สรีรวิทยาการเหนี่ยวนำไฟฟ้าในหัวใจ

สรีรวิทยาการเหนี่ยวนำไฟฟ้าในหัวใจ(Cardiac action potential)

by Doctor Heart http://www.perfectheart.co.th/th_knowledge36.html           cardiac action potential เป็นปรากฏการณ์ทางไฟฟ้าที่มีการเปลี่ยนแปลงความต่างศักย์ไฟฟ้าภายในและภายนอกเซลล์ของหัวใจ อันเป็นผลจากการไหลเข้าออกของประจุไฟฟ้า โดยเฉพาะโซเดียมไอออน, โปแตสเซียมไออน และแคลเซียมไอออน ผลที่ตามมาคือ มีการหดตัวของ เซลล์กล้ามเนื้อหัวใจ           ในภาวะปกติ เซลล์ของกล้ามเนื้อหัวใจจะมีประจุไฟฟ้า ที่ผนัง membrane เป็นลบ (negative membrane potential) เมื่อมีการสั่งการทำงานจากระบบประสาทอัตโนมัติ จะทำให้มีการเพิ่มของประจุแคลเซียมไอออนภายในเซลล์ ทำให้มีการหดตัวของเซลล์กล้ามเนื้อหัวใจ โดยกลไกการเกิดแคลเซียมภายในเซลล์กล้ามเนื้อหัวใจจะแตกต่างจากเซลล์กล้ามเนื้อเรียบ           กล่าวคือ ในกรณีของเซลล์กล้ามเนื้อเรียบ  เมื่อถูกกระตุ้นจากเส้นใยประสาท somatic motor axon จะทำให้โซเดียมไอออนเข้าสู่เซลล์ อย่างรวดเร็ว เกิดกระบวนการ depolarization ภายในเซลล์ และเป็นผลให้มีการกระตุ้นการหลั่งของแคลเซียมไอออนจาก sarcoplasmic reticulumภายในเซลล์          ส่วนในกรณีของเซลล์กล้ามเนื้อหัวใจจะมีส่วนที่เรียกว่า voltage-gated calcium channels บนผนังเซลล์กล้ามเนื้อหัวใจ (sarcolemma) เมื่อถูกกระตุ้นจะทำให้เกิด depolarization โดยมีการไหลเข้า ของโซเดียมไอออน (sodium influx)ซึ่งตรงกับ phase 0 action potential จะทำให้ voltage-gated calcium channels* เปิดเป็นผลให้ แคลเซียมไอออนไหล(influx)เข้าไปในเซลล์ ซึ่งกระบวนการเกิด calcium influx นี้จะเป็นตัวกระตุ้นให้เกิดการหลั่งของแคลเซียมไอออนจาก sarcoplasmic reticulum(ปรากฏการณ์นี้เราเรียกว่า calcium-induced calcium release) และเมื่อมีปริมาณ ประจุแคลเซียมไอออนอิสระ ในเซลล์กล้ามเนื้อหัวใจเพิ่มขึ้น ก็จะกระตุ้นให้ actin-myosinทำงาน ทำให้เกิดการหดตัวของเซลล์กล้ามเนื้อหัวใจ ในที่สุด          หลังจากที่เซลล์กล้ามเนื้อหัวใจมีการหดตัวแล้ว ก็จะมีช่วงdelay (absolute refractory period) และหลังจากนั้นก็จะเข้าสู่กระบวนการ repolarization โดย potassium channels จะเปิดออก เป็นผลให้ โปแตสเซียมไอออนออกจากเซลล์ ทำให้เซลล์กลับเข้าสู่ resing state อีกครั้ง หมายเหตุ *voltage-gated calcium channels จะมี 2 ชนิดคือ -L-type channels จะตอบสนองต่อ membrane potentials ที่สูงกว่า แต่จะเปิดช้ากว่า และเปิดนานกว่า T-type channels จึงมีความสำคัญในการคงสภาวะ action potentials(sustaining an action potential) -T-type channnels มีความสำคัญในช่วงแรกของการกระตุ้นให้เกิด action potential เนื่องจากคุณสมบัติที่เปิดได้เร็ว ซึ่งมักพบได้ในเซลล์กล้ามเนื้อหัวใจที่เกี่ยวกับจังหวะการกระตุ้นทางไฟฟ้าในหัวใจ ซึ่งก็คือ pacemaker cells นั่นเอง(sinoatrial node, atrioventricular node) PHASES OF CARDIAC ACTION POTENTIAL โดยปกติ action potential ของเซลล์กล้ามเนื้อหัวใจ จะมีรูปร่างไม่เหมือนกันดังรูป แต่แบบที่ทั่วไปมักนำมาใช้ในการอธิบาย cardiac action potential ได้แก่เซลล์กล้ามเนื้อหัวใจห้องล่าง Phase4 resting membrane potential          เป็นระยะปกติของเซลล์กล้ามเนื้อหัวใจ ก่อนที่จะถูกกระตุ้นทางไฟฟ้า ซึ่งมักจะถูกกระตุ้นมาจากเซลล์ที่ติดกัน(และในกรณีของ pacemaker cells จะสามารถมี spontaneous depolarization ได้โดยไม่ต้องถูกกระตุ้นจากเซลล์ข้างเคียง) phaseนี้จะตรงกับ ช่วงกล้ามเนื้อหัวใจคลายตัว (diastole)         ค่าปกติของสถานะนี้คือ -85 to -95 mV ซึ่งประจุไฟฟ้าที่สำคัญ ภายในเซลล์คือ โปแตสเซียมไอออน ขณะที่ภายนอกเซลล์จะมี โซเดียมไอออนและคลอไรด์ไอออนเป็นหลัก ซึ่งการที่เซลล์คงสภาพอยู่ได้ก็โดยอาศัย sodium-potassium pump(Na+/K+-ATPase)ทำหน้าที่ปั๊มโซเดียมไอออนออกจากเซลล์ และปั๊มโปแตสเซียมไอออนเข้าไปในเซลล์ โดยกระบวนการ active transport ซึ่งต้องใช้พลังงานจาก ATP Phase0 rapid depolarization phase เป็นช่วงที่เกิด depolarization ของเซลล์ โดยจะมีการเปิด fast Na+channel ทำให้โซเดียมไอออนไหลเข้าเซลล์อย่างรวดเร็ว ตรงกับกราฟ ช่วงขาขึ้นชันของ action potential Phase1 action potential จะมีการปิดของ fast Na+channel และมีการเคลื่อนออกจากเซลล์ของโปแตสเซียมไอออน ทำให้กราฟช่วงนี้จะเป็นเส้นที่ต่ำลงกว่าเดิมเมื่อเทียบกับ peak ของ phase 0 Phase2 plateau phase เกิดจากสมดุลย์ของประจุที่เกิดจากแคลเซียมไอออนเข้าเซลล์ทาง voltage-gated calcium channels และโปแตสเซียมไอออน ออกจากเซลล์ ผ่านทาง slowed delayed rectifier potassium channels ซึ่งในช่วงนี้ sodium-potassium pump จะมีบทบาทการทำงานน้อย Phase3 action potential voltage-gated calcium channelsจะปิด ในขณะที่ slowed delayed rectifier potassium channels ยังคงเปิดอยู่ ทำให้ศักย์ไฟฟ้าในเซลล์เริ่มลดต่ำลงเรื่อยๆ เป็นผลให้เซลล์เริ่ม repolarize จนเมื่อ membrane potential กลับมาอยู่ที่ประมาณ -80 to -85 mV delayed rectifier K+ channels จะปิด หมายเหตุ แคลเซียมไอออนภายในเซลล์จะมีกระบวนการดูดกลับเข้าไปใน sarcoplasmic reticulum ดังเดิม ที่เราเรียกว่า re-uptake โดยการทำงานของ sarcoplasmic calcium ATPase pump