El miocardio es tejido altamente organizado, compuesto de varios tipos de células que incluyen células de músculo liso, fibroblastos y miocitos cardíacos. La célula contráctil fundamental del miocardio es el miocito. El propósito de esta revisión es examinar los componentes estructurales del miocito y luego colocar estos componentes en un contexto funcional con respecto al proceso contráctil. Membrana basal El primer límite encontrado cuando se mueve desde el espacio extracelular al espacio intracelular del miocito es la membrana basal. b asal. La membrana basal se compone principalmente de colágeno tipo IV, las glicoproteínas laminina y fibronectina, y proteoglicanos. 1La membrana basal proporciona una interfaz a la matriz de colágeno fibrilar del espacio extracelular con fibras de anclaje, que unen la lámina basal al colágeno subyacente. La función de d e la membrana basal es proporcionar una barrera inicial que influirá en el intercambio de macromoléculas entre el espa cio extracelular y el miocito. Otra función importante de la membrana basal es proporcionar una interfaz para la adhesión de los miocitos y la continuidad con la matriz extracelular. En la figura 1 se muestra una ilustración de la organización de las estructuras pertinentes del miocito cardíaco.
1. Descargar imagen en tamaño completo Fig. 1 . Sección transversal longitudinal de un miocito cardíaco individual. La suma de las partes integrales del miocito cardíaco se muestra aquí, moviéndose desde afuera. La membrana basal, que está compuesta de colágeno, glicoproteínas y proteoglicanos, proporciona una interfaz para la adhesión adhesión de miocitos, así como la continuidad con la la matriz extracelular. La membrana basal sirve como un sitio de anclaje para las fibrillas de colágeno. El sarcolema, que envuelve el miocito, contiene integrinas que unen el miocito a la matriz extracelular, y también contiene proteínas integrales que contribuyen al potencial de acción. Invaginaciones del sarcolemma, que contiene una alta densidad de L-tipo Ca 2 + son los túbulos T. Esta región especializada del sarcolemma permite la aposición cercana del canal de Ca 2+ de tipo L a los canales de liberación de Ca 2+del retículo sarcoplásmico. El retículo sarcoplásmico sirve tanto como una fuente como un almacén interno de Ca 2 +
citosólico requerido para el acoplamiento excitación-contracción. El aparato contráctil es
un conjunto altamente organizado de proteínas de miofilamentos compuestas principalmente de miosina gruesa y filamentos de actina delgados. La superposición de estas proteínas forma las bandas oscuras y claras como se muestra en esta ilustración. En la sección transversal se muestran las numerosas mitocondrias, que están muy cerca del a parato de miofilamento.
Sarcolemma Una estructura especializada del miocito es el sarcolemma, una coalescencia de la membrana plasmática adecuada y de la membrana basal. El sarcolema se compone de una bicapa lipídica, que contiene cabezas hidrófilas y colas hidrófobas. Esta configuración permite que el sarcolema interactúe con el ambiente intracelular y extracelular, pero un núcleo hidrofóbico da como resultado que el sarcolema sea impermeable a las moléculas cargadas. Entretejidos en todo el sarcolemma son las integrinas, que, con las proteínas receptoras transmembrana, unen el miocito a la matriz extracelular y la membrana basal. Más importante aún, las integrinas se unen al lado intracelular del sarcolema, formando una importante relación colágeno-integrina-citoesqueleto. 2Se ha postulado que el acoplamiento de la integrina a los espacios extracelulares e intracelulares es un componente esencial para la transducción del acortamiento de miocitos en u na eyección ventricular total. 2 El sarcolema forma 2 regiones especializadas del miocito, los discos intercalados y el sistema tubular transverso. Los discos intercalados son una unión celular-célula especializada que sirve tanto como un fuerte enlace mecánico entre los miocitos como un camino de baja resistencia que permite una conducción rápida del potencial de acción entre los miocitos. 3 túbulos transversales, o túbulos T, son invaginaciones del sarcolema en el miocito, que forman una barrera entre los espacios intracelular y extracelular. Estas extensiones ponen en aposición estrecha el canal de Ca 2+ detipo L y el sistema de descarga de Ca 2+ del retículo sarcoplásmico , lo que hace que el sistema tubular en T sea un componente estructural importante en el acoplamiento excitación-contracción. Como ocurre con la mayoría de las bicapas lipídicas, la función fundamental del sarcolema es proporcionar una barrera para la difusión. El sarcolema también contiene proteínas de membrana, que incluyen receptores, bombas y canales. Esta es una característica especializada del sarcolema y es esencial para el proceso contráctil del miocito. A continuación se presenta una visión general de las proteínas sarcolemáticas que son esenciales para la propagación del potencial de acción de los miocitos y, por lo tanto, fundamental para el proceso contráctil. Bombas Sarcolemmal y canales iónicos Un paradigma útil para revisar las bombas y canales del sarcolemma de los miocitos es colocarlo en el contexto de las fases del potencial de acción. En la Fig. 2 se muestra un potencial de acción de miocito ventricular representativo. 1. Descargar imagen en tamaño completo Fig. 2 . Un esquema de un potencial de acción de miocitos ventriculares. El potencial de acción cardiaca regenerativo consta de 5 fases. La fase 0, la subida, corresponde a la rápida despolarización. La
fase
ascendente es seguida por la fase 1, una rápida repolarización temprana, fase 2 o meseta, fase 3 o repolarización rápida, y la fase 4, que corresponde al potencial de
membrana en reposo. Este potencial de acción es el resultado de interacciones sarcolemáticas de proteínas que se han resumido en el texto. El potencial de membrana de reposo, o fase 4 del potencial de acción, es mantenido principalmente por el rectificador de K + hacia adentro y es secundariamente influenciado por la adenosinitrifosfatasa de Na + / K + (ATPasa), el intercambiador de Na + / Ca2 + y el sarcolema Ca 2+ ATPasa. Durante esta fase, el sarcolemma es permeable sólo a K + ; así es el potencial de equilibrio de K + que determina principalmente el potencial de membrana de reposo del miocito. El rectificador K + interno permite la difusión de K + en el miocito. La relación Na + / K +La ATPasa genera una corriente neta hacia afuera a través de la extrusión de tres iones Na + para dos iones K + , además de ser el sitio para la unión de digitálicos. El intercambiador de Na + / Ca2 + y la Ca2 +ATPasa sarcolemática proporcionan la base para la extrusión de Ca2 + a partir del miocito. El intercambiador de Na + / Ca2 + es un canal bidireccional, con las cantidades relativas de cualquier ion transportado a través de la membrana determinado por las concentraciones a cada lado de la membrana. 4 Sin embargo, el intercambiador de Na + / Ca 2+ es el sistema primario para el flujo de Ca 2+ del miocito.4-6 A través de la eliminación del Ca 2+citosólico,se puede mantenerel equilibrio delflujo de salidade Ca 2+y la afluencia, lo que contribuye al mantenimiento del potencial de reposo. El canal Na + rápido es responsable de la aceleración rápida de la fase 0 del potencial de acción. Cuando el potencial de membrana alcanza un voltaje umbral preestablecido, los canales de Na + se activan rápidamente (<1 ms) y permanecen activados durante una duración de solamente 2 a 10 ms; por lo tanto el nombre "rápido" Na + canal. La activación de estos canales permite que Na + fluya a la célula a lo largo de gradientes de concentración tanto eléctricos como químicos. Esta afluencia de Na + a través del canal Na +rápido pone en marcha los procesos iónicos responsables de las otras fases del potencial d e acción. La inactivación rápida de los canales de Na + y la activación más lenta de dos corrientes externas son las bases para la repolarización temprana. El potencial positivo de la membrana, el Cl - gradiente de concentración, y el aumento de permeabilidad de la membrana a Cl permite la entrada de Cl - en la célula. Además, un eflujo transitorio de K + a través de canales específicos se produce a lo largo del gradiente electroquímico K + . La combinación de estos tres eventos contribuye a una repolarización breve y pequeña del potencial de membrana durante la fase 1 del potencial de acción. La meseta del potencial de acción cardiaca, o fase 2, está determinada principalmente por la afluencia de Ca 2 + a través de los canales de Ca 2+ de tipo L. 7,8 Además, una corriente de K +hacia el exterior contrarrestante fluye a través + 3 del rectificador K "anómalo" . Ambos canales se activan durante la subida del potencial de acción y alcanzan la corriente de pico simultáneamente durante la fase de meseta. Los canales de Ca 2+ de tipo L están íntimamente implicados en el acoplamiento excitación-contracción, que se discutirá en una sección posterior. La fase 3 o la repolarización es el resultado del aumento de la conductancia de K + a través de los canales rectificadores de K +retardados . Estos canales se activan hacia el final de la fase de meseta y permiten que los iones K + fluyan a lo largo del gradiente de concentración. Todas las demás corrientes internas, Na + y Ca 2+ , son inactivadas, haciendo de este modo la corriente rectificadora retardada de K + responsable de la restauración del potencial de membrana al estado de reposo. Mediante un método de transferencia de adenovirus, se ha inducido una expresión génica aumentada para el canal de K+ en preparaciones de miocitos ventriculares para adultos. 9 Aumento de la expresión de la K + canal resultó en un acortamiento significativo de la fase 3 del potencial de acción y abrevió el proceso de acoplamiento excitación-contracción. Sistemas receptores sarcolemales
Los sistemas receptores que se han identificado en el miocito incluyen los sistemas de receptor es muscarínicos, α y endotelina. 10-12 Sin embargo, uno de los sistemas de receptores más importantes de la miocitos es el sistema β-adrenérgicos, porque la modulación de este sistema de transducción de receptor se utiliza comúnmente en la práctica clínica. Para los propósitos de esta revisión, el sistema receptor β-adrenérgico puede servir como un sistema prototipo de transducción de receptor sarcoleminal. El sistema receptor β-adrenérgico existe tanto en estados activados como inactivados. Bajo condiciones ambientales, ambas formas están en equilibrio, pero el estado inactivado es predominante. 13,14Las catecolaminas endógenas y los agonistas β-adrenérgicos sintéticos se unen al receptor β-adrenérgico, dando como resultado un cambio conformacional tridimensional del receptor. Esto comienza con la unión y activación de una proteína de acoplamiento dependiente de nucleótidos de guanina, dando como resultado la estimulación de adenilato ciclasa y aumentos subsiguientes en la producción de adenina monofosfato cíclico. A través de la unión de la subunidad reguladora, el monofosfato de adenina cíclico estimula las subunidades catalíticas activas de la proteína quinasa A, que a su vez fosforila sitios específicos dentro del miocito para modificar su actividad. 15-17 Tres sitios de fosforilación relevantes para el proceso de acoplamiento excitación-contracción son el sarcolemato de tipo L Ca 2+canal, la proteína reguladora del retículo sarcoplásmico, fosfolambano y troponina I del aparato contráctil de los miocitos. En un estudio realizado por Bittner y colaboradores, se crearon 18 ratones transgénicos con sobreexpresión miocárdica específica del receptor β-adrenérgico humano. Estos ratones mostraron una mayor actividad adenilato ciclasa miocárdica basal, lo que se tradujo en una mayor contractilidad ventricular izquierda. Además, Rockman y de 19 compañeros trabajo encontraron que la sobreexpresión del receptor β-adrenérgico dio como resultado una relajación miocárdica notablemente mejorada, así como una reducción en los niveles de la proteína sarcoplásmica fosfolamban. Estos modelos genéticos enfatizan la importancia del sistema de transducción del receptor β-adrenérgico en la modulación del proceso de acoplamiento excitación-contracción de los miocitos.
Citoesqueleto de miocitos El citoesqueleto del miocito forma una importante interfaz estructural con el entorno extracelular y el aparato contráctil. 20-22Específicamente, un número de proteínas citoesqueléticas tales como α-actinina, talina y desmina convergen en el sitio donde las integrinas entran en el compartimiento citosólico. Algunas de estas proteínas citoesqueléticas pueden ser fosforiladas y, de este modo, cambiar la conformación estructural, que a su vez puede influir en la geometría y función de los miocitos. Además, las grandes proteínas del citoesqueleto tales como la titina proporcionan propiedades viscoelásticas al miocito y se han postulado para evitar el exceso de estiramiento del aparato de miofilamento. 23,24 La Fig. 3 presenta fotomicrografías representativas de un miocito normal después de la tinción inmunofluorescente de las proteínas citoesqueléticas desmina y titina. 1. Descargar imagen en tamaño completo
Fig. 3 . El citoesqueleto del miocito está altamente estructurado y está compuesto por un número de proteínas que participan en la transducción de señales, el mantenimiento de la forma celular y sirven como plantilla para el montaje de elementos contráctiles. En esta figura, se muestran imágenes inmunofluorescentes para la proteína desmina del citoesqueleto (paneles de la izquierda) y la titina (paneles de la derecha) . Desmin es un filamento intermedio que co-localiza a las bandas Z de los miocitos y se ha postulado para proporcionar la alineación de miofibrillas adyacentes. La periodicidad de la desmina dentro de los miocitos se puede apreciar fácilmente a alta potencia (panel inferior izquierdo).La titina es la proteína citoesquelética más grande identificada dentro del miocito y juega un papel importante en el mantenimiento de la alineación del sarcómero, proporciona un retroceso elástico y previene el exceso de sarcómero. Un patrón de doblete para titina se puede apreciar a alta potencia (panel inferior derecho), que se interconecta a ambos lados de la banda Z a intervalos de 100 nm. Otras proteínas citoesqueléticas importantes incluyen las tubulinas. Específicamente, la α- y β-tubulina participan en el ensamblaje miofibrilar y la transducción de señales mecánicas a la envolvente nuclear. 25 Más recientemente, se ha demostrado que la densidad y la organización de β-tubulina dentro de la miocitos pueden influir directamente en el rendimiento de los miocitos contráctil. 26 Por lo tanto, aunque el citoesqueleto ha sido considerado históricamente como un componente estático del miocito, es muy probable que la interacción compleja de las proteínas del citoesqueleto afecte directamente la forma y la función del miocito.
Retículo sarcoplásmico El retículo sarcoplasmático, una red intracelular de membrana, es un organelo de manejo de Ca2 + altamente eficiente , especializado en la regulación de la concentración de Ca 2+ citosólica . 27,28Forma regiones estructurales especializadas del miocito en estrecha aposición con el sarcolema, en particular, el sistema tubular T. 29 El retículo sarcoplásmico, responsable de la Ca 2+fuente en el acoplamiento excitación-contracción, 15 contiene tres componentes importantes que participan en la función de este orgánulo con respecto a Ca 2 + homeostasis: el retículo sarcoplásmico Ca 2 + ATPasa (SERCA-2 ), la proteína reguladora de SERCA-2, phospholamban, y el Ca2+ canal de liberación. Proteínas del retículo sarcoplásmico SERCA-2, una bomba de Ca 2+ dependiente de ATP distinta de la encontrada en el sarcolemma, es un determinante fundamental de la acumulación de Ca 2+ dentro del miocito. 3 Por cada 1 mol de ATP hidrolizado, 2 mol de Ca 2+ se transportan de nuevo al retículo sarcoplásmico, disminuyendo así el Ca 2+ citosólico . 30,31Conjuntamente con el intercambiador Na + / Ca 2+ y la Ca2 +ATPasa sarcolemática , la captación de Ca 2+ por SERCA-2 constituye la base por la cual el Ca 2+ citosólico puede ser alterado por más de 100 veces durante el proceso de acoplamiento excitación-contracción. dieciséisPhospholamban, colocalizada con SERCA-2, 32 ha sido recientemente reconocido como una importante proteína reguladora de la función SERCA-2. Cuando fosforilado, phospholamban facilita la captación
de SERCA-2 en el retículo sarcoplásmico, mientras que la desfosforilación de phospholamban da lugar a una disminución de la sensibilidad de SERCA-2 al Ca 2+ citosólico . 28 Así, el estado fosforilado de phospholamban desempeña un papel crítico en la tasa y extensión de la eliminación de Ca 2 + del compartimento citosólico. Utilizando un modelo de ratón modificado genéticamente, en el que fosfolambano endógeno se había incrementado en más de dos veces, se observaron cambios importantes en el proceso de captación de Ca2 + . 33Específicamente, se produjo una reducción en la afinidad de SERCA2 por Ca 2+ y provocó una disminución en la magnitud de la señal de Ca 2+ . 33 Estos cambios en la función de SERCA-2 con la sobreexpresión de fosfolambano se tradujeron en una disminución de la relajación activa del miocito. 33 Así phospholamban desempeña un papel crítico en la regulación de la captación de Ca 2 + en el retículo sarcoplásmico, que a su vez regula el proceso fundamental de acoplamiento excitación-contracción. El canal de liberación de calcio se encuentra en poblaciones densas en la interfase entre el retículo sarcoplásmico y el sistema T-tubular del sarcolema. 34 Este canal, también llamado el canal de receptor de rianodina, 15 , 34 , 35es responsable de la liberación de Ca 2 + de los almacenes del retículo sarcoplásmico y es muy sensible a pequeños cambios en el Ca 2+ citosólico . Una pequeña pero rápida afluencia de Ca 2 + a través del Ltype Ca 2 +canal dará lugar a la liberación inmediata de un gran bolo de Ca 2 + en el espacio de miocitos citosólicos. 3 Esta liberación grande de Ca 2 + del canal de liberación de calcio es responsable de acoplar el aparato contráctil. 34-36
Aparato de contrapeso La unidad contráctil fundamental dentro del miocito es el sarcómero, que contiene los componentes del aparato contráctil. El sarcómero está compuesto de filamentos interdigitantes gruesos y finos y tiene una longitud de reposo d e 1,8 a 2,4 μm. 16 Las proteínas fundamentales del aparato contráctil son miosina, actina, tropomiosina, y el complejo de troponina. 16 En presencia de aumento de Ca2 + extracelular, se producen interacciones entre estas proteínas, provocando la hidrólisis de ATP y cambios en la dinámica físicoquímica. Estos procesos dan como resultado el desarrollo de tensión dentro del miocito. La miosina, el filamento grueso, está compuesta por una cola filamentosa y una región globular de la cabeza. Este cabezal globular contiene el sitio para la unión de actina, así como un sitio de catalización para la actividad ATPasa. La actina es la principal proteína contráctil que se encuentra en el filamento fino. Teniendo dos formas, G y F, F-actina es la columna vertebral del filamento fino con G-actina que funciona como una proteína estabilizadora. Cada monómero G-actina tiene dos sitios de unión a miosina. La interacción entre la cabeza globular de la miosina y el monómero G-actina en presencia de ATP da como resultado la formación de puente cruzado y el acortamiento del sarcómero. La tropomiosina es otra proteína que se encuentra en el filamento fino. Esta molécula rígida se encuentra a ambos lados de la actina, añadiendo rigidez al filamento fino. Tropomiosina influye en la formación de puente cruzado de actina-miosina mediante la interconexión física entre la hendidura actina-miosina, evitando así que Ca2 + vinculante. 3 El complejo de troponina, también presente en el filamento fino, está compuesto por tres proteínas: la troponina T, I y C. La troponina es un componente importante en cuanto a que regula la extensión de la formación de la cruceta y contribuye a la integridad estructural de el sarcómero. La troponina T une el complejo de troponina a la tropomiosina y ancla el complejo al filamento fino. Bajo condiciones normales, la troponina I 2+ fosforilada debilita la afinidad de Ca por la troponina C. La unión del Ca 2+ a la troponina C da lugar a un cambio conformacional del complejo, con posterior interacción actinamiosina, iniciando así la formación de cruce.
Mitocondrias El mantenimiento de almacenes altos de ATP es un requisito del miocito. Así, el miocito es rico en organelos esenciales para este proceso: las mitocondrias. Las mitocondrias ocupan el
40% del volumen de las células miocitarias, 3 haciendo hincapié en las inmensas demandas energéticas del miocito. La fosfocreatina es una reserva de alta energía y también juega un papel instrumental en la transferencia de fosfato al citosol. 3Debido a que las concentraciones de fosfocreatina y creatina citosólicas son más altas que las del difosfato de adenosina, esto sirve como un sistema de transporte rápido de fosfato de alta energía entre la mitocondria y el citosol. El fosfato de alta energía de ATP se transfiere a la fosfocreatina, que difunde a través del citosol para ser reconvertida a ATP para el uso de energía celular, por ejemplo, en el acoplamiento excitación-contracción. 3 También se sabe que las mitocondrias tienen la capacidad de unirse y tomar grandes cantidades de Ca 2+ citosólico , así como desempeñar un papel en el amortiguamiento del Ca 2+ citosólico , protegiendo así el miocito de los efectos de la sobrecarga de Ca 2+ . 3,37
Acoplamiento excitación-contracción El acoplamiento excitación-contracción se refiere al mecanismo por el cual un potencial de acción conduce a la contracción del miocito. El ion fundamental para inducir el complejo de acoplamiento excitación-contracción es Ca2 + . El complejo de acoplamiento excitacióncontracción se consigue mediante el aumento de los niveles de Ca 2+ citosólicos desde concentraciones nanomolares (100 nmol / L) hasta micromolares (10 μmol / L). 16 La Fig. 4 presenta componentes importantes del proceso de acoplamiento excitación-contracción. 1. Descargar imagen en tamaño completo Fig. 4 . Un esquema de los componentes que participan en el acoplamiento excitacióncontracción en el miocito cardíaco. El sarcolemma contiene una serie de canales de iones y bombas que contribuyen a los niveles globales de Ca 2 + dentro del miocito. Los mecanismos que contribuyen a la eliminación de Ca 2 + del miocito incluyen el intercambiador Na + / Ca 2+ y el Ca2 + -ATPasa sarcolemal . El intercambiador de Na + / Ca 2+ está influenciado por la concentración de iones y es reversible. La Na + / K ATPasa contribuye a la extrusión de Na +y por lo tanto contribuye al mantenimiento del potencial de membrana en reposo. Con la despolarización de los miocitos, la Ca sensible al voltaje 2+ canal (de tipo L Ca 2+ canal) se activa y el resultado en un Ca 2+ corriente (I CA ). La corriente de Ca2 + es una "corriente de activación" que resultará en la activación del canal de liberación de Ca2 + (CRC) en el retículo sarcoplásmico. El bolo de Ca2 + liberado del canal de liberación de Ca2 +da como resultado el acoplamiento de los miofilamentos y la formación de puente de actina-miosina. Eliminación de Ca 2+desde el espacio citosólico, desacoplando así las formaciones de cruce, es íntimamente dependiente de la acción del reticulo sarcoplásmico Ca2 + ATPasa (SERCA-2). (Modificado de Bers DM, Acoplamiento Excitación-Contracción y Fuerza Contractil Cardíaca, Fig. 21, 1991: P. 38. Con permiso de Kluwer Academic Publishers.) Contracción Cuando un potencial de acción alcanza el miocito, la onda de despolarización, particularmente en el sistema T-tubular, resulta en la activación de los canales sarcolemáticos sensibles al voltaje Ca 2+ del tipo L y de la conductancia Ca 2+ . 7,8 Esta afluencia rápida pero pequeña de Ca 2 + a través de la de tipo L Ca 2+ canales provoca la activación de la Ca 2 + canal
de liberación, dando como resultado una liberación inmediata de grandes cantidades de Ca 2 + en el citosol. 7,15,34-36,38,39 El Ca 2+ que fluye a través del canal de Ca 2+ de tipo L se conoce como la corriente Ca 2+ desencadenante . 7,16La cantidad absoluta de Ca 2 + desencadenante es muy pequeña en relación con la liberación de Ca 2+ del retículo sarcoplásmico; por lo tanto, el Ca 2 + desencadenante no contribuye significativamente a la formación de puente cruzado. Después de la liberación de Ca 2 + del retículo sarcoplásmico, una serie de interacciones se producen dentro de la proteína contráctil del sarcómero. Para los fines de esta revisión, la teoría del filamento deslizante se utilizará para explicar la interacción de las diversas proteínas contráctiles. 3,16,17,40 En condiciones de reposo, las concentraciones de Ca 2+ citosólico son bajas; la troponina I fosforilada disminuye la afinidad del Ca 2+ citosólico por la troponina C, favoreciendo una interacción más fuerte entre la troponina I y la molécula de actina. Por lo tanto, el complejo troponina-tropomiosina se desplaza hacia las ranuras externas del filamento de actina, bloqueando así la interacción actina-miosina. Un aumento en el Ca 2+ citosólico permite la unión de Ca2+a troponina C, dando como resultado un desplazamiento de la afinidad troponina I del filamento de actina a troponina C. La desestabilización de la troponina I a partir de la molécula de actina da como resultado un desplazamiento conformacional del complejo troponina-tropomiosina lejos del sitio de unión actina-miosina con subsiguiente formación de puente cruzado. Después de la formación de la cruceta, las regiones de bisagra en el puente transversal permiten que la cabeza de la miosina oscile hacia el filamento fino. Después del apego, la cabez a de miosina cambia de conformación, dando como resultado la hidrólisis de ATP. Este cambio conformacional en el puente transversal genera una fuerza que mueve el filamento fino en relación con el filamento grueso. Esta formación de puente cruzado y el cambio de conformación de la cabeza de miosina da como resultado la hidrólisis de ATP y la unión de una nueva molécula de ATP. La unión del nuevo ATP causa la liberación del cruce existente y la formación de un nuevo. Cada ciclo de cruce transversal mueve los filamentos aproximadamente 10 nm con una velocidad media de 0,98 μm / s. Si se considera que la longitud media del sarcómero es de 1,8 μm,3,38 la velocidad de la contracción del sarcómero se traduce en 5.645 × 10 -6 millas por hora. Aunque esto puede parecer relativamente lento, cuando la velocidad se normaliza a la longitud inicial del sarcómero, la velocidad del sarcómero es en realidad 1960 unidades de distancia por hora. Este proceso altamente dinámico depende del número de puentes cruzados formados durante cada contracción, de la duración del potencial de acción, de la cantidad de Ca 2+ liberada del retículo sarcoplásmico y de las reservas de ATP. El ciclo de formación de puente cruzado continuará hasta que el Ca 2+ se elimine del citoplasma por medio activo, dependiente de energía o por agotamiento de almacenes de ATP. Relajación activa La relajación activa depende de la función de SERCA-2. Por cada 1 mol de ATP hidrolizado, 2 mol de Ca 2+ se transportan de nuevo al retículo sarcoplásmico. La funció n de SERCA-2 y el estado regulador de phospholamban influyen significativamente en el proceso de relajación activa dentro del miocito. Otros sistemas, aunque más lentos, para la eliminación de Ca2 + del compartimento citosólico incluyen el intercambiador Na + / Ca2 + , la Ca2 + ATPasa sarcolemática y proteínas de unión al Ca2 + citosólicas adicionales que incluyen calmodulina y calsequestrina. El complejo formado por la unión de calmodulina al Ca2 + intracelular puede activar el Ca2 +sarcolemáticoATPasa para extruir el Ca 2+ citosólico . 41,42 La calsequestrina se une e internaliza Ca 2+ en las vesículas cardiacas internas donde se encuentra. 27,41 Es importante enfatizar que la relajación activa es un proceso altamente dependiente de la energía, y los cambios en esta fase de acoplamiento excitación-contracción se manifiestan como cambios en el rendimiento diastólico de los miocitos.
La contractilidad de los miocitos El resultado final de un potencial de acción transducido con éxito y la iniciación de la liberación de Ca 2+ en el compartimento citosólico del miocito es una contracción. Durante la última década, los refinamientos en métodos de aislamiento, técnicas de cultivo 43 y sistemas de adquisición de computadoras han hecho posible medir la función contráctil en el nivel de miocito único. 44,45 El miocito aislado proporciona una medida para examinar los efectos moduladores de los sistemas de receptores sarcolemáticos con respecto al comportamiento contráctil en ausencia de factores de confusión, tales como las condiciones de carga y la actividad neurohormonal. Por ejemplo, se han examinado más recientemente los efectos directos de la estimulación del receptor β-adrenérgico, así como la modulación de factores aguas abajo en la vía de transducción del receptor β-adrenérgico. 46 En concreto, a la izquierda ventriculares muestra de biopsia de miocardio tomadas en el momento de la cirugía cardíaca puede usarse para aislar miocitos y medir el rendimiento contráctil. Se ha demostrado que se pueden obtener miocitos ventriculares izquierdos humanos aislados quiescentes viables a partir de esta aplicación y tienen la capacidad de responder a la estimulación eléctrica de una manera apropiada (Figura 5). 1. Descargar imagen en tamaño completo Fig. 5 . Un perfil de contracción representativo de un miocito ventricular izquierdo humano aislado humano estimulado a 1 Hz bajo condiciones contráctiles normotérmicas. Se puede apreciar un patrón uniforme de contractilidad. Después de la estimulación del receptor β-adrenérgico (isoproterenol 25 nm), la extensión del acortamiento de los miocitos aumenta significativamente, en consonancia con una respuesta inotrópica positiva. El aumento de la contractilidad que se produce en respuesta a la estimulación inotrópica se deb e a la fosforilación de 3 proteínas clave dentro del miocito: el canal sarcolemático de Ca 2+ , la proteína reguladora del retículo sarcoplasmático, fosfolambano y troponina I del aparato contráctil miocitario. Además, estas preparaciones de miocitos aislados del ventrículo izquierdo pueden proporcionar un medio para estudiar los efectos contráctiles de la estimulación del receptor β-adrenérgico. Como se muestra en la Fig. 5 , la estimulación del receptor β-adrenérgico (25 nm isoproterenol) de los miocitos aislados del ventrículo izquierdo aislados produjo una respuesta inotrópica consistente con los efectos fisiológicos de la transducción del receptor β. Es probable que estos estudios aislados de miocitos proporcionen información importante sobre los mecanismos que regulan el proceso de acoplamiento excitación-contracción en condiciones normales y patológicas relevantes para el cirujano cardiotorácico.
