúce ku kŕčom a podobne. Je nepohodlné, keď sa kostrový sval správa takto, ale bolo by smrteľné, keby to urobil aj myokard.