Tema 2. Propiedades eléctricas del corazón
2.1 Introducción
El sistema cardiovascular o aparato circulatorio está formado por el corazón y los vasos sanguíneos. Su función es llevar a cabo la circulación de la sangre por todo el organismo, para distribuir el oxígeno y demás nutrientes a las células del organismo, y recoger sus productos metabólicos de desecho para su eliminación.
La importancia de este sistema en un organismo pluricelular radica en que constituye el nexo de comunicación entre las células y el medio externo, distribuyendo sustancias que son esenciales para el metabolismo y la supervivencia celular.
La bomba cardiaca está formada por cuatro cavidades (dos aurículas y dos ventrículos) que funcionan como dos bombas en serie, trabajando al unísono y manteniendo cada una de ellas un circuito. El corazón derecho, junto con las arterias, capilares y venas pulmonares, forman el circuito menor o circulación pulmonar; mientras que el corazón izquierdo, junto con las arterias, capilares y venas sistémicas forman el circuito mayor o circulación sistémica.
El movimiento de la sangre en este sistema cerrado sería:
- a) Tomando como punto de inicio el ventrículo izquierdo, recorrería todos los vasos sistémicos hasta volver a la aurícula derecha.
- b) Pasa al ventrículo derecho que la bombea a los vasos pulmonares, retornando a la aurícula izquierda para pasar al ventrículo y cerrar de esta forma todo el circuito.
2.2 Histología cardiaca
La pared cardiaca, al igual que la pared vascular, está formada por tres capas de tejidos. La más interna recibe el nombre de endocardio y es una capa de células epiteliales muy planas con uniones muy fuertes entre ellas, y en contacto continuo con la sangre.
La capa media es la más importante y se denomina miocardio, está formada por fibras musculares estriadas cardíacas que superficialmente se disponen de forma oblicua, en la porción central del miocardio adoptan una disposición circular y las más profundas se sitúan longitudinalmente. Su contracción garantiza un acortamiento en todos los ejes del espacio y justifica la función de bomba que tiene esta estructura. La tercera capa de la pared cardiaca y la más externa es el epicardio, formado por tejido conectivo laxo con redes de fibras elásticas, vasos y nervios.
El pericardio es una bolsa que recubre todo el corazón. El pericardio permite los movimientos del corazón con un rozamiento mínimo, funciona como lubricante, disminuyendo la fricción en los continuos movimientos cardíacos, e impide los llenados excesivos.
2.2.1 Miocardiocito o fibra muscular cardiaca
Las fibras cardíacas son fibras musculares estriadas, mucho más cortas que las esqueléticas. Tienen unas 150 μ de longitud y unas 15-20 μ de ancho. Son células uninucleadas con un contenido en mitocondrias mucho mayor que en las esqueléticas. Las miofibrillas presentan estriaciones con el mismo bandeado que en el músculo esquelético.
A diferencia de las fibras esqueléticas el retículo sarcoplásmico está menos desarrollado y los túbulos T, que presentan una anchura mayor, se sitúan sobre las líneas Z. Por otro lado, la agrupación de una cisterna del retículo y el túbulo T da lugar a una diada más que a una triada.
Las fibras cardíacas no presentan un contorno uniforme sino que tienen prolongaciones o ramificaciones por donde se unen unas con otras formando una especie de red o malla. La zona de contacto entre las fibras cardíacas da lugar a unas regiones especializadas a nivel de la membrana plasmática denominadas discos intercalares. Los discos intercalares son un tipo especial de unión intercelular, gap que garantiza la comunicación eléctrica ente estas células; y por otro lado, proporciona lugares de adhesión y anclaje de una célula con otra. Los discos intercalares proporcionan la base estructural que permite que el corazón se comporte como un sincitio funcional, ya que no morfológico porque cada célula mantiene su individualidad.
2.3 Funcionamiento del corazón
El corazón podría considerarse como una bomba electromecánica; es decir, un sistema que genera de forma automática el impulso cardíaco y lo transmite a todas las células de trabajo.
El músculo cardíaco es un músculo excitable, los miocardiocitos presentan las siguientes características exclusivas:
- a) Son células automáticas capaces de contraerse sin ningún estímulo externo.
- b) Son células rítmicas, lo cual permite que mantengan una frecuencia de contracción suficiente para mantener la actividad de bombeo sin detenciones que pudieran poner en riesgo la supervivencia del organismo. Estas dos características no son observables en la mayor parte de las fibras cardíacas pero subyacen en todas ellas.
Existen dos sincitios musculares, uno el auricular y otro el ventricular, aislados uno del otro por una barrera de tejido fibroso, que constituye el plano donde asientan las válvulas cardíacas.
2.3.1 Propiedades eléctricas del corazón
Los miocardiocitos son autoexcitables o automáticos, lo que significa que no requieren la presencia de un estímulo externo para generar una respuesta contráctil. Esta capacidad de despolarizarse y contraerse rítmicamente sin inervación, se denomina ritmicidad miogénica y es responsable del automatismo cardíaco.
Desde el punto de vista de sus propiedades eléctricas se pueden distinguir dos tipos de fibras cardíacas:
- a) Fibras automáticas o de respuesta lenta.
- b) Fibras de trabajo o de respuesta rápida. Las primeras se caracterizan por ser capaces de generar y conducir el potencial de acción; las segundas, en condiciones normales, no son automáticas y requieren un estímulo para su excitación; sin embargo, en algunas ocasiones, pueden funcionar de forma automática aunque con un ritmo más lento que las primeras.
Las fibras de cada región cardiaca se caracterizan por poseer un ritmo distinto, las ventriculares son las más lentas, mientras que un grupo de auriculares poseen el ritmo más elevado. Este grupo de fibras auriculares se denomina nodo sinusal, y al presentar la ritmicidad más alta, su actividad es la que marca la frecuencia básica del corazón, denominándoselas por ello células marcapaso.
La generación y propagación de un potencial de acción cardíaco es posible por la existencia de un sistema especializado de excitación y conducción.
Sistema eléctrico del corazón.
Las fibras que componen este sistema son el nodo sinusal, el nodo aurículo-ventricular, el haz de His y las fibras de Purkinje. La propagación del potencial de acción en las células cardíacas se produce a través de uniones de tipo gap, como si fuese una membrana continua. La despolarización iniciada en el nodo sinusal se expande por todas las fibras auriculares de arriba abajo. Al alcanzar el plano fibroso, sólo dispone de un punto para continuar la propagación, el nodo auriculo-ventricular, en este punto se produce un enlentecimiento (retraso de 0,1 seg) de la propagación debido a la geometría de las fibras que forman este nodo. Se caracteriza este nodo por ser un haz estrecho con pocas uniones gap donde la velocidad de conducción del impulso eléctrico es más baja y, por lo tanto da lugar a ese retraso. A continuación, el potencial se desplaza rápidamente por el resto del sistema de conducción, alcanzando casi al unísono todas las fibras ventriculares.
2.3.2 Potencial de acción cardiaco
Para que se desarrolle una respuesta contráctil, lo primero que ha de generarse es una respuesta eléctrica en la membrana. Esta respuesta se denomina potencial de acción cardíaco.
La morfología del potencial de acción varía de una célula a otra dependiendo de su localización. Una característica general es su larga duración, a diferencia del músculo esquelético y de las neuronas, cuya duración es de 1-5 ms, el potencial de las fibras cardíacas oscila entre 150 y 300 ms.
Este tiempo tan prolongado tiene importantes consecuencias funcionales, ya que van a superponerse en el tiempo el potencial de acción (fenómeno eléctrico) con la contracción de la fibra (fenómeno mecánico). Consecuencia de este tiempo tan elongado es que los periodos refractarios también se extienden, garantizando que el músculo no pueda reexcitarse en ningún momento, excepto muy al final de la contracción.
Las dos variedades más diferenciadas de potencial de acción son, el potencial marcapasos o potencial de acción de las células de respuesta lenta, y el potencial de acción de las fibras de trabajo o células de respuesta rápida.
2.3.2.1 Potencial marcapasos o respuesta lenta
En las células del nodo sinusal y nodo aurículo-ventricular, el potencial de membrana en reposo no se mantiene en un valor estable, sino que presenta una serie de fluctuaciones rítmicas que van a dar lugar a la generación automática y rítmica de potenciales de acción. Las fases en que se desarrolla esta actuación son:
- a) Fase de reposo inestable. El potencial de membrana no se mantiene constante, sino que va despolarizándose hasta generar el potencial de acción. La apertura de canales para cationes permite que entren cargas positivas y que la célula se despolarice lentamente hasta alcanzar el umbral (-50 mV).Esta lenta despolarización que precede al potencial de acción se conoce como prepotencial, potencial marcapasos o despolarización diastólica , y su desarrollo temporal es un factor clave para la frecuencia cardíaca. A este tipo de potenciales se les describe con el término de respuestas lentas debido a esta fase de pendiente poco pronunciada.
- b) Fase de despolarización. Debido a la entrada de iones de Ca++ del exterior.
- c) Fase de repolarización.
El potencial de acción se propaga por las fibras auriculares dando lugar a los potenciales de acción de dichas fibras y llega al nodo AV antes de que el potencial marcapasos de la células del nodo hayan alcanzado por sí solas el umbral. Posteriormente se propaga por el haz de His, y llega a las fibras ventriculares.
2.3.2.2 Potencial de acción ventricular o respuesta rápida
En el resto de fibras cardíacas, auriculares y ventriculares, el potencial de acción se desarrolla en las siguientes fases:
- Fase 0 o fase de despolarización rápida.
- Fase 1 o de repolarización breve.
- Fase 2 o de meseta. Es la fase más característica de los potenciales de acción cardíacos. Durante la misma se produce una apertura de canales lentos de Ca.
- Fase 3 o fase de repolarización.
- Fase 4 o potencial de membrana en reposo. En condiciones basales estas fibras presentan una gran permeabilidad al potasio, lo que hace que su valor en reposo esté próximo a su punto de equilibrio (-90 mv).
2.3.2.3 Periodo refractario
El periodo refractario absoluto abarca el tiempo desde que se inicia la fase 0 hasta casi la mitad de la fase 3. Por término medio es de unos 200 ms. El periodo refractario relativo abarca el tiempo restante hasta que la membrana se ha repolarizado por completo. Dura unos 50 ms, y hay una cierta recuperación de la excitabilidad ya que se pueden generar potenciales de acción si el estímulo es muy fuerte.
2.3.2.4 Propagación del potencial de acción cardiaco
El potencial de acción iniciado en el nodo sinusal se extiende por todas las fibras cardiacas según la secuencia coordinada descrita en el sistema de conducción. Puede apreciarse el retraso temporal producido en el nodo AV y la rapidez con que el potencial se inicia en todas las fibras ventriculares. Esta despolarización, prácticamente al unísono, permite que la contracción se desarrolle de igual manera y el corazón pueda funcionar como una bomba.
