Kardiyak Aksiyon Potansiyelinin Aşamaları

Kalbin atması, muhtemelen, hem tıbbi hem de mecazi olarak, diğer tek bir kavram veya süreçten daha güçlü bir şekilde yaşam fenomeni ile ilişkilidir. İnsanlar cansız nesneleri ve hatta soyut kavramları tartışırken, "Seçim kampanyasının hâlâ bir etkisi var" gibi terimler kullanıyorlar. Nabız" ve "Takımın yıldız oyuncusunu kaybettiğinde şansı düz çizgili", söz konusu şeyin "canlı" mı yoksa "canlı" mı olduğunu açıklamak için değil. Ve acil sağlık personeli düşmüş bir kurbanla karşılaştığında, ilk kontrol ettikleri şey kurbanın nabzı olup olmadığıdır.

Bir kalbin atmasının nedeni basittir: elektrik. Biyoloji dünyasındaki pek çok şey gibi, ancak, elektriksel aktivitenin kalbe pompalama gücü vermesini sağlayan kesin ve koordineli yol. Vücudun dokularına giden hayati kan, on yıllar boyunca dakikada 70 ya da daha fazla kez, günde 100.000 kez, son derece zariftir. operasyon. Her şey adı verilen bir şeyle başlar Aksiyon potansiyeli, bu durumda bir kardiyak aksiyon potansiyeli. Fizyologlar bu olayı dört farklı aşamaya ayırdılar.

Hücre zarları, zarın fosfolipid çift tabakası boyunca bir elektrokimyasal gradyan olarak bilinen şeye sahiptir. Bu gradyan, bazı iyon türlerini (yüklü parçacıklar) zar boyunca tek seferde hareket ettiren zara gömülü protein "pompaları" tarafından korunur. benzer "pompalar" diğer iyon türlerini zıt yönde hareket ettirirken, yüklü parçacıkların akmayı "istediği" bir duruma yol açar. mekiklendikten sonra bir yöne doğru, sürekli olarak siz onu dümdüz havaya atarken size geri dönmeyi "isteyen" bir top gibi. hava. Bu iyonlar arasında sodyum (Na⁺), potasyum (K⁺) ve kalsiyum (Ca²⁺). Bir kalsiyum iyonu, bir sodyum iyonu veya bir potasyum iyonunun iki katı olan iki birim net pozitif yüke sahiptir.

Bu eğimin nasıl korunduğuna dair bir fikir edinmek için, bir oyun parkındaki köpeklerin bir parkur boyunca bir yönde hareket ettirildiği bir durumu hayal edin. çit, bitişik bir ağıldaki keçiler diğerinde taşınırken, her hayvan türü bulunduğu yere geri dönme niyetindedir. başladı. Keçi bölgesine taşınan her iki köpek için köpek bölgesine üç keçi taşınırsa, o zaman kim olursa olsun bundan sorumlu olan, çit boyunca sürekli olarak bir memeli dengesizliğini sürdürmektir. zaman. Tercih ettikleri noktalara dönmeye çalışan keçiler ve köpekler sürekli olarak dışarıya "pompalanır". Bu benzetme kusurludur, ancak hücre zarlarının zar potansiyeli olarak da adlandırılan bir elektrokimyasal gradyanı nasıl koruduğuna dair temel bir açıklama sunar. Göreceğiniz gibi, bu şemaya katılan birincil iyonlar sodyum ve potasyumdur.

bir Aksiyon potansiyeli bir "dalgalanma etkisinden" kaynaklanan bu membran potansiyelinin tersine çevrilebilir bir değişikliğidir - bir aktivasyon İyonların membran boyunca ani difüzyonu tarafından üretilen akımlar, elektrokimyasal gradyan. Başka bir deyişle, belirli koşullar, kararlı durumdaki membran iyon dengesizliğini bozabilir ve iyonların çok sayıda "istedikleri" yönde, yani pompaya karşı akmasına izin verebilir. Bu, bir sinir hücresi (nöron olarak da adlandırılır) veya kalp hücresi boyunca hareket eden bir aksiyon potansiyeline yol açar. aynı genel yolla bir dalganın her iki ucunda da neredeyse gergin tutulan bir ip boyunca bir uç "titredi."

Zar genellikle bir yük gradyanı taşıdığından, polarize olarak kabul edilir, yani farklı uçlarla karakterize edilir (bir tarafta daha negatif yüklü, bir tarafta daha pozitif yüklü diğeri). Aksiyon potansiyeli, normal yük dengesizliğinin geçici olarak iptal edilmesi veya dengenin yeniden kurulması anlamına gelen depolarizasyon tarafından tetiklenir.

0'dan 4'e kadar numaralandırılmış beş kardiyak aksiyon potansiyeli evresi vardır (bilim adamları bazen garip fikirler alırlar).

Aşama 0 zarın depolarizasyonu ve "hızlı" (yani yüksek akışlı) sodyum kanallarının açılmasıdır. Potasyum akışı da azalır.

Faz 1 hızlı sodyum kanalları kapanırken sodyum iyon geçişindeki hızlı bir azalma sayesinde zarın kısmi repolarizasyonudur.

Faz 2 bu plato evresiKalsiyum iyonlarının hücre dışına hareketinin depolarizasyonu sürdürdüğü. Adını, zardaki elektrik yükünün bu fazda çok az değişmesinden alır.

3. Aşama sodyum ve kalsiyum kanallarının kapanması ve membran potansiyelinin başlangıç ​​düzeyine dönmesi nedeniyle repolarizasyondur.

4. Aşama Na+/K+ iyon pompasının çalışması sonucunda zarı −90 milivolt (mV) dinlenme potansiyelinde görür. Değer negatiftir çünkü hücrenin içindeki potansiyel, hücre dışındaki potansiyele göre negatiftir ve hücrenin içindeki potansiyel sıfır referans çerçevesi olarak değerlendirilir. Bunun nedeni, hücreye pompalanan her iki potasyum iyonu için hücreden üç sodyum iyonunun pompalanmasıdır; Bu iyonların +1 eşdeğer bir yükü olduğunu hatırlayın, bu nedenle bu sistem net bir pozitif yük akışı veya çıkışı ile sonuçlanır.

Peki tüm bu iyon pompalama ve hücre zarı bozulması aslında neye yol açıyor? Kalpteki elektriksel aktivitenin kalp atışlarına nasıl dönüştüğünü açıklamadan önce, bu atışları üreten kası incelemek faydalı olacaktır.

Kalp (kalp) kası, insan vücudundaki üç çeşit kastan biridir. Diğer ikisi, gönüllü kontrol altında olan (örnek: üst kollarınızın pazıları) ve düz olan iskelet kasıdır. bilinçli kontrol altında olmayan kas (örnek: bağırsaklarınızın duvarlarındaki kasları sindiren yiyecekleri hareket ettiren kaslar) boyunca). Tüm kas türleri bir takım benzerlikleri paylaşır, ancak kalp kası hücreleri, ana organlarının benzersiz ihtiyaçlarına hizmet etmek için benzersiz özelliklere sahiptir. Bir kere, kalbin "atmasının" başlaması, özel kalp miyositleri veya kalp-kas hücreleri tarafından kontrol edilir. kalp pili hücreleri. Bu hücreler, dışarıdan sinir girişi olmadığında bile kalp atışının hızını kontrol eder. otoritmisite. Bu, sinir sisteminden girdi olmadığında bile, teorik olarak, elektrolitler (yani yukarıda bahsedilen iyonlar) mevcut olduğu sürece kalbin hala atabileceği anlamına gelir. Tabii ki, kalp atış hızı - nabız hızı olarak da bilinir - önemli ölçüde değişir ve bu, sempatik sinir sistemi, parasempatik sinir sistemi ve hormonlar.

Kalp kası da denir miyokard. İki tipte gelir: miyokardiyal kontraktil hücreler ve miyokardiyal iletken hücreler. Tahmin edebileceğiniz gibi, kasılma hücreleri, kasılma sinyalini ileten iletken hücrelerin etkisi altında kan pompalama işini yapar. Miyokardiyal hücrelerin yüzde 99'u kasılma türündendir ve sadece yüzde 1'i iletim için ayrılmıştır. Bu oran haklı olarak kalbin çoğunu iş yapmaya müsait bırakırken, aynı zamanda kalbi oluşturan hücrelerde de bir kusur olduğu anlamına gelir. kardiyak iletim sistemini, organın alternatif iletim yollarını kullanarak atlatması zor olabilir; birçok. İletken hücreler genellikle kasılma hücrelerinden çok daha küçüktür, çünkü kasılmada yer alan çeşitli proteinlere ihtiyaçları yoktur; sadece kalp kası aksiyon potansiyelinin sadık bir şekilde yürütülmesine dahil olmaları gerekir.

Kalp kası hücre potansiyelinin 4. fazına diyastolik aralık denir, çünkü bu süre diyastole veya kalp kası kasılmaları arasındaki aralığa karşılık gelir. Kalp atışınızın gümbürtüsünü her duyduğunuzda veya hissettiğinizde, bu, sistol adı verilen kalp kasılmasının sonudur. Kalbiniz ne kadar hızlı atarsa, sistolde harcadığı kasılma-gevşeme döngüsünün bir kısmı o kadar yüksek olur, ancak tam olarak egzersiz yaparken ve nabzınızı 200'e iterken bile. aralığı, kalbiniz çoğu zaman hala diyastoldedir, bu da faz 4'ü kardiyak aksiyon potansiyelinin en uzun fazı yapar, bu da toplamda yaklaşık 300 milisaniye sürer (bir saniyenin onda üçü). ikinci). Bir aksiyon potansiyeli devam ederken, kalp hücresinin aynı kısmında başka hiçbir aksiyon potansiyeli başlatılamaz. mantıklı olan - bir kez başladığında, potansiyel bir miyokardiyal stimüle etme işini bitirebilmelidir. kasılma.

Yukarıda belirtildiği gibi, 4. faz sırasında, zar boyunca elektrik potansiyeli yaklaşık -90 mV'luk bir değere sahiptir. Bu değer kasılma hücreleri için geçerlidir; iletken hücreler için -60 mV'a daha yakındır. Açıkçası, bu sabit bir denge değeri değildir, yoksa kalp asla atmazdı. Bunun yerine, bir sinyal, kasılma hücre zarı boyunca değerin negatifliğini yaklaşık -65 mV'ye düşürürse, bu, zarda sodyum iyonu akışını kolaylaştıran değişiklikleri tetikler. Bu senaryo, zarı iten bir zarın bozulmasıyla pozitif bir geri besleme sistemini temsil eder. pozitif bir yük değeri yönünde hücre, iç mekanı daha da fazla yapan değişikliklere neden olur. pozitif. Sodyum iyonlarının bu maddelerden içeriye doğru hücum etmesiyle voltaj kapılı iyon kanalları hücre zarında, miyosit faz 0'a girer ve voltaj seviyesi, aksiyon potansiyeli maksimumuna yaklaşık +30 mV'a yaklaşır, bu da faz 4'ten yaklaşık 120 mV'luk bir toplam voltaj değişikliğini temsil eder.

Aksiyon potansiyelinin 2. aşamasına plato aşaması da denir. Faz 4 gibi, membrandaki voltajın stabil olduğu veya buna yakın olduğu bir fazı temsil eder. Ancak 4. aşamadaki durumdan farklı olarak bu, dengeleme faktörleri aşamasında gerçekleşir. Bunlardan ilki içe doğru akan sodyum (faz 0'daki hızlı akımdan sonra tam olarak sıfıra inmeyen akım) ve içe doğru akan kalsiyumdan oluşur; diğeri üç tip dışa doğru içerir doğrultucu akımları (yavaş, orta ve hızlı), tümü potasyum hareketi özelliğine sahiptir. Bu doğrultucu akım, kalp kasının kasılmasından nihai olarak sorumlu olan şeydir, çünkü bu potasyum akışı bir Kalsiyum iyonlarının hücresel kontraktil proteinler (örneğin aktin, troponin) üzerindeki aktif bölgelere bağlandığı ve onları cajole ettiği kaskad aksiyon.

Faz 2, potasyumun dışa akışı (doğrultucu akımı) devam ederken kalsiyum ve sodyumun içe akışı durduğunda sona erer ve hücreyi repolarizasyona doğru iter.

Kardiyak hücre aksiyon potansiyeli, sinirlerdeki aksiyon potansiyellerinden çeşitli şekillerde farklılık gösterir. Bir şey için ve en önemlisi, çok daha uzun. Bu aslında bir güvenlik faktörüdür: Kardiyak hücre aksiyon potansiyeli daha uzun olduğu için bu şu anlama gelir: refrakter periyod olarak adlandırılan yeni bir aksiyon potansiyelinin meydana geldiği periyot da daha uzundur. Bu önemlidir, çünkü maksimum hızda çalışırken bile kalbin sorunsuz bir şekilde temas etmesini sağlar. Sıradan kas hücreleri bu özellikten yoksundur ve bu nedenle kas adı verilen şeyle meşgul olabilir tetanik kasılmalar, kramp ve benzerlerine yol açar. İskelet kasının böyle davranması sakıncalıdır, ancak miyokard da aynısını yaparsa ölümcül olur.