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El corazón es un músculo estriado por lo que todas las células cardíacas son excitables, es decir, son capaces de responder a estímulos externos (químicos-neurotransmisores, mecánicos, térmicos o eléctricos) que generan una respuesta eléctrica, el potencial de acción cardíaco, que se acompaña de la correspondiente respuesta contráctil. La excitabilidad es la base de la implantación de marcapasos o de sistemas de estimulación eléctrica programada. No todos los estímulos tienen igual capacidad para producir un potencial de acción, siendo preciso que para ello posean una mínima intensidad, a la que se denomina umbral de excitabilidad.
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Potencial de acción cardíaco
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A ambos lados de la membrana lipoproteica que separa los medios intracelular y extracelular existe una diferencia de potencial, que se conoce como potencial de membrana (Em). Cuando una célula muscular cardíaca no se estimula el valor del Em se mantiene constante y recibe el nombre de potencial de reposo. El potencial de reposo oscila entre −80 y −90 mV en las células musculares auriculares y ventriculares, y en el sistema de His-Purkinje, y entre −60 y −50 en las células de los nódulos SA y AV (cuadro 36-1). Si en estas condiciones se aplica un pulso despolarizante se desplaza el Em hacia valores menos negativos, y si se alcanza un determinado nivel, que se denomina potencial umbral, se produce un cambio reversible del potencial de membrana de las células cardíacas al que se conoce como potencial de acción cardíaco.
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Mecanismos iónicos responsables del potencial de acción cardíaco
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El potencial de acción es el resultado de múltiples cambios secuenciales en la permeabilidad de la membrana a los iones Na+, Ca2+ y K+ (figura 36-2). La entrada/salida de éstos se produce a través de distintos tipos de canales iónicos que se activan por: cambios de voltaje (dependientes del voltaje), tras la interacción de un agonista con su receptor específico localizado en la superficie de la membrana celular (receptor-dependientes), por mediadores intracelulares (Ca2+, ATP, nucleótidos cíclicos, proteína quinasa, eicosanoides) o en respuesta a factores físicos (estiramiento de los miocitos). La activación o apertura de dichos canales genera corrientes iónicas (I) que, a su vez, modifican el potencial de membrana y la composición del medio intracelular. La entrada de cargas positivas en la célula produce la despolarización del Em, mientras que su salida facilita la repolarización cardíaca.
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El potencial de acción cardíaco se inicia con una fase 0 de rápida despolarización. En las células musculares auriculares y ventriculares y del sistema de His-Purkinje la fase 0 es debido a la activación-apertura de los canales del Na+ voltaje-dependientes. La entrada de Na+ en favor de su gradiente de concentración al interior celular genera una corriente rápida de entrada de Na+ (INa) que despolariza el Em desde el nivel de potencial de reposo hasta un valor de ≈+30 mV. En las células de los nódulos SA y AV la despolarización se debe a la apertura de los canales del Ca2+ tipo L que produce una corriente de entrada de Ca2+ (ICa). Se habla, por tanto, de células que generan potenciales de acción Na+-dependientes y Ca2+-dependientes; sus características se resumen en el cuadro 36-1. La densidad de la INa es mayor que la de la ICa, por lo que la amplitud es mayor y la velocidad máxima de despolarización (Vmáx) de los potenciales de acción Na+-dependientes es más rápida que la de los potenciales de acción Ca2+-dependientes. Dado que la velocidad de conducción intracardíaca es función de la amplitud y de la Vmáx del potencial de acción, la velocidad de conducción del impulso cardíaco es más rápida en los tejidos cardíacos que producen potenciales de acción Na+-dependientes que en los nódulos SA o AV. La INa se bloquea con tetrodotoxina, anestésicos locales y algunos antiarrítmicos (por ejemplo, lidocaína, flecainida, propafenona). La ICa se modula por el tono simpático (la aumenta) y parasimpático (la inhibe) y se bloquea con cationes di/trivalentes (Ni2+, Co2+, Mn2+, La3+) y por un grupo de fármacos que se denominan calcioantagonistas (verapamilo, diltiazem, dihidropiridinas).
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En las células cardíacas el proceso de repolarización es muy lento, lo que explica porqué la duración del potencial de acción cardíaco es mucho más prolongado (170-350 ms) que el de las células nerviosas o musculares esqueléticas (1-10 ms). En la repolarización cardíaca se distinguen tres fases (figura 36-2):
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La fase 1 de rápida repolarización es consecuencia de la inactivación de la INa y de la rápida activación de dos corrientes de salida de K+: a) la corriente transitoria (Ito), presente en los miocitos auriculares y ventriculares, y b) el componente ultrarrápido de la corriente rectificadora tardía (IKur) presente sólo en las aurículas.
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La fase 2 de meseta se debe: a) a la activación de la ICa que se produce cuando la membrana se despolariza por encima de −35 mV. La ICa es, además, responsable del acoplamiento excitación-contracción cardíaco (véase capítulo 32). b) La activación mantenida de la INa. Aunque la mayoría de los canales de Na+ se inactiva con rapidez (1-3 ms), un pequeño porcentaje de estos canales se inactiva mucho más lento, dando lugar a una corriente tardía de entrada de Na+ (INaT) que persiste durante las fases 1 y 2 del potencial de acción cardíaco. Esta corriente juega un papel importante en la regulación de la duración del potencial de acción en ciertas condiciones patológicas (isquemia, hipertrofia e insuficiencia cardíaca).
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La fase 3, la repolarización se acelera como consecuencia de la inactivación de la ICa y la INaT y la activación de los distintos componentes (ultrarrápido-IKur, rápido-IKr y lento-IKs) de la corriente de salida de K+. La activación de estas corrientes de salida de K+ disminuye las cargas positivas en el interior celular y lleva el Em hasta el nivel del potencial de reposo. Al final de la fase 3 se activa otra corriente de salida de K+ (IK1) que presenta rectificación interna. Ello quiere decir que la amplitud de esta corriente se reduce marcadamente cuando el Em se despolariza por encima de −70 mV, y es máxima en niveles cercanos al potencial de equilibrio para el K+ (−90 mV). Por ello, la IK1 participa tanto en la parte final de la fase 3 de repolarización como en el mantenimiento del potencial de reposo. La IK1 es mínima en las células de los nódulos SA y AV, lo que contribuye a que presenten un Em menos negativo que las restantes células cardíacas (cuadro 36-1). La repolarización de los nódulos SA y AV se debe también a la salida de K+ a través de los distintos canales que antes se mencionaron.
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En el miocardio existen otras dos corrientes de salida de K+ que presentan rectificación interna. 1) Una corriente que se activa cuando disminuyen los niveles celulares de ATP, (IKATP), algo que sucede en presencia de isquemia miocárdica. Esta corriente acorta la duración del potencial de acción cardíaco y juega un papel importante en el precondicionamiento isquémico (véase capítulo 34). 2) En los nódulos SA y AV y en el músculo auricular existe otra corriente que se activa tras la estimulación de los receptores muscarínicos M2 por la acetilcolina que se libera desde los terminales vagales cardíacos (IKACh) o de los receptores A1 por la adenosina liberada en condiciones de isquemia. La IKACh hiperpolariza el potencial de membrana, disminuye la actividad automática del nódulo SA y acorta la duración del potencial de acción auricular.
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La fase 4 es el intervalo comprendido desde el final de un potencial de acción y la fase 0 del siguiente, y se corresponde con la diástole. En las células no automáticas la fase 4 es isoeléctrica y durante la misma se activan dos mecanismos que ayudan a mantener los gradientes de Na+ y K+ a ambos lados de la membrana cardíaca: a) la ATPasa Na+/K+-dependiente (bomba de Na+), que intercambia la salida de 3 Na+ por la entrada de 2 K+. Como consecuencia, se produce una salida de cargas positivas que podría participar en la fase 3 y en el mantenimiento del Em. b) El intercambiador Na+-Ca2+ transporta 3 Na+ en una dirección y 1 Ca2+ en sentido contrario, con lo que se genera una corriente iónica, cuya dirección se define por el movimiento del Na+. Durante las fases 0, 1 y 2 del potencial de acción el Em alcanza valores positivos y la [Na+]i aumenta; en estas condiciones, el intercambiador facilita la entrada de Ca2+ extracelular. Por el contrario, durante las fases 3 y 4 del potencial de acción el potencial de reposo es electronegativo, lo que favorece la entrada de Na+ y la salida de Ca2+.
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En la figura 36-1 se muestran los potenciales de acción que se registraron en las distintas células cardíacas, siguiendo la secuencia normal de activación del corazón. Puede observarse que existen marcadas diferencias en la morfología; así, los potenciales de acción de las células de los nódulos SA y AV son de menor amplitud que los de las células auriculares y ventriculares. Además, la duración del potencial de acción es mayor en las células ventriculares que en las auriculares. Estas diferencias en la morfología del potencial de acción son consecuencia de cambios en la expresión de los canales iónicos y en la densidad de las corrientes implicadas en la repolarización auricular y ventricular, así como entre los distintos tejidos ventriculares (endocardio, epicardio, músculo ventricular y fibras de Purkinje). Así, la IKur es específica del tejido auricular y junto con la Ito determina la repolarización auricular, mientras que la IKr y la IKs especifican la repolarización ventricular.
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También puede verse cómo las fases del potencial de acción cardíaco se corresponden con el electrocardiograma (ECG) de superficie (figura 36-1). La fase 0 del potencial de acción auricular se corresponde con la onda P y la del músculo ventricular con el complejo QRS del ECG. El intervalo PR refleja la velocidad de conducción a través del nódulo AV, el complejo QRS la velocidad de conducción intraventricular, y el intervalo QT la duración de la repolarización ventricular, es decir, la duración del potencial de acción ventricular.