刺激伝導系
刺激伝導系は洞房結節 (Sinoatrial node、SA node、別名:キース・フラック結節) に始まる。洞房結節は上大静脈と右心房の境界付近に存在するが、肉眼的にはほとんど判別できない。洞房結節は1000個から2000個の細胞から成り、洞房結節の細胞は長さ20 μm、直径4 μmの紡錐形で、固有心筋細胞よりも小さい。
洞房結節で発生した電気信号は、右心房壁の固有心筋細胞を波状に伝わり、この刺激によって心房が収縮し、右心房の下方で心室中隔近くに存在する房室結節(Atrioventricular node、AV node、別名:田原結節)へ至る。その伝導速度は0.5-1 (m/秒)である。
房室結節の細胞の大きさは、洞房結節に近い。房室結節では、電気信号の伝導速度が極端に遅く、0.05-0.1 (m/秒)に過ぎない。その結果、心室の興奮は、心房の興奮よりも0.12-0.18秒遅れる。これにより、心房の収縮によって心室に送り込まれた血液が、次いで起こる心室の収縮によって肺動脈・大動脈へと駆出されるという、合理的で有効な心臓の収縮パターンが作られる。
房室結節を出た電気信号は、ヒス束 (Bundle of His) に移行して心室中隔に入る。ケント束のような奇形が無い限り、刺激伝導の上で、心房と心室は結合組織によって絶縁されている。
固有心筋と特殊心筋は共に、外部からの刺激を受けなくとも特有のペースで興奮を繰り返す。しかし、この状態では心臓全体で血液を駆出できるような有効な運動を行えない。ただ心筋は、その介在板と呼ばれる部分に、それぞれがコネキシンの6量体であるコネクソンを介した、ギャップ結合によって電気的に関連性を有している。
これらの心筋の自動的興奮のリズムは、洞房結節が70-80 (回/分)で最も速い。そして、この洞房結節から刺激伝導系が心臓全体へと伸びており、この洞房結節の興奮が電気信号として伝えられる。そのため、洞房結節が心臓全体の興奮のペースメーカーの役割を果たし、心臓が全体として、血液を駆出できるように運動できる。
また、刺激伝導系を通して電気信号として興奮を伝える方法で正常な心臓の拍動を実現しているため、外部から電流が流れた場合には、正常な電気信号の伝達が阻害され、心臓の動きに異常を来たす場合がある。
なお、心臓には交感神経系・副交感神経系双方の自律神経繊維が分布しており、交感神経の刺激は洞房結節を始めとした心筋細胞の興奮のペースを速くし、副交感神経の刺激は逆に遅くする。この自律神経の作用によって、運動やストレスなどで単位時間当たりの心拍数が増す傾向が出て、逆に休息中や眠っている際などに単位時間当たりの心拍数が減少する傾向が出る。
この他に、外部から取り入れた薬物が、単位時間当たりの心拍数に影響を与える場合もある。