Potencial de acci´on y conductividad el´ectrica

Cuando un miocito se somete a un est´ımulo el´ectrico, qu´ımico o f´ısico, se producen alteraciones en la conductividad de los canales proteicos que condicionan modificaciones del potencial transmembrana. El est´ımulo alte- ra las concentraciones de cargas el´ectricas (principalmente sodio, potasio y calcio) a ambos lados de la membrana celular. De esta forma, el potencial de reposo, (∼ −80mV ), se hace cada vez m´as positivo hasta que supera un umbral dado (∼ −60mV ) y se dispara como un alud una corriente de iones (despolarizaci´on). Luego, por mecanismos secuenciales se va reestablecien- do lentamente el potencial (repolarizaci´on). A la se˜nal resultante de este proceso se la llama “potencial de acci´on” y puede ser registrada insertando un microelectrodo en el citoplasma de la c´elula.

La Fig. 1.2 muestra un potencial de acci´on t´ıpico de un tejido ventricu- lar. En el mismo puede observarse una divisi´on de 4 fases asociadas a los cambios en la permeabilidad de los iones espec´ıficos. La fase 0 es en la que ocurre la despolarizaci´on r´apida; una corriente de sodio se genera de forma s´ubita hacia el interior de la c´elula por un incremento de la permeabilidad de los canales de Na+ _{(Fig. 1.2b). La concentraci´on mayoritaria que se}

encontraba en el exterior durante el reposo, pasa ahora al interior provo- cando un potencial positivo. Alcanzado el l´ımite de equilibrio del Na+_{, los}

canales comienzan a cerrarse y, posteriormente, aumenta la conductividad de los canales de K+ induciendo una leve corriente transitoria de potasio, lo que da lugar a la fase 1.

La fase 2, denominada plateau o meseta, es un per´ıodo m´as largo duran- te el cual la c´elula se mantiene despolarizada principalmente por el ingreso de corrientes de Ca2+ _{a trav´es de los canales proteicos de calcio. En este}

tiempo de aproximadamente 200mseg, el potencial transmembrana resulta cercano a 0mV y no es posible iniciar otro potencial de acci´on (per´ıodo refractario) ya que los canales rapidos de Na+ _{se encuentran inactivos.}

Este mecanismo previene de la relajaci´on del ventr´ıculo antes de que toda la sangre sea eyectada.

6 CAP´ITULO 1. INTRODUCCI ´ON [mV] +20 300 100 200 0 -20 -40 -60 -80 -100 t [mseg] 300 100 200 t [mseg] 0 1 ₂ 3 4 PSfrag replacements Perm Na+ Perm K+ Perm Ca2+ Potencial transmembrana

Figura 1.2: Potencial de acci´on t´ıpico y sus cuatro fases. Se muestran las funciones de permeabilidad de los iones participantes de la actividad elec- troqu´ımica. Modificada de [106].

La etapa posterior, fase 3, es el proceso de repolarizaci´on, en el que los canales de potasio se reabren provocando una corriente de salida de K+ _y

haciendo que el potencial transmembrana retorne al nivel de reposo. En la fase 4, finalmente las bombas proteicas reestablecen los niveles de Na+ _{y Ca}2+ _{hacia el medio exterior e ingresan K}+ _{al citoplasma celular,}

alcanzando el potencial de equilibrio del potasio.

Naturalmente, la forma del potencial de acci´on depender´a de la zona del coraz´on en la que se encuentre la c´elula. En la Fig. 1.3 se muestran diferentes potenciales asociados a diferentes zonas del sistema especializa- do de conducci´on. El nodo sino auricular, marcapasos natural, posee un mecanismo autom´atico para lograr alcanzar el potencial umbral de forma espont´anea debido a la presencia de un canal de goteo de sodio. Es as´ı que, como puede verse en la Fig. 1.3, no hay una pendiente abrupta en la fase 0. La acci´on de este nodo, siempre y cuando no existan patolog´ıas coronarias, definir´a la frecuencia card´ıaca.

Adicionalmente, puede verse en la Fig. 1.3, que existe una diferencia entre la extensi´on temporal de la fase 2 entre las c´elulas epic´ardicas (exte- riores) y endoc´ardicas (interiores) del coraz´on. Asimismo, algunos autores han mostrado en modelos animales la presencia aparente de c´elulas inter- medias - que llamaron C´elulas M - cuya duraci´on de fase 2 exced´ıa a las del resto; sin embargo, a´un no est´a probada de forma concluyente su existen- cia [10, 9]. La distinci´on en la duraci´on de estos potenciales ventriculares ser´a fundamental en el estudio de la din´amica de la repolarizaci´on como se

1.2. EL CORAZ ´ON Y SU ACTIVIDAD EL ´ECTRICA 7 PSfrag replacements Nodo sinusal Aur´ıcu la Nodo AV Haz d e His Rama Fsde P urkinje C´elulaepic´ardica C´elula endoc´ardica

Electrocardiograma

Figura 1.3: Potenciales de acci´on de diferentes c´elulas mioc´ardicas o mio-

citos, seg´un su localizaci´on. Puede verse que los potenciales de los nodos son de crecimiento lento debido a su grado de automatismo. Tambi´en es de destacar la diferencia de duraci´on entre la fase 2 de una c´elula epic´ardica y una endoc´ardica. En la parte inferior, se muestra una suma representativa de la ola de potenciales la cual reconstruye un electrocardiograma.

explicar´a m´as adelante en la Secci´on 3.

Finalmente, cabe aclarar que la interconexi´on entre los miocitos definir´a la velocidad a la que se propagar´an los potenciales espont´aneos generados en el nodo marcapasos hacia el resto del coraz´on. Los miocitos se conectan a sus adyacentes por medio de uniones de baja resistividad denominadas

uniones gap. Los peque˜nos poros que se encuentran en el centro de estas prote´ınas permiten la circulaci´on electroqu´ımica de iones definida por sus gradientes de concentraci´on. De esta forma, en condiciones de normalidad, las c´elulas musculares del ventr´ıculo admiten una velocidad de conducci´on del potencial de acci´on de aproximadamente 1m/seg. Todo esto indica, que un i´on puede viajar desde el nodo marcapasos hasta cualquier parte del coraz´on sin pasar al medio exterior y en muy corto tiempo.

Por otra parte, cuando la ola de potenciales llegan a las fibras de Pur- kinje, ´estas no s´olo poseen una mayor densidad de uniones gap que las c´elulas contr´actiles, sino que se benefician de su mayor tama˜no para al- canzar una propagaci´on r´apida. La tasa de transmisi´on de un potencial de

8 CAP´ITULO 1. INTRODUCCI ´ON acci´on se incrementa de forma proporcional a las dimensiones f´ısicas de la c´elula. De esta forma, estas c´elulas conducen cuatro veces m´as r´apido que el resto: 4m/seg. En contraste, las c´elulas de los nodos sino auricular y aur´ıculo ventricular, poseen c´elulas de peque˜no di´ametro, alcanzando ve- locidades mucho m´as lentas, pr´oximas a los 0,05m/seg [25]. Como se mos- trar´a m´as adelante en la Secci´on 4, las velocidades de conducci´on ser´an de vital importancia en el estudio de la din´amica card´ıaca. Su an´alisis en los distintos estad´ıos de ciertas patolog´ıas podr´an determinar el riesgo de arritmias como as´ı la localizaci´on de da˜nos.