thumb| Osnovni srčani akcioni potencijal Srčani akcijski potencijal, za razliku od akcijsog potencijala u skeletnim mišićima|ćelijama skeletnih mišića, ne inicira nervna aktivnost. Umjesto toga, on nastaje iz grupe specijalizovanih ćelija poznatih kao pejsmejkerske ćelije, koje imaju sposobnost automatskog generisanja akcijskog potencijala. U zdravim srcima, ove ćelije formiraju srčani pejsmejker i nalaze se u sinoatrijskom čvoru u desnom pretkomori. One proizvode otprilike 60 –100 akcijskih potencijala svake minute. Akcijski potencijal prolazi duž ćelijske membrane, uzrokujući kontrakciju ćelije, stoga aktivnost sinoatrijskog čvora rezultira srčanom frekvencijom u mirovanju od otprilike 60 –100 otkucaja u minuti. Sve ćelije srčanog mišića su električno povezane jedna s drugom, interkaliranim diskovima koji omogućavaju akcijskom potencijalu da prelazi iz jedne ćelije u drugu. To znači da se sve atrijske ćelije mogu kontrahirati zajedno, a zatim i sve ventrikularne ćelije. SA čvor je glavni pacemaker srca koji ima maksimalan broj P ćelija. thumb|300x300px| Različiti oblici srčanog akcijskog potencijala u različitim dijelovima srca Ovisnost akcijskog potencijala o brzini je fundamentalno svojstvo srčanih ćelija, a promjene mogu dovesti do teških srčanih bolesti, uključujući srčanu aritmiju, a ponekad i iznenadnu smrt. Aktivnost srčanog akcijskog potencijala može se snimiti kako bi se dobio elektrokardiogram (EKG). To je niz uzlaznih i silaznih šiljaka (označenih kao P, Q, R, S i T) koji predstavljaju depolarizaciju (napon postaje pozitivniji) i repolarizaciju (napon postaje negativniji) akcijskog potencijala u pretkomori i komori.
Pregled + Slika 1: Unutar– i vanćelijske koncentracije iona (mmol/L) Element Ion Vanćelijslki Unutarćelijski Odnos Natrij Na+ 135 - 145 10 14:1 Kalij K+ 3,5 - 5,0 155 1:30 Hlorid Cl− 95 - 110 10 - 20 4:1 Kalcij Ca2+ 2 10−4 2 x 104:1 Iako je intracelularni sadržaj Ca2+ oko 2 mM, većina toga je vezana ili sekvestrirana u intracelularnim organelama (mitohondrijama i sarkoplazmatskom retikulumu). Slično skeletnim mišićima, membranski potencijal u mirovanju (napon kada ćelija nije električno pobuđena) komornih ćelija je oko –90 milivolti (mV; 1 mV = 0,001 V), tj. unutrašnjost membrane je negativnija od vanjske. Glavni ioni koji se nalaze izvan ćelije u mirovanju su natrij (Na+) i hlorid (Cl−), dok je unutar ćelije uglavnom kalij (K+).
Akcijski potencijal počinje s porastom napona; ovo je poznato kao depolarizacija i uglavnom je posljedica otvaranja natrijskih kanala koji omogućavaju Na+ da teče u ćeliju. Nakon određenog kašnjenja (poznatog kao apsolutni refraktorni period), akcijski potencijal se završava otvaranjem kalijskih kanala, omogućavajući K+ da napusti ćeliju i uzrokujući povratak membranskog potencijala na negativni nivo; ovo je poznato kao repolarizacija. Drugi važan ion je kalcij (Ca2+), koji se može naći unutar ćelije u sarkoplazmatskom retikulumu (SR), gdje se kalcij skladišti, a nalazi se i izvan ćelije. Oslobađanje Ca2+ iz SR, putem procesa koji se naziva oslobađanje kalcija izazvano kalcijem, ključno je za fazu platoa akcijskog potencijala (vidi fazu 2, ispod) i predstavlja fundamentalni korak u sprezanju srčane ekscitacije i kontrakcije.
Postoje važne fiziološke razlike između pejsmejkerskerskih ćelija sinoatrijskog čvora, koje spontano generiraju srčani akcijski potencijal i onih ćelija koje nisu pajsmejkerske i koje ga jednostavno provode, kao što su komorski miociti). Specifične razlike u vrstama ionskih kanala koji se eksprimiraju i mehanizmima kojima se aktiviraju rezultiraju razlikama u konfiguraciji talasnog oblika akcijskog potencijala, kao što je prikazano na slici 2.
Srčani automatizam Srčani automatizam, također poznat kao autoritmičnost, je svojstvo specijaliziranog provodnih srčanih mišićnih ćelija da generira spontane srčane akcijske potencijale. Automatizam može biti normalan ili abnormalan, uzrokovan privremenim promjenama karakteristika jonskog kanala, kao što je upotreba određenih lijekova, ili u slučaju abnormalnog automatizma, promjene su u elektrotonskom okruženju, uzrokovane, naprimjer, infarktom miokarda.
Faze thumb|440x440px|Akcijski potencijali zabilježeni iz ovčjih prekomorskih i komorskih kardiomiocita s prikazanim fazama. Ionske struje su približne ventrikularnom akcionom potencijalu. Standardni model koji se koristi za razumijevanje srčanog akcionog potencijala je model komorskog miocita. U nastavku je navedeno pet faza akcijskog potencijala komorskog miocita, s osvrtom i na SAN akcijski potencijal. thumb|440x440px|Slika 2a: Talasni oblici ventrikularnog akcionog potencijala (lijevo) i akcionog potencijala sinoatrijalnog čvora (desno). Glavne jonske struje odgovorne za faze su prikazane ispod (otklon prema gore predstavlja jone koji izlaze iz ćelije, otklon prema dolje predstavlja struju prema unutra).
Faza 4 U komorskom miocitu, faza 4 se javlja kada je ćelija u mirovanju, u periodu poznatom kao dijastola. U standardnoj ćeliji bez pejsmejkera, napon tokom ove faze je manje-više konstantan, otprilike –90 mV. membranski potencijal mirovanja rezultat je fluksa iona koji su ušli u ćeliju (npr. natrij i kalcij), fluksa iona koji su izašli iz ćelije (npr. kalij, hlorid i bikarbonat), kao i fluksa iona koje generišu različite membranske pumpe, koji su savršeno uravnoteženi. Aktivnost ovih iona služi dvjema svrhama. Prva je održavanje postojanja membranskog potencijala mirovanja suprotstavljanjem depolarizaciji zbog curenja iona, koji nisu u elektrohemijskoj ravnoteži (npr. natrij i kalcij). Činjenica da ovi ioni nisu u ravnoteži razlog je postojanja električnog gradijenta, jer predstavljaju neto pomjeranje naboja preko membrane, koji se ne mogu odmah ponovo vratiti u ćeliju, kako bi obnovili električnu ravnotežu. Stoga, njihov spori ponovni ulazak u ćeliju mora biti uravnotežen ili bi ćelija polako gubila svoj membranski potencijal.
Druga svrha, usko povezana s prvom, jeste održavanje unutarćelijske koncentracije manje-više konstantnom, a u ovom slučaju ponovno uspostavljanje prvobitnih hemijskih gradijenata, odnosno prisiljavanje natrija i kalcija. koji su prethodno ulazili u ćeliju da izađu iz nje, a kalijua koji je prethodno izlazio iz ćelije nazad u nju (iako je kalij uglavnom u elektrohemijskoj ravnoteži, njegov hemijski gradijent će se prirodno ponovo uravnotežiti suprotno od električnog gradijenta, bez potrebe za aktivnim mehanizmom transporta).
Naprimjer, ione Na+) i K+) održava natrij-kalijska pumpa koja koristi energiju. (u obliku adenozin-rifosfata (ATP)) da premjesti tri Na+ iz ćelije i dva K+ u ćeliju. Drugi primjer je natrij-kalcij izmjenjivač koji uklanja jedan Ca2+ iz ćelije za tri Na+ u ćeliju.
Tokom ove faze, membrana je najpropusnija za K+, koji može putovati u ili iz ćelije kroz kanale za propuštanje, uključujući i kalijski kanal koji se ispravlja prema unutra. Stoga je membranski potencijal u mirovanju uglavnom jednak K+ ravnotežni potencijal i može se izračunati pomoću Goldman-Hodgkin-Katzove jednačine napona.
Međutim, pejsmejkersk ćelije nikada nisu u mirovanju. U ovim ćelijama, faza 4 je također poznata kao pejsmejkerski potencijal. Tokom ove faze, membranski potencijal polahko postaje pozitivniji, sve dok ne dostigne zadanu vrijednost (oko –40 mV; poznat kao prag potencijala) ili dok ga ne depolarizira drugi akcijski potencijal, koji dolazi iz susjedne ćelije.
Smatra se da je pejsmejkerski potencijal posljedica grupe kanala, koji se nazivaju HCN kanali (Hyperpolarization-activated cyclic nukleotid-gated). Ovi kanali se otvaraju pri vrlo negativnim naponima (tj. odmah nakon faze 3 prethodnog akcikskog potencijala; vidi dolje) i omogućavaju prolaz i K+ i Na+ u ćeliju. Zbog njihovog neobičnog svojstva da se aktiviraju vrlo negativnim membranskim potencijalima, kretanje iona kroz HCN kanale naziva se smiješna struja (vidi dolje).
Druga hipoteza u vezi s pejsmejkerskim potencijalom je 'kalcijski sat'. Kalcij se oslobađa iz sarkoplazmatskog retikuluma unutar ćelije. Ovaj kalcij zatim povećava aktivaciju natrij-kalcijskog izmjenjivača što rezultira povećanjem membranskog potencijala (kako se +3 naboj unosi u ćeliju (od strane 3Na+), ali samo +2 naboj napušta ćeliju (od strane Ca2+), stoga postoji neto naboj od +1 koji ulazi u ćeliju). Ovaj kalcij se zatim pumpa nazad u ćeliju i nazad u SR putem kalcijskih pumpi (uključujući SERCA).
Faza 0 Ova faza se sastoji od brze, pozitivne promjene napona na ćelijskoj membrani (depolarizacija) koja traje manje od 2 ms u komorskim ćelijama i 10–20 ms u SAN-skim ćelijama. Ovo se dešava zbog neto protoka pozitivnog naboja u ćeliju.
U ćelijama bez pejsmejkera (tj. komorskim ćelijama), ovo se pretežno proizvodi aktivacijom Na+ kanala, što povećava membransku provodljivost (protok) Na+ (Na). Ovi kanali se aktiviraju kada akcijski kpotencijal stigne iz susjedne ćelije, kroz gap spojeve. Kada se to dogodi, napon unutar ćelije se blago povećava. Ako ovaj povećani napon dostigne prag potencijala (približno –70 mV), to uzrokuje otvaranje Na+ kanala. Ovo proizvodi veći priliv natrija u ćeliju, brzo povećavajući napon dalje na oko +50 mV, tj. prema ravnotežnom potencijalu Na+. Međutim, ako početni stimulus nije dovoljno jak i prag potencijala nije dostignut, brzi natrijumski kanali se neće aktivirati i akcijski potencijal se neće proizvesti; ovo je poznato kao zakon sve ili ništa. Priliv kalcijevih iona (Ca2+) kroz L-tip kalcijskih kanala također predstavlja manji dio efekta depolarizacije. Nagib faze 0 na talasnom obliku akcijskog potencijala (vidi sliku 2) predstavlja maksimalnu brzinu promjene napona srčanog akcijskog potencijala i poznat je kao dV/dtmax.
Međutim, u pejsmejkerskim ćelijama (npr. ćelije sinoatrijsog čvora), povećanje membranskog napona uglavnom je posljedica aktivacije kalcijskih kanala L-tipa. Ovi kanali se također aktiviraju povećanjem napona; međutim, ovaj put je to ili zbog pejsmejkerskog potencijala (faza 4) ili nadolazećeg akcijskog potencijala. Kalcijski kanali L-tipa se aktiviraju sporije od natrijskih kanala, stoga je nagib depolarizacije u talasnom obliku pejsmejkerskog akcijskog potencijala manje strm nego u talasnom obliku akcijskog potencijala bez pejsmejkera.Santana, L.F., Cheng, E.P. and Lederer, J.W. (2010a) 'How does the shape of the cardiac action potential control calcium signaling and contraction in the heart?', 49(6).
Faza 1 Ova faza počinje brzom inaktivacijom Na+ kanala putem unutrašnje kapije (inaktivacijska kapija), smanjujući kretanje natrija u ćeliju. Istovremeno, kalijski kanali (zvani Ito1) se brzo otvaraju i zatvaraju, omogućavajući kratkotrajan protok kalijskih iona iz ćelije, čineći membranski potencijal nešto negativnijim. Ovo se naziva 'zarez' na talasnom obliku akciojskog potencijala. U pejsmejkerskim ćelijama, ne postoji očigledna faza 1.
Faza 2 Ova faza je također poznata kao faza "platoa", zbog toga što membranski potencijal ostaje gotovo konstantan, dok membrana polahko počinje da se repolarizira. To je zbog gotovo ravnoteže naboja koji se kreće u i iz ćelije. Tokom ove faze odgođeni ispravljač kalijevog kanala (Iks) omogućavaju kaliju da napusti ćeliju, dok L-tip kalcijskih kanala (aktiviranih prilivom natrija tokom faze 0) omogućavaju kretanje kalcijskih iona u ćeliju. Ovi kalcijumski ioni se vežu za i otvaraju više kalcijumskih kanala (zvanih rijanodinski receptori) koji se nalaze na sarkoplazmatskom retikulumu unutar ćelije, omogućavajući protok kalcijuma iz SR. Ovi kalcijski ioni su odgovorni za srčanu kontrakciju.