Propagación anisotrópica del impulso cardíaco
En la célula cardíaca la velocidad de conducción y el
margen de seguridad para la propagación dependen no
sólo de las propiedades activas y pasivas de la membrana,
sino también de la geometría celular. El músculo cardíaco
es anisotrópico, es decir, sus propiedades biofísicas y anatómicas
varían según la dirección de sus fibras. De hecho,
en condiciones en las que las propiedades activas de la
membrana permanecen estables, la conducción en dirección
paralela a la orientación de la fibra (longitudinal) es
al menos 3-5 veces más rápida que en sentido perpendicular
al eje de la célula cardíaca.
Paradójicamente, en sentido longitudinal la rápida
velocidad de conducción se asocia a un menor margen de
seguridad de propagación, mientras que en sentido transversal,
aunque la velocidad de conducción es lenta, el margen
de seguridad para la propagación es mayor que en
sentido longitudinal. Por tanto, y aunque la velocidad de
conducción es más rápida en sentido longitudinal, al ser el
factor de seguridad menor es posible observar que la conducción
disminuye y se bloquea en sentido longitudinal,
mientras que persiste en sentido transversal, en el que el
margen de seguridad es mayor.
La menor velocidad de conducción en sentido transversal
ha sido explicada con base en una distribución anisotrópica
de las uniones estrechas, de tal forma que en
sentido longitudinal su número es mayor y su distribución
homogénea, lo que permite un mayor acoplamiento entre
dos células vecinas y una propagación continua del impulso
cardíaco. En sentido transversal el número de uniones
estrechas es más escaso y su distribución desigual, lo que
conduce a un acoplamiento intercelular discontinuo.
Control vegetativo de la función cardíaca
En el adulto normal, la frecuencia cardíaca en reposo
es de unos 60-75 latidos/min, si bien este valor es más elevado
en el feto (140-160 latidos/min) y en los niños y disminuye
hasta los 40-45 latidos/min en deportistas muy
entrenados. Aunque la iniciación del impulso cardíaco es
miógena y se mantiene tras colocar el corazón en una solucion-
458 F I S I O L O G Í A D E L S I S T E M A C A R D I OVA S C U L A R. Representación esquemática de la propagación
del potencial de acción. En la parte superior se representa la
propagación del potencial de acción y en la inferior los circuitos
de corriente responsables de la misma. Las flechas indican
la dirección del flujo de corriente y los puntos negros las uniones
estrechas entre cada una de las células.
ción fisiológica, el tono vegetativo ejerce una importante
modulación tanto de la frecuencia como de la contractilidad
cardíacas. La actividad automática del nodo SA está
bajo control vegetativo, y en condiciones fisiológicas predomina
el tono parasimpático-vagal.
Control simpático. Los nervios simpáticos cardíacos
se originan en los segmentos torácicos superiores (T1-T6)
y en los dos últimos segmentos cervicales de la médula
espinal, atraviesan los ganglios paravertebrales de la cadena
simpática torácica y hacen sinapsis con neuronas posganglionares,
fundamentalmente en los ganglios cervical
medio y estrellado. Las fibras posganglionares simpáticas
que de ellos parten se unen a las fibras parasimpáticas para
formar el plexo cardíaco y se distribuyen de forma homogénea
por todo el corazón.
La noradrenalina liberada por estos nervios, así como
la adrenalina circulante liberada desde la médula adrenal,
estimula los receptores 1-adrenérgicos cardíacos, lo que
se traduce en un aumento de la ICa e If
, produciendo:
1) un
aumento de la inclinación de la fase 4 y de la frecuencia de
disparo del nodo SA y de los marcapasos ectópicos,
2) un
incremento de la contractilidad y de la velocidad de relajación,
3) un aumento de la excitabilidad y velocidad de
conducción intracardíaca, y
4) un acortamiento del período
refractario y un aumento de la velocidad de conducción
a través del nodo AV, facilitando el paso de los impulsos de
la aurícula al ventrículo.
Casi todas estas acciones son consecuencia
del aumento de la ICa que las catecolaminas producen
y pueden inhibirse tras la administración de
antagonistas de los receptores -adrenérgicos.
En situaciones en las que aumenta el tono simpático
(estrés, ansiedad) la frecuencia cardíaca puede acelerarse
hasta los 100 latidos/min, mientras que durante el ejercicio
físico intenso puede alcanzar los 180 latidos/min.
Control parasimpático. Las fibras parasimpáticas
preganglionares cardíacas se originan en el núcleo dorsal
del vago del bulbo raquídeo, viajan con el nervio vago y
hacen sinapsis con las células ganglionares cardíacas que
se localizan en la grasa epicárdica cerca de los nodos SA
y AV. Las fibras posganglionares se localizan en la superficie
epicárdica o en las paredes de la aurícula. Las fibras
preganglionares del vago derecho inervan fundamentalmente
la aurícula derecha y el nodo SA, mientras que las
del vago izquierdo inervan el nodo AV; la inervación parasimpática
de los ventrículos es escasa y su función no es
bien conocida. La acetilcolina liberada desde los terminales
nerviosos vagales estimula los receptores muscarínicos
M2 localizados en la membrana de las células cardíacas y
activa una corriente de salida de K+ [IK(Ach)] que hiperpolariza
el Em y desplaza el potencial umbral hacia valores
menos negativos; además, la acetilcolina inhibe la ICa, en
particular, cuando esta corriente ha sido previamente activada
por la estimulación simpática.
Estas acciones explican por qué la acetilcolina: 1)
hiperpolariza el potencial diastólico máximo y aplana la
inclinación de la fase 4 en las células del nodo SA y de los
marcapasos ectópicos supraventriculares, reduciendo su
frecuencia de disparo. Tras la sección de ambos nervios
vagos o la administración de atropina (fármaco que bloquea
las acciones cardíacas de la acetilcolina), la frecuencia
sinusal aumenta hasta 100 latidos/min, lo que indica
que en reposo el nervio vago ejerce una acción inhibitoria
sobre el nodo sinoauricular disminuyendo la frecuencia
cardíaca. Igualmente, durante el sueño aumenta el tono
vagal y la frecuencia cardíaca disminuye en unos 10-20
latidos/min. 2) Reduce la contractilidad auricular (muy
poco la ventricular), 3) acorta la duración del potencial de
acción y del período refractario de las fibras auriculares, y
4) prolonga el período refractario y disminuye la velocidad
de conducción a través del nodo AV, facilitando la aparición
de bloqueos de la conducción a este nivel.
A diferencia de la estimulación simpática, cuyas
acciones aparecen y desaparecen lentamente, las acciones
de la acetilcolina aparecen de forma casi inmediata (latencia
< 100 ms) y desaparecen muy rápidamente, ya que es
hidrolizada casi de forma instantánea por la acetilcolinesterasa.
Estas características explican porqué el tono parasimpático
puede ejercer un control latido-a-latido de la
frecuencia y de la conducción AV cardíacas.
Control cerebral. Diversos núcleos talámicos e hipotalámicos
(anteriores), así como la corteza cerebral (los
lóbulos central y temporal, la corteza motora, promotora y
orbitaria o la circunvolución del cíngulo) modifican la
contractilidad y la frecuencia cardíacas, y reproducen las
respuestas observadas durante el ejercicio físico o las fluctuaciones
de la temperatura ambiente.
Control reflejo de la frecuencia cardíaca. La frecuencia
cardíaca puede modificarse por vía refleja en respuesta
a cambios en la presión arterial, de las presiones
intracardíacas o de la respiración.
Los cambios agudos de la presión arterial modifican la
actividad de los barorreceptores localizados en los senos
carotídeos y el cayado aórtico, y producen cambios en la
actividad simpática y vagal cardíaca que alteran la frecuencia
cardíaca. Así, un aumento brusco de la presión arterial
distiende y activa los barorreceptores que estimulan los
centros cardioinhibidores, produciendo una reducción de la
frecuencia y contractilidad cardíacas a través de un aumento
del tono vagal y una inhibición del tono simpático; lo
contrario sucede cuando la presión arterial disminuye.
En 1915, Francis Bainbridge demostró que la infusión
de sangre o de solución salina aumentaba las presiones
venosa y de la aurícula derecha y la frecuencia cardíaca,
incluso aunque la presión arterial no se modificara. Esta
respuesta está mediada a través de la estimulación de
receptores auriculares localizados alrededor de las desembocaduras
de las venas cavas y pulmonares. Los impulsos
aferentes se transmiten a través del vago hacia el centro
cardioacelerador, lo que se traduce en un aumento del tono
simpático que incrementa la frecuencia y contractilidad
cardíacas y reduce la presión intraauricular. También se
han descrito receptores en el endocardio ventricular, cuya
estimulación reduce la frecuencia cardíaca y las resistencias
vasculares periféricas.
La frecuencia cardíaca oscila rítmicamente con la frecuencia
respiratoria, de tal forma que aumenta durante la
P ROPIEDADES ELÉCTRICAS DEL CORAZÓN 459
inspiración y disminuye durante la espiración. Estos cambios
se asocian a un aumento del tono simpático y una
inhibición del tono vagal durante la inspiración y a un
aumento del tono vagal durante la espiración. Además,
durante la inspiración la distensión de los pulmones estimula
receptores pulmonares sensibles al estiramiento que
aumentan por vía refleja la frecuencia cardíaca; por otro
lado, disminuye la presión intratorácica y aumenta el
retorno venoso a la aurícula derecha que se distiende, activando
el reflejo de Bainbridge.
Otros factores. La tiroxina, hormona liberada por la
glándula tiroides, aumenta la frecuencia cardíaca y facilita
las acciones cardíacas de las catecolaminas. Las alteraciones
electrolíticas también pueden modificar la frecuencia
cardíaca. Así, la hipopotasemia y la hipercalcemia aceleran
la frecuencia cardíaca. El aumento del metabolismo
(ejercicio físico) y de la temperatura corporal (fiebre) también
aceleran la frecuencia cardíaca, mientras que el frío
ejerce el efecto contrario. La frecuencia cardíaca también
aumenta en presencia de ciertos fármacos (digoxina, agonistas
-adrenérgicos, inhibidores de fosfodiesterasa 3) y
en pacientes con insuficiencia cardíaca.
Alteraciones del automatismo normal
En condiciones fisiológicas, la frecuencia cardíaca es
de 60-75 latidos/minuto, considerándose como taquicardia
la frecuencia cardíaca superior a los 100 latidos/min y
como bradicardia la inferior a 50 latidos/min. Dos son los
mecanismos involucrados en la iniciación y/o mantenimiento
de los trastornos del ritmo cardíaco:
1) alteraciones
en el lugar de formación del impulso cardíaco (alteraciones
del automatismo) y/o
2) alteraciones en la secuencia
de activación del miocardio (alteraciones de la conducción
o reentrada).
Existen circunstancias en las que el marcapasos cardí-
aco es un tejido distinto del nodo SA. Ello sucede cuando
la frecuencia del nodo SA disminuye de forma importante
(p. ej., en la enfermedad del nodo SA) o cuando los impulsos
que de él parten se bloquean y no alcanzan el nodo AV
o el sistema de His-Purkinje (bloqueo AV). En todas estas
circunstancias desaparece el fenómeno de supresión por
sobreestimulación que el nodo SA ejerce sobre los marcapasos
subsidiarios, y aparecen los “latidos o ritmos de
escape” nodales o idioventriculares, según que el latido se
origine en el nodo AV o en el sistema de His-Purkinje, respectivamente.
El aumento del tono vagal que aparece en pacientes
con infarto de miocardio posterior deprime los nodos SA
y AV, aumentando la incidencia de bradicardia y de bloqueo
AV, efectos que a su vez facilitan la aparición de ritmos
ventriculares automáticos. Cuando se suprime de
forma brusca la actividad del nodo SA se desenmascaran
los marcapasos ectópicos, pero es preciso que transcurran
5-30 s para que disparen de forma rítmica a una frecuencia
inferior a la del nodo SA. Durante este período de tiempo
los ventrículos no bombean sangre, por lo que el flujo
cerebral disminuye de forma súbita y el enfermo pierde el
conocimiento; a este cuadro se le denomina síndrome de
Stokes-Adams.
Otras veces lo que sucede es que la frecuencia de disparo
de los marcapasos ectópicos supera la del nodo SA, por
lo que aquellos pasan a actuar como marcapasos cardíacos.
Ello sucede cuando aumenta el tono simpático (p. ej.,
en situaciones de estrés, ansiedad, miedo, feocromocitoma),
tras la administración de fármacos cardioactivos
(digoxina, inhibidores de las fosfodiesterasas), en presencia
de alteraciones electrolíticas (hipopotasemia, hipercalcemia),
en pacientes con cardiopatía isquémica, o tras la
distensión de la pared cardíaca, hecho que tiene lugar en
enfermos con insuficiencia cardíaca o con dilatación ventricular
postinfarto de miocardio.
Automatismo anormal
Todas las células cardíacas, incluidas las musculares
auriculares y ventriculares, pueden generar actividad automática
(automatismo anormal) cuando son despolarizadas
hasta un Em comprendido entre –60 y –50 mV. A este
nivel de potencial de membrana la INa se encuentra inactivada,
por lo que la fase 0 de despolarización de estos
potenciales de acción automáticos es debida a la activación
de la ICa. La frecuencia de disparo de estos focos automá-
ticos va a ser acentuada por todos aquellos fármacos que
incrementan esta corriente iónica (p. ej., catecolaminas,
metilxantinas) o por procesos patológicos (miocardiopatí-
as, fibrosis, cardiopatía isquémica) que despolarizan el
potencial de membrana, mientras que pueden suprimirse
por los fármacos que bloquean la ICa (verapamilo, diltiazem,
dihidropiridinas) y los antagonistas -adrenérgicos.
Actividad desencadenada
Otra forma de automatismo patológico se asocia a la
aparición de despolarizaciones. que aparecen
durante la fase 3 del potencial de acción, antes de que
la célula se repolarice pospotenciales precoces) o durante la
fase 4, una vez que la célula se ha repolarizado (pospotenciales
tardíos). Si estas despolarizaciones alcanzan el
potencial umbral podrán generar uno o más potenciales de
acción propagados. Los pospotenciales precoces aparecen
en presencia de bradicardia, hipopotasemia o cuando se
prolonga excesivamente la duración del potencial de
acción cardíaco (el intervalo QT del ECG), y son responsables
de la aparición de taquicardias polimórficas
ventriculares denominadas torsades de pointes. Estos pospotenciales
son debidos a la activación de la ICa y se
suprimen por acción de los bloqueantes de esta corriente
iónica o los bloqueantes de los receptores -adrenérgicos,
acortando la duración del potencial de acción, acelerando
la frecuencia cardíaca con un marcapasos o administrando
sales de Mg2+. Los pospotenciales tardíos aparecen cuando
aumenta la frecuencia cardíaca o la concentración de
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Ca2+ intracelular (p. ej., intoxicación digitálica, catecolaminas,
hipercalcemia, cardiopatía isquémica) y se atribuyen
a la activación de una corriente transitoria de entrada
posiblemente de Na+-Ca2+. Estos pospotenciales se suprimen
por acción de fármacos antiarrítmicos que bloquean
la INa (desplazan el potencial umbral a valores menos
negativos, impidiendo que la despolarización alcance el
potencial umbral), o mediante maniobras vagales.
Alteraciones en la conducción:
reentrada
En condiciones normales, un impulso generado en el
nodo SA muere tras la activación secuencial de las aurículas
y los ventrículos, ya que queda rodeado por células que
acaba de excitar y que se encuentran en fase de período
refractario absoluto. La reentrada implica que un impulso
no muere tras la activación completa del corazón, sino que
persiste y es capaz de reexcitar dos o más veces al miocardio.
Para que se pueda producir la reentrada del impulso
éste debe conducirse lentamente alrededor de un
obstáculo que no se excita y que puede ser anatómico o
funcional. La conducción lenta permitirá que el impulso
alcance el punto donde se inició su circulación cuando éste
ya haya recuperado la excitabilidad. Así pues,
para que exista reentrada es preciso que el tiempo que el
impulso tarda en recorrer la vía exceda la duración del PR
más largo del circuito. Por tanto, cualquier factor o fármaco
que acorte la duración del período refractario (hipoxia,
hiperpotasemia, catecolaminas, acetilcolina) y/o deprima
la velocidad de conducción intracardíaca facilitará la aparición
de arritmias por reentrada. La existencia de áreas de
conducción lenta (nodo AV, tejidos isquémicos parcialmente
despolarizados) que presentan un bajo margen de
seguridad facilita la aparición de bloqueos en la propagación
del impulso y crean las condiciones óptimas para la
aparición de reentrada. Igualmente, las respuestas prematuras
(extrasístoles) inducidas durante la fase 3 del potencial
de acción cardíaco, al aparecer a niveles menos
negativos de potencial de membrana, presentan una velocidad
de conducción más lenta que también facilita la aparición
de arritmias por reentrada.
La reentrada parece ser el mecanismo responsable de
la mayoría de las taquiarritmias (taquicardia, aleteo y
fibrilación) humanas. La frecuencia auricular es inferior a
200 latidos/min en la taquicardia supraventricular, de
200-300 latidos/min en el aleteo y superior a esta cifra en
la fibrilación auricular. Por el contrario, en el ventrículo la
taquicardia implica la presencia de más de 6 latidos consecutivos
de origen ventricular; la frecuencia de esta arritmia
es muy variable, y pueda oscilar entre 140 y 180
latidos/min. Cuando se produce una completa desorganización
de la actividad eléctrica ventricular hablamos de
fibrilación. Durante la taquicardia o la fibrilación ventricular,
la contracción de ambos ventrículos es asincrónica e irregular, produciéndose una marcada reducción del
volumen minuto, lo que en el caso de la fibrilación ventricular
puede conducir a la muerte del paciente en unos
pocos segundos (muerte súbita). El tratamiento de este
cuadro exige la cardioversión eléctrica del corazón, es
decir, la aplicación de una descarga eléctrica de corriente
continua a través de la pared torácica (10-200 W/s), que
active todas las fibras cardíacas simultáneamente, volviéndolas
refractarias. En estas condiciones, cesa toda
estimulación cardíaca durante 3-4 s, al cabo de los cuales
el nodo SA u otra estructura automática dirige el corazón.
