26.1. Características de los cardiomiocitos
El cardiomiocito es una célula muscular estriada, pero con propiedades únicas que lo distinguen tanto del músculo esquelético como del liso.
Es una célula uninucleada con el núcleo situado centralmente. Mide aproximadamente 100 µm de longitud y 10-20 µm de diámetro. A diferencia de las fibras esqueléticas, que son cilíndricas y paralelas, los cardiomiocitos se ramifican y se interconectan tridimensionalmente en red, con los extremos interdigitados en escalón. Esta organización permite que la contracción reduzca el volumen de la cavidad cardíaca en lugar de simplemente acortar una longitud.
Los cardiomiocitos poseen túbulos T, aunque son más anchos y menos numerosos que en el músculo esquelético. Forman díadas con una sola cisterna del retículo sarcoplásmico (no tríadas como en el esquelético). Es en estas díadas donde los canales de Ca²⁺ tipo L del túbulo T contactan con los receptores de rianodina RyR2 del RS, punto esencial para el acoplamiento excitación-contracción cardiaco.
Las células están unidas entre sí por los discos intercalares, estructuras especializadas de la membrana que combinan uniones mecánicas (desmosomas, fascias adherentes) con uniones de comunicación eléctrica (uniones gap). Gracias a la baja resistencia eléctrica de las uniones gap, el potencial de acción se propaga con gran facilidad de célula a célula.
El corazón es morfológicamente un conjunto de células individuales, pero eléctricamente se comporta como un sincitio funcional. Esto quiere decir que cuando se activa cualquier punto del miocardio, el potencial de acción se propaga por todos los cardiomiocitos conectados como si fueran una sola célula gigante. Esto garantiza que la contracción sea coordinada y simultánea.
La ultraestructura de los cardiomiocitos, los discos intercalares y la organización histológica del miocardio se estudian en Histología, Tema 13 — Músculo cardíaco.
26.2. Tipos de cardiomiocitos y sistema de conducción
26.2.1. Tipos de cardiomiocitos
Existen tres tipos funcionales de cardiomiocitos:
- Los auriculares ocupan las paredes de las aurículas y se encargan de la contracción auricular.
- Los ventriculares forman las paredes de los ventrículos y realizan el trabajo mecánico principal. Ambos tipos tienen plena capacidad contráctil.
- Las células de conducción y excitación tienen escasa capacidad contráctil pero están especializadas en generar y propagar el impulso eléctrico. Su propiedad más relevante es el automatismo: son capaces de generar potenciales de acción de forma espontánea, sin necesidad de estimulación externa.
26.2.2. Sistema de conducción cardíaco
- El nódulo sinoauricular (NSA), situado en la aurícula derecha junto a la desembocadura de la vena cava superior, actúa como marcapasos fisiológico.
- Genera espontáneamente potenciales de acción a una frecuencia intrínseca de 60-100 lpm.
- Es el marcapasos dominante porque su despolarización diastólica espontánea es la más rápida de todo el sistema, suprimiendo por sobreestimulación a los demás focos automáticos.
- El impulso se propaga por ambas aurículas a una velocidad de aproximadamente 1 m/s hasta el tabique auriculoventricular, que está aislado eléctricamente por un anillo de tejido fibroso.
- Este aislamiento obliga al impulso a pasar por un único punto de comunicación: el nódulo auriculoventricular (NAV).
- El NAV introduce un retraso fisiológico de 100~150 ms en la conducción mediante células de conducción lenta (velocidad ~0,05 m/s, la más baja del sistema). Este retraso permite que las aurículas completen su contracción y vacíen sangre hacia los ventrículos antes de que estos se activen.
- Desde el NAV, el impulso continúa por el haz de His, que se bifurca en dos ramas por el tabique interventricular y termina en la red de células de Purkinje, que conducen a 2-4 m/s y distribuyen el estímulo simultáneamente por toda la masa ventricular, garantizando una contracción sincrónica y eficiente.
Si el NSA falla, el NAV asume el control del ritmo cardíaco a una frecuencia intrínseca de 40-60 lpm (ritmo nodal o de escape). Si el NAV también falla, las células de Purkinje generan un ritmo de escape ventricular a 20-40 lpm. Estos ritmos de escape son mecanismos de seguridad que garantizan la continuidad del latido, aunque a frecuencias insuficientes para el esfuerzo.
El sistema de conducción cardíaco, el electrocardiograma y la regulación de la frecuencia cardíaca se desarrollan en detalle en las asignaturas de Fisiología Cardiovascular y Cardiología de cursos posteriores. En Fisiología General interesa el principio de automatismo y la secuencia auricular-ventricular.
26.3. Actividad eléctrica: tipos de potencial de acción
El músculo cardíaco presenta tipos de potencial de acción distintos según el cardiomiocito que los genera.
26.3.1. Potencial de acción del NSA: el marcapasos
Las células del NSA tienen tres propiedades eléctricas únicas que explican su función de marcapasos:
- Automatismo: generan potenciales de acción de forma espontánea, sin necesidad de estimulación externa.
- Potencial de reposo inestable (despolarización diastólica espontánea): tras cada repolarización, el potencial de membrana no se mantiene estable sino que deriva progresivamente hacia valores menos negativos.
- El mecanismo principal es la corriente If (funny current), mediada por canales HCN (activados por hiperpolarización) que permiten una entrada mixta de Na⁺ y K⁺ al interior.
- A medida que el potencial se hace menos negativo, se van activando también canales de Ca²⁺ tipo T (transitorios, de bajo umbral).
- Cuando el potencial alcanza el umbral (aproximadamente −40 mV), se activan los canales de Ca²⁺ tipo L, que generan la fase ascendente del potencial de acción.
- Ausencia de canales de Na⁺ rápidos: la fase 0 (despolarización) del NSA está mediada por canales de Ca²⁺ tipo L, no por Na⁺. Por este motivo es más lenta y de menor amplitud que en el ventrículo. Tras la despolarización, la apertura de canales de K⁺ produce la repolarización directamente, sin una meseta sostenida.
En el NSA la fase 0 del potencial de acción la generan canales de Ca²⁺ tipo L, no canales de Na⁺ rápidos (que están prácticamente ausentes). Por eso los bloqueantes de los canales de Ca²⁺ (verapamilo, diltiazem) enlentecen el NSA y el NAV, mientras que los bloqueantes de Na⁺ (lidocaína, flecainida) no afectan al nódulo sinusal.
26.3.2. Potencial de acción auricular y ventricular
Las células auriculares y ventriculares presentan canales de Na⁺ rápidos (Nav1.5) en alta densidad. Su potencial de acción tiene cinco fases bien diferenciadas:
- Fase 0 (despolarización rápida): apertura masiva de canales de Na⁺ voltaje-dependientes. El potencial sube de −85 mV a +30 mV en pocos milisegundos.
- Fase 1 (repolarización inicial breve): inactivación de los canales de Na⁺ y apertura transitoria de canales de K⁺ (Ito). El potencial baja brevemente.
- Fase 2 (meseta): equilibrio entre la entrada de Ca²⁺ por canales tipo L y la salida de K⁺ por canales rectificadores tardíos (IKr, IKs). La meseta dura 200-300 ms en células ventriculares. Es durante esta fase cuando el Ca²⁺ que entra dispara el CICR.
- Fase 3 (repolarización final): predomina la salida de K⁺ sobre la entrada de Ca²⁺ y el potencial vuelve al valor de reposo.
- Fase 4 (reposo estable): a diferencia del NSA, las células ventriculares mantienen un potencial de reposo estable de −85 mV gracias a la corriente rectificadora de K⁺ (IK1). No hay despolarización diastólica espontánea en condiciones normales.
La meseta del potencial de acción ventricular (200-300 ms) hace que el período refractario sea casi tan largo como la sístole mecánica. Esto impide que el músculo cardíaco entre en tétanos, el miocardiocito no puede recibir un segundo estímulo eficaz hasta que la contracción anterior esté prácticamente completada. Es el mecanismo de protección indispensable para la función de bomba cardíaca.
26.4. Acoplamiento excitación-contracción: papel del Ca²⁺
El mecanismo contráctil del cardiomiocito combina elementos del músculo esquelético (troponina como interruptor, ciclo de puentes cruzados) con una dependencia crítica del Ca²⁺ extracelular que lo hace único.
Cuando el potencial de acción llega a la membrana del cardiomiocito y genera la meseta (fase 2), los canales de Ca²⁺ tipo L del sarcolema y de los túbulos T se abren. El Ca²⁺ que entra desde el exterior (~25-30% del Ca²⁺ total implicado en la contracción) difunde hasta las díadas, donde activa los receptores de rianodina (RyR2) de la membrana del retículo sarcoplásmico. Estos detectan el aumento local de Ca²⁺ y responden liberando el Ca²⁺ almacenado en el RS de forma masiva (~70-75% del Ca²⁺ contráctil). Este proceso se denomina liberación de Ca²⁺ inducida por Ca²⁺ (calcium-induced calcium release, CICR).
El Ca²⁺ almacenado en el RS está unido a la proteína calsecuestrina, que lo libera al abrirse el RyR2. La concentración intracelular de Ca²⁺ aumenta bruscamente, se une a la troponina C y se inicia el ciclo de puentes cruzados, igual que en el músculo esquelético.
Para la relajación, el Ca²⁺ debe eliminarse rápidamente del sarcoplasma por tres vías:
- La bomba SERCA2a (regulada por fosfolambán) reintroduce Ca²⁺ en el RS. Ees la vía principal (~70% del Ca²⁺).
- El intercambiador Na⁺/Ca²⁺ (NCX) expulsa 1 Ca²⁺ al exterior a cambio de 3 Na⁺, con coste energético indirecto (consume el gradiente de Na⁺ mantenido por la Na⁺/K⁺-ATPasa): contribuye ~28% del Ca²⁺.
- Bombas de Ca²⁺ de la membrana plasmática (contribución menor, ~2%).
En el músculo cardiaco, el Ca²⁺ extracelular es imprescindible para la contracción porque actúa como disparador del CICR. Si se suprime el Ca²⁺ del medio extracelular, la contracción cardíaca falla aunque el RS esté lleno. Esto contrasta con el músculo esquelético, donde el acoplamiento DHPR-RyR1 es mecánico directo y no requiere Ca²⁺ extracelular.
El fosfolambán es una proteína reguladora de la SERCA2a: en estado no fosforilado la inhibe, aumentando la Km (la SERCA2a necesita más Ca²⁺ para funcionar a la mitad de su velocidad máxima). Cuando el sistema simpático activa la PKA vía AMPc, el fosfolambán se fosforila, deja de inhibir la SERCA2a y la recaptación de Ca²⁺ se acelera. Esto acorta la relajación y permite frecuencias cardíacas más altas con buen llenado diastólico. Es uno de los mecanismos por los que la adrenalina mejora el rendimiento cardíaco.
26.5. Isoformas de miosina cardíaca
El músculo cardíaco expresa distintas isoformas de la cadena pesada de miosina (MHC) con diferente actividad ATPasa, lo que determina la velocidad de contracción.
En el ventrículo humano adulto, la isoforma predominante en condiciones normales es V3 (β/β), de actividad ATPasa lenta, que resulta más eficiente energéticamente para el trabajo continuo de baja velocidad del ventrículo.
La isoforma V1 (α/α), de actividad rápida, predomina en las aurículas y en los ventrículos de mamíferos pequeños (ratón, rata).
| Isoforma | Actividad ATPasa | Velocidad de contracción | Contexto fisiológico |
|---|---|---|---|
| V1 (α/α) | Alta | Rápida | Aurículas, corazón fetal |
| V2 (α/β) | Intermedia | Intermedia | Transición |
| V3 (β/β) | Baja | Lenta | Ventrículo adulto (normal y patológico) |
En la hipertrofia cardíaca patológica (sobrecarga de presión crónica) se acentúa la expresión de V3 y disminuye aún más la velocidad y eficiencia contráctil, contribuyendo a la disfunción ventricular.
En el músculo esquelético ocurre lo contrario, las fibras tipo IIx expresan isoformas de miosina de alta actividad ATPasa (rápidas). La miosina cardíaca V3 es la misma cadena β que la miosina lenta del músculo esquelético tipo I, lo que refleja un origen evolutivo común de los cardiomiocitos y las fibras lentas.
26.6. Regulación de la contracción
26.6.1. Regulación extrínseca
El sistema nervioso autónomo modula la frecuencia y la fuerza de contracción:
- El simpático (noradrenalina, receptores β₁) aumenta la frecuencia cardíaca (cronotropismo positivo), la fuerza de contracción (inotropismo positivo) y la velocidad de conducción (dromotropismo positivo). Lo hace principalmente a través del AMPc y la PKA, que fosforila canales iónicos, la troponina I (reduciendo la afinidad residual de troponina C por Ca²⁺ y acelerando la relajación) y el fosfolambán (acelerando la SERCA2a).
- El parasimpático (acetilcolina, receptores M₂) reduce la frecuencia cardíaca (cronotropismo negativo) y enlentece la conducción por el NAV (dromotropismo negativo), disminuyendo el AMPc. Su efecto sobre el miocardio ventricular es mínimo por la escasa inervación parasimpática ventricular.
26.6.2. Regulación intrínseca: Frank-Starling y Ley de Laplace
El propio músculo cardíaco responde a cambios en la carga mediante dos mecanismos intrínsecos fundamentales.
Ley de Frank-Starling
La Ley de Frank-Starling establece que la fuerza de contracción del ventrículo aumenta en proporción al volumen de llenado diastólico, dentro del rango fisiológico. En términos simples: el corazón bombea lo que recibe.
El mecanismo molecular es el mismo que rige la curva longitud-tensión del músculo esquelético: al aumentar el volumen diastólico, los sarcómeros se estiran hacia su longitud óptima de solapamiento, lo que aumenta la sensibilidad de la troponina C por el Ca²⁺ y permite la formación de más puentes cruzados.
Este mecanismo actúa latido a latido, sin necesidad de intervención nerviosa, y equilibra automáticamente el gasto cardíaco entre los dos ventrículos.
La Ley de Frank-Starling es el principal mecanismo de autorregulación del corazón. Este mecanismo garantiza que el ventrículo izquierdo bombee exactamente el mismo volumen que recibe del ventrículo derecho. Si el retorno venoso aumenta, el llenado aumenta, los sarcómeros se estiran más, la contracción es más potente y el volumen sistólico se iguala al aumento de entrada.
Ley de Laplace
La Ley de Laplace describe la relación entre la tensión de la pared ventricular y las variables geométricas y hemodinámicas:
T = P · R / 2h
donde T es la tensión de la pared, P la presión intraventricular, R el radio del ventrículo y h el grosor de la pared.
Cuando aumenta el radio (ventrículo dilatado) o la presión (hipertensión, estenosis aórtica), aumenta la tensión que debe soportar la pared.
Por otro lado, el grosor actúa como factor protector. A mayor grosor, menor tensión por unidad de superficie.
Esta ley explica por qué el ventrículo dilatado en la insuficiencia cardíaca tiene un consumo de O₂ desproporcionadamente alto, ya que necesita más tensión de pared para generar la misma presión.
En la insuficiencia cardíaca dilatada, el ventrículo aumenta su radio (R↑) para compensar la caída de fracción de eyección. Por la Ley de Laplace, esto aumenta la tensión de pared (T↑), lo que incrementa el consumo de O₂ miocárdico y agrava el círculo vicioso de disfunción. Los fármacos vasodilatadores (IECA, ARA-II) reducen la poscarga y el radio, disminuyendo la tensión de pared y el consumo energético.
26.7. Adaptación a la sobrecarga: hipertrofia cardíaca
Ante una sobrecarga hemodinámica mantenida, el corazón responde aumentando la masa miocárdica. Esta respuesta puede ser fisiológica o patológica.
- La hipertrofia fisiológica (del atleta) se produce por sobrecarga de volumen controlada y progresiva.
- Aumenta el número de sarcómeros en serie y en paralelo.
- Se mantiene la expresión de miosina eficiente.
- La irrigación coronaria crece proporcionalmente.
- El resultado es un corazón más eficiente y con mayor reserva funcional.
- La hipertrofia patológica se produce por sobrecarga de presión mantenida (hipertensión arterial crónica, estenosis aórtica).
- El engrosamiento de la pared reduce el radio ventricular y la tensión según la Ley de Laplace.
- Existe un cambio de isoforma hacia mayor proporción de V3 (contracción más lenta e ineficiente).
- Se da un crecimiento que supera la capacidad de la red capilar coronaria.
- Las células sufren un cambio metabólico hacia glucólisis (fenotipo fetal) con menor eficiencia energética.
La irrigación coronaria es de tipo terminal. Esto significa que las arterias coronarias no tienen anastomosis funcionales eficaces.
Si se obstruye una rama coronaria, el territorio dependiente sufre isquemia sin posibilidad de compensación inmediata por circulación colateral.
En la hipertrofia patológica, el aumento de masa miocárdica no va acompañado de una angiogénesis proporcional. El corazón hipertrofiado es metabólicamente insuficiente, se perfunde exclusivamente en diástole y a frecuencias cardíacas altas (con diástoles cortas) entra en hipoxia.
Este círculo vicioso es la base fisiopatológica de la cardiopatía hipertensiva y aumenta el riesgo de angina e infarto.
26.8. Metabolismo del músculo cardiaco
El corazón es un órgano de metabolismo aerobio obligado. A diferencia del músculo esquelético, no puede mantener su función en condiciones de anaerobiosis más que unos pocos segundos porque carece de reservas suficientes de fosfocreatina y glucógeno para sostener la contracción continua sin O₂.
En condiciones basales y de reposo, el cardiomiocito obtiene el 60-70% de su energía de la oxidación de ácidos grasos (principalmente palmitato y oleato), el 20-30% de la oxidación de glucosa y el resto de cuerpos cetónicos y lactato. Esta preferencia por los ácidos grasos se debe a su mayor rendimiento energético por mol de sustrato, aunque requieren más O₂ por mol de ATP producido que la glucosa.
Durante el ejercicio intenso, la contribución de la glucosa aumenta. El lactato producido por el músculo esquelético en ejercicio sirve también como sustrato energético para el corazón, que lo oxida eficientemente.
El corazón solo se perfunde en diástole. La contracción sistólica comprime los vasos intramurales y detiene el flujo coronario.
A frecuencias cardíacas altas, las diástoles se acortan y el tiempo de perfusión disminuye. En presencia de hipertrofia o aterosclerosis coronaria, este mecanismo puede llevar a isquemia subendocárdica incluso sin oclusión completa de una arteria coronaria.
En isquemia miocárdica, la falta de O₂ obliga al cardiomiocito a cambiar hacia glucólisis anaeróbica. Este cambio produce:
- Acumulación de lactato y H⁺ (acidosis intracelular), que inhibe las proteínas contráctiles y la actividad de los canales iónicos.
- Caída del ATP disponible, con disfunción de la SERCA2a (el Ca²⁺ no se reextrae eficientemente) y del NCX.
- Alteración del potencial de membrana y riesgo de arritmias por sobrecarga de Ca²⁺ intracelular.
En la hipertrofia patológica el cardiomiocito hipertrofiado reactiva un programa génico fetal que incrementa la dependencia de la glucosa y reduce la oxidación de ácidos grasos (metabolic switch). Aunque la glucosa requiere menos O₂ por mol de ATP que los ácidos grasos, la menor eficiencia global del proceso contribuye a la disfunción contráctil progresiva de la insuficiencia cardíaca.
Los fármacos que mejoran el metabolismo energético del corazón isquémico (como la trimetazidina) actúan inhibiendo parcialmente la oxidación de ácidos grasos, favoreciendo el uso de glucosa como sustrato. Al requerir menos O₂ por mol de ATP, la glucosa es más eficiente en condiciones de isquemia. Este principio es la base de la cardioprotección metabólica.
| Característica | Músculo esquelético | Músculo cardiaco |
|---|---|---|
| Núcleos por célula | Multinucleada (periféricos) | 1 núcleo (central) |
| Organización | Fibras paralelas, cilíndricas | Células ramificadas en red |
| Uniones intercelulares | No (células independientes) | Discos intercalares (gap junctions) |
| Sincitio funcional | No | Sí |
| Túbulos T / díadas-tríadas | Estrechos → tríadas | Anchos → díadas |
| Control | Voluntario (motoneurona α) | Involuntario (automatismo + SNA) |
| Fase 0 del PA | Canales de Na⁺ rápidos (Nav) | Nav (ventricular) / Ca²⁺ tipo L (NSA) |
| Meseta del PA | No | Sí (200-300 ms, Ca²⁺ tipo L) |
| Tétanos | Posible (período refractario corto) | Imposible (período refractario = sístole) |
| Ca²⁺ contráctil | RS exclusivamente (RyR1) | RS (RyR2) + Ca²⁺ extracelular (CICR) |
| Acoplamiento EC | Mecánico directo (DHPR → RyR1) | CICR (Ca²⁺ extracelular → RyR2) |
| Ca²⁺ extracelular necesario | No | Sí (sin él la contracción falla) |
| Relajación | SERCA (principal) + difusión | SERCA2a + NCX (ambos esenciales) |
| Isoforma miosina predominante | MHC-IIx (ventricular rápido) | V3/β (ventrículo adulto humano) |
| Metabolismo energético | Aerobio + anaerobio (glucólisis) | Aerobio obligado (60-70% ácidos grasos) |
| Fatiga | Sí (reversible) | No (salvo isquemia) |
