為何心臟會自行跳動?

心臟之所以能夠反覆而規則地跳動, 乃是因為構成心臟的無數 "心肌細胞" 能夠協調一致地, 反覆而規則地收縮和舒張 ...... 而心肌細胞之所以能夠反覆而規則地收縮和舒張, 則是因為在 "心臟神經傳導系統" 的控制和刺激下, 反覆發生"細胞膜電位" 的改變 ......

質言之, 心臟的神經傳導系統, 係屬於所謂"自律神經系統" (或曰: 自主神經系統) 的一環. 顧名思義, 自律神經系統是不經由大腦意識來控制, 自主運作的神經系統, 它們負責控制和協調全身大大小小各種內臟器官的運作. 例如, 我們能夠經由意識, 來控制手腳肌肉的活動, 但卻無法 (也不需要) 經由意識, 來控制腸胃道的蠕動和消化; 此乃因為, 前者是經由 "運動神經" 來控制, 後者卻是經由 "自律神經" 來控制之故.

心臟的神經傳導系統, 其源頭是位於右心房的 "節律點" -- 這是一群特異化的心肌細胞, 它們能夠週期性地發出神經電子訊號. 此一訊號一旦發出, 則除了刺激右心房本身的心肌細胞, 同時沿著神經向左傳遞至左心房以外, 最主要的, 是會沿著神經向下傳遞至位於心房和心室之間的 "房室竇". 之後, 則兵分兩路, 繼續沿著 "左束支" 和 "右束支" 兩條神經, 分別傳遞至左心室和右心室. 再之後, 訊號會沿著密如蛛網的無數神經纖維, 傳遞至每一個心肌細胞.

心肌細胞和人體所有細胞, 都有所謂的 "細胞膜電位". 易言之, 在休息狀態下 (亦即未受神經訊號刺激的狀態下), 若以細胞膜外側電位為 0 mV, 則細胞膜內側電位約為 -70 mV.


細胞膜電位的形成, 係由於細胞膜內外電解質濃度的差異 -- 在休息狀態下, 細胞膜外的鈉離子濃度約 150 mM/L, 細胞膜內的鈉離子濃度約 15 mM/L; 細胞膜外的鉀離子濃度約 5 mM/L, 細胞膜內的鉀離子濃度約 150 mM/L (鈉/鉀離子皆帶正電).


鈉/鉀離子都很容易通過細胞膜來擴散, 照理說, 它們各自在細胞內外的濃度應相等. 因此, 細胞必須不斷耗費能量, 以便將鈉離子運出胞外, 將鉀離子運入胞內, 才能維持電解質濃度的差異, 進而維持所需要的休息電位.


所謂 "鈉離子平衡電位", 是指當鈉離子在細胞內外的濃度相等時的細胞膜電位, 約為 +60 mV; 同理, "鉀離子平衡電位" 約為 -90 mV.


當心肌細胞接收到神經訊號的刺激, 首先會打開細胞膜上的鈉離子通道, 於是鈉離子遂由高濃度的胞外, 迅速流入到低濃度的胞內, 細胞膜電位遂由 -70 mV 開始上升, 趨向鈉離子的平衡電位 +60 mV ...... 但是, 當細胞膜電位上升到 +30mV 左右時, 將會打開細胞膜上的鉀離子通道. 於是鉀離子遂由高濃度的胞內, 迅速流出到低濃度的胞外, 細胞膜電位遂開始回降, 趨向鉀離子的平衡電位 -90 mV ...... 最後, 在前述的休息電位 -70mV 取得平衡 ......

在上述過程中, 前半段稱之為心肌細胞的 "去極化", 後半段則稱之為心肌細胞的 "再極化" ...... 在去極化的過程中, 將會刺激到心肌細胞的 "肌動纖維", 使其相對於 "肌凝纖維" 產生滑動. 於是, 心肌細胞隨之縮短, 而由無數心肌細胞所組成的心臟肌肉, 自然就表現出 "收縮" 的狀態 ...... 而在再極化的過程中, 隨著神經刺激的消失, 以及隨著細胞膜電位恢復到休息電位, 則肌動纖維亦滑動恢復到原來的位置. 於是, 心臟肌肉自然也就 "舒張" 恢復到原來的長度 ......

以上簡答, 已省略教科書上的絕大部份細節, 希望足以滿足發問人對於專業的要求. 如有不足, 敬請補充發問之!

亦會自行停頓，這就是生命

心臟如同引擎或發電機，它有一組節律細胞會自行放電，當心肌細胞受到刺激後，立即開始收縮、跳動，以確保血液在體內不斷流動，每個器官及組織都能獲得足夠氧氣及營養供應。