El músculo cardíaco (también llamado músculo cardíaco o miocardio ) es uno de los tres tipos de tejidos musculares de los vertebrados , siendo los otros dos el músculo esquelético y el músculo liso . Es un músculo involuntario, estriado, que constituye el tejido principal de la pared del corazón . El músculo cardíaco (miocardio) forma una capa intermedia gruesa entre la capa externa de la pared del corazón (el pericardio ) y la capa interna (el endocardio ), y la sangre se suministra a través de la circulación coronaria . Está compuesto por células individuales del músculo cardíaco unidas por discos intercalados y revestidas por fibras de colágeno y otras sustancias que forman la matriz extracelular .
El músculo cardíaco se contrae de forma similar al músculo esquelético , aunque con algunas diferencias importantes. La estimulación eléctrica en forma de potencial de acción cardíaco desencadena la liberación de calcio del depósito interno de calcio de la célula, el retículo sarcoplásmico . El aumento de calcio hace que los miofilamentos de la célula se deslicen entre sí en un proceso llamado acoplamiento excitación-contracción . Las enfermedades del músculo cardíaco conocidas como miocardiopatías son de gran importancia. Estos incluyen afecciones isquémicas causadas por un suministro sanguíneo restringido al músculo, como angina e infarto de miocardio .
El tejido del músculo cardíaco o miocardio forma la mayor parte del corazón. La pared del corazón es una estructura de tres capas con una gruesa capa de miocardio intercalada entre el endocardio interno y el epicardio externo (también conocido como pericardio visceral). El endocardio interno recubre las cámaras cardíacas, cubre las válvulas cardíacas y se une al endotelio que recubre los vasos sanguíneos que se conectan con el corazón. En la cara externa del miocardio se encuentra el epicardio , que forma parte del saco pericárdico que rodea, protege y lubrica el corazón. [1]
Dentro del miocardio hay varias láminas de células del músculo cardíaco o cardiomiocitos. Las láminas de músculo que envuelven el ventrículo izquierdo más cercano al endocardio están orientadas perpendicularmente a las más cercanas al epicardio. Cuando estas láminas se contraen de manera coordinada, permiten que el ventrículo se contraiga en varias direcciones simultáneamente: longitudinalmente (haciéndose más corto desde el ápice hasta la base), radialmente (haciéndose más estrecho de lado a lado) y con un movimiento de torsión (similar a escurrir un paño húmedo) para exprimir la máxima cantidad posible de sangre del corazón con cada latido. [2]
El músculo cardíaco en contracción utiliza mucha energía y, por lo tanto, requiere un flujo constante de sangre para proporcionar oxígeno y nutrientes. La sangre llega al miocardio a través de las arterias coronarias . Estos se originan en la raíz aórtica y se encuentran en la superficie exterior o epicárdica del corazón. Luego, las venas coronarias drenan la sangre hacia la aurícula derecha . [1]
Las células del músculo cardíaco, también llamadas cardiomiocitos, son los miocitos contráctiles del músculo cardíaco. Las células están rodeadas por una matriz extracelular producida por células de fibroblastos de soporte . Los cardiomiocitos modificados especializados, conocidos como células marcapasos , marcan el ritmo de las contracciones del corazón. Las células marcapasos son débilmente contráctiles sin sarcómeros y están conectadas a las células contráctiles vecinas a través de uniones comunicantes . [3] Están ubicados en el nódulo sinoauricular (el marcapasos primario) ubicado en la pared de la aurícula derecha , cerca de la entrada de la vena cava superior . [4] Otras células marcapasos se encuentran en el nódulo auriculoventricular (marcapasos secundario).
Las células marcapasos transportan los impulsos responsables de los latidos del corazón. Se distribuyen por todo el corazón y son responsables de varias funciones. En primer lugar, son los encargados de poder generar y enviar impulsos eléctricos de forma espontánea . También deben poder recibir y responder a impulsos eléctricos del cerebro. Por último, deben poder transferir impulsos eléctricos de una célula a otra. [5] Las células marcapasos en el nódulo sinoauricular y el nódulo auriculoventricular son más pequeñas y conducen a un ritmo relativamente lento entre las células. Las células conductoras especializadas en el haz de His y las fibras de Purkinje tienen un diámetro mayor y conducen señales a un ritmo rápido. [6]
Las fibras de Purkinje conducen rápidamente señales eléctricas; arterias coronarias para llevar nutrientes a las células musculares, y venas y una red capilar para eliminar los productos de desecho. [7]
Las células del músculo cardíaco son las células que se contraen y permiten que el corazón bombee. Cada cardiomiocito necesita contraerse en coordinación con sus células vecinas, conocidas como sincitio funcional , que trabajan para bombear sangre eficientemente desde el corazón, y si esta coordinación se rompe, entonces, a pesar de que las células individuales se contraigan, es posible que el corazón no bombee en absoluto, como por ejemplo Puede ocurrir durante ritmos cardíacos anormales como la fibrilación ventricular . [8]
Vistas a través de un microscopio, las células del músculo cardíaco son aproximadamente rectangulares y miden entre 100 y 150 μm por 30 a 40 μm. [9] Las células individuales del músculo cardíaco están unidas en sus extremos por discos intercalados para formar fibras largas. Cada célula contiene miofibrillas , fibras contráctiles proteicas especializadas de actina y miosina que se deslizan unas sobre otras. Estos se organizan en sarcómeros , las unidades contráctiles fundamentales de las células musculares. La organización regular de las miofibrillas en sarcómeros da a las células del músculo cardíaco una apariencia rayada o estriada cuando se observan a través de un microscopio, similar al músculo esquelético. Estas estrías son causadas por bandas I más claras compuestas principalmente de actina y bandas A más oscuras compuestas principalmente de miosina. [7]
Los cardiomiocitos contienen túbulos T , bolsas de membrana celular que van desde la superficie celular hasta el interior de la célula y que ayudan a mejorar la eficiencia de la contracción. La mayoría de estas células contienen un solo núcleo (algunas pueden tener dos núcleos centrales), a diferencia de las células del músculo esquelético que contienen muchos núcleos . Las células del músculo cardíaco contienen muchas mitocondrias que proporcionan la energía necesaria para la célula en forma de trifosfato de adenosina (ATP), lo que las hace muy resistentes a la fatiga. [9] [7]
Los túbulos T son tubos microscópicos que van desde la superficie celular hasta lo más profundo de la célula. Se continúan con la membrana celular, están compuestos por la misma bicapa de fosfolípidos y están abiertos en la superficie celular al líquido extracelular que rodea la célula. Los túbulos T del músculo cardíaco son más grandes y anchos que los del músculo esquelético , pero menos numerosos. [9] En el centro de la celda se unen, corriendo hacia y a lo largo de la celda como una red transversal-axial. Dentro de la célula se encuentran cerca del depósito interno de calcio de la célula, el retículo sarcoplásmico . Aquí, un único túbulo se empareja con parte del retículo sarcoplásmico llamado cisterna terminal en una combinación conocida como diada . [10]
Las funciones de los túbulos T incluyen transmitir rápidamente impulsos eléctricos conocidos como potenciales de acción desde la superficie celular hasta el núcleo de la célula y ayudar a regular la concentración de calcio dentro de la célula en un proceso conocido como acoplamiento de excitación-contracción . [9] También participan en la retroalimentación mecanoeléctrica, [11] como se desprende del intercambio de contenido tubular T inducido por la contracción celular (difusión asistida por advección), [12] que fue confirmado mediante observaciones de tomografía electrónica confocal y 3D. [13]
El sincitio cardíaco es una red de cardiomiocitos conectados por discos intercalados que permiten la transmisión rápida de impulsos eléctricos a través de la red, permitiendo al sincitio actuar en una contracción coordinada del miocardio. Hay un sincitio auricular y un sincitio ventricular que están conectados por fibras de conexión cardíaca. [14] La resistencia eléctrica a través de discos intercalados es muy baja, lo que permite la libre difusión de iones. La facilidad del movimiento de los iones a lo largo de los ejes de las fibras del músculo cardíaco es tal que los potenciales de acción pueden viajar de una célula del músculo cardíaco a la siguiente, enfrentando sólo una ligera resistencia. Cada sincitio obedece a la ley del todo o nada . [15]
Los discos intercalados son estructuras adherentes complejas que conectan los cardiomiocitos individuales a un sincitio electroquímico (a diferencia del músculo esquelético, que se convierte en un sincitio multicelular durante el desarrollo embrionario ). Los discos son responsables principalmente de la transmisión de fuerza durante la contracción muscular. Los discos intercalados constan de tres tipos diferentes de uniones célula-célula: el filamento de actina que ancla las uniones adherentes de la fascia , el filamento intermedio que ancla los desmosomas y las uniones en hendidura . [16] Permiten que los potenciales de acción se propaguen entre las células cardíacas al permitir el paso de iones entre las células, produciendo la despolarización del músculo cardíaco. Los tres tipos de unión actúan juntos como una sola área composita . [16] [17] [18] [19]
Bajo microscopía óptica , los discos intercalados aparecen como líneas delgadas, típicamente de color oscuro, que dividen las células del músculo cardíaco adyacentes. Los discos intercalados corren perpendiculares a la dirección de las fibras musculares. Bajo microscopía electrónica, la trayectoria de un disco intercalado parece más compleja. A bajo aumento, esto puede aparecer como una estructura intrincada y densa en electrones que se superpone a la ubicación de la línea Z oscurecida. A gran aumento, la trayectoria del disco intercalado parece aún más complicada, con áreas longitudinales y transversales que aparecen en la sección longitudinal. [20]
Los fibroblastos cardíacos son células de soporte vitales dentro del músculo cardíaco. No pueden proporcionar contracciones contundentes como los cardiomiocitos , sino que son en gran medida responsables de crear y mantener la matriz extracelular que rodea a los cardiomiocitos. [7] Los fibroblastos desempeñan un papel crucial en la respuesta a una lesión, como un infarto de miocardio . Después de una lesión, los fibroblastos pueden activarse y convertirse en miofibroblastos , células que exhiben un comportamiento entre un fibroblasto (que genera matriz extracelular) y una célula de músculo liso (capacidad de contraerse). En esta capacidad, los fibroblastos pueden reparar una lesión creando colágeno mientras se contraen suavemente para juntar los bordes del área lesionada. [21]
Los fibroblastos son más pequeños pero más numerosos que los cardiomiocitos, y se pueden unir varios fibroblastos a un cardiomiocito a la vez. Cuando se unen a un cardiomiocito, pueden influir en las corrientes eléctricas que pasan a través de la membrana superficial de la célula muscular y, en el contexto, se denominan acoplados eléctricamente [22] , como se demostró originalmente in vitro en la década de 1960, [23] y finalmente se confirmó en tejido cardíaco nativo con la ayuda de técnicas optogenéticas. [24] Otras funciones potenciales de los fibroblastos incluyen el aislamiento eléctrico del sistema de conducción cardíaca y la capacidad de transformarse en otros tipos de células, incluidos cardiomiocitos y adipocitos . [21]
La matriz extracelular (MEC) rodea los cardiomiocitos y los fibroblastos. La MEC está compuesta de proteínas que incluyen colágeno y elastina junto con polisacáridos (cadenas de azúcar) conocidos como glucosaminoglicanos . [7] Juntas, estas sustancias brindan apoyo y fuerza a las células musculares, crean elasticidad en el músculo cardíaco y mantienen las células musculares hidratadas al unir moléculas de agua.
La matriz en contacto inmediato con las células musculares se denomina membrana basal y está compuesta principalmente por colágeno tipo IV y laminina . Los cardiomiocitos están unidos a la membrana basal mediante glicoproteínas especializadas llamadas integrinas . [25]
Los seres humanos nacemos con un número determinado de células del músculo cardíaco, o cardiomiocitos, que aumentan de tamaño a medida que el corazón crece durante el desarrollo infantil. La evidencia sugiere que los cardiomiocitos se renuevan lentamente durante el envejecimiento, pero menos del 50% de los cardiomiocitos presentes al nacer se reemplazan durante una vida normal. [26] El crecimiento de cardiomiocitos individuales no solo ocurre durante el desarrollo normal del corazón, sino que también ocurre en respuesta al ejercicio intenso ( síndrome del corazón atlético ), enfermedades cardíacas o lesiones del músculo cardíaco, como después de un infarto de miocardio. Un cardiomiocito adulto sano tiene una forma cilíndrica de aproximadamente 100 μm de largo y 10 a 25 μm de diámetro. La hipertrofia de los cardiomiocitos se produce mediante sarcomerogénesis, la creación de nuevas unidades de sarcómero en la célula. Durante la sobrecarga de volumen cardíaco, los cardiomiocitos crecen mediante hipertrofia excéntrica. [27] Los cardiomiocitos se extienden longitudinalmente pero tienen el mismo diámetro, lo que produce dilatación ventricular. Durante la sobrecarga de presión cardíaca, los cardiomiocitos crecen mediante hipertrofia concéntrica. [27] Los cardiomiocitos crecen en diámetro pero tienen la misma longitud, lo que resulta en un engrosamiento de la pared del corazón.
La fisiología del músculo cardíaco comparte muchas similitudes con la del músculo esquelético . La función principal de ambos tipos de músculos es contraerse y, en ambos casos, una contracción comienza con un flujo característico de iones a través de la membrana celular conocido como potencial de acción . Posteriormente, el potencial de acción cardíaco desencadena la contracción muscular al aumentar la concentración de calcio en el citosol.
El ciclo cardíaco es el desempeño del corazón humano desde el comienzo de un latido hasta el comienzo del siguiente. Consta de dos períodos: uno durante el cual el músculo cardíaco se relaja y se llena de sangre, llamado diástole , seguido de un período de fuerte contracción y bombeo de sangre, denominado sístole . Después de vaciarse, el corazón inmediatamente se relaja y expande para recibir otro influjo de sangre que regresa de los pulmones y otros sistemas del cuerpo, antes de contraerse nuevamente para bombear sangre a los pulmones y esos sistemas. Un corazón que funciona normalmente debe estar completamente expandido antes de que pueda bombear nuevamente de manera eficiente.
La fase de reposo se considera polarizada. El potencial de reposo durante esta fase del latido separa iones como el sodio, el potasio y el calcio. Las células del miocardio poseen la propiedad de automaticidad o despolarización espontánea . Este es el resultado directo de una membrana que permite que los iones de sodio ingresen lentamente a la célula hasta que se alcanza el umbral de despolarización. Los iones de calcio siguen y prolongan aún más la despolarización. Una vez que el calcio deja de moverse hacia adentro, los iones de potasio salen lentamente para producir la repolarización. La muy lenta repolarización de la membrana CMC es responsable del largo período refractario. [28] [29]
Sin embargo, el mecanismo por el cual aumentan las concentraciones de calcio dentro del citosol difiere entre el músculo esquelético y el cardíaco. En el músculo cardíaco, el potencial de acción comprende un flujo entrante de iones de sodio y calcio. El flujo de iones de sodio es rápido pero de muy corta duración, mientras que el flujo de calcio es sostenido y da la fase de meseta característica de los potenciales de acción del músculo cardíaco. El flujo comparativamente pequeño de calcio a través de los canales de calcio tipo L desencadena una liberación mucho mayor de calcio desde el retículo sarcoplásmico en un fenómeno conocido como liberación de calcio inducida por calcio . Por el contrario, en el músculo esquelético, una cantidad mínima de calcio fluye hacia la célula durante el potencial de acción y, en cambio, el retículo sarcoplásmico de estas células está directamente acoplado a la membrana superficial. Esta diferencia puede ilustrarse mediante la observación de que las fibras del músculo cardíaco requieren que haya calcio presente en la solución que rodea a la célula para contraerse, mientras que las fibras del músculo esquelético se contraerán sin calcio extracelular.
Durante la contracción de una célula del músculo cardíaco, los largos miofilamentos proteicos orientados a lo largo de la célula se deslizan entre sí en lo que se conoce como teoría del filamento deslizante . Hay dos tipos de miofilamentos, filamentos gruesos compuestos por la proteína miosina y filamentos delgados compuestos por las proteínas actina , troponina y tropomiosina . A medida que los filamentos gruesos y finos se deslizan entre sí, la célula se vuelve más corta y más gruesa. En un mecanismo conocido como ciclo de puentes cruzados , los iones de calcio se unen a la proteína troponina, que junto con la tropomiosina descubre sitios de unión clave en la actina. La miosina, en el filamento grueso, puede unirse a la actina, tirando de los filamentos gruesos a lo largo de los filamentos delgados. Cuando la concentración de calcio dentro de la célula cae, la troponina y la tropomiosina vuelven a cubrir los sitios de unión de la actina, lo que hace que la célula se relaje.
Se creía comúnmente que las células del músculo cardíaco no se podían regenerar. Sin embargo, esto fue contradicho por un informe publicado en 2009. [30] Olaf Bergmann y sus colegas en el Instituto Karolinska en Estocolmo probaron muestras de músculo cardíaco de personas nacidas antes de 1955 que tenían muy poco músculo cardíaco alrededor del corazón, muchos de ellos con discapacidades. de esta anormalidad. Utilizando muestras de ADN de muchos corazones, los investigadores estimaron que un niño de 4 años renueva alrededor del 20% de las células del músculo cardíaco por año, y alrededor del 69 por ciento de las células del músculo cardíaco de una persona de 50 años se generaron después de que él o ella nació. [30]
Una forma en que se produce la regeneración de los cardiomiocitos es mediante la división de los cardiomiocitos preexistentes durante el proceso de envejecimiento normal. [31]
En la década de 2000, se informó sobre el descubrimiento de células madre cardíacas endógenas adultas y se publicaron estudios que afirmaban que varios linajes de células madre, incluidas las células madre de la médula ósea, podían diferenciarse en cardiomiocitos y podían usarse para tratar la insuficiencia cardíaca . [32] [33] Sin embargo, otros equipos no pudieron replicar estos hallazgos y muchos de los estudios originales fueron posteriormente retractados por fraude científico. [34] [35]
El músculo cardíaco forma tanto las aurículas como los ventrículos del corazón. Aunque este tejido muscular es muy similar entre las cámaras cardíacas, existen algunas diferencias. El miocardio que se encuentra en los ventrículos es grueso para permitir contracciones fuertes, mientras que el miocardio en las aurículas es mucho más delgado. Los miocitos individuales que forman el miocardio también difieren entre las cámaras cardíacas. Los cardiomiocitos ventriculares son más largos y anchos, con una red de túbulos T más densa . Aunque los mecanismos fundamentales de manipulación del calcio son similares entre los cardiomiocitos ventriculares y auriculares, el transitorio de calcio es más pequeño y decae más rápidamente en los miocitos auriculares, con el correspondiente aumento de la capacidad amortiguadora del calcio . [36] El complemento de los canales iónicos difiere entre las cámaras, lo que lleva a duraciones potenciales de acción más prolongadas y períodos refractarios efectivos en los ventrículos. Ciertas corrientes iónicas como I K (UR) son altamente específicas de los cardiomiocitos auriculares, lo que los convierte en un objetivo potencial para tratamientos para la fibrilación auricular . [37]
Las enfermedades que afectan al músculo cardíaco, conocidas como miocardiopatías , son la principal causa de muerte en los países desarrollados . [38] La afección más común es la enfermedad de las arterias coronarias , en la que se reduce el suministro de sangre al corazón . Las arterias coronarias se estrechan por la formación de placas ateroscleróticas . [39] Si estos estrechamientos se vuelven lo suficientemente graves como para restringir parcialmente el flujo sanguíneo, puede ocurrir el síndrome de angina de pecho. [39] Esto generalmente causa dolor en el pecho durante el esfuerzo que se alivia con el reposo. Si de repente una arteria coronaria se estrecha mucho o se bloquea por completo, interrumpiendo o reduciendo gravemente el flujo sanguíneo a través del vaso, se produce un infarto de miocardio o un ataque cardíaco. [40] Si la obstrucción no se alivia rápidamente con medicamentos , intervención coronaria percutánea o cirugía , entonces una región del músculo cardíaco puede quedar cicatrizada y dañada permanentemente. [41] Una miocardiopatía específica puede hacer que el músculo cardíaco se vuelva anormalmente grueso ( miocardiopatía hipertrófica ), [42] anormalmente grande ( miocardiopatía dilatada ), [43] o anormalmente rígido ( miocardiopatía restrictiva ). [44] Algunas de estas afecciones son causadas por mutaciones genéticas y pueden heredarse. [45]
El músculo cardíaco también puede resultar dañado a pesar de un suministro de sangre normal. El músculo cardíaco puede inflamarse en una afección llamada miocarditis , [46] causada más comúnmente por una infección viral [47] pero a veces causada por el propio sistema inmunológico del cuerpo . [48] El músculo cardíaco también puede resultar dañado por drogas como el alcohol, presión arterial alta o hipertensión de larga duración, o aceleración cardíaca anormal persistente . [49] Muchas de estas afecciones, si son lo suficientemente graves, pueden dañar tanto el corazón que se reduce la función de bombeo del corazón. Si el corazón ya no puede bombear suficiente sangre para satisfacer las necesidades del cuerpo, esto se describe como insuficiencia cardíaca . [49]
El daño significativo a las células del músculo cardíaco se conoce como miocitólisis , que se considera un tipo de necrosis celular definida como coagulativa o colicuativa. [50] [51]
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