Ciclo cardíaco

El ciclo cardíaco se refiere al accionar del corazón desde el final de un latido hasta el comienzo del siguiente. Consiste de dos períodos: la diástole, donde el corazón se relaja y se vuelve a llenar de sangre; y la sístole, que es un período de contracción fuerte que expulsa la sangre de los ventrículos para la circulación pulmonar y la sistémica.

Modelo 3D de un corte de corazón (DocJana, docjana.com. CC BY-SA 4.0)

A continuación vemos los factores que lo controlan.



Músculo cardíaco: Células de núcleo periférico, acopladas a otras en forma de sincicio por discos intercalares (GAP), presenta invaginaciones en su membrana celular (túbulos T) asociados a una cisterna del retículo sarcoplasmático (formando una diada), envolviéndoles, siendo donde ocurre el acoplamiento excitación-conducción de las células miocárdicas. En el retículo hay canales de Ca²⁺ específicos (RyR II) muy susceptibles a la concentración de Ca²⁺ interna, por lo que el proceso de liberación del ión calcio inducida por ión calcio es determinante en la contracción cardíaca.

• En la membrana del miocardio hay canales de Ca²⁺ tipo L (receptores de DHP) que son de activación lenta (permiten flujo de Ca²⁺ en la unión de las diadas).

Canal de calcio tipo L (recpetores de DHP).

• La concentración de ión calcio del retículo determina a qué velocidad y cuánto Ca²⁺ sale del mismo, determinando a su vez la función sistólica.
• La concentración interna de Ca²⁺ ([Ca²⁺]_i) llega a 100 mM, se une a las proteínas reguladoras y permite la contracción. Para que este proceso termine debe volver a valores de reposo usando distintos mecanismos: la mayor parte es recaptada al retículo (~70%), otra parte es exportada por NXC (~28%), por la bomba de Ca²⁺ de membrana (~1%) y la otra pequeña parte ingresa a la mitocondria (regula el metabolismo de la célula).
• Cuando disminuye [Ca²⁺]_i inicia el proceso de relajación (diastólico).

Proteínas relativa al ciclo del calcio cardíaco y el acoplamiento excitación-contracción (por PeaBrainC, Wikimedia Commons, CC BY-SA 4.0)

Ciclo de los puentes cruzados:

1. ATP en cabeza de miosina; reacción incompleta (ADP+Pi) en nanosegundos. Estado de afinidad por la actina.

2. Sin Ca_i²⁺ → tropomiosina y troponinas cubren sitio de unión actina-miosina.

3. Con Ca_i²⁺ → desplazameinto de las proteínas reguladoras, interacción actina-miosina → gatilla dos reacciones: (1) liberación de Pi de sitio activo de miosina, y (2) aumento de afinidad actina-miosina y salida de ADP.

4. Movimiento del cuello de las miosinas → golpe de poder.

5. Expresión del sitio activo de la miosina al ATP y acoplamiento de este, disminución de la afinidad actina-miosina y relajación.

Este video habla sobre el proceso de contracción del músculo cardíaco (Fisiología DJ, Youtube, 2019)

Si la [Ca²⁺]_i se mantiene elevada, puede repetirse el ciclo.

Existen esencialmente dos formas de miosina:

• Alfa-miosina: Cadena pesada, de alta actividad ATPásica, por lo que puede generar la mayor fuerza y normalmente representa el 70% de la miosina.
• Beta-miosina: Menor actividad enzimática y velocidad. Requiere de menor aprte de ATP, por lo que predomina en el período fetal. Puede aumentar en condiciones patológicas como en la insuficiencia cardíaca.

El complejo de troponinas cardíacas también tiene una isoforma específica:

• TnI → asociada a la tropomiosina, manteniéndola unida a la actina. Se encuentra circulante en el plasma hasta 48 horas pasados un evento de infarto (signo de necrosis cardíaca). La regulación de la fuerza de contracción es dada por las catecolaminas, que fosforilan a TnI, aumentando la sensibilidad del Ca²⁺ de la TnC.
• TnC → posee 4 sitios de unión a la Ca²⁺ y solo cuando todos están ocupados es que ocurre un cambio conformacional que permite la contracción.

Lusitropismo: Capacidad de relajación del corazón (función diastólica). Depende de la velocidad y eficiencia en la disminución de [Ca²⁺]_i, regulada positivamente por las catecolaminas (principalmente fosfolambano, que inhibe la actividad de SERCA2a). Su acción es inhibida caundo las catecolaminas la fosforilan mediante sus recepores beta-adrenérgicos y por la vía PKA, desacoplándola de SERCA2a.

Proteínas intrarreticulares que almacenan el Ca²⁺: calreticulina y calsecuestrina.

Exceso de catecolaminas → efecto adverso, ya que la mayor FC el mayor gasto energético del corazón es el reingreso de Ca²⁺ al retículo (ingreso de 1 Ca²⁺ equivale al gasto de 1 ATP), aumentando el consumo de O₂ hasta niveles que provocan problemas de excitabilidad celular.

Vías accesorias de fosforilación de fosfolambano: catecolaminas por receptores alfa-adrenérgicos, angotensina II y ET1-R (receptor de endotelina 1) por la vía de PKC que fosforila (activa) al inhibidor 1 y así inhibe a TPI, que normalmente fosforila al fosfolambano.

Relación de Franklin-Starling:

La mayor fuerza de contracción y de bombeo ocurre al final de la diástole, cuando el corazón se encuentra más lleno y los cardiomiocitos más estirados.

Esto se debe a que la longitud óptima de los sarcómeros coincide con el llenado óptimo del corazón y es independiente de cualquier otro factor, por lo que no requiere de mayor gasto energético.

Diagrama que muestra la relación fisiológica de la ley de Frank-Starling del
corazón y la presión y volumen del retorno venoso (Traducido de Wikimedia Commons)

• Precarga: Fuerza o peso que se aplica a un músculo para modificar su longitud o fuerza que disiende la pared ventricular al final de la diástole, dependiente de los elementos contráctiles (sarcómero) y los elementos elásticos.
  Al estimular el cardiomiocito lo primero que se acorta son los componentes contráctiles sin que el músculo se acorte, pero aún generando tensión, cuya energía se almacena en las fibras elásticas, que luego recuperan su forma, disminuyendo la longitud del músculo → Pendiente de expresión de velocidad.
  • Esta relación se perjuica en caso de hipovolemia → precarga insuficiente → poco bombeo → muerte.

• Postcarga: Fuerza que se opone al acortamiento de las fibras y es desarrollada en el mismo. Su efecto es antagónico al reducir la pendiente de la velocidad de eyección ventricular (no afecta a la fuerza de eyección en sí), por lo que disminuye el volumen por unidad de tiempo.
  • La hipertensión arterial y la miocardiopatía hipertensiva provocan menor rendimiento cardíaco a largo plazo.

Ciclo cardíaco, los eventos que lo componen y como se relacionan al electrocardiograma, fonocardiograma, presiones y volumenes sanguíneos. (DanielChangMD, revisado por adh30, Wikimedia Commons. CC BY-SA 4.0)

Inotropismo: Contractibilidad. Es la velocidad de acortameinto de las células del corazón que no depende de la precarga o de la postcarga.

• dP/dT → presión desarrollada con respecto al tiempo, variable.
• La pre y la postcarga se mantienen constantes, pero se pueden modificar otros factores, como:
  • Adrenalina: aumenta la presión que se genera en el VI → aumenta velocidad de acortamiento.
  • Cardiopatía: caída de pendiente de la velocidad de contracción.