Kalp Hücreleri ve Elektrik Üretimi

Kalpte yorulmak bilmeden kasılan kas hücrelerinin de elektrik akımı geldiği anda çalışabilecek tasarıma sahip olmaları gereklidir. Kendilerine ulaşan tek bir sinyale bile kayıtsız kalmamalı, dakikada ortalama 72 kez üretilen sinyalin her birine cevap vermelidirler.

Eğer kalbi bir mikroskop altına koyarsanız, bir milyondan fazla hücreyle karşılaşırsınız. Bunların her birinde son derece kompleks biyokimyasal işlemler gerçekleşir. Kalp hücreleri şeker molekülleriyle beslenir ve oksijen yakarlar. Her hücrenin kendine ait pompaları ve kanalları vardır, bağ dokusuyla komşularına bağlanırlar.40

Kalp kası hücreleri de son derece kompleks harikalardır. Uzun ve ince her hücre, kasılma yeteneği olan lif benzeri proteinler ve hücreyi dışarıdan ayıran bir hücre zarı içerir. Hücre zarına gömülü proteinler önemli sinyalleri ya da maddeleri bir taraftan diğerine taşır. Çok küçük pompalar artı ve eksi yüklü iyonları hücre zarından taşır ve hücrenin içinde ve dışında iyonların farklı şekilde yoğunlaşmalarını sağlar. Bu, hücreyi elektrik yükü bakımından "kutupsal" hale getirir ve hücre içiyle, dışı arasında bir voltaj farkı oluşturur. "Zar potansiyeli" denilen bu fark, hücre zarında iyon kanalları olarak bilinen bir kısım proteinlerin kapı gibi işlev görmesini sağlar. Açıldıklarında, iyonlar içeriye akın eder.

Kalp hücreleri, iyon pompaları ve kanallarının hassas etkileşimleri sonucu, hücre zarı boyunca meydana gelen elektriksel ve kimyasal farklılıklar sayesinde kasılırlar. Örneğin kalbin karıncık bölgesindeki bir hücreyi ele alalım. Dinlenme halindeyken her hücrede, zar potansiyeli eksidir, içerisi dışarıya kıyasla daha fazla eksi yüklüdür. Fakat komşu bir hücreden gelen elektriksel uyarı herşeyi hızla değiştirir. Aniden bu fark artar ve sodyum kanalları bir anda açılır. Böylece sodyum iyonları (Na⁺) hızla hücre içine girer. Bu durum kalsiyum kanallarının açılmasını tetikler. Kalsiyum iyonları (Ca⁺²) hücrenin proteinleri etrafında yığıldığında, bunlar kasılır. Bu noktada sodyum ve kalsiyum kanalları kapanır ve iyon pompaları iyonları hücrenin dışına doğru iterek, hücrenin ilk haline dönmesini sağlar. Sağlıklı bir hücrede bu dönüşüm saniyeden daha kısa bir sürede gerçekleşir.

Burada anlatılanlar gerçekte olanların çok genel bir özetidir. Detaylarda gizli çok daha kompleks bir düzen vardır. Çok sayıda koşulun tam bir kusursuzluk içinde biraraya gelmesini gerektiren bu düzen, Yaratıcıya aittir.

Üstte solda kalp hücrelerinin görünümü; sağda ise kalp dokusu görülmektedir. Her kalp hücresi, kalp atışı hareketini başlatan enerjiyi kendisi üretir. Adeta canlı birer pil gibi görev gören kalp hücresi, kanda bolca bulunan iki element vasıtasıyla elektrik üretir: Sodyum ve potasyum. Her iki elementi meydana getiren atomlar sık sık negatif yüklü bir elektron kaybederler, böylece pozitif yüklü hale gelirler. Bu "yüklü" atomlara iyon adı verilir. Kalp hücreleri yüksek oranda potasyum iyonu içerirken, hücrelerin dışındaki sıvı sodyum bakımından zengindir. Hücre zarı sürekli sodyumu kalp kaslarından dışarı ve potasyumu içeri pompalar. Zar, sodyumu, potasyumu içeri alışından daha hızlı pompaladığı için hücrenin dışında bir pozitif yük oluşur. Belirli bir seviyeye ulaşınca, akım aniden tersine döner ve sodyum iyonları hücreye geri girer. Bu ani değişim bir elektrik yükü ateşler ve kalp hücresi büzülerek geri çekilir. 40. Mark Buchanan, "The heart that just won't die", New Scientist, cilt 161, no. 2178, 20 Mart 1999, s. 24