El acoplamiento de excitación-contracción cardíaca ( acoplamiento EC cardíaco ) describe la serie de eventos, desde la producción de un impulso eléctrico (potencial de acción) hasta la contracción de los músculos del corazón . [1] Este proceso es de vital importancia ya que permite que el corazón lata de manera controlada, sin la necesidad de una intervención consciente. El acoplamiento EC da como resultado la contracción secuencial de los músculos del corazón que permite que la sangre se bombee, primero a los pulmones ( circulación pulmonar) y luego alrededor del resto del cuerpo ( circulación sistémica ) a una frecuencia de entre 60 y 100 latidos por minuto, cuando el cuerpo está en reposo. [2] Sin embargo, esta frecuencia puede verse alterada por nervios que trabajan para aumentar la frecuencia cardíaca ( nervios simpáticos ) o disminuirla ( nervios parasimpáticos ), a medida que cambian las demandas de oxígeno del cuerpo . En última instancia, la contracción muscular gira en torno a un átomo cargado (ión) , calcio (Ca 2+ ) , [3] que es responsable de convertir la energía eléctrica del potencial de acción en energía mecánica (contracción) del músculo. Esto se logra en una región de la célula muscular, llamada túbulo transversal durante un proceso conocido como liberación de calcio inducida por calcio . [4]
Iniciación
Ubicado en la pared de la aurícula derecha hay un grupo de células especializadas, llamado nodo sinoauricular (SAN) . Estas células, a diferencia de la mayoría de las demás células del corazón , pueden producir potenciales de acción de forma espontánea . [5] Estos potenciales de acción viajan a lo largo de la membrana celular (sarcolema) , como impulsos, pasando de una célula a otra a través de canales, en estructuras conocidas como uniones gap . [6] La velocidad de conducción del potencial de acción varía en diferentes partes del corazón (para obtener más información, consulte Sistema de conducción eléctrica del corazón ). Esto es importante porque significa que una vez que las aurículas se han contraído, hay un ligero retraso que permite que los ventrículos se llenen de sangre antes de contraerse.
Liberación de calcio inducida por calcio
Ciertas regiones del sarcolema penetran profundamente en la célula . Estos se conocen como túbulos transversales (t-túbulos) ; que también se encuentran en las células del músculo esquelético) y permiten que el potencial de acción viaje al centro de la célula. [7] Las proteínas especiales llamadas canales de calcio de tipo L (también conocidos como receptores de dihidropiridina (DHPR)) están ubicadas en la membrana del túbulo T y son activadas por el potencial de acción. Los DHPR activados se abren, formando un canal , que permite que el Ca 2+ pase a la celda. Este aumento de Ca 2+ , luego se une y activa a otro receptor , llamado receptor de rianodina tipo 2 (RyR2) , ubicado en la membrana de una estructura conocida como retículo sarcoplásmico (SR) . El SR es un depósito de Ca 2+ dentro de la célula y se encuentra muy cerca del túbulo T. La activación de RyR2 hace que se abra, liberando aún más Ca 2+ en la célula , esta liberación de calcio se llama chispa de calcio . Esto significa que el flujo inicial de Ca 2+ hacia la célula provocó una mayor liberación de Ca 2+ dentro de la célula , por lo que el proceso se denomina liberación de calcio inducida por calcio (CICR) . [8]
Contracción muscular
El aumento de Ca 2+ , producido por CICR, ahora hace dos cosas. En primer lugar, se une al lado intracelular de la DHPR, lo que indica a los canales que se cierren y evita una mayor afluencia de Ca 2+ a la célula. En segundo lugar, el Ca 2+ activa indirectamente las proteínas , llamadas miofilamentos , lo que provoca la contracción muscular . Los dos miofilamentos principales del músculo cardíaco (y esquelético ) son la actina y la miosina . El Ca 2+ se une a una proteína llamada troponina , que se une al filamento de actina. Esta unión provoca un cambio de forma en la troponina que expone áreas de la actina , a las que se une la cabeza del filamento de miosina . La unión de la cabeza de miosina a la actina se conoce como puente cruzado. Una molécula , llamada trifosfato de adenosina (ATP), que es producida por una estructura intracelular llamada mitocondria , se usa luego, como fuente de energía, para ayudar a mover la cabeza de la miosina, que transporta la actina. Como resultado, la actina se desliza a través del filamento de miosina acortando el músculo. A esto se le llama golpe de poder. Luego, la miosina se desprende de la actina y vuelve a su posición original, uniéndose a otra parte de la actina y produciendo otro golpe de potencia, acortando aún más el músculo . Este proceso continúa, con la cabeza de la miosina moviéndose en un movimiento similar al de un remo remando en un bote, hasta que el nivel de Ca 2+ dentro de la celda disminuye (ver figura 1). [9]
Terminación de la contracción
La contracción termina cuando el Ca 2+ se elimina de la célula. Cuando esto sucede, la troponina vuelve a su forma original, bloqueando los sitios de unión en la actina y evitando la formación de puentes cruzados. Esta disminución de Ca 2+ dentro de la célula es provocada por una variedad de proteínas , conocidas colectivamente como transportadores de iones . Las principales bombas involucradas son: el retículo sarcoplásmico Ca 2+ -ATPasa , que bombea Ca 2+ de regreso al SR, el intercambiador sarcolema sodio-calcio , que bombea un Ca 2+ fuera de la célula, a cambio de 3 iones de sodio bombeado a la célula, el Ca 2+ -ATPasa sarcolemmal , que utiliza ATP para bombear Ca 2+ directamente fuera de la célula y el sistema Uniport Mitocondrial Ca 2+ , que bombea Ca 2+ a las mitocondrias. [10]
Ritmo cardiaco
La frecuencia cardíaca se ve afectada por los nervios . Los nervios simpáticos , que provienen de la médula espinal , aumentan la frecuencia cardíaca , mientras que los nervios parasimpáticos (por ejemplo, los nervios vagos ) trabajan para disminuirla.
Los nervios simpáticos funcionan liberando una proteína ( neurotransmisor ) llamada noradrenalina que se une a un receptor específico ( adrenoceptor beta 1 ) ubicado en el sarcolema y la membrana del túbulo T de las células cardíacas . Esto activa una proteína, llamada proteína G y da como resultado una serie de reacciones (conocida como vía de AMP cíclico ) que conduce a la producción de una molécula llamada cAMP ( monofosfato de adenosina cíclico ). En el SAN, cAMP se une a un canal iónico involucrado en el inicio del potencial de acción, acelerando la producción del potencial de acción (ver nodo sinoauricular para más detalles). El AMPc también activa una proteína llamada proteína quinasa A ( PKA ). La PKA afecta tanto a los canales de calcio de tipo L (también conocidos como receptores de dihidropiridina (DHPR)) como a RyR , aumentando el aumento de Ca 2+ dentro de las células contráctiles y, por lo tanto, aumentando la tasa de contracción muscular . La PKA también afecta a los miofilamentos , así como a una proteína llamada fosfolamban (PLB; ver retículo sarcoplásmico para más detalles), acelerando la tasa de disminución de Ca 2+ en la célula y acelerando así la relajación muscular . [11]
Los nervios parasimpáticos funcionan liberando un neurotransmisor llamado acetilcolina (ACh) que se une a un receptor específico ( receptor muscarínico M2 ) en el sarcolema tanto de las células SAN como de las células ventriculares. De nuevo, esto activa una proteína G . Sin embargo, esta proteína G actúa inhibiendo la vía del AMPc, por lo tanto, evitando que el sistema nervioso simpático aumente la frecuencia cardíaca. Además de esto, en el SAN, la proteína G activa un canal de potasio específico, que se opone al inicio del potencial de acción (ver SAN para más detalles), disminuyendo así la frecuencia cardíaca. [11]
Referencias
- ^ Santana, LF, Cheng, EP y Lederer, JW (2010) '¿Cómo controla la forma del potencial de acción cardíaco la señalización y la contracción del calcio en el corazón?', 49 (6).
- ^ Gordan, R., Gwathmey, JK y Xie, L.-H. (2015) 'Control autónomo y endocrino de la función cardiovascular', 7 (4).
- ^ Marks, AR (2003) 'Calcio y corazón: una cuestión de vida o muerte', 111 (5).
- ^ Wong, AYK, Fabiato, A. y Bassingthwaigthe, JB (1992) 'MODELO DE MECANISMO DE LIBERACIÓN DE CALCIO INDUCIDO POR CALCIO EN CÉLULAS CARDÍACAS', 54 (1).
- ^ MONFREDI, O., DOBRZYNSKI, H., MONDAL, T., BOYETT, MR y MORRIS, GM (2010) 'La anatomía y fisiología de la revisión contemporánea del nodo sinoauricular-A', Estimulación y electrofisiología clínica, 33 (11) , págs. 1392–1406. doi: 10.1111 / j.1540-8159.2010.02838.x.
- ^ Kurtenbach, S. y Zoidl, G. (2014) 'Modulación de la unión gap y sus implicaciones para la función cardíaca', 5.
- ^ Hong, T., Shaw, RM, Instituto, C.-SH, Centro, C.-SM, Ángeles, L., California y Ángeles, CL (2017) 'Microanatomía y función del túbulo en T cardíaco', Reseñas, 97 (1), págs. 227-252. doi: 10.1152 / physrev.00037.2015.
- ^ Hinch, R., Greenstein, JL, Tanskanen, AJ, Xu, L. y Winslow, RL (2004) 'Un modelo de control local simplificado de la liberación de calcio inducida por calcio en miocitos ventriculares cardíacos', 87 (6).
- ^ Lodish, H., Berk, A., Zipursky, LS, Matsudaira, P., Baltimore, D. y Darnell, J. (2000a) Músculo: una máquina contráctil especializada. Disponible en: https://www.ncbi.nlm.nih.gov/books/NBK21670/ (Consulta: 13 de febrero de 2017).
- ^ Balke, CW, Egan, TM y Wier, WG (1994) 'Procesos que eliminan calcio del citoplasma durante el acoplamiento de excitación-contracción en células intactas del corazón de rata', 474 (3).
- ^ a b Gordan, R., Gwathmey, JK y Xie, L.-H. (2015b) 'Control autónomo y endocrino de la función cardiovascular', 7 (4).