los latidos del corazón probablemente se asocian con el fenómeno de la vida con más fuerza que cualquier otro concepto o proceso, tanto médico como metafórico. cuando las personas discuten objetos inanimados o incluso conceptos abstractos, usan términos como "su campaña electoral todavía tiene pulso" y "las posibilidades del equipo se redujeron cuando perdió a su jugador estrella" para describir si la cosa en cuestión está "viva" o no. y cuando el personal médico de emergencia se encuentra con una víctima caída, lo primero que verifican es si la víctima tiene pulso.
La razón por la que late un corazón es simple: electricidad. Sin embargo, como muchas cosas en el mundo de la biología, la forma precisa y coordinada de que la actividad eléctrica impulsa al corazón a bombear sangre vital hacia los tejidos del cuerpo, aproximadamente 70 veces por minuto, 100,000 veces al día durante décadas, es maravillosamente elegante. en su funcionamiento Todo comienza con algo llamado potencial de acción , en este caso un potencial de acción cardíaca. Los fisiólogos han dividido este evento en cuatro fases distintas.
¿Qué es un potencial de acción?
Las membranas celulares tienen lo que se conoce como un gradiente electroquímico a través de la bicapa de fosfolípidos de la membrana. Este gradiente es mantenido por las "bombas" de proteínas incrustadas en la membrana que mueven algunos tipos de iones (partículas cargadas) a través de la membrana en una dirección, mientras que las "bombas" similares mueven otros tipos de iones en la dirección opuesta, lo que lleva a una situación en la que Las partículas cargadas "quieren" fluir en una dirección después de ser transportadas en la otra, como una pelota que sigue "queriendo" volver a ti cuando la lanzas repetidamente al aire. estos iones incluyen sodio (na + ), potasio (k + ) y calcio (ca 2+ ). un ion de calcio tiene una carga positiva neta de dos unidades, el doble que un ion de sodio o un ion de potasio.
para tener una idea de cómo se mantiene este gradiente, imagine una situación en la que los perros en un corralito se mueven en una dirección a través de una cerca mientras las cabras en un corral adyacente se transportan en la otra, con cada tipo de animal intentando volver a El lugar en el que comenzó. si se mueven tres cabras a la zona de perros por cada dos perros que se mueven a la zona de cabras, entonces el responsable de esto es mantener un desequilibrio de mamíferos a través de la cerca que es constante en el tiempo. las cabras y los perros que intentan regresar a sus lugares preferidos son "bombeados" al exterior de forma continua. Esta analogía es imperfecta, pero ofrece una explicación básica de cómo las membranas celulares mantienen un gradiente electroquímico, también llamado potencial de membrana. Como verá, los iones primarios que participan en este esquema son sodio y potasio.
Un potencial de acción es un cambio reversible de este potencial de membrana que resulta de un "efecto dominó": una activación de las corrientes generadas por la difusión repentina de iones a través de la membrana disminuye el gradiente electroquímico. en otras palabras, ciertas condiciones pueden interrumpir el desequilibrio de iones de membrana en estado estacionario y permitir que los iones fluyan en grandes cantidades en la dirección que "quieren" ir, en otras palabras, contra la bomba. esto conduce a un potencial de acción que se mueve a lo largo de una célula nerviosa (también llamada neurona) o una célula cardíaca de la misma manera general en que una onda viajará a lo largo de una cuerda mantenida casi tensa en ambos extremos si un extremo se "mueve".
Debido a que la membrana generalmente lleva un gradiente de carga, se considera polarizada, lo que significa que se caracteriza por diferentes extremos (más cargada negativamente en un lado, más cargada positivamente en el otro). un potencial de acción se desencadena por la despolarización, que se traduce libremente en una cancelación temporal del desequilibrio de carga normal, o una restauración del equilibrio.
¿Cuáles son las diferentes fases de un potencial de acción?
Hay cinco fases de potencial de acción cardíaca, numeradas del 0 al 4 (los científicos a veces tienen ideas extrañas).
la fase 0 es la despolarización de la membrana y la apertura de canales de sodio "rápidos" (es decir, de alto flujo). El flujo de potasio también disminuye.
la fase 1 es la repolarización parcial de la membrana gracias a una rápida disminución en el paso de iones de sodio a medida que se cierran los canales de sodio rápidos.
la fase 2 es la fase de meseta , en la cual el movimiento de iones de calcio fuera de la célula mantiene la despolarización. recibe su nombre porque la carga eléctrica a través de la membrana cambia muy poco en esta fase.
la fase 3 es la repolarización, a medida que los canales de sodio y calcio se cierran y el potencial de membrana vuelve a su nivel de referencia.
la fase 4 ve la membrana en su llamado potencial de reposo de −90 milivoltios (mv) como resultado del trabajo de la bomba de iones na + / k +. el valor es negativo porque el potencial dentro de la celda es negativo en comparación con el potencial fuera de ella, y este último se trata como el marco de referencia cero. Esto se debe a que se sacan tres iones de sodio de la célula por cada dos iones de potasio que se bombean a la célula; recuerde que estos iones tienen una carga equivalente de +1, por lo que este sistema produce un flujo de salida o flujo neto de carga positiva.
El miocardio y el potencial de acción
Entonces, ¿a qué conduce todo este bombeo de iones y la disrupción de la membrana celular? Antes de describir cómo la actividad eléctrica en el corazón se traduce en latidos, es útil examinar el músculo que produce esos latidos.
El músculo cardíaco (corazón) es uno de los tres tipos de músculo en el cuerpo humano. los otros dos son el músculo esquelético, que está bajo control voluntario (ejemplo: los bíceps de la parte superior de los brazos) y el músculo liso, que no está bajo control consciente (ejemplo: los músculos de las paredes de los intestinos que se mueven para digerir los alimentos). Todos los tipos de músculo comparten una serie de similitudes, pero las células musculares cardíacas tienen propiedades únicas para satisfacer las necesidades únicas de su órgano principal. por un lado, el inicio del "latido" del corazón está controlado por miocitos cardíacos especiales, o células del músculo cardíaco, llamadas células marcapasos . estas células controlan el ritmo del latido del corazón incluso en ausencia de aporte nervioso externo, una propiedad llamada autorritmicidad. Esto significa que, incluso en ausencia de información del sistema nervioso, el corazón podría en teoría latir mientras los electrolitos (es decir, los iones mencionados anteriormente) estuvieran presentes. Por supuesto, el ritmo del latido cardíaco, también conocido como la frecuencia del pulso, varía considerablemente, y esto ocurre gracias al aporte diferencial de varias fuentes, incluido el sistema nervioso simpático, el sistema nervioso parasimpático y las hormonas.
el músculo cardíaco también se llama miocardio. Viene en dos tipos: células contráctiles del miocardio y células conductoras del miocardio. Como puede suponer, las células contráctiles hacen el trabajo de bombear sangre bajo la influencia de las células conductoras que entregan la señal para contraerse. El 99 por ciento de las células miocárdicas son de la variedad contráctil, y solo el 1 por ciento se dedica a la conducción. Si bien esta proporción deja correctamente la mayor parte del corazón disponible para llevar a cabo el trabajo, también significa que un defecto en las células que forman el sistema de conducción cardíaca puede ser difícil de evadir para el órgano utilizando vías de conducción alternativas, de las cuales hay muy pocas. las células conductoras son generalmente mucho más pequeñas que las células contráctiles porque no necesitan las diversas proteínas involucradas en la contracción;
¿Qué es la despolarización de fase 4?
La fase 4 del potencial de las células del músculo cardíaco se llama intervalo diastólico, porque este período corresponde a la diástole, o el intervalo entre las contracciones del músculo cardíaco. Cada vez que escucha o siente el latido de su corazón, este es el final de la contracción del corazón, que se llama sístole. cuanto más rápido late su corazón, mayor es la fracción de su ciclo de contracción-relajación que gasta en la sístole, pero incluso cuando hace ejercicio al máximo y empuja su pulso al rango 200, su corazón todavía está en la diástole la mayor parte del tiempo , haciendo que la fase 4 sea la fase más larga del potencial de acción cardíaca, que en total dura aproximadamente 300 milisegundos (tres décimas de segundo). Mientras un potencial de acción está en progreso, no se pueden iniciar otros potenciales de acción en la misma porción de la membrana de las células cardíacas, lo que tiene sentido, una vez comenzado,
Como se señaló anteriormente, durante la fase 4, el potencial eléctrico a través de la membrana tiene un valor de aproximadamente -90 mv. Este valor se aplica a las células contráctiles; para conducir células, está más cerca de −60 mv. claramente, este no es un valor de equilibrio estable o de lo contrario el corazón simplemente nunca latiría en absoluto. en cambio, si una señal reduce la negatividad del valor a través de la membrana celular contráctil a aproximadamente -65 mv, esto desencadena cambios en la membrana que facilitan la entrada de iones de sodio. Este escenario representa un sistema de retroalimentación positiva en el sentido de que una alteración de la membrana que empuja a la célula en la dirección de un valor de carga positivo genera cambios que hacen que el interior sea aún más positivo. con la entrada de iones de sodio a través de estos canales de iones activados por voltaje en la membrana celular, el miocito entra en la fase 0, y el nivel de voltaje se aproxima a su potencial de acción máximo de aproximadamente +30 mv, lo que representa una excursión de voltaje total desde la fase 4 de aproximadamente 120 mv.
¿Cuál es la fase de meseta?
La fase 2 del potencial de acción también se denomina fase de meseta. Al igual que la fase 4, representa una fase en la cual el voltaje a través de la membrana es estable, o casi. a diferencia del caso en la fase 4, sin embargo, esto ocurre en la fase de los factores de contrapeso. el primero de ellos consiste en sodio que fluye hacia adentro (la entrada que no se ha reducido a cero después de la entrada rápida en la fase 0) y calcio que fluye hacia adentro; el otro incluye tres tipos de corrientes rectificadoras externas (lenta, intermedia y rápida) ,todos los cuales presentan movimiento de potasio. Esta corriente rectificadora es la responsable en última instancia de la contracción del músculo cardíaco, ya que este flujo de salida de potasio inicia una cascada en la que los iones de calcio se unen a los sitios activos de las proteínas contráctiles celulares (p. ej., actina, troponina) y los empujan a la acción.
la fase 2 termina cuando el flujo interno de calcio y sodio cesa mientras que el flujo externo de potasio (la corriente rectificadora) continúa, empujando a la célula hacia la repolarización.
peculiaridades del potencial de acción de las células cardíacas
El potencial de acción de las células cardíacas difiere de los potenciales de acción en los nervios en una variedad de formas. por un lado, y lo más importante, es mucho más largo. esto es esencialmente un factor de seguridad: debido a que el potencial de acción de las células cardíacas es más largo, esto significa que el período en el que ocurre un nuevo potencial de acción, llamado período refractario, también es más largo. Esto es importante, ya que garantiza un contacto suave del corazón incluso cuando está funcionando a la velocidad máxima. Las células musculares normales carecen de esta propiedad y, por lo tanto, pueden participar en las llamadas contracciones tetánicas , lo que provoca calambres y similares. es inconveniente cuando el músculo esquelético se comporta así, pero sería mortal si el miocardio hiciera lo mismo.