ระยะของศักยภาพการทำงานของหัวใจ

การเต้นของหัวใจอาจเกี่ยวข้องกับปรากฏการณ์ชีวิตที่รุนแรงกว่าแนวคิดหรือกระบวนการเดียวอื่น ๆ ทั้งทางการแพทย์และเชิงเปรียบเทียบ เมื่อผู้คนพูดถึงสิ่งของที่ไม่มีชีวิตหรือแม้กระทั่งแนวคิดที่เป็นนามธรรม พวกเขาใช้คำเช่น "การรณรงค์หาเสียงของเธอยังคงมี ชีพจร" และ "โอกาสของทีมจะแบนราบเมื่อสูญเสียผู้เล่นดาว" เพื่ออธิบายว่าสิ่งที่เป็นปัญหานั้น "มีชีวิต" หรือ ไม่. และเมื่อบุคลากรทางการแพทย์ฉุกเฉินพบผู้ป่วยที่เสียชีวิต สิ่งแรกที่พวกเขาตรวจสอบคือผู้เสียหายมีชีพจรหรือไม่

เหตุผลที่หัวใจเต้นเป็นเรื่องง่าย: ไฟฟ้า เช่นเดียวกับหลายๆ อย่างในโลกของชีววิทยา วิธีที่แม่นยำและประสานงานกันซึ่งกิจกรรมทางไฟฟ้าทำให้หัวใจสูบฉีด เลือดที่สำคัญไปยังเนื้อเยื่อของร่างกาย 70 ครั้งต่อนาที 100,000 ครั้งต่อวันเป็นเวลาหลายสิบปีมีความสง่างามอย่างน่าพิศวงในตัวของมัน การดำเนินงาน ทุกอย่างเริ่มต้นด้วยสิ่งที่เรียกว่า an ศักยภาพในการดำเนินการในกรณีนี้มีศักยภาพในการทำงานของหัวใจ นักสรีรวิทยาได้แบ่งเหตุการณ์นี้ออกเป็นสี่ขั้นตอนที่แตกต่างกัน

เยื่อหุ้มเซลล์มีสิ่งที่เรียกว่าการไล่ระดับเคมีไฟฟ้าผ่านฟอสโฟลิปิดไบเลเยอร์ของเมมเบรน การไล่ระดับนี้ได้รับการดูแลโดย "ปั๊ม" ของโปรตีนที่ฝังอยู่ในเมมเบรนที่เคลื่อนไอออนบางประเภท (อนุภาคที่มีประจุ) ข้ามเมมเบรนในหนึ่งเดียว ทิศทางในขณะที่ "ปั๊ม" ที่คล้ายกันเคลื่อนไอออนประเภทอื่นไปในทิศทางตรงกันข้ามนำไปสู่สถานการณ์ที่อนุภาคที่มีประจุ "ต้องการ" ไหล ไปในทิศทางหนึ่งหลังจากถูกส่งไปอีกทางหนึ่ง เหมือนกับลูกบอลที่คอย "ต้องการ" ให้กลับมาหาคุณขณะที่คุณโยนมันตรงๆ ซ้ำไปซ้ำมา อากาศ ไอออนเหล่านี้รวมถึงโซเดียม (Na

เพื่อให้เข้าใจถึงวิธีการรักษาความลาดชันนี้ ให้จินตนาการถึงสถานการณ์ที่สุนัขในคอกสัตว์ถูกย้ายไปในทิศทางเดียวข้าม รั้วในขณะที่แพะในคอกที่อยู่ติดกันถูกลากเข้าหากันโดยที่สัตว์แต่ละประเภทตั้งใจจะกลับไปที่จุดนั้น เริ่ม ถ้าย้ายแพะ 3 ตัวเข้าเขตเลี้ยงสุนัขทุกๆ 2 ตัวย้ายเข้าเขตแพะ แล้วใครก็ตาม เป็นผู้รับผิดชอบในเรื่องนี้คือการรักษาความไม่สมดุลของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนมข้ามรั้วที่คงที่ เวลา. แพะและสุนัขที่พยายามจะกลับไปยังจุดที่ต้องการจะถูก "สูบ" ออกไปข้างนอกอย่างต่อเนื่อง การเปรียบเทียบนี้ไม่สมบูรณ์ แต่มีคำอธิบายพื้นฐานว่าเยื่อหุ้มเซลล์รักษาระดับการไล่ระดับด้วยไฟฟ้าเคมี หรือที่เรียกว่าศักย์ของเมมเบรน อย่างที่คุณเห็น ไอออนหลักที่เข้าร่วมในโครงการนี้คือโซเดียมและโพแทสเซียม

อัน ศักยภาพในการดำเนินการ คือการเปลี่ยนแปลงที่ย้อนกลับได้ของศักย์เมมเบรนนี้ซึ่งเป็นผลมาจาก "ผลกระทบระลอก" – การกระตุ้นของ กระแสที่เกิดจากการแพร่กระจายอย่างฉับพลันของไอออนผ่านเมมเบรนทำให้ไฟฟ้าเคมีลดลง การไล่ระดับสี กล่าวอีกนัยหนึ่ง สภาวะบางอย่างสามารถขัดขวางความไม่สมดุลของไอออนเมมเบรนในสภาวะคงตัว และปล่อยให้ไอออนไหลจำนวนมากในทิศทางที่ "ต้องการ" จะไป กล่าวคือ ต้านปั๊ม สิ่งนี้นำไปสู่ศักยภาพในการดำเนินการที่เคลื่อนที่ไปตามเซลล์ประสาท (เรียกอีกอย่างว่าเซลล์ประสาท) หรือเซลล์หัวใจใน ในลักษณะเดียวกับที่คลื่นเคลื่อนที่ไปตามเชือกที่เกือบตึงที่ปลายทั้งสองข้าง ถ้าปลายข้างหนึ่งเป็น "สะบัด"

เนื่องจากเมมเบรนมักจะมีการไล่ระดับประจุ จึงถือเป็นโพลาไรซ์ ความหมาย มีลักษณะสุดขั้วต่างกัน (มีประจุลบด้านหนึ่งมากกว่า มีประจุบวกบน อื่น ๆ). ศักยภาพในการดำเนินการถูกกระตุ้นโดยการสลับขั้ว ซึ่งแปลอย่างหลวม ๆ ว่าเป็นการยกเลิกชั่วคราวจากความไม่สมดุลของประจุปกติ หรือการฟื้นฟูสมดุล

มีห้าขั้นตอนที่เป็นไปได้ในการดำเนินการของหัวใจ โดยมีจำนวนตั้งแต่ 0 ถึง 4 (บางครั้งนักวิทยาศาสตร์อาจได้รับความคิดแปลกๆ)

เฟส 0 เป็นการสลับขั้วของเมมเบรนและการเปิดช่องโซเดียม "เร็ว" (เช่น กระแสสูง) การไหลของโพแทสเซียมก็ลดลงเช่นกัน

ขั้นตอนที่ 1 เป็นการรีโพลาไรเซชันบางส่วนของเมมเบรนเนื่องจากการลดลงอย่างรวดเร็วของทางเดินโซเดียม-ไอออนเมื่อช่องโซเดียมเร็วปิดลง

เฟส 2 คือ เฟสที่ราบสูงซึ่งการเคลื่อนที่ของแคลเซียมไอออนออกจากเซลล์ทำให้เกิดการสลับขั้ว ได้ชื่อนี้มาเพราะค่าไฟฟ้าข้ามเมมเบรนเปลี่ยนแปลงน้อยมากในระยะนี้

ระยะที่ 3 เป็นการรีโพลาไรเซชัน เนื่องจากช่องโซเดียมและแคลเซียมใกล้กัน และศักยภาพของเมมเบรนจะกลับคืนสู่ระดับที่เส้นพื้นฐาน

ระยะที่ 4 มองเห็นเมมเบรนที่ศักยภาพการพักตัวที่เรียกว่า −90 มิลลิโวลต์ (mV) ซึ่งเป็นผลมาจากการทำงานของปั๊มไอออน Na+/K+ ค่านี้เป็นค่าลบเนื่องจากศักยภาพภายในเซลล์เป็นค่าลบเมื่อเทียบกับค่าศักยภาพภายนอก และค่าหลังจะถือเป็นกรอบอ้างอิงศูนย์ นี่เป็นเพราะโซเดียมไอออนสามตัวถูกสูบออกจากเซลล์สำหรับโพแทสเซียมไอออนทุกๆ 2 ตัวที่สูบเข้าไปในเซลล์ จำได้ว่าไอออนเหล่านี้มีประจุเท่ากับ +1 ดังนั้นระบบนี้จึงส่งผลให้มีการไหลออกสุทธิหรือการไหลออกของประจุบวก

ดังนั้นการปั๊มไอออนและการหยุดชะงักของเซลล์เมมเบรนนี้นำไปสู่อะไร? ก่อนที่จะอธิบายว่ากิจกรรมทางไฟฟ้าในหัวใจแปลเป็นการเต้นของหัวใจ การตรวจกล้ามเนื้อที่สร้างจังหวะนั้นเองจะเป็นประโยชน์

กล้ามเนื้อหัวใจ (หัวใจ) เป็นหนึ่งในสามชนิดของกล้ามเนื้อในร่างกายมนุษย์ อีกสองส่วนเป็นกล้ามเนื้อโครงร่างซึ่งอยู่ภายใต้การควบคุมโดยสมัครใจ (เช่น ลูกหนูของต้นแขน) และเรียบ กล้ามเนื้อซึ่งไม่ได้อยู่ภายใต้การควบคุมอย่างมีสติ (ตัวอย่าง: กล้ามเนื้อในผนังลำไส้ของคุณที่เคลื่อนตัวย่อยอาหาร พร้อมกัน) กล้ามเนื้อทุกประเภทมีความคล้ายคลึงกันหลายประการ แต่เซลล์กล้ามเนื้อหัวใจมีคุณสมบัติเฉพาะตัวเพื่อตอบสนองความต้องการเฉพาะของอวัยวะแม่ ประการหนึ่ง การเริ่มต้นของ "การเต้น" ของหัวใจนั้นถูกควบคุมโดยเซลล์กล้ามเนื้อหัวใจชนิดพิเศษ หรือเซลล์กล้ามเนื้อหัวใจที่เรียกว่า เซลล์เครื่องกระตุ้นหัวใจ. เซลล์เหล่านี้ควบคุมจังหวะการเต้นของหัวใจแม้ในกรณีที่ไม่มีเส้นประสาทจากภายนอกเข้ามา ซึ่งเป็นคุณสมบัติที่เรียกว่า autorhythmicity. ซึ่งหมายความว่าแม้ในกรณีที่ไม่มีข้อมูลจากระบบประสาท ในทางทฤษฎีแล้ว หัวใจก็สามารถเต้นได้ตราบเท่าที่อิเล็กโทรไลต์ (เช่น ไอออนดังกล่าว) มีอยู่ แน่นอน จังหวะการเต้นของหัวใจ หรือที่เรียกว่าอัตราชีพจร มีความแตกต่างกันอย่างมาก และสิ่งนี้เกิดขึ้นได้ด้วย ข้อมูลป้อนเข้าจากแหล่งต่างๆ รวมทั้งระบบประสาทซิมพาเทติก ระบบประสาทพาราซิมพาเทติก และ ฮอร์โมน

กล้ามเนื้อหัวใจเรียกอีกอย่างว่า กล้ามเนื้อหัวใจ. มันมาในสองประเภท: เซลล์หดตัวของกล้ามเนื้อหัวใจและเซลล์นำกล้ามเนื้อหัวใจ อย่างที่คุณอาจคาดการณ์ได้ เซลล์หดตัวทำหน้าที่สูบฉีดเลือดภายใต้อิทธิพลของเซลล์นำไฟฟ้าที่ส่งสัญญาณให้หดตัว 99 เปอร์เซ็นต์ของเซลล์กล้ามเนื้อหัวใจเป็นพันธุ์ที่หดตัว และมีเพียง 1 เปอร์เซ็นต์เท่านั้นที่ทุ่มเทให้กับการนำไฟฟ้า แม้ว่าอัตราส่วนนี้จะทำให้หัวใจส่วนใหญ่สามารถทำงานได้อย่างถูกต้อง แต่ก็หมายความว่าข้อบกพร่องในเซลล์ที่สร้าง ระบบการนำไฟฟ้าหัวใจอาจเป็นเรื่องยากสำหรับอวัยวะที่จะหลีกเลี่ยงโดยใช้เส้นทางการนำไฟฟ้าทางเลือก ซึ่งมีเพียงเท่านี้ มากมาย เซลล์ตัวนำโดยทั่วไปมีขนาดเล็กกว่าเซลล์หดตัวมาก เนื่องจากไม่ต้องการโปรตีนต่างๆ ที่เกี่ยวข้องกับการหดตัว พวกเขาต้องการเพียงมีส่วนร่วมในการดำเนินการตามศักยภาพการทำงานของกล้ามเนื้อหัวใจอย่างซื่อสัตย์

ระยะที่ 4 ของศักยภาพเซลล์กล้ามเนื้อหัวใจเรียกว่า diastolic interval เนื่องจากช่วงเวลานี้สอดคล้องกับ diastole หรือช่วงเวลาระหว่างการหดตัวของกล้ามเนื้อหัวใจ ทุกครั้งที่คุณได้ยินหรือรู้สึกว่าหัวใจเต้นแรง นี่คือจุดสิ้นสุดของการหดตัวของหัวใจ ซึ่งเรียกว่า systole ยิ่งหัวใจของคุณเต้นเร็ว วงจรการหดตัวและการผ่อนคลายส่วนน้อยก็ใช้เวลาอยู่ในภาวะหัวใจเต้นผิดจังหวะ แต่แม้ว่าคุณจะออกกำลังกายอย่างเต็มที่และดันอัตราชีพจรของคุณไปที่ 200 ระยะ หัวใจของคุณยังอยู่ในช่วงไดแอสโทลเกือบตลอดเวลา ทำให้เฟส 4 เป็นเฟสที่ยาวที่สุดของศักยภาพในการทำงานของหัวใจ ซึ่งโดยรวมแล้วจะกินเวลาประมาณ 300 มิลลิวินาที (สามในสิบของ วินาที) ในขณะที่ศักยภาพในการดำเนินการกำลังดำเนินการอยู่ ไม่สามารถเริ่มต้นศักยภาพการดำเนินการอื่น ๆ ในส่วนเดียวกันของเซลล์หัวใจได้ เมมเบรนซึ่งสมเหตุสมผล - เมื่อเริ่มต้นแล้วศักยภาพควรจะสามารถกระตุ้นกล้ามเนื้อหัวใจได้ การหดตัว

ดังที่กล่าวไว้ข้างต้น ระหว่างเฟส 4 ศักย์ไฟฟ้าข้ามเมมเบรนมีค่าประมาณ −90 mV ค่านี้ใช้กับเซลล์หดตัว สำหรับการนำเซลล์นั้นมีค่าใกล้ −60 mV เห็นได้ชัดว่านี่ไม่ใช่ค่าสมดุลที่มั่นคง มิฉะนั้น หัวใจจะไม่มีวันเอาชนะได้เลย แต่หากสัญญาณลดค่าเชิงลบของค่าข้ามเยื่อหุ้มเซลล์ที่หดตัวลงเหลือประมาณ −65 mV สิ่งนี้จะกระตุ้นการเปลี่ยนแปลงในเมมเบรนที่เอื้อต่อการไหลเข้าของโซเดียมไอออน ภาพจำลองนี้แสดงถึงระบบป้อนกลับเชิงบวกที่เกิดการรบกวนของเมมเบรนที่ดัน เซลล์ไปในทิศทางของค่าประจุบวกทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงที่ทำให้ภายในห้องโดยสารมากขึ้น บวก. ด้วยการวิ่งเข้าด้านในของโซเดียมไอออนผ่านสิ่งเหล่านี้ ช่องไอออนแบบปิดด้วยแรงดันไฟฟ้า ในเยื่อหุ้มเซลล์ myocyte เข้าสู่เฟส 0 และระดับแรงดันไฟฟ้าเข้าใกล้ศักยภาพสูงสุดที่เป็นไปได้ที่ประมาณ +30 mV ซึ่งแสดงถึงการเบี่ยงเบนของแรงดันไฟฟ้าทั้งหมดจากเฟส 4 ประมาณ 120 mV

ระยะที่ 2 ของศักยภาพการดำเนินการเรียกอีกอย่างว่าระยะที่ราบสูง เช่นเดียวกับเฟส 4 มันแสดงถึงเฟสที่แรงดันไฟฟ้าข้ามเมมเบรนคงที่หรือเกือบเท่านั้น ต่างจากกรณีในเฟส 4 อย่างไรก็ตาม สิ่งนี้เกิดขึ้นในระยะของปัจจัยถ่วงดุล อย่างแรกประกอบด้วยโซเดียมที่ไหลเข้าด้านใน (การไหลเข้าซึ่งไม่ลดลงจนเหลือศูนย์หลังจากการไหลเข้าอย่างรวดเร็วในระยะที่ 0) และแคลเซียมที่ไหลเข้าด้านใน อื่นๆ ได้แก่ ภายนอกสามประเภท types กระแสวงจรเรียงกระแส (ช้า กลาง และเร็ว), ทั้งหมดนี้มีการเคลื่อนไหวของโพแทสเซียม กระแสของวงจรเรียงกระแสนี้เป็นสิ่งที่รับผิดชอบในการหดตัวของกล้ามเนื้อหัวใจในที่สุด เนื่องจากโพแทสเซียมที่ไหลออกจะเริ่มต้นa น้ำตกที่แคลเซียมไอออนจับกับบริเวณแอคทีฟบนโปรตีนที่หดตัวของเซลล์ (เช่น แอคติน โทรโปนิน) และชักชวนพวกมันเข้าไป หนังบู๊.

ระยะที่ 2 สิ้นสุดลงเมื่อแคลเซียมและโซเดียมไหลเข้าด้านในหยุดในขณะที่โพแทสเซียมไหลออกด้านนอก (กระแสเรียงกระแส) ดำเนินต่อไป ผลักดันเซลล์ไปสู่การรีโพลาไรซ์

ศักยภาพในการทำงานของเซลล์หัวใจแตกต่างจากศักยภาพในการทำงานของเส้นประสาทในหลายวิธี สิ่งหนึ่งและที่สำคัญที่สุดคือมันยาวนานกว่ามาก นี่เป็นปัจจัยด้านความปลอดภัยโดยพื้นฐานแล้ว: เนื่องจากศักยภาพในการทำงานของเซลล์หัวใจนั้นยาวกว่า นี่หมายความว่า ว่าระยะเวลาที่การกระทำที่อาจเกิดขึ้นใหม่เรียกว่าระยะเวลาทนไฟก็นานขึ้นเช่นกัน นี่เป็นสิ่งสำคัญ เนื่องจากทำให้มั่นใจได้ว่าหัวใจที่สัมผัสกันจะราบรื่นแม้ว่าจะทำงานด้วยความเร็วสูงสุดก็ตาม เซลล์กล้ามเนื้อทั่วไปขาดคุณสมบัตินี้จึงสามารถมีส่วนร่วมในสิ่งที่เรียกว่า การหดตัวของบาดทะยักทำให้เกิดตะคริวได้เช่นเดียวกัน มันไม่สะดวกเมื่อกล้ามเนื้อโครงร่างมีพฤติกรรมเช่นนี้ แต่จะเป็นอันตรายถึงชีวิตหากกล้ามเนื้อหัวใจทำเช่นเดียวกัน