Estructura y función
La contracción y relajación rápidas e involuntarias del músculo cardíaco son vitales para el bombeo de sangre en todo el sistema cardiovascular. Para lograrlo, la estructura del músculo cardíaco tiene características distintas que le permiten contraerse de forma coordinada y resistir la fatiga.
La célula muscular cardíaca individual (cardiomiocito) es una estructura tubular compuesta por cadenas de miofibrillas, que son unidades en forma de varilla dentro de la célula. Las miofibrillas están formadas por secciones repetidas de sarcómeros, que son las unidades contráctiles fundamentales de las células musculares. Los sarcómeros están compuestos por proteínas largas que se organizan en filamentos gruesos y finos, llamados miofilamentos. Los miofilamentos finos contienen la proteína actina y los gruesos la proteína miosina. Los miofilamentos se deslizan entre sí cuando el músculo se contrae y se relaja. Este proceso se activa a partir de la liberación de calcio del retículo sarcoplásmico (RS) cuando se produce un potencial de acción en el músculo, en un proceso denominado acoplamiento de excitación-contracción. El deslizamiento de la actina y la miosina entre sí produce la formación de «puentes cruzados», lo que provoca la contracción del corazón y la generación de fuerza.
Los cardiomiocitos son células rectangulares y ramificadas que suelen contener un solo núcleo situado en el centro. Esta disposición contrasta con las células del músculo esquelético, que suelen contener muchos núcleos. Los cardiomiocitos contienen muchas mitocondrias para producir grandes cantidades de trifosfato de adenosina (ATP) y mioglobina para almacenar oxígeno y satisfacer las demandas de la contracción muscular.
Al igual que el músculo esquelético, la organización de miofilamentos finos y gruesos superpuestos dentro del sarcómero de la célula produce un aspecto estriado cuando se observa en la microscopía. Este aspecto característico consiste en bandas A gruesas de color oscuro (compuestas principalmente por miosina) con una zona H relativamente brillante en el centro, y bandas I de color más claro (principalmente actina) con una línea Z central oscura (también conocida como disco Z) que conecta los filamentos de actina.
El exterior del cardiomiocito está rodeado por una membrana plasmática llamada sarcolema que actúa como barrera entre los contenidos extracelulares e intracelulares. Las invaginaciones del sarcolema en el citoplasma del cardiomiocito se denominan túbulos T, y contienen numerosas proteínas como canales de calcio tipo L, intercambiadores de sodio-calcio, ATPasas de calcio y receptores beta-adrenérgicos que permiten el intercambio de iones con el líquido extracelular que rodea la célula. En la línea Z del cardiomiocito, los túbulos T discurren adyacentes a zonas ampliadas del retículo sarcoplásmico conocidas como cisternas terminales, y la combinación de un solo túbulo T con una cisterna terminal se denomina diada. Esta configuración contrasta con la del músculo esquelético, que combina 2 cisternas terminales con 1 túbulo T para formar «tríadas», que aparecen en la unión A-I.
Los cardiomiocitos vecinos están unidos en sus extremos por discos intercalados para crear un sincitio de células cardíacas. Dentro del disco intercalado, hay tres tipos diferentes de uniones celulares: la fascia adherente, los desmosomas y las uniones gap. El lado transversal de los discos intercalados es perpendicular a las fibras musculares en las líneas Z y proporciona un componente estructural a través de las conexiones de la fascia adherente y los desmosomas. El lado lateral de los discos contiene uniones en hueco que permiten la comunicación intercelular al permitir que los iones de un cardiomiocito se muevan a una célula vecina sin tener que ser excretados primero al espacio extracelular. La baja resistencia de las uniones en hueco permite que la despolarización se extienda rápidamente por todo el sincitio, lo que facilita la rápida transmisión de los potenciales de acción para producir una contracción sincronizada de los cardiomiocitos al unísono.
Otro rasgo distintivo de las fibras musculares cardíacas es que tienen su propia ritmicidad. A diferencia del músculo liso o esquelético, que requiere una entrada neural para la contracción, las fibras cardíacas tienen sus propias células marcapasos, como el nodo sinoauricular (SA), que se despolariza espontáneamente. Estas despolarizaciones se producen a un ritmo constante, pero las células marcapasos también pueden recibir información del sistema nervioso autónomo para disminuir o aumentar la frecuencia cardíaca en función de las necesidades del organismo.
El potencial de acción miocárdico se produce en cinco pasos, comenzando con una despolarización rápida durante la fase 0, seguida de una repolarización parcial inicial durante la fase 1, un período de meseta de la fase 2, luego una repolarización rápida durante la fase 3, que conduce a la estabilización en el potencial de reposo durante la fase 4. La meseta de la fase 2 es una característica única del potencial de acción miocárdico que no está presente en el músculo esquelético. Está causada por el equilibrio de los efectos de la salida de potasio de la célula con una entrada de calcio a través de los canales de calcio de tipo L activados por voltaje (también conocido como receptor de dihidropiridina) en la superficie de la célula. Esta afluencia de calcio es relativamente pequeña e insuficiente para provocar la contracción por sí misma. Sin embargo, desencadena que el retículo sarcoplásmico libere sus reservas de calcio en el mioplasma del miocito en un proceso denominado liberación de calcio desencadenada. El calcio puede entonces unirse a la troponina en el filamento delgado y comenzar el proceso de contracción del miocito que se observa con cada latido del corazón.
La concentración de calcio en el miocito es el factor crítico que determina cuánta fuerza se genera con cada contracción. Las células musculares cardíacas pueden aumentar la contractilidad a través de los receptores adrenérgicos beta-1 de la superficie con una proteína Gs. Cuando son estimulados por el sistema nervioso simpático o por fármacos agonistas beta-1, los Gs activan la enzima adenilil ciclasa, que convierte el ATP en AMPc. El AMPc intracelular aumenta la actividad de la proteína quinasa A (PKA), que entonces fosforila los canales de calcio permitiendo que entre más calcio en la célula, lo que conduce a un aumento de la contracción.
El músculo cardíaco no se relaja y se prepara para el siguiente latido simplemente cesando la contracción; se produce un proceso activo denominado lusitropía. Durante la lusitropía, las bombas de la Ca-ATPasa del retículo sarcoplásmico (SERCA) en la membrana del retículo sarcoplásmico utilizan la hidrólisis de ATP para transferir el calcio de vuelta al retículo sarcoplásmico (RS) desde el citosol.
La proteína reguladora fosfolamban puede controlar la velocidad a la que la SERCA bombea el calcio al RS. El fosfolamban reduce la transferencia de calcio por la SERCA (ATPasa de Ca2+ del retículo sarcoplásmico) cuando se une. Al igual que puede aumentar la contractilidad, el sistema nervioso simpático también puede aumentar la lusitropía a través de la estimulación adrenérgica beta-1 mediante la fosforilación del fosfolamban con la proteína quinasa dependiente de AMPc (PKA). Cuando se fosforila, el fosfolamban cesa la inhibición de la SERCA, lo que le permite aumentar la tasa de consumo de calcio y la relajación del músculo cardíaco.