ต่างจากศักยภาพการกระทำในเซลล์กล้ามเนื้อโครงร่าง ศักยภาพการกระทำของหัวใจไม่ได้เริ่มต้นจากการทำงานของระบบประสาท แต่เกิดขึ้นจากกลุ่มเซลล์พิเศษที่เรียกว่าเซลล์สร้างจังหวะซึ่งมีความสามารถในการสร้างศักยภาพการกระทำโดยอัตโนมัติ ในหัวใจที่แข็งแรง เซลล์เหล่านี้จะสร้างตัวสร้างจังหวะหัวใจและพบได้ในปุ่มไซโนเอทริอัลในห้องหัวใจ ด้านขวา พวกมันสร้างศักยภาพการกระทำประมาณ 60-100 ครั้งต่อนาที ศักยภาพการกระทำจะผ่านไปตามเยื่อหุ้มเซลล์ทำให้เซลล์หดตัว ดังนั้นกิจกรรมของปุ่มไซโนเอทริอัลจึงส่งผลให้อัตราการเต้นของหัวใจขณะพักอยู่ที่ประมาณ 60-100 ครั้งต่อนาที เซลล์กล้ามเนื้อหัวใจทั้งหมดเชื่อมต่อกันทางไฟฟ้าโดยแผ่นเชื่อมต่อระหว่างเซลล์ซึ่งช่วยให้ศักยภาพการกระทำผ่านจากเซลล์หนึ่งไปยังอีกเซลล์หนึ่งได้^{[ 1 ] [ 2 ]}ซึ่งหมายความว่าเซลล์ห้องหัวใจทั้งหมดสามารถหดตัวพร้อมกันได้ จากนั้นเซลล์ห้องหัวใจล่างทั้งหมด ปุ่มไซโนเอทริอัลเป็นตัวสร้างจังหวะหลักของหัวใจที่มีเซลล์สร้างจังหวะสูงสุด

การพึ่งพาอัตราของศักยภาพการกระทำเป็นคุณสมบัติพื้นฐานของเซลล์หัวใจ และการเปลี่ยนแปลงอาจนำไปสู่โรคหัวใจร้ายแรง รวมถึงภาวะหัวใจเต้นผิดจังหวะและบางครั้งอาจถึงแก่ความตายกะทันหัน^{[ 3 ]} กิจกรรมศักยภาพการกระทำภายในหัวใจสามารถบันทึกได้เพื่อสร้างคลื่นไฟฟ้าหัวใจ (ECG) ซึ่งเป็นชุดของยอดแหลมขึ้นและลง (ระบุด้วย P, Q, R, S และ T) ที่แสดงถึงการลดขั้ว (แรงดันไฟฟ้ากลายเป็นบวกมากขึ้น) และการคืนขั้ว (แรงดันไฟฟ้ากลายเป็นลบมากขึ้น) ของศักยภาพการกระทำในห้องหัวใจบนและล่าง^{[ 4 ]}

เช่นเดียวกับกล้ามเนื้อโครงร่าง ศักย์เยื่อหุ้มเซลล์ขณะพัก (แรงดันไฟฟ้าเมื่อเซลล์ไม่ได้รับกระแสไฟฟ้า) ของเซลล์หัวใจห้องล่างอยู่ที่ประมาณ −90 มิลลิโวลต์ (mV; 1 mV = 0.001 V) กล่าวคือ ด้านในของเยื่อหุ้มเซลล์มีประจุลบมากกว่าด้านนอก ไอออนหลักที่พบภายนอกเซลล์ขณะพักคือโซเดียม (Na ⁺ ) และคลอไรด์ (Cl− ⁾ในขณะที่ภายในเซลล์ส่วนใหญ่เป็นโพแทสเซียม (K ⁺ ) ^{[ 6 ]}

ศักย์ไฟฟ้าแอ็กชันเริ่มต้นด้วยแรงดันไฟฟ้าที่เป็นบวกมากขึ้น ซึ่งเรียกว่าการลดขั้ว (depolarization ) และส่วนใหญ่เกิดจากการเปิดช่องโซเดียมที่ทำให้Na ⁺ไหลเข้าสู่เซลล์ หลังจากช่วงเวลาหนึ่ง (เรียกว่าระยะเวลาการไม่ตอบสนองอย่างสมบูรณ์ ) ศักย์ไฟฟ้าแอ็กชันจะสิ้นสุดลงเมื่อช่องโพแทสเซียมเปิด ทำให้ K ⁺ออกจากเซลล์และทำให้ศักย์เยื่อหุ้มเซลล์กลับไปเป็นลบ ซึ่งเรียกว่าการคืนขั้ว (repolarization ) ไอออนที่สำคัญอีกตัวหนึ่งคือแคลเซียม (Ca2 ⁺ )ซึ่งพบได้ภายในเซลล์ในซาร์โคพลาสมิกเรติคูลัม (SR) ซึ่งเป็นที่เก็บแคลเซียม และยังพบได้ภายนอกเซลล์ด้วย การปล่อย Ca2 ⁺จาก SR ผ่านกระบวนการที่เรียกว่าการปล่อยแคลเซียมที่เกิดจากแคลเซียมมีความสำคัญต่อระยะราบของศักย์ไฟฟ้าแอ็กชัน (ดูระยะที่ 2 ด้านล่าง) และเป็นขั้นตอนพื้นฐานในการเชื่อมโยงการกระตุ้นและการหดตัวของหัวใจ^{[ 7 ]}

มีความแตกต่างทางสรีรวิทยาที่สำคัญระหว่างเซลล์สร้างจังหวะของป ม ไซโนเอเทรียลซึ่งสร้างศักย์ไฟฟ้าของหัวใจได้เองโดยธรรมชาติ และเซลล์ที่ไม่ใช่เซลล์สร้างจังหวะซึ่งทำหน้าที่เพียงแค่ส่งต่อศักย์ไฟฟ้า เช่นเซลล์กล้ามเนื้อหัวใจห้องล่าง ความแตกต่างเฉพาะในชนิดของช่องไอออนที่แสดงออกและกลไกการกระตุ้นของช่องไอออนเหล่านั้น ส่งผลให้เกิดความแตกต่างในรูปแบบของรูปคลื่นศักย์ไฟฟ้า ดังแสดงในรูปที่ 2

ภาวะหัวใจเต้นอัตโนมัติ หรือที่รู้จักกันในชื่อ ภาวะ หัวใจเต้นอัตโนมัติคือคุณสมบัติของเซลล์กล้ามเนื้อนำไฟฟ้า เฉพาะ ของหัวใจในการสร้างศักยภาพการทำงานของหัวใจโดยอัตโนมัติ^{[ 8 ] [ 9 ]} ภาวะหัวใจ เต้นอัตโนมัติอาจเป็นปกติหรือผิดปกติ ซึ่งเกิดจาก การเปลี่ยนแปลงลักษณะเฉพาะ ของช่องไอออน ชั่วคราว เช่น การใช้ยาบางชนิด หรือในกรณีของภาวะหัวใจเต้นอัตโนมัติที่ผิดปกติ การเปลี่ยนแปลงจะเกิดขึ้นใน^สภาพแวดล้อมทางไฟฟ้าซึ่งเกิดจากสาเหตุ เช่นกล้ามเนื้อหัวใจขาดเลือด [ ^{10 ]}

แบบจำลองมาตรฐานที่ใช้ในการทำความเข้าใจศักยภาพการทำงานของหัวใจคือแบบจำลองของเซลล์กล้ามเนื้อหัวใจห้องล่าง ด้านล่างนี้คือขั้นตอนทั้งห้าของศักยภาพการทำงานของเซลล์กล้ามเนื้อหัวใจห้องล่าง โดยอ้างอิงถึงศักยภาพการทำงานของปมประสาทไซนัสด้วย

ในเซลล์กล้ามเนื้อหัวใจห้องล่าง ระยะที่ 4 เกิดขึ้นเมื่อเซลล์อยู่ในสภาวะพัก ในช่วงเวลาที่เรียกว่าไดแอสโตลในเซลล์ที่ไม่ใช่เซลล์สร้างจังหวะมาตรฐาน แรงดันไฟฟ้าในช่วงระยะนี้จะคงที่โดยประมาณที่ -90 mV ^{[ 11 ]}ศักย์ไฟฟ้าของเยื่อหุ้มเซลล์ขณะพักเกิดจากการไหลของไอออนที่ไหลเข้าสู่เซลล์ (เช่น โซเดียมและแคลเซียม) การไหลของไอออนที่ไหลออกจากเซลล์ (เช่น โพแทสเซียม คลอไรด์ และไบคาร์บอเนต) รวมถึงการไหลของไอออนที่สร้างขึ้นโดยปั๊มเยื่อหุ้มเซลล์ต่างๆ ซึ่งมีความสมดุลกันอย่างสมบูรณ์

การทำงานของปั๊ม เหล่านี้ มีจุดประสงค์สองประการ ประการแรกคือการรักษาสภาพศักย์ไฟฟ้าของเยื่อหุ้มเซลล์ขณะพัก โดยการชดเชยการลดลงของศักย์ไฟฟ้าเนื่องจากการรั่วไหลของไอออนที่ไม่อยู่ในสมดุลทางเคมีไฟฟ้า (เช่น โซเดียมและแคลเซียม) การที่ไอออนเหล่านี้ไม่อยู่ในสมดุลเป็นสาเหตุของการเกิดความต่างศักย์ไฟฟ้า เนื่องจากไอออนเหล่านี้แสดงถึงการเคลื่อนที่สุทธิของประจุข้ามเยื่อหุ้มเซลล์ ซึ่งไม่สามารถกลับเข้าสู่เซลล์เพื่อฟื้นฟูสมดุลทางไฟฟ้าได้ทันที ดังนั้น การกลับเข้าสู่เซลล์อย่างช้าๆ ของไอออนเหล่านี้จึงต้องได้รับการชดเชย มิฉะนั้นเซลล์จะค่อยๆ สูญเสียศักย์ไฟฟ้าของเยื่อหุ้มเซลล์ไป

วัตถุประสงค์ที่สอง ซึ่งเชื่อมโยงอย่างซับซ้อนกับวัตถุประสงค์แรก คือการรักษาระดับความเข้มข้นภายในเซลล์ให้คงที่ และในกรณีนี้คือการฟื้นฟูสมดุลทางเคมีดั้งเดิม กล่าวคือ บังคับให้โซเดียมและแคลเซียมที่เคยไหลเข้าสู่เซลล์ไหลออกไป และโพแทสเซียมที่เคยไหลออกจากเซลล์ไหลกลับเข้าไปในเซลล์ (แม้ว่าโพแทสเซียมส่วนใหญ่จะอยู่ในสมดุลทางไฟฟ้าเคมี ดังนั้นสมดุลทางเคมีของมันจะปรับสมดุลเองตามธรรมชาติในทิศทางตรงกันข้ามกับสมดุลทางไฟฟ้า โดยไม่จำเป็นต้องมีกลไกการขนส่งแบบแอคทีฟ)

ตัวอย่างเช่น ไอออน โซเดียม (Na ⁺ )และโพแทสเซียม (K ⁺ )จะถูกรักษาไว้โดยปั๊มโซเดียม-โพแทสเซียมซึ่งใช้พลังงาน (ในรูปของอะดีโนซีนไตรฟอสเฟต (ATP) ) เพื่อเคลื่อนย้าย Na ⁺ สามตัว ออกจากเซลล์และ K ⁺ สองตัว เข้าสู่เซลล์ อีกตัวอย่างหนึ่งคือตัวแลกเปลี่ยนโซเดียม-แคลเซียมซึ่งกำจัด Ca2 ⁺ หนึ่งตัว ออกจากเซลล์เพื่อนำ Na ⁺ สามตัว เข้าสู่เซลล์^{[ 12 ]}

ในระหว่างเฟสนี้ เยื่อหุ้มเซลล์จะซึมผ่าน K ⁺ ได้มากที่สุด ซึ่งสามารถเดินทางเข้าหรือออกจากเซลล์ผ่านช่องทางการรั่วไหล รวมถึงช่องโพแทสเซียมที่ปรับทิศทางเข้าด้านใน^{[ 13 ]}ดังนั้น ศักย์ไฟฟ้าของเยื่อหุ้มเซลล์ขณะพักจึงมักเท่ากับศักย์สมดุลของ K ⁺ และสามารถคำนวณได้โดยใช้สมการแรงดันไฟฟ้าของ Goldman-Hodgkin- Katz

อย่างไรก็ตามเซลล์สร้างจังหวะการเต้นของหัวใจไม่เคยอยู่ในสภาวะพัก ในเซลล์เหล่านี้ ระยะที่ 4 ยังเรียกว่าศักย์ไฟฟ้าสร้างจังหวะการเต้นของหัวใจ (pacemaker potential ) ในระหว่างระยะนี้ ศักย์ไฟฟ้าของเยื่อหุ้มเซลล์จะค่อยๆ เพิ่มขึ้นเป็นบวก จนกระทั่งถึงค่าที่กำหนดไว้ (ประมาณ -40 มิลลิโวลต์; เรียกว่า ศักย์ไฟฟ้าเกณฑ์) หรือจนกว่าจะถูกกระตุ้นให้เกิดการเปลี่ยนแปลงศักย์ไฟฟ้า (depolarization) โดยศักย์ไฟฟ้ากระตุ้นจากเซลล์ข้างเคียง

เชื่อกันว่าศักยภาพของตัวสร้างจังหวะเกิดจากกลุ่มของช่องสัญญาณที่เรียกว่าช่อง HCN (Hyperpolarization-activated cyclic nucleotide-gated)ช่องสัญญาณเหล่านี้จะเปิดที่แรงดันไฟฟ้าลบมาก (เช่น ทันทีหลังจากเฟส 3 ของศักยภาพการกระทำก่อนหน้า ดูด้านล่าง) และอนุญาตให้ทั้ง K ⁺และ Na ⁺ ผ่าน เข้าไปในเซลล์ เนื่องจากคุณสมบัติที่ผิดปกติของช่องสัญญาณเหล่านี้ที่ถูกกระตุ้นด้วยศักยภาพของเยื่อหุ้มเซลล์ที่เป็นลบมาก การเคลื่อนที่ของไอออนผ่านช่อง HCN จึงเรียกว่ากระแสแปลก (ดูด้านล่าง) ^{[ 14 ]}

สมมติฐานอีกประการหนึ่งเกี่ยวกับศักยภาพของตัวสร้างจังหวะคือ 'นาฬิกาแคลเซียม' แคลเซียมถูกปล่อยออกมาจากซาร์โคพลาสมิกเรติคูลัมภายในเซลล์ จากนั้นแคลเซียมนี้จะเพิ่มการกระตุ้นของตัวแลกเปลี่ยนโซเดียม-แคลเซียมส่งผลให้ศักยภาพของเยื่อหุ้มเซลล์เพิ่มขึ้น (เนื่องจากประจุ +3 ถูกนำเข้าสู่เซลล์ (โดย 3Na ⁺ ) แต่มีเพียงประจุ +2 เท่านั้นที่ออกจากเซลล์ (โดย Ca2 ⁺ ) ดังนั้นจึงมีประจุสุทธิ +1 เข้าสู่เซลล์) จากนั้นแคลเซียมนี้จะถูกปั๊มกลับเข้าไปในเซลล์และกลับเข้าไปใน SR ผ่านปั๊มแคลเซียม (รวมถึงSERCA ) ^{[ 15 ]}

ระยะนี้ประกอบด้วยการเปลี่ยนแปลงแรงดันไฟฟ้าบวกอย่างรวดเร็วทั่วเยื่อหุ้มเซลล์ ( การลดขั้ว ) ซึ่งกินเวลาน้อยกว่า 2 มิลลิวินาทีในเซลล์โพรงและ 10–20 มิลลิวินาทีในเซลล์SAN ^{[ 16 ]}ซึ่งเกิดขึ้นเนื่องจากการไหลสุทธิของประจุบวกเข้าสู่เซลล์

ในเซลล์ที่ไม่ใช่เซลล์สร้างจังหวะ (เช่น เซลล์ห้องล่าง) การกระตุ้นนี้เกิดขึ้นเป็นหลักจากการกระตุ้นช่องNa ⁺ซึ่งจะเพิ่มการนำไฟฟ้าของเยื่อหุ้มเซลล์ (การไหล) ของ Na ⁺ (g _Na ) ช่องเหล่านี้จะถูกกระตุ้นเมื่อศักย์ไฟฟ้ามาถึงจากเซลล์ข้างเคียงผ่านทางช่องว่างเชื่อมต่อ เมื่อเกิดเหตุการณ์นี้ แรงดันไฟฟ้าภายในเซลล์จะเพิ่มขึ้นเล็กน้อย หากแรงดันไฟฟ้าที่เพิ่มขึ้นนี้ถึงศักย์ไฟฟ้าเกณฑ์ (ประมาณ −70 mV) จะทำให้ช่อง Na ⁺เปิดออก ซึ่งจะทำให้โซเดียมไหลเข้าสู่เซลล์มากขึ้น ทำให้แรงดันไฟฟ้าเพิ่มขึ้นอย่างรวดเร็วไปจนถึงประมาณ +50 mV ^{[ 6 ]}นั่นคือเข้าใกล้ศักย์ไฟฟ้าสมดุลของ Na ⁺อย่างไรก็ตาม หากสิ่งกระตุ้นเริ่มต้นไม่แรงพอ และไม่ถึงศักย์ไฟฟ้าเกณฑ์ ช่องโซเดียมแบบเร็วจะไม่ถูกกระตุ้น และจะไม่เกิดศักย์ไฟฟ้าขึ้น ซึ่งเรียกว่ากฎทั้งหมดหรือไม่มีเลย^{[ 17 ] [ 18 ]}การไหลเข้าของไอออนแคลเซียม (Ca ²⁺ ) ผ่านช่องแคลเซียมชนิด Lยังถือเป็นส่วนเล็กน้อยของผลการลดขั้ว^{[ 19 ]} ความชันของเฟส 0 บนรูปคลื่นศักย์การกระทำ (ดูรูปที่ 2 ) แสดงถึงอัตราการเปลี่ยนแปลงแรงดันไฟฟ้าสูงสุดของศักย์การกระทำของหัวใจ และเรียกว่า dV/dt _max

อย่างไรก็ตาม ในเซลล์สร้างจังหวะ (เช่นเซลล์ปมไซโนเอเทรียล ) การเพิ่มขึ้นของแรงดันไฟฟ้าของเยื่อหุ้มเซลล์ส่วนใหญ่เกิดจากการกระตุ้นช่องแคลเซียมชนิด L ช่องเหล่านี้ยังถูกกระตุ้นด้วยการเพิ่มขึ้นของแรงดันไฟฟ้าเช่นกัน แต่ในครั้งนี้อาจเกิดจากศักยภาพสร้างจังหวะ (เฟส 4) หรือศักยภาพการกระทำที่กำลังจะเกิดขึ้น ช่องแคลเซียมชนิด L ถูกกระตุ้นช้ากว่าช่องโซเดียม ดังนั้น ความชันของการลดขั้วในรูปคลื่นศักยภาพการกระทำของเซลล์สร้างจังหวะจึงมีความชันน้อยกว่าในรูปคลื่นศักยภาพการกระทำที่ไม่ใช่เซลล์สร้างจังหวะ^{[ 11 ] [ 20 ]}

ระยะนี้เริ่มต้นด้วยการปิดใช้งานช่อง Na ⁺ อย่างรวดเร็ว โดยประตูภายใน (ประตูปิดใช้งาน) ซึ่งช่วยลดการเคลื่อนที่ของโซเดียมเข้าสู่เซลล์ ในขณะเดียวกัน ช่องโพแทสเซียม (เรียกว่า I _to1 ) จะเปิดและปิดอย่างรวดเร็ว ทำให้ไอออนโพแทสเซียมไหลออกจากเซลล์ได้ชั่วครู่ ส่งผลให้ศักย์เยื่อหุ้มเซลล์เป็นลบมากขึ้นเล็กน้อย ซึ่งเรียกว่า ' รอยบาก ' บนรูปคลื่นศักย์การกระทำ^{[ 11 ]}

ไม่พบระยะที่ 1 อย่างชัดเจนในเซลล์สร้างจังหวะการเต้นของหัวใจ

ระยะนี้เรียกอีกอย่างว่าระยะ "ราบเรียบ" เนื่องจากศักย์เยื่อหุ้มเซลล์ยังคงเกือบคงที่ ขณะที่เยื่อหุ้มเซลล์เริ่มปรับขั้วกลับอย่างช้าๆ นี่เป็นผลมาจากความสมดุลของประจุที่เคลื่อนที่เข้าและออกจากเซลล์ ในระยะนี้ช่องโพแทสเซียมแบบปรับแก้ช้า (I _ks ) อนุญาตให้โพแทสเซียมออกจากเซลล์ ในขณะที่ช่องแคลเซียมชนิด L (ที่ถูกกระตุ้นโดยการไหลเข้าของโซเดียมในระยะที่ 0) อนุญาตให้ไอออนแคลเซียมเคลื่อนที่เข้าสู่เซลล์ ไอออนแคลเซียมเหล่านี้จะจับกับและเปิดช่องแคลเซียมเพิ่มเติม (เรียกว่าตัวรับไรยาโนดีน) ที่อยู่บนซาร์โคพลาสมิกเรติคูลัมภายในเซลล์ ทำให้แคลเซียมไหลออกจาก SR ไอออนแคลเซียมเหล่านี้เป็นสาเหตุของการหดตัวของหัวใจ

แคลเซียมยังกระตุ้นช่องคลอไรด์ที่เรียกว่า I _to2ซึ่งทำให้ Cl ⁻เข้าสู่เซลล์ได้ ความเข้มข้นของแคลเซียมที่เพิ่มขึ้นในเซลล์ยังเพิ่มกิจกรรมของตัวแลกเปลี่ยนโซเดียม-แคลเซียม ในขณะที่ความเข้มข้นของโซเดียมที่เพิ่มขึ้น (จากการลดขั้วของเฟส 0) จะเพิ่มกิจกรรมของปั๊มโซเดียม-โพแทสเซียม การเคลื่อนที่ของไอออนทั้งหมดเหล่านี้ส่งผลให้ศักย์เยื่อหุ้มเซลล์คงที่ค่อนข้างคงที่ โดยการไหลออกของ K ⁺ การไหลเข้าของ Cl ⁻รวมถึงปั๊ม Na ⁺ /K ⁺มีส่วนช่วยในการคืนขั้ว และการไหลเข้าของ Ca ²⁺รวมถึงตัวแลกเปลี่ยน Na ⁺ /Ca ²⁺มีส่วนช่วยในการลดขั้ว^{[ 21 ] [ 11 ]}เฟสนี้รับผิดชอบต่อระยะเวลาที่ยาวนานของศักย์การกระทำและมีความสำคัญในการป้องกันการเต้นของหัวใจผิดปกติ (ภาวะหัวใจเต้นผิดจังหวะ)

ในศักยภาพการทำงานของเซลล์สร้างจังหวะหัวใจนั้น ไม่มีช่วงคงที่ (plateau phase) อยู่

ในระหว่างเฟส 3 (เฟส "การคืนสภาพขั้วอย่างรวดเร็ว") ของศักย์การกระทำช่องCa ²⁺ ชนิด L จะปิด ในขณะที่ช่องK ⁺แบบปรับแก้ช้า (I _Ks ) ยังคงเปิดอยู่เมื่อช่องโพแทสเซียมรั่วไหลเปิดมากขึ้น ซึ่งจะทำให้กระแสไฟฟ้าบวกสุทธิไหลออก สอดคล้องกับการเปลี่ยนแปลงเชิงลบของศักย์เยื่อหุ้มเซลล์จึงทำให้ช่อง K ⁺ ประเภทต่างๆ เปิดได้มากขึ้น โดยส่วนใหญ่จะเป็น ช่อง K ⁺ แบบปรับแก้ช้าอย่างรวดเร็ว (I _Kr ) และ กระแส K ⁺ แบบปรับแก้เข้า I _K1กระแสไฟฟ้าบวกสุทธิที่ไหลออกนี้ (เท่ากับการสูญเสียประจุบวกจากเซลล์) ทำให้เซลล์คืนสภาพขั้ว ช่อง K ⁺ แบบปรับแก้ช้า จะปิดเมื่อศักย์เยื่อหุ้มเซลล์กลับคืนสู่ประมาณ -85 ถึง -90 mV ในขณะที่ I _K1ยังคงนำไฟฟ้าตลอดเฟส 4 ซึ่งช่วยกำหนดศักย์เยื่อหุ้มเซลล์ขณะพัก^{[ 22 ]}

ดังที่กล่าวมาข้างต้น ปั๊มไอออนิก เช่นตัวแลกเปลี่ยนโซเดียม-แคลเซียมและปั๊มโซเดียม-โพแทสเซียมจะคืนความเข้มข้นของไอออนกลับสู่สภาวะสมดุลก่อนเกิดศักย์ไฟฟ้า ซึ่งหมายความว่าแคลเซียมภายในเซลล์จะถูกสูบออกไป ซึ่งเป็นสาเหตุของการหดตัวของเซลล์กล้ามเนื้อหัวใจ เมื่อแคลเซียมหายไป การหดตัวก็จะหยุดลงและกล้ามเนื้อหัวใจก็จะคลายตัว

ในปมไซโนเอเทรียล ระยะนี้ยังเกิดจากการปิดช่องแคลเซียมชนิด L ซึ่งป้องกันการไหลเข้าของ Ca ²⁺และการเปิดช่องโพแทสเซียมแบบปรับแก้ล่าช้าอย่างรวดเร็ว (I _Kr ) ^{[ 23 ]}

เซลล์หัวใจมีระยะเวลาการไม่ตอบสนอง สองช่วง ช่วงแรกเริ่มตั้งแต่ต้นเฟส 0 จนถึงกลางเฟส 3 ซึ่งเรียกว่าระยะเวลาการไม่ตอบสนองสัมบูรณ์ ซึ่งเซลล์จะไม่สามารถสร้างศักยภาพการกระทำได้อีกต่อไป หลังจากนั้นทันทีจนถึงสิ้นสุดเฟส 3 จะมีระยะเวลาการไม่ตอบสนองสัมพัทธ์ ซึ่งต้องใช้สิ่งกระตุ้นที่แรงกว่าปกติจึงจะสามารถสร้างศักยภาพการกระทำได้อีกครั้ง^{[ 24 ] [ 25 ]}

ช่วงเวลาที่ไม่ตอบสนองทั้งสองช่วงนี้เกิดจากการเปลี่ยนแปลงสถานะของช่องโซเดียมและ โพแทสเซียม การลดศักย์ไฟฟ้าอย่างรวดเร็วของเซลล์ในช่วงเฟส 0 ทำให้ศักย์เยื่อหุ้มเซลล์เข้าใกล้ศักย์สมดุล ของโซเดียม (กล่าวคือ ศักย์เยื่อหุ้มเซลล์ที่โซเดียมไม่ถูกดึงเข้าหรือออกจากเซลล์อีกต่อไป) เมื่อศักย์เยื่อหุ้มเซลล์เป็นบวกมากขึ้น ช่องโซเดียมก็จะปิดและล็อก ซึ่งเรียกว่าสถานะ "ไม่ทำงาน" ในช่วงสถานะนี้ ช่องจะไม่สามารถเปิดได้ไม่ว่าความแรงของสิ่งกระตุ้นจะมากแค่ไหนก็ตาม ซึ่งทำให้เกิดช่วงเวลาที่ไม่ตอบสนองอย่างสมบูรณ์ ช่วงเวลาที่ไม่ตอบสนองแบบสัมพัทธ์เกิดจากการรั่วไหลของไอออนโพแทสเซียม ซึ่งทำให้ศักย์เยื่อหุ้มเซลล์เป็นลบมากขึ้น (กล่าวคือ เป็นไฮเปอร์โพลาไรซ์) ซึ่งจะรีเซ็ตช่องโซเดียม เปิดประตูการทำงาน แต่ช่องยังคงปิดอยู่ เนื่องจากช่องไอออนโซเดียมที่ควบคุมด้วยแรงดันไฟฟ้าบางส่วนฟื้นตัวแล้ว และช่องไอออนโพแทสเซียมที่ควบคุมด้วยแรงดันไฟฟ้ายังคงเปิดอยู่ จึงเป็นไปได้ที่จะเริ่มต้นศักย์ไฟฟ้าแอคชั่นอีกครั้งหากสิ่งกระตุ้นแรงกว่าสิ่งกระตุ้นที่สามารถทำให้เกิดศักย์ไฟฟ้าแอคชั่นได้เมื่อเยื่อหุ้มเซลล์อยู่ในสภาวะพัก^{[ 26 ]}

ช่องว่างเชื่อมต่อช่วยให้ศักยภาพการกระทำถูกส่งต่อจากเซลล์หนึ่งไปยังอีกเซลล์หนึ่ง (กล่าวกันว่า เชื่อมต่อ เซลล์หัวใจที่อยู่ใกล้เคียงกันทางไฟฟ้า ) ช่องว่างเหล่านี้สร้างขึ้นจาก โปรตีน ตระกูลคอนเน็กซินซึ่งสร้างรูพรุนที่ไอออน (รวมถึง Na ⁺ , Ca2 ⁺และ K ⁺ ) สามารถผ่านได้ เนื่องจากโพแทสเซียมมีปริมาณสูงสุดภายในเซลล์ จึงเป็นโพแทสเซียมเป็นหลักที่ผ่านเข้ามา โพแทสเซียมที่เพิ่มขึ้นในเซลล์ข้างเคียงทำให้ศักยภาพของเยื่อหุ้มเซลล์เพิ่มขึ้นเล็กน้อย กระตุ้นช่องโซเดียมและเริ่มต้นศักยภาพการกระทำในเซลล์นี้ (การไหลออกของ Na+ ที่ขับเคลื่อนด้วยการไล่ระดับทางเคมีในช่วงสั้นๆ ผ่านคอนเน็กซอนที่จุดสูงสุดของการลดขั้วทำให้เกิดการนำส่งการลดขั้วจากเซลล์หนึ่งไปยังอีกเซลล์หนึ่ง ไม่ใช่โพแทสเซียม) ^{[ 27 ]}การเชื่อมต่อเหล่านี้ช่วยให้การนำส่งศักยภาพการกระทำไปทั่วหัวใจเป็นไปอย่างรวดเร็ว และรับผิดชอบในการทำให้เซลล์ทั้งหมดในห้องหัวใจบนหดตัวพร้อมกัน เช่นเดียวกับเซลล์ทั้งหมดในห้องหัวใจล่าง^{[ 28 ]}การหดตัวที่ไม่ประสานกันของกล้ามเนื้อหัวใจเป็นสาเหตุของภาวะหัวใจเต้นผิดจังหวะและภาวะหัวใจล้มเหลว^{[ 29 ]}

ช่องไอออนเป็นโปรตีนที่เปลี่ยนรูปร่างเพื่อตอบสนองต่อสิ่งเร้าต่างๆ เพื่ออนุญาตหรือป้องกันการเคลื่อนที่ของไอออนเฉพาะผ่านเยื่อหุ้มเซลล์ กล่าวได้ว่าช่องไอออนนั้นสามารถซึมผ่านได้อย่างเลือกสรร สิ่งเร้าซึ่งอาจมาจากภายนอกเซลล์หรือภายในเซลล์ อาจรวมถึงการจับตัวของโมเลกุล เฉพาะ กับตัวรับบนช่อง (เรียกอีกอย่างว่าช่องไอออนที่ควบคุมด้วยลิแกนด์ ) หรือการเปลี่ยนแปลงศักย์ไฟฟ้าของเยื่อหุ้มเซลล์รอบๆ ช่อง ซึ่งตรวจจับได้โดยเซนเซอร์ (เรียกอีกอย่างว่าช่องไอออนที่ควบคุมด้วยแรงดันไฟฟ้า ) และสามารถทำหน้าที่เปิดหรือปิดช่องได้ รูพรุนที่เกิดจากช่องไอออนนั้นมีน้ำอยู่ภายในและช่วยให้ไอออนเคลื่อนที่ผ่านเยื่อหุ้มเซลล์ได้อย่างรวดเร็ว^{[ 33 ]}ช่องไอออนสามารถเลือกเฉพาะไอออนได้ ดังนั้นจึงมี ช่องเฉพาะ ^{สำหรับ} Na ⁺ , K ⁺ , Ca2 ⁺และCl−นอกจากนี้ยังสามารถเลือกเฉพาะประจุของไอออนได้ (เช่น บวกหรือลบ) ^{[ 34 ]}

แต่ละช่องไอออนถูกควบคุมโดยยีนภาพที่ 3 แสดงช่องไอออนที่สำคัญซึ่งเกี่ยวข้องกับศักย์ไฟฟ้าของหัวใจ กระแสไฟฟ้า (ไอออน) ที่ไหลผ่านช่องไอออน หน่วยย่อยโปรตีนหลัก (ส่วนประกอบพื้นฐานของช่องไอออน) ยีนควบคุมบางส่วนที่เข้ารหัสโครงสร้างของช่องไอออน และระยะต่างๆ ที่ทำงานอยู่ระหว่างศักย์ไฟฟ้าของหัวใจ ช่องไอออนที่สำคัญที่สุดบางส่วนที่เกี่ยวข้องกับศักย์ไฟฟ้าของหัวใจจะอธิบายโดยย่อด้านล่าง

ช่องสัญญาณที่กระตุ้นด้วยไฮเปอร์โพลาไรเซชันและควบคุมด้วยนิวคลีโอไทด์แบบวงจร (ช่อง HCN)ส่วนใหญ่อยู่ในเซลล์สร้างจังหวะ ช่องเหล่านี้จะทำงานที่ศักย์เยื่อหุ้มเซลล์ที่เป็นลบมาก และยอมให้ทั้ง Na ⁺และ K ⁺ ผ่าน เข้าไปในเซลล์ (ซึ่งเป็นการเคลื่อนไหวที่เรียกว่ากระแสตลก I _f ) ช่องไอออนบวก (ไอออนที่มีประจุบวก) ที่เลือกได้ไม่ดีเหล่านี้จะนำกระแสได้มากขึ้นเมื่อศักย์เยื่อหุ้มเซลล์เป็นลบมากขึ้น (ไฮเปอร์โพลาไรเซชัน) การทำงานของช่องเหล่านี้ในเซลล์ SAN ทำให้ศักย์เยื่อหุ้มเซลล์ลดลงอย่างช้าๆ ดังนั้นจึงเชื่อว่าช่องเหล่านี้เป็นสาเหตุของศักย์สร้างจังหวะ เส้นประสาทซิมพาเทติกส่งผลโดยตรงต่อช่องเหล่านี้ ส่งผลให้หัวใจเต้นเร็วขึ้น (ดูด้านล่าง) ^{[ 35 ] [ 14 ]}

ช่องโซเดียมเหล่านี้ขึ้นอยู่กับแรงดันไฟฟ้า โดยจะเปิดอย่างรวดเร็วเนื่องจากการลดลงของศักย์ไฟฟ้าของเยื่อหุ้มเซลล์ ซึ่งมักเกิดขึ้นจากเซลล์ข้างเคียงผ่านทางช่องว่างเชื่อมต่อ (gap junctions) ช่องเหล่านี้ยอมให้โซเดียมไหลเข้าสู่เซลล์อย่างรวดเร็ว ทำให้เยื่อหุ้มเซลล์ลดลงอย่างสมบูรณ์และเริ่มต้นศักย์ไฟฟ้ากระตุ้น (action potential) เมื่อศักย์ไฟฟ้าของเยื่อหุ้มเซลล์เพิ่มขึ้น ช่องเหล่านี้ก็จะปิดและล็อก (ไม่ทำงาน) เนื่องจากการไหลเข้าอย่างรวดเร็วของไอออนโซเดียม (เฟส 0 ที่ชันในรูปคลื่นศักย์ไฟฟ้ากระตุ้น) การเปิดและการปิดใช้งานของช่องเหล่านี้จึงเกิดขึ้นเกือบพร้อมกัน ในระหว่างสถานะปิดใช้งาน ไอออน Na ⁺ไม่สามารถผ่านได้ (ระยะเวลาการไม่ตอบสนองอย่างสมบูรณ์) อย่างไรก็ตาม ช่องเหล่านี้จะเริ่มฟื้นตัวจากการปิดใช้งานเมื่อศักย์ไฟฟ้าของเยื่อหุ้มเซลล์เป็นลบมากขึ้น (ระยะเวลาการไม่ตอบสนองแบบสัมพัทธ์)

ช่องโพแทสเซียมหลักสองประเภทในเซลล์หัวใจ ได้แก่ ช่องโพแทสเซียมแบบปรับทิศทางเข้า (inward rectifier) ​​และช่องโพแทสเซียมแบบควบคุมด้วยแรงดันไฟฟ้า (voltage-gated potassium channels)

ช่องโพแทสเซียมแบบปรับทิศทางเข้าด้านใน (K _ir)สนับสนุนการไหลของ K ⁺เข้าสู่เซลล์ อย่างไรก็ตาม การไหลเข้าของโพแทสเซียมนี้จะมากขึ้นเมื่อศักย์เยื่อหุ้มเซลล์เป็นลบมากกว่าศักย์สมดุลสำหรับ K ⁺ (~-90 mV) เมื่อศักย์เยื่อหุ้มเซลล์เป็นบวกมากขึ้น (เช่น ในระหว่างการกระตุ้นเซลล์จากเซลล์ข้างเคียง) การไหลของโพแทสเซียมเข้าสู่เซลล์ผ่าน K _irจะลดลง ดังนั้น K _irจึงมีหน้าที่ในการรักษาศักย์เยื่อหุ้มเซลล์ขณะพักและเริ่มต้นระยะการลดขั้ว อย่างไรก็ตาม เมื่อศักย์เยื่อหุ้มเซลล์เป็นบวกมากขึ้นเรื่อยๆ ช่องจะเริ่มยอมให้ K ^{+ ผ่าน} ออกจากเซลล์ การไหลออกของไอออนโพแทสเซียมที่ศักย์เยื่อหุ้มเซลล์ที่เป็นบวกมากขึ้นนี้หมายความว่า K _irยังสามารถช่วยในขั้นตอนสุดท้ายของการคืนขั้วได้อีกด้วย^{[ 36 ] [ 37 ]}

ช่องโพแทสเซียมที่ควบคุมด้วยแรงดันไฟฟ้า₍ Kv ₎จะถูกกระตุ้นด้วยการลดขั้ว กระแสไฟฟ้าที่เกิดจากช่องเหล่านี้ ได้แก่ กระแสโพแทสเซียมขาออกชั่วคราวIto1กระแสนี้มีสององค์ประกอบ ทั้งสององค์ประกอบถูกกระตุ้นอย่างรวดเร็ว แต่Ito1 _เร็วจะปิดการทำงานเร็วกว่าIto2 _ช้ากระแสเหล่านี้มีส่วนช่วยในระยะการคืนขั้วช่วงต้น (ระยะที่ 1) ของศักย์ไฟฟ้าแอคชั่น

อีกรูปแบบหนึ่งของช่องโพแทสเซียมที่ควบคุมด้วยแรงดันไฟฟ้าคือช่องโพแทสเซียมแบบปรับแก้ล่าช้า ช่องเหล่านี้จะนำกระแสโพแทสเซียมซึ่งรับผิดชอบต่อระยะราบของศักยภาพการกระทำ และได้รับการตั้งชื่อตามความเร็วในการเปิดใช้งาน ได้แก่I _{Ks ที่เปิดใช้งานช้า} I _Krที่เปิดใช้งานเร็ว และ I _Kurที่เปิดใช้งานเร็วมาก^{[ 38 ]}

ในกล้ามเนื้อหัวใจมีช่องแคลเซียมที่ควบคุมด้วยแรงดันไฟฟ้า อยู่สองชนิด ได้แก่ ช่องแคลเซียมชนิด L ('L' ย่อมาจาก Long-lasting หรือใช้งานได้นาน) และช่องแคลเซียมชนิด T ('T' ย่อมาจาก Transient หรือใช้งานได้สั้น) ช่องชนิด L พบได้บ่อยกว่าและมีจำนวนมากที่สุดใน เยื่อหุ้ม ท่อ Tของเซลล์ห้องหัวใจล่าง ในขณะที่ช่องชนิด T พบได้ส่วนใหญ่ใน เซลล์ ห้องหัวใจบนและเซลล์สร้างจังหวะแต่ก็ยังน้อยกว่าช่องชนิด L

ช่องเหล่านี้ตอบสนองต่อการเปลี่ยนแปลงแรงดันไฟฟ้าข้ามเยื่อหุ้มเซลล์แตกต่างกัน: ช่องชนิด L จะถูกกระตุ้นด้วยศักย์เยื่อหุ้มเซลล์ที่เป็นบวกมากขึ้น ใช้เวลานานกว่าในการเปิด และคงเปิดอยู่นานกว่าช่องชนิด T ซึ่งหมายความว่าช่องชนิด T มีส่วนช่วยในการลดศักย์ไฟฟ้า (เฟส 0) มากกว่า ในขณะที่ช่องชนิด L มีส่วนช่วยในการคงตัว (เฟส 2) ^{[ 39 ]}

ในระบบนำไฟฟ้าของหัวใจกิจกรรมทางไฟฟ้าที่เกิดขึ้นจากปุ่มไซโนเอทริอัล (SAN) จะถูกส่งผ่าน เครือข่าย ฮิส - เพอร์คินเจซึ่งเป็นเส้นทางนำไฟฟ้าที่เร็วที่สุดภายในหัวใจ สัญญาณไฟฟ้าเดินทางจากปุ่มไซโนเอทริอัล ซึ่งกระตุ้นให้ห้องหัวใจบนหดตัว ไปยังปุ่มเอทริโอเวนทริคูลาร์ (AVN)ซึ่งจะชะลอการนำกระแสประสาทจากห้องหัวใจบนไปยังห้องหัวใจล่างความล่าช้านี้ทำให้ห้องหัวใจล่างเต็มไปด้วยเลือดก่อนที่จะหดตัว จากนั้นสัญญาณจะส่งผ่านกลุ่มเส้นใยที่เรียกว่ามัดฮิสซึ่งอยู่ระหว่างห้องหัวใจล่าง และไปยังเส้นใยเพอร์คินเจที่ส่วนล่าง (ยอด) ของหัวใจ ทำให้เกิดการหดตัวของห้องหัวใจล่าง

นอกจาก SAN แล้ว AVN และเส้นใย Purkinje ยังมีกิจกรรมการสร้างจังหวะหัวใจและสามารถสร้างศักยภาพการกระทำได้เอง อย่างไรก็ตาม เซลล์เหล่านี้มักจะไม่เกิดการลดขั้วโดยธรรมชาติ เนื่องจากกระบวนการสร้างศักยภาพการกระทำใน SAN นั้นเร็วกว่า ซึ่งหมายความว่าก่อนที่ AVN หรือเส้นใย Purkinje จะถึงศักยภาพเกณฑ์สำหรับศักยภาพการกระทำ พวกมันจะถูกลดขั้วโดยแรงกระตุ้นที่เข้ามาจาก SAN ^{[ 40 ]}นี่เรียกว่า "การระงับโอเวอร์ไดรฟ์" ^{[ 41 ]}กิจกรรมการสร้างจังหวะหัวใจของเซลล์เหล่านี้มีความสำคัญอย่างยิ่ง เนื่องจากหมายความว่าหาก SAN ล้มเหลว หัวใจก็ยังสามารถเต้นต่อไปได้ แม้ว่าจะในอัตราที่ต่ำกว่า (AVN = 40-60 ครั้งต่อนาที เส้นใย Purkinje = 20-40 ครั้งต่อนาที) เครื่องสร้างจังหวะเหล่านี้จะช่วยให้ผู้ป่วยมีชีวิตอยู่ได้จนกว่าทีมฉุกเฉินจะมาถึง

ตัวอย่างหนึ่งของการหดตัวของหัวใจห้องล่างก่อนกำหนดคือกลุ่มอาการหัวใจของนักกีฬา แบบคลาสสิก การฝึกฝนอย่างต่อเนื่องของนักกีฬาทำให้เกิดการปรับตัวของหัวใจซึ่งอัตราการเต้นของหัวใจขณะพักจะต่ำลง (บางครั้งประมาณ 40 ครั้งต่อนาที) ซึ่งอาจนำไปสู่ภาวะหัวใจห้องบนและห้องล่างถูกปิดกั้น ซึ่งสัญญาณจากหัวใจห้องล่างถูกขัดขวางในเส้นทางไปยังห้องล่าง ส่งผลให้เกิดการหดตัวที่ไม่ประสานกันระหว่างห้องบนและห้องล่าง โดยไม่มีช่วงเวลาหน่วงที่ถูกต้อง และในกรณีที่รุนแรงอาจทำให้เสียชีวิตกะทันหันได้^{[ 42 ]}

ความเร็วในการสร้างศักยภาพการกระทำในเซลล์ควบคุมจังหวะการเต้นของหัวใจได้รับผลกระทบ แต่ไม่ได้ถูกควบคุมโดยระบบประสาทอัตโนมัติ

ระบบประสาทซิมพาเทติก (เส้นประสาทที่เด่นในช่วง การตอบสนองแบบสู้หรือหนีของร่างกาย) จะเพิ่มอัตราการเต้นของหัวใจ ( chronotropy บวก ) โดยการลดเวลาในการสร้างศักยภาพการกระทำใน SAN เส้นประสาทจากไขสันหลังจะปล่อยโมเลกุลที่เรียกว่านอร์อะดรีนาลีนซึ่งจะจับกับและกระตุ้นตัวรับบนเยื่อหุ้มเซลล์ตัวสร้างจังหวะที่เรียกว่าβ1 อะดรีโนเซปเตอร์สิ่งนี้จะกระตุ้นโปรตีนที่เรียกว่า G- _{โปรตีน} (s ย่อมาจาก stimulatory) การกระตุ้น G-โปรตีนนี้จะนำไปสู่ระดับcAMP ที่เพิ่มขึ้น ในเซลล์ (ผ่านทางวิถี cAMP ) cAMP จะจับกับช่อง HCN (ดูด้านบน) ทำให้กระแส funny เพิ่มขึ้น และด้วยเหตุนี้จึงเพิ่มอัตราการลดขั้วในช่วงศักยภาพตัวสร้างจังหวะ cAMP ที่เพิ่มขึ้นยังเพิ่มเวลาเปิดของช่องแคลเซียมชนิด L ทำให้กระแส Ca2 ⁺ผ่านช่องเพิ่มขึ้น เร่งเฟส 0 ^{[ 43 ]}

ระบบประสาทพาราซิมพาเทติก ( ระบบประสาทที่เด่นขณะร่างกายพักผ่อนและย่อยอาหาร) จะลดอัตราการเต้นของหัวใจ ( โครโนโทรปี เชิงลบ ) โดยการเพิ่มระยะเวลาที่ใช้ในการสร้างศักย์ไฟฟ้าในปมไซโนเอเทรียล (SAN) เส้นประสาทที่เรียกว่าเส้นประสาทเวกัสซึ่งเริ่มต้นจากสมองและเดินทางไปยังปมไซโนเอเทรียล จะปล่อย_{โมเลกุล}ที่เรียกว่า อะเซทิลโคลีน (ACh) ซึ่งจะจับกับตัวรับที่อยู่ด้านนอกของเซลล์ควบคุมจังหวะการเต้นของหัวใจ เรียกว่าตัวรับมัสคารินิก M2สิ่งนี้จะกระตุ้นโปรตีนGi (I ย่อมาจาก inhibitory) ซึ่งประกอบด้วย 3 หน่วยย่อย (α, β และ γ) ซึ่งเมื่อถูกกระตุ้นแล้วจะแยกออกจากตัวรับ หน่วยย่อย β และ γ จะกระตุ้นช่องโพแทสเซียมชุดพิเศษ ทำให้โพแทสเซียมไหลออกจากเซลล์มากขึ้นและลดศักย์เยื่อหุ้มเซลล์ ซึ่งหมายความว่าเซลล์ควบคุมจังหวะการเต้นของหัวใจจะใช้เวลานานขึ้นในการไปถึงค่าเกณฑ์^{[ 44 ]} โปรตีน G _iยังยับยั้งวิถี cAMP ด้วย จึงช่วยลดผลกระทบของระบบประสาทซิมพาเทติกที่เกิดจากเส้นประสาทไขสันหลัง^{[ 45 ]}

ยาต้านภาวะหัวใจเต้นผิดจังหวะใช้เพื่อควบคุมจังหวะการเต้นของหัวใจที่เร็วเกินไป ยาอื่นๆ ที่ใช้เพื่อควบคุมศักยภาพการทำงานของหัวใจ ได้แก่ยาปิดกั้นช่องโซเดียมยาปิดกั้นเบต้ายาปิดกั้นช่อง โพแทสเซียม และยาปิดกั้นช่องแคลเซียม

• แอนิเมชันแอนิเมชันที่แสดงให้เห็นถึงการสร้างศักยภาพการกระทำของหัวใจ
• แบบจำลองทางคณิตศาสตร์เชิงโต้ตอบของศักยภาพการกระทำของหัวใจและศักยภาพการกระทำทั่วไปอื่นๆ