Srčni utrip je verjetno povezan s pojavom življenja močneje kot kateri koli drug koncept ali proces, tako medicinsko kot metaforično. Ko ljudje razpravljajo o neživih predmetih ali celo abstraktnih pojmih, uporabljajo izraze, kot je "Njena volilna kampanja še vedno ima impulz "in" Možnosti ekipe so se povsem izenačile, ko je izgubila svojega zvezdnika ", da opiše, ali je zadevna stvar" živa "oz. ne. In ko nujno medicinsko osebje naleti na padlo žrtev, najprej preveri, ali ima žrtev utrip.
Razlog, da srce bije, je preprost: elektrika. Kakor toliko stvari v svetu biologije pa tudi natančen in usklajen način, kako električna aktivnost poganja srce, črpa vitalna kri proti telesnim tkivom, 70-krat na minuto, 100 000-krat na dan desetletja zapored, je čudovito elegantna delovanje. Vse se začne z nečim, kar se imenuje akcijski potencial, v tem primeru srčni akcijski potencial. Fiziologi so ta dogodek razdelili na štiri različne faze.
Kaj je akcijski potencial?
Celične membrane imajo tako imenovani elektrokemični gradient preko fosfolipidnega dvosloja membrane. Ta gradient vzdržujejo beljakovinske "črpalke", vdelane v membrano, ki premikajo nekatere vrste ionov (nabite delce) čez membrano v enem smer, medtem ko podobne "črpalke" premikajo druge vrste ionov v nasprotni smeri, kar vodi v situacijo, v kateri naelektreni delci "želijo" teči v eni smeri, potem ko je bil odpeljan v drugo, kot žoga, ki se "želi" vrniti k vam, ko jo večkrat vržete naravnost v zrak. Ti ioni vključujejo natrij (Na
+), kalij (K+) in kalcij (Ca2+). Kalcijev ion ima neto pozitivni naboj dve enoti, dvakrat večji od natrijevega ali kalijevega iona.Če želite pridobiti občutek, kako se ta gradient ohranja, si predstavljajte situacijo, v kateri se psi v otroški igrišču premikajo v eno smer čez ograjo, medtem ko koze v sosednjem peresu nosijo v drugi, pri čemer se vsaka vrsta živali namerava vrniti na mesto, kjer je začela. Če se v pasjo cono preselijo tri koze, se vsaka dva pasa v kozjo cono preselijo kdorkoli je za to odgovoren vzdrževanje neravnovesja sesalcev čez ograjo, ki je konstantno konec čas. Koze in psi, ki se poskušajo vrniti na želena mesta, se neprestano "črpajo" zunaj. Ta analogija je nepopolna, vendar ponuja osnovno razlago, kako celične membrane vzdržujejo elektrokemični gradient, imenovan tudi membranski potencial. Kot boste videli, sta primarna iona, ki sodelujeta v tej shemi, natrij in kalij.
An akcijski potencial je reverzibilna sprememba tega membranskega potenciala, ki je posledica "valovitega učinka" - aktivacije tokovi, ki nastanejo zaradi nenadne difuzije ionov skozi membrano, znižajo elektrokemične vrednosti gradient. Z drugimi besedami, nekateri pogoji lahko motijo ravnotežje membran ionskega neravnovesja in omogočijo ionom, da tečejo v velikem številu v smeri, v katero "želijo" iti - z drugimi besedami proti črpalki. To vodi do akcijskega potenciala, ki se giblje vzdolž živčne celice (imenovane tudi nevroni) ali srčne celice v enak splošen način, kako bo val potoval po struni, ki je na obeh koncih skoraj napeta, če je en konec "pomaknjeno."
Ker membrana običajno nosi gradient naboja, se šteje za polarizirano, kar pomeni za katero so značilni različni ekstremi (na eni strani bolj negativno nabiti, na pozitivnejši drugi). Akcijski potencial sproži depolarizacija, ki se ohlapno prevede v začasno odpravo neravnovesja naboja ali vzpostavitev ravnotežja.
Katere so različne faze akcijskega potenciala?
Obstaja pet potencialnih faz srčnega delovanja, oštevilčenih od 0 do 4 (znanstveniki včasih dobijo čudne ideje).
Faza 0 je depolarizacija membrane in odpiranje "hitrih" (tj. visoko pretočnih) natrijevih kanalov. Zmanjša se tudi pretok kalija.
1. faza je delna repolarizacija membrane zaradi hitrega zmanjšanja prehoda natrijevih ionov, ko se hitri natrijevi kanali zaprejo.
2. faza ali je planota faza, pri katerem gibanje kalcijevih ionov iz celice ohranja depolarizacijo. Ime je dobil, ker se električni naboj v membrani v tej fazi zelo malo spremeni.
3. faza je repolarizacija, saj se natrijev in kalcijev kanal zapreta, membranski potencial pa se vrne na izhodiščno raven.
4. faza vidi membrano v tako imenovanem potencialu mirovanja -90 milivoltov (mV) kot rezultat dela ionske črpalke Na + / K +. Vrednost je negativna, ker je potencial znotraj celice negativen v primerjavi s potencialom zunaj nje, slednja pa se obravnava kot ničelni referenčni okvir. To je zato, ker se iz celice izčrpajo trije natrijevi ioni za vsaka dva kalijeva iona, izčrpana v celico; spomnimo se, da imajo ti ioni enakovreden naboj +1, zato ta sistem povzroči neto odtok ali odtok pozitivnega naboja.
Miokard in akcijski potencial
Torej, do česa pravzaprav privede vse to ionsko črpanje in motenje celične membrane? Pred opisom, kako se električna aktivnost v srcu pretvori v srčni utrip, je koristno preučiti mišico, ki sama ustvari te utripe.
Srčna (srčna) mišica je ena od treh vrst mišic v človeškem telesu. Druga dva sta skeletna mišica, ki je pod prostovoljnim nadzorom (primer: biceps nadlakti) in gladka mišice, ki niso pod zavestnim nadzorom (primer: mišice v stenah črevesja, ki premikajo prebavljivo hrano skupaj). Vse vrste mišic imajo številne podobnosti, srčne mišične celice pa imajo edinstvene lastnosti, da zadovoljijo edinstvene potrebe svojih nadrejenih organov. Za začetek "bitja" srca najprej skrbijo posebni srčni miociti ali celice srčno-mišične celice, imenovane spodbujevalne celice. Te celice nadzorujejo hitrost srčnega utripa tudi v odsotnosti vnosa zunanjih živcev, kar se imenuje lastnost avtoritmičnost. To pomeni, da bi tudi v odsotnosti vnosa iz živčnega sistema lahko srce teoretično še vedno bijelo, dokler so bili prisotni elektroliti (torej prej omenjeni ioni). Seveda se hitrost srčnega utripa - znana tudi kot hitrost pulza - precej razlikuje, kar se zgodi po zaslugi diferencialni vnos številnih virov, vključno s simpatičnim živčnim sistemom, parasimpatičnim živčnim sistemom in hormoni.
Imenuje se tudi srčna mišica miokarda. Na voljo je v dveh vrstah: kontraktilne celice miokarda in prevodne celice miokarda. Kot ste morda slutili, kontraktilne celice črpajo kri pod vplivom prevodnih celic, ki oddajajo signal za krčenje. 99 odstotkov miokardnih celic je kontraktilne sorte, le 1 odstotek pa je namenjen prevodnosti. Čeprav to razmerje upravičeno pušča večino srca na razpolago za delo, to pomeni tudi, da je okvara v celicah, ki tvorijo organski prevodni sistem lahko organ težko zaobide z uporabo drugih prevodnih poti, ki obstajajo le tako veliko. Prevodne celice so na splošno veliko manjše od kontraktilnih celic, ker nimajo potrebe po različnih beljakovinah, ki sodelujejo pri krčenju; vključeni morajo biti le v zvesto izvajanje akcijskega potenciala srčne mišice.
Kaj je faza 4 depolarizacije?
Faza 4 potenciala celic srčne mišice se imenuje diastolični interval, ker to obdobje ustreza diastoli ali intervalu med krčenjem srčne mišice. Vsakič, ko zaslišite ali začutite udarce svojega srčnega utripa, je to konec krčenja srca, ki se imenuje sistola. Hitreje kot utripa vaše srce, večji del svojega kontrakcijsko-sprostitvenega cikla preživi v sistoli, toda tudi ko vadite v celoti in potisnete srčni utrip v 200 vaše srce je večino časa še vedno v diastoli, zato je faza 4 najdaljša faza srčnega akcijskega potenciala, ki skupaj traja približno 300 milisekund (tri desetine drugič). Medtem ko akcijski potencial poteka, v istem delu srčne celice ni mogoče sprožiti nobenega drugega akcijskega potenciala membrana, kar je smiselno - ko se potencial enkrat začne, mora biti sposoben končati svoje delo stimuliranja miokarda krčenje.
Kot smo že omenili, ima med fazo 4 električni potencial čez membrano vrednost približno -90 mV. Ta vrednost velja za kontraktilne celice; za prevodne celice je bližje −60 mV. Jasno je, da to ni stabilna ravnotežna vrednost, sicer srce preprosto nikoli ne bi zaigralo. Namesto tega, če signal zniža negativnost vrednosti preko kontraktilne celične membrane na približno -65 mV, to sproži spremembe v membrani, ki olajšajo dotok natrijevih ionov. Ta scenarij predstavlja sistem pozitivnih povratnih informacij, saj motnja membrane, ki potiska celica v smeri pozitivne vrednosti naboja povzroči spremembe, zaradi katerih je notranjost še večja pozitivno. Z hitenjem navznoter natrijevih ionov skozi te napetostno usmerjeni ionski kanali v celični membrani miocit vstopi v fazo 0, nivo napetosti pa se približa svojemu maksimalnemu akcijskemu potencialu približno +30 mV, kar predstavlja skupni izhod napetosti iz faze 4 približno 120 mV.
Kaj je faza planote?
Fazo 2 akcijskega potenciala imenujemo tudi planota. Tako kot faza 4 predstavlja fazo, v kateri je napetost na membrani stabilna ali skoraj tako. Za razliko od primera v fazi 4 pa se to zgodi v fazi izravnalnih dejavnikov. Prvo med njimi sestavljata natrij, ki teče navznoter (dotok, ki se po hitrem dotoku v fazi 0 še ni povsem zmanjšal na nič), in kalcij, ki teče navznoter; drugi vključuje tri vrste navzven usmerniški tokovi (počasi, vmesno in hitro), pri vseh je značilno gibanje kalija. Ta usmerniški tok je tisto, kar je končno odgovorno za krčenje srčne mišice, saj ta odtok kalija sproži kaskada, v kateri se kalcijevi ioni vežejo na aktivna mesta na celičnih kontraktilnih beljakovinah (npr. aktin, troponin) in jih ujamejo v ukrepanje.
Faza 2 se konča, ko se notranji pretok kalcija in natrija ustavi, medtem ko se zunanji tok kalija (usmerniški tok) nadaljuje, kar celico potisne k repolarizaciji.
Zanimivosti akcijskega potenciala srčnih celic
Akcijski potencial srčnih celic se na različne načine razlikuje od akcijskih potencialov v živcih. Za eno stvar in kar je najpomembneje, je veliko daljša. To je v bistvu varnostni dejavnik: ker je potencial delovanja srčnih celic daljši, to pomeni da je tudi obdobje, v katerem nastopi nov akcijski potencial, imenovano refrakcijsko obdobje, daljše. To je pomembno, ker zagotavlja gladko stikanje s srcem, tudi če deluje z največjo hitrostjo. Navadnim mišičnim celicam te lastnosti primanjkuje in se tako lahko vključijo v tako imenovano tetanične kontrakcije, kar vodi do krčev in podobno. Neprijetno je, če se skeletne mišice obnašajo tako, vendar bi bilo smrtonosno, če bi miokard storil enako.