Điện thế hoạt động trong cơ tim

Điện thế hoạt động được ghi lại trong một sợi cơ tâm thất, trung bình khoảng 105 milivon, có nghĩa là điện thế nội bào tăng lên từ một giá trị rất âm, khoảng -85 milivon, thành một giá trị hơi dương, khoảng +20 milivon, trong mỗi lần đập. Sau khi bước đầu đạt đỉnh, màng cẫn khử cực trong khoảng 0.2s, thể hiện bằng một cao nguyên, sau khi kết thúc cao nguyên là sự tái cực đột ngột. Sự xuất hiện của cao nguyên trong điện thế hoạt động làm cho tâm thất co với thời gian dài gấp 15 lần thời gian co của cơ vân.

Điện thế hoạt động kéo dài và sự xuất hiện của cao nguyên

Tại sao điện thế hoạt động của cơ tim lại kéo dài và tại sao lại xuất hiện một cao nguyên, trong khi điện thế hoạt động của cơ vân lại không có cao nguyên?, nhưng tốt hơn chúng nên được tóm tắt ở đây.

Hình. Các tính năng điện thế nhịp điệu (tính bằng millivolts) từ sợi Purkinje và từ sợi cơ tâm thất, được ghi lại bằng các vi điện cực.

Tối thiểu có hai sự khác biệt lớn giữa đặc tính màng cơ tim và cơ vân giải thích cho điện thế hoạt động kéo dài và cao nguyên ở cơ tim. Đầu tiên, điện thế hoạt động của cơ vân được tạo ra gần như toàn bộ do mở đột ngột một số lượng lớn các kênh natri nhanh cho phép một lượng cực lớn ion natri đi vào các sợi cơ vân từ dịch ngoại bào. Các kênh này được gọi là kênh “nhanh” vì chúng chỉ mở trong một vài 1/1000 s và sau đó đóng lại đột ngột. Khi việc đóng lại này kết thúc, tái phân cực xảy ra, và điện thế hoạt động trở lại tiếp tục trong vòng khoảng vài 1/1000 s.

Trong cơ tim, điện thế hoạt động được tạo ra do mở hai loại kênh: (1) kênh natri nhanh kích hoạt điện thế như trong cơ vân và (2) một tập hợp hoàn toàn khác các kênh canxi typ L (kênh canxi chậm), chúng được gọi là kênh canxi - natri. Tập hợp các kênh này khác với kênh natri nhanh, chúng mở chậm, và ngay cả khi quan trọng hơn nữa, chúng vẫn chỉ mở trong vài 1/10s. Trong thời gian này, một lượng lớn cả hai dòng ion canxi và natri đi qua các kênh này vào trong sợi cơ tim, và duy trì khử cực một thời gian dài, tạo ra cao nguyên trong điện thế hoạt động. Hơn nữa, các ion canxi đi vào trong giai đoạn cao nguyên kích hoạt quá trình co cơ, trái lại ion canxi làm co cơ vân lại bắt nguồn từ mạng nội cơ tương.

Chức năng khác biệt lớn thứ hai giữa cơ tim và cơ vân giúp giải thích cho cả điện thế hoạt động kéo dài và hiện tượng cao nguyên là: ngay sau khi bắt đầu điện thế hoạt động, tính thấm của màng cơ tim với ion kali giảm chừng 5 lần, một tác dụng không xảy ra ở cơ vân. Việc giảm tính thấm với kali có lẽ là do dòng canxi đi vào quá mức từ các kênh canxi chỉ cho vào.

Dù là nguyên nhân gì, việc giảm mạnh tính thấm với kali làm giảm dòng ion kali tích điện dương ra ngoài trong giai đoạn cao nguyên của điện thế hoạt động và theo đó ngăn cản sự tái cực sớm của điện thế hoạt động về mức nghỉ. Khi kênh canxi - natri chậm đóng lại sau 0.2 - 0.3 s và dòng ion canxi, natri dừng đi vào, tính thấm màng với ion kali cũng tăng nhanh; sự mất đi nhanh chóng của kali từ các sợi cơ lập tức hoàn lại điện thế màng về mức nghỉ, kết thúc điện thế hoạt động.

Các giai đoạn điện thế hoạt động của cơ tim

Hình tóm tắt các giai đoạn của điện thế hoạt động trong cơ tim và dòng ion xảy ra trong mỗi giai đoạn.

Hình. Các pha điện thế hoạt động của tế bào cơ tâm thất và các dòng ion liên quan đến natri (Na +), canxi (Ca ++) và kali (K +).

Pha 0 (khử cực), mở kênh natri nhanh. Khi tế bào tim bị kích thích và khử cực, điện thế màng trở nên dương mạnh. Cổng điện thế kênh natri nhanh mở và cho phép natri nhanh chóng vào tế bào và khử cực tế bào. Điện thế màng tế bào đạt đến khoảng +20 milivon trước khi kênh natri đóng lại.

Pha 1 (bước đầu tái cực), đóng kênh natri nhanh. Kênh natri đóng lại, tế bào bắt đầu tái cực, và ion kali ra khỏi tế bào nhờ mở kênh kali.

Pha 2 (cao nguyên), kênh canxi mở và kênh kali nhanh đóng. Một sự tái cực ngắn ban đầu xảy ra và điện thế hoạt động sau đó đạt đến cao nguyên như kết quả của (1) tăng thấm ion canxi và (2) giảm thấm ion kali. Cổng điện thế kênh ion canxi mở chậm trong giai đoạn 1 và 0, và canxi đi vào tế bào. Kênh kali sau đó đóng lại, và sự kết hợp của việc giảm ion kali đi ra và tăng dòng canxi đi vào làm cho điện thế đạt cao nguyên.

Pha 3 (tái cực nhanh), đóng kênh canxi và mở kênh kali chậm. Việc đóng lại của kênh canxi và tăng tính thấm với ion kali làm cho kali nhanh chóng ra khỏi tế bào, kết thúc cao nguyên và hoàn lại điện thế màng tế bào về mức nghỉ.

Pha 4 (điện thế nghỉ ở màng) trung bình khoảng -90 milivon.

Tốc độ dẫn truyền tín hiệu ở cơ tim

Tốc độ dẫn truyền của tín hiệu điện thế hoạt động kích thích dọc theo cả các sợi cơ nhĩ và thất là khoảng 0.3 - 0.5m/s, hoặc khoảng bằng 1/250 tốc độ ở sợi thần kinh lớn và khoảng 1/10 tốc độ ở sợi cơ vân. Tốc độ dẫn truyền trong hệ thống dẫn truyền đặc biệt ở tim - sợi Purkinje - là rất nhanh, khoảng 4 m/s trong hầu hết các phần của hệ thống, điều này cho phép dẫn truyền tốc độ vừa phải của tín hiệu kích thích tới các phần khác nhau của tim.

Giai đoạn trơ của cơ tim

Cơ tim có tính trơ giống như mọi mô có tính hưng phấn. Do vậy, giai đoạn trơ của tim là thời gian nghỉ, khi đó một xung tim bình thường không thể tái kích thích một vùng đã kích thích ở cơ tim. Giai đoạn trơ bình thường ở thất là 0.25 - 0.3 s, đây là khoảng thời gian kéo dài của cao nguyên trong điện thế hoạt động. Có một giai đoạn tương đối trơ thêm vào khoảng 0.05 s, khi mà cơ rất khó bị kích thích so với bình thường, tuy vậy vẫn có thể bị kích thích bởi một tín hiệu kích thích mạnh, như được chứng minh bởi một co bóp “sớm”. Giai đoạn trơ của cơ tâm nhĩ là rất ngắn so với tâm thất (khoảng 0.15 s ở tâm nhĩ so với 0.25 - 0,3 s ở tâm thất).

Hình. Lực co bóp cơ tâm thất, cũng cho thấy thời gian của giai đoạn trơ và thời gian trơ tương đối, cộng với tác dụng của co thắt sớm. Lưu ý rằng các cơn co thắt sớm không gây ra sóng tổng hợp, như xảy ra trong cơ xương.