人體生理實驗 心臟的動作電位

<本內容參考Backyard Brains教學資源，轉載請註明出處>

我們的心臟，日復一日地不懈地工作着，為身體提供著血液和氧氣。你或許不曉得，就像神經元和肌肉一樣，心臟也是透過電訊號來運作的。心臟由四個腔室所組成，上方的兩個稱為「心房」，下方的兩個則為「心室」。這些有節奏性的電訊號源自於右心房，它是心臟的節律點，然後這些訊號會傳遍整個心臟，引發心肌收縮，從而將血液泵入整個循環系統

這些電訊號是由位於腦部延髓的心血管中樞所調控的。延髓位於大腦與脊髓之間，負責掌控呼吸、心率、血壓等基本生理功能。有趣的是，即使沒有延髓的指令，心臟仍然會持續跳動，但延髓能夠決定此時是否需要調節心率，例如在運動時或是腎上腺素釋放時(通常與情緒有關，例如恐懼、興奮或緊張時)。心血管中樞會向心臟發送訊號，改變心跳速率和收縮強度

我們所記錄的這些訊號被稱為心電圖，也常被簡稱為ECG或EKG。它是衡量心臟不同部位按受控序列收縮所產生的協調性「電波」。由於心臟是由專門的肌肉細胞組成，這些肌肉細胞會產生動作電位以引發收縮，因此我們可以用與測量骨骼肌收縮相似的方法來測量它們。但是，心肌細胞的動作電位持續時間為200ms，比起神經元(1ms)和骨骼肌細胞(3ms)要慢得多。此外，神經元和骨骼肌細胞的動作電位尖峰以每秒的頻率(Hz)來衡量，但心肌細胞的尖峰則以每分鐘的心跳數(bpm)來衡量。心肌細胞的動作電位也是通過Na⁺和K⁺進行傳導，但是K⁺通道需要更長的時間才能打開，這導致了動作電位的持續時間更長

心臟內含有特化的心肌細胞，被稱為「節律點」(請參閱上方圖片)，它們能夠自發地產生節奏性的動作電位，從而掌控心臟的運作。這些節律點以一定的節奏引發其他心肌細胞，按照特定的順序收縮(首先是心房，然後是心室)。這就解釋了為何心臟能夠在沒有神經訊號的情況下自發跳動。這些節律點至關重要，因為它們能夠引發心臟其他部位以同步的方式收縮。如果心肌細胞無序地放電和收縮，就會產生「顫動」，這可能會對生命造成危險。

可以想像成體育場上的波浪舞，許多人必須精確協調才能產生漂亮的波浪。同樣的原理也適用於心臟的收縮

我們可透過「人體電訊號盒」觀察心肌細胞的協調收縮，正常心臟收縮所呈現的獨特電訊號波形，包含廣為人知的經典P波、QRS複合波和T波，在醫學相關電視劇中常被描繪，已成為文化象徵。要清楚觀察這些波形，關鍵在於電極放置的位置。讓我們嘗試一下！

實驗設備與材料

• 人體電訊號盒or心與腦電訊號盒
• 手機、電腦或平板，需安裝Spike Recorder軟體)

(亦可使用PASCO PS-3236無線EKG感應器，設備與軟體操作方式請另外參考操作手冊)

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