ตัวกระตุ้นหัวใจตามธรรมชาติเป็นตัวสร้างจังหวะการเต้นของหัวใจ ตามธรรมชาติ มันใช้ เซลล์กระตุ้นหัวใจที่สร้างแรงกระตุ้นไฟฟ้าที่เรียกว่าศักย์ไฟฟ้าของหัวใจซึ่งควบคุมอัตราการหดตัวของกล้ามเนื้อหัวใจหรือก็คืออัตราการเต้นของหัวใจในมนุษย์ส่วนใหญ่ เซลล์เหล่านี้จะกระจุกตัวอยู่ในปมไซโนเอทริอัล (SA) ซึ่ง เป็น ตัวกระตุ้นหัวใจหลักที่ควบคุม จังหวะไซนัสของหัวใจ

บางครั้งเครื่องกระตุ้นหัวใจสำรองจะทำหน้าที่กำหนดจังหวะการเต้นของหัวใจ หากปม SA เสียหาย หรือระบบนำไฟฟ้าของหัวใจมีปัญหาภาวะหัวใจเต้นผิดจังหวะอาจทำให้เกิดภาวะหัวใจหยุดเต้นซึ่งการหดตัวของหัวใจจะเสียจังหวะ ในมนุษย์ และบางครั้งในสัตว์อื่นๆ อาจใช้เครื่องมือกลที่เรียกว่าเครื่องกระตุ้นหัวใจเทียม (หรือเรียกสั้นๆ ว่า "เครื่องกระตุ้นหัวใจ") หลังจากระบบนำไฟฟ้าภายในร่างกายเสียหาย เพื่อสร้างแรงกระตุ้นเหล่านี้ขึ้นมาโดยสังเคราะห์

โหนดไซโนเอเทรียล (SA node) เป็นตัวกระตุ้นการเต้นของหัวใจหลัก เป็นบริเวณของกล้ามเนื้อหัวใจบนผนังของห้องหัวใจเอเทรียมขวา บน ใกล้กับ ทางเข้าของ หลอดเลือดดำใหญ่เหนือ เซลล์ที่ประกอบขึ้นเป็น SA node คือเซลล์กล้ามเนื้อหัวใจ ชนิดพิเศษ ที่เรียกว่าเซลล์กระตุ้นการเต้น ของหัวใจ ซึ่งสามารถสร้างศักยภาพการทำงานของหัวใจ ได้เอง สัญญาณเหล่านี้จะถูกส่งผ่าน ระบบนำไฟฟ้าของหัวใจ^{[ 1 ] [ 2 ]}มีเพียงร้อยละ 1 ของเซลล์กล้ามเนื้อหัวใจเท่านั้นที่เป็นตัวนำ ส่วนที่เหลือของเซลล์กล้ามเนื้อหัวใจเป็นเซลล์หดตัว

ปุ่ม SA ควบคุมอัตราการหดตัวของกล้ามเนื้อหัวใจทั้งหมด เนื่องจากเซลล์ของปุ่ม SA มีอัตราการเกิดการเปลี่ยนแปลงศักย์ไฟฟ้าเองได้เร็วที่สุด จึงทำให้เกิดศักย์ไฟฟ้ากระตุ้นได้เร็วที่สุด ศักย์ไฟฟ้ากระตุ้นที่สร้างขึ้นโดยปุ่ม SA จะส่งผ่านระบบนำไฟฟ้าของหัวใจและเปลี่ยนแปลงศักย์ไฟฟ้ากระตุ้นเซลล์ควบคุมจังหวะการเต้นของหัวใจอื่นๆ ที่ปุ่ม AV เพื่อเริ่มต้นศักย์ไฟฟ้ากระตุ้น ก่อนที่เซลล์อื่นๆ เหล่านั้นจะมีโอกาสสร้างศักย์ไฟฟ้ากระตุ้นของตัวเองได้ ดังนั้นเซลล์เหล่านั้นจึงหดตัวและส่งกระแสไฟฟ้าไปตามจังหวะที่กำหนดโดยเซลล์ของปุ่ม SA นี่คือการนำกระแสไฟฟ้าตามปกติในหัวใจ

เซลล์สร้างจังหวะหัวใจเชื่อมต่อกับเซลล์หดตัวที่อยู่ใกล้เคียงผ่านทางช่องว่างเชื่อมต่อ (gap junctions ) ซึ่งช่วยให้พวกมันสามารถกระตุ้นการเกิดโพลาไรเซชันในเซลล์ข้างเคียงได้ ช่องว่างเชื่อมต่อนี้ช่วยให้ไอออนบวกเคลื่อนที่ผ่านจากโพลาไรเซชันของเซลล์สร้างจังหวะหัวใจไปยังเซลล์หดตัวที่อยู่ใกล้เคียง ซึ่งจะเริ่มต้นการเกิดโพลาไรเซชันและศักยภาพการกระทำ (action potential) ในเซลล์หดตัว การที่เซลล์กล้ามเนื้อหัวใจเชื่อมต่อกันผ่านทางช่องว่างเชื่อมต่อทำให้เซลล์หดตัวทั้งหมดของหัวใจทำงานประสานกันและหดตัวเป็นหน่วยเดียวกัน โดยทำงานประสานกับเซลล์สร้างจังหวะหัวใจ นี่คือคุณสมบัติที่ทำให้เซลล์สร้างจังหวะหัวใจสามารถควบคุมการหดตัวในเซลล์กล้ามเนื้อหัวใจอื่นๆ ได้ทั้งหมด

เซลล์ในปม SA จะเกิดการลดศักย์ไฟฟ้า เองโดยธรรมชาติ ส่งผลให้เกิดการหดตัวประมาณ 100 ครั้งต่อนาที อัตราการเต้นของหัวใจตามธรรมชาตินี้จะถูกปรับเปลี่ยนอย่างต่อเนื่องโดยการทำงานของ เส้นใยประสาทซิ มพาเทติกและพาราซิมพาเทติกผ่านระบบประสาทอัตโนมัติดังนั้นอัตราการเต้นของหัวใจ ขณะพักโดยเฉลี่ย ในผู้ใหญ่จึงอยู่ที่ประมาณ 70 ครั้งต่อนาที

สัญญาณกระตุ้นจากปุ่มไซนัสจะส่งไปถึงปุ่มเอทริโอเวนทริคูลาร์ซึ่งทำหน้าที่เป็นตัวกระตุ้นหัวใจสำรอง เซลล์ของปุ่มเอวีโดยปกติจะปล่อยสัญญาณประมาณ 40-60 ครั้งต่อนาที

ปุ่มเอทริโอเวนทริคูลาร์ (Atrioventricular node) และมัดเส้นใยฮิส (Bundle of His)ซึ่งอยู่ถัดลงมาเล็กน้อย ตั้งอยู่ในบริเวณที่แยกห้องหัวใจเอทริอัมออกจากห้องหัวใจเวนทริเคิล เรียกว่า รอยต่อเอทริโอเวนทริคูลาร์ (Atrioventricular junction) มัดเส้นใยฮิสจะส่งสัญญาณไปยังแขนงมัดเส้นใยซึ่งจะส่งสัญญาณต่อไปยังเส้นใยพูร์คินเจ (Purkinje fibers ) เส้นใยเหล่านี้จะสร้างศักย์ไฟฟ้ากระตุ้นหัวใจ (Cardiac action potential) ขึ้นเองโดยธรรมชาติในอัตรา 30-40 ครั้งต่อนาที ดังนั้น หากปุ่มเอทริโอเวนทริคูลาร์ (SA node) และปุ่มเอทริโอเวนทริคูลาร์ (AV node) ทำงานผิดปกติทั้งคู่ เซลล์เหล่านี้ก็สามารถกลายเป็นตัวกระตุ้นหัวใจได้เช่นกัน แต่จะมีอัตราการนำไฟฟ้าที่ต่ำกว่าตัวกระตุ้นหัวใจหลักหรือตัวกระตุ้นหัวใจรองมาก

การสร้างศักย์ไฟฟ้าในเซลล์สร้างจังหวะหัวใจมีสามขั้นตอนหลัก เนื่องจากขั้นตอนเหล่านี้คล้ายคลึงกับการหดตัวของเซลล์กล้ามเนื้อหัวใจจึงใช้ระบบการตั้งชื่อเดียวกัน ซึ่งอาจทำให้เกิดความสับสนได้ เพราะขั้นตอนที่หนึ่งและสองไม่มีอยู่ เหลือเพียงขั้นตอนที่ศูนย์ สาม และสี่เท่านั้น

หัวใจสำคัญของการทำงานเป็นจังหวะของเซลล์สร้างจังหวะคือ เซลล์กล้ามเนื้อหัวใจเหล่านี้จะค่อยๆ เกิดการเปลี่ยนแปลงศักย์ไฟฟ้าด้วยตัวเอง ซึ่งแตกต่างจากเซลล์ประสาทและไม่จำเป็นต้องได้รับการกระตุ้นจากระบบประสาทอัตโนมัติเพื่อสร้างศักย์ไฟฟ้า

ในเซลล์อื่นๆ ทั้งหมดศักย์ไฟฟ้าขณะพัก (-60mV ถึง -70mV) เกิดจากการไหลออกหรือ "การรั่วไหล" อย่างต่อเนื่องของ ไอออน โพแทสเซียมผ่านโปรตีนช่องไอออน ในเยื่อหุ้มเซลล์ อย่างไรก็ตาม ในเซลล์สร้างจังหวะ การซึมผ่านของโพแทสเซียม (การไหลออก) นี้จะลดลงเมื่อเวลาผ่านไป ทำให้เกิดการลดศักย์ไฟฟ้าอย่างช้าๆ นอกจากนี้ ยังมีการไหลเข้าอย่างช้าๆ อย่างต่อเนื่องของโซเดียมเรียกว่า กระแสตลก หรือกระแสสร้างจังหวะการเปลี่ยนแปลงความเข้มข้นของไอออนทั้งสองนี้จะค่อยๆ ลดศักย์ไฟฟ้า (ทำให้เป็นบวกมากขึ้น) ของเยื่อหุ้มเซลล์ภายใน (แรงดันไฟฟ้า) ทำให้เซลล์เหล่านี้มีศักย์ไฟฟ้าสร้างจังหวะ เมื่อศักย์ไฟฟ้าของเยื่อหุ้มเซลล์ลดลงเหลือประมาณ -40mV ก็จะถึงเกณฑ์ (เซลล์เข้าสู่ระยะที่ 0) ทำให้เกิดศักย์ไฟฟ้ากระตุ้นได้

แม้ว่าจะเร็วกว่าการลดขั้วในระยะที่ 4 มาก แต่การเพิ่มขึ้นของศักย์ไฟฟ้าในเซลล์สร้างจังหวะก็ยังช้าเมื่อเทียบกับการเพิ่มขึ้นของศักย์ไฟฟ้าในแอก ซอน

เซลล์ SA และ AV ไม่มีช่องโซเดียมแบบเร็วเหมือนเซลล์ประสาท และการเกิดดีโพลาไรเซชันส่วนใหญ่เกิดจากการไหลเข้าอย่างช้าๆ ของไอออนแคลเซียม (กระแสไฟฟ้าประหลาดก็เพิ่มขึ้นด้วย) แคลเซียมเข้าสู่เซลล์ผ่านช่องแคลเซียมที่ไวต่อแรงดันไฟฟ้า ซึ่งจะเปิดเมื่อถึงเกณฑ์ที่กำหนด การไหลเข้าของแคลเซียมนี้ทำให้เกิดระยะเพิ่มขึ้นของศักย์ไฟฟ้า ซึ่งส่งผลให้ศักย์เยื่อหุ้มเซลล์กลับทิศทางไปสู่จุดสูงสุดประมาณ +10mV แคลเซียมภายในเซลล์ทำให้เกิดการหดตัวของกล้ามเนื้อในเซลล์ที่หดตัวได้ และเป็นไอออนตัวกระตุ้น ในเซลล์สร้างจังหวะหัวใจ ระยะที่ 0 ขึ้นอยู่กับการกระตุ้นของช่องแคลเซียมชนิด Lแทนที่จะเป็นการกระตุ้นของช่องโซเดียมแบบเร็วที่ควบคุมด้วยแรงดันไฟฟ้า ซึ่งเป็นตัวที่รับผิดชอบในการเริ่มต้นศักย์ไฟฟ้าในเซลล์ที่หดตัวได้ (ไม่ใช่เซลล์สร้างจังหวะ) ด้วยเหตุนี้ ความชันของระยะเพิ่มขึ้นของศักย์ไฟฟ้าในเซลล์สร้างจังหวะจึงค่อยเป็นค่อยไปมากกว่าในเซลล์ที่หดตัวได้ (ภาพที่ 2)

การกลับขั้วของศักย์เยื่อหุ้มเซลล์กระตุ้นให้ช่องโพแทสเซียมรั่วเปิดออก ส่งผลให้ไอออนโพแทสเซียมรั่วไหลออกจากภายในเซลล์อย่างรวดเร็ว ทำให้เกิดการคืนขั้ว (Vm _มีค่าเป็นลบมากขึ้น) ช่องแคลเซียมก็จะถูกปิดใช้งานหลังจากเปิดออกไม่นาน นอกจากนี้ เมื่อช่องโซเดียมถูกปิดใช้งาน การซึมผ่านของโซเดียมเข้าสู่เซลล์ก็จะลดลง การเปลี่ยนแปลงความเข้มข้นของไอออนเหล่านี้จะค่อยๆ คืนขั้วเซลล์กลับสู่ศักย์เยื่อหุ้มเซลล์ขณะพัก (-60mV) ข้อสังเกตที่สำคัญอีกประการหนึ่งในระยะนี้คือ ปั๊มไอออนจะคืนความเข้มข้นของไอออนให้กลับสู่สถานะก่อนเกิดศักย์ไฟฟ้า ปั๊มไอออน แลกเปลี่ยนโซเดียม-แคลเซียมจะสูบแคลเซียมออกจากช่องว่างภายในเซลล์ทำให้เซลล์ผ่อนคลายอย่างมีประสิทธิภาพปั๊มโซเดียม/โพแทสเซียมจะคืนความเข้มข้นของไอออนโซเดียมและโพแทสเซียมโดยการสูบโซเดียมออกจากเซลล์และสูบ (แลกเปลี่ยน) โพแทสเซียมเข้าสู่เซลล์ การคืนความเข้มข้นของไอออนเหล่านี้มีความสำคัญอย่างยิ่ง เพราะช่วยให้เซลล์สามารถรีเซ็ตตัวเองและทำให้สามารถทำซ้ำกระบวนการดีโพลาไรเซชันโดยธรรมชาติซึ่งนำไปสู่การกระตุ้นศักย์ไฟฟ้าได้

หากโหนด SA ไม่ทำงาน หรือแรงกระตุ้นที่สร้างขึ้นในโหนด SA ถูกปิดกั้นก่อนที่จะเดินทางลงไปตามระบบนำไฟฟ้า กลุ่มเซลล์ที่อยู่ถัดลงไปในหัวใจจะกลายเป็นตัวกระตุ้นการเต้นของหัวใจ^{[ 3 ]}โดยทั่วไปศูนย์กลางนี้จะแสดงด้วยเซลล์ภายในโหนดเอวี (โหนดเอวี) ซึ่งเป็นบริเวณระหว่างห้องหัวใจบนและล่างภายในผนังกั้นห้องหัวใจ บน หากโหนดเอวีล้มเหลวด้วยเส้นใยพูร์คินเจอาจสามารถทำหน้าที่เป็นตัวกระตุ้นการเต้นของหัวใจสำรองหรือ "ตัวกระตุ้นหนี" ได้ในบางครั้ง

ภาวะหัวใจเต้นผิดจังหวะ หรือที่เรียกว่าจุดกำเนิดจังหวะหัวใจเต้นผิดจังหวะ คือกลุ่ม เซลล์ที่สามารถกระตุ้นได้ซึ่งทำให้เกิดการเต้นของหัวใจก่อนกำหนด นอกเหนือจากปมหัวใจ SA ที่ทำหน้าที่ตามปกติ ดังนั้นจึงเป็นภาวะหัวใจเต้นผิดจังหวะ หากเป็นเรื้อรังอาจส่งผลให้เกิดภาวะหัวใจเต้นผิดจังหวะเช่นหัวใจเต้นเร็วหัวใจเต้นช้าหรือหัวใจห้องล่างสั่นพลิ้วอาจใช้เครื่องกระตุ้นหัวใจเทียมเพื่อแก้ไขภาวะ นี้ได้

เครื่องกระตุ้นหัวใจเทียมเป็นอุปกรณ์ทางการแพทย์ที่ฝังไว้ในร่างกายซึ่งสร้างกระแสไฟฟ้าผ่านขั้วไฟฟ้าไปยังห้องหัวใจ ไม่ว่าจะเป็นห้องหัวใจบนหรือห้องหัวใจล่าง เพื่อกระตุ้นให้ห้องหัวใจเหล่านั้นหดตัวและสูบฉีดเลือด ด้วยวิธีนี้ เครื่องกระตุ้นหัวใจเทียมจะเข้ามาทำหน้าที่แทนเครื่องกระตุ้นหัวใจหลักที่ปม SA ในการควบคุมการทำงานของระบบนำไฟฟ้าของหัวใจ

• ระบบประสาทหัวใจภายใน