Capítulo 36: Electrofisiología cardíaca

Para que la contracción cardíaca pueda bombear la sangre a los distintos tejidos del organismo es necesario que el corazón genere, de forma rítmica, impulsos que se propagan de manera ordenada a todo el miocardio. En condiciones fisiológicas, los potenciales de acción cardíacos que producen la respuesta contráctil se originan en el nódulo sinoauricular (SA), que actúa como marcapaso cardíaco. Desde allí, los impulsos se conducen a las aurículas, atraviesan el nódulo auriculoventricular (AV) y a través del sistema His-Purkinje se propagan a los ventrículos, que responden contrayéndose de forma sincrónica (figura 36-1). Cuando esta secuencia de excitación se altera se producen alteraciones del ritmo cardíaco (arritmias), que representan una importante causa de mortalidad. En este capítulo se analizarán las propiedades electrofisiológicas de las células cardíacas (excitabilidad, automatismo y refractariedad), los mecanismos iónicos implicados en la génesis y propagación del potencial de acción a través de los distintos tejidos cardíacos y, por último, cómo se generan las arritmias cardíacas.

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.

Potencial de acción cardíaco

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 (E_m). Cuando una célula muscular cardíaca no se estimula el valor del E_m 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 E_m 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.

Mecanismos iónicos responsables del potencial de acción cardíaco

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 E_m, mientras que su salida facilita la repolarización cardíaca.

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⁺ (I_Na) que despolariza el E_m 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⁺ (I_Ca). 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 I_Na es mayor que la de la I_Ca, por lo que la amplitud es mayor y la velocidad máxima de despolarización (V_máx) 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 V_máx 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 I_Na se bloquea con tetrodotoxina, anestésicos locales y algunos antiarrítmicos (por ejemplo, lidocaína, flecainida, propafenona). La I_Ca 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).

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):

La fase 1 de rápida repolarización es consecuencia de la inactivación de la I_Na y de la rápida activación de dos corrientes de salida de K⁺: a) la corriente transitoria (I_to), presente en los miocitos auriculares y ventriculares, y b) el componente ultrarrápido de la corriente rectificadora tardía (I_Kur) presente sólo en las aurículas.

La fase 2 de meseta se debe: a) a la activación de la I_Ca que se produce cuando la membrana se despolariza por encima de −35 mV. La I_Ca es, además, responsable del acoplamiento excitación-contracción cardíaco (véase capítulo 32). b) La activación mantenida de la I_Na. 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⁺ (I_NaT) 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).

La fase 3, la repolarización se acelera como consecuencia de la inactivación de la I_Ca y la I_NaT y la activación de los distintos componentes (ultrarrápido-I_Kur, rápido-I_Kr y lento-I_Ks) 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 E_m hasta el nivel del potencial de reposo. Al final de la fase 3 se activa otra corriente de salida de K⁺ (I_K1) que presenta rectificación interna. Ello quiere decir que la amplitud de esta corriente se reduce marcadamente cuando el E_m 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 I_K1 participa tanto en la parte final de la fase 3 de repolarización como en el mantenimiento del potencial de reposo. La I_K1 es mínima en las células de los nódulos SA y AV, lo que contribuye a que presenten un E_m 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.

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, (I_KATP), 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 (I_KACh) o de los receptores A1 por la adenosina liberada en condiciones de isquemia. La I_KACh hiperpolariza el potencial de membrana, disminuye la actividad automática del nódulo SA y acorta la duración del potencial de acción auricular.

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 E_m. 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 E_m 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⁺.

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 I_Kur es específica del tejido auricular y junto con la I_to determina la repolarización auricular, mientras que la I_Kr y la I_Ks especifican la repolarización ventricular.

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.

Algunas células cardíacas son capaces, además, de generar potenciales de acción propagados de forma espontánea, es decir, son automáticas. En condiciones fisiológicas presentan actividad automática el nódulo SA, algunas estructuras del nódulo AV, el sistema de His-Purkinje y las venas coronarias en su inserción en la aurícula izquierda. Como muestra la figura 36-1, el impulso cardíaco se genera en el nódulo SA, una pequeña estructura (3 × 5 mm) que se localiza en la confluencia de la vena cava superior con la orejuela derecha y la pared lateral de la aurícula derecha. Las células del nódulo SA son más pequeñas (3-5 µm) que las musculares auriculares circundantes (10-15 µm), y producen impulsos a una frecuencia más rápida (60-90 latidos/min) que la de los restantes marcapasos (15-45 latidos/min). Como resultado, los impulsos que parten del nódulo SA despolarizan las restantes células marcapaso antes de que puedan generar sus propios potenciales de acción. Por tanto, el nódulo SA actúa como marcapaso cardíaco y las restantes células automáticas como marcapasos subsidiarios.

En las células automáticas la fase 4 no es isoeléctrica sino que tras alcanzar el potencial de membrana más negativo (potencial diastólico máximo), presentan una fase 4 de lenta despolarización diastólica que desplaza de forma progresiva el E_m hacia valores menos negativos, generándose un nuevo potencial de acción que se propaga cuando se alcanza el nivel del potencial umbral (figura 36-2). Son varios los mecanismos iónicos implicados en la génesis de la fase 4 de lenta despolarización (figura 36-2): a) la activación durante la repolarización del E_m de una corriente marcapaso (I_f) que facilita la entrada de Na⁺ y K⁺ y la despolarización progresiva del potencial de membrana; b) la desactivación de las diversas corrientes de salida de K⁺, y c) la activación de dos corrientes de entrada de Ca²⁺ a través de los canales tipo L y T (nódulos SA y AV) y de la I_Na (sistema His-Purkinje).

Tres son los factores que van a determinar la frecuencia de disparo de una célula automática: la pendiente de la fase 4, el nivel del potencial diastólico máximo al final de la repolarización y el nivel del potencial umbral (figura 36-2). Cualquier factor que aumente la pendiente de la fase 4 (hipopotasemia, isquemia, estimulación β-adrenérgica, digoxina, acidosis, distensión de la pared ventricular), despolarice el potencial de membrana (isquemia, hiperpotasemia) o hiperpolarice el potencial umbral, acelerará la frecuencia de disparo de una célula automática. Por el contrario, cuando disminuye la pendiente de la fase 4 (fármacos antiarrítmicos, maniobras vagales), el potencial diastólico máximo se hiperpolariza (maniobras vagales, adenosina) o el potencial umbral se desplaza hacia valores menos negativos, la frecuencia cardíaca se reduce.

Una célula cardíaca que generó un potencial de acción es incapaz, durante un cierto tiempo, de generar un nuevo potencial de acción, independientemente de la intensidad del estímulo que se aplicó. A este periodo se le denomina periodo refractario absoluto.

En las células que generan potenciales de acción Na⁺-dependientes, el periodo refractario se determina por la cinética de apertura-cierre de los canales de Na⁺ (figura 36-3A). Durante la diástole, los canales de Na⁺ se encuentran en estado de reposo-cerrado, se activan-abren durante la fase 0 y se inactivan al cabo de 0.5-2 ms. Los canales en estado inactivo no permiten la entrada de Na⁺ y sólo pueden volver a abrirse si previamente vuelven al estado de reposo; este proceso, al que se denomina reactivación del canal del Na⁺, tiene lugar durante la repolarización cardíaca. Si se representa la magnitud de la I_Na frente al E_m al que se genera el potencial de acción cardíaco, se puede construir la denominada curva de inactivación de los canales del Na⁺ (figura 36-3B). Según el E_m se despolariza desde −90 hasta −60 mV y disminuye progresivamente la magnitud de la I_Na activada, observándose que a potenciales positivos a −60 mV no es posible activar la I_Na, ya que en estas condiciones todos los canales del Na⁺ se encuentran en estado inactivo. Por tanto, una vez que se generó un potencial de acción no es posible que los canales del Na⁺ vuelvan a abrirse hasta que el E_m no se haya repolarizado hasta valores más negativos a −60 mV (figura 36-3B). Este periodo durante el cual la célula cardíaca no es capaz de generar un potencial de acción propagado en respuesta a un estímulo y permanece inexcitable recibe el nombre de periodo refractario absoluto. El hecho de que a potenciales de membrana ≤ −60 mV todos los canales se encuentran en estado inactivo y sea posible generar I_Na explica por qué las células de los nódulos SA y AV no pueden generar potenciales de acción Na⁺-dependientes.

A medida que la célula se repolariza durante la fase 3 del potencial de acción desde −60 hasta −90 mV un número creciente del canales del Na⁺ pasa del estado inactivo al de reposo, desde donde puede volver a activarse-abrirse. Llega así un momento en el que hay suficientes canales del Na⁺ en estado de reposo que pueden ser activados y producir un nuevo potencial de acción propagado, denominándose periodo refractario relativo al intervalo más corto, comprendido entre dos potenciales de acción propagados. La duración del periodo refractario efectivo varía con la del potencial de acción, observándose que en condiciones fisiológicas la recuperación de la excitabilidad cardíaca tiene lugar un poco antes de que la célula se repolariza por completo (figura 36-3A).

La duración del periodo refractario efectivo determina la frecuencia máxima de estimulación cardíaca. La duración del potencial de acción y del periodo refractario en las células auriculares es más corto que en las ventriculares, y en éstas más corto que en las células de Purkinje, lo que explica que la frecuencia de los ritmos supraventriculares rápidos (por ejemplo, la fibrilación auricular, en la que la frecuencia es >350 latidos/minuto) es más rápida que la de los ventriculares. El periodo refractario protege al corazón de las frecuencias muy rápidas, que impiden una relajación completa del músculo cardiaco durante la diástole y, como consecuencia, disminuyen el tiempo de llenado ventricular, el volumen sistólico y el volumen minuto cardíacos. Además, el periodo refractario efectivo cardíaco (170-350 ms) excede al tiempo que el impulso cardíaco tarde en propagarse a través de los tejidos cardíacos; ello explica por qué un impulso que se generó en el nódulo SA sólo puede estimular una única vez al miocardio. Es decir, que en condiciones fisiológicas el periodo refractario cardíaco impide la reentrada del impulso cardíaco (véase más adelante).

En los nódulos SA y AV el periodo refractario efectivo excede la duración del potencial de acción, generándose un nuevo potencial de acción propagado bastante tiempo después que la célula se ha repolarizado por completo. Este fenómeno, que se denomina refractariedad posrepolarización, se debe a que los canales del Ca²⁺ tardan 100-300 ms en reactivarse. El prolongado periodo refractario efectivo del nódulo AV representa un mecanismo protector que en presencia de ritmos supraventriculares rápidos impide que los ventrículos se exciten a frecuencias muy rápidas que podrían poner en peligro la función de la bomba ventricular. De hecho, en pacientes con fibrilación auricular, las aurículas laten a frecuencias superiores a 350/min y los ventrículos a una frecuencia inferior a 160/min, ya que se produce un bloqueo 2:1 o 3:1 de la conducción a través del nódulo AV.

La despolarización del E_m producida por la isquemia aumenta el porcentaje de canales del Na⁺ que se encuentran en estado inactivo, y disminuye el número de canales que se activan durante la despolarización, lo que reduce la excitabilidad y la velocidad de conducción del potencial de acción cardíaco; además, la isquemia prolonga la reactivación de la I_Na, con lo que se facilita la aparición de refractariedad posrepolarización en todos los tejidos cardíacos.

Acoplamiento eléctrico de las células cardíacas

El acoplamiento eléctrico célula-célula desempeña un papel fundamental en la rápida propagación del impulso cardíaco. Este acoplamiento se realiza a través de “uniones estrechas o gap junctions” de baja resistencia (1-3 Ωcm², unas 700 veces menor que la de la resistencia externa de la membrana). Estas uniones están formadas por proteínas transmembrana que se denominan conexinas, y forman un hemicanal o conexón; los conexones de células adyacentes se unen entre sí en el espacio extracelular y constituyen un canal hidrofílico de 10 nm de diámetro, el cual conecta el citoplasma de ambas células y permite el paso de iones y moléculas con un peso molecular inferior a 1 200 Da. En el corazón humano existen tres tipos de conexinas (Cx): Cx40, Cx43 y Cx45.

La permeabilidad iónica a través de las uniones estrechas disminuye cuando aumenta la [Ca²⁺]_i, o se reduce el pH intracelular; estos cambios, que tienen lugar durante la isquemia cardíaca, impiden el paso de corriente y de metabolitos desde las células isquémicas hacia las células sanas adyacentes, limitando la extensión del área en necrosis. La probabilidad de apertura de los canales de las uniones estrechas también disminuye en presencia de hipoxia o de ciertos fármacos (digoxina, alcoholes, dinitrofenol). En todas estas situaciones se produce un desacoplamiento célula-célula que se reduce, o incluso, bloquea la propagación del impulso cardíaco. Por el contrario, los fármacos (por ejemplo, catecolaminas) que aumentan la concentración intracelular del AMPc incrementan el acoplamiento celular y la velocidad de conducción intracardíaca.

Las células de los nódulos SA y AV presentan pocas uniones estrechas, lo que explicaría la lenta velocidad de conducción (0.02-0.05 m/s), así como la fácil aparición de bloqueos de la conducción del impulso cardíaco en el nivel de estas estructuras. Por el contrario, las uniones estrechas son muy abundantes en las células del sistema de His-Purkinje, donde la velocidad de conducción es muy rápida (1-4 m/s).

Características de la propagación del impulso cardíaco

La propagación del impulso cardíaco es un fenómeno complejo que depende no sólo del tipo, tamaño, orientación y geometría de las células cardíacas, sino también de las propiedades activas y pasivas de la membrana. Las propiedades activas están representadas por los canales iónicos responsables de la génesis del potencial de acción cardíaco. Por otro lado, y dado que la conducción del impulso cardíaco se realiza mediante circuitos locales que fluyen desde una célula excitada (despolarizada) hasta las vecinas que se encuentran en reposo (figura 36-4), la propagación del impulso cardíaco depende también de los factores que determinan el potencial de reposo, el acoplamiento intercelular y las propiedades de cable de la membrana (resistencia y capacitancia), esto es, de las propiedades pasivas de la membrana. La membrana de la célula cardíaca se ha equiparado a un condensador y a unas resistencias conectadas en paralelo. Un condensador, porque es un medio dieléctrico que separa dos medios conductores (los espacios extra e intracelular) y una resistencia, porque dispone de conductores que se especializan para el flujo iónico (los canales iónicos).

El impulso que se genera en las células del nódulo SA se propaga a las células auriculares vecinas que se encuentran en reposo, y desplazan su potencial de membrana hasta el potencial umbral. Cuando esto sucede, los canales del Na⁺ se activan y se produce una entrada masiva de Na⁺ en la célula, por lo que la porción de la membrana activada-despolarizada tendrá un E_m más positivo que las zonas vecinas en reposo (figura 36-4). Se establece así la fuerza electromotriz necesaria para el flujo de corriente a lo largo de la célula cardíaca, que desplazará electrotónicamente el resto de la membrana hacia el potencial umbral; cuando esto sucede se genera un nuevo potencial de acción que a su vez despolarizará electrotónicamente las células vecinas hasta el potencial umbral, produciendo un nuevo potencial de acción, y así en lo sucesivo. De esta forma se conduce el impulso cardíaco.

El factor de seguridad es una medida de la capacidad del potencial de acción que se propaga para desplazar el E_m de la célula vecina hasta el potencial umbral, generar un nuevo potencial de acción y asegurar la propagación del impulso cardíaco. Cuanto mayor sea la amplitud de la I_Na generada durante el potencial de acción tanto mayor será el factor de seguridad para la propagación del impulso cardíaco. Por ello, el factor de seguridad es mayor en las células que presentan un potencial de membrana más electronegativo y producen potenciales de acción rápidos Na⁺-dependientes que en aquellas que generan potenciales de acción Ca²⁺-dependientes.

Los impulsos que se generan en el nódulo SA se propagan a la aurícula derecha a una velocidad de 0.3 m/s. La conducción hacia la aurícula izquierda y el nódulo AV se realiza a una mayor velocidad (1 m/s) a través de tres tractos internodales: a) el anterior, que sale de la zona izquierda del nódulo SA y se bifurca en el haz de Bachmann, que sigue la banda interauricular y se ramifica en la aurícula izquierda, lo que facilita la contracción casi sincrónica de ambas aurículas y en otra rama que discurre por debajo del tabique interauricular para contactar por la parte superior del nódulo AV; b) el medial (haz de Wenckebach), el cual sale del borde posterolateral del nódulo SA, pasa por detrás de la vena cava inferior hacia el tabique interauricular, a través del cual contacta con el nódulo AV; c) el posterior (haz de Thorel), que sale del margen posterior del nódulo SA y sigue la cresta terminal, con lo que alcanza el borde superior del nódulo AV.

Al cabo de 30-50 ms, el impulso cardíaco alcanza el nódulo AV, que se localiza en la aurícula derecha, justo por detrás de la inserción de la valva septal de la válvula tricúspide. La velocidad de conducción a través del nódulo AV es muy lenta (0.01-0.05 m/s), como corresponde a células de menor tamaño que las musculares auriculares, que generan potenciales de acción Ca²⁺-dependientes y en las que las uniones estrechas son escasas. La conducción a través del nódulo AV tarda 100-130 ms. Esta lenta propagación determina el intervalo PR del ECG y permite que la contracción auricular participe en el proceso de llenado ventricular antes de que los ventrículos se contraigan. En algunos pacientes, existen tractos anatómicos o vías accesorias (haz de Kent, haces de Mahaim proximal y distal, células aurícula-His de Brechenmacher) que permiten el paso de impulsos de aurículas a ventrículos y viceversa, y dan lugar a anomalías de la conducción intracardíaca que por lo general se denominan síndromes de preexcitación.

Unos 160 ms después del comienzo de la onda P, el impulso pasa al sistema de His-Purkinje, a través del cual el impulso se conduce con rapidez (2-4 m/s). El haz de His se bifurca en una rama derecha y varias izquierdas, las cuales discurren a ambos lados del septo interventricular y acaban ramificándose en fibras de Purkinje, que establecen contacto con la superficie endocárdica del músculo ventricular, a través del cual el impulso se conduce con más lentitud (0.3-1 m/s). La rama derecha pasa por debajo de la valva septal de la válvula tricúspide, sigue por la banda moderadora y finaliza en el músculo papilar anterior, y es la que se encarga de la activación del ventrículo derecho. La rama izquierda cruza al lado izquierdo del tabique interventricular y se subdivide en dos grandes fascículos: a) el anterosuperior, que activa la porción superior del tabique interventricular y la porción anterolateral y superior de la pared libre del ventrículo izquierdo, y b) el posterior inferior, el cual acaba en el músculo papilar posterior y activa los dos tercios inferiores del tabique y la pared libre del ventrículo izquierdo.

La activación ventricular se inicia en tres zonas del ventrículo izquierdo: la pared anterior paraseptal alta, el tercio medio del tabique interventricular, y el área paraseptal posterior. Desde ahí, el impulso difunde a la pared libre del ventrículo izquierdo, que se activa en casi su totalidad en 15-20 ms, con excepción de la zona posterobasal y del ápex, que se activan al cabo de 25-30 ms. La conducción desde la superficie endocárdica hasta la epicárdica requiere otros 30 ms. La activación del ventrículo derecho se inicia 5-15 ms después de la del izquierdo, la base del músculo papilar anterior es la primera zona en activarse, desde donde el impulso se propaga al tabique interventricular y a la pared libre. Las últimas zonas en activarse son el cono pulmonar y el área posterobasal del ventrículo derecho, que lo hacen 60-70 ms después del inicio de la activación septal. La rápida velocidad de conducción intraventricular (0.3-4 m/s) tiene como función permitir que ambos ventrículos se contraigan de forma sincrónica en un corto tiempo, algo esencial para que el corazón realice la función de bomba de forma eficaz.

1. Control vegetativo. En el adulto sano, la frecuencia cardíaca en reposo es de 60-75 latidos/min, si bien este valor es más elevado en el feto (140-160 latidos/min) y en los niños, y disminuye hasta los 40-45 latidos/min en deportistas muy entrenados. Aunque la iniciación del impulso cardíaco es miogénica y se mantiene tras perfundir el corazón en una solución fisiológica, el tono vegetativo ejerce una importante modulación de las propiedades electrofisiológicas y contráctiles cardíacas.

1.1. Control simpático. Los nervios simpáticos cardíacos se originan en el asta intermediolateral de los segmentos torácicos superiores (T1-T4) y de los dos últimos segmentos cervicales de la médula espinal, hacen sinapsis en los ganglios paravertebrales simpáticos cervicales (superior, medio e inferior) y torácicos superiores y las fibras posganglionares se dirigen al corazón a través de los nervios cardíacos superior, medio e inferior, se unen a las fibras parasimpáticas para formar un extenso plexo epicárdico y se distribuyen de forma homogénea por todo el corazón. La distribución de los terminales simpáticos cardíacos puede estudiarse con ¹³³I-metayodobenzilguanidina.

La noradrenalina que se libera desde los terminales nerviosos simpáticos cardíacos y la adrenalina circulante liberada desde la médula suprarrenal, estimulan los receptores β₁-adrenérgicos cardíacos y producen: 1) un aumento de las corrientes I_Ca e I_f, que incrementa la inclinación de la fase 4 y la frecuencia de disparo del nódulo SA (figura 36-5) y de los marcapasos ectópicos. De hecho, cuando aumenta el tono simpático (estrés, ansiedad) la frecuencia cardíaca puede incrementarse hasta los 100 latidos/min, y durante el ejercicio físico intenso puede alcanzar los 180 latidos/min. 2) Un aumento de la contractilidad y de la velocidad de relajación cardíacas (véase capítulo 32). 3) Un incremento de la excitabilidad y velocidad de conducción intracardíacas. 4) Un acortamiento del periodo refractario y un aumento de la velocidad de conducción a través del nódulo AV, efectos que facilitan el paso de los impulsos de la aurícula al ventrículo. Todas estas acciones de las catecolaminas pueden inhibirse tras la administración de antagonistas de los receptores β₁-adrenérgicos.

1.2. Control parasimpático. Las fibras parasimpáticas preganglionares cardíacas se originan en el núcleo dorsal del vago del bulbo raquídeo, viajan con el nervio vago y hacen sinapsis en ganglios que se localizan en la grasa epicárdica cerca de los nódulos SA y AV. Las fibras posganglionares del vago derecho inervan la aurícula derecha y el nódulo SA, mientras que las del vago izquierdo inervan el nódulo AV. La inervación parasimpática de los ventrículos es escasa y su función no se conoce bien.

La acetilcolina liberada desde los terminales nerviosos vagales estimula los receptores muscarínicos M2 que se localizan en la membrana de los miocitos de los nódulos SA y AV y de los miocitos auriculares, y activa la I_K(Ach). Además, la acetilcolina inhibe la I_Ca y la I_f, en particular, cuando estas corrientes han sido previamente activadas por la estimulación simpática. Como consecuencia, la acetilcolina: 1) hiperpolariza el E_m, desplaza el potencial umbral hacia valores menos negativos y aplana la inclinación de la fase 4 en las células del nódulo SA y de los marcapasos ectópicos supraventriculares, con lo que se reduce su frecuencia de disparo (figura 36-5). Tras la sección de ambos nervios vagos o el bloqueo de los receptores M2 con atropina la frecuencia sinusal aumenta hasta 100 latidos/min, lo que indica que en condiciones fisiológicas el nervio vago ejerce una acción inhibitoria sobre el nódulo SA. Asimismo, durante el sueño aumenta el tono vagal y la frecuencia cardíaca disminuye en unos 10-20 latidos/min, 2) reduce la contractilidad auricular (muy poco la ventricular), 3) acorta la duración del potencial de acción y del periodo refractario de las fibras auriculares, y 4) prolonga el periodo refractario y disminuye la velocidad de conducción a través del nódulo AV, por lo que se facilita la aparición de bloqueos de la conducción en este nivel.

A diferencia de la estimulación simpática, cuyas acciones aparecen y desaparecen lentamente, las acciones de la acetilcolina se manifiestan de forma casi inmediata (latencia <100 ms) y desaparecen muy rápidamente, ya que se hidroliza casi de forma instantánea por la acetilcolinesterasa. Estas características explican por qué el tono parasimpático puede ejercer un control latido-a-latido de la frecuencia y de la conducción AV cardíacas.

2. Control cerebral. Diversos núcleos talámicos e hipotalámicos (anteriores), así como la corteza cerebral (los lóbulos central y temporal, la corteza motora, promotora y orbitaria o la circunvolución del cíngulo) modifican la contractilidad y la frecuencia cardíacas y reproducen las respuestas que se observan durante el ejercicio físico.

3. Control reflejo de la frecuencia cardíaca. La frecuencia cardíaca puede modificarse por vía refleja en respuesta a cambios en la presión arterial, de las presiones intracardíacas o de la respiración.

Cambios agudos de la presión arterial modifican la actividad de los barorreceptores que se localizan en el seno carotídeo y en el cayado aórtico, y producen cambios en la actividad simpática y vagal cardíaca que alteran la frecuencia cardíaca. Así, un aumento brusco de la presión arterial distiende y activa los barorreceptores que estimulan centros cardioinhibidores, con lo que producen una reducción de la frecuencia y contractilidad cardíacas a través de un aumento del tono vagal y una inhibición del tono simpático. Lo contrario sucede cuando la presión arterial disminuye.

Cuando aumenta el retorno venoso (por ejemplo, durante el ejercicio o tras una infusión intravenosa) la distensión de la aurícula derecha estimula mecanorreceptores auriculares que se localizan alrededor de las desembocaduras de las venas cavas y pulmonares. Los impulsos aferentes se transmiten a través del vago hacia el núcleo del tracto solitario, lo que se traduce en un aumento del tono simpático que incrementa la frecuencia y contractilidad cardíacas y normaliza la presión intraauricular (reflejo de Bainbridge). También existen mecanorreceptores en la pared inferoposterior del ventrículo izquierdo que cuando se estimulan producen un aumento de la actividad vagal que cursa con bradicardia, bloqueo AV e hipotensión (reflejo de Bezold Jarish). Este reflejo se activa en pacientes con infarto de miocardio en la pared inferior del ventrículo izquierdo.

La frecuencia cardíaca oscila rítmicamente durante el ciclo respiratorio, de tal forma que aumenta durante la inspiración y disminuye durante la espiración. Estos cambios se relacionan con un aumento del tono simpático y una inhibición del tono vagal durante la inspiración, y a un incremento del tono vagal durante la espiración. Durante la inspiración la presión intratorácica disminuye y la distensión pulmonar estimula receptores pulmonares sensibles al estiramiento que aumentan por vía refleja la frecuencia cardíaca; además, el retorno venoso se incrementa, lo que activa el reflejo de Bainbridge.

Las terminaciones sensitivas de la pared del corazón y del pericardio viajan en los nervios sensitivos que acompañan a las fibras simpáticas. Estas fibras acaban en los primeros ganglios torácicos dorsales y establecen sinapsis con las fibras ascendentes de las columnas posteriores de la médula espinal.

4. Otros factores. Las alteraciones electrolíticas también pueden modificar la frecuencia cardíaca; así, la hipopotasemia y la hipercalcemia aceleran la frecuencia cardíaca. El aumento del metabolismo (ejercicio físico) y de la temperatura corporal (fiebre), así como las hormonas tiroideas también incrementan la frecuencia cardíaca, mientras que el frío y el hipotiroidismo ejercen el efecto contrario. La frecuencia cardíaca también se acelera en presencia de ciertos fármacos (digoxina, agonistas β-adrenérgicos, inhibidores de fosfodiesterasa 3) y en pacientes con insuficiencia cardíaca.

En condiciones fisiológicas, la frecuencia cardíaca es de 60-75 latidos/minuto, se habla de taquicardia cuando supera los 100 latidos/min y de bradicardia cuando es inferior a 50 latidos/min. Los trastornos del ritmo cardíaco (arritmias cardíacas) pueden deberse a un aumento (taquiarritmias) o a una disminución (bradiarritmias) anormal de la frecuencia cardíaca, con o sin irregularidad del ritmo. Las arritmias pueden producir graves alteraciones funcionales, como síncope, insuficiencia cardíaca e incluso muerte súbita, acentuándose el riesgo en presencia de cardiopatías estructurales (cardiopatía isquémica, insuficiencia cardíaca).

Las bradiarritmias se producen cuando disminuye de forma súbita (bradicardia sinusal) o cesa (parada cardíaca) la actividad automática del nódulo SA o se bloquea la propagación de los impulsos que allí se generan a los ventrículos (por ejemplo, por un bloqueo AV). Las taquiarritmias se clasifican en supraventriculares (se producen por encima de la bifurcación del haz de His) y ventriculares. Cuando la frecuencia aumenta de forma marcada y se realiza una completa desorganización de la actividad eléctrica cardíaca se habla de fibrilación. Durante la fibrilación ventricular la contracción de ambos ventrículos es asincrónica e irregular, produciéndose una marcada reducción del volumen minuto que puede conducir a la muerte del paciente en unos pocos segundos (muerte súbita).

Génesis de las arritmias cardíacas

Dos son los mecanismos involucrados en la iniciación y/o mantenimiento de las arritmias cardíacas: 1) alteraciones en la iniciación del impulso cardíaco (alteraciones del automatismo) y/o 2) alteraciones en la secuencia de activación del miocardio (reentrada).

1. Alteraciones del automatismo.

1.1. Automatismo normal. Implica que el impulso cardíaco se genera en un tejido distinto del nódulo SA. Ello sucede cuando: a) la frecuencia del nódulo SA disminuye de forma importante o los impulsos que de él parten se bloquean en el nódulo AV o en el haz de His. En estas circunstancias aparecen “ritmos de escape” nodales o idioventriculares, según que el latido se origine en el nódulo AV o en el sistema de His-Purkinje, respectivamente. El aumento del tono vagal que aparece en pacientes con infarto de miocardio posterior deprime los nódulos SA y AV e incrementa la incidencia de bradicardia y de bloqueo AV, efectos que facilitan la aparición de ritmos idioventriculares. b) Cuando la frecuencia de disparo de los marcapasos subsidiarios supera la del nódulo SA y actúa como marcapasos cardíacos (figura 36-6A). Esto sucede cuando aumenta el tono simpático (por ejemplo, en situaciones de estrés, ansiedad, feocromocitoma), tras la administración de algunos fármacos (digoxina, inhibidores de las fosfodiesterasas), en presencia de alteraciones electrolíticas (hipopotasemia, hipercalcemia), en pacientes con cardiopatía isquémica o tras la distensión de la pared ventricular en enfermos con insuficiencia cardíaca.

1.2. Automatismo anormal. Es el mecanismo por el que cualquier célula miocárdica que esté parcialmente despolarizada (E_m = −60/−55 mV) puede generar impulsos espontáneamente. Dado que en esos niveles de E_m los canales del Na⁺ se encuentran en estado inactivo, los potenciales de acción responsables del automatismo anormal son Ca²⁺-dependientes. El automatismo ectópico aparece cuando se despolariza el E_m (cardiopatía isquémica, fibrosis, hiperpotasemia, miocardiopatías) y se acentúa en presencia de catecolaminas que aumentan la I_Ca, pero puede suprimirse con fármacos que bloquean la I_Ca (calcioantagonistas) y antagonistas de los receptores β₁-adrenérgicos.

1.3. Actividad desencadenada. Otra forma de automatismo patológico se relaciona con la aparición de despolarizaciones (figura 36-6B) que aparecen durante la fase 3 del potencial de acción, antes de que la célula se repolarice (pospotenciales tempranos), o durante la fase 4, una vez que la célula se ha repolarizado (pospotenciales tardíos). Si estas despolarizaciones alcanzan el potencial umbral podrán producir uno o más potenciales de acción propagados.

Los pospotenciales tempranos se deben a la activación de la I_Ca y aparecen en cualquier situación que prolonga la duración del potencial de acción (el intervalo QT del ECG), por ejemplo, bradicardia, hipopotasemia, insuficiencia cardíaca o mutaciones de las subunidades que forman los canales del Na⁺ Ca²⁺ y K⁺ (síndrome de QT largo adquirido). Estos pospotenciales se suprimen acortando la duración del potencial de acción o al administrar calcioantagonistas y antagonistas de los receptores β₁-adrenérgicos. Los pospotenciales tardíos son consecuencia de la entrada de Na⁺ a través de un mecanismo que no se conoce bien, y que podría implicar la activación del intercambiador Na⁺/Ca²⁺ o de canales inespecíficos de la membrana. Esta entrada de Na⁺ se produce en células en las que la [Ca²⁺]_i es anormalmente alta, por lo que los pospotenciales tardíos aparecen más constantemente cuando aumenta la frecuencia o en situaciones como la hipercalcemia, la isquemia o la hiperactividad simpática.

2. Alteraciones en la conducción: reentrada.

La reentrada es responsable de la mayoría de las arritmias clínicas. En condiciones normales, un impulso que se genera en el nódulo SA estimula sólo una vez las aurículas y los ventrículos. La reentrada implica que un impulso es capaz de excitar dos o más veces al corazón. Para que se inicie esta recirculación es necesario: a) la presencia de una zona de bloqueo unidireccional, que como se observa en la figura 36-7A impide que el impulso se propague hacia la derecha. El bloqueo puede ser por la existencia de discontinuidades entre células (desacoplamiento celular, fibrosis) o de obstáculos anatómicos (orificios vasculares, un área infartada o una escara quirúrgica), b) que el impulso recircule por una vía alternativa (la rama derecha en la figura), atraviese la zona de bloqueo en sentido retrógrado y alcance la zona en la que quedó bloqueado cuando ésta ya es excitable. Es decir, que el tiempo que el impulso tarda en recorrer la vía alternativa debe ser mayor que la duración del periodo refractario efectivo en la zona en la que éste quedó bloqueado. De esta forma el frente de propagación del impulso encuentra por delante tejido excitable y puede seguir circulando. Cuando la velocidad de conducción es rápida la longitud de la vía alternativa ha de ser grande (macrorreentrada), mientras que una velocidad de conducción lenta permitiría la reentrada en circuitos muy pequeños (microreentrada). Cualquier factor o fármaco que acorte la duración del periodo refractario efectivo (hipoxia, hiperpotasemia, catecolaminas, acetilcolina) y/o deprima la velocidad de conducción intracardíaca facilitará la aparición de arritmias por reentrada.

En ocasiones, el circuito de reentrada está determinado por las características funcionales, no anatómicas, de las células cardíacas. La disparidad en la duración del periodo refractario entre regiones cardíacas contiguas es una de las causas de aparición de áreas de bloqueo unidireccional (figura 36-7B). En condiciones patológicas aumenta la heterogeneidad en la duración de los potenciales de acción ventriculares. En esas circunstancias, la onda de excitación avanzará en aquellas zonas en las que la duración del potencial de acción es corta (hacia la izquierda), pero quedará bloqueada en las que la duración es prolongada (a la derecha) y, por tanto, todavía permanecen en periodo refractario. En estas condiciones, el impulso podrá seguir circulando si alcanza la zona donde el impulso ha quedado bloqueado con el suficiente retraso como para que ésta haya recuperado ya la excitabilidad. Tanto la conducción lenta como la existencia de zonas que presentan una duración del potencial de acción y un periodo refractario corto favorecen la aparición de arritmias por reentrada. Esto es lo que sucedería en pacientes con cardiopatía isquémica, en los que coexiste una lenta velocidad de conducción en la zona isquémica con una heterogeneidad en la duración del potencial de acción entre células adyacentes.

Tratamiento de las arritmias cardíacas

El tratamiento de las bradiarritmias sintomáticas o del bloqueo de los impulsos a través del nódulo AV consiste en implantar un marcapaso, temporal o permanente, que permite controlar la frecuencia de las aurículas y/o de los ventrículos a través de unos electrodos que se conectan a una batería implantada subcutáneamente.

Las taquiarritmias se tratan con fármacos antiarrítmicos. Sin embargo, en algunos pacientes se indican tratamientos no farmacológicos. Durante la taquicardia o la fibrilación ventricular, la contracción de ambos ventrículos es asincrónica e irregular, produciéndose una marcada reducción del volumen minuto, lo que en el caso de la fibrilación ventricular puede conducir a la muerte del paciente en pocos segundos (muerte súbita). El tratamiento de este cuadro exige la cardioversión eléctrica del corazón, es decir, la aplicación de una descarga eléctrica de corriente continua a través de la pared torácica (10-200 W/s) sincronizada con la onda R del electrocardiograma, que activa todas las fibras cardíacas simultáneamente, volviéndolas refractarias. En estas condiciones, cesa toda estimulación cardíaca durante 3-4 s, al cabo de los cuales el nodo SA u otra estructura automática dirige el corazón. En pacientes con riesgo de muerte súbita por taquiarritmias ventriculares se puede implantar un desfibrilador cardíaco automático, que puede revertir la taquicardia al aplicar un choque eléctrico capaz de producir la cardioversión del paciente o al estimular el ventrículo a frecuencias rápidas durante un corto tiempo (de tal forma que al interrumpir la estimulación se recupera un ritmo cardíaco normal). Otra forma de suprimir las arritmias es la ablación con catéter de radiofrecuencia. Esta técnica consiste en introducir una sonda electrocatéter a través de la cual se emite una serie de corrientes alternas de alta frecuencia (300-1 000 KHz), que son capaces de transformarse en energía y producir una pequeña quemadura en la zona del miocardio que toca la punta. Esto permite destruir los focos ectópicos patológicos, la vía alternativa a través de la cual tiene lugar la reentrada, las vías accesorias anómalas (haces de Kent, fibras de Hames y de Mahaim) que unen las aurículas y los ventrículos o el nódulo AV (para evitar que las taquiarritmias supraventriculares aumenten de forma excesiva la frecuencia ventricular).