กลไกไฟฟ้าเคมี

กล้ามเนื้อหัวใจมีลักษณะและคุณสมบัติเฉพาะคล้ายกับเซลล์ประสาทและกล้ามเนื้อลายบางประการ ลักษณะที่คล้ายเซลล์ประสาทคือ เซลล์กล้ามเนื้อหัวใจหนึ่งมีศักยะเยื่อ (membrane potential) เป็นลบขณะพัก การกระตุ้นเหนือค่าขีดเริ่มเปลี่ยนชักนำให้ช่องไอออนแบบควบคุมด้วยความต่างศักย์ไฟฟ้า (voltage-gated) เปิดออก แล้วแคตไอออนจะเข้ามาในเซลล์ ไอออนประจุบวกเข้าสู่เซลล์ทำให้เกิดลักษณะดีโพลาไรเซชันของศักยะงาน ลักษณะที่คล้ายกล้ามเนื้อลายคือ ดีโพลาไรเซชันทำให้ช่องไอออนแบบควบคุมด้วยความต่างศักย์ไฟฟ้าเปิดออกและ Ca2+ ถูกปล่อยออกมาจากทีทิวบูล (t-tubule) การไหลเข้าของแคลเซียมทำให้มีการปล่อยแคลเซียมที่อาศัยแคลเซียมชักนำ (calcium-induced calcium release) จากซาร์โคพลาสมิกเรติคิวลัม และ Ca2+ อิสระทำให้กล้ามเนื้อหดตัว หลังการหน่วงระยะหนึ่ง ช่องโพแทสเซียมจะเปิดออกอีกครั้งและการไหลออกจากเซลล์ของ K+ ทำให้เกิดรีโพลาไรเซชัน (repolarization) กลับสู่สภาวะพัก

สังเกตว่ามีข้อแตกต่างทางสรีรวิทยาสำคัญระหว่างเซลล์โนดและเซลล์หัวใจห้องล่าง ความแตกต่างเฉพาะในช่องไอออนและกลไกของโพลาไรเซชันทำให้เซลล์เอสเอโนดมีคุณสมบัติเฉพาะ ที่สำคัญที่สุด ดีโพลาไรเซชันพร้อมกันจำเป็นต่อกิจกรรมตัวคุมจังหวะหัวใจของเอสเอโนด

ข้อกำหนดการสูบฉีดอย่างมีประสิทธิภาพ

เพื่อให้ประสิทธิภาพการหดตัวและปริมาตรเลือดส่งออกจากหัวใจต่อนาทีสูงสุด ระบบการนำไฟฟ้าหัวใจต้องมี

• การหน่วงจากหัวใจห้องบนสู่หัวใจห้องล่างอย่างเพียงพอ เพื่อให้หัวใจห้องบนบีบเลือดลงสู่หัวใจห้องล่างให้หมด การหดตัวพร้อมกันจะทำให้การเติมเลือดนี้ไม่มีประสิทธิภาพและการไหลย้อนกลับ ในการนำไฟฟ้า หัวใจห้องบนจะถูกแยกจากหัวใจห้องล่าง โดยเชื่อมกันเฉพาะผ่านเอวีโนดซึ่งหน่วงสัญญาณเป็นเวลาสั้น ๆ
• การหดตัวพร้อมกันของเซลล์หัวใจห้องล่าง หัวใจห้องล่างต้องเพิ่มความดันช่วงหัวใจบีบตัวให้มากที่สุดเพื่อดันเลือดผ่านระบบไหลเวียนโลหิต
  • การหดตัวของหัวใจห้องล่างเริ่มจากปลายหัวใจ แล้วค่อย ๆ ไล่ขึ้นบนเพื่อขับเลือดออกสู่หลอดเลือดแดงใหญ่ การหดตัวซึ่งบีบเลือดสู่ทางออกจะมีประสิทธิภาพกว่าการบีบตัวจากทุกทิศทาง แม้ว่าสิ่งเร้าหัวใจห้องล่างจะกำเนิดจากเอวีโนดในผนังกั้นหัวใจห้องบนกับหัวใจห้องล่าง ก็จะมีบันเดิลออฟฮิสนำสัญญาณไปยังปลายหัวใจก่อน
  • ดีโพลาไรเซชันแผ่ไปทั่วทั้งกล้ามเนื้อหัวใจอย่างรวดเร็ว เซลล์หัวใจห้องล่างหดตัวแทบพร้อมกัน
  • ศักยะงานของกล้ามเนื้อหัวใจคงอยู่นานกว่าปกติ ซึ่งป้องกันการคลายตัวก่อนจังหวะ โดยรักษาการหดตัวเริ่มแรกกระทั่งกล้ามเนื้อหัวใจทั้งหมดมีเวลาดีโพลาไรซ์และหดตัว
• การไม่มีการชักเกร็ง หลังหดตัว หัวใจต้องคลายตัวเพื่อเติมเลือดอีกครั้ง การหดตัวค้างของหัวใจโดยไม่มีการคลายตัวร้ายแรงถึงชีวิต และป้องกันได้โดยการทำให้บางช่องไอออนหมดฤทธิ์ชั่วคราว