Điện từ sinh học/Tim ( phần 2 ) 6.3. Nguồn gốc của điện tâm đồ 6.3.1. Dòng điện hoạt động trong tế bào tim Mục 6.2.1 vừa thảo luận về các trường hợp điện xảy ra tại tim ở mức nội bào. Giống như các tín hiệu điện được minh hoạ trong các hình 6.4, 6.5 và 6.7 có thể được ghi lại bởi các siêu điện cực được đặt bên trong một tế bào cơ tim. Tuy nhiên điện tâm đồ (ECG) là một phép ghi thế tĩnh điện được phát ra từ các hoạt động điện của tim trên bề mặt lồng ngực. Hình 6.9 A và B biểu diễn một phần tế bào tim truyền sự khử cực (A) và tái phân cực (B) và như vậy các mặt sóng được truyền qua. Trong hình ảnh minh hoạ này, các mặt sóng di chuyển từ phải qua trái, tức là trục thời gian trỏ về bên phải. Có hai đặc tính quan trọng của tế bào tim chúng ta sẽ áp dụng để phân tích sự phân bố dòng điện và điện thế kết hợp với quá trình truyền sóng. Thứ nhất, các tế bào liên kết với nhau bởi các đường trở kháng nhỏ (các mối nối chỗ hở), kết quả là dòng điện chảy trong môi trường nội mô của một tế bào sẽ chảy tự do sang tế bào tiếp theo. Thứ hai, không gian giữa các tế bào rất hạn chế (theo tính toán là nhỏ hơn 25% tổng thể tích). Kết quả là cả dòng điện nội mô và ngoại mô đều được hạn chế theo hướng song song với quá trình truyền các mặt sóng. Những điều kiện kể trên là chính xác với mô hình vật dẫn bản chất tuyến tính, được giới thiệu trong mục 3.4; nghĩa là cả dòng điện nội mô và ngoại mô chảy theo hướng tuyến tính. Cụ thể là khi sử dụng điều kiện Ii¬ + I ¬o = 0 và phương trình 3.41 Từ phương trình 6.3 chúng ta sẽ nhận được mối liên hệ quan trọng thích hợp với các điều kiện của vật dẫn bản chất tuyến tính như sau: Những phương trình này mô tả các điều kiện bộ chia điện thế và lần đầu tiên được chỉ ra bởi Hodgkin và Rushton (1946). Chú ý là các phương trình này phụ thuộc vào sự đúng đắn của phương trình 3.36. Nói cách khác những phương trình này yêu cầu không có dòng điện ngoài (dòng phân cực) trong vùng đang nghiên cứu. Hình:H6-9.jpg Hình 6.9. Nguồn gốc của điện tâm đồ 6.3.2 Sóng khử cực Chúng ta có thể sử dụng phương trình 6.5 để nghiên cứu quá trình truyền sóng. Sự biến thiên trong giá trị của Vm (x) dễ dàng suy luận từ hình6.9C (đường chấm gạch), bởi vì trong vùng hoạt hóa điện thế thường ổn định ở mức +40mV, trong khi đó điện thế ở vùng nghỉ khoảng -80mV. Vùng chuyển tiếp thường rất hẹp (khoảng 1mm tương ứng với quá trình khử cực khoảng 1ms và vận tốc < 1m/s), như hình vẽ mô tả. Áp dụng phương trình 6.4 cho kết quả trạng thái thế năng ngoại mô được biểu diễn như hình 6.9C (đường nét đậm). Trong hình 6.9, tỉ số ro/ (ro + ri) = 0.5 được chọn dựa trên nền tảng chứng minh thực nghiệm về quá trình truyền dọc treo trục sợi tim. (Kléber and Riegger, 1986). Dòng xuyên màng Im có thể được ước lượng từ Vm(x) trong hình 6.9C bằng cách áp dụng phương trình cáp tổng quát (phương trình 3.45): Dòng điện này được hạn chế trong vùng khử cực. Như được biểu diễn trong hình 6.9A, về phía bên phải đường trục đó là hướng vào trong (mũi tên dày), và ở phía bên trái là hướng ra ngoài (mũi tên mỏng). Phần hướng vào trong tương ứng với dòng Na vào, được hoạt hóa bởi sự tăng nhanh, đột biến tính thấm của Na. Dòng ra là dòng cục bộ khử cực ban đầu các mô nghỉ và đang tiến dần về bên trái (trong hướng lan truyền ). Chiều hướng của dòng xuyên màng gần đúng như hình 6.9E khi sử dụng phương trình 6.6. Khảo sát thế năng ngoại mô Φo cho kết quả giống nhau ngoại trừ sự thay đổi nhanh ngang qua mặt sóng. Như vậy sự thay đổi từ dương sang âm là sự thay đổi được dự đoán ở nguồn lớp kép nơi mà hướng lưỡng cực từ phải sang trái (thay đổi từ âm sang dương được giải thích như trong mục 11.2). Do đó chúng ta có thể kết luận rằng: đối với sự khử cực (hoạt hóa) của mô tim, một lớp kép xuất hiện ở mặt sóng với định hướng lưỡng cực theo hướng lan truyền. Lớp kép này có thể gần đúng như một nguồn tỷ lệ thuận với dòng xuyên màng – được đánh giá bởi một nguồn điểm âm tổng hợp (phía bên phải) và nột nguồn điểm dương tổng hợp (phía bên trái). Hai nguồn này được đặt cùng nhau tạo thành một lưỡng cực theo hướng lan truyền (hướng bên trái). Kết quả, phía tích điện dương của một lớp kép đang trỏ tới điện cực ghi phía bên trái sẽ tạo ra một tín hiệu ECG dương (hình 6.9G). 6.3.3 Sóng tái phân cực Về mặt nguồn gốc, bản chất của sóng tái phân cực khác với sóng khử cực. Không giống như sự phân cực, sự tái phân cực không phải là một hiện tượng lan truyền. Nếu chúng ta xem xét vị trí của các tế bào tái phân cực tại những thời điểm liên tiếp nhau thì sự tái phân cực có thể gần đúng với hiện tượng sóng tiếp diễn. Như đã trình bày ở phần trước, khi một tế bào khử cực, tiếp sau đó các tế bào khác gần nó khử cực và sinh ra điện trường hoạt hóa hiện tượng khử cực. Theo cách này, quá trình khử cực tiếp diễn giống như sự lan truyền sóng bên trong mô tim. Quá trình tái phân cực trong một tế bào xảy ra do xung hoạt động chỉ có một khoảng thời gian nhất định; vì vậy tế bào tái phân cực tại một thời điểm nào đó sau quá trình khử cực, chứ không phải do sự tái phân cực của một tế bào gần đó. Nếu xung hoạt động của tất cả các tế bào là các khoảng thời gian bằng nhau thì sự tái phân cực sẽ theo chiều hướng nối tiếp nhau như sự khử cực. Tuy nhiên, trong thực tế, đây không phải trường hợp ở trong cơ tâm thất. Các xung hoạt động của các tế bào thượng tâm vị (trên bề mặt phía bên ngoài) ngắn hơn các xung của tế bào màng trong tim (trên bề mặt phía trong). Bởi vậy đường đẳng thời của các tế bào tái phân cực tiếp diễn từ lá tạng màng ngoài tim đến màng trong tim, dẫn đến ảo tưởng rằng sự tái phân cực tiếp diễn giống như sóng truyền từ lá tạng màng ngoài tim đến màng trong tim. Nếu hình dạng các xung hoạt động của tim giống nhau, sau quá trình khử cực từ phải qua trái thì quá trình khôi phục (tái phân cực) cũng tiếp diễn từ phải qua trái. Trường hợp này được mô tả trong hình 6.9B được lý tưởng hóa cao, tại đó các tế bào hoạt hóa sớm nhất cần phải khôi phục đầu tiên. Quá trình khôi phục các tế bào tim tương đối chậm, cần đến 100 ms (so với thời gian cần thiết để hoạt hóa hoàn toàn – xấp xỉ 1ms). Vì lí do này, trong hình 6.9B chúng ta mô tả khoảng thời gian khôi phục rộng hơn nhiều khoảng thời gian hoạt hóa. Cực tính của Vm(x) giảm từ giá trị ổn định +40mV ở phía bên trái xuống giá trị nghỉ -80mV ở phía bên phải (hình 6.9D đường chấm gạch). Một lần nữa phương trình 6.5 được áp dụng trong trường hợp này để biểu diễn thế năng ngoại bào Φo (đường nét đậm) tăng từ âm sang dương. Và nó trải ra trên một vùng cơ tim khá rộng. (trong thực tế nếu sự hoạt hóa chiếm 1mm, tiếp đó sự khôi phục chiếm 100mm thì mối quan hệ được thừa nhận trong hình 6.9B, bởi vì trên thực tế nó bao gồm toàn bộ tim). Dòng xuyên màng Im có thể được suy ra từ Vm(x) trong hình 6.9D bằng cách áp dụng phương trình 6.6. Được biểu diễn như hình 6.9B, về phía bên phải đường trục đó là hướng ra ngoài (mũi tên dày), và ở phía bên trái là hướng vào trong (mũi tên mỏng). Phần hướng ra ngoài tương ứng với dòng K ra, dựa trên sự tăng nhanh tính thấm của K. Dòng vào là dòng cục bộ. Chiều hướng của dòng xuyên màng trong suốt quá trình tái phân cực gần đúng như hình 6.9F. Vì vậy, trong suốt quá trình tái phân cực, một lớp kép được hình thành giống như lớp kép được quan sát trong quá trình khử cực. Tuy nhiên, lớp kép trong quá trình tái phân cực có chiều ngược với chiều lớp kép trong quá trình khử cực. Do đó mặt âm của lớp kép trỏ tới điện cực ghi, kết quả là tín hiệu (ECG) âm được ghi (hình 6.9H). Trong cơ tim thật, vì khoảng thời gian thế năng hoạt động tại lá tạng mặt ngoài tim thực sự ngắn hơn ở màng trong tim, pha khôi phục xuất hiện và dịch chuyển từ màng ngoài tim đến màng trong tim ngược với quá trình hoạt hóa (ngược hướng như ví dụ trên).Hệ quả là lưỡng cực khôi phục cùng hướng với lưỡng cực hoạt hóa (ngược lại so với hình 6.9B). Do lưỡng cực khôi phục và hoạt hóa cùng hướng nên ta có thể giải thích rằng tín hiệu ECG khôi phục và hoạt hóa là cùng chiều. . Điện từ sinh học/Tim ( phần 2 ) 6.3. Nguồn gốc của điện tâm đồ 6.3.1. Dòng điện hoạt động trong tế bào tim Mục 6 .2. 1 vừa thảo luận về các trường hợp điện xảy ra tại tim. thế tĩnh điện được phát ra từ các hoạt động điện của tim trên bề mặt lồng ngực. Hình 6.9 A và B biểu diễn một phần tế bào tim truyền sự khử cực (A) và tái phân cực (B) và như vậy các mặt sóng. biến thiên trong giá trị của Vm (x) dễ dàng suy luận từ hình6.9C ( ường chấm gạch), bởi vì trong vùng hoạt hóa điện thế thường ổn định ở mức +40mV, trong khi đó điện thế ở vùng nghỉ khoảng -80mV.