El latido del corazón probablemente esté asociado con el fenómeno de la vida con más fuerza que cualquier otro concepto o proceso, tanto médica como metafóricamente. Cuando las personas discuten sobre objetos inanimados o incluso conceptos abstractos, utilizan términos como "Su campaña electoral todavía tiene un 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 comprueba es si la víctima tiene pulso.
La razón por la que late un corazón es simple: electricidad. Sin embargo, como tantas cosas en el mundo de la biología, la forma precisa y coordinada en que la actividad eléctrica impulsa al corazón a bombear sangre vital hacia los tejidos del cuerpo, 70 o más veces por minuto, 100.000 veces al día durante décadas, es maravillosamente elegante en su operación. Todo comienza con algo llamado potencial de acción
¿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 transportada en la otra, como una pelota que sigue "queriendo" regresar a ti mientras la lanzas repetidamente directamente al aire. Estos iones incluyen sodio (Na+), potasio (K+) y calcio (Ca2+). Un ion calcio tiene una carga neta positiva de dos unidades, el doble que la de un ion sodio o un ion 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 un cerca mientras que las cabras en un corral adyacente se llevan en el otro, con cada tipo de animal con la intención de volver al lugar en el que empezado. Si se mueven tres cabras a la zona de perros por cada dos perros que se mueven a la zona de cabras, El responsable de esto es mantener un desequilibrio de mamíferos a través de la cerca que es constante hora. 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 principales que participan en este esquema son sodio y potasio.
Un potencial de acción es un cambio reversible de este potencial de membrana resultante de un "efecto dominó" - una activación de Las corrientes generadas por la difusión repentina de iones a través de la membrana reducen la electroquímica. degradado. En otras palabras, ciertas condiciones pueden alterar el desequilibrio de iones de la membrana en estado estable y permitir que los iones fluyan en grandes cantidades en la dirección en la 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 en la misma forma general en que una onda viajará a lo largo de una cuerda sostenida casi tensa en ambos extremos si un extremo es "movido".
Debido a que la membrana generalmente lleva un gradiente de carga, se considera polarizada, lo que significa caracterizado 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 potencial de acción cardíaca, numeradas del 0 al 4 (los científicos a veces tienen ideas extrañas).
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.
Fase 1 es la repolarización parcial de la membrana gracias a una rápida disminución del paso de iones sodio a medida que se cierran los canales rápidos de sodio.
Fase 2 es el fase de meseta, en el 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.
Fase 3 es la repolarización, ya que los canales de sodio y calcio se cierran y el potencial de membrana vuelve a su nivel inicial.
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 bombean tres iones de sodio fuera de la célula por cada dos iones de potasio bombeados a la célula; recuerde que estos iones tienen una carga equivalente de +1, por lo que este sistema da como resultado una salida neta, o salida, de carga positiva.
El miocardio y el potencial de acción
Entonces, ¿a qué conduce realmente todo este bombeo de iones y la disrupción de la membrana celular? Antes de describir cómo la actividad eléctrica del 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 músculos del cuerpo humano. Los otros dos son el músculo esquelético, que está bajo control voluntario (ejemplo: el bíceps de la parte superior de los brazos) y el músculo liso músculo, que no está bajo control consciente (ejemplo: los músculos de las paredes de los intestinos que se mueven para digerir alimentos a lo largo de). Todos los tipos de músculos comparten una serie de similitudes, pero las células del músculo cardíaco 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 cardíacos especiales, o células del músculo cardíaco, llamadas células marcapasos. Estas células controlan el ritmo de los latidos del corazón incluso en ausencia de impulsos nerviosos externos, una propiedad llamada autorritmicidad. Esto significa que incluso en ausencia de información del sistema nervioso, el corazón, en teoría, podría seguir latiendo mientras haya electrolitos (es decir, los iones mencionados anteriormente). Por supuesto, el ritmo de los latidos del corazón, también conocido como frecuencia del pulso, varía considerablemente, y esto ocurre gracias a aporte diferencial de una serie de fuentes, incluido el sistema nervioso simpático, el sistema nervioso parasimpático y hormonas.
El músculo cardíaco también se llama miocardio. Viene en dos tipos: células contráctiles del miocardio y células conductoras del miocardio. Como puede haber supuesto, las células contráctiles hacen el trabajo de bombear sangre bajo la influencia de las células conductoras que envían la señal para contraerse. El 99 por ciento de las células del miocardio son de la variedad contráctil y solo el 1 por ciento se dedica a la conducción. Si bien esta proporción deja la mayor parte del corazón disponible para realizar el trabajo, también significa que un defecto en las células que forman el El sistema de conducción cardíaca puede ser difícil de eludir para el órgano utilizando vías de conducción alternativas, de las cuales solo existen algunas muchos. Las células conductoras son generalmente mucho más pequeñas que las células contráctiles porque no necesitan las diversas proteínas involucradas en la contracción; sólo necesitan participar en la ejecución fiel del potencial de acción del músculo cardíaco.
¿Qué es la despolarización de fase 4?
La fase 4 del potencial de 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, lo que se llama sístole. Cuanto más rápido late su corazón, mayor es la fracción de su ciclo de contracción-relajación que pasa en la sístole, pero incluso cuando se está ejercitando al máximo y empujando su pulso a 200 rango, su corazón todavía está en diástole la mayor parte del tiempo, lo que hace que la fase 4 sea la fase más larga del potencial de acción cardíaco, que en total dura alrededor de 300 milisegundos (tres décimas de una segundo). Mientras un potencial de acción está en progreso, no se pueden iniciar otros potenciales de acción en la misma porción de la célula cardíaca. membrana, lo cual tiene sentido: una vez comenzada, un potencial debería poder terminar su trabajo de estimular un miocardio contracción.
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 las células conductoras, 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 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 perturbación de la membrana que empuja al celda en la dirección de un valor de carga positivo engendra cambios que hacen que el interior sea aún más positivo. Con la entrada de iones de sodio a través de estos canales iónicos activados por voltaje en la membrana celular, el miocito entra en la fase 0 y el nivel de voltaje se acerca 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.
¿Qué 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. Sin embargo, a diferencia del caso de la fase 4, esto ocurre en la fase de factores de contrapeso. El primero de ellos consiste en sodio que fluye hacia adentro (el flujo de entrada que no se ha reducido del todo a cero después del rápido flujo de entrada en la fase 0) y calcio que fluye hacia adentro; el otro incluye tres tipos de corrientes rectificadoras (lento, intermedio y rápido), todos los cuales presentan movimiento de potasio. Esta corriente rectificadora es la responsable en última instancia de la contracción del músculo cardíaco, ya que esta salida de potasio inicia una Cascada en la que los iones de calcio se unen a los sitios activos de las proteínas contráctiles celulares (por ejemplo, actina, troponina) y las engatusan para acción.
La fase 2 termina cuando cesa el flujo hacia adentro de calcio y sodio mientras continúa el flujo hacia afuera de potasio (la corriente rectificadora), empujando a la célula hacia la repolarización.
Rarezas del potencial de acción de las células cardíacas
El potencial de acción de las células cardíacas se diferencia 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 asegura un contacto suave con el corazón incluso cuando está funcionando a máxima velocidad. Las células musculares ordinarias carecen de esta propiedad y, por lo tanto, pueden participar en lo que se llama contracciones tetánicas, provocando calambres y similares. Es inconveniente cuando el músculo esquelético se comporta así, pero sería mortal si el miocardio hiciera lo mismo.