musculo cardiaco
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MUSCULO CARDIACO Tomado y modificado de FAWCETT D. W.: Tratado de Histología – Bloom Fawcett (12ª edición−1995) − Editorial Mc Graw Hill Interamericana A diferencia del músculo esquelético, el cardíaco está formado por unidades celulares separadas de aproximadamente 80µm de longitud y de 15µm de diámetro. Estos miocitos cardíacos están unidos por sus extremos mediante especializaciones de unión llamadas discos intercalares (Figs. 10-40 y 10-41). Aunque las bandas que se forman de esta manera son predominantemente paralelas, los miocitos individuales se ramifican y forman conexiones oblicuas con las bandas vecinas, formándose una compleja organización tridimensional muy diferente del orden paralelo de las fibras cilíndricas del músculo esquelético. Antes del descubrimiento de que los discos intercalares son uniones intercelulares, las unidades estructurales del músculo cardíaco se denominaban «fibras», igual que en el músculo esquelético. Aunque es cuestionable la idoneidad de este término en su aplicación al músculo cardíaco, se sigue usando en la literatura histológica actual. El corazón humano late a un ritmo de 60 a100 veces por minuto durante toda la vida. Su contracción es de tipo miógeno, es decir, no depende de la estimulación nerviosa. Todos los miocitos cardíacos son capaces de presentar la despolarización y repolarización rítmica de su membrana. Sin embargo, un grupo de miocitos de la aurícula constituye el marcapasos que genera el ritmo, que a su vez se propaga por todo el miocardio a través de las uniones de fisura que existen entre los miocitos. Por tanto, aunque constituido por unidades celulares independientes, el músculo cardíaco se comporta como si fuera un sincitio. 1 Figura 10-40. Dibujo de un corte longitudinal del músculo cardíaco humano, teñido con rojo de tiacina y azul de toluidina para mostrar los discos intercalares. (Tomado de H. Heidenhein. 1901, Anat. Anz. 20,1.) 2 Figura 10-41. Fotomicrografía del corte longitudinal del músculo cardíaco (izquierda), que muestra el diámetro variable y la ramificación de las fibras, lo mismo que la posición central de los núcleos. En las preparaciones ordinarias de hematoxilina y eosina, no se observan los discos intercalares. A la derecha, corte transversal del músculo cardíaco humano 3 HISTOLOGÍA DEL MÚSCULO CARDIACO Bajo el microscopio óptico, el músculo cardíaco presenta un patrón de estriaciones transversales similar al del músculo esquelético, aunque con ramificaciones y conexiones evidentes entre las fibras adyacentes. El sarcoplasma es más abundante, y también es más aparente la estriación transversal debido a la separación de los haces de miofibrillas por filas de mitocondrias. Las miofibrillas presentan una dirección divergente alrededor del núcleo situado centralmente, rodeando una región axial fusiforme del sarcoplasma en la que existen abundantes organelas e inclusiones. En uno de los polos de cada núcleo alargado se sitúa un pequeño complejo de Golgi. En esta región son abundantes las pequeñas gotas de lípido y, en los animales de edad avanzada, también se pueden observar grandes cantidades de pigmento lipocrómico. En lo seres humanos de estas características, el pigmento depositado puede llegar a constituir hasta el 20 % del peso seco del miocardio. El sarcoplasma intermiofibrilar de los miocitos miocárdicos de los animales más pequeños muestra gotas de lípido dispersas. Una característica exclusiva del músculo cardíaco es la presencia de discos intercalares transversales a intervalos regulares de la longitud de las fibras. Estos discos son poco llamativos en las preparaciones de tipo rutinario, pero se tiñen intensamente con la hematoxilina férrica. El disco intercalar se puede extender de forma recta a través de la fibra, aunque es más frecuente observar segmentos de la misma desplazados longitudinalmente de manera que en los cortes presenta una configuración escalonada. En el patrón de estriaciones transversales, los discos intercalares se encuentran invariablemente en las bandas I. ULTRAESTRUCTURA DEL MÚSCULO CARDIACO Una característica distintiva del músculo cardíaco observado en cortes transversales bajo el microscopio electrónico es la ausencia de separación entre las miofibrillas (Fig. 10-42). Debemos recordar que en cortes similares del músculo estriado los miofilamentos están organizados en miofibrillas de diámetro uniforme, cada una de las cuales aparece rodeada por una fina capa de sarcoplasma que contiene elementos longitudinales del retículo sarcoplásmico y ocasionales mitocondrias. En el músculo cardíaco no se pueden distinguir miofibrillas separadas. En vez de 4 ello, y en cortes transversales, el miocito aparece ocupado por miofilamentos dispersos entre los que se pueden observar aquí y allá mitocondrias y contornos del retículo sarcoplásmico que atraviesan la masa cilíndrica de miofilamentos desde su periferia. En los cortes longitudinales, estas incursiones de las organelas adoptan el aspecto de áreas fusiformes delgadas de sarcoplasma que contienen mitocondrias y contornos circulares de sarcotúbulos (Fig. 10-43). Focalmente, estos contornos parecen definir los límites laterales de miofibrillas de anchura variable, pero éstas son imágenes falsas debido a que tienen una longitud limitada y en sus extremos vuelve a ser evidente su continuidad lateral con la masa de miofilamentos. La ausencia de miofibrillas bien constituidas se ha observado también en ciertos músculos esqueléticos tónicos de contracción lenta de anfibios. Figura 10-42. Micrografía electrónica de una pequeña zona periférica de un miocito cardíaco en corte transversal. Se puede observar que los miofilamentos no están agrupados en miofibrillas bien definidas con límites netos, como ocurre en el músculo esquelético. En vez de ello, forman una masa más o menos continua interrumpida por mitocondrias y por elementos del retículo sarcoplásmico. 5 Figura 10-43. Micrografía electrónica de parte de una célula muscular cardíaca en corte longitudinal. El patrón estriado transversalmente del material contráctil es semejante al del músculo esquelético. Las mitocondrias, numerosas, ocupan las fisuras o los espacios fusiformes que, en los cortes longitudinales, parecen subdividir a los miofilamentos en unidades comparables a las miofibrillas circunscritas del músculo esquelético. Sin embargo, tales subdivisiones son de anchura mucho más variable. Las mitocondrias del músculo cardíaco presentan numerosas crestas que muestran con frecuencia una angulación periódica que las hace presentar un patrón en zig-zag. Las mitocondrias suelen presentar una longitud aproximadamente igual a la de la sarcómera (2.5µm), aunque pueden alcanzar hasta 7 u 8µm. El glucógeno es más abundante en el músculo cardíaco que en el esquelético, y aparece en forma de partículas densas de 30 a 40nm localizadas en las áreas de sarcoplasma que quedan entre los miofilamentos y que también contienen mitocondrias, 6 aunque estas partículas también se pueden alinear en filas entre los propios miofilamentos (Fig.10-44), y siempre son mas abundantes en las bandas I que en las A. Glucógeno y lípidos son importantes fuentes de energía para la actividad contráctil del miocardio. Figura 10-44. Cortes longitudinales de músculo cardíaco. A) El corte pasa tangencialmente a la superficie interna de la masa de miofilamentos y muestra el retículo sarcoplásmico que forma una red laxa que se continúa a nivel de las líneas Z, sin formar cisternas terminales. B) Se ven partículas de glucógeno en torno a las mitocondrias y también entre los filamentos a nivel de las bandas I y H. El músculo relajado en estas dos figuras se ha estirado en grado diferente. Nótese la constancia en la longitud de las bandas I, indicadas por los corchetes, a la derecha. Los túbulos T del músculo cardíaco presentan diferencias significativas con los del músculo esquelético. Se localizan al nivel de los discos Z y no en las uniones A-I, por lo que sólo se 7 observa uno de ellos en cada sarcómera. Tienen un diámetro mayor y penetran más profundamente en la célula, en donde se comunican con algunos túbulos de diámetro ligeramente menor que se disponen paralelamente con respecto al eje longitudinal de la célula. Por tanto, son canales con una luz central que se abre hacia el espacio extracelular y que se ramifican por todo el miocito. Los túbulos transversales están rodeados por una capa que se continúa con la lámina externa del sarcolema (Fig. 10-45). Este sistema de túbulos ramificados se denomina sistema tubular transversal-axial (TATS), para diferenciarlo del sistema T del músculo esquelético. Figura 10-45. Corte longitudinal de una pequeña porción de fibra muscular cardíaca, que muestra un túbulo T cortado transversalmente y un túbulo del retículo muy cerca de él. El túbulo T está revestido por una capa de proteína-polisacárida (flechas) semejante al revestimiento del sarcolema de la superficie de la fibra. Los cercanos gránulos densos corresponden a glucógeno 8 El retículo sarcoplásmico longitudinal es menos complejo que el del músculo esquelético, y está constituido por una trama subsarcolemal de túbulos de 20 a 35nm de diámetro que se extiende hasta unas hendiduras profundas situadas en el interior de las columnas de miofilamentos. Su aspecto varía en los diferentes niveles de la sarcómera, de forma que está más enredado en las zonas adyacentes a las bandas A y dispuesto de manera más laxa al nivel de las bandas I. El músculo cardíaco no presenta cisternas terminales ni tríadas. Sus contrapartidas funcionales son sáculos aplanados de pequeño tamaño que establecen contactos de unión con el sistema transversal-axial de túbulos al nivel de los discos Z (Figs. 10-46 y 10-47). El área total que ocupa el contacto de unión de estos sáculos es considerablemente menor que la de las cisternas terminales con los túbulos T del músculo esquelético. En ambos casos, la transducción de la excitación desde el sarcolema hasta el retículo tiene lugar en las filas de partículas intramembranosas denominadas pies o proteínas de arco que atraviesan la brecha existente entre las membranas en aposición. Además, existen pequeños sáculos o cisternas del retículo superficial que están conectados directamente con el sarcolema mediante pies de unión, y que en ocasiones se llaman retículo sarcoplásmico corbular. La proteína fijadora del calcio calcicuestrina se localiza en los sáculos de unión y en el retículo corbular. Figura 10-46. Representación esquemática de la distribución del sistema T y del retículo sarcoplásmico en el músculo cardíaco de los mamíferos. Los túbulos transversos son mucho más gruesos que los del músculo esquelético. El retículo endoplásmico, relativamente sencillo, carece de cisternas terminales y por ello no hay tríadas. En vez de ellas, hay pequeñas dilataciones de los túbulos sarcoplásmicos que terminan en estrecha proximidad del sarcolema, tanto en la superficie de la fibra como en su penetración interna constituida por los túbulos T. (De Fawcett, D. W., y N. S. McMutt. J. Cell. Biol. 42:1, 1969.). 9 Figura 10.47. Micrografía electrónica de barrido del retículo sarcoplásmico del músculo cardíaco de la rata en la que se observa una trama densa de túbulos asociada a las bandas A e I de una miofibrilla. Los túbulos transversales son también identificables al nivel de los discos Z. Los contornos redondeados que se observan entre las miofibrillas corresponden a mitocondrias. (Micrografía cortesía de Ogata, T. y Y. Yamasaka. 1990. Anat. Rec. 228.227). 10 De la misma forma que en el músculo esquelético, la contracción del músculo cardíaco depende de la presencia de iones de calcio libres en el sarcoplasma. No obstante, el músculo cardíaco presenta unas reservas intracelulares más limitadas de calcio debido a su número relativamente pequeño de sáculos en lugar de cisternas terminales. Durante la despolarización del sarcolema y de sus invaginaciones, se produce la entrada de calcio extracelular, lo que se continúa y suplementa con la salida hacia el sarcoplasma del calcio intracelular almacenado en el retículo. El calcio de estos dos orígenes activa el mecanismo de deslizamiento de los filamentos con la consiguiente contracción del músculo. La estructura del músculo cardíaco es muy similar en aurículas y ventrículos, pero los miocitos auriculares presentan un diámetro promedio menor y sus sistema tubular transversal-axial está menos desarrollado que en el caso de los miocitos ventriculares. De hecho, este sistema tubular se observa sólo en los miocitos auriculares de mayor tamaño. Es posible que en los miocitos más pequeños no sea tanta la necesidad de túbulos transversales para la conducción interna de la excitación. Se ha señalado que la propagación del potencial de acción es más rápida en los miocitos auriculares que en los ventriculares. Los elementos contráctiles son ultraestructuralmente idénticos, aunque se han observado pequeñas diferencias desde el punto de vista molecular. Las cadenas pesadas de las moléculas de miosina pueden ser dos isoformas α-HMC y β-HMC. La primera de ellas es más abundante en la aurícula, mientras que en el ventrículo la isoforma predominante es la β-HMC. Los miocitos de los nódulos senoauricular y auriculoventricular (véase más adelante) muestran inmunorreactividad específica para una tercera isoforma, aunque sigue siendo oscuro el significado que puedan tener estas diferencias regionales en las moléculas de miosina. EL DISCO INTERCALAR En todos los discos intercalares, los miocitos unidos muestran una superficie muy irregular con múltiples crestas y proyecciones papilares de una de las células que encajan en surcos e invaginaciones de la otra (Fig. 10-48). En esta interfaz entre las células se pueden distinguir áreas idénticas a los desmosomas estructuras similares a las uniones de fisura y zonas de mayor tamaño que se parecen a las zónula adherens de los epitelios. No obstante, en este mosaico de 11 especializaciones de unión sólo los desmosomas son típicos en lo que respecta a su morfología. Las zonas con características ultraestructurales similares a las de las zónula adherens no son circunferenciales como implica el propio término de zónula, sino que son áreas más o menos continuas de especialización que se extienden sobre la mayor parte de la superficie de contacto de las células. Se ha sugerido el término fascia adherens como denominación más apropiada para este componente del disco intercalar. En los cortes finos longitudinales, las membranas celulares en aposición se pueden identificar como dos líneas densas paralelas que siguen un trayecto sinuoso y que están separadas por una hendidura intercelular de 15 a 20nm (Fig. 10-49). Los miofilamentos de las células unidas finalizan en una capa muy densa del sarcoplasma de anchura variable, situada en las zonas internas de las membranas en aposición. En esta capa densa se puede demostrar una elevada concentración de las proteínas fijadoras de la actina αactinina y vinculina, que también se encuentran en otras células en las zonas de anclaje de los filamentos de actina o intermedios a la membrana. Evidentemente, en los discos intercalares sirven para unir los extremos de los miofilamentos al sarcolema. En la estrecha hendidura que queda entre las dos membranas en aposición se encuentran el polipéptido de 83 kD pacoglobina y otra glucoproteína de adhesión (A-CAM). La fascia adherens, que constituye la mayor parte del disco intercalar, está interrumpida en ciertas zonas por la presencia de desmosomas típicos. Los miofilamentos muestran una dirección divergente en estas zonas y no finalizan en la placa densa de los desmosomas, sino que en estas placas se insertan filamentos intermedios del citoesqueleto. En otras pequeñas zonas de la porción transversal del disco intercalar, las membranas en aposición entran en íntimo contacto y forman uniones de fisura de pequeño tamaño. En los segmentos longitudinales de los discos intercalares escalonados existen más uniones de este tipo, aunque de mayor tamaño, lo que tiene una gran importancia fisiológica debido a que la difusión de iones a través de los poros de estas uniones permite la coordinación de las actividades de los miocitos. Las mediciones de corriente a través de los discos intercalares del músculo auricular y ventricular ha demostrado que todas las partes del corazón presentan acoplamiento eléctrico. Por tanto, aunque compuesto por células separadas, el músculo cardíaco se comporta fisiológicamente como si fuera un sincitio. La firme unión que establecen entre los miocitos los discos intercalares garantiza la transmisión de la tracción generada por células individuales en todo el miocardio. 12 Figura 10-48. Micrografía a pequeño aumento de músculo cardíaco en corte longitudinal, para mostrar la característica configuración en escalera de un disco intercalar. Las partes transversales están fuertemente interdigitadas y se caracterizan por la abundancia de material denso en las inserciones de los miofilamentos en el extremo de la célula. Las proporciones longitudinales del límite celular son lisas, carecen de especializaciones y son difíciles de ver a este aumento. Figura 10.49. Micrografía electrónica de un segmento transversal de un disco intercalar. La parte de la unión celular en la cual terminan los miofilamentos se parece a las zónula adherens de los epitelios, pero aquí se llama fascia adherente. Entre los lugares de inserción de las miofibrillas existen desmosomas típicos. (De Fawcett, D. W., y N. S. McNutt. J. Cell). 13 SISTEMA DE CONDUCCIÓN DEL CORAZÓN El corazón no se contrae de forma sincrónica en todo el miocardio. Para actuar eficazmente como una bomba, la contracción de las aurículas se debe completar un poco antes del inicio de la contracción ventricular. La coordinación de los momentos precisos en los que se suceden las fase del ciclo cardíaco depende de los miocitos que están especializados en el inicio de la excitación y en su conducción a las diferentes regiones del miocardio, a un ritmo que garantiza su activación en la secuencia correcta. Estos miocitos especializados se localizan en el nódulo senoauricular situado en la zona de unión de la vena cava superior con la aurícula derecha; en el nódulo auriculoventricular, localizado en la parte inferior del tabique interauricular; en los tractos internodales, que conectan entre sí los nódulos senoauricular y auriculoventricular, y en el haz auriculoventricular (haz de His). Este último se origina en el nódulo auriculoventricular y se introduce en la porción fibrosa del tabique interventricular, en donde se divide en rama derecha y rama izquierda que a su vez se distribuyen y ramifican bajo el endocardio de los ventrículos derecho e izquierdo, estableciéndose de esta manera uniones de comunicación con los miocitos no especializados de función mecánica. Todos los miocitos son células excitables de forma autónoma que presentan despolarizaciones y repolarizaciones rítmicas independientemente del sistema nervioso, aunque el ritmo de esta actividad en los miocitos auriculares es mayor que el de los ventriculares. El ritmo de las células que constituyen el nódulo senoauricular es todavía más rápido y su despolarización, que se propaga a través de los tractos de miocitos especializados en la conducción, sustituye al ritmo más lento de los miocitos de función mecánica. El nódulo senoauricular es, por tanto, el lugar de iniciación de la excitación y el «marcapasos» del corazón. El nódulo senoauricular tiene una longitud de 10 a 20mm, una anchura de 3mm y un grosor de aproximadamente 1mm. Está constituido por células ramificadas y de coloración pálida que se sitúan sobre una malla de fibras de colágeno. Estos miocitos nodales contienen una cantidad relativamente escasa de miofilamentos que aparecen agrupados en miofibrillas de orientación aleatoria y de diámetro variable, y que se sitúan en un sarcoplasma rico en mitocondrias. Los miocitos nodales se unen a células de características similares y a otros tipos de miocitos mediante uniones de fisura conspicuas. La naturaleza de los componentes celulares de los tractos internodales es un tema controvertido. Algunos histólogos sostienen que están formados por miocitos transicionales que serían más delgados que los miocitos auriculares habituales, y 14 con una cantidad mayor de miofibrillas que los miocitos nodales. En cualquier caso, tampoco se sabe mucho acerca de su velocidad de conducción. Su situación entre los miocitos nodales y las porciones distales de propagación rápida del sistema de conducción ha permitido suponer que su velocidad de conducción puede ser relativamente lenta, lo que contribuiría al retraso auriculoventricular de la misma que es esencial para el llenado óptimo de los ventrículos. Los miocitos transicionales son también los principales elementos celulares del nódulo auriculoventricular, que contiene una población relativamente pequeña de miocitos nodales en su parte central mientras que en la periferia presenta abundantes miocitos de Purkinje. Estos últimos son células uninucleadas cilíndricas dispuestas en filas y unidas de forma término-terminal, que se dirigen desde el nódulo hacia el haz auriculoventricular. Las largas bandas o tractos que forman se denominaron tradicional mente «fibras de Purkinje» antes que se descubriera su naturaleza multicelular mediante el microscopio electrónico. Los miocitos de Purkinje son relativamente cortos (alrededor de 50 µm) en comparación con los miocitos habituales (aproximadamente, 80 µm), pero tienen un diámetro (30µm) que es casi el doble del que presentan éstos Figs. 10-51 y 10-52). En los cortes transversales presentan un contorno irregular, como si cada célula rodeara parcialmente a la más cercana, o como si extendiera largas prolongaciones que se introducen en una serie de concavidades de la célula vecina (Figs. 10-53 y 10-54). Esa forma irregular permite incrementar el área de contacto entre las células. No se observan discos intercalares, aunque existen grandes uniones de fisura en los extremos y en los lados de cada célula. Sus características ultraestructurales y las propiedades de su membrana favorecen la conducción rápida de los impulsos. En las «fibras de Purkinje» del corazón bovino, que es excepcionalmente grande y ha sido muy bien estudiado, se ha observado que la velocidad de conducción es de 2 a 3 metros por segundo mientras que la de los miocitos no especializados es de 0.6 metros por segundo. El haz auriculoventricular contiene una mezcla de elementos celulares. Desde el nódulo hasta su porción inicial, el haz está formado por miocitos transicionales, pero en las porciones más distales predominan los miocitos de Purkinje. El haz común y sus ramas derecha e izquierda están rodeados por una capa de tejido conjuntivo que parece aislar al tejido de conducción del músculo cardíaco adyacente, aunque en la zona en la que finaliza el sistema de conducción en forma de plexos subendocárdicos profusos son frecuentes los contactos funcionales entre las células de Purkinje y el miocardio ventricular. Las lesiones del sistema de conducción pueden dar lugar a una falta de sincronía en los latidos 15 ventriculares o a una serie de trastornos en la precisión cronológica de la contracción auricular y ventricular que alteran la eficacia del corazón. Figura 10-51. Fotomicrografía del tejido especializado de conducción del haz aurículo-ventricular humano. Las grandes fibras de Purkinje vistas en corte transversal, a la izquierda de la figura, pueden compararse con las células musculares cardíacas no especializadas y más pequeñas, cortadas longitudinalmente, en el lado derecho. Figura 10-52. Fotomicrografías de fibras de Purkinje muy grandes en la banda moderadora del corazón de un buey. En la figura de la izquierda, las fibras están cortadas longitudinalmente; y en la figura de la derecha, transversalmente. En ambas, es patente que las miofibrillas ocupan sólo una pequeña parte del sarcoplasma. Las grandes áreas claras son ricas en glucógeno, que no se tiñe en esta preparación. 16 Figura 10-53. Micrografia electrónica de áreas próximas de dos fibras de Purkinje y de un nervio que las acompaña en el haz aurículo-ventricular del corazón de un gato. Las mitocondrias son abundantes y pleomórficas, y los miofilamentos, distribuidos laxamente, aparecen formando haces dispersos. Figura 10-54. Micrografía electrónica de las uniones intercelulares del haz auriculoventricular. Las células del tejido de conducción son de forma irregular y tienen extensas áreas de contacto de célula a célula, en los que existen muchos desmosomas y nexos. 17 INERVACIÓN DEL MIOCARDIO Aunque el inicio de cada latido cardíaco es miógeno, el corazón está inervado y su ritmo está controlado por el sistema nervioso autónomo. Las fibras nerviosas parasimpáticas del vago y las del tronco simpático forman extensos plexos en la base del corazón. En la pared de la aurícula derecha se encuentran numerosas células ganglionares y axones nerviosos, especialmente en la región de los nódulos senoauricular y auriculoventricular. La estimulación vagal disminuye la frecuencia cardiaca, mientras que la simpática la incrementa. El sistema nervioso autónomo actúa sobre el miocardio de forma indirecta, modificando el ritmo inherente del marcapasos. Las observaciones realizadas con microscopía óptica y electrónica confirman la presencia de abundantes axones amielínicos entre los miocitos especializados de los nódulos y de las vías de conducción (Fig. 10-53). Los nervios no forman terminales especializadas comparables a las uniones mioneurales del músculo esquelético, sino que simplemente discurren en la proximidad de los miocitos especializados. Se identifican como terminales funcionales sólo por la presencia de acumulaciones locales de pequeñas vesículas idénticas a las que se observan en las sinapsis de otras zonas del organismo. Algunos de estos axones se pueden identificar como de origen simpático porque contienen vesículas cuya parte central muestra una muy elevada densidad electrónica. En ocasiones, se pueden observar terminaciones similares en las cercanías de miocitos ordinarios de función mecánica, lo que sugiere que los nervios también pueden ejercer una influencia directa sobre el miocardio; no obstante, hasta el momento los estudios fisiológicos no han permitido obtener pruebas del todo convincentes a este respecto. 18
