el músculo cardíaco es notable. A una frecuencia cardíaca promedio de 70 latidos min-1, el corazón necesita contraerse y relajarse más de 100 000 veces al día sin detenerse ni cansarse. La velocidad y la fuerza de estas contracciones deben variar para cumplir con los desafíos fisiológicos y patológicos. Este artículo proporciona una visión general de la fisiología del músculo cardíaco., Describimos la estructura del miocito cardíaco, la generación y diseminación del potencial de acción cardíaca, el proceso de acoplamiento excitación-contracción y el metabolismo y la energética del corazón. Finalmente, discutimos la mecánica de la contracción de la fibra muscular.

estructura del miocito cardíaco

cada miocito cardíaco está rodeado por una membrana celular llamada sarcolema y contiene un núcleo. Las células están llenas de mitocondrias para proporcionar el suministro constante de ATP necesario para sostener la contracción cardíaca., Al igual que con el músculo esquelético, los miocitos cardíacos contienen las proteínas contráctiles actina (filamentos delgados) y miosina (filamentos gruesos) junto con las proteínas reguladoras troponina y tropomiosina. El músculo cardíaco está estriado, aunque el patrón no es tan ordenado como en el músculo esquelético.

Fig. 1 muestra la disposición de los filamentos gruesos y delgados. Los miofilamentos dentro del miocito están rodeados por mangas de retículo sarcoplásmico, análogo al retículo endoplásmico que se encuentra en otras células. Las estructuras tubulares separadas, los túbulos transversales (túbulos), cruzan la célula., En el miocito cardíaco, el túbulo t cruza en la línea Z, en contraste con la unión A-I en el músculo esquelético. El lumen del túbulo T es continuo con el fluido extracelular que rodea la célula y, como en el músculo esquelético, el potencial de acción se propaga por el túbulo T. Los miocitos cardíacos adyacentes se unen de extremo a extremo en estructuras conocidas como discos intercalados. Estos siempre ocurren en una línea Z. En estos puntos, las membranas celulares forman una serie de pliegues paralelos y se mantienen firmemente unidas por desmosomas., Esto da como resultado una fuerte cohesión de célula a célula, lo que permite que la contracción de un miocito se transmita axialmente al siguiente. Existen uniones Gap entre las células del músculo cardíaco, proporcionando vías de baja resistencia para la propagación de la excitación de una célula a otra.

membrana de reposo y potenciales de acción

los miocitos cardíacos se pueden dividir en células de trabajo y células de marcapasos. Las células de trabajo tienen un gran potencial de membrana de reposo estable y muestran un potencial de acción prolongado con una fase de meseta., Las células del marcapasos tienen potenciales de reposo inestables más pequeños y se despolarizan espontáneamente, generando la actividad eléctrica intrínseca del corazón. Las células del marcapasos se encuentran en los ganglios sinoauriculares (SA) y auriculoventriculares (AV). Las células del haz de His y algunas células de Purkinje también son capaces de disparar espontáneamente.

el potencial de acción cardíaco

el potencial de acción cardíaca es muy diferente al observado en los nervios. Tiene una fase de meseta prolongada que dura alrededor de 300 ms en comparación con 1 ms en los nervios. El potencial de acción cardíaco tiene cinco fases como se muestra en la Fig. 2., Durante la fase 0, la permeabilidad de la membrana al potasio disminuye y los canales rápidos del sodio se abren, produciendo la despolarización rápida de -90 mV a +10 mV. Durante la fase 1, hay repolarización parcial, debido a una disminución en la permeabilidad al sodio. La fase 2 es la fase plateau del potencial de acción cardíaco. La permeabilidad de la membrana al calcio aumenta durante esta fase, manteniendo la despolarización y prolongando el potencial de acción. La permeabilidad de la membrana al calcio disminuye algo hacia el final de la fase 2, y la meseta se mantiene parcialmente por una corriente interna de sodio., El sodio fluye hacia la célula a través del intercambiador sodio–calcio. El intercambiador transfiere tres iones de sodio a la célula a cambio de un ion de calcio que fluye hacia fuera, y así produce una corriente positiva interna neta. Como los canales de calcio se inactivan hacia el final de la fase plateau, una corriente de potasio hacia adentro produce repolarización en la fase 3. El potencial de membrana en reposo en la fase 4 es de aproximadamente -90 mV., Esto se produce principalmente por la permeabilidad selectiva de la membrana celular al potasio y el gradiente de concentración de potasio que existe a través de la membrana celular y está cerca del potencial de equilibrio de Nernst para el potasio.

gran parte de la afluencia de calcio en la fase de meseta se produce a través de los canales de calcio de tipo L (apertura larga). El aumento de la activación de los canales de tipo L Se produce con la exposición a catecolaminas, mientras que son bloqueados por antagonistas de los canales de calcio como el verapamilo.

el potencial de acción cardíaca dura aproximadamente 300 ms. durante la gran mayoría de este tiempo, la célula es absolutamente refractaria a una mayor estimulación. En otras palabras, no se generará un potencial de acción adicional hasta que la repolarización esté prácticamente completa. Esto evita que se produzca tetania., Si un estímulo supramáximo ocurre durante el período refractario relativo, el potencial de acción resultante tiene una tasa de despolarización más lenta y es de menor amplitud de lo normal, produciendo una contracción mucho más débil de lo normal.

el potencial del marcapasos

el potencial del marcapasos se observa en las células de los ganglios as y AV. Como se muestra en la Fig. 3, difiere del potencial de acción de los miocitos cardíacos en que las fases 1 y 2 están ausentes. El corazón muestra autoritmicidad: un corazón denervado (como el corazón de un paciente con trasplante cardíaco) continúa contrayéndose espontáneamente., Las células del marcapasos no tienen un potencial de acción en reposo estable, y es la despolarización espontánea del potencial del marcapasos lo que le da al corazón su auto-rítmicidad. El potencial del marcapasos se produce por una disminución de la permeabilidad de la membrana al potasio, una corriente interna lenta debido a la afluencia de calcio a través de los canales de calcio Tipo T (transitorios) y un aumento de la corriente de sodio debido al intercambio de sodio y calcio. Una vez que se alcanza el potencial umbral, los canales de calcio de tipo L Se abren, los iones de calcio entran en la célula y se produce la despolarización., En contraste con el potencial de acción de los miocitos cardíacos, no hay movimiento hacia el interior de los iones de sodio durante la despolarización. La repolarización (fase 3 del potencial de acción) ocurre debido a un aumento en la permeabilidad de potasio. En el nodo SA, la permeabilidad de potasio puede ser mejorada aún más por la estimulación vagal. Esto tiene el efecto de hiperpolarizar la célula y reducir la velocidad de disparo. La estimulación simpática tiene el efecto contrario.

velocidad, conducción y velocidad

el nodo SA, otros centros atriales, el nodo AV y el haz de His tienen actividad inherente del marcapasos. El nodo SA tiene la tasa más alta de despolarización espontánea y, por lo tanto, suprime los otros marcapasos. En el corazón denervado, el nodo SA se descarga a una velocidad de aproximadamente 100 veces min-1., El tono Vagal conduce a una frecuencia cardíaca más baja en sujetos sanos en reposo. Desde el nodo SA, los impulsos se propagan a través de las aurículas hasta el nodo AV a una velocidad de 1 m s−1. El nódulo AV es el único medio de conexión eléctrica entre las aurículas y los ventrículos. La conducción aquí es lenta (aproximadamente 0.05 m s-1). Esto significa que el nodo AV solo transmitirá un máximo de 220 impulsos min-1, protegiendo así los ventrículos de altas tasas de despolarización auricular.

la despolarización se extiende desde el nodo AV hasta el haz de His en el tabique interventricular., El haz se divide en ramas derecha e izquierda, suministrando los ventrículos respectivos. El haz izquierdo se divide en divisiones anteriores y posteriores. Desde las ramas del haz, los impulsos viajan a través del músculo ventricular a través de una red de fibras de Purkinje, a una velocidad de 1-4 m s−1. El sistema de conducción está dispuesto de manera que los ápices de los ventrículos se contraigan antes de las bases, impulsando la sangre fuera de las cámaras.

acoplamiento de la contracción de la excitación

Este es el proceso que une la excitación eléctrica a la contracción., El calcio tiene un papel esencial en este proceso; una concentración elevada de calcio intracelular es el desencadenante que activa la contracción. Una comprensión de la manipulación del calcio es esencial para comprender la función del corazón. La concentración intracelular de iones de calcio en el miocito cardíaco en reposo es de 0,0001 mm litro-1 y la del líquido extracelular es de 1,2 mM litro−1. Durante la fase de meseta del potencial de acción, los iones de calcio fluyen por este gradiente de concentración empinada y entran en el miocito., La mayor parte de este calcio entra a través de los canales de tipo L, ubicados principalmente en las uniones del retículo sarcolémico/sarcoplasmático. El influjo de calcio desencadena la liberación de más calcio del retículo sarcoplásmico a través de los receptores de rianodina. Esta liberación de calcio desencadenada por el calcio está en contraste con el músculo esquelético, donde el potencial de acción desencadena la liberación de calcio directamente.

el calcio intracelular libre interactúa con la subunidad C de la troponina. Esto conduce a un cambio de configuración en el complejo troponina / tropomiosina, permitiendo que la actina interactúe con la miosina., El ciclo de puente cruzado ocurre, lo que lleva a un acortamiento del sarcómero y la contracción muscular resultante. A medida que las concentraciones intracelulares de calcio disminuyen durante la repolarización, el calcio se disocia de la troponina a medida que disminuye la concentración intracelular de calcio, lo que resulta en relajación. La relajación diastólica es un proceso activo (dependiente de ATP). El transporte de calcio fuera del citosol se produce a través de un retículo sarcoplásmico Ca2+-ATPasa, a través del intercambio sarcolémico Na+/Ca2+, a través de un sarcolémico Ca2+-ATPasa, y finalmente mediante la utilización de un mitocondrial Ca2+ uniport.,

la fuerza de una contracción puede variar aumentando la cantidad de calcio intracelular libre, alterando la sensibilidad de los miofilamentos al calcio, o ambos. Este último ocurre durante el estiramiento de los miofilamentos y es responsable del mecanismo de Frank–Starling (discutido más adelante). La sensibilidad al calcio del miofilamento se reduce por la acidosis. Las altas concentraciones de fosfato y magnesio también afectan la función cardíaca.,

las catecolaminas activan los receptores beta-adrenérgicos en el corazón para producir un aumento mediado por la proteína G en cAMP y una mayor actividad de una proteína quinasa dependiente de cAMP. Esto conduce a la fosforilación de los canales de la membrana de calcio, mejorando la entrada de calcio en la célula. La fosforilación de la miosina también ocurre, aumentando la tasa de ciclos de puente cruzado. Las catecolaminas también aumentan la tasa de recaptación de calcio en el retículo sarcoplásmico, ayudando así a la relajación.,

metabolismo y energía

El consumo de oxígeno del corazón latiente es en promedio de 9 ml por 100 g min−1 en reposo. Esto aumenta durante el ejercicio. La extracción de oxígeno de la sangre en la circulación coronaria es alta; por lo tanto, un aumento en la demanda de oxígeno debe satisfacerse con un aumento en el flujo sanguíneo coronario.

El corazón es muy versátil en su uso de sustratos metabólicos. La utilización de carbohidratos representa el 35-40% del consumo total de oxígeno. La glucosa y el lactato se utilizan en proporciones aproximadamente iguales., Una pequeña cantidad de energía puede derivarse de las cetonas; sin embargo, el 60% del requerimiento de energía basal es proporcionado por la grasa. La proporción de sustratos utilizados puede variar dependiendo del estado nutricional de la persona. Después de una comida grande que contiene glucosa, se utilizan más piruvato y lactato. Durante los períodos de inanición, se utiliza más grasa. La insulina aumenta la absorción de glucosa en los miocitos cardíacos, y en la diabetes no tratada se utiliza proporcionalmente más grasa. Normalmente <1% de la energía utilizada por el miocardio es producida por el metabolismo anaeróbico., Esta proporción aumenta durante los períodos de hipoxemia; sin embargo, la acidosis láctica deteriora la función miocárdica y, en última instancia, puede conducir a la muerte celular miocárdica.

contracción de la tira muscular aislada

La mecánica de la contracción de miocitos cardíacos puede estudiarse en el laboratorio examinando el comportamiento de una tira muscular aislada (Fig. 4). El músculo papilar es conveniente para esto ya que sus fibras corren aproximadamente en la misma dirección. El músculo se coloca bajo una tensión inicial o precarga., Si la tira muscular está anclada en ambos extremos y estimulada, sufre una contracción isométrica. La tensión generada durante la contracción isométrica aumenta con el aumento de la longitud inicial (Fig. 4a). La alteración en la longitud inicial de la fibra es análoga a la precarga. El aumento del retorno venoso al corazón da lugar a un aumento del volumen diastólico final del ventrículo izquierdo, aumentando así la longitud de la fibra. Esto produce un aumento en la fuerza de contracción y un aumento del volumen de la carrera que resulta en la curva familiar de Starling., La explicación convencional para esto es que a una longitud de reposo normal, la superposición de actina y miosina no es óptima. El aumento de la longitud inicial mejora el grado de superposición y, por lo tanto, aumenta la tensión desarrollada. En los últimos años ha quedado claro que es poco probable que este mecanismo explique la forma de la curva de estornino en condiciones fisiológicas. Varios otros posibles mecanismos han sido implicados. El alargamiento del músculo aumenta la sensibilidad de la troponina al calcio (sensibilidad al calcio dependiente de la longitud) y también puede conducir a un aumento del calcio libre intracelular.,

Si el músculo es capaz de acortar, pero tiene que levantar un peso, esto se conoce como contracción isotónica. El peso movido por la tira muscular representa la carga posterior. A medida que aumenta la poscarga, tanto la cantidad como la velocidad de acortamiento disminuyen (Fig. 4b y c)., Por el contrario, la reducción de la postcarga mejora el acortamiento, un hecho de considerable importancia en el manejo del corazón fallido. Si la precarga se incrementa estirando el músculo y el experimento se repite, tanto la velocidad como el acortamiento se mejoran. (Higo. 4b y c).

In vivo, la fase inicial de la contracción cardíaca, desde el cierre de las válvulas mitral y tricúspide hasta la apertura de las válvulas aórtica y pulmonar, es isotónica. Se desarrolla tensión, pero el ventrículo no expulsa sangre, ya que no hay acortamiento de la fibra muscular., Después de la apertura de las válvulas aórtica y pulmonar, la contracción se convierte en isotónica, se mantiene la tensión, pero se expulsa la sangre y se produce el acortamiento tónico.

in vitro, perfundiendo los músculos papilares con norepinefrina aumenta la fuerza y rapidez de la contracción isométrica. Este aumento de la contractilidad (es decir, un aumento de la fuerza de contracción para una longitud de fibra dada) se produce in vivo después de la estimulación simpática y la liberación de catecolaminas. Como se mencionó anteriormente, las catecolaminas pueden aumentar tanto la contracción como la relajación del músculo cardíaco., Sin embargo, como las catecolaminas aumentan la carga de calcio intracelular, se requiere más energía para alimentar las bombas que secuestran el calcio en la diástole. En un miocardio fallido, la demanda de energía puede superar la oferta (por ejemplo, debido a estenosis coronarias fijas) y la adición de catecolaminas puede provocar una relajación diastólica disminuida. Levosimendán es un nuevo fármaco que aumenta la sensibilidad de la troponina al calcio de tal manera que el corazón funciona mejor con concentraciones de calcio intracelulares más bajas. Entonces se requiere menos energía en la diástole para reducir las concentraciones intracelulares de calcio.,