GUIA PARA EL ESTUDIO

DEL POTENCIAL DE ACCIÓN CARDIACO

INTRODUCCIÓN El corazón es un órgano muscular ubicado en la cavidad torácica, y se constituye funcionalmente como dos bombas. La bomba derecha impulsa la sangre (venosa) por los vasos que conducen al intercambio de gases en los pulmones. La izquierda impulsa la sangre (arterial) por los vasos que irrigan los diferentes tejidos del organismo. La contracción cardíaca se estimula principalmente por los impulsos eléctricos generados en el nodo sinoauricular (SA), el cual se ubica en la región postero-superior de la aurícula derecha (entre vena cava superior y orejuela derecha). Los potenciales de acción se propagan por el sistema de conducción a través de los haces internodales hasta llegar al nodo auriculoventricular (AV), de donde se propagan por las fibras de Purkinje hacia toda la superficie ventricular. El nodo sinoauricular, debido a su mayor frecuencia de disparo, es el principal responsable de determinar la frecuencia de contracción cardiaca. Los potenciales de acción cardíacos difieren de forma significativa dependiendo de sus células de origen y la región del corazón donde se ubican. Las diferencias en forma y velocidad de los potenciales de acción están determinadas por la variabilidad del tipo de canales iónicos participantes y de su cinética (Fig. 1).

Figura 1. Tipos de potenciales de acción dependiendo de la región anatómica

Por ejemplo, si comparamos la fase de despolarización del potencial de acción de dos células, se podría observar que en una la despolarización es rápida (cardiomiocitos de las paredes auriculares y ventriculares), y en otras la despolarización se da a menor velocidad (cardiomiocitos de los nodos SA y AV). En las primeras, predominan las corrientes rápidas de Na+, mientras que, en las segundas, la despolarización es producida por corrientes más lentas de Ca++ (canales de calcio tipo L). En este sentido cada potencial de acción debe ser evaluado de acuerdo a los canales iónicos participantes en un grupo celular particular. El potencial de acción de las células de las fibras rápidas se divide en cinco fases (Fig. 2): La fase ascendente rápida del potencial de acción (fase 0). Un breve período de repolarización parcial precoz (fase 1). Una fase de meseta (fase 2), que persiste durante 0,1-0,2 segundos. Y una fase de repolarización (fase 3) hasta alcanzar el estado de reposo de la polarización (fase 4).

Figura 2. Morfología del potencial de acción en una fibra rápida (A). Las células de respuesta lenta (Fig. 3) se diferencian de las de respuesta rápida debido a que la pendiente de la corriente ascendente (fase 0) es menor. Otra diferencia importante es que no muestran la fase de repolarización precoz (fase 1). Además, la amplitud del potencial de acción y el sobredisparo son mayores en las células de respuesta rápida que en las lentas. El potencial de membrana en reposo (fase 4) es considerablemente más negativo que el potencial de las células lentas.

Figura 3. Morfología del potencial de acción de una fibra lenta. Las diversas fases del potencial de acción cardíaco están relacionadas con cambios en la permeabilidad iónica de la membrana celular, especialmente a los iones Na+, K+ y Ca++. Los cambios en la permeabilidad de la membrana modifican el flujo de los iones a través de la misma y, de este modo, modifican el voltaje de la membrana (Fig. 4).

Figura 4. Cambios en las permeabilidades iónicas asociados a las diferentes fases de potencial de acción cardíaco. En el caso del músculo ventricular, una vez que se ha activado eléctricamente, se desarrolla “refractariedad” a una estimulación adicional. Este período refractario efectivo surge porque los canales de Na+ y de Ca++ (tipo L) dependientes de voltaje responsables de la despolarización se inactivan como consecuencia de la despolarización de la membrana. El período refractario efectivo es análogo al período refractario absoluto del axón. Durante el período refractario efectivo un estímulo eléctrico adicional no puede producir un segundo potencial de acción.

Al final de la meseta (fase 2) las células empiezan a repolarizarse a medida que aumenta la permeabilidad al K+ y disminuye la del Ca++. El período refractario relativo se inicia a medida que los canales de Na+ dependientes de voltaje empiezan a recuperarse de la inactivación. Durante este período sólo estímulos supra umbrales pueden generar un segundo potencial de acción. La refractariedad le proporciona al corazón una medida de seguridad eléctrica, ya que impide que marcapasos ectópicos se generen. Una vez que se inicia un potencial de acción en el nodo sinoauricular, la actividad eléctrica se conduce por la musculatura atrial y posteriormente hacia la musculatura ventricular a través del nodo aurículo-ventricular (fig. 5)

Figura 5. Sistema de conducción eléctrico del corazón humano Comprender los mecanismos iónicos involucrados en la generación del potencial de acción de las células cardiacas es de gran importancia médica, debido a que distintos fármacos tienen como blanco los canales iónicos. A manera ilustrativa podemos mencionar a algunos fármacos que interactúan con distintos canales iónicos, ver (Tabla 1).

Clase Lugardeacción Efecto Ejemplo

IA Bloquea canales de Na+ Prolonga repolarización Procainamida

IB Bloquea canales de Na+ Acorta el potencial de acción

Lidocaína

IC Bloquea canales de Na+ Reducen velocidad de conducción

Propafenona

II Bloquea receptores beta adrenérgicos

Disminuyen el automatismo

Propanolol

III Bloquea canales de K+ Prolongan la repolarización y duración del potencial de acción

Amiodarona

IV Bloquea canales de Ca2+ Deprimen la función de células Ca-dependientes (nodo sinusal y AV)

Verapamilo, Diltiazem

Tabla 1: Clasificación de antiarrítmicos según Vaughan Williams METODOLOGÍA Para el desarrollo de la práctica, utilizaremos el programa “LabHEART v5.3” de la Universidad de California Davis, UC DAVIS (disponible en http://www.labheart.org/), el cual es un software libre, que permite simulaciones del potencial de acción cardiaco, mediante la modificación de las diferentes corrientes iónicas. Al manipular una, o varias corrientes ionicas, se podrá evaluar su efecto sobre la morfología del potencial de acción cardiaco. Dicho software se encuentra instalado en la computadora de cada laboratorio en el menú inicio. En el programa se sugiere visualizar un potencial de acción de un miocito ventricular, y modificar las concentraciones intracelulares y extracelulares para los iones Na+, K+ y Ca++ para que el alumno identifique los cambios que resultan en el potencial de acción debido a cada una de estas variables iónicas y lo integre con los mecanismos de acción. Se recomienda que, para comprender la participación de cada ion, en el apartado de resultados, se realice una gráfica del potencial de acción de un miocito ventricular con las concentraciones basales en color negro, y en la misma gráfica ilustre con diferentes colores los resultados correspondientes a los cambios generados con las diferentes concentraciones iónicas. A continuación, mencionamos la forma de uso del programa:

1. Inicie el programa LabHEART v5.3, en pantalla le aparecerá el siguiente menú:

2. Abra el simulador dando un click en el recuadro de “START”, posteriormente de un click en “RUN FORCE” como se muestra en la siguiente imagen:

3. En pantalla encontrará el simulador sin ninguna gráfica representada:

4. Al dar click en “RUN” se generará un gráfico con las concentraciones iónicas predeterminadas por el programa:

5. Como ya se mencionó previamente, es posible modificar las concentraciones iónicas dentro del simulador, la siguiente ilustración muestra una modificación en la fase 2 del potencial de acción al aumentar la concentración de calcio extracelular:

6. Como complemento, es posible observar la modificación en el potencial de acción posterior a la administración de ciertos medicamentos, para esto se debe dar click en el recuadro “DRUGS” donde aparecerá la siguiente pantalla:

7. En esta sección se puede seleccionar un fármaco y su dosis. Al seleccionar el medicamento y su dosis deberá dar click en “APPLY”:

8. Para regresar nuevamente al gráfico de potencial de acción de click en “EXIT”. Para graficar los cambios generados por el medicamento elegido deberá dar click nuevamente en “RUN”:

RESULTADOS Para poder realizar una integración, ilustre en el siguiente esquema de un potencial de acción de un cardiomiocito ventricular, y sobreponga con diferentes colores los resultados correspondientes a los cambios de concentración iónica. Como ejercicio de relación farmacológica, puede determinar la participación de los fármacos antiarrítmicos con las distintas fases del potencial de acción y su relación con las corrientes iónicas involucradas.

REFERENCIAS Puglisi JL, Bers DM. LabHEART: an interactive computer model of rabbit ventricular myocyte ion channels and Ca transport. Am J Physiol Cell Physiol 281: C2049–C2060, 2001 Morales P, Canales C, Viñas J, Valero B. Rev Clin Med Fam. Vol. 5. Núm. 1 - 01 de febrero 2012 Fernández, Nancy E. Manual de laboratorio de Fisiología 4° Edición, Mc Graw Hill, México, 2008, pp. 225-230 Koeppen, M. Bruce. Berne y Levy: Fisiología 6° Edición, Elsevier, España, 2009. Sánchez C, Corrias A,Bueno-Orovio A, Davies M, Swinton J, et al. The Na+/K+ pump is an important modulator of refractoriness and rotor dynamics in human atrial tissue. Am J Physiol Heart Circ Physiol. 2012 Mar 1; 302(5): H1146–H1159. Participaron en la elaboración de esta guía: MPSS Francisco J. Frayre García, MPSS Cynthia S. Guerra Pérez, MPSS Jhoanna Juárez Padilla, MPSS Valeria F. Peralta Ugalde, MPSS Luis F. Quirino Yescas. Supervisaron: Dr. Vito Hernández Melchor, Dr. Víctor Manuel Rodríguez Molina

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DEL FONOCARDIOGRAMA Y AUSCULTACIÓN PRECORDIAL

INTRODUCCIÓN El corazón, está formado por dos bombas: una derecha que bombea sangre principalmente hacia los pulmones y una izquierda que bombea sangre hacia el resto de la economía del cuerpo. Cada una de estas “bombas” está conformada por una aurícula y un ventrículo, los cuales se encuentran separados por válvulas auriculoventriculares (AV). La mitral para la bomba izquierda, y la tricúspide para la derecha. A su vez, los ventrículos están separados de la aorta y pulmonar mediante sus respectivas válvulas (Fig. 1).

Figura 1. Dirección del flujo sanguíneo dentro de las cavidades del corazón. Los ruidos cardíacos se generan por el cierre de las válvulas en el corazón, y se escuchan fácilmente con uso de un estetoscopio, o bien pueden ser registrados por medio de un fonocardiograma (Fig. 2). En la página del departamento de medicina de la universidad de Washington, (https://depts.washington.edu/physdx/heart/tech.html) se pueden escuchar algunas grabaciones de los ruidos cardiacos normales.

Figura 2. Fonocardiograma Normal Cuando se cierran las válvulas AV se genera un ruido que está caracterizado por un tono bajo, y es relativamente prolongado, a este se le conoce como primer tono cardíaco (S1). Cuando se cierran las válvulas aórtica y pulmonar, al final de la sístole, se produce un ruido seco y rápido (segundo tono cardíaco, S2). Primer ruido (S1): Está formado por dos componentes, uno mitral (M1), y uno tricúspide (T1). M1 es ocasionado por el cierre de la válvula mitral y se ausculta en el ápex (Fig. 3) y T1 resulta del cierre de la válvula tricúspide y se localiza en el borde paraesternal izquierdo bajo (Fig. 2). El primer ruido puede aumentar de intensidad cuando hay una actividad ventricular izquierda vigorosa, como sucede durante el embarazo, hipertensión arterial sistémica, ejercicio, fiebre, anemia. Puede disminuir de intensidad por disfunción ventricular como en el hipotiroidismo, infarto agudo de miocardio, insuficiencia cardiaca y choque. Segundo ruido (S2): También está formado por dos componentes, uno aórtico (A2) y uno pulmonar (P2). A2, es de mayor intensidad, se localiza en el ápex, base y borde paraesternal izquierdo (Fig. 3). Puede aumentar en situaciones donde las presiones arteriales sistémicas se encuentran aumentadas como en la hipertensión arterial sistémica. En cambio, P2 es de menor intensidad y se localiza en el segundo espacio intercostal izquierdo (Fig. 2). Puede aumentar de intensidad, cuando se aumenten las presiones pulmonares como sucede en la hipertensión pulmonar. Tercer ruido (S3): Se considera normal en personas menores de 30 años de edad. Es un ruido de baja frecuencia que se ausculta mejor con la campana del estetoscopio. Se debe a vibraciones al iniciarse la diástole que producen los músculos papilares, las cuerdas tendinosas y el mismo músculo ventricular durante la dilatación de la cavidad ventricular. Se presenta aproximadamente 0.16 segundos después del segundo ruido; y se ausculta mejor en el foco tricúspide. El ritmo de galope diastólico consiste en la presencia de un tercer ruido en un corazón que presenta taquicardia, lo que da a la auscultación el carácter de galope de caballo. Esto es ocasionado por un incremento en la presión diastólica en pacientes con falla ventricular. Cuarto ruido (S4): Puede escucharse en condiciones patológicas en las que una contracción auricular inusualmente fuerte se combina con una distensibilidad baja del ventrículo izquierdo. Es de baja frecuencia y se ausculta mejor con la campana del estetoscopio en el ápex (Fig. 3) El galope de suma se presenta cuando hay superposición del galope auricular (cuarto ruido) con el galope ventricular (tercer ruido). Y constituye un dato de insuficiencia cardíaca.

S1 S2 S3

Figura 3. Localización anatómica de los focos cardiacos METODOLOGÍA Material

● Estetoscopio Iniciar la fase práctica con los ejemplos de ruidos que podrá encontrar en la PC de escritorio, en la carpeta de Documentos bajo el nombre de “Ruidos Cardiacos”. Para iniciar la exploración, se procederá sistemáticamente a la inspección del paciente. a) El primer paso consistirá en realizar una inspección dirigida a la región precordial, observando la forma y el estado de superficie del tórax buscando dirigidamente pectum excavatum, carinatum, asimetría del tórax, cianosis central o red venosa colateral. Se palpa el tórax de manera gentil en búsqueda de tumoraciones, tumores y tumefacciones, enfisema subcutáneo y calidad de los grupos musculares. b) El siguiente paso será determinar la frecuencia cardiaca mediante la auscultación de los ruidos cardíacos de un sujeto sano.

● Para ello, coloque el estetoscopio en el área precordial y determine cuántos latidos hay en un minuto colocando al sujeto en decúbito supino, decúbito lateral izquierdo,

Región infraclavicular

Región axilar

sedestación y bipedestación, observando cómo se modifican estos en función de la posición corporal. Haga una gráfica con los valores obtenidos.

c) Determine cuánto tiempo es necesario para tener una idea de cómo varía la frecuencia cardiaca en función de maniobras experimentales [por ejemplo, al realizar ejercicio aeróbico] (usted las puede proponer y discutir con su equipo y el profesor de laboratorio). AUSCULTACIÓN DEL ÁREA PRECORDIAL El diafragma del estetoscopio debe colocarse directamente sobre la piel del sujeto sin presionar demasiado, ya que, si se hace sobre la ropa, los sonidos agregados son amplificados por el estetoscopio e impiden escuchar de manera adecuada y realizar un buen registro. 1) Tomando la aurícula izquierda como ruta de salida del flujo sanguíneo, iniciamos la auscultación en el foco mitral (lo cual nos muestra fenómenos propios de la válvula mitral, fenómenos irradiados de la continuidad del anillo aórtico y soplos apicales), ubicado en el 5to espacio intercostal (EI) izquierdo, línea medio clavicular. 2) Foco aórtico accesorio: Nos muestra fenómenos obstructivos dinámicos de la vía de salida del ventrículo izquierdo (ejemplo: hipertrofia asimétrica septal del ventrículo izquierdo), ubicado entre los focos mitral y pulmonar. 3) Foco aórtico: Sirve para valorar alteraciones de la válvula aórtica, ubicado en el 4to EI derecho, línea paraesternal 4) Foco tricúspide: Sirve para valorar patología tricúspideo e irradiaciones, ubicado en apéndice xifoides. 5) Foco pulmonar: Sirve para valorar alteraciones de la válvula pulmonar, ubicado en 4to EI derecho, línea paraesternal. Ejemplo de un Fonocardiograma

S1 S2 S3

RESULTADOS Para poder realizar una integración, elaborar un esquema de la región precordial, de manera libre, donde localice los focos cardiacos y pueda resumir los fenómenos acústicos que suceden en cada uno. BIBLIOGRAFÍA Fernández, Nancy E. Manual de laboratorio de Fisiología 4° Edición, Mc Graw Hill, México, 2008, pp. 225-230 Koeppen, M. Bruce. Berne y Levy: Fisiología 6° Edición, Elsevier, España, 2009. Participaron en la elaboración de esta guía: MPSS Francisco J. Frayre García, MPSS Cynthia S. Guerra Pérez, MPSS Jhoanna Juárez Padilla, MPSS Valeria F. Peralta Ugalde, MPSS Luis F. Quirino Yescas. Supervisaron: Dr. Vito Hernández Melchor, Dr. Víctor Manuel Rodríguez Molina