ระบบการนำไฟฟ้าหัวใจ

การนำไฟฟ้าหัวใจที่ปกติทำให้พลังผลักดัน (impulse) ที่สร้างจากปุ่มไซนัสหัวใจห้องบน (Sinaoatrial node) หรือเอสเอโนด (SA node) ของหัวใจแผ่ไปยัง (และกระตุ้น) กล้ามเนื้อหัวใจ ผลของการกระตุ้นทำให้กล้ามเนื้อหัวใจหดตัว การกระตุ้นกล้ามเนื้อหัวใจอย่างเป็นระเบียบนี้ทำให้หัวใจหดตัวได้อย่างมีประสิทธิภาพ และทำให้หัวใจสามารถสูบฉีดเลือดไปทั่วร่างกาย

โครงสร้าง 
สัญญาณที่เกิดขึ้นในเอสเอโนดกระตุ้นหัวใจห้องบนให้หดตัวแล้วเดินทางต่อไปยังปุ่มหัวใจห้องบนล่าง (AV node) หลังการหน่วงระยะหนึ่ง สิ่งเร้าถูกนำผ่านบันเดิลออฟฮิส (bundle of His) ไปยังเพอร์คินจีไฟเบอร์ (Purkinje fibers) และเยื่อบุหัวใจที่ปลายหัวใจ และไปยังเยื่อหุ้มหัวใจชั้นในของหัวใจห้องล่างในที่สุด

ในระดับเห็นได้ด้วยกล้องจุลทรรศน์ คลื่นดีโพลาไรเซชัน (depolarization) แผ่ไปยังเซลล์ข้างเคียงโดยแกบจังก์ชัน (gap junction) ซึ่งอยู่ที่อินเตอร์คาเลเต็ดดิสก์ (intercalated disc) หัวใจเป็นอวัยวะที่ทำงานร่วมกัน (functional syncytium) คำว่า "functional syncytium" แตกต่างจาก "true syncytium" ซึ่งเซลล์รวมกัน โดยใช้เยื่อหุ้มเซลล์ร่วมกันดังที่พบในกล้ามเนื้อลาย ในการทำงานร่วมกัน พลังผลักดันไฟฟ้าแผ่อย่างอิสระระหว่างเซลล์ในทุกทิศทาง ฉะนั้นกล้ามเนื้อหัวใจจึงทำงานเป็นหน่วยยืดหดหน่วยเดียว คุณสมบัตินี้ทำให้กล้ามเนื้อหัวใจดีโพลาไรซ์ได้อย่างรวดเร็วพร้อมเพรียงกัน ตามปกติคุณสมบัตินี้จะเป็นข้อดี ทว่าอาจเป็นข้อเสียได้ เพราะสัญญาณไฟฟ้าที่ไม่ถูกต้องอาจแผ่ไปได้เช่นกัน แกบจังก์ชันเหล่านี้สามารถปิดเพื่อแยกเนื้อเยื่อที่ได้รับความเสียหายหรือกำลังตายได้ เช่น ในกล้ามเนื้อหัวใจตายเหตุขาดเลือด

การทำหน้าที่

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

ดีโพลาไรเซชันและอีเคจี

เอสเอโนด: พีเวฟ 
ภายใต้สภาพปกติ เอสเอโนดสร้างกิจกรรมไฟฟ้าขึ้นเอง เป็นตัวคุมจังหวะหัวใจทางสรีรวิทยา พลังผลักดันไฟฟ้าแผ่ไปทั่วหัวใจห้องบนขวา และผ่านบัคมันนส์บันเดิล (Bachmann's bundle) ไปยังหัวใจห้องบนซ้าย กระตุ้นให้กล้ามเนื้อหัวใจห้องบนหดตัว การนำพลังผลักดันไฟฟ้าทั่วหัวใจห้องบนปรากฏบนอีซีจีเป็นคลื่น P

ขณะที่กิจกรรมไฟฟ้าแพร่ไปทั่วหัวใจห้องบน ก็เดินทางผ่านช่องทางพิเศษเรียกว่า อินเตอร์โนดอลแทร็ก (internodal tract) จากเอสเอโนดไปยังเอวีโนด

เอวีโนด/บันเดิล: พีอาร์อินเตอร์วอล 
เอวีโนดทำหน้าที่เป็นตัวหน่วงสำคัญในระบบนำไฟฟ้า หากไม่มีการหน่วงนี้ หัวใจห้องบนและหัวใจห้องล่างจะหดตัวพร้อมกัน และเลือดจะไม่ไหลจากหัวใจห้องบนไปยังหัวใจห้องล่างอย่างมีประสิทธิภาพ การหน่วงในเอวีโนดนี้เป็นส่วนใหญ่ของระยะ PR (PR segment) ในอีซีจี และรีโพลาไรเซชันของหัวใจห้องบนบางส่วนแสดงเป็นระยะ PR

ส่วนปลายของเอวีโนด เรียก บันเดิลออฟฮิส บันเดิลออฟฮิสแยกออกเป็นสองสาขาในผนังกั้นระหว่างหัวใจห้องล่าง สายซ้ายจะกระตุ้นหัวใจห้องล่างซ้าย ขณะที่สายขวาจะกระตุ้นหัวใจห้องล่างขวา สายซ้ายสั้นกว่า โดยแยกเป็นมัดหน้าซ้ายและมัดหลังซ้าย มัดหลังซ้ายค่อนข้างสั้นและกว้าง ด้วยหลอดเลือดหล่อเลี้ยง (blood supply) คู่ ทำให้ส่วนนี้ทนทานต่อความเสียหายจากการขาดเลือดเฉพาะที่เป็นพิเศษ มัดหลังซ้ายส่งผ่านพลังผลักดันไปยังกล้ามเนื้อพาพิลลารี (papillary muscle) ทำให้ลิ้นไมทรัลปิด เนื่องจากมัดหลังซ้ายสั้นกว่าและกว้างกว่ามัดทางขวา พลังผลักดันจึงไปถึงกล้ามเนื้อพาพิลลารีก่อนดีโพลาไรเซชัน และการหดตัวของกล้ามเนื้อหัวใจห้องล่างซ้ายตามลำดับ เหตุนี้ทำให้คอร์ดีเท็นดินี (chordae tendinae) อัดแรงก่อน (pre-tensioning) คือ เพิ่มความต้านทานต่อการไหลผ่านลิ้นไมทรัลระหว่างการหดตัวของหัวใจห้องล่างซ้าย

เพอร์คินจีไฟเบอร์/กล้ามเนื้อหัวใจห้องล่าง: คิวอาร์เอสคอมเพล็กซ์ 
สาขาบันเดิลสองสาขาเรียวลงเป็นเพอร์คินจีไฟเบอร์จำนวนมาก ซึ่งกระตุ้นกลุ่มเซลล์กล้ามเนื้อหัวใจให้หดตัวเป็นกลุ่ม ๆ

การกระจายกิจกรรมไฟฟ้าทั่วกล้ามเนื้อหัวใจห้องล่างทำให้เกิดกลุ่มคลื่น QRS (QRS complex) บนอีซีจี

รีโพลาไรเซชันของหัวใจห้องล่าง 
เหตุการณ์สุดท้ายในวัฏจักร คือ รีโพลาไรเซชันของหัวใจห้องล่าง โดยเป็นการฟื้นคืนสู่สภาวะพัก ในอีซีจี รีโพลาไรเซชันรวมถึงคลื่น J (J-wave) ช่วง ST (ST-segment) คลื่น T (T-wave) และคลื่น U (U-wave)

อ้างอิง 

สรีรวิทยาไฟฟ้าของหัวใจ