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Potencial de Acción Cardíaco – Func.del Organismo -1 Dra. G.E. Carra MATERIAL TEÓRICO COMPLEMENTARIO POTENCIAL DE ACCIÓN CARDÍACO OBJETIVOS GENERALES DE LA CLASE: 1. Conocer características del músculo cardíaco. 2. Analizar las Propiedades relacionadas con la Generación, Propagación y Contracción del músculo cardíaco. a. Estudiar los componentes del sistema de Conducción: Tipos y Función 3. Definir los Potenciales de Acción cardíacos: a. Diferencias regionales b. Bases Iónicas del mismo i. Analizar los canales más importantes involucrados. ii. Efectos de las diferentes corrientes iónicas en la Función mecánica del corazón. 4. Influencia del SNA en la Regulación del ritmo cardíaco 5. Ejemplos de Aplicación: Participación de diferentes canales en situaciones comprometidas y antes estímulos diferentes. INTRODUCCIÓN: Este material es un Resumen a modo de Guía para el alumno, en función de cómo se desarrolló la clase Teórica sobre Potencial de Acción Cardíaco. Esto es una ayuda que NO invalida lo esencial que es la lectura bibliográfica recomendada, a través de la cual el alumno desarrolla su análisis crítico del tema y permite lograr una mayor comprensión del mismo. Es importante y recomendable la asistencia a la Clase Teórica, porque en ella se circunscriben los límites importantes en esta etapa del Curso, habida cuenta que el Tema en cuestión es de gran complejidad y tal vez un solo Texto no basta para su total comprensión. BIBLIOGRAFÍA RECOMENDADA: El alumno tiene derecho a elegir la bibliografía a su alcance, perodesde el Curso es recomendable las más completas en este Tema, a saber: a. Texto Virtual de Fisiología – Dr Fernando Saraví b. Tratado de Fisiología Médica - Dr Guyton -Hall c. Material Teórico Complementario – Dra. G. Carra Potencial de Acción Cardíaco – Func.del Organismo -2 Dra. G.E. Carra DIAPOSITIVA 1 El corazón es una víscera única, del tamaño del “puño” del que lo posee, que genera sus propios latidos e impulsa la sangre comportándose como una verdadera BOMBA mecánica impulsora, que en cada ciclo gracias a la propagación de un estímulo eléctrico, provoca la contracción sincrónica de fibras musculares. El corazón es una bomba mecánica impulsora, compuesta por un equipo de 2 bombas dispuestas en serie, acopladas entre sí. Cada bomba tiene 2 cámaras conectadas eléctricamente, que permite provocar la contracción muscular cardíaca. ¿Qué le proporciona el corazón a la sangre? El corazón le aporta a la sangre: 1. Energía de presión, por el trabajo realizado por la contracción muscular, necesario para movilizar volúmenes de sangre. Dependiente de la presión media y la variación de volúmenes de las cámaras durante la eyección. 2. Energía cinética, por la velocidad de la sangre. Lo cual permitirá que circule correctamente. Las 4 cámaras conectadas funcionalmente, están conformadas por aurículas y ventrículos, donde la aurícula que recibe el retorno venoso “ceba” al ventrículo por diferencia de presión y luego termina el llenado con su contracción conocida como “patada auricular”. La AD ceba al VD (2 cámaras derechas) y éste expulsa la sangre al sistema pulmonar a través de la arteria pulmonar. El llenado ventricular se produce por diferencia de presión auriculo-ventricular, por lo cual lo llamamos lleno PASIVO. Casi al final del llenado, este se completa con la contracción auricular, conocido esto como “patada auricular”. La sangre proveniente del sistema pulmonar drena por cuatro venas pulmonares a la aurícula izquierda. Desde ahí será transferida hacia el VI que expulsará a través de la aorta hacia la periferia, logrando cubrir la circulación sistémica. La expulsión ventricular es de tipo pulsátil y hacia la periferia ese flujo es sustentable y se torna continuo. Desde el punto de vista “mecánico y hemodinámico”, las 2 cavidades derechas, están en serie con las 2 cavidades izquierdas, estando separadas por un tabique auricular y un septum ventricular. Las paredes auriculares son más delgadas que las de los ventrículos y la pared del ventrículo derecho es más delgada que la del izquierdo. Estas diferencias de espesor están relacionadas con la diferencia de presiones de circulación que manejan. Esta conexión en serie del “corazón derecho” y el “corazón izquierdo”, permite un acoplamiento funcional importante, porque uno responde según el funcionamiento del otro. a e tán en entre ada bomba tiene conectada electricamente di tribuye la en el circuito di tribuye la en el lecho circuito u para la circulaci n de la an re para la impul ar y eyectar la an re pul i n pul átil y lu o peri rico u tentable y continuo ur cula ceban entr culo leno pa i o uer a de contracci n entricular e . ontracci n auricular inali a llenado mo e autore ula Potencial de Acción Cardíaco – Func.del Organismo -3 Dra. G.E. Carra Si aumentase el volumen de llenado, habría mayor estiramiento pasivo de las fibras provocando un aumento de disponibilidad de filamentos para aumentar la contracción, por ende, el corazón hace más uer a contráctil y eyecta má e decir que “el a to e a u ta a la demanda”. DIAPOSITIVA 2: MÚSCULO CARDÍACO El corazón está formado por 3 tipos de músculo cardíaco: 1. Miocardio auricular, 2. Miocardio ventricular 3. Fibras musculares especializadas de excitación y conducción. El músculo auricular y ventricular se contrae de manera muy similar al esquelético, excepto que la duración de la contracción es mayor. Las fibras musculares especializadas de excitación y conducción sólo se contraen débilmente porque contienen pocas fibrillas contráctiles, en cambio presentan descargas eléctricas rítmicas automáticas en forma de potenciales de acción o conducción de los PA por todo el corazón, formando así un sistema excitador importante que abarca todo el tejido cardíaco. • Fibras musculares cardíacas: En la 1er figura, observamos fibras musculares cardíacas dispuestas en un retículo, de modo que se separan y combinan (los cardiomiocitos cél. Bifurcadas). Tienen una característica estriada, semejante al músculo esquelético. Se observan miofibrillas con filamentos de actina y miosina. El músculo cardíaco actúa como SINCITIO FUNCIONAL, donde las células musculares cardíacas están separadas por los discos intercalares que son membranas celulares. Estas células individuales conectadas entre sí en “serie” y en “paralelo”. En cada uno de los discos intercalares las membranas celulares se vinculan entre sí de tal manera que existen tres estructuras especializadas: • MACULA ADHAERENS (desmosomas) , son estructuras que mantienen adheridas los cardiomiocitos durante la contracción muscular y permiten sumar la fuerza y el acortamiento de numerosos cardiomiocitos dispuestos en serie. Resisten la fuerza de contracción. • FASCIAE ADHAERENS o zónula adhaerens, son los sitios a los cuales se fijan los filamentos de actina que forman el aparato contráctil. • UNIONES COMUNICANTES o NEXOS→( gap junction), permeables que permiten una rápida difusión iónica en el líquido intracelular a lo largo de la fibra. Los NEXOS son poros de baja resistencia eléctrica que unen el citoplasma de células adyacentes y permiten la propagación de los impulsos eléctricos (potenciales de acción) que inician la contracción cardíaca. dhe i n intercelular e i ten uer a contr. e mo oma m cula adhaerens nione one ina ran mi i n el ctrica del nm nione adherentei an ilamento de ctina an miten uer a de contracci n mportancia en e ulaci n Potencial de Acción Cardíaco – Func.del Organismo -4 Dra. G.E. Carra IMPORTANTE: Es importante destacar que los DESMOSOMAS y la FASCIA ADHAERENS están vinculados al “trabajo mecánico” del músculo para ejercer fuerza de contracción; y las Gap junctions o uniones comunicantes por medio de conexinas son las encargadas de la transmisión del impulso eléctrico. El SARCOLEMA posee pequeñas invaginaciones (diámetro medio 80 nm) llamadas cavéolas. Su membrana tiene alta concentración de colesterol y esfingolípidos y poseen proteínas específicas llamadas caveolinas (en el músculo caveolina 3). En las cavéolas se localizan preferencialmente diversas receptores (por ejemplo, adrenérgicos β2) y moléculas importantes en el transporte transmembrana como la Na,KATPasa, el intercambiador Na+/Ca2+, canales de Na+, K+ y Ca2+. .El 80% de los receptores adrenérgicos en el miocardio son de tipo 1 y el 20% 2. Por esta razón se considera que las cavéolas pueden tener un papel destacado en la regulación de la función de los cardiomiocitos. DIAPOSITIVA 3: Propiedades de las células cardíacas Un corazón normal late aproximadamente 120 000 veces por día, y en ese intervalo cada ventrículo bombea 7200 litros de sangre (1 440 veces la volemia). El corazón está formado por 2 tipos de células cardíacas: las contráctiles y las específicas. La función de las primeras es realizar la mecánica de bomba, mientras que la de las células específicas consiste en generar y conducir los impulsos para poder producir la contracción. Entonces las células mencionadas son: 1. Células NODALES (Células P o marcapasos) →GENERACIÓN: generan despolarizaciones espontáneas. 2. Células T (transicionales)→ CONDUCCIÓN: tienen una estructura intermedia entre las células P y las fibras de Purkinje. 3. Células de Purkinje→PROPAGACIÓN, se encuentran en las ramas del haz de Hiss y la red de Purkinje. Estas células mencionadas especializadas le dan al corazón las siguientes propiedades: 1. AUTOMATISMO – CRONOTROPISMO: capacidad que tiene el músculo cardíaco de generar sus propios impulsos, capaces de activar el tejido y producir una contracción. 2. BADMOTROPISMO – EXCITABILIDAD: Capacidad de responder a un estímulo de forma automática. 3. DROMOTROPISMO – CONDUCTIBILIDAD: Capacidad del músculo para transmitir y propagar el impulso. 4. INOTROPISMO – Variación de la CONTRACTILIDAD: Muchas veces se usan como sinónimos, pero NO lo son. La apacidad de e ponder a e t mulo en orma apacidad de e t mulo en orma apacidad de conducir el impul o iocito in capacidad contráctil apacidad de enerar uer a contráctil . . . . apacidad rela ar e. ela aci n Potencial de Acción Cardíaco – Func.del Organismo -5 Dra. G.E. Carra CONTRACTILIDAD es la capacidad que tiene el músculo cardíaco de transformar la energía química en Fuerza contráctil como respuesta a un estímulo. Está en función de: O2, ATP, Ca ++ y SNA (simpático)→ A > activación del SNA simpático → aumenta la disponibilidad de Calcio→ >fuerza contráctil INOTROPISMO→ es la variación de contractilidad. Podemos tener Variación (+) de la contractilidad, tenemos Inotropismo (+), a la inversa Inotropismo (-). LUSITROPISMO→Variación de la relajación, capacidad de relajarse, recapturar el calcio liberado durante la contracción. IMPORTANTE recordar que todo este sistema especializado, tanto la generación como la propagación y conducción es importante porque permite que todas las porciones de los ventrículos se contraigan casi simultáneamente, lo que es esencial para una generación de presión más eficaz en las cavidades ventriculares. Este sistema específico se puede lesionar, especialmente en ISQUEMIAS de tejidos cardíacos por disminución del flujo coronario, con consecuencias desagradables en el ritmo cardíaco o con secuencias anormales de las contracciones de las cavidades. Esto puede producir alteraciones graves de la eficacia de la función como bomba que tiene el corazón, incluso hasta producir la muerte. DIAPOSITIVA 4 Sistema de Generación y conducción En esta presentación observamos los integrantes de este sistema especializado de excitación y conducción cardíaca, que controla las contracciones cardíacas Comenzamos por : • NSA, nodo sino auricular (Keith-Flack). Se encuentra en la desembocadura de las cavas. Su función es generar impulsos rítmicos en un rango de frecuencias (60-70) lat/min. Se lo considera el marcapasos dominante de la función cardíaca. • NAV, nodo auriculoventricular (Aschoff- Tawara), se encuentra por detrás del orificio coronario. Su función es retrasar los impulsos hacia los ventrículos, pero transmitirlos, dando tiempo a la sincronización entre las activaciones entre aurícula y ventrículo. Se despolariza con una frecuencia menor que el NSA, (40-60)lat/min. El NSA lo “tapa” por tener mayor rango de frecuencias. Este NAV toma importancia ante una falla del NSA, ya que él garantiza una despolarización pero más baja. • HAZ DE HISS Y FIBRAS DE PURKINJE : Del NAV el impulso se propaga al sistema de conducción ventricular, formado por el haz de Hiss y sus ramas derecha e izquierda; esta última posee una rama anterior y otra posterior. o La rama derecha es una prolongación directa del Haz de His. o La rama izquierda es más gruesa y atraviesa el septum perpendicularmente al haz de His. Esta rama se divide en 2, el haz anterior y el haz posterior. o Fibras de Purkinje, que constituyen una red subendocárdica de fibras, con escasa o nula actividad contráctil y especializada en la conducción con velocidad relativamente alta (2 a 3 m/s). Estas tienen actividad generadora, en un rango mucho más bajo, (20 a 40) lat/min. • JERARQUÍA DE MARCAPASOS: Es la relación sincrónica entre los tres elementos generadores y cómo se reaseguran de mantener la actividad funcional cardíaca. En las próximas diapositivas lo analizaremos más. eith lac cho a ara Potencial de Acción Cardíaco – Func.del Organismo -6 Dra. G.E. Carra DIAPOSITIVA 5 NSA y NAV El latido cardíaco persiste tras la denervación del miocardio, lo que demuestra que el corazón posee automatismo (la propiedad de generar por sí mismo su actividad eléctrica con una secuencia fija). Esta secuencia asegura que en cada ciclo las aurículas se contraigan antes que los ventrículos. La activación eléctrica del corazón es iniciada normalmente en células especializadas del nódulo sinoauricular NSA Nodo de Keith y Flack, cuyas dimensiones son 15mm x 5mm de extensión, está ubicado en el subepicardio de la aurícula derecha, próximo a la desembocadura de las venas cavas. Si observamos imagen representativa de TAC 3D, se observa la distribución anatómica de las células nodales. Estructura del NSA: • CABEZA a nivel del subepicardio de la AD… • CRESTA, parte media intraparietal y … • COLA que se dirige hacia el subendocardio. Tres tipos celulares: • Células pequeñas y fusiformes (células P) que carecen de filamentos contráctiles pero que expresan neutrotrofina (algunos han postulado que tienen origen nervioso). Pueden ser aracniformes, rodeadas de gran cantidad de matriz conectiva. Las células de su centro son las que generan normalmente el ritmo cardíaco. • Célulastipo T (transición), Células de la periferia del nodo. • Células de Purkinje que son las que se vinculan con el tejido auricular. Estas células están en íntima relación con fibras del SNA y fibras colágenas, pueden generar potenciales de acción espontáneamente si las células centrales fallan. u caracter tica uncional e de er “ ”, es decir marcar el “ritmo cardíaco”, porque es él quien genera impulsos propagados con frecuencia espontánea (60 a 90/min en reposo y hasta 200/min en el ejercicio). Este sincitio funcional, actúa como si fuera un mecanorreceptor, ya que se despolariza automáticamente teniendo estímulos de distensión, como por ejemplo: • 1er estímulo: Constituido por el flujo pulsátil de la arteria que irriga el nodo en forma cíclica. La arteria del NSA (aNSA) es generalmente una única rama que se origina de la arteria coronaria derecha en el 60% de los casos, mientras que en el 40% restante es una rama de la arteria circunfleja. o En la mayoría de los casos (77%) la arteria ocupa una posición central en el interior del nodo. En el resto de los casos, la arteria ocupa una posición excéntrica en el cuerpo del nodo. En el 29% de los corazones humanos la arteria se ramifica en el interior del nodo. La relación de la cabeza, cuerpo y cola del NSA con la aNSA es variable. • 2do estímulo: La distensión de las paredes auriculares durante el llenado, actúa como 2do estímulo, el NSA se comporta como un mecanorreceptor. Propagación desde el NSA: la onda de activación se propaga (0,3 a 0,5 m/s) a las aurículas. Se han descrito unas vías especializadas de conducción preferencial en las aurículas, pero su papel no es claro, pues la onda de etra o total eno comunicante en la ibra tran icionale y penetrante Potencial de Acción Cardíaco – Func.del Organismo -7 Dra. G.E. Carra despolarización se puede propagar normalmente por los cardiomiocitos auriculares ordinarios a una velocidad de 30 a 40 cm/s. Desde las aurículas el impulso pasa al nódulo auriculo-ventricular (NAV). NAV: Se encuentra en el subendocardio de la aurícula derecha, en una región delimitada por el borde de la válvula tricúspide, el seno coronario y el tabique interauricular. Es una estructura alargada y plana, de 3mm x 6 mm de longitud. Posee tres regiones: • una de transición aurículo-nodal (AN), • una nodal (N) o compacta, y • otra de transición entre ésta y el haz de Hiss (AH), las fibras penetrantes. Está formado por células cardíacas especializadas en la formación y la conducción de impulsos eléctricos cardíacos y se encuentra situado en la porción inferior del surco interauricular próximo al septo membranoso interventricular, en el vértice superior del triángulo de Koch (espacio entre el seno coronario, la válvula septal tricuspídea y el tendón de Todaro). Dato colorativo: Tendón de Todaro: una continuación de la válvula de la vena cava inferior y del anillo tebesiano del seno coronario. Junto con la abertura del seno coronario y de la cúspide septal de la válvula tricúspide, forma parte del triángulo de Koch. El ápice del tríangulo de Koch es donde se localiza el nodo atrioventricular. La parte compacta del NAV, se divide en 2 extensiones o prolongaciones; entre las dos se suele situar la arteria que vasculariza el nodo AV. La extensión en longitud de estas prolongaciones es variable de corazón a corazón. En la cara auricular del NAV, se encuentran las células transicionales, que se interponen entre el nódulo compacto y el miocardio auricular. Estas células transicionales poseen un tamaño intermedio entre las del nodo AV y auriculares de trabajo, y están rodeadas de mayor cantidad de tejido conectivo que las de trabajo, pero no aisladas del miocardio adyacente, sino que constituyen una especie de puente entre el miocardio de trabajo y nodal, recogiendo la información eléctrica de las paredes auriculares, transmitiéndola al nodo AV. IMPORTANTE!! La función inherente del nodo AV es RETRASAR el impulso cardíaco. La conducción en el NAV es lenta (10 cm/s), lo cual resulta en una demora entre la contracción auricular y la contracción ventricular. Esto permite que las aurículas se contraigan y envíen un volumen adicional de sangre a los ventrículos antes de que estos empiecen a contraerse y se cierren las válvulas auriculo ventriculares. ¿Cuál es la causa de ese retraso? Analizamos el circuito de conducción desde NSA al NAV Observamos que el estímulo se distribuye cubriendo la AD y luego hacia la AI, por tractos o vías de conducción especiales, que colaboran con la aurícula en la propagación. La velocidad de conducción en la mayor parte del músculo auricular es de aproximadamente 0,3 m/s, pero la conducción es más rápida en varias pequeñas bandas de fibras auriculares, aproximadamente 1m/s. Estas vías selectivas son: • Haz internodal anterior (1), atraviesa las paredes anteriores de las aurículas para dirigirse a la AI. Este haz se divide en 2 grupos de células o Haz Interauricular Bachman: se mezcla directamente con el miocardio auricular o Haz iternodal Anterior (2): sigue su camino por el tabique interauricular hasta el vértice del NAV. https://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Surco_interauricular&action=edit&redlink=1 https://es.wikipedia.org/wiki/Septo_interventricular https://es.wikipedia.org/wiki/Septo_interventricular https://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Tri%C3%A1ngulo_de_Koch&action=edit&redlink=1 https://es.wikipedia.org/wiki/Seno_coronario https://es.wikipedia.org/w/index.php?title=V%C3%A1lvula_tricusp%C3%ADde&action=edit&redlink=1 https://es.wikipedia.org/w/index.php?title=V%C3%A1lvula_tricusp%C3%ADde&action=edit&redlink=1 https://es.wikipedia.org/w/index.php?title=V%C3%A1lvula_tricusp%C3%ADde&action=edit&redlink=1 https://es.wikipedia.org/wiki/Tend%C3%B3n_de_Todaro https://es.wikipedia.org/wiki/Tend%C3%B3n_de_Todaro https://es.wikipedia.org/wiki/V%C3%A1lvula_de_la_vena_cava_inferior https://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Anillo_tebesiano&action=edit&redlink=1 https://es.wikipedia.org/w/index.php?title=Anillo_tebesiano&action=edit&redlink=1 https://es.wikipedia.org/wiki/Seno_coronario https://es.wikipedia.org/w/index.php?title=C%C3%BAspide_septal&action=edit&redlink=1 https://es.wikipedia.org/wiki/Nodo_atrioventricular https://es.wikipedia.org/wiki/Nodo_atrioventricular Potencial de Acción Cardíaco – Func.del Organismo -8 Dra. G.E. Carra • Haz internodal medio, se origina en el borde posterior del NSA y cursa por detrás de la vena cava superior y alcanza el borde del NAV después de atravesar el tabique interauricular. • Tracto internodal posterior sigue por la crista terminalis desde el NSA por el repliegue de Eustaquio y pasa a través del mismo hasta alcanzar el borde del NAV. La mayoría de estas fibras sobrepasan al NAV en su región compacta, reingresan en la porción más baja del nodo, algunas terminan en la base de la válvula tricúspide y raras veces pueden alcanzar algunas en forma directa el tabique interventricular (provocan arritmias). Estos 3 tractos en condiciones normales o anormales, por separado o en conjunto funcionan como vías preferenciales paraconducir el impulso desde NSA hacia NAV. Estas fibras son más rápidas por la presencia de fibras especializadas. Estas son similares a las fibras de Purkinje de los ventrículos que conducen incluso más rápido. Actualmente hay pruebas de que la conexión interauricular del tracto internodal anterior, originalmente descripta por Bachman funciona como vía preferencial para conducir el estímulo a la aurícula izquierda. Ingreso al NAV: Las fibras de estos tres tractos ingresan al NAV en dos sitios principales: 1. Vértice o porción superoposterior , conteniendo fibras especialmente de los tractos anterior y medio, pero también algunas del tracto posterior. 2. Por la superficie convexa del borde anteroinferior, compuestas por fibras del tracto posterior, las cuales han cortocircuitado el NAV. Entrando al NAV, las fibras de todos los tractos se dividen en una red de fibras más pequeñas (fibras penetrantes). En el extremo del nodo las fibras entrelazadas adquieren un curso paralelo constituyendo el Haz de Hiss. Se observa en la figura los intervalos temporales entre el comienzo del impulso en NSA y su aparición en el NAV. • Desde NSA →NAV→ aproximadamente 0,03s • En el NAV→ retraso de 0,09s→antes de que el impulso ingrese a las fibras penetrantes. • En el haz penetrante→ se produce otro retraso de 0,04s o Retraso total de 0,16s antes de que la señal llegue al músculo ventricular que se está contrayendo. ¿Causa posible? La conducción lenta en las fibras transicionales, nodulares y penetrantes del haz AV está producida principalmente por la disminución del número de uniones en hendidura entre células sucesivas de las vías de conducción, de modo que hay mayor resistencia a la conducción iónica excitadora de una fibra hasta la siguiente. NOTA COMPLEMENTARIA: Actualmente hay pruebas de que en el NAV hay 2 o más vías anatómicas y fisiológicas de conducción del impulso entre aurículas y ventrículos. Estimulando con marcapaso el NSA, se observó una conducción anterógrada a través del nódulo auriculoventricular (NAV) con doble vía nodal, es decir la existencia de dos caminos o vías: una más rápida y con período refractario (PR) más prolongado que una segunda, más lenta. De acuerdo con la precocidad con la cual un estímulo sinusal o auricular alcance el NAV, conduce y llega al haz de Hiss por una u otra vía. La estimulación auricular programada indujo ecos auriculares y episodios de taquicardia no sostenida. Potencial de Acción Cardíaco – Func.del Organismo -9 Dra. G.E. Carra HAZ DE HISS Y FIBRAS DE PURKINJE Del NAV el impulso se propaga al sistema de conducción ventricular, formado por el haz de Hiss y sus ramas derecha e izquierda; esta última posee una rama anterior y otra posterior. • El haz de His y sus ramas están constituidos por fibras de Purkinje, con escasa o nula actividad contráctil y especializada en la conducción con velocidad relativamente alta (2 a 3 m/s). o Estas fibras son haces de células especializadas rodeadas por hojas aislantes de tejido fibroso ( cuerpo fibroso central). Este tejido , similar al del nódulo se extiende en sentido anterior y hacia abajo hacia la válvula tricúspide, así como hacia la izquierda del anillo mitral. • El sistema de conducción ventricular permite la activación casi sincrónica de las fibras musculares de los ventrículos, desde el apex hacia la base. JERARQUÍA DE MARCAPASOS. El NSA marca el ritmo del corazón porque es el que normalmente genera impulsos propagados con mayor frecuencia espontánea (60 a 90/min en reposo y hasta 200/min en el ejercicio). No obstante, si el NSA dejara de funcionar, el comando podría ser tomado por el NAV, que puede generar espontáneamente impulsos con una frecuencia de 40 a 60 latidos/min. Si ninguno de los nodos puede generar impulsos, o si existe un bloqueo completo de la conducción entre aurículas y ventrículos, el sistema de conducción ventricular puede mantener la actividad rítmica con una frecuencia de 20 a 40 latidos/min. Obviamente, las frecuencias muy bajas pueden tener repercusión hemodinámica (hipotensión arterial y síncope). En condiciones anormales, otras células que no pertenecen a los nodos ni al sistema de conducción pueden iniciar impulsos con alta frecuencia, originando taquicardias supraventriculares o ventriculares, según la localización del foco ectópico ventrículos, desde el apex hacia la base. No obstante, si el NSA dejara de funcionar, el comando podría ser tomado por el NAV, que puede generar espontáneamente impulsos con una frecuencia de 40 a 60 latidos/min. Si ninguno de los nodos puede generar impulsos, o si existe un bloqueo completo de la conducción entre aurículas y ventrículos, el sistema de conducción ventricular puede mantener la actividad rítmica con una frecuencia de 20 a 40 latidos/min. Obviamente, las frecuencias muy bajas pueden tener repercusión hemodinámica (hipotensión arterial y síncope). En condiciones anormales, otras células que no pertenecen a los nodos ni al sistema de conducción pueden iniciar impulsos con alta frecuencia, originando taquicardias supraventriculares o ventriculares, según la localización del foco ectópico. En la última diapositiva observamos cómo sincrónicamente funcionan los componentes del sistema de conducción en el corazón. Y cómo se vincula a la representación electrocardiográfica. DIAPOSITIVA 6: Potencial de acción cardíaco En la misma se observan imágenes de PA neuronales, donde se destacan como importante: 1. Despolarización abrupta por apertura de Ch Na voltaje dependiente. 2. Repolarización por la respuesta de Ch de K voltaje-dependiente. Potencial de Acción Cardíaco – Func.del Organismo -10 Dra. G.E. Carra 3. Hiperpolarización 4. Corta duración ( 1ms) Los PA cardíacos son diferentes, en forma y duración. Poseen regionalismos marcados que brindan características funcionales al músculo. Esto se da por la participación de diferentes canales iónicos, no solo por la selectividad sino por la expresión y densidad de los mismos en las diferentes zonas del corazón . El potencial de la membrana en reposo de las células cardíacas son parecidos a los ya estudiados, y respeta el concepto anterior de Transporte transmembrana (visto en el módulo de SN). Pero en las células cardíacas hay regionalismos también, ya que los Vm reposo varían de acuerdo en que zona estén. En células ventriculares, el Vm reposo alcanza -90mV y en las células Nodales, -60mV. POTENCIAL RÁPIDO VENTRICULAR O AURICULAR El potencial de acción registrado en el músculo ventricular, es por término medio de 105 milivoltios, lo que significa que en cada latido el potencial de membrana se eleva desde su valor normal muy negativo de unos 85 milivoltios hasta un valor discretamente positivo de +20 milivoltios aproximadamente. Tras la espiga o punta inicial, la membrana permanece despolarizada durante 0.2 s aproximadamente en el músculo auricular y 0.3 s aproximadamente en el músculo ventricular, haciendo una meseta, que va seguida con una terminación de la misma por una rápida repolarización. La presencia de esta meseta del potencial de acción hace que la contracción del músculo cardíaco dure hasta 15 veces más que la del músculo esquelético. En este punto, hemos de plantearnos la pregunta: ¿Por qué es tan largo el potencial de acción del músculo cardíaco, por qué hace una meseta y por qué no la hace el músculo esquelético? Existen, por lo menos, dos diferencias importantes entre las propiedades de la membrana de los músculos cardíaco y esquelético que explican el potencial de acción prolongado y la meseta del músculo cardíaco. 1er Diferencia: 1. En el músculo esquelético se produce casi en su totalidad por la apertura repentina de grandes cantidades de los denominados canales rápidos de sodio, que permiten que penetren en la fibra muscularesquelética cantidades ingentes de iones sodio. Estos canales se denominan «rápidos» debido a que sólo permanecen abiertos unas diezmilésimas de segundo, y se cierran bruscamente después. Cuando se produce este cierre, tiene lugar la repolarización, y más o menos una diezmilésima de segundo más tarde ha concluido el potencial de acción. 2. En el músculo cardíaco, por otro lado, el potencial de acción se produce por la apertura de dos tipos de canales: 1) los mismos canales rápidos de sodio que en el músculo esquelético, y 2) otra población totalmente diferente de los denominados canales lentos de calcio, denominados también canales de calcio y sodio. Esta segunda población difiere de los canales rápidos de sodio en que se abre más lentamente y, lo que es más importante, en que permanece abierta durante varias décimas de segundo. Potencial de Acción Cardíaco – Func.del Organismo -11 Dra. G.E. Carra Durante este tiempo, fluyen al interior de la fibra muscular cardiaca grandes cantidades de iones calcio y sodio, y esto mantiene un período de despolarización prolongado, que es la causa de la meseta del potencial de acción. Además, los iones de calcio que entran en el músculo durante este potencial de acción desempeñan un papel importante en ayudar a estimular el proceso contráctil del músculo, lo que constituye otra diferencia entre el músculo cardíaco y el esquelético. La segunda diferencia funcional: 1. inmediatamente después del comienzo del potencial de acción, la permeabilidad de la membrana muscular para el potasio disminuye unas cinco veces, efecto que no se da en el músculo esquelético. Este descenso de la permeabilidad al potasio puede producirse por la penetración de grandes cantidades de iones calcio que acabamos de señalar. Independientemente de la causa, la disminución de la permeabilidad del potasio disminuye rápidamente la salida de iones potasio durante la meseta del potencial de acción, y de este modo evita que el potencial vuelva a su nivel de reposo. 2. Cuando, una vez transcurridos de 0.2 a 0.3 s, se cierran los canales lentos de calcio y sodio, y cesa la penetración de iones calcio y sodio, la permeabilidad de la membrana para el potasio aumenta rápidamente; esta pérdida rápida de potasio de la fibra hace que el potencial de membrana regrese a su nivel de reposo, terminando así el potencial de acción. DIAPOSITIVA 7: Regionalismos del Potencial de acción cardíaco El potencial de acción miocárdico tiene una clasificación n función de la velocidad de despolarización, respuesta, eso permite que tengamos células “r pidas” y otras de respuesta “lenta”. Las células ventriculares, las auriculares y fibras de PurKinje, son de respuesta rápida. Todas poseen Vm cercanos a los (-90mV) y tienen 5 fases en función de los iones que actúan en las mismas. Las células Nodales tienen respuesta Lenta, por lo cual también su potencial de membrana en reposo está entre [-50 y - 60]mV y su potencial de acción es de menor “amplitud”, son m s bajos. Además poseen 4 fases en función de los iones que participan. Si observamos el experimento de Durrer, veremos que ese retardo es importante para mantener el sincronismo y la propagación a lo largo de toda la fibra, permitiendo que el PA nodal lento se dispare cuando todas las fibras restantes ya lo han logrado. En otras palabras, cuando está por despolarizarse el NSA nuevamente, el último PA de la célula ventricular ya está en reposo, listo para recibir otro estímulo. DIAPOSITIVA 8 Potencial de acción ventricular Acá observamos el diagrama de PA de respuesta rápida y los estados de la membrana de la célula cardíaca en cada momento, destacando la brusca despolarización gracias al sodio, luego de la inactivación del mismo la fase de meseta gracias al calcio terminando la repolarización con la salida del potasio. a m mrepo o a m a m a m a m on tod lo a card aco i uale en duraci n y orma Potencial de Acción Cardíaco – Func.del Organismo -12 Dra. G.E. Carra Es importante que observen que la curva negra de la figura representa la fuerza de contracción activa y que la fase creciente de la misma coincide con la despolarización provocada con el ingreso de sodio. Cuando se alcanza un valor de potencial de membrana menos negativo, casi positivo, se produce el ingreso de potasio en forma transitoria, logrando una repolarización transitoria, habida cuenta que el calcio que comienza a ingresar frena tal repolarización. Ese calcio que ingresa logra mantener el potencial de membrana en valores positivos, pero con una leve pendiente hacia abajo, gracias a la activación de canales de potasio que permiten que comience la repolarización. Veremos en las próximas diapositivas cada fase en particular, pero lo más importante a destacar en general en esta introducción es que el período refractario ABSOLUTO (PRA) de estas células está definido por la INACTIVACIÓN DE LOS CANALES DE SODIO. Hay que tener en cuenta que este PRA dura casi toda la contracción, lo cual asegura que no haya otro estímulo que la pueda alterar. En otras palabras impide que se produzca sumación de efectos mecánicos. En la última parte de la fase 2, cuando ya se alcanzó un potencial de membrana negativo, comienza el período refractario relativo, que termina cuando termina la repolarización. DIAPOSITIVA 9: BASES IÓNICAS DEL PA CARDÍACO. Como vemos en la primera gráfica de la imagen en el potencial rápido se distinguen cuatro fases (en las dos imágenes de la siguiente página también puede verse): FASE 0 – FASE 1 En esta filmina hago hincapié en dos puntos importantes relacionados con el estado eléctrico de la membrana en el momento que comienza la despolarización. • a e : Cuando la membrana está en REPOSO, el interior celular es negativo y el exterior positivo, por ende hay una TENDENCIA QUÍMICA del ión Na+ a ingresar y un campo eléctrico que favorece el ingreso del mismo, lo que he llamado Tendencia eléctrica. Esto hace que el estado de la membrana tenga una fuerza química y eléctrica disponible que favorece el ingreso del mismo y la dspolarización inicial. i e i e h a i e ase ás to a . . . a Potencial de Acción Cardíaco – Func.del Organismo -13 Dra. G.E. Carra Se produce la Despolarización brusca (rápida) o aguja inicial, por el aumento repentino de la conductancia para el sodio, que tiene lugar por la apertura de canales de sodio provocada por un estímulo suficiente. La entrada rápida de sodio en la célula a favor de un gradiente de concentración, hace que la diferencia de potencial entre el interior y el exterior disminuya rápidamente al neutralizarse las cargas negativas intracelulares. Al registrar la diferencia de potencial entre el interior y exterior de la célula, se observa que cambia bruscamente de -90 a +20 mV. Los canales de sodio se abren cuando un estímulo externo provoca un aumento inicial del potencial intracelular hasta -70 mV (potencial umbral).Entonces, los canales de sodio que son voltaje-dependientes se abren y disparan el potencial de acción. Se observa que ha medida que van ingresando los iones sodio, el interior se va haciendo más positivo, por lo cual la tendencia iónica cambia y eso hace que el flujo vaya disminuyendo hacia potenciales menos negativos. Llega un momento en que se inactiva el canal y deja de entrar sodio. Pero, al mismo tiempo en esos niveles de potenciales ( +20mV) se abren unos canales de Calcio de tipo T ( transitorios) de cinética rápida que permiten ingresar algo de calcio.. Los canales de Na+ voltaje-dependientes tienen 3 estados, idénticos a los estudiados en SN. Compuerta de apertura rápida y de inactivación lenta. Estos canales son objetivos de fármacos para controlar la presión arterial y el ritmo cardíaco. En la figura inferior izquierda, se observa la modificación que sufre el PA cuando es utilizado un fármaco determinado que bloquea el Ch Na. Por ejemplo la Quinidina, bloquea Ch Na y fíjense como se disminuye la pendiente de la fase 0 de despolarización, provoncando <<GNa, incrementando el período refractario y aumentando la duración del potencial de acción. Por ende esta droga es un excelente Antiarrítmico. FASE 1 En esta fase hay que destacar la presencia de la 1er repolarización transitoria por la apertura de un canal de potasio de la familia de los rectificadores hacia fuera, pero que se inactiva r pidamente por sistema de “bola y cadena”. La estructura molecular de este ChK transitorio es muy importante para comprender su corto tiempo de apertura, y la densidad de los mismos en las diferentes membranas celulares cardíacas va a mostrar un registro más o menos puntudo. Esto hace que es “pico” observado varíe en función de la región del miocardio estudiada. También hay que analizar la “palabra rectificación”. Que un canal sea Rectificador es aquel que con su flujo iónico tiende a “rectificar el potencial de la membrana alterado por la despolarización. Eso es volverlo al valor de reposo. Un canal rectificador hacia afuera, significa que facilita la salida más que la entrada de iones con tal de llevar el Vm al valor de reposo. La rectificación tiene una explicación estructural y otra eléctrica. En el potencial de la membrana en el que se abren estos canales de potasio, el interior estará (+) por lo cual la tendencia eléctrica será favorable a la salida del ión potasio y la tendencia química también, por lo cual los flujos iónicos serán salientes. Pero se lo define como “transitorio” por su r pida inactivación apenas el Vm se hace menos positivo. En otros sitios o regiones, se manifiesta la expresión en esa fase de otros canales como los de Cloruro , calcio dependientes, que permiten tener un pico más pronunciado, como en las células auriculares y en las fibras de Purkinje. En resumen: • a e : Repolarización rápida, depende de la salida transitoria de potasio y de la entrada de calcio. Con la membrana despolarizada, el flujo de sodio hacia la célula va disminuyendo hasta que cesa por completo. Por otra parte, se abren los canales de cloro y potasio. Entonces, la célula empieza a perder cargas positivas al comenzar a salir potasios y ganar cargas negativas al entrar cloro. Con todos estos cambios, la diferencia de potencial dentro y fuera de la célula se anula (potencial 0). En esta fase se produce la salida de potasio de la Potencial de Acción Cardíaco – Func.del Organismo -14 Dra. G.E. Carra célula y la entrada de cloro ( en determinadas regiones). Observamos en la diapositiva los potenciales de acción de aurícula y fibras de PURKINJE, ya que en aurícula hay mayor expresión de canales de K transitorios, y en fibras de Purkinje, además se expresan esos canales de Cl, lo cual permite que se vean más puntudos. ( observar los regionalismos) DIAPOSITIVAS 10: FASE 2: inicio y final Luego de la despolarización producida por Na+ y a pesar de la breve repolarización ( por canales transitorios de K), el interior de la membrana est “positivo” y a ese potencial se produce la mayor apertura de canales de calcio lentos ChCaL ( cinética lenta) que permite el mantenimiento de la meseta. En este nivel, hay una tendencia química del Ca a ingresar y una tendencia eléctrica a sacarlo, pero el flujo neto (diferencia entre ingreso y egreso) es ingresante, por lo cual se produce un “amesetamiento” del potencial de acción. Este calcio ingresado permite facilitar e incrementar la liberación de calcio del retículo sarcoplásmico y por lo tanto favorece la contracción. Estos canales se comportan como los de sodio en cuanto a la activación e inactivación y tienen un tiempo de apertura un poco mayor. Esta fase es importante porque regula la contractilidad, ya que el calcio que ingresa permite o facilita la liberación de calcio del retículo sarcopl smico, por lo cual se da lo que se conoce “calcio liberado por calcio”. Es en estos canales donde la medicina cardiológica hace hincapié para controlar la fuerza contráctil que puede afectar la presión de eyección y por ende afectar la presión arterial, ritmo y volumen eyectado. Ej, Si consideramos un fármaco como el DIALTIZEM, es un buen bloqueador de Ch Ca del músculo liso, que modifica la respuesta contráctil porque afecta la resistencia periférica total sistémica. También bloquea los canales de calcio abundantes en los túbulos T del ventrículo. Estos fármacos lo que logran es bajar la pendiente de la fase 2, logrando disminuir el inotropismo( variación de la contractilidad) para que el corazón no trabaje tanto para eyectar la sangre. FINAL FASE 2 Casi al finalizar la Fase 2, el potencial alcanzado permite la activación de unos canales de K, ultra-rápidos, que permiten inicar la Repolarización. Estos canales permiten lograr un flujo de potasio de salida pequeño, porque la tendencia química es “saliente” y la tendencia eléctrica es “inversa”, por lo cual el flujo neto es menor. Pero colabora en pequeño grado para iniciar la repolarización. Son canales Rectificadores hacia afuera, donde la conductancia al Ca es mayor para salir que para entrar, por lo cual el flujo neto es “positivo”. Estos canales de potasio ultra rápidos, se caracterizan por ser voltaje-dependientes, por tener “compuertas y sensores de voltaje”, es decir, subunidades que ante la variación de potencial se desplazan hacia afuera, produciendo la apertura del canal. i e i e Potencial de Acción Cardíaco – Func.del Organismo -15 Dra. G.E. Carra Estos canales est n “diseñados molecularmente “para permitir la salida hacia afuera de iones, m s que entrar, por lo cual se expresa como que la CONDUCTANCIA ES FAVORABLE A LA SALIDA, por eso se los llama “canales rectificadores”, porque facilitan el movimiento iónico más hacia un lado que el otro. RECITIFICADORES HACIA AFUERA→el FLUJO NETO de K es saliente ( más sale de lo que entra) Dentro de estos canales rectificadores hacia afuera, hay de diferente tipo en función de su activación e inactivación. Antes vimos los ChKto (transitorios de fase 1), que son rectificadores hacia afuera, pero se inactivan con un sistema de “bola y cadena” que constituyen una cinética r pida, por lo cual era una característica de su duración de apertura. En cambio los de la parte final de la fase 2 y la fase 3 son inactivados por variaciones de voltaje también, así es que tendrán una cinética lenta, porque se irán inactivando en funcióndel voltaje que alcance la membrana. Dentro de estos canales rectificadores hacia afuera están los: IKUR (ULTRA-RÁPIDOS), > expresión en AI, poco VI, →inactivación por voltaje. IKR(RÁPIDOS) : > expresión en AI que en AD. Inactiv por bola y cadena ( RÁPIDA) IKS(LENTOS) → > expresión en VENTRÍCULOS. Inactivación tipo C ( por V- LENTA) Hay que destacar que a medida que el potencial de membrana se va haciendo más negativo, participan diferentes canales de potasio de cinética más lenta. Como se observará esa rectificación hacia afuera va a ir disminuyendo hacia potenciales más negativos, ya que en ese punto la tendencia eléctrica se opondrá a la química, hasta inactivar esos canales. La complejidad electrofisiológica del corazón está dada por el funcionamiento de los canales que marcan la interacción compleja entre corrientes despolarizantes y repolarizantes. La principal fuente de corrientes repolarizantes se origina por el movimiento de salida de iones potasio (K+) a través de canales de potasio (K+). La característica principal de estos canales, así como los de sodio, es que hay acoplamiento temporal de un sensor de voltaje con la apertura de la compuerta de activación. Este sensor de voltaje está asociado a la 4ta región transmembrana conservada ( S4), que contiene residuo de arginina con carga positiva, cada 3 posiciones, aunque hay otros segmentos de la membrana que contribuyen con corrientes de compuerta a sensar el voltaje. Los modelos actuales, predicen que estos sensores de voltaje actúan como raqueta después la despolarización, con una estructura de hélice sobre hélice sobre la hélice que se mueve a través de la membrana lipídica hacia la región extracelular. El desplazamiento de S4, está acoplado al movimiento de las hélices transmembrana S5 y S6, que conforman la compuerta de activación, lo cual produce la apertura del canal. La configuración de las hélices 5 6 ú , “ ” que permite el control hacia el vestíbulo intracelular amplio, lleno de agua que conduce a l filtro de selectividad “corto”, lo cual brinda facilidad a la conductancia del canal. El filtro del canal, que es estrecho está conformado por 4 unidades alfa que permiten la interacción óptima de los iones potasio con los oxígenos de los carbonilos. Potencial de Acción Cardíaco – Func.del Organismo -16 Dra. G.E. Carra Este tipo de canal de potasio, por su estructura se INACTIVA POR VOLTAJE, solo por el desplazamiento de los snesores, a diferencia de los canales de potasio de la fase 1, que tenían subunidades que inactivaban el canal por el sistema de bola y cadena. Esta fase es importante para controlar Ritmo cardíaco, por lo cual varios fármacos controlan la misma. Por ejemplo uno muy usado como antiarrítmico es la AMIODARONA, que bloquea los canales de K, tanto los ultra rápidos, como los rápidos y lentos, es decir, modifica el período refractario de la célula cardíaca y además lentifica la repolarización por lo cual el ciclo se alarga. La amiodarona también bloquea canales de sodio, por lo cual es muy utilizado como terapia para fibrilaciones auriculares. DIAPOSITIVAS 11 : FASE3: Cuando los canales de K ultrarrápidos, logran que la meseta de la fase 2, tenga cierta pendiente, logrando negativizar la membrana iniciando la repolarización. En esta situación se produce la activación de canales de K (de la misma familia que los ChKur) que se activan por voltaje y también son rectificadores hacia afuera, que provocan la salida más importante de K logrando una repolarización importante. Estos son los canales de K lentos ChKs y rápidos ChKr. Estos canales tienen sensores de voltaje y subunidades que actúan de compuerta. En estos canales la conductancia de salida del K es más importante que la de entrada. Estos canales son los responsables, en conjunto con los de Na para mantener el ritmo. Estos pueden ser bloqueados por fármacos como la Amiodarona (antiarrítmico clase III) que bloquea los Ch K ultra rápidos , los lentos y los rápidos, además de influir sobre los de Na. Este fármaco produce una lentificación de la repolarización, incrementando el período refractario. FASE 4: Una de las diferencias importantes con el PA nervioso, es que no hay hiperpolarización, esto se debe a varias razones, pero la más importante a la presencia de canales de K (ChK1) Rectificadores hacia dentro, de tal forma que se regula minimizando y hasta anulando la salida de potasio, de tal forma que el Vm se mantiene en reposo. La Rectificación hacia dentro, también se conoce como “anomalía” funcional del canal de K. Pero esa anomalía se la estudia desde dos sitios: 1. Rectificación Eléctrica, En ese potencial, el K tiene una tendencia química para salir de la célula pero se contrapone con una tendencia eléctrica para entrar, por lo cual la conductancia al K (GK) para salir de la célula es menor que en la fase 3, pero además la conductancia al ingreso del ión para entrar es más importante que en la fase 3. Esto provoca que el flujo neto en esta fase 4 sea muy pequeño e incluso “nulo”. De esta forma, se mantiene el Vm y no se hiperpolariza. , , i e e blo uea con asociado a , , etc T e n d . e lé c tr ic a T e n d . q u ím ic a T e n d . e lé c tr ic a T e n d . q u ím ic a Potencial de Acción Cardíaco – Func.del Organismo -17 Dra. G.E. Carra 2. Rectificación Biológica, ya que este canal de potasio tiene un poro citoplasmático fácilmente bloqueado por Mg y otras sustancias como putrecina, espermidina, por lo cual se bloquea la salida iónica. Esta colabora también para producir Flujos netos salientes de K pequeños en comparación con los de la fase 3. Gracias a este canal, no hay hiperpolarización y el flujo de K en este potencial es infinitamente pequeño o nulo. En reposo, depende básicamente de la salida de potasio. El calcio sale de la célula por acción de una bomba especifica Na/Ca. La bomba Na/K funciona durante todo el ciclo para restaurar las concentraciones intracelulares de potasio, sodio y calcio. DIAPOSITIVA 12: ACLARACIÓN IMPORTANTE: Recuerden que cuando se habla de “ movimiento iónico en un sentido o en ”, ya sea por energía química o eléctrica. Por un canal el ión puede salir como entrar, pero si el Ch está preparado biológicamente para facilitar la salida, el ión tendrá un flujo neto hacia afuera, más que entrante, ppor lo tanto lo llamamos RECTIFICADOR HACIA AFUERA. En cambio, los RECTIFICADORES HACIA DENTRO, el flujo de potasio saliente normalmente ahora se verá dificultado por 2 razones: • Una la biológica, ya que la estructura del canal con el poro citoplasmático, que se bloquea con sustancias citoplasmáticas impedirá que salga tanto como lo haría normalmente. En algunos directamente lo anula. • Otra es la eléctrica ya que la célula está con potenciales de membrana muy negativos, por lo cual la tendencia eléctrica del medio se opone a la energía química que empuja al potasio para salir, logrando aportar a esa rectificación una disminución o anulación de la salida del ión. Esto hay que aclararlo, porque la mayoría piensa que rectifcar hacia dentro es “ingresar potasio” y biológicamente NO se puede, porque para que ingresara potasio, el potencial de membrana debería ser más negativo que su potencial de equilibrio, lo cual no es así. DIAPOSITIVAS 13 :POTENCIAL DEL NSA Existe una diferencia en el funcionamiento de los canales vistos en ventrículo en la fibra del nódulo sinusal, debida a la negatividad mucho menor del potencial de «reposo» (sólo -55 milivoltios, en lugar de -90 milivoltios). A este grado de negatividad, los canales rápidos de sodio se han «inactivado» en su mayor parte, lo que significa que se han bloqueado. La causa de ello es que en cualquier momento en que el potencial de membrana es menos negativo que unos -60 milivoltios durante más de unos milisegundos, las puertas de inactivación del lado interno de la membrana celular que cierran los canales rápidos de sodio se cierran y quedan así. Por tanto, Potencial de Acción Cardíaco – Func.del Organismo -18 Dra. G.E. Carra sólo pueden abrirse los canales lentos de calcio (es decir, pueden «activarse») y causar así el potencial de acción. Como consecuencia, el potencial de acción se desarrolla más lentamente que el del músculo ventricular y, después de producido el potencial de acción, la recuperación de la negatividad intracelular tiene lugar también de forma lenta, en vez de la recuperación brusca que ocurre en la fibra ventricular. Debido a la elevada concentración de ión sodio que existe en el líquido extracelular (por fuera de la fibra del nódulo), así como a la carga negativa del interior de las fibras del nódulo sinusal en reposo, los iones sodio positivos del exterior de las fibras normalmente tienen tendencia a filtrarse al interior. Además, las fibras del nódulo en reposo tienen una cantidad moderada de canales que ya se encuentran abiertos a los iones sodio. Por tanto, entre latidos cardíacos el aflujo de iones sodio de carga positiva causa un aumento gradual del potencial de membrana. Por tanto el potencial de «reposo» va aumentando gradualmente entre cada dos latidos. Cuando el potencial aumenta hasta un voltaje umbral de unos -40 milivoltios, los canales de calcio y sodio se activan, determinando la entrada rápida de iones calcio, lo que causa el potencial de acción. CANALES HCN La despolarización espontánea de las células nodales y del sistema de conducción fue objeto de una serie de hipótesis hasta que hace casi 30 años se describió en el NSA una corriente de entrada (despolarizante) que se activaba por hiperpolarización en el rango de potencial transmembrana de las células nodales (– 60 a – 40 mV). Por sus propiedades atípicas, esta corriente se llamó “rara” (funny) y se abrevió If. Otras características atípicas de If son que la conductancia es pequeña, que permite el paso de iones Na+ y K+, y que su activación está bajo un doble control por el potencial transmembrana y nucleótidos cíclicos, en particular cAMP. Posteriormente se clonó una familia de cuatro canales llamados HCN (Hyperpolarization-activated, Cyclic Nucleotide-gated). En el tejido nodal se encuentran los subtipos HCN2 y HCN4. Estos canales guardan semejanza con los canales de K voltaje-dependientes, pues también tiene el segmento S4 como sensor de voltaje, sólo que en el Kv cuando el S4 se mueve hacia afuera en respuesta a la despolarización y hacia dentro con la hiperpolarización, el de Kv se abre y el HCN se cierra. El HCN se abre cuando el S4 se baja, o sea se mueve hacia dentro en respuesta a la hiperpolarización- El AMPc NO es indispensable, para abrir el canal, pero su ausencia se requeriría mayor hiperpolarización para poder abrirlos, por eso es que las células nodales funcionan como marcapaso con pequeñas hiperpolarizaciones. Por eso este canal es el más afectado por el SNA, ya que descargas simpáticas aumentan la síntesis de AMPc y eso varía la frecuencia cardíaca. La despolarización resultante por los canales HCN, provoca que el Vm se torne menos negativo llegando a valores entre (-55 a -50)mV, nivel en el cual se produce la apertura de canales de Ca de tipo transitorio, logrando flujos de ingreso despolarizantes de Ca conocidos como JCaT(T por transitorio). Esta despolarización permite alcanzar el Vm menos negativo aún (-$0 a -30)mV, donde se habilitan otros canales de Ca, de cinética lenta , conocidos como ChCaL, que permite que ingrese Ca despolarizando la célula nodal. m m 6 f a tipo yperpolarization yclic ucleotide gated ppie uyton ipe orrecto ctual a tipo 6 5 h a ou ay al revés ncorrecto Potencial de Acción Cardíaco – Func.del Organismo -19 Dra. G.E. Carra Ya llegando a niveles de Vm cercanos a 0mV, se inactivan estos canales y se abren los canales de K rectificadores hacia afuera generando una repolarización nodal, al final de la fase 3 del NSA también aparecen algunos canales de K rectificadores hacia dentro impidiendo también la hiperpolarización. Pero no se produce una meseta de “reposo”, porque hay algunas corrientes de Na de “fondo” o de “background” que logran que haya una despolarización de menor pendiente, que posteriormente habilita la activación por voltaje de los HCN. Por esta razón al punto de Vm m s negativo se lo llama “Potencial diastólico m ximo”, que est en -60mV. DIAPOSITIVAS 14 y 15: Influencia SNA - Regulación El corazón es inervado tanto por nervios simpáticos como parasimpáticos. Los nervios parasimpáticos (vagos) se dirigen principalmente a los nódulos S-A y A-V, en menor medida al músculo de las dos aurículas, y muy escasamente al músculo ventricular. A la inversa, los nervios simpáticos se distribuyen por todas las partes del corazón, con una fuerte representación en el músculo ventricular, así como en todas las áreas restantes. A menudo, para niveles determinados de presión auricular mediante estimulación simpática, la cantidad de sangre bombeada por el corazón cada minuto (el gasto cardíaco) puede aumentar más del 100%. Por el contrario, el gasto puede bajar hasta cero o casi cero por estimulación vagal (parasimpática). EFECTO DE LA ESTIMULACIÓN SIMPÁTICA SOBRE EL RITMO Y LA CONDUCCIÓN CARDÍACOS. La estimulación simpática causa en el corazón efectos esencialmente opuestos a los de la estimulación vagal: 1) aumenta la tasa de descarga del nódulo sinusal; 2) aumenta la tasa de conducción, así como la excitabilidad de todas las regiones del corazón; 3) aumenta notablemente la fuerza de contracción del músculo cardíaco tanto auricular como ventricular. La NA (noradrenalina) liberada por las terminales nerviosas y por la médula suprarrenal incrementa la concentración de catecolaminas en la circulación. Como observamos en la diapositiva, al unirse la NA al receptor betaadrenérgico, se activa la proteína G y el ATP a través de la Adenilato ciclasa aumenta AMPc e influye en canales de calcio y de potasio. Este 2do mensajero, activa la PKA (proteinkinasa), quien influye en la activación de estos canales, pero también estimula para incrementar la liberación de Ca2+ del retículo sarcoplásmico. Esta cascada de efectos, provoca: a) El aumento de AMPc, activa más el canal HCN en células nodales, aumentando la corriente despolarizante incrementando de este modo la pendiente de despolarización de la fase 4. ent Potencial de Acción Cardíaco – Func.del Organismo -20 Dra. G.E. Carra Esto aumenta la permeabilidad al Na y permite que el potencial transmembrana de las células nodales alcance valores “menos negativos”, permitiendo alcanzar el umbral m s r pido. En el NSA el efecto es incrementar la despolarización En el NAV el efecto es incrementar la conducción, disminuyendo el retardo natural de las fibras.b) En ese proceso, aumentan los flujos de calcio en todas las células miocárdicas. Dentro de la respuesta del receptor a su vinculación con la NA, se da el aumento de la fosforilación de Ch Ca ++ y de KUR lo cual provoca que la fase despolarizante en el NSA dependiente del calcio se incremente, aumentando la permeabilidad al calcio y al potasio ultrarrápido de los ventrículos, por lo cual el ciclo se acorta. Ese incremento, tanto en el NSA y NAV, aumentan la pendiente de despolarización de la fase 4, y también hace que el umbral se vuelva más negativo. a. al incrementar el ingreso de calcio, facilita la liberación de calcio del retículo sarcoplásmico. Además aumenta la sensibilidad del canal al calcio citoplasmático. b. En otras palabras, el estímulo simpático incrementa la contractilidad de las fibras. De todas formas, las catecolaminas, no modifican el potencial diastólico máximo, pero sí acortan el potencial de acción como resultado de las acciones que ejercen sobre varias corrientes concretas. Todo esto lleva a un incremento de Frecuencia cardíaca y el riesgo es producir Taquicardias que alteren la función cardíaca. Esto se complica con el aumento del Inotropismo (variación de la contractilidad). Todo lo anterior lo vemos en una corrida de PA de células nodales. Observamos en la gráfica: 1) el Vm se torna menos negativo y permite una mayor rapidez en la despolarización. (1) 2) Se ve una pendiente despolarizante más empinada, debido a la mayor permeabilidad de la membrana a iones Na+ y Ca++. EFECTO DE LA ESTIMULACIÓN PARASIMPÁTICA (VAGAL) DE LENTIFICACIÓN O INCLUSO BLOQUEO DEL RITMO Y DE LA CONDUCCIÓN CARDÍACA. ESCA PE VENTRICULAR. La estimulación de los nervios parasimpáticos del corazón (los vagos) hace que se libere el neurotransmisor acetilcolina (Ach) en las terminaciones vagales. Esta Ach, ralentiza la actividad de marcapasos intrínseca por dos mecanismos que explicaremos a continuación: Con la estimulación del nervio vago, la membrana de la célula marcapaso se hiperpolariza debido a un aumento en permeabilidad de la membrana al K+. Esto hace que la despolarización marcapaso se haga más lenta. El efecto de la activación vagal puede ser de dos tipos, lento o rápido. • Lento, porque la activación de los receptores M2 disminuye la concentración de REB 29(2): 29-38, 2010 Modulación del marcapaso del corazón por la acetilcolina 35 AMPc intracelular. 1 2 P Potencial de Acción Cardíaco – Func.del Organismo -21 Dra. G.E. Carra • Rápido, porque las subunidades Gbg ejercen un efecto directo sobre un canal de K+ presente en las células marcapaso del corazón, que es rectificador hacia dentro y que logra disminuir los flujos de K pero están presentes, provocando una leve hiperpolarización. Esto provoca un retardo en la despolarización, por lo cual baja la Fc. Tenemos tres efectos importantes de la Ach, en función de lo anterior: 1) A→Disminución de las corrientes HCN del nodo, reduciendo la pendiente despolarizante (ver flecha azul en la figura). Esto lo hace porque la Ach disminuye la concentración de AMPc y como el Ch HCN es dependiente del voltaje y del AMPc, baja su actividad disminuyendo la frecuencia del ritmo del nódulo sinusal. Disminuye la permeabilidad al Na+ de las células nodales Disminuye la excitabilidad de las fibras de la unión A-V entre la musculatura auricular y el nódulo A-V, lentificando así la transmisión del impulso cardíaco a los ventrículos. Una estimulación vagal entre leve y moderada bajará la tasa de bombeo cardíaco hasta cifras que son la mitad de lo normal. Pero una estimulación intensa de los vagos puede detener la excitación rítmica del nódulo sinusal, o bloquear completamente la transmisión del impulso cardíaco por la unión A-V. 2) B→También la Ach abre canales GIRK. Este canal que depende de la vinculación del receptor de Ach de tipo muscarínico tipo 2 (M2), es metabotrópico y rectificadores hacia dentro. Cuando finaliza la Fase 3 normalmente, el canal de K voltaje- dependiente se inactiva. Ante la estimulación de la Ach de los canales metabotrópicos GIRK, se prolonga la salida de K pero más lenta, ya que al ser rectificador hacia dentro el flujo saliente de K es mínimo, pero “est ”, por lo cual produce una lentificación de la repolarización. Además, “ ”, hacen que el Vdiast. Máximo se torne más negativo aún, esto dificulta la despolarización, por lo cual hay disminución de la FC 3) C→La Ach reduce la corriente de Ca en el NSA, disminuyendo de este modo la pendiente de despolarización de la fase 4 y desplazando el umbral a valores menos negativos, por lo cual la despolarización es deficiente para disparar el PA. RESUMIENDO: A diferencia de los canales de Na+ o de Ca2+, que al abrirse despolarizan a la célula, la apertura de los canales de K+ la mantienen polarizada o, incluso pueden inducir un estado de hiperpolarización. Todas las células tienen una polaridad eléctrica transmembranal, a la cual se le ha llamado potencial de membrana en reposo y se asume que en reposo la membrana es selectivamente permeable al ion K+. La polaridad eléctrica de la célula se mantiene mientras estén abiertos los canales de K+, y esta condición tiene que ser Potencial de Acción Cardíaco – Func.del Organismo -22 Dra. G.E. Carra contrarrestada en las células marcapaso. A las células con actividad eléctrica espontánea rítmica se les llama marcapaso, y se caracterizan por tener un potencial de membrana que disminuye espontáneamente hasta el nivel denominado umbral en el que se desencadena el potencial de acción. Se conoce como potencial umbral al valor que hace que se abran los canales cuya apertura depende del voltaje. Las células marcapaso del nodo sinusal no tienen canales de Na+, y su potencial de acción se genera al activarse las compuertas sensibles al voltaje de los canales de Ca2+. Para que se active la corriente despolarizante de Ca2+ se requiere que esté ausente o disminuida la corriente polarizante de K+. Cuando se termina el potencial de acción, la polaridad de la célula recupera la condición inicial (repolarización) gracias a la apertura de los canales de K+(rectificadores hacia afuera), y empieza un nuevo ciclo al ocurrir nuevamente la despolarización espontánea que se denomina potencial marcapaso. Efectos sobre el NAV. En él, su función e “ralenti ar la conducci n “a los ventrículos. El mecanismo se basa en inhibir corrientes de calcio que también puede volver el umbral de sus células nodales menos negativo, dificultando la despolarización y la propagación. En cualquiera de los casos, dejan de transmitirse estímulos a los ventrículos. Los ventrículos dejan de latir habitualmente durante 5 a 20 segundos, pero después algún lugar de las fibras de Purkinje, habitualmente la porción del tabique ventricular del haz A-V, desarrolla un ritmo autónomo y produce una contracción ventricular a una frecuencia entre 15 y 40 latidos por minuto. Este fenómeno se denomina escape ventricular. MECANISMO DE LOS EFECTOS VAGALES. En el NAV, el estado de hiperpolarización producido por la estimulación vagal hace difícil que las diminutas fibras auriculares que penetran en el nódulo de la unión (fibras penetrantes), generen electricidad suficiente para excitar las fibras nodales. Por tanto, disminuye el factor de seguridad de la transmisión del impulso cardíaco a través de las fibras de transición en las fibras nodales A-V. Un descenso moderado se limita a lentificar la conducción del impulso, pero una disminución intensa bloquea la conducción por completo. Recordar que el Vago, estimula al aparato digestivo e inhibe al SCV, por ende, la estimulación de las náuseas “ ” El masaje del seno carotídeoes una buena terapia para controlar taquiarritmias inicialmente. Ya que con sólo presionar suavemente pueden provocar un estímulo vagal que afectará: frecuencia cardíaca, conducción, propagación y contracción. DIAPOSITIVAS 17 : IMPORTANCIA de Ch K en ISQUEMIAS Una isquemia se produce por una disminución del consumo de oxígeno, que puede ser por disminución de la “oferta” o imposibilidad del tejido para consumir, por lo cual se produce un daños en el músculo cardíaco. Esta puede ser crónica o aguda. • En ISQUEMIAS CRÓNICAS: la disminución de oxígeno es sostenida en el tiempo, por lo cual uno de los efectos metabólicos importantes es el incremento de ácidos grasos libres, conocidos como fat free acid (FFA). Potencial de Acción Cardíaco – Func.del Organismo -23 Dra. G.E. Carra o Al aumentar la concentración plasmática de FFA, se activan canales de potasio ( ChK) metab., cuando el receptor es estimulado por los FFA , a través de la proteína G se abren canales de K FFA. o Esos ChK son de tipo rectificadores hacia fuera, que al activarse provocan un incremento del flujo neto saliente de potasio. o Esto incrementa la velocidad de la repolarización ( Fase 3) , por lo cual se acorta el ciclo y aumenta la frecuencia cardíaca. o Este aumento de la frecuencia cardíaca por sobre ciertos valores introducen un riesgo importante en arritmias, especialmente arritmias ventriculares. • En Isquemias AGUDAS, ABRUPTAS: la disminución de oxígeno es brusca y produc una depleción del ATP, por lo cual se incrementa la relación ADP/ATP. o En este tipo de isquemias se activan unos canales de potasio Ch K dependientes de ATP. Estos canales son complejos porque tienen la función de “acoplar el metabolismo celular a la actividad eléctrica”, detectando cambios en el citosol de niveles de ATP y de ADP. o El ATP actúa como un inhibidor de estos ChK, que al ser rectificadores hacia dentro controlan el flujo saliente de K reduciéndolo hasta ser casi nulo. Entonces cuando disminuye el ATP, disminuye la inhibición, es decir siguen repolarizando normalmente. o También pueden responder al ADP, pero en forma inversa activándose, cuando aumenta el ADP por la disminución del ATP se activan más estos canales que al rectificar hacia dentro “disminuyen la velocidad de la repolarización”, provocando una disminución importante de la Frecuencia cardíaca. o Esto en isquemias de este tipo puede ir acompañado de un síncope posterior a la isquemia, porque la se lentificó demasiado la repolarización. DIAPOSITIVAS 18 RESUMEN n disminucióndel consumo de G h dependientes h a una entr culo n consumo de h h h entr culo Potencial de Acción Cardíaco – Func.del Organismo -24 Dra. G.E. Carra Todo lo concerniente a la generación, conducción y propagación del potencial de acción cardíaco, es conveniente proyectarlo a la clínica cardiológica de las arritmias. En esta filmina, observamos repetidos ciclos y el tiempo que transcurre entre cada generación del latido por el NSA y el tiempo transcurrido entre cada contracción, por lo cual hay sincronicidad entre ambas. Cuando el RITMO ES SINUSAL, hay conservación del tiempo entre cada generación, pero si hubiese en las vías en algún punto errático, alguna despolarización extra ( como en la figura), que se conoce como foco ectópico, ya que no se despolarizaría sólo salvo que haya sido sobreexcitado, produce lo que se conoce como EXTRA SÍSTOLE, es decir, latido extra. Este latido extra está siendo un obstáculo para la propagación que llega hacia él desde el NSA, vía NAV, vía HH, esto provoca que cuando ese nuevo latido llegue a un punto que se ha despolarizado previamente, ese punto estará en estado refractario, por lo cual no podrá despolarizarse y generar un nuevo PAA para continuar con la propagación. Esto produce una FALTA DE CONTRACCIÓN, por lo cual el ventrículo se desincronia de la aurícula, provocando la ARRITMIA, ya que a pesar de haberse generado un latido, este no termino en estimula al ventrículo para que contraiga. Este tiempo que pasa hasta que vuelva a contraer es conocido como PAUSA COMPENSADORA porque es el tiempo que necesita ese foco para salir del estado refractario y volver a estar apto para propagar el PA. DIAPOSITIVA 19: Sólo me basta agregar que para observar el funcionamiento eléctrico de un corazón necesito registrar sus potenciales y eso es lo que estudiaremos ahora, que es conocer las bases del registro más importante de la clínica médica, el ECG. Observen la primer imagen y verán la representación clara del ritmo sinusal. En la segunda , la aurícula está fibrilando, por lo cual no hay propagación correcta ni contracción de la misma, lo que provoca que el ventrículo funcione en forma asincrónica. Esto lo comprenderemos al estudiar electrocardiografía. Potencial de Acción Cardíaco – Func.del Organismo -25 Dra. G.E. Carra DIAPOSITIVAS 20: Ejemplo de Aplicación in ormaci n complementaria “colorati a” En esta diapositiva he tratado de resumir alguna información vinculada a excesos que dañan nuestro Ritmo Cardíaco y es un daño de tipo “silencioso”, por lo cual los efectos los vemos en forma abrupta. ALCOHOL Una de las causas más importantes para producir arritmias riesgosas agudas, es el ALCOHOL. Analicemos la relación del alcohol con el estímulo autonómico en el corazón, ya que el exceso de alcohol en sangre incrementa la secreción de adrenalina y noradrenalina por parte de la médula suprarrenal. Esto provoca un incremento de la frecuencia cardíaca, ya que en el ventrículo hay un 80% de receptores beta adrenérgicos ávidos por noradrenalina y en los vasos receptores de tipo alfa1 adrenérgicos que incrementan la vasoconstricción, por lo cual hay un aumento de todos los parámetros involucrados en la regulación del ritmo cardíaco. Aparte, y también muy importante, es que el alcohol incrementa en sangre concentración de ácidos grasos libres, conocidos como “FFA ( fat free acid) que son arritmogénicos. ¿Por qué? Porque los canales de potasio en el miocardio que son dependientes de losFFA (ChKFFA), se activan cuando hay aumento de la concentración de FFA y por ende provocan un incremento de la velocidad de repolarización lo que influye en un incremento de la frecuencia cardíaca y la contractilidad miocárdica. El corazón del alcohólico se lo conoce como “alcoholic holiday heart” pero los cardiólogos norteamericanos suelen bromear haciendo un juego de palabras, llam ndolo “alcoholic dead heart”, debido a que los daños sistémicos generalizados a los que se somete el corazón de un alcohólico, hace que sea irrecuperable. Este corazón se comporta como el de una “isquemia aguda”, donde aparecen arritmias severas. COCAÍNA Sustancia conocida como Clorhidrato de cocaína, que tiene varios efectos indeseables en nuestro sistema de conducción y nuestro sistema mecánico cardíaco. En este módulo vemos que el peor de los efectos es que superestimula la producción interna de dopamina, bloquea la recaptación de NA, logrando una gran concentración de catecolaminas en sangre con los efectos correspondientes. Esto provoca aumento de la resistencia periférica sistémica total, aumento de frecuencia cardíaca, aumento del gasto cardíaco y de la presión
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