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Fisiología Cardíaca

Un complejo sistema de circuitos eléctricos coordinados dentro del corazón gobierna la actividad del músculo cardíaco. El corazón genera sus propios impulsos eléctricos dentro de sus células marcapasos. Luego, la señal viaja a través de miocitos especializados, que actúan como cableado eléctrico, distribuyendo la señal por todo el corazón. Una vez que la señal “sale” del sistema de conducción especializado, pasa a cada miocito a través de canales llamados uniones comunicantes (que conectan los miocitos entre sí) y hace que se contraigan. Un impulso eléctrico es creado por la apertura y el cierre de los canales iónicos, lo que permite el flujo de partículas cargadas a través de la membrana celular del miocardio. El flujo de partículas cargadas cambia el voltaje a través de la membrana y abre canales activados por voltaje adicionales, lo que permite que la señal se propague por todo el corazón.

Última actualización: Abr 27, 2022

Responsabilidad editorial: Stanley Oiseth, Lindsay Jones, Evelin Maza

Conducción Eléctrica en el Corazón

Anatomía del sistema de conducción cardiaco

Nodo sinoauricular (SA):

  • Una región compacta de células marcapasos (miocitos modificados) que sirve como marcapasos principal del corazón
  • Localizado dentro del tejido subepicárdico en la unión de la aurícula derecha y la vena cava superior
  • Se despolariza regularmente:
    • Llamado ritmo sinusal: La frecuencia cardiaca y el ritmo son impulsados por la descarga regular del nodo SA (60–100/min).
    • La despolarización genera una señal eléctrica.
  • La señal se origina en el nodo SA → miocitos auriculares → nodo auriculoventricular (AV)

El nodo AV:

  • Una región compacta de células de marcapasos que recibe información del nodo SA y la propaga hacia los ventrículos
  • Localizado cerca de la intersección del tabique interventricular y la valva septal de la válvula tricúspide
  • Caracterizado por una conducción lenta y un largo período refractario:
    • Provoca un retraso en la propagación de la señal eléctrica a los ventrículos
    • Permite que los ventrículos se llenen de sangre de la contracción auricular antes de que los ventrículos se contraigan
  • Si falla el nodo SA, el nodo AV tiene su propia autorritmicidad y puede servir como marcapasos principal con un ritmo más lento (frecuencia cardiaca: 40–60/min).

Haz de His y fibras de Purkinje:

  • Conducen señales eléctricas a través del tabique interventricular y las paredes ventriculares
  • Haz AV común (de His): vía dentro del tabique interventricular por la que la señal sale del nodo AV
  • Ramas derecha e izquierda del haz:
    • El haz AV se divide en haces derecho e izquierdo dentro del tabique interventricular.
    • Ambas ramas discurren hacia el vértice.
  • Fibras de Purkinje:
    • Surgen de las ramas del haz
    • Se extienden por las paredes ventriculares
    • Fibras de conducción más rápidas
    • Tienen su propio ritmo intrínseco de 30–40/min (aunque esto no es lo suficientemente rápido para sostener la vida)
Sistema de conducción cardiaco y ritmos intrínsecos

Sistema de conducción cardíaco y ritmos intrínsecos:
Localización de las células marcapasos dentro del sistema de conducción del corazón y sus correspondientes ritmos intrínsecos

Imagen por Lecturio.

Miocitos sin capacidad de marcapasos:

  • Células del músculo cardíaco que no forman parte de los nodos SA o AV
  • Se contraen al recibir una señal eléctrica
  • Conectados entre sí a través de uniones comunicantes → capaces de conducir señales eléctricas de 1 célula a la siguiente

Resumen de la vía eléctrica

  • Clínicamente, la actividad electrofisiológica del corazón se puede controlar mediante el electrocardiograma (ECG).
  • El siguiente diagrama resume la formación y propagación de la onda eléctrica.
Diagrama que describe la vía eléctrica del corazón.

Diagrama que describe la vía eléctrica del corazón.
AV: auriculoventricular

Imagen por Lecturio.

Tiempos de conducción

Los potenciales de acción viajan a diferentes velocidades a través de diferentes tejidos y segmentos del sistema de conducción.

  • Miocitos auriculares: aproximadamente de 0,5‒1 m/seg
  • Nodo AV: aproximadamente 0,05 m/s (más lento)
  • Haz de His y las ramas izquierda y derecha del haz: aproximadamente 2 m/seg.
  • Fibras de Purkinje: aproximadamente 4 m/seg (más rápido)
  • Miocitos ventriculares: aproximadamente 0,5 m/seg
Sistema de conducción cardíaca y tiempos de conducción de los respectivos segmentos.

Sistema de conducción cardíaca y tiempos de conducción de los respectivos segmentos
SA: sinoauricular
AV: auriculoventricular
RV: ventrículo derecho
LV: ventrículo izquierdo
RA: aurícula derecha
LA: aurícula izquierda

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Electrofisiología de Miocitos sin Capacidad de Marcapasos

Contexto

  • Potencial eléctrico:
    • Diferencia en la concentración de partículas cargadas entre 1 punto y otro (en fisiología, generalmente a través de una membrana celular)
    • Una forma de energía potencial
    • Capaz de producir una corriente eléctrica
    • Unidad: voltios
  • Corriente eléctrica:
    • El flujo de partículas cargadas de 1 punto a otro (en fisiología, generalmente a través de una membrana celular)
    • Escrito como “I” (e.g., flujo de iones K+: IK+)
  • Polarización:
    • El potencial eléctrico existe a través de una membrana.
    • En fisiología cardíaca:
      • Estado hiperpolarizado: la célula está en un estado más negativo (i.e., está presente un gradiente de concentración mayor).
      • Estado despolarizado: la célula está en un estado menos negativo/ligeramente positivo (i.e., está presente un gradiente de concentración más pequeño).

Potencial de membrana en reposo

Los miocitos cardíacos que no son marcapasos se despolarizan sólo cuando reciben un estímulo eléctrico. Cuando no se estimulan los miocitos cardíacos que no son marcapasos, existen en un estado de reposo y tienen un potencial de membrana en reposo.

  • Potencial de membrana en reposo: el potencial eléctrico a través de la membrana del miocito en su estado de reposo
  • Creado por la permeabilidad de la membrana y las diferencias de concentración de varios iones clave:
    • K+
    • Na+
    • Calcio (Ca2+)
    • Cl
  • Se puede calcular usando la ecuación compleja de Goldman-Hodgkin-Katz
  • Bomba Na+/K+ ATPasa:
    • Establece los principales diferenciales de concentración de K+ y Na+ a través de la membrana
    • Bombea 3 Na+ fuera de la célula a cambio de traer 2 K+ a la célula
    • → Salen 3 cargas positivas y entran solo 2 cargas positivas
    • → El interior de la célula se vuelve más negativo
  • Canales de K+ dependientes de voltaje: abiertos en potencial de membrana en reposo, lo que permite un goteo lento de K+ fuera de la célula
  • En reposo, los miocitos se encuentran en un estado hiperpolarizado:
    • Potencial de membrana en reposo = –90 mV
    • Representado por una línea isoeléctrica (plana) en gráficos que muestran cómo cambia el potencial de membrana con el tiempo
Conductancias de iones en el potencial de reposo

Conductancias de iones en el potencial de reposo:
En el potencial de reposo hiperpolarizado, los canales de K+ dependientes de voltaje son los únicos canales que están abiertos; por tanto, el K+ es el principal contribuyente al potencial de membrana en reposo de las células.

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Potenciales de acción

  • Potencial de acción:
    • Un estímulo eléctrico conduce a la apertura de canales iónicos dependientes de voltaje, permitiendo que los iones fluyan dentro y fuera de la célula según sus gradientes de concentración (i.e., corrientes iónicas).
    • Mientras fluye la corriente, el potencial de membrana cambia activamente → potencial de acción
    • Un potencial de acción se puede dividir en fases 0‒4 (generalmente descrita la fase 4 como su inicio).
    • A menudo representado como un gráfico que muestra el cambio en el potencial de membrana a lo largo del tiempo
  • Fase 4 (potencial de reposo):
    • Potencial de membrana en reposo = ‒90 mV
    • Representada por una línea isoeléctrica
  • Fase 0 (despolarización rápida):
    • Inducida por el cambio de voltaje del potencial de acción generado por las células del marcapasos
    • Los canales de Na+ dependientes de voltaje se activan:
      • Provocan una entrada rápida de Na+
      • La célula se vuelve menos negativa.
  • Fases 13 (repolarización):
    • Fase 1 (repolarización inicial):
      • Canales rápidos de K+ dependientes de voltaje activados → salida inicial de K+
      • La célula se vuelve más negativa.
    • Fase 2 (meseta):
      • Canales de Ca2+ de larga duración (tipo L) abiertos → entrada de Ca2+
      • El potencial de membrana tiene un cambio general mínimo: meseta
    • Fase 3 (repolarización a la línea base):
      • Canales lentos de K+ → mayor y más lento flujo de salida de K+
      • La célula se vuelve más negativa, volviendo a la línea de base de ‒90 mV.
Tabla: Canales iónicos y su actividad durante potenciales de acción no marcapasos
Canal Fase 4 Fase 0 Fase 1 Fase 2 Fase 3
Canales de Na+ dependientes de voltaje Activos Desactivando
Canales rápidos K+ Activos
Canales Ca2+ tipo L Activando Activos Desactivando
Canales Lentos K+ Activos Activos

Propagación de la despolarización

La propagación se refiere a cómo las señales eléctricas se propagan a cada miocito en el corazón.

  • Los miocitos están conectados entre sí a través de uniones comunicantes.
  • Uniones comunicantes:
    • Canales de proteínas unidos a la membrana
    • Canales abiertos → las señales de iones pueden pasar rápidamente
  • Los potenciales de acción (i.e., el flujo de iones) pasan a través de uniones comunicantes: propagación del potencial de acción al siguiente miocito
  • Los miocitos tienen un período refractario absoluto de aproximadamente 250 ms (en comparación con 1‒2 ms del músculo esquelético).

Electrofisiología de las Células de Marcapasos

Los potenciales de acción

Las células marcapasos ubicadas en los nodos SA y AV experimentan cambios continuos en el potencial de acción; por lo tanto, no tienen un verdadero potencial de reposo.

  • Fase 4 (potencial de marcapasos):
    • Despolarización espontánea lenta durante la diástole (relajación del músculo cardíaco) desde aproximadamente ‒60 mV hasta su potencial umbral de ‒40 mV
    • Mediado principalmente por la corrientefunny” (If) a través de canales dependientes de nucleótidos cíclicos activados por hiperpolarización:
      • Una corriente de entrada de Na+
      • Una corriente de salida de K+
    • Mediado en parte por:
      • Una corriente de entrada de Ca2+ a través de canales de Ca2+ transitorios o de tipo T (transitorios)
      • Una corriente de salida de K+ a través de canales lentos de K+
  • Fase 0 (despolarización):
    • Ocurre cuando se alcanza el potencial umbral (‒40 mV)
    • Hace que se abran los canales Ca2+ de tipo L controlados por voltaje:
      • Afluencia de Ca2+
      • La célula se vuelve más positiva.
    • La despolarización es relativamente lenta porque los canales de Ca2+ de tipo L son más lentos que los canales de Na+ dependientes de voltaje, que desencadenan la despolarización en células que no son marcapasos.
  • Fase 3 (repolarización):
    • Los canales de Ca2+ de tipo L controlados por voltaje se desactivan → el flujo de entrada de Ca2+ se detiene
    • Los canales de K+ dependientes de voltaje lentos se abren → salida de K+ → el potencial de membrana se vuelve más negativo nuevamente
Fases de un potencial de acción de marcapasos cardíaco

Fases del potencial de acción de un marcapasos cardíaco:
Las fases 4, 0, 3 y 4 ocurren en secuencia. Las líneas de colores representan la duración de las respectivas corrientes.
If: corriente “funny”
ICa(T): corriente transitoria de calcio (Ca2+) de acción corta
ICa(L): corriente Ca2+ de larga duración
IK: corriente de K+

Imagen por Lecturio.
Tabla: Canales iónicos y su actividad durante los potenciales de acción del marcapasos
Tipo de canal Fase 4 Fase 0 Fase 3
Canal HCN Activos*
Canales de Ca2+ transitorios o tipo T Activos Inactivado
Canales de Ca2+ tipo L Activos Inactivado
Canales lentos de K+ Activos Activos
*Corriente principalmente responsable del potencial de membrana durante la fase
HCN: dependiente de nucleótidos cíclicos activados por hiperpolarización
Ca 2+: iones de calcio

Comparación de potenciales de acción provenientes de marcapasos y no marcapasos

En comparación con los potenciales de acción que no son de marcapasos, los potenciales de acción de marcapasos tienen las siguientes características:

  • Comienzan en voltajes más altos
  • Sin potencial de reposo
  • Despolarización más lenta
  • Repolarización más rápida
Potenciales de acción de marcapasos (verde) y no marcapasos (rojo)

Potenciales de acción de marcapasos (verde) y no marcapasos (rojo):
Los potenciales de acción que no son de marcapasos comienzan con una despolarización rápida seguida de una repolarización lenta, mientras que los potenciales de acción de marcapasos tienen una fase de despolarización más larga. Los potenciales de acción que no son de marcapasos también parten de una línea isoeléctrica (plana), mientras que los potenciales de acción de marcapasos no tienen ninguno debido a su oscilación constante entre la repolarización y la despolarización.

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Regulación de la Frecuencia Cardiaca

Frecuencia cardíaca, cronotropía y dromotropía

La cronotropía se refiere a la modulación de la frecuencia cardíaca a nivel de las células del marcapasos. La frecuencia del nodo SA está controlada principalmente por el sistema nervioso autónomo (SNA) (nervios simpáticos y parasimpáticos).

  • Frecuencia cardiaca normal en reposo: 60–100/min
  • Taquicardia: frecuencia cardiaca > 100/min
  • Bradicardia: frecuencia cardiaca < 60/min
  • Cronotropía negativa:
    • Ralentización de la frecuencia cardiaca
    • Mediado por activación parasimpática/vagal:
      • Por acetilcolina
      • En los receptores muscarínicos (M2)
  • Cronotropía positiva:
    • Incremento en la frecuencia cardiaca
    • Mediado por activación simpática:
      • Por noradrenalina
      • En los receptores adrenérgicos β1
  • Hay un nivel constante y bajo de tono vagal que suprime ligeramente la frecuencia intrínseca del nodo SA.

La dromotropía es la modulación de la velocidad de conducción a través del nodo AV (también controlado por el SNA):

  • Simpático: acelera la conducción a través del nodo AV
  • Parasimpático: ralentiza la conducción a través del nodo AV
Control autonómico de la frecuencia cardíaca en el nodo sa

Control autónomo de la frecuencia cardiaca en el nodo SA:
El sistema nervioso simpático aumenta la frecuencia cardiaca (cronotropía positiva) al actuar sobre los receptores adrenérgicos β1 del nodo SA. El sistema nervioso parasimpático disminuye la frecuencia cardiaca (cronotropía negativa) a través del vago al actuar sobre los receptores muscarínicos (M2) en el nodo SA.

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Control parasimpático de la frecuencia cardiaca

Los nervios colinérgicos liberan acetilcolina, lo que produce 2 cambios principales en los miocitos:

  • Disminuye los niveles de adenosin monofosfato ciclico (AMPc), que a su vez:
    • Disminuye la despolarización al ↓ la corriente “funny”:
      • → ↓ Flujo de Na+ hacia la célula durante la fase 4
      • → Mayor tiempo para que el potencial de membrana alcance su umbral (la línea de la fase 4 es más plana)
    • ↓ Fosforilación del canal de Ca2+ → ↓ afluencia de Ca2+ → alejar el potencial umbral del potencial de membrana actual
  • Abre más canales de K+ → ↑ eflujo de K+:
    • Hace que la célula sea más negativa
    • → Mayor tiempo para alcanzar el potencial umbral
Control parasimpático de la fc a través del nódulo av

Control parasimpático de la frecuencia cardiaca a través del nodo AV
AV: auriculoventricular
AP: potencial de acción
Vm: potencial de membrana
HCN: dependiente de nucleótidos cíclicos activados por hiperpolarización

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Control simpático de la frecuencia cardiaca

La norepinefrina se libera de los nervios simpáticos, que se une a los receptores adrenérgicos β1 en los miocitos y provoca un aumento intracelular de AMPc, lo que aumenta la frecuencia cardiaca a través de 2 mecanismos:

  • ↑ Corriente “funny” a través de los receptores HCN → ↑ afluencia de Na+ durante la fase 4 → aumenta la tasa de despolarización (pendiente más pronunciada de la fase 4)
  • ↑ Fosforilación de los canales de Ca2+ → ↑ afluencia de Ca2+ → reducción del umbral del potencial de acción (se acerca al potencial de membrana)
Control simpático de la frecuencia cardíaca a través del nodo av

Control simpático de la frecuencia cardíaca a través del nodo AV
AV: auriculoventricular
AP: potencial de acción
Vm: potencial de membrana
HCN: dependiente de nucleótidos cíclicos activados por hiperpolarización

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Otros factores que influyen en la actividad del marcapasos

  • ↑ Hormonas tiroideas (i.e., T3 y T4) → ↑ frecuencia cardiaca
  • ↑ Catecolaminas circulantes (e.g., epinefrina y norepinefrina de la médula suprarrenal) → ↑ frecuencia cardiaca
  • ↑ K+ → ↓ frecuencia cardiaca (porque el K+ afecta el potencial de membrana)
  • Isquemia (↓ en O2) → ↓ frecuencia cardiaca (funciona a través de un canal de K+ diferente)
  • Medicamentos:
    • Agentes antiarrítmicos
    • Bloqueadores de canales Ca2+
    • Bloqueadores β-adrenérgicos
    • Digoxina
Tabla: Principales factores que influyen en la frecuencia cardiaca
Factor Frecuencia cardiaca aumentada (cronotropía positiva) Frecuencia cardiaca disminuida (cronotropía negativa)
Sistema Nervioso Autónomo* Sistema nervioso simpático Sistema nervioso parasimpático
Hormonas tiroideas Hipertiroidismo Hipotiroidismo
K+ Hipopotasemia Hiperpotasemia
Catecolaminas circulantes
  • ↑ Epinefrina sérica
  • ↑ Norepinefrina sérica
Flujo sanguíneo/O2 Isquemia/hipoxia

*Factor más importante

Relevancia Clínica

Bloqueos del nodo auriculoventricular

Los bloqueos del nodo auriculoventricular ocurren cuando una alteración anatómica o funcional del sistema de conducción del corazón produce un retraso o una interrupción en la transmisión de los potenciales de acción desde las aurículas a los ventrículos a través del nodo AV. Los individuos afectados pueden ser asintomáticos o presentar síncope, dolor torácico, disnea y bradicardia, según la gravedad del bloqueo. El diagnóstico se establece con base en el ECG y el tratamiento se basa en el tipo de bloqueo y la estabilidad hemodinámica del individuo afectado.

  • Bloqueo AV de 1er grado: retraso en la conducción a través del nodo AV. Los individuos afectados tienen ritmo sinusal; sin embargo, su frecuencia cardíaca general es más lenta.
  • Bloqueo AV de 2do grado: retraso en la conducción a través del nodo AV. Algunos potenciales de acción auriculares no logran atravesar el nodo AV, lo que provoca bradicardia ventricular.
    • Mobitz tipo I (Wenckebach): aumento progresivo en el retraso de la conducción hasta que una señal no logra atravesar el nodo AV por completo, lo que da como resultado que la señal (y, por lo tanto, una contracción mecánica) se “caiga”.
    • Mobitz tipo II: no hay aumento progresivo de la conducción retardada; sin embargo, la conducción a través del nodo AV es intermitente con algunas señales “caídas” que no llegan a los ventrículos. Las señales caídas a menudo ocurren en un patrón regular (e.g., patrón 2:1). El bloqueo Mobitz tipo II casi siempre se debe a una enfermedad del sistema de conducción por debajo del nivel del nodo AV.
  • Bloqueo AV de 3er grado: un bloqueo completo a través del nodo AV que resulta en una disociación aurículo-ventricular (la activación y la contracción son independientes entre sí, ya que ningún impulso auricular llega a los ventrículos). Los individuos afectados tienen bradicardia ventricular impulsada por un marcapasos de escape distal al bloqueo.

Bloqueos de rama y fasciculares

Los bloqueos de rama y fasciculares ocurren cuando se interrumpe la actividad eléctrica normal en el sistema His-Purkinje. Los bloqueos de rama y fasciculares pueden ocurrir debido a muchas etiologías que pueden afectar la estructura del corazón o el sistema de conducción directamente (e.g., isquemia miocárdica, miocarditis, cardiomiopatía). Aunque generalmente asintomáticos, los bloqueos de rama y fasciculares ocasionalmente pueden causar síncope.

  • Bloqueo de rama del haz: bloqueo en la progresión descendente de los impulsos eléctricos a través de 1 de las ramas del haz en el tabique interventricular. El bloqueo fuerza las señales eléctricas por la otra rama del haz de modo que el ventrículo se despolariza 1ero. Luego, las ondas eléctricas viajan directamente a través de los miocitos para causar la despolarización en el lado afectado.
  • Bloqueos fasciculares: bloqueo en 1 de las fibras de Purkinje más distales. El área afectada recibirá señales eléctricas más lentamente de los miocitos circundantes.

Medicamentos antiarrítmicos

Las siguientes clases de medicamentos se utilizan para el tratamiento de las arritmias:

  • Los antiarrítmicos de clase I son un grupo de medicamentos que inhiben los canales de Na+ responsables de la despolarización de los cardiomiocitos durante la fase 0 del potencial de acción no marcapasos.
  • Los antiarrítmicos de clase II son un grupo de medicamentos que inhiben los canales β-adrenérgicos en el músculo cardíaco. Los medicamentos de esta clase se conocen comúnmente como betabloqueadores.
  • Los antiarrítmicos de clase III son un grupo de medicamentos que inhiben los canales de K+ responsables de la repolarización de los cardiomiocitos durante la fase 3 del potencial de acción no marcapasos.
  • Los antiarrítmicos de clase IV son un grupo de medicamentos que inhiben los canales de Ca2+ que están activos durante la repolarización de los cardiomiocitos.

Referencias

  1. Mohrman, D.E., Heller, L.J. (2018). Overview of the cardiovascular system. Cardiovascular physiology, 9e. New York, NY: McGraw-Hill Education. https://accessmedicine.mhmedical.com/content.aspx?aid=1153946098
  2. Mohrman, D.E., Heller, L.J. (2018). Vascular control. Cardiovascular physiology, 9e. New York, NY: McGraw-Hill Education. https://accessmedicine.mhmedical.com/content.aspx?aid=1153946722
  3. Mohrman, D.E., Heller, L.J. (2018). Regulation of arterial pressure. Cardiovascular physiology, 9e. New York, NY: McGraw-Hill Education. https://accessmedicine.mhmedical.com/content.aspx?aid=1153946898
  4. Baumann, B.M. (2016). Systemic hypertension. In Tintinalli, J.E., et al. (Eds.), Tintinalli’s emergency medicine: A comprehensive study guide, 8e. New York, NY: McGraw-Hill Education. https://accessmedicine.mhmedical.com/content.aspx?aid=1121496251
  5. University of Minnesota. Conduction System Tutorial. Retrieved June 1, 2021, from http://www.vhlab.umn.edu/atlas/conduction-system-tutorial/cardiac-action-potentials.shtml
  6. Hall, J.E., Guyton, A.C. (2016). The Heart. In Guyton and Hall Textbook of Medical Physiology (13th ed). https://www.elsevier.com/books/guyton-and-hall-textbook-of-medical-physiology/hall/978-1-4557-7005-2

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