สรีรวิทยาไฟฟ้าหัวใจ
สรีรวิทยาไฟฟ้าหัวใจคือการศึกษาการทำงานทางไฟฟ้าของหัวใจ: เซลล์หัวใจแต่ละเซลล์สร้างและนำสัญญาณไฟฟ้าได้อย่างไร สัญญาณเหล่านั้นแพร่กระจายตามลำดับเพื่อประสานการเต้นของหัวใจแต่ละครั้งได้อย่างไร และกระแสไฟฟ้าที่เกิดขึ้นสามารถบันทึกได้ที่ผิวหนังของร่างกายได้อย่างไร โดยเชื่อมโยงพฤติกรรมระดับโมเลกุลของช่องไอออนเข้ากับจังหวะระดับอวัยวะที่ขับเคลื่อนวัฏจักรการเต้นของหัวใจ
Definition
สรีรวิทยาไฟฟ้าหัวใจคือสาขาหนึ่งของสรีรวิทยาที่เกี่ยวข้องกับการสร้าง การนำ และการบันทึกสัญญาณไฟฟ้าในหัวใจ ซึ่งครอบคลุมกระแสไอออนิกที่กำหนดศักย์ไฟฟ้ากิจกรรมหัวใจ การแพร่กระจายของการกระตุ้นผ่านเนื้อเยื่อเฉพาะทาง และการเชื่อมโยงการกระตุ้นนั้นกับการหดตัว
Scope
เนื้อหาส่วนนี้จะนำผู้อ่านไปสู่ชีวิตทางไฟฟ้าของหัวใจ ตั้งแต่พื้นฐานไอออนิกของศักย์ไฟฟ้ากิจกรรมหัวใจ (cardiac action potential) ไปจนถึงระบบการนำไฟฟ้าที่เฉพาะเจาะจง กิจกรรมที่เกิดขึ้นเองของเซลล์เครื่องกระตุ้นหัวใจ ความเชื่อมโยงระหว่างการกระตุ้นไฟฟ้ากับการหดตัวทางกล และการบันทึกเหตุการณ์ไฟฟ้าหัวใจที่ผิวหนัง เป็นข้อมูลอ้างอิงและภาพรวมทางการศึกษาเกี่ยวกับสรีรวิทยาหัวใจและหลอดเลือด ไม่ใช่แนวทางการรักษาทางคลินิก
Sub-topics
Core questions
- เซลล์หัวใจสร้างและกำหนดศักย์ไฟฟ้ากิจกรรมได้อย่างไร?
- การกระตุ้นไฟฟ้าแพร่กระจายผ่านหัวใจอย่างเป็นลำดับได้อย่างไร?
- อะไรทำให้เซลล์เครื่องกระตุ้นหัวใจทำงานเองและกำหนดอัตราการเต้นของหัวใจ?
- สัญญาณไฟฟ้ากระตุ้นการหดตัวทางกลได้อย่างไร?
- เหตุการณ์ทางไฟฟ้าเหล่านี้สะท้อนให้เห็นในคลื่นไฟฟ้าหัวใจที่ผิวหนังได้อย่างไร?
Key concepts
- ศักย์ไฟฟ้ากิจกรรมหัวใจ
- ช่องไอออนและกระแสไอออนิก
- การแพร่กระจายของกระแสประสาทและความเร็วในการนำไฟฟ้า
- การทำงานอัตโนมัติของเครื่องกระตุ้นหัวใจ
- การเชื่อมโยงการกระตุ้นกับการหดตัว
- ภาวะดื้อต่อการกระตุ้น
- คลื่นไฟฟ้าหัวใจที่ผิวหนัง
Key theories
- ทฤษฎีไอออนิก (Hodgkin-Huxley) ของศักย์ไฟฟ้ากิจกรรม
- ศักย์ไฟฟ้ากิจกรรมของเซลล์ที่ถูกกระตุ้นเกิดขึ้นจากการเปลี่ยนแปลงของความสามารถในการซึมผ่านของเยื่อหุ้มเซลล์ต่อไอออนเฉพาะ ซึ่งขึ้นอยู่กับแรงดันไฟฟ้าและเวลา กรอบแนวคิดเชิงปริมาณที่พัฒนาขึ้นสำหรับเส้นประสาทเป็นพื้นฐานของแบบจำลองศักย์ไฟฟ้ากิจกรรมหัวใจที่สร้างขึ้นจากกระแสไอออนิกที่แตกต่างกัน
Mechanisms
การเต้นของหัวใจเริ่มต้นขึ้นเมื่อเซลล์เครื่องกระตุ้นหัวใจในไซโนเอเทรียลโนด (sinoatrial node) เกิดการลดขั้วเองและถึงจุดกระตุ้น ทำให้เกิดศักย์ไฟฟ้ากิจกรรม จากนั้นการกระตุ้นจะแพร่กระจายจากเซลล์หนึ่งไปยังอีกเซลล์หนึ่งผ่านช่องว่างเชื่อมต่อ (gap junctions) และระบบการนำไฟฟ้าที่เฉพาะเจาะจงตามลำดับ โดยความเร็วและความปลอดภัยของการแพร่กระจายขึ้นอยู่กับกระแสไฟฟ้าที่เยื่อหุ้มเซลล์และการเชื่อมต่อระหว่างเซลล์ ในเซลล์กล้ามเนื้อหัวใจที่ทำงานอยู่ ศักย์ไฟฟ้ากิจกรรมจะถูกกำหนดโดยการทำงานร่วมกันของกระแสเข้า (โซเดียมและแคลเซียม) และกระแสออก (โพแทสเซียม) และการลดขั้วที่เกิดขึ้นจะกระตุ้นการปล่อยแคลเซียมซึ่งเชื่อมโยงการกระตุ้นไฟฟ้ากับการหดตัวทางกล กิจกรรมทางไฟฟ้ารวมของเซลล์เหล่านี้ทั้งหมดทำให้เกิดกระแสไฟฟ้านอกเซลล์ที่สามารถบันทึกได้ที่ผิวหนังของร่างกายในรูปของคลื่นไฟฟ้าหัวใจ
Clinical relevance
การทำความเข้าใจกิจกรรมทางไฟฟ้าหัวใจปกติเป็นกรอบทางสรีรวิทยาที่ใช้ในการตีความภาวะหัวใจเต้นผิดจังหวะ ความผิดปกติของการนำไฟฟ้า และความผิดปกติของคลื่นไฟฟ้าหัวใจ เนื้อหาส่วนนี้อธิบายว่าระบบไฟฟ้าของหัวใจทำงานอย่างไรและมีการศึกษาอย่างไร เป็นพื้นฐานทางการศึกษามากกว่าที่จะเป็นพื้นฐานสำหรับการวินิจฉัยหรือการรักษาเฉพาะบุคคล
History
สรีรวิทยาไฟฟ้าหัวใจสมัยใหม่พัฒนามาจากทฤษฎีไอออนิกของการกระตุ้นที่ Hodgkin และ Huxley กำหนดขึ้นสำหรับเส้นประสาทในปี 1952 ซึ่งให้ภาษาเชิงปริมาณของกระแสไอออนิกที่ขึ้นอยู่กับแรงดันไฟฟ้าและเวลา แนวคิดเหล่านี้ได้ถูกขยายไปใช้กับเซลล์หัวใจในภายหลัง ซึ่งพบว่าช่องทางที่แตกต่างกันมีส่วนในการกำหนดช่วงราบยาวของศักย์ไฟฟ้ากิจกรรมหัวใจ และตั้งแต่นั้นมา สาขาวิชานี้ก็ได้รวมคำอธิบายกิจกรรมทางไฟฟ้าในระดับโมเลกุล เซลล์ และอวัยวะเข้าไว้ด้วยกัน
Key figures
- Alan Hodgkin
- Andrew Huxley
- Denis Noble
- Donald Bers
- Andre Kleber
- Yoram Rudy
Related topics
Seminal works
- hodgkin-huxley-1952
- nerbonne-kass-2005
- kleber-rudy-2004
- bers-2002
Frequently asked questions
- สรีรวิทยาไฟฟ้าหัวใจคืออะไร?
- เป็นการศึกษาว่าหัวใจสร้าง นำ และถูกควบคุมโดยสัญญาณไฟฟ้าได้อย่างไร โดยเชื่อมโยงพฤติกรรมของช่องไอออนในเซลล์เดียวเข้ากับจังหวะที่ประสานกันของอวัยวะทั้งหมด
- กิจกรรมทางไฟฟ้าเกี่ยวข้องกับการเต้นของหัวใจอย่างไร?
- การเต้นของหัวใจแต่ละครั้งเริ่มต้นด้วยกระแสไฟฟ้าจากเซลล์เครื่องกระตุ้นหัวใจที่แพร่กระจายผ่านระบบการนำไฟฟ้าและกระตุ้นการหดตัว ลำดับไฟฟ้าจะกำหนดเวลาและการประสานงานของการสูบฉีดทางกล