מערכת ההפעלה וההולכה החשמלית של הלב

הפעלה אוטומטית

לרבים מתאי שריר הלב יכולת עצמית ליצירת דחפים עצביים. תכונה זו בולטת במיוחד בתאים המרכיבים את מערכת ההפעלה וההולכה החשמלית של הלב. לתא שריר לב מתח מנוחה של 85- עד 95- מיליוולט. שינוי במתח המנוחה למתח פעולה פותח תעלות יונים בקרום התא ומאפשר כניסת יוני סידן המאפשרים את תחילת תהליך ההתכווצות של סיבוני השריר של התא. לאחר הפעלת תא שריר לב על ידי דחף עצבי ונסיקת מתח קרום התא לערך של 20+ מיליוולט, נשמר המתח החיובי למשך שתיים עד שלוש עשיריות השנייה. להבדיל משריר שלד רגיל החוזר למתח המנוחה שלו מיד לאחר הגעת הדחף העצבי, שריר לב נשאר מכווץ לפרק זמן הארוך פי 3 עד פי 15 משריר שלד. בקרומם של תאי שריר לב כמו גם בקרומם של תאי שריר שלד, נמצאות תעלות ליוני נתרן הנפתחות במהירות ומאפשרות כניסת יוני נתרן בעלי מטען חיובי הגורמים לנסיקה במתח קרום התא. תעלות אלו גם נסגרות במהירות והשפעתן חולפת תוך שבריר שנייה. מספר הבדלים בין תפקוד קרום תא שריר לב לבין תפקוד קרום תא שריר שלד אחראים על שהותו הממושכת של קרום תא שריר לב במתח פעולה. בקרומם של תאי שריר לב נמצאות תעלות סידן-נתרן הנפתחות בקצב איטי יותר מתעלות הנתרן ונשארות פתוחות במשך מספר עשיריות שנייה. יוני סידן הנושאים מטען חיובי נכנסים לתא ומשמרים את מתח הפעולה החיובי על הקרום וכן מסייעים בתהליך התכווצות סיבוני השריר. תכונה מיוחדת נוספת בקרום תא שריר לב מופעל היא ירידה בחדירות קרום התא ליוני אשלגן. יציאת יוני אשלגן בעלי מטען חיובי מהתא מחזירה את מתח הקרום לרמתו השלילית, לרמת מתח מנוחה. הירידה בשטף יוני אשלגן אל מחוץ לתא מאריכה את זמן החזרה למתח מנוחה ומשמרת את מתח הפעולה החיובי למשך זמן ארוך יותר.
תאי שריר לב מתמחים בקשר הגת והפרוזדור נוחים יותר להפעלה מתאי שריר לב רגילים. מתח המנוחה שלהם הוא 55- מיליוולט בלבד. ערך הקרוב יותר לערך של סף ההפעלה של התא, 40- מיליוולט. ברמת מתח המנוחה של שריר תא לב בקשר הגת והפרוזדור, תעלות הנתרן המהירות נשארות סגורות ולא משחקות תפקיד בפעילות קרום התא. חדירות הקרום ליוני נתרן גבוהה יחסית, והללו נכנסים לתא וגורמים לנסיקה איטית במתח התא. ברגע הגעת המתח לסף ההפעלה, נפתחות תעלות הסידן-נתרן וקצב הנסיקה גובר ליצירת שיא במתח הקרום. לאחר עשירית שנייה עד עשירית שנייה וחצי נסגרות תעלות הסידן-נתרן. באותו הזמן נפתחות תעלות אשלגן רבות ומאפשרות ליונים בעלי מטען חיובי לצאת מהתא ולמתח לרדת בחזרה למתח המנוחה. זמן פתיחת תעלות האשלגן קצוב גם הוא והן נסגרות לאחר מספר עשיריות שנייה. יוני נתרן חודרים לתא באיטיות ושוב גורמים לנסיקה איטית במתח התא ולתחילתו של מחזור נוסף של הפעלה אוטומטית של תא השריר.
פעולה מחזורית זו מתרחשת באופן אוטומטי בקשר הגת והפרוזדור בקצב של 80-70 פעמים בדקה. חלקים נוספים בשריר הלב מסוגלים ליצור בעצמם דחפים עצביים, בעיקר חלקים אחרים של מערכת ההולכה החשמלית. התאים בקשר הפרוזדור והחדר יכולים ליצור דחפים בקצב של 60-40 פעמים בדקה והתאים בסיבי פורקינייה יכולים לייצר דחפים בקצב של 40-15 פעמים בדקה. מכיוון שלאחר כל שיא פעולה קיים זמן קצר של התאוששות, הקצב המהיר יותר של קשר הגת והפרוזדור הוא הקצב הדומיננטי בשריר הלב. במצבי מחלה מסוימים, כגון הפרעות קצב, באים לידי ביטוי גם קצבי הפעלה שאינם של קשר הגת והפרוזדור.

הולכה חשמלית

תאי שריר הלב משולבים ביניהם ומחוברים זה לזה. אזורי החיבור בין תאי שריר הלב נראים כדיסקים המוכנסים (discus intercalaris; discus intercalatus) ביניהם. חיבורי התאים מאפשרים מעבר חופשי של יונים ומכאן מעבר חופשי של דחף פעולה מתא שריר אחד לשכנו. בפועל, הפעלה של תא שריר לב תגרום להפעלה של כל תאי שריר הלב המחוברים אליו. שכבת רקמת חיבור המבודדת בין פרוזדורי הלב לחדריו, יוצרת מבחינת מעבר דחף עצבי בין תאי שריר לב, שתי מערכות הפועלות כל אחת בתיאום פנימי ובנפרד מהשנייה, מערכת אחת של הפרוזדורים ומערכת נוספת של החדרים.
כאשר נוצר דחף עצבי בקשר הגת והפרוזדור, הוא מתחיל להתפשט בשריר הלב המרכיב את הפרוזדורים בקצב של 0.3 מטרים לשנייה. חלק מתאי שריר הלב מתמחים בהעברת הדחף העצבי במהירות גדולה יותר. כמו יתר התאים המרכיבים את מערכת ההולכה החשמלית של הלב, הם מכילים כמות זעירה של סיבוני שריר ולכן הם אינם מתכווצים. תאים אלו בפרוזדורים גדולים יותר מתאי שריר לב רגילים וכן מעבר היונים בחיבוריהם זה לזה חופשי יותר. אלומה אחת של תאי הולכה חשמלית מובילה את הדחף העצבי לפרוזדור השמאלי במהירות של 1 מטר לשנייה. שלוש אלומות נוספות מובילות את הדחף העצבי במהירות לקשר הפרוזדור והחדר.
בשלב זה של ההולכה החשמלית, מכוונת המערכת להאטת מעבר הדחף העצבי לחדרי הלב. ההשהיה מאפשרת את מלוא כיווצם של הפרוזדורים ודחיפת הדם לחדרים, כדי שהחדרים יהיו מלאים בדם ככל האפשר לפני התכווצות שריר הלב של החדרים. התאים המרכיבים את חיבור האלומות לקשר הפרוזדור והחדר ואת המשכה של מערכת ההולכה החשמלית עד לאלומת הפרוזדור והחדר קטנים יותר מתאי שריר לב רגילים ומעבר היונים בחיבוריהם חופשי פחות. בנוסף, מתח המנוחה שלהם פחות שלילי משל תאי שריר לב אחרים, כך שהכוח החשמלי המניע את היונים מתא לתא חלש יותר. חלק זה של מערכת ההולכה מאפשר את מעברו של הדחף העצבי דרך רקמת החיבור המפרידה בין הפרוזדורים לחדרים, אך במהירות איטית הרבה יותר משל שריר לב רגיל, בין 0.05 מטר לשנייה ל-0.02 מטר לשנייה. בטרם הגיעו לחדרי הלב, מעוכב הדחף העצבי למשך כ-0.13 שנייה. פרק זמן זה, הנוסף לזמן הגעתו של הדחף העצבי מקשר הגת והפרוזדור לקשר הפרוזדור והחדר, כ-0.03 שנייה, מסתכם בהפרש של כ-0.16 שנייה בין תחילת כיווצו של שריר הלב בפרוזדורים לבין הגעת הדחף העצבי לחדרים.
אלומות תאי שריר מתמחים בחדרים וסיבי פורקינייה המרכיבים את מערכת ההולכה החשמלית בחדרי הלב, בנויים להנעת הדחף העצבי במהירות גבוהה, של כ־4-1.5 מטרים לשנייה. מהירות זו מאפשרת כיווץ כמעט מיידי של תאי שריר הלב בחדרים. תוך כ-0.03 שנייה מגיע הדחף העצבי עד לקצוות מערכת ההולכה החשמלית בכל אזורי שריר הלב של החדרים. תוך פרק זמן דומה נע הדחף העצבי דרך תאי שריר הלב הרגילים וגורם לכיווצם. מערכת ההולכה החשמלית מתזמנת את כיווץ החדרים מחוד הלב תחילה ובהמשך לכיוון מסתמי הכיסים ופתחי יציאת הדם מהלב.

שליטה אוטונומית בקצב הלב

מערכת העצבים האוטונומית שולטת על קצב הלב דרך שני חלקיה, המערכת הסימפתטית המעצבבת את כל חלקי הלב ובעיקר את שריר הלב של חדרי הלב והמערכת הפאראסימפתטית דרך העצב התועה המעצבבת בעיקר את קשר הגת והפרוזדור ואת קשר הפרוזדור והחדר ופחות את יתר חלקי הלב.
המערכת הסימפתטית משחררת נוירוטרנסמיטר בשם נוראדרנלין שככל הנראה מעלה את חדירות קרום תאי מערכת ההולכה החשמלית לנתרן ולסידן. השינוי גורם למתח מנוחה פחות שלילי בתאי קשר הגת והפרוזדור ולנסיקה מהירה יותר במתח שלהם. התוצאה היא עליה בקצב ההפעלה הנוצר בקשר הגת והפרוזדור. אותם שינויים מאפשרים לדחף העצבי לעבור מהר יותר מהפרוזדורים לחדרים דרך קשר הפרוזדור והחדר ודרך אלומת הפרוזדור והחדר. תאי שריר הלב כולם קלים יותר להפעלה ובהשפעת נוראדרנלין כיווצם חזק יותר. גירוי סימפתטי חזק יכול להעלות את קצב הלב לשיעור של 200-180 פעימות לדקה ואף יותר מזה באנשים צעירים, ולהכפיל את תפוקת הלב.
המערכת הפאראסימפתטית משחררת נוירוטרנסמיטר בשם אצטילכולין המעלה את חדירות קרומי התאים לאשלגן. זליגת אשלגן מהירה אל מחוץ לתאים מעלה את שליליות מתח המנוחה ומעלה את הזמן שלוקח למתח על הקרום לנסוק עד לסף ההפעלה. שינוי זה מאט את קצב ההפעלה בקשר הגת והפרוזדור ומאט את מעבר הדחף העצבי דרך קשר הפרוזדור והחדר. גירוי פאראסימפתטי חזק יכול להאט את קצב הלב למחצית מקצבו הרגיל ואף לחסום לחלוטין את מעבר הדחף העצבי לחדרי הלב. במקרה והדחף העצבי לא עובר לחדרי הלב, בחלוף 20-5 שניות, יתחילו תאי מערכת ההולכה המרכיבים את סיבי פורקינייה לפעול אוטומטית ולהפעיל את שריר הלב בחדרים בקצב של 40-15 פעימות בדקה.