Regulación del latido del corazón

Los latidos regulares del corazón se consiguen como resultado de la ritmicidad inherente al músculo cardíaco; no hay nervios situados dentro del propio corazón, y no son necesarios mecanismos reguladores externos para estimular al músculo para que se contraiga rítmicamente. Que estas contracciones rítmicas se originan en el músculo cardíaco puede corroborarse observando el desarrollo cardíaco en el embrión (véase más arriba); las pulsaciones cardíacas comienzan antes del desarrollo adecuado de las fibras nerviosas. Además, se puede demostrar en el laboratorio que incluso fragmentos de músculo cardíaco en cultivo de tejidos siguen contrayéndose rítmicamente. Además, no existe una gradación en el grado de contracción de las fibras musculares del corazón, como cabría esperar si estuvieran principalmente bajo control nervioso.

Sin embargo, la mera posesión de esta capacidad intrínseca no es suficiente para que el corazón funcione eficazmente. El funcionamiento adecuado requiere coordinación, que se mantiene gracias a un elaborado sistema de conducción dentro del corazón que consiste principalmente en dos pequeñas masas especializadas de tejido, o ganglios, desde los que se originan los impulsos, y en conductos similares a los de los nervios para la transmisión de los impulsos, con ramas terminales que se extienden hasta la superficie interna de los ventrículos.

Las contracciones cardíacas rítmicas se originan con un impulso eléctrico que viaja desde la parte superior del corazón en las aurículas hasta la parte inferior del corazón en los ventrículos. El impulso se propaga como una onda que viaja de célula a célula. Los canales proteicos sensibles al voltaje situados en la superficie del sarcolema, la membrana que rodea la fibra muscular, soportan el flujo de la corriente en relación con el flujo de iones específicos (canales específicos de iones). Estos canales sensibles al voltaje se abren y se cierran en función del voltaje que se detecta en el lado exterior y en el lado interior (lo que se denomina «a través de la membrana» o transmembrana) del sarcolema, entre los que existe una diferencia de potencial eléctrico. Se crea un gradiente de potencial eléctrico por un exceso de iones negativos inmediatamente en el interior del sarcolema y un exceso igual de iones positivos en el exterior del sarcolema (etapa conocida como potencial de reposo). Cuando un impulso nervioso estimula la apertura de los canales iónicos, los iones positivos fluyen hacia el interior de la célula y provocan la despolarización, que conduce a la contracción de la célula muscular.

En condiciones de reposo, la célula cardíaca es principalmente permeable sólo a los iones de potasio cargados positivamente, que se filtran lentamente en la célula. En las células especializadas en marcar el ritmo, que se encuentran en el nódulo sinoauricular, el potencial negativo de reposo se desplaza rítmicamente hacia el potencial umbral positivo. Cuando se supera el potencial umbral, se desencadena la despolarización de la célula y se produce una apertura de los canales iónicos que transportan sodio y calcio al interior de la célula. Este aumento repentino del potencial de la membrana cardíaca se transmite de célula a célula, creando una onda de despolarización que representa funcionalmente la señal de excitación del corazón. La propagación de la señal avanza rápidamente por el tejido de conducción a través de células auriculares especializadas, el nodo auriculoventricular y los haces de células de His y Purkinje, y va seguida de una dispersión más lenta de la señal en las células musculares ventriculares. La velocidad de despolarización espontánea es un determinante importante de la frecuencia cardíaca.

Tanto los mecanismos de excitación como los de propagación son sensibles a las alteraciones de la concentración de iones del líquido extracelular e intracelular, así como a los fármacos que puedan alterar los transportadores o canales asociados a estos iones. Tras el evento de despolarización inicial en las células musculares cardíacas, hay una secuencia de aperturas y cierres de canales específicos que, en última instancia, dan lugar a un retorno al potencial transmembrana de reposo. Esta interacción altamente orquestada de diferentes canales sensibles al voltaje, y los cambios resultantes en el voltaje transmembrana, se denomina potencial de acción cardíaco.

El evento de despolarización en la célula muscular cardíaca también abre un canal de calcio, permitiendo que el calcio entre en el miocardio. El calcio es un importante efector del acoplamiento entre la despolarización cardíaca (excitación) y la contracción cardíaca (denominado «acoplamiento excitación-contracción»). En circunstancias normales, la concentración de iones de calcio libre en la célula muscular cardíaca es muy baja. Esta baja concentración se mantiene gracias a la presencia de un sistema de membrana interno denominado retículo sarcoplásmico que secuestra los iones de calcio. Tras la excitación y despolarización de la célula, el canal de calcio se abre y admite una pequeña cantidad de calcio asociada al cambio del potencial de membrana. Esta pequeña cantidad de calcio estimula la liberación de calcio adicional desde los canales sensibles al calcio en el retículo sarcoplásmico, lo que hace que la concentración de calcio celular se multiplique por casi 100. Cuando el corazón se repolariza, el retículo sarcoplásmico reabsorbe el exceso de calcio, y la concentración de calcio celular vuelve a su nivel anteriormente bajo, permitiendo que el músculo cardíaco se relaje.

La reabsorción del calcio celular por parte del retículo sarcoplásmico es importante porque impide el desarrollo de la tensión muscular. En el estado de reposo, dos proteínas, la troponina y la tropomiosina, se unen a las moléculas de actina e inhiben la interacción entre la actina y la miosina, bloqueando así la contracción muscular. Cuando la concentración de calcio aumenta durante la despolarización, cambia la conformación de la troponina y la tropomiosina, y la actina es capaz de asociarse con la miosina. Cuando el calcio es captado de nuevo por el retículo sarcoplásmico, la célula miocárdica se relaja. Los factores que controlan el aumento y la disminución de las concentraciones de calcio en la célula muscular cardíaca tienen profundos efectos en la función cardíaca.