Estrutura e Função
Rapidez, contracção involuntária e relaxamento do músculo cardíaco são vitais para bombear sangue em todo o sistema cardiovascular. Para isso, a estrutura do músculo cardíaco tem características distintas que lhe permitem contrair-se de forma coordenada e resistir à fadiga.
A célula muscular cardíaca individual (cardiomiócito) é uma estrutura tubular composta por cadeias de miofibrilas, que são unidades semelhantes a varas dentro da célula. As miofibrilas consistem em secções repetidas de sarcômeros, que são as unidades contráteis fundamentais das células musculares. Os sarcômeros são compostos de proteínas longas que se organizam em filamentos grossos e finos, chamados miofilamentos. Os miofilamentos finos contêm a actina proteica e os miofilamentos grossos contêm a miosina proteica. Os miofilamentos passam uns pelos outros à medida que os músculos se contraem e relaxam. Este processo é ativado a partir da liberação de cálcio do retículo sarcoplasmático (SR) ao entregar um potencial de ação ao músculo, em um processo chamado de acoplamento excitação-contração. O deslizamento da actina e da miosina uma sobre a outra produz a formação de “pontes cruzadas”, que causam contração do coração e geração de força.
Cardiomiócitos são células retangulares, ramificadas, que normalmente contêm apenas um núcleo centralmente localizado. Este arranjo contrasta com as células musculares esqueléticas, que muitas vezes contêm muitos núcleos. Os cardiomiócitos contêm muitas mitocôndrias para produzir grandes quantidades de trifosfato de adenosina (ATP) e mioglobina para armazenar oxigênio para atender as demandas de contração muscular.
Músculo esquelético, a organização de miofilamentos finos e espessos sobrepostos dentro do sarcômero da célula produz uma aparência estriada quando visto ao microscópio. Esta aparência característica consiste em bandas A de cor escura espessa (principalmente composta de miosina) com uma zona H relativamente brilhante no centro, e bandas I de cor mais clara (principalmente actina) com uma linha Z central escura (também conhecida como disco Z) ligando os filamentos de actina.
O exterior do cardiomiócito é rodeado por uma membrana plasmática chamada sarcolemma que age como uma barreira entre o conteúdo extracelular e intracelular. Invaginações do sarcolemma no citoplasma do cardiomiócito são chamadas de t-tubos T, e contêm numerosas proteínas como canais de cálcio tipo L, trocadores sódio-cálcio, ATPases de cálcio e receptores beta-adrenérgicos que permitem a troca de íons com fluido extracelular ao redor da célula. Na linha Z do cardiomiócito, os túbulos T correm adjacentes a áreas aumentadas do retículo sarcoplasmático conhecido como cisterna terminal, e a combinação de um único túnel T com uma cisterna terminal referida como diad. Esta configuração contrasta com o músculo esquelético, que combina 2 cisternas terminais com 1 cisterna terminal para formar “tríades”, que aparecem na junção A-I.
Cardiomiócitos vizinhos são unidos nas suas extremidades por discos intercalados para criar um sincício de células cardíacas. Dentro do disco intercalado, existem três tipos diferentes de junções celulares: fascia adherens, desmosomas e gap junctions. O lado transversal dos discos intercalados corre perpendicularmente às fibras musculares nas linhas Z e fornece um componente estrutural através dos aderentes da fáscia e das conexões do desmosoma. O lado lateral dos discos contém junções de fendas que permitem a comunicação intercelular, permitindo que os íons de um cardiomiócito se movam para uma célula vizinha sem terem que ser excretados primeiro para o espaço extracelular. A baixa resistência das junções das fendas permite que a despolarização se espalhe rapidamente pelo sincício, o que facilita a rápida transmissão dos potenciais de ação para produzir uma contração sincronizada dos cardiomiócitos em uníssono.
Uma outra característica distinta das fibras musculares cardíacas é que elas têm sua própria auto-ritmicidade. Ao contrário do músculo liso ou esquelético, que requer entrada neural para contração, as fibras cardíacas têm suas próprias células de marcapasso como o nó sinoatrial (SA) que despolariza espontaneamente. Essas despolarizações ocorrem em um ritmo consistente, mas as células do marcapasso também podem receber entrada do sistema nervoso autônomo para diminuir ou aumentar a freqüência cardíaca, dependendo das necessidades do corpo.
O potencial de ação miocárdica ocorre em cinco etapas, começando com a despolarização rápida durante a Fase 0, seguida pela repolarização parcial inicial durante a Fase 1, um período de platô da Fase 2, depois uma repolarização rápida durante a Fase 3, levando à estabilização no potencial de repouso durante a Fase 4. O platô da Fase 2 é uma característica única do potencial de ação miocárdica que não está presente no músculo esquelético. Ela é causada pelo equilíbrio dos efeitos do efluxo de potássio da célula com um influxo de cálcio através de canais de cálcio tipo L (AKA receptor de dihidropiridina) na superfície da célula. Este influxo de cálcio é relativamente pequeno e insuficiente para causar contração por si só. Ainda assim, ele aciona o retículo sarcoplasmático para liberar seus estoques de cálcio no mioplasma do miócito, em um processo chamado de liberação de cálcio acionada pelo cálcio. O cálcio pode então ligar-se à troponina no filamento fino e iniciar o processo de contração do miócito visto com cada batimento cardíaco.
A concentração de cálcio no miócito é o fator crítico que determina quanta força é gerada com cada contração. As células musculares cardíacas podem aumentar a contratilidade através de receptores beta-1 adrenérgicos na superfície com uma proteína Gs G. Quando estimulados pelo sistema nervoso simpático ou por drogas beta-1 agonistas, os Gs ativam a enzima adeniliclase, que converte o ATP em cAMP. O AMPc intracelular aumenta a atividade da proteína quinase A (PKA), que então os canais de cálcio fosforilato permitem que mais cálcio entre na célula, levando a um aumento da contração.
O músculo cardíaco não relaxa e se prepara para o próximo batimento cardíaco simplesmente cessando a contração; ela ocorre em um processo ativo chamado Lusitropia. Durante a lusitropia, Sarco/endoplasma de retículo Ca-ATPase (SERCA) bombeia na membrana do retículo sarcoplasmático usando hidrólise ATP para transferir o cálcio de volta ao retículo sarcoplasmático (SR) a partir do citosol.
A proteína reguladora fosfolamban pode controlar a taxa na qual o SERCA bombeia o cálcio para o SR. O fosfolamban reduz a transferência de cálcio pelo SERCA (retículo sarcoplásmico Ca2+ ATPase) quando ligado entre si. Assim como pode aumentar a contratilidade, o sistema nervoso simpático também pode aumentar a lusitropia através da estimulação adrenérgica beta-1 pela fosforilação do phospholamban com proteína quinase dependente de cAMP (PKA). Quando fosforilado, o fosfolamban cessa a inibição da SERCA, permitindo aumentar a taxa de ingestão de cálcio e relaxamento do músculo cardíaco.