心臟是人體發(fā)動機(jī)，它推動著血流滋養(yǎng)全身。心臟停止跳到，一般預(yù)示著生命的終結(jié)。故心臟毫無疑問是人體最重要的器官之一。但是，我們都知道，心臟無時不刻都在跳動，連我們睡眠的間歇也不曾停止。我們沒有刻意控制心臟，它是如何做到自我跳動，而且自發(fā)跳動的呢？
電視劇中，醫(yī)生在搶救時，會用一個帶點(diǎn)的金屬板放在被搶救者的胸前。該儀器叫做除顫儀，是一種用外加電壓的方式，去除心臟的纖顫，以試圖復(fù)蘇心臟。如此做的原因，是因?yàn)?strong>心臟的跳到，實(shí)際上是一種細(xì)胞電生理活動的結(jié)果。
在微觀世界里，電荷是隨處可見的，中性的東西倒是很少可見。細(xì)胞的最外圍結(jié)構(gòu)是由一種膜狀結(jié)構(gòu)所組成。細(xì)胞膜的骨架是由兩層磷脂分子所圍成，親水的基團(tuán)朝向細(xì)胞內(nèi)外，而疏水基團(tuán)則相互間靠攏，組成細(xì)胞膜的中間部位。
細(xì)胞膜結(jié)構(gòu)
細(xì)胞膜上的磷脂分子是可以流動的，而在這流動的細(xì)胞膜中還鑲嵌著蛋白質(zhì)等大分子。而這些蛋白質(zhì)分子是細(xì)胞膜上重要的功能區(qū)，因?yàn)?strong>細(xì)胞內(nèi)外物質(zhì)的交換，以及細(xì)胞和細(xì)胞之間的溝通都有賴于這些功能蛋白。
其中，有一種蛋白質(zhì)被稱為離子通道，顧名思義，這是一種專門用來運(yùn)輸離子的蛋白質(zhì)。還有一種叫做鈉鉀離子泵的蛋白質(zhì)，該蛋白可以將細(xì)胞內(nèi)的3個鈉離子像“抽水泵”一樣泵出細(xì)胞外，而同時又將細(xì)胞外的鉀離子帶入細(xì)胞內(nèi)。
鈉鉀泵機(jī)制
當(dāng)細(xì)胞膜上的鈉鉀泵如此孜孜不倦地運(yùn)轉(zhuǎn)下去，就勢必造成細(xì)胞內(nèi)外鈉鉀離子的濃度上的差異。當(dāng)細(xì)胞感知到一定濃度時，細(xì)胞膜上的鈉鉀泵才會停止工作。一般而言，細(xì)胞外的鈉離子濃度大約是細(xì)胞內(nèi)的15倍左右，而細(xì)胞內(nèi)的鉀離子濃度大約是細(xì)胞外的30倍左右。
細(xì)胞內(nèi)外鈉鉀離子的巨大的濃度差
就像泵上高處的水企圖流回低處，被泵出細(xì)胞的鈉離子和泵出細(xì)胞的鉀離子仍然有企圖流回各自位置的勢能。但是，這些鈉鉀離子又不能透過磷脂雙分子層，只能通過細(xì)胞膜上的離子通道流回各自的位置。但是，離子通道的開放受到細(xì)胞嚴(yán)格的控制。所以，一般情況下，這些離子就會老老實(shí)實(shí)的呆在各自的位置。
當(dāng)細(xì)胞受到刺激，比如化學(xué)、機(jī)械刺激時，細(xì)胞膜上的鈉鉀離子通道就會因此立刻開放，而在細(xì)胞外的高濃度鈉離子和細(xì)胞內(nèi)的高濃度鉀離子，就一擁而上，分別進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)和細(xì)胞外。
如此就造成了細(xì)胞膜外特定位置的暫時性負(fù)電位，和細(xì)胞內(nèi)則形成了正電位。而此時會引起該部位，與鄰近部位造成電勢差，于是，如下圖一般的電荷流動就形成了。
而我們知道，帶電荷的離子的流動會形成電流，而鈉鉀離子如此移動，就不可避免地在細(xì)胞膜上形成了電流。總的來看，就可以如下圖這般流動：
細(xì)胞電信號傳導(dǎo)
于是，電信號就在細(xì)胞的某個部位傳輸?shù)狡渌课唬部梢詮囊粋€細(xì)胞傳遞到與其緊密相鄰的細(xì)胞。而在心肌細(xì)胞而言，這種傳導(dǎo)的信號是肌肉定向收縮的關(guān)鍵。
心肌細(xì)胞和骨骼肌細(xì)胞都屬于橫紋肌，所謂橫紋肌，指的是肌肉外觀上可以明顯地看到規(guī)律的條紋。在生理學(xué)上，肌肉細(xì)胞也被稱為肌纖維，這是因?yàn)橄噍^于我們常規(guī)理解的單個球狀的細(xì)胞而言，肌肉細(xì)胞是長長的纖絲狀。而且，一根肌纖維也不像普通的球狀細(xì)胞擁有一個細(xì)胞核，肌纖維有很多細(xì)胞核，從幾十枚到幾百枚不等。
我們知道，細(xì)胞核是細(xì)胞功能的調(diào)控區(qū)，長長的肌纖維迫使單個細(xì)胞核很難鞭長莫及，所以發(fā)展出這么多細(xì)胞核。實(shí)際上，一根肌纖維可以看成是幾百個球狀細(xì)胞融合后相互協(xié)作的結(jié)果。
肌纖維
如果我們將一塊肌肉不斷以基本單位分割下去，最后肌肉的基本組織，就是上圖中的肌纖維。而如果繼續(xù)將肌纖維在顯微鏡下放大之后，我們就可以看到如下的結(jié)構(gòu)：
肌纖維的結(jié)構(gòu)
如此，我們就終于明白為何肌纖維上會有規(guī)則的橫紋了。這是因?yàn)榧±w維是由兩種更為基礎(chǔ)的細(xì)微結(jié)構(gòu)所組成。這兩種結(jié)構(gòu)分別成為細(xì)肌絲和粗肌絲。在粗肌絲與粗肌絲融合的部位會形成暗線，我們稱之為M線，而細(xì)肌絲和細(xì)肌絲交接的部分則顏色要透亮，被稱之為Z線。
粗肌絲和細(xì)肌絲并排排列，粗肌絲上有一種像鉤狀的結(jié)構(gòu)，被稱為橫橋，橫橋與細(xì)肌絲上的原肌球蛋白所接觸，而原肌球蛋白不僅與橫橋接觸，同時也和肌鈣蛋白所接觸。
粗肌絲和細(xì)肌絲的結(jié)構(gòu)
肌纖維收縮原理：
當(dāng)來自細(xì)胞的鈣離子，接觸到細(xì)肌絲上的肌鈣蛋白，肌鈣蛋白就會發(fā)生結(jié)構(gòu)改變，使得原本與橫橋接觸的部分脫落，而暴露出細(xì)肌絲上的特殊位點(diǎn)，而橫橋一旦看到該位點(diǎn)，就會立馬與之結(jié)合，并發(fā)生擺動。于是，細(xì)肌絲就在粗肌上的方向上發(fā)生了滑行。（參看下圖）
肌纖維滑行-收縮c機(jī)制
而放在大尺度來看，可以看到兩條相鄰的Z線在靠近，肌纖維在收縮變短。
而在宏觀肌肉來看，就是肌肉在變粗變短，如此就完成了肌肉的收縮。
上述過程可逆，當(dāng)收縮的肌肉放松時，肌肉就自然回到原來的長度。
心肌纖維的收縮放松就是在上述類似的粗、細(xì)肌絲的滑行基礎(chǔ)上，無時不刻的進(jìn)行。當(dāng)心肌細(xì)胞上電信號開始傳遞，傳遞到某部位時，該部位的鈣離子開始內(nèi)流，最終引發(fā)該部位的肌纖維收縮。
但是，心肌纖維有一點(diǎn)很特殊，它不像骨骼肌一樣，只在特定刺激下收縮，不刺激就不收縮。心肌纖維需要自動自發(fā)的自我收縮，我們不可能像激活骨骼肌纖維那樣去用意志刻意控制心肌纖維。如果是那樣的話，我們稍微不留神，心肌纖維就不收縮了，我們就可能完蛋了。
實(shí)際上，心肌纖維的收縮是一種自發(fā)性的周期節(jié)律性活動。心肌細(xì)胞可以根據(jù)其功能分為普通心肌細(xì)胞和特殊心肌細(xì)胞。其中，普通心肌細(xì)胞指的就是一般的心房、心室肌；而特殊心肌細(xì)胞，則與心動的自發(fā)節(jié)律性收縮相關(guān)，主要包括竇房結(jié)細(xì)胞和浦肯野纖維，其中，竇房結(jié)最為重要。
現(xiàn)在人們已經(jīng)清楚的知道，竇房結(jié)細(xì)胞是正常心動起搏的起點(diǎn)。也就是說，心臟收縮是以竇房結(jié)部開始逐漸收縮的，并依次傳遞到心房肌和心室肌，如此循環(huán)往復(fù)。
竇房結(jié)是如何控制心臟整體收縮的
從上述描述中，我們看到，竇房結(jié)細(xì)胞仿佛就是一個音樂指揮家，心臟所有的搏動似乎都在聽從它的指揮。實(shí)際情況就是如此。
竇房結(jié)細(xì)胞之所以有如此大的魅力，是因?yàn)楦]房結(jié)細(xì)胞很“拼”。不像普通的心房和心室肌，需要額外的刺激才能進(jìn)行收縮。竇房結(jié)細(xì)胞在細(xì)胞的動作電位的末期，鈣離子可以自發(fā)流入細(xì)胞內(nèi)，引發(fā)電信號，而不需要額外刺激。
當(dāng)然，浦肯野細(xì)胞也可以自發(fā)性發(fā)生電信號，但是竇房結(jié)細(xì)胞是心臟所有細(xì)胞中，電信號發(fā)生頻率最高的。高頻率的電信號，使得心臟的其它潛在競爭者還沒有開始行動，就被達(dá)到的竇房結(jié)電信號所影響。最終，心臟的所有細(xì)胞的收縮只能“聽命”于竇房結(jié)細(xì)胞。
竇房結(jié)的這種行為，雖然霸道，但是可以使得整個心臟能在一個規(guī)律進(jìn)行跳動。而很多有心動異常的朋友，就是因?yàn)楦]房結(jié)的起搏電信號無法蓋過異常部位，最終異常的部位按照自己的節(jié)律進(jìn)行跳到。最終導(dǎo)致，心臟功能的異常。
心臟是人體最重要的器官之一。貌似簡單的心臟跳到是再簡單不過的現(xiàn)象，實(shí)則充滿了復(fù)雜的生理學(xué)機(jī)制。我們從細(xì)胞的電信號機(jī)制，談到了心肌細(xì)胞的收縮機(jī)制，最后以上述2種機(jī)制為基礎(chǔ)，整體來講述了竇房結(jié)在心臟節(jié)律跳動中的“指揮作用”，最終明白“心動”的具體原因。
可能下一次，當(dāng)我們有種“心動的感覺”時，我們對此有著更全面的認(rèn)識。
