Куцање срца је вероватно повезано са феноменом живота снажније од било ког другог појединачног концепта или процеса, како медицински тако и метафорички. Када људи расправљају о неживим предметима или чак апстрактним концептима, користе изразе попут „Њена предизборна кампања још увек има пулс “и„ Шансе тима изједначене када је изгубио свог звездаша “да опишу да ли је дотична ствар„ жива “или не. А када особље хитне медицинске помоћи наиђе на палу жртву, прво што провере је да ли жртва има пулс.
Разлог зашто срце куца је једноставан: струја. Као и многе ствари у свету биологије, међутим, прецизан и координисан начин на који електрична активност покреће срце да пумпа витална крв према телесним ткивима, 70-ак пута у минути, 100 000 пута дневно деценијама уназад, чудесно је елегантна у својој операција. Све почиње нечим што се зове Акциони потенцијал, у овом случају срчани акциони потенцијал. Физиолози су овај догађај поделили у четири различите фазе.
Шта је акциони потенцијал?
Ћелијске мембране имају оно што је познато као електрохемијски градијент преко фосфолипидног двослоја мембране. Овај градијент одржавају протеинске „пумпе“ уграђене у мембрану које померају неке врсте јона (наелектрисане честице) преко мембране у једном док сличне „пумпе“ покрећу друге типове јона у супротном смеру, што доводи до ситуације у којој наелектрисане честице „желе“ да теку у једном смеру након што је пребачен у други, попут лопте која непрестано „жели“ да вам се врати док је више пута бацате право у ваздух. Ови јони укључују натријум (На
+), калијум (К.+) и калцијум (Ца2+). Калцијум-јон има нето позитивни набој од две јединице, двоструко већи од натријумовог или калијумовог јона.Да бисте стекли осећај како се одржава овај градијент, замислите ситуацију у којој се пси у оградици померају у једном смеру преко ограда, док се козе у суседном торалу носе у другој, при чему свака врста животиња намерава да се врати на место на којем је започео. Ако се три козе преселе у зону паса за свака два пса усељена у зону коза, онда ко год је одговоран за ово је одржавање неравнотеже сисара преко ограде која је константна време. Козе и пси који покушавају да се врате на своја омиљена места континуирано се "пумпају" напоље. Ова аналогија је несавршена, али нуди основно објашњење како ћелијске мембране одржавају електрохемијски градијент, који се назива и мембрански потенцијал. Као што ћете видети, примарни јони који учествују у овој шеми су натријум и калијум.
Ан Акциони потенцијал је реверзибилна промена овог мембранског потенцијала која је резултат „ефекта таласа“ - активације струје генерисане изненадном дифузијом јона кроз мембрану смањују електрохемијске градијент. Другим речима, одређени услови могу пореметити равнотежни мембрански јонски дисбаланс и омогућити јонима да теку у великом броју у смеру у којем „желе“ да иду - другим речима, према пумпи. То доводи до акционог потенцијала који се креће дуж нервне ћелије (која се такође назива неурон) или срчане ћелије у исти општи начин на који ће талас путовати дуж струне која је готово затегнута на оба краја ако је један крај „флицкед“.
Пошто мембрана обично носи градијент наелектрисања, сматра се поларизованом, што значи карактеришу различити екстреми (негативније наелектрисане на једној страни, позитивније наелектрисане други). Акциони потенцијал покреће се деполаризацијом, која се лабаво преводи у привремено поништавање нормалне неравнотеже наелектрисања или обнављање равнотеже.
Које су различите фазе акционог потенцијала?
Постоји пет фаза потенцијалног срчаног деловања, нумерисаних од 0 до 4 (научници понекад добију чудне идеје).
Фаза 0 је деполаризација мембране и отварање "брзих" (тј. проточних) натријумових канала. Такође се смањује проток калијума.
Фаза 1 је делимична реполаризација мембране захваљујући брзом смањењу проласка натријум-јона како се брзи натријумови канали затварају.
Фаза 2 је фаза висоравни, у коме кретање јона калцијума из ћелије одржава деполаризацију. Име је добио јер се електрични набој преко мембране у овој фази врло мало мења.
Фаза 3 је реполаризација, јер се натријумови и калцијумови канали затварају, а мембрански потенцијал се враћа на почетни ниво.
Фаза 4 види мембрану у њеном такозваном потенцијалу одмора од -90 миливолта (мВ) као резултат рада јонске пумпе На + / К +. Вредност је негативна, јер је потенцијал унутар ћелије негативан у поређењу са потенцијалом изван ње, а ова последња се третира као нулти референтни оквир. То је зато што се три натријумова јона испумпавају из ћелије за свака два јона калијума која се пумпају у ћелију; подсетимо се да ови јони имају еквивалентно наелектрисање +1, па овај систем резултира нето истицањем или одливом позитивног наелектрисања.
Миокард и акциони потенцијал
Па до чега заправо доводи све ово пумпање јона и поремећај ћелијске мембране? Пре него што опишете како се електрична активност у срцу претвара у откуцаје срца, корисно је испитати мишић који сам ствара те откуцаје.
Срчани (срчани) мишић је једна од три врсте мишића у људском телу. Преостала два су скелетни мишићи који су под добровољном контролом (пример: бицепс надлактице) и глатки мишића, који није под свесном контролом (пример: мишићи у зидовима црева који покрећу варење хране дуж). Све врсте мишића имају бројне сличности, али ћелије срчаног мишића имају јединствена својства да задовоље јединствене потребе свог матичног органа. Као прво, започињањем „куцања“ срца управљају специјални срчани миоцити, или ћелије срчаног мишића, тзв. ћелије пејсмејкера. Ове ћелије контролишу ритам откуцаја срца чак и у одсуству спољашњег нервног улаза, својство тзв ауторитмичност. То значи да би чак и у одсуству улаза из нервног система срце могло теоретски и даље куцати све док су били присутни електролити (тј. Горе поменути јони). Наравно, темпо откуцаја срца - познат и као пулс - знатно варира и то се дешава захваљујући диференцијални улаз из бројних извора, укључујући симпатички нервни систем, парасимпатички нервни систем и хормони.
Срчани мишић се такође назива миокарда. Долази у две врсте: контрактилне ћелије миокарда и проводне ћелије миокарда. Као што сте можда претпоставили, контрактилне ћелије обављају посао пумпања крви под утицајем проводних ћелија које достављају сигнал за сажимање. 99 одсто ћелија миокарда је контрактилне сорте, а само 1 одсто је посвећено проводљивости. Иако овај однос с правом оставља већи део срца на располагању за обављање посла, то такође значи да постоји дефект у ћелијама које чине срчани проводни систем органу може бити тешко да заобиђе коришћењем алтернативних проводних путева, којих има само тако многи. Проводљиве ћелије су генерално много мање од контрактилних ћелија, јер немају потребу за различитим протеинима који учествују у контракцији; потребно је само да буду укључени у тачно извршавање акционог потенцијала срчаног мишића.
Шта је деполаризација фазе 4?
Фаза 4 потенцијала ћелија срчаног мишића назива се дијастоличким интервалом, јер овај период одговара дијастоли или интервалу између контракција срчаног мишића. Сваки пут када чујете или осетите ударац срца, ово је крај стезања срца, што се назива систола. Што вам срце брже куца, већи део свог циклуса контракције и опуштања проводи у систоли, али чак и када вежбате у потпуности и гурате пулс у 200 опсега, ваше срце је већину времена још увек у дијастоли, чинећи 4. фазу најдужом фазом срчаног акционог потенцијала, која укупно траје око 300 милисекунди (три десетине друго). Док је акциони потенцијал у току, ниједан други акциони потенцијал не може се покренути у истом делу срчане ћелије мембрана, што има смисла - кад једном започне, потенцијал треба да буде у стању да заврши свој посао стимулисања миокарда контракција.
Као што је горе поменуто, током фазе 4, електрични потенцијал преко мембране има вредност од око -90 мВ. Ова вредност се односи на контрактилне ћелије; за проводне ћелије је ближи -60 мВ. Јасно је да ово није стабилна равнотежна вредност, јер иначе срце једноставно никада не би куцало. Уместо тога, ако сигнал смањи негативност вредности преко меморије контрактилне ћелије на око -65 мВ, то покреће промене у мембрани које олакшавају прилив натријумових јона. Овај сценарио представља систем позитивне повратне спреге у случају поремећаја мембране који гура ћелија у смеру позитивне вредности наелектрисања изазива промене које унутрашњост чине још више позитивно. Са јуришом ка њима натријумових јона напонски усмерени јонски канали у ћелијској мембрани миоцит улази у фазу 0, а ниво напона се приближава свом максимуму акционог потенцијала од око +30 мВ, што представља укупан излазак напона из фазе 4 од око 120 мВ.
Шта је фаза висоравни?
Фаза 2 акционог потенцијала назива се и плато фазом. Попут фазе 4, она представља фазу у којој је напон на мембрани стабилан или скоро такав. За разлику од случаја у фази 4, међутим, то се дешава у фази фактора уравнотежења. Прва од њих састоји се од натријума који тече унутра (прилив који се након брзог дотока у фази 0 није сасвим смањио на нулу) и калцијума који тече унутра; друга укључује три врсте споља исправљачке струје (споро, средње и брзо), од којих све карактерише кретање калијума. Ова исправљачка струја је на крају одговорна за контракцију срчаног мишића, јер овај излив калијума иницира каскада у којој се јони калцијума везују за активна места на ћелијским контрактилним протеинима (нпр. актин, тропонин) и уливају их у поступак.
Фаза 2 се завршава када престаје улазни проток калцијума и натријума, док се спољни проток калијума (струја исправљача) наставља, гурајући ћелију ка реполаризацији.
Чудности потенцијала деловања срчаних ћелија
Потенцијал деловања срчаних ћелија на различите начине се разликује од потенцијала деловања у нервима. Као прво, што је најважније, много је дуже. Ово је у основи фактор сигурности: Будући да је потенцијал деловања срчаних ћелија дужи, то значи да је и период у којем се јавља нови акциони потенцијал, назван ватросталним периодом, такође дужи. Ово је важно, јер осигурава несметано додиривање срца чак и када ради максималном брзином. Обичним мишићним ћелијама недостаје ово својство и на тај начин се могу укључити у оно што се назива тетанске контракције, што доводи до грчева и слично. Незгодно је када се скелетни мишићи понашају овако, али било би смртоносно када би миокардијум радио исто.