Lihassolun elektrinen stimuloitumnen. Yhteenvetoa sähköisestä stimulaatiosta hermossa ja lihaksessa.

Lihassolu ja elektrinen stimuloituminen

STUK Sähkömagneettiset kentät sivu 175.

Lihasten stimuloituminen

Lihasten stimuloituminen ulkoisen sähkökentän vaikutuksesta aiheutuu useimmiten epäsuorasti hermojen stimuloitumisesta.

Sydämen sähköinen toiminta voi kuitenkin häiriintyä suoraan sydänlihakseen vaikuttavan sähkökentän johdosta.

Alle 200 Hz taajuuksilla sydämen stimuloitumistaso on jonkin verran suurempi kuin hermokudoksen stimuloitumistaso (kuva 4.16).

Sydämeen kohdistuvan virrantiheyden ylittäessä 50 Hz taajuudella noin 2 A/m2

(huippuarvo) voi ilmaantua lisälyöntejä, yli 5 A/m2 (huippuarvo) virrantiheydellä sydän voi mennä hengenvaaralliseen kammiovärinätilaan.

Sähkötapaturmissa vaarana on hengitystä säätelevien lihasten lamaantuminen ja hermojen vaurioituminen elektroporaation johdosta. Myös lämpövauriot voivat olla vaarallisia. Sydänlihaksen, kuten ilmeisesti muidenkin

lihasten solukalvo on huomattavasti hitaampi stimuloitumaan kuin hermokudos. Sydänlihaksella rajataajuus on noin 200 Hz

(300–4 000 Hz hermokudoksessa) ja

stimulaatioaikavakio suorakulmaisella pulssilla noin 3 ms (0,1–0,4 ms hermokudoksella).

Sydän ei siis ole yhtä herkkä stimulaatiolle kuin hermosto silloin, kun indusoituneen sähkökenttäpulssin kesto on alle 3 ms, tai taajuus on yli 100 Hz. Alle 10 Hz taajuuksilla sydänlihaksen stimuloitumiskynnys nousee hieman (kuva 4.16).

Ilmiö on havaittu myös hermosoluilla. Se johtuu siitä, että solukalvo ehtii

adaptoitua hyvin hitaasti nousevaan ärsykkeeseen, jolloin depolarisaatiokynnys nousee hieman.

Yhteenveto sähköisestä stimulaatiosta

Yhteenvetona sähköisen stimulaation keskeisimmät piirteet:

• Kudoksiin indusoitunut sähkökenttä ja sähkövirrat aiheuttavat pitkissä

hermo- ja lihassoluissa suuria varauksia solukalvolle.

• Varaukset muuttavat solukalvon jännitettä ja vastaavasti kalvon yli vai-

kuttavaa sähkökenttää.

• Solukalvolla oleviin ionikanaviin kohdistuvat sähköstaattiset voimat

muuttuvat, minkä seurauksena ionikanavia muodostavissa proteiineis-

sa tapahtuu muodonmuutoksia.

• Stimulaatiokynnyksen ylittävä depolarisoiva jännitemuutos avaa natriumkanavat, minkä seurauksena solukalvon eristys pettää ja solun sisäosien jännite depolarisoituu positiiviseksi.

• Hermosoluilla depolarisaatio kestää paikallisesti noin millisekunnin,

minkä jälkeen stimuloitunut kalvo palautuu lepotilaan, mutta samanaikaisesti viereiset kalvoalueet alkavat depolarisoitua solukalvon suuntaisten virtojen vaikutuksesta.

• Hitaasti muuttuvilla aaltomuodoilla stimulaatiokynnys määräytyy hetkellisestä sähkökentän huippuarvosta eikä riipu pulssimuodosta.

• Nopeasti muuttuvilla aaltomuodoilla solukalvo toimii epälineaarisena integraattorina ja stimulaatiokynnys määräytyy pulssin energiasta, mutta myös aaltomuoto vaikuttaa.

• Hermosolujen stimulaatiokynnys on pienimmillään noin 3 V/m (huip-

puarvo) tai 0,6 A/m2 (huippuarvo)

Kommentti:

Netiltä löytyy yksinkertaistettu kuva lihassyystä lepotilassaan ( 3.1.), lihassolun pintakalvon jonikanavista lepopotentiaalissa ja aktiopotentiaalissa (3.2.) ja käyrä (3.3.) aktiopotentiaalista. Tässä kuva 3.2. kuvaa lihassolukalvoa. ( Myelinisoidussa  hermojatkeessa (aksonissa) on plasmakalvon päällä lisäksi  kerrostuneen myeliiniin aksoja ja aksonin kalvo näkyy vain paikoitelllen Ranvierin solmujen kohdassa).. 

http://www.elektronik-kompendium.de/public/schaerer/emg1.htm