Contractilidad cardíaca

A patient participating in a clinical trial takes a new drug that increases cardiac contractility. The patient’s left ventricular ejection fraction increases from 55% to 65% after taking the medication. Via which of the following mechanisms does this new drug most likely work?

La principal función del corazón es bombear sangre a todo el cuerpo, a los órganos y los tejidos y mantenerlos oxigenados.

Para hacerlo, se contrae unas 70 veces por minuto.

La base fisiológica de la contractilidad cardíaca es la contracción sincrónica de las células del músculo cardíaco, denominadas cardiomiocitos.

La contractilidad cardíaca es una medida de la fuerza de los cardiomiocitos para contraerse.

Para que los cardiomiocitos se contraigan, primero tienen que despolarizarse.

La despolarización se produce cuando los iones atraviesan la membrana de una célula y el potencial de membrana se vuelve menos negativo o incluso ligeramente positivo.

Piense en una célula negativa muy pesimista levantando las manos y disfrutando de un momento de alegría.

Cuando una célula se despolariza lo suficiente, puede hacer que algunos iones, como el calcio, fluyan hacia las células vecinas y las hagan despolarizarse también.

Si se despolarizan una célula tras otra, se produce una onda de despolarización como las olas que se desplazan entre la multitud en un estadio de fútbol.

Cada onda de despolarización provoca una contracción del músculo cardíaco, por lo que la velocidad a la que se mueven las ondas de despolarización a través del corazón establece realmente la frecuencia cardíaca.

Esta onda de despolarización comienza en el nódulo sinoauricular, que a veces se denomina nódulo SA, y luego se desplaza por el resto del corazón para provocar una contracción.

Por lo tanto, si las ondas de despolarización se producen aproximadamente una vez por segundo, el corazón late una vez por segundo, o sesenta veces en un minuto.

Vamos a acercarnos a un cardiomiocito.

Estas células que trabajan mucho tienen ramas y discos intercalados a lo largo de sus bordes que tienen pequeños agujeros llamados uniones comunicantes que permiten que los iones fluyan de un cardiomiocito a otro.

Cuando los iones como el calcio se desplazan desde esa célula hacia una célula vecina se desencadena la despolarización, y los cardiomiocitos se despolarizan uno tras otro.

Otra característica de los cardiomiocitos son los conductos llamados túbulos transversales, o túbulos T.

Los túbulos T son invaginaciones o túneles de la membrana del cardiomiocito que aumentan su superficie y se parecen a la letra T, por lo que es fácil recordar su nombre.

Un último elemento importante para la despolarización y la contracción es el retículo sarcoplásmico, que es un orgánulo que almacena el calcio intracelular.

Cuando un frente de onda de despolarización llega a un cardiomiocito, algunos iones de calcio fluyen a través de las uniones comunicantes.

Si se observa desde la membrana celular, cuando se alcanza un potencial de membrana umbral, los canales de sodio comienzan a abrirse.

Si hay despolarización, los iones de calcio y sodio empiezan a atravesar la membrana celular y a entrar en la célula.

Ahí es donde los túbulos T tienen una función clave al llevar el calcio al interior de la célula.

Una vez que este calcio extracelular entra en el interior, se une a los receptores de rianodina del retículo sarcoplásmico, lo que libera aún más calcio en la célula, un proceso denominado liberación de calcio inducida por calcio.

Este proceso ayuda a activar dos proteínas contráctiles, la actina y la miosina, que se denominan miofilamentos.

La miosina es capaz de unirse a la actina y tirar de ella con la ayuda del trifosfato de adenosina o ATP para formar puentes cruzados que dan lugar al acortamiento de la fibra muscular.

Finalmente, los iones de calcio son eliminados por los transportadores de iones, que dependen del ATP o de los gradientes de concentración.

Una vez que se comprende cómo se contrae un cardiomiocito, se pueden analizar los diversos factores que afectan a la contractilidad de los cardiomiocitos.

La contractilidad está directamente relacionada con la concentración de calcio en el interior del cardiomiocito, por lo que cualquier factor que aumente las concentraciones intracelulares de calcio aumentará la contractilidad cardíaca.

Puesto que el calcio se almacena en el retículo sarcoplásmico, las concentraciones de calcio variarán en función de la cantidad de calcio intracelular y de la cantidad de calcio almacenada en el retículo sarcoplásmico para ser liberada.

Uno de los principales métodos para modificar el calcio intracelular es el sistema nervioso autónomo.

El corazón está inervado por neuronas parasimpáticas y simpáticas del sistema nervioso autónomo.

Las neuronas simpáticas tienen un efecto inótropo positivo, donde positivo significa aumento e inótropo se refiere a la contractilidad.

Así, la estimulación simpática aumenta la contractilidad cardíaca al liberar catecolaminas, como la noradrenalina, que se unen a los receptores beta 1 de los cardiomiocitos.

La activación de los receptores beta 1 conduce a la fosforilación descendente de proteínas, como los canales de calcio del sarcolema en la membrana del retículo sarcoplásmico, lo que aumenta la capacidad del retículo sarcoplásmico para liberar calcio.

La fosforilación del fosfolambán, una proteína que se encuentra en la membrana del retículo sarcoplásmico, regula la ATPasa de calcio, una bomba de calcio que transporta el calcio del citoplasma al retículo sarcoplásmico.

Aspectos destacados

en inglés

Contractility is the ability of the heart muscle to contract and thereby pump blood. Cardiac contractility is determined by the interaction between intracellular calcium concentration, and the myofilament cross-bridge cycling. The Frank-Starling mechanism is a key factor in determining cardiac contractility. This mechanism states that the more stretched (tensed) a heart muscle fiber is, the more calcium it will release from its stores, leading to increased contraction force.

Fuentes

"Medical Physiology" Elsevier (2016)

"Physiology" Elsevier (2017)

"Human Anatomy & Physiology" Pearson (2017)

"Principles of Anatomy and Physiology" Wiley (2014)

"Effects of cardiac contractility modulation by non-excitatory electrical stimulation on exercise capacity and quality of life: An individual patient's data meta-analysis of randomized controlled trials" International Journal of Cardiology (2014)

"Clinical effects of cardiac contractility modulation (CCM) as a treatment for chronic heart failure" European Journal of Heart Failure (2012)

"Impact of Cardiac Contractility Modulation on Left Ventricular Global and Regional Function and Remodeling" JACC: Cardiovascular Imaging (2009)

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