El latido del corazón probablemente esté asociado con el fenómeno de la vida más fuertemente que cualquier otro concepto o proceso único, tanto médica como metafóricamente. cuando las personas discuten objetos inanimados o incluso conceptos abstractos, usan términos como "su campaña electoral todavía tiene pulso" y "las posibilidades del equipo 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 un corazón late es simple: la electricidad. Sin embargo, como muchas otras cosas en el mundo de la biología, la forma precisa y coordinada en que la actividad eléctrica impulsa al corazón a bombear sangre vital a los tejidos del cuerpo, 70 o más 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 cardíaco. 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 se mantiene mediante "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 "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 arrastradas en la otra, como una bola que sigue "queriendo" volver a ti mientras las arrojas repetidamente hacia el aire. estos iones incluyen sodio (na + ), potasio (k + ) y calcio (ca 2+ ). un ion de calcio tiene una carga neta positiva 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 parque se mueven en una dirección a través de una cerca mientras que las cabras en un corral adyacente se llevan en la otra, con cada tipo de intención animal de regresar 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 quien sea 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" afuera de manera 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 el sodio y el potasio.
Un potencial de acción es un cambio reversible de este potencial de membrana como resultado de un "efecto dominó": una activación de las corrientes generadas por la repentina difusión de iones a través de la membrana reduce el gradiente electroquímico. en otras palabras, ciertas condiciones pueden interrumpir el desequilibrio de iones de membrana en estado estable 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 se desplaza a lo largo de una cuerda que se mantiene casi tensa en ambos extremos si uno de los extremos es "golpeado".
Debido a que la membrana generalmente lleva un gradiente de carga, se considera polarizada, lo que significa que se caracteriza por diferentes extremos (más cargados negativamente en un lado, más cargados 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 acción cardíaca, numeradas del 0 al 4 (los científicos a veces obtienen ideas extrañas).
La fase 0 es la despolarización de la membrana y la apertura de los 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 rápidos canales de sodio.
la fase 2 es la fase de meseta , en la que 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, ya que los canales de sodio y calcio se cierran y el potencial de membrana regresa a su nivel de referencia.
La fase 4 ve a 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 tres iones de sodio se bombean fuera de la célula por cada dos iones de potasio bombeados dentro de la célula; recuerde que estos iones tienen una carga equivalente de +1, por lo que este sistema da como resultado un flujo neto de salida positiva de salida.
El miocardio y el potencial de acción.
Entonces, ¿a qué conduce todo este bombeo de iones y la interrupción de la membrana celular? Antes de describir cómo la actividad eléctrica en el corazón se traduce en latidos del corazón, 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 músculo esquelético, que está bajo control voluntario (ejemplo: los bíceps de la parte superior de los brazos) y músculo liso, que no está bajo control consciente (ejemplo: los músculos en las paredes de los intestinos que mueven la digestión de los alimentos). todos los tipos de músculos comparten una serie de similitudes, pero las células musculares cardiacas tienen propiedades únicas para satisfacer las necesidades únicas de su órgano padre. Por un lado, el inicio del "latido" del corazón está controlado por miocitos cardiacos especiales, o células del músculo del corazón, llamadas células marcapasos . Estas células controlan el ritmo del latido del corazón incluso en ausencia de entrada del nervio externo, una propiedad llamada autorritmicidad.. esto significa que incluso en ausencia de información del sistema nervioso, el corazón podría en teoría latir siempre y cuando los electrolitos (es decir, los iones mencionados anteriormente) estuvieran presentes. Por supuesto, el ritmo de los latidos del corazón, también conocido como la frecuencia del pulso, varía considerablemente, y esto ocurre gracias a la entrada diferencial de varias fuentes, incluido el sistema nervioso simpático, el sistema nervioso parasimpático y las hormonas.
El músculo cardíaco también se llama miocardio.. Se presenta en dos tipos: células contráctiles del miocardio y células conductoras del miocardio. Como puede haber sospechado, las células contráctiles hacen el trabajo de bombear sangre bajo la influencia de las células conductoras que emiten la señal para contraerse. El 99 por ciento de las células miocárdicas son de la variedad contráctil, y solo el 1 por ciento está dedicado a la conducción. Si bien esta relación deja, con razón, la mayor parte del corazón disponible para realizar el trabajo, también significa que un defecto en las células que forman el sistema de conducción cardíaca puede ser difícil para el órgano eludir el uso de vías de conducción alternativas, de las cuales solo hay muchas. las células conductoras son generalmente mucho más pequeñas que las células contráctiles porque no tienen necesidad de las diversas proteínas involucradas en la contracción;
¿Qué es la despolarización de fase 4?
La fase 4 del potencial de las células musculares cardíacas se denomina intervalo diastólico, porque este período corresponde a la diástole o al intervalo entre las contracciones del músculo cardíaco. Cada vez que escuchas o sientes el latido de tu corazón, este es el final de la contracción del corazón, que se llama sístole. cuanto más rápido late su corazón, más alta es la fracción de su ciclo de contracción-relajación que pasa en la sístole, pero incluso cuando hace ejercicio al máximo y empuja su pulso al rango de 200, su corazón todavía está en diástole la mayor parte del tiempo , haciendo de la fase 4 la fase más larga del potencial de acción cardíaco, que en total dura aproximadamente 300 milisegundos (tres décimas de segundo). mientras un potencial de acción está en progreso, no se puede iniciar ningún otro potencial de acción en la misma porción de la membrana de la célula cardíaca, lo que tiene sentido, una vez que se comienza,
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 provoca 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 perturbación de la membrana que empuja la celda en la dirección de un valor de carga positiva genera cambios que hacen que el interior sea aún más positivo. con la entrada de iones de sodio a través de estos canales iónicos regulados por voltaje en la membrana celular, el miocito ingresa a 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 que 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 factores de contrabalanceo. el primero de estos consiste en sodio que fluye hacia adentro (la afluencia que no se ha estrechado a cero después de la afluencia rápida en la fase 0) y el calcio que fluye hacia adentro; el otro incluye tres tipos de corrientes rectificadoras externas (lenta, intermedia y rápida) ,todos los cuales cuentan con movimiento de potasio. esta corriente rectificadora es la responsable final de la contracción del músculo cardíaco, ya que este flujo de potasio inicia una cascada en la que los iones de calcio se unen a los sitios activos de las proteínas celulares contráctiles (p. ej., actina, troponina) y los obligan a actuar.
la fase 2 finaliza cuando el flujo interno de calcio y sodio cesa, mientras que el flujo externo de potasio (la corriente del rectificador) 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, porque garantiza un contacto suave del corazón incluso cuando funciona a la velocidad máxima. las células musculares comunes carecen de esta propiedad y, por lo tanto, pueden participar en lo que se conoce como contracciones tetánicas , lo que lleva a calambres y similares. es un inconveniente cuando el músculo esquelético se comporta así, pero sería mortal si el miocardio hiciera lo mismo.