改めて、「心臓」について考えてみよう その2 心臓が収縮する仕組み

 　人間の体の細胞は、細胞膜で覆われています。そして細胞膜は、リン脂質（リン酸＋脂肪酸）の二重の層（「脂質二重層」）です。

細胞膜の構造

細胞の構造　Wikipediaより

　油が水をはじくように、細胞膜の脂肪酸も水をはじきます。その一方で、リン酸は細胞膜の水となじみやすい性質があります。

　こうした構造のため、細胞膜の内側にある「細胞内液」と外側にある「細胞外液（組織液、細胞間液）」では、含まれている成分が異なっています。
　イオンについては、以下のような違いがあります

○細胞内液　カリウム（K+）やリン酸（HPO42-）のイオン
○細胞外液　ナトリウム（Na+）や塩素（Cl-）のイオン

　細胞内液や細胞外液といった水に溶け込んでいるイオンは、通常は細胞膜を通り抜けることはありません。

　ただ、細胞膜には、物質が通り抜けられる経路「チャネル」や、エネルギー（ATP）を使って吸い上げたり送ったりする「ポンプ」があります。

チャネルは「水路」

ポンプはポンプ（そのまんま……）

　ナトリウムイオン(＋)をくみ出す「ナトリウムポンプ」は、カリウムイオン(＋)を細胞に取り込んでいます。ですから、細胞の中はナトリウムイオン濃度が低くて、カリウムイオンが高い状態になっているのです。
　このバランスが、細胞の活動にぴったりなんですね。

　それが、心臓の筋肉が興奮すると、筋肉の細胞（心筋細胞）の細胞膜のナトリウムチャネルとカルシウムチャネルが開きます。そしてナトリウムイオン(＋)は急激に、カルシウムイオン(＋)はゆっくりと、細胞の中に入ってくるのです。

　ナトリウムイオンが流れ込もうとすることで発生するのが「活動電位」。電位については、以下の図と 改めて、「心臓」について考えてみよう　番外編　そもそも「電気」ってなんだろう？ を参照してください。

http://www.max.hi-ho.ne.jp/lylle/denryu5.htmlより

　すると、筋肉の細胞にある「筋小胞体」という器官からカルシウムイオンが放出されて、細胞の中のカルシウムイオン濃度が高まります。

東邦大学メディアネットセンターより

　そしてカルシウムイオンが「トロポニン」というたんぱく質にくっつくと、筋フィラメントが動きます。フィラメント、つまりひも状の物が、互い違いに重なっていた状態から、隙間が小さくきっちりと重なる状態になることで、全体の幅が狭くなっているわけです。これが収縮。

　その後、筋小胞体にカルシウムイオンが取り込まれるとともに、細胞の外にくみ出されることで、細胞内のカルシウムイオン濃度が低下。トロポニンからカルシウムイオンが離れることで、筋フィラメントが元に戻ります。

　まとめましょう！　心臓が収縮するのは、細胞内のカルシウムイオンの濃度が大きく関係しています。
　そして、ナトリウムイオンやカルシウムイオンが細胞膜を通過する際に、活動電位が発生。その様子を図示したものが心電図で、心臓が正常に収縮しているときには以下のような形になります。

看護roo!より

刺激がないとき　細胞膜の外側はやや+、内側がやや－で、内と外の電位差は約－90mVで維持（静止膜電位）

刺激

0相　ナトリウムチャネルが開いてナトリウムイオン（Na+）が細胞の内側に流入

第1相　ナトリウムチャネルが閉じて、わずかにカリウムイオンが細胞の外側に流出

第2相　カルシウムチャネルが開いて、カルシウムイオン（Ca2+）が細胞の内側に流入

第3相　カルシウムチャネルが閉じて、カリウムイオン（Na+）が細胞の外側に流出

第4相　カリウムイオン（Na+）が細胞の外側に流出

■参考資料

東邦大学メディアネットセンター

https://www.mnc.toho-u.ac.jp/v-lab/shinkin/denki/denki-1-1.html

看護roo!

https://www.kango-roo.com/learning/2078/

https://sceltadelmetodo.blogspot.com/2020/12/blog-post.html

『病気がみえるvol.2　循環器』