ระบบนำไฟฟ้าหัวใจ

ระบบนำไฟฟ้าหัวใจคือเครือข่ายของเซลล์หัวใจที่ทำหน้าที่สร้างจังหวะการเต้นของหัวใจและนำกระแสไฟฟ้าผ่านหัวใจตามลำดับที่กำหนดไว้ ประกอบด้วยปุ่มไซโนเอเตรียม (sinoatrial node) ปุ่มเอเตรียม-เวนตริเคิล (atrioventricular node) บันเดิลออฟฮิส (bundle of His) แขนงบันเดิล (bundle branches) และเส้นใยเพอร์คินเจ (Purkinje fibres) ซึ่งทั้งหมดนี้ทำงานร่วมกันเพื่อให้หัวใจห้องบนและหัวใจห้องล่างหดตัวอย่างประสานงานและตรงเวลา

Definition

ระบบนำไฟฟ้าหัวใจคือกลุ่มของโครงสร้างกล้ามเนื้อหัวใจที่เชี่ยวชาญ ได้แก่ ปุ่มไซโนเอเตรียม ปุ่มเอเตรียม-เวนตริเคิล บันเดิลออฟฮิส แขนงบันเดิล และเครือข่ายเพอร์คินเจ ซึ่งทำหน้าที่เริ่มต้นการเต้นของหัวใจแต่ละครั้งและส่งผ่านกระแสไฟฟ้าไปทั่วหัวใจตามลำดับที่ประสานกัน

Scope

บทความนี้ครอบคลุมส่วนประกอบของระบบนำไฟฟ้า ลำดับและช่วงเวลาปกติของการแพร่กระจายกระแสประสาท กลไกของการส่งผ่านกระแสประสาทระหว่างเซลล์ และบทบาททางสรีรวิทยาของการหน่วงการนำไฟฟ้าที่ปุ่มเอเตรียม-เวนตริเคิล เป็นข้อมูลอ้างอิงทางสรีรวิทยาและไม่ได้ให้คำแนะนำเกี่ยวกับความผิดปกติของการนำไฟฟ้า

Core questions

• ส่วนประกอบของระบบนำไฟฟ้าหัวใจมีอะไรบ้าง?
• กระแสไฟฟ้าแพร่กระจายผ่านหัวใจตามลำดับใด?
• กระแสประสาทแพร่กระจายจากเซลล์หนึ่งไปยังอีกเซลล์หนึ่งได้อย่างไร?
• เหตุใดจึงมีการหน่วงที่ปุ่มเอเตรียม-เวนตริเคิล?

Key concepts

• ปุ่มไซโนเอเตรียม
• ปุ่มเอเตรียม-เวนตริเคิลและการหน่วงที่ปุ่ม
• บันเดิลออฟฮิส
• แขนงบันเดิล
• เส้นใยเพอร์คินเจ
• ช่องว่างเชื่อมต่อและการเชื่อมต่อระหว่างเซลล์
• ความเร็วในการนำไฟฟ้า
• ปัจจัยความปลอดภัยในการแพร่กระจาย

Mechanisms

โดยปกติแล้ว กระแสประสาทแต่ละครั้งจะเริ่มต้นที่ปุ่มไซโนเอเตรียม ซึ่งเป็นตัวกำหนดจังหวะหลัก และแพร่กระจายไปทั่วหัวใจห้องบน จากนั้นจะมาบรรจบกันที่ปุ่มเอเตรียม-เวนตริเคิล ซึ่งการนำไฟฟ้าจะช้าลงโดยเจตนา การหน่วงนี้ช่วยให้หัวใจห้องบนหดตัวเสร็จสิ้นและเติมเลือดเข้าสู่หัวใจห้องล่างก่อนที่จะมีการกระตุ้นหัวใจห้องล่าง จากปุ่มเอเตรียม-เวนตริเคิล กระแสประสาทจะเดินทางอย่างรวดเร็วลงไปตามบันเดิลออฟฮิส เข้าสู่แขนงบันเดิลด้านขวาและซ้าย และออกไปทางเส้นใยเพอร์คินเจ ซึ่งจะกระจายการกระตุ้นไปยังกล้ามเนื้อหัวใจห้องล่าง เพื่อให้การหดตัวดำเนินไปอย่างประสานงานและเกือบพร้อมกัน การแพร่กระจายระหว่างเซลล์เกิดขึ้นผ่านช่องว่างเชื่อมต่อ (gap junctions) ที่เชื่อมต่อเซลล์กล้ามเนื้อหัวใจที่อยู่ติดกันเข้าด้วยกันในทางไฟฟ้า ความเร็วในการนำไฟฟ้าและปัจจัยความปลอดภัย (safety factor) ในการแพร่กระจายขึ้นอยู่กับขนาดของกระแสดีโพลาไรซ์ คุณสมบัติทางไฟฟ้าแบบพาสซีฟของเนื้อเยื่อ และความหนาแน่นและการกระจายตัวของการเชื่อมต่อระหว่างเซลล์เหล่านี้

Clinical relevance

ความรู้เกี่ยวกับการนำไฟฟ้าปกติเป็นพื้นฐานในการทำความเข้าใจภาวะหัวใจบล็อก (heart block) รูปแบบแขนงบันเดิล (bundle-branch patterns) และความสัมพันธ์ของเวลาที่ปรากฏบนคลื่นไฟฟ้าหัวใจ (electrocardiogram) บทความนี้เป็นข้อมูลทางสรีรวิทยาเพื่อการศึกษา ไม่ใช่พื้นฐานสำหรับการวินิจฉัยหรือการรักษาเฉพาะบุคคล

History

ส่วนประกอบของระบบนำไฟฟ้าถูกระบุในช่วงต้นศตวรรษที่ 20: บันเดิลเอเตรียม-เวนตริเคิล โดย Wilhelm His Jr., ปุ่มเอเตรียม-เวนตริเคิลและเครือข่ายนำไฟฟ้า โดย Sunao Tawara, และปุ่มไซโนเอเตรียม โดย Arthur Keith และ Martin Flack การศึกษาในระดับเซลล์และโมเลกุลในภายหลัง ซึ่งสรุปไว้ในบทความทบทวนสมัยใหม่ ได้ชี้แจงว่าการแพร่กระจายของกระแสประสาทขึ้นอยู่กับการเชื่อมต่อของช่องว่างเชื่อมต่อและโครงสร้างของเนื้อเยื่ออย่างไร

Key figures

• Wilhelm His Jr.
• Sunao Tawara
• Arthur Keith
• Martin Flack
• Andre Kleber
• Yoram Rudy
• Glenn Fishman

Seminal works

• park-fishman-2011
• kleber-rudy-2004
• boyett-2000

Frequently asked questions

เหตุใดการนำไฟฟ้าจึงช้าที่ปุ่มเอเตรียม-เวนตริเคิล?

การนำไฟฟ้าที่ช้าทำให้เกิดการหน่วงสั้นๆ ระหว่างการกระตุ้นหัวใจห้องบนและหัวใจห้องล่าง ซึ่งช่วยให้หัวใจห้องบนเติมเลือดเข้าสู่หัวใจห้องล่างจนเต็มก่อนที่จะหดตัว นอกจากนี้ยังจำกัดความเร็วที่กระแสประสาทสามารถผ่านจากหัวใจห้องบนไปยังหัวใจห้องล่างได้

บทบาทของเส้นใยเพอร์คินเจคืออะไร?

เครือข่ายเพอร์คินเจนำกระแสประสาทอย่างรวดเร็วผ่านหัวใจห้องล่าง กระจายการกระตุ้นเพื่อให้กล้ามเนื้อหัวใจห้องล่างหดตัวอย่างประสานงานและเกือบพร้อมกัน