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天然起搏器
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天然起搏器（英語：Natural pacemaker）是心臟的天然節律發生器。其核心是能夠自發產生電衝動（即心臟的動作電位）的起搏細胞，這些電衝動控制著心肌的收縮頻率，也就是心率。在大多數人中，這些細胞集中於竇房結中，其作為主要的起搏器，它主導著心臟的竇性心律。
當竇房結受損或心臟傳導系統出現問題時，次級的起搏器可能取而代之。心律失常可導致心臟傳導阻滯，使心臟收縮失去正常節律。這時，可能需要植入人工心臟起搏器來模擬天然起搏器產生電衝動。
控制
竇房結位於右心房上部靠近上腔靜脈入口處，由特化的起搏細胞構成。這些細胞具有最快的心臟自發去極化速率，因此能率先引發心臟的動作電位，並通過心臟傳導系統將電衝動傳至整個心臟[1][2]。它們通過間隙連接與周圍的心肌細胞相連，使局部的去極化得以擴散，確保所有心肌細胞協調同步收縮。竇房結的去極化固有頻率約為每分鐘100次，但受自主神經系統的調節，使成人靜息心率維持在約70次/分[3]。
竇房結的衝動首先會傳至房室結，其細胞自發放電頻率約為40–60次/分，通常作為備用的起搏點[4]。若竇房結與房室結均無法工作，更下位的浦肯野纖維也可維持30–40次/分的動作電位，但傳導效率較低[5]。
動作電位的產生機制
起搏細胞的動作電位生成包含有三個主要階段，其命名與普通心肌細胞的動作電位相似。起搏細胞由於幾乎沒有普通心肌細胞的相位1和2期，所以起搏細胞動作電位僅包含相位0、3和4期[6]。
起搏細胞能夠自主、呈節律性的放電的關鍵在於其具備自發緩慢去極化的能力，無需依賴自主神經支配。在普通細胞中，靜息電位由鉀離子的持續外流維持；但在起搏細胞中，鉀離子外流的通透性會隨時間逐漸降低，同時存在持續的鈉離子內流。這兩種離子濃度的相對變化使細胞內膜的電位逐漸升高（去極化），形成起搏電位。當膜電位達到約-50mV的閾值時，細胞準備進入相位0，觸發動作電位[7]。
起搏細胞的相位0雖然比相位4的去極化速度快，但仍較神經軸突動作電位的快速去極化期緩慢的多。由於竇房結和房室結缺乏快速鈉通道，所以其去極化主要由鈣離子的緩慢內流驅動。當膜電位達到閾值時，電壓門控鈣通道開放，鈣離子內流形成動作電位的快速去極化，使膜電位反轉至約+10mV的峰值。需注意，在非起搏細胞中，細胞內的鈣離子是引發肌肉收縮的效應離子；而在起搏細胞中，相位0依賴於L型鈣通道的激活，而不像非起搏細胞中通過電壓門控快速鈉通道，因此其去極化電位的斜率更為平緩[7]。
在相位0時的膜電位反轉後，鉀離子通道開放，鉀離子迅速外流導致復極化（膜電位的負值增大）。鈣通道在開放後很快失活，同時鈉通道也失活導致鈉離子內流的通透性下降。這些離子濃度的變化使細胞的膜電位逐漸恢復至靜息電位（約-60mV）。此階段的關鍵在於離子泵恢復離子濃度至去極化前的狀態：鈉-鈣交換泵將鈣離子排出細胞，協助細胞鬆弛；鈉-鉀泵通過排出鈉離子、攝入鉀離子，恢復鈉鉀在去極化前的離子梯度。這些離子濃度的重置對細胞的復極化至關重要，確保起搏細胞能夠持續進行自發性的去極化，維持節律性放電[7]。
臨床意義
當竇房結功能喪失或其產生的電衝動在傳導系統中受阻時，心臟下位的傳導組織將發揮代償性的起搏功能（逸搏）。通常房室結首先成為次級起搏中心；若房室結也失效，則浦肯野纖維可作為最後的起搏點繼續維持心室收縮[4][5]。
異位搏動是指位於竇房結以外具有興奮性的心肌細胞引發了心臟的提前搏動。若其持續存在，異位搏動可導致心動過速、心動過緩甚至心室顫動等心律失常[8]，此時常需人工心臟起搏器進行干預。
人工心臟起搏器作為一種植入式的醫療設備，通過電極向心房或心室發放脈衝電流，促使目標心腔規律的收縮泵血，從而完全替代心臟自然起搏與傳導系統的功能，實現對心率的精準調控[9]。
參見
- 心內神經系統（ICNS）
參考資料
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