心跳週期

心跳週期 (The cardiac cycle)
臺北市立華江高級中學生物科黃湘茹老師/國立台灣大學動物學研究所陳俊宏教授責任編輯

一、心跳週期（the cardiac cycle）的神經傳導原理

心跳週期指的是前一次心臟收縮完畢到下一次心臟收縮結束，中間的這段時間。每個週期的開始都由竇房結(Sinoatrial node，簡稱S-A node)的自發性動作電位所引發。竇房結位於右心房後壁，靠近上腔靜脈的入口處，是由一群特殊的心肌纖維所組成，能自主性產生頻率約為每分鐘70個的動作電位（action potential），因此做為整個心臟的節律點（pacemaker）。引發心臟收縮最初的動作電位即由此產生，並迅速地傳向左、右心房，然後經由房室結 (Atrioventricular node，簡稱A-V node)和希氏束（bundle of His）傳入心室。

圖一：心臟動作電位的傳遞系統

動作電位經過房室結後，經由左、右房室束分支（Left and Right bundle branch）以及柏金氏纖維（Purkinje fibers）傳遍左、右心室（請參考圖一）。柏金氏纖維由房室結開始，經過希氏束進入心室。因為它的心肌纖維非常粗大（直徑：35～40μm），比正常的心肌纖維（心室之心肌細胞直徑：10～25μm）還要粗，故其傳導神經衝動的速率非常地快，可達4.0m/s。這樣的特性使得心臟中的神經衝動能快速地傳遍整個心室系統。

圖二：心肌細胞去極化的順序

在動作電位傳導的過程中，科學家由實驗中發現，竇房結發出的神經衝動只需要0.03秒即可通過心房肌肉到達房室結。但是到達房室結之後卻要0.13秒的時間才能自房室結中傳出。這是因為（1）連接心房纖維和房室結纖維的接合纖維（transitional fibers）的纖維直徑較小，造成電阻變大、（2）此處心肌肌間盤（intercalated disk）上的間隙連接（gap junction）數目較少，使得離子通過的時間增加、（3）同時此處的心肌膜電位較一般心肌細胞更為負電性，故達到去極化的時間增長。因為以上三項因素，造成神經衝動經過房室結時，傳導的速率變慢，此現象稱為房室結延遲（A-V nodal delay）。此現象在生理上有重要意義。因為藉著心房和心室之間神經衝動些微的延遲，使得心房能夠在心室收縮前將其中的血液擠到心室中，使心室輸出血量增加。（其實血液自靜脈流回心臟時，有70％的血液是直接流入心室的，心房的收縮只是使剩下20～30％的血液迅速而盡可能地流入心室中。）

二、心跳週期的分期：

心跳週期可分為三期，第一期為心房、心室同時舒張的階段。這個階段因為上一個神經衝動結束，心肌膜電位回復至極化狀態並且舒張。依據波以耳定律（Boyle’s law），壓力與體積成反比，因此這個階段心房與心室容積增加、壓力降低，靜脈血液流入心臟，約有70%的血液直接經由開啟的房室瓣流入心室。第二期，竇房結自主產生新一個動作電位，並且迅速傳遍心房肌肉，引發左、右心房同步收縮，將留滯心房約20~30%的血液擠壓至心室當中。此神經衝動由心房要傳入心室時，因上述房室結延遲（A-V nodal delay）現象，可使心房有較充足的時間可完全收縮。第三期，神經衝動經由左、右房室束分支與柏金氏纖維傳遍左、右心室，使心室肌肉收縮、內部容積減少、壓力增高。心室內的血液有兩處離開的瓣膜，一是先前流入心室前的房室瓣、一是通往動脈的半月瓣。因瓣膜為單向開啟構造，所以當心室內部血壓上升時，會關閉與心房之間的房室瓣，迫使血液經由半月瓣流入肺動脈或主動脈，分別進入肺循環與體循環的路徑。

以上由靜脈血回流、竇房結自主產生動作電位並使得心房、心室先後收縮，將血液泵出心臟、運往全身的週期性收縮、舒張稱之為心跳週期。

參考文獻
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