Биття серця, ймовірно, пов'язане з явищем життя сильніше, ніж будь-яка інша окрема концепція чи процес, як з медичної, так і з метафоричної точки зору. Коли люди обговорюють неживі предмети або навіть абстрактні поняття, вони використовують такі терміни, як "Її передвиборча кампанія все ще має пульс "та" Шанси команди зрівнялися, коли вона втратила свого зіркового гравця ", щоб описати, чи є ця справа" живою "чи ні. І коли співробітники невідкладної медичної допомоги натрапляють на загиблу жертву, перше, що вони перевіряють, - чи є у жертви пульс.
Причина, по якій б’ється серце, проста: електрика. Однак, як і багато інших речей у світі біології, точний і скоординований спосіб, завдяки якому електрична активність забезпечує серце насосом життєво важлива кров до тканин тіла, приблизно 70 разів на хвилину, 100 000 разів на день протягом десятиліть поспіль, є дивовижно елегантною операції. Все починається з чогось, що називається потенціал дії, в даному випадку потенціал серцевої дії. Фізіологи поділили цю подію на чотири різні фази.
Що таке потенціал дії?
Клітинні мембрани мають так званий електрохімічний градієнт через фосфоліпідний бішар мембрани. Цей градієнт підтримується білковими "насосами", вбудованими в мембрану, які переміщують деякі типи іонів (заряджені частинки) через мембрану в одному в той час як подібні "насоси" переміщують інші типи іонів у зворотному напрямку, що призводить до ситуації, коли заряджені частинки "хочуть" текти в одному напрямку після того, як його перекинули в інший, як м'яч, який постійно "хоче" повернутися до вас, коли ви неодноразово кидаєте його прямо в повітря. Ці іони включають натрій (Na+), калій (K+) і кальцію (Ca2+). Іон кальцію має чистий позитивний заряд у дві одиниці, що вдвічі перевищує або іон натрію, або іон калію.
Щоб зрозуміти, як підтримується цей градієнт, уявіть ситуацію, коли собаки на манежі рухаються в одному напрямку по огорожу, поки козлів у сусідньому загоні несуть в іншому, причому кожен тип тварин має намір повернутися на те місце, де він розпочато. Якщо три кози переселяються в зону собак для кожних двох собак, які переселяються в зону коз, то хто б там не було за це відповідає підтримка незбалансованості ссавців через огорожу, яка постійно закінчена час. Козлів та собак, які намагаються повернутися до бажаних місць, постійно «викачують» назовні. Ця аналогія недосконала, але пропонує базове пояснення того, як клітинні мембрани підтримують електрохімічний градієнт, який також називають мембранним потенціалом. Як ви побачите, основними іонами, що беруть участь у цій схемі, є натрій і калій.
Ан потенціал дії є оборотною зміною цього мембранного потенціалу в результаті "ефекту пульсації" - активації струми, що утворюються при раптовій дифузії іонів через мембрану, знижують електрохімічні градієнт. Іншими словами, певні умови можуть порушити стаціонарний мембранний іонний дисбаланс і дозволити іонам текти у великій кількості в тому напрямку, в якому вони "хочуть" рухатися - іншими словами, проти насоса. Це призводить до потенціалу дії, що рухається вздовж нервової клітини (також званої нейроном) або серцевої клітини в таким самим загальним способом хвиля буде рухатись по струні, яка майже натягнута на обох кінцях, якщо один кінець є "відмахнувся".
Оскільки мембрана зазвичай несе градієнт заряду, вона вважається поляризованою, тобто характеризується різними крайнощами (більш негативно заряджений на одній стороні, більш позитивно заряджений на інші). Потенціал дії ініціюється деполяризацією, яка вільно перетворюється на тимчасове скасування порушення нормального дисбалансу заряду або відновлення рівноваги.
Які різні фази потенціалу дії?
Існує п’ять потенційних фаз серцевої дії, пронумеровані від 0 до 4 (вчені іноді отримують дивні ідеї).
Фаза 0 - це деполяризація мембрани та відкриття "швидких" (тобто високопоточних) натрієвих каналів. Також зменшується витрата калію.
Фаза 1 це часткова реполяризація мембрани завдяки швидкому зменшенню проходження іонів натрію, коли швидкі натрієві канали закриваються.
Фаза 2 є фаза плато, при якому рух іонів кальцію з клітини підтримує деполяризацію. Свою назву він отримав, оскільки в цій фазі електричний заряд на мембрані дуже мало змінюється.
Фаза 3 є реполяризацією, оскільки натрієві та кальцієві канали закриваються, а мембранний потенціал повертається до вихідного рівня.
Фаза 4 бачить мембрану при так званому потенціалі спокою -90 мілівольт (мВ) в результаті роботи іонного насоса Na + / K +. Значення від’ємне, оскільки потенціал всередині комірки є негативним порівняно з потенціалом поза нею, і остання розглядається як нульова система відліку. Це тому, що три іони натрію викачуються з клітини на кожні два іони калію, що закачуються в клітину; нагадуємо, що ці іони мають еквівалентний заряд +1, тому ця система призводить до чистого витоку або виходу позитивного заряду.
Міокард та потенціал дії
Отже, до чого насправді призводить все це перекачування іонів та порушення клітинної мембрани? Перш ніж описувати, як електрична активність серця перетворюється на серцебиття, корисно вивчити м’яз, який сам виробляє ці удари.
Серцевий (серцевий) м’яз - це один із трьох видів м’язів в організмі людини. Два інших - це скелетні м’язи, які перебувають під добровільним контролем (приклад: біцепс надпліч) і гладкі м’язи, які не перебувають під свідомим контролем (приклад: м’язи стінок кишечника, які рухаються, перетравлюючи їжу уздовж). Усі типи м’язів мають низку подібностей, але клітини серцевого м’яза мають унікальні властивості задовольняти унікальні потреби батьківського органу. З одного боку, ініціацією "биття" серця керують спеціальні серцеві міоцити, або клітини серцево-м'язових, які називаються кардіостимулятори. Ці клітини контролюють темп серцебиття навіть за відсутності надходження нерва ззовні, що називається властивістю авторитмічність. Це означає, що навіть за відсутності надходжень з боку нервової системи, серце теоретично могло битись до тих пір, поки були присутні електроліти (тобто вищезазначені іони). Звичайно, темп серцебиття - також відомий як частота пульсу - значно варіюється, і це відбувається завдяки диференціальне введення з ряду джерел, включаючи симпатичну нервову систему, парасимпатичну нервову систему та гормони.
Також називається серцевий м’яз міокард. Він буває двох типів: скорочувальні клітини міокарда та провідні клітини міокарда. Як ви вже здогадалися, скоротливі клітини виконують роботу з перекачування крові під впливом провідних клітин, які подають сигнал на скорочення. 99 відсотків клітин міокарда мають скоротливий різновид, і лише 1 відсоток присвячений провідності. Хоча це співвідношення справедливо залишає більшу частину серця доступним для роботи, це також означає, що дефект у клітинах, що утворюють Систему серцевої провідності може бути важко обійти органу за допомогою альтернативних провідних шляхів, яких існує лише так багато. Провідні клітини, як правило, набагато менші за скорочувальні клітини, оскільки вони не потребують різних білків, що беруть участь у скороченні; їм потрібно лише брати участь у вірному виконанні потенціалу дії серцевого м’яза.
Що таке деполяризація фази 4?
Фаза 4 потенціалу клітин серцевого м’яза називається діастолічним інтервалом, оскільки цей період відповідає діастолі, або інтервалу між скороченнями серцевого м’яза. Щоразу, коли ви чуєте або відчуваєте стукіт серцебиття, це кінець серця, що стискається, що називається систолою. Чим швидше б'ється ваше серце, тим більшу частку його циклу скорочення-розслаблення воно проводить в систолі, але навіть тоді, коли ви вправляєтеся в повному обсязі і штовхаєте пульс до 200 діапазон, ваше серце більшу частину часу все ще перебуває в діастолі, що робить фазу 4 найдовшою фазою серцевого потенціалу дії, яка загалом триває близько 300 мілісекунд (три десятих від другий). Поки потенціал дії триває, жоден інший потенціал дії не може бути ініційований у тій самій частині серцевої клітини мембрана, що має сенс - коли розпочнеться, потенціал повинен мати змогу закінчити свою роботу зі стимулювання міокарда скорочення.
Як зазначалося вище, під час фази 4 електричний потенціал через мембрану має значення близько -90 мВ. Це значення стосується скорочувальних клітин; для провідних клітин він ближчий до -60 мВ. Очевидно, що це не стабільне значення рівноваги, інакше серце просто ніколи не билось би взагалі. Натомість, якщо сигнал знижує негативне значення через мембрану скорочувальної клітини приблизно до -65 мВ, це викликає зміни в мембрані, що сприяють припливу іонів натрію. Цей сценарій представляє систему позитивного зворотного зв'язку в тому, що порушення мембрани, яке штовхає осередок у напрямку позитивного значення заряду породжує зміни, які роблять інтер’єр ще більшим позитивні. З надходженням всередину іонів натрію через них напружені іонні канали в клітинній мембрані міоцит потрапляє у фазу 0, і рівень напруги наближається до свого максимуму потенціалу дії близько +30 мВ, що представляє загальний відхід напруги від фази 4 близько 120 мВ.
Що таке фаза плато?
Фаза 2 потенціалу дії також називається фазою плато. Як і фаза 4, вона представляє фазу, в якій напруга на мембрані є стабільною або майже такою. Однак, на відміну від випадку на фазі 4, це відбувається у фазі противаги. Перший із них складається з натрію, що потрапляє всередину (приплив, який не зовсім зменшився до нуля після швидкого припливу в фазі 0), та внутрішнього кальцію; інший включає три типи зовні струми випрямляча (повільний, середній та швидкий), всі вони мають рух калію. Цей випрямний струм є тим, що в кінцевому підсумку відповідає за скорочення серцевого м’яза, оскільки цей витік калію ініціює каскад, в якому іони кальцію зв’язуються з активними ділянками клітинних скорочувальних білків (наприклад, актином, тропоніном) і перетворюють їх у дії.
Фаза 2 закінчується, коли внутрішній потік кальцію та натрію припиняється, тоді як зовнішній потік калію (струм випрямляча) триває, штовхаючи клітину до реполяризації.
Примхи потенціалу дії серцевих клітин
Потенціал дії серцевих клітин відрізняється від потенціалу дії в нервах різними способами. З одного боку, а головне, це набагато довше. Це, по суті, фактор безпеки: оскільки потенціал дії серцевих клітин довший, це означає що період, у якому виникає новий потенціал дії, званий рефрактерним періодом, також довший. Це важливо, оскільки воно забезпечує плавне контактування серця, навіть коли воно працює на максимальній швидкості. Звичайним м’язовим клітинам не вистачає цієї властивості, і вони можуть брати участь у тому, що називається тетанічні скорочення, що призводить до судом і тому подібне. Незручно, коли скелетні м’язи поводяться так, але було б смертельно небезпечно, якби міокард робив те саме.