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Elementos da Função Cardíaca (slides) As células do coração, como os neurônios (esses disparam mais que o coração por ter um período refratário maior), são excitáveis e geram potenciais de ação. Esses potenciais de ação promovem a contração e, assim, o ritmo cardíaco. Distúrbios na atividade elétrica podem levar a uma alteração séria do ritmo cardíaco e, por vezes, letal. dois principais tipos de potenciais de ação que ocorrem no coração. O primeiro tipo, a resposta rápida, ocorre em miócitos atriais e ventriculares normais e em fibras condutoras especializadas (as fibras de Purkinje e His do coração) e é dividido em cinco fases. A fase ascendente do potencial de ação é chamada de fase 0. Essa despolarização é seguida por breve período inicial de repolarização parcial (fase 1) e, então, por um platô (fase 2), que persiste por cerca de 0,1 a 0,2 segundo. A membrana é então repolarizada (fase 3) até que a polaridade de repouso (fase 4) seja novamente atingida. A repolarização final (fase 3) ocorre mais lentamente que a despolarização (fase 0). Tabela slide Potencial de ação rápido Fase 0 – Abertura dos canais de Na+ dependente de voltagem (influxo rápido) rápida despolarização, alta velocidade de condução. Fase 1 – Inativação dos canais de Na+, abertura dos canais de K+ e de Cl -, rápida e transitória repolarização. Fase 2 – Fase de platô, queda lenta, tende a despolarizar devido a entrada lenta de Ca+2 e tende a repolarização pelo efluxo de potássio, devido às tendências opostas a carga se mantém. Fase 3 – Fase de repolarização, os canais de Ca+2 se fecham, mantêm a saída de potássio. Fase 4 – Depende de onde ela está ocorrendo. Contrátil – Manutenção do potencial de repouso. Purkinje – Não tem manutenção do potencial de repouso, despolarização lenta até o limiar de excitabilidade. Ativação espontânea de canais de sódio e cálcio lento, automatismo. O outro tipo de potencial de ação, a resposta lenta, ocorre no nó sinoatrial (SA), que é a região marca-passo natural do coração, e no nó atrioventricular (AV), que é um tecido especializado na condução do impulso cardíaco dos átrios para os ventrículos. As células de resposta lenta não apresentam a fase inicial de repolarização (fase 1). Outras diferenças entre as propriedades elétricas das células de resposta lenta e as de resposta rápida incluem as descritas a seguir. O potencial de repouso da membrana (fase 4) das células de resposta rápida é consideravelmente mais negativo que o das células de resposta lenta. Além disso, a velocidade de despolarização (fase 0), a amplitude do potencial de ação e a retomada do potencial são maiores nas células de resposta rápida que nas de resposta lenta. Tabela slide Potencial lento Fase 0 – Despolarização lenta, influxo de cálcio pelos canais do tipo L. Fase ausente – 1. Fase 2- Fase de Platô, menos estável e longa do que no potencial rápido. Fase 3 – Repolarização com a inativação dos canais de cálcio e ativação dos canais de potássio, efluxo de potássio. Fase 4 – Automatismo, ativação dos canais de Na+ e de cálcio tipo T. Desativação das correntes repolarizantes de potássio. O período refratário efetivo (PRE) e o período refratário relativo (PRR) estão destacados. Note que, quando comparado com as fibras de resposta rápida, o potencial de repouso das fibras lentas é menos negativo, a despolarização (fase 0) é menos rápida, a amplitude do potencial de ação menor, a fase 1, está ausente e o PRR se extende bastante pela fase 4, após as fibras estarem totalmente repolarizadas. Obs: Dois tipos de canais de Ca++ (tipo L e tipo T) foram identificados no tecido cardíaco. São chamados canais do tipo L porque, uma vez abertos, são lentamente inativados e Canais do tipo L são bloqueados por antagonistas do canal de Ca++. A amplitude do potencial de ação e a velocidade de repolarização são determinantes importantes da velocidade de propagação ao longo das fibras miocárdicas. No tecido cardíaco de resposta lenta, o potencial de ação se propaga mais lentamente e a condução é mais facilmente bloqueada que no tecido de resposta rápida. A condução lenta e uma tendência a bloqueios aumentam a probabilidade de ocorrência de alguns distúrbios do ritmo. As várias fases do potencial de ação cardíaco estão associadas às variações da permeabilidade da membrana celular, principalmente para os íons Na+, K+ e Ca++. Variações da permeabilidade da membrana celular alteram a intensidade do movimento desses íons através da membrana e, portanto, modificam sua voltagem (Vm). Tais mudanças são produzidas pela abertura e fechamento de canais iônicos específicos para cada íon. Como em todas as outras células do corpo, a concentração de K+ no interior da célula muscular cardíaca ([K+] i) excede a concentração no exterior ([K+] e). O gradiente inverso de concentração existe para o Na+ e o Ca++. Estimativas das concentrações extracelular e intra de Na+, K+ e Ca++ e os potenciais de equilíbrio de Nernst para esses íons são mostrados abaixo. Em resumo: Fase 4: potencial de membrana em repouso. As células miocárdicas contráteis têm um potencial de repouso estável de aproximadamente - 90 mV. Fase 0: despolarização. Quando a onda de despolarização entra na célula contrátil através das junções comunicantes, o potencial de membrana torna-se mais positivo. Os canais de Na dependentes de voltagem se abrem, permitindo que a entrada de Na despolarize rapidamente a célula. O potencial de membrana atinge cerca de + 20 mV antes de os canais de Na se fecharem. Estes são canais de Na com duas comportas, similares aos canais de Na dependentes de voltagem do axônio. Fase 1: repolarização inicial. Quando os canais de Na se fecham, a célula começa a repolarizar à medida que o K deixa a célula pelos canais de K abertos. Fase 2: o platô. A repolarização inicial é muito breve. O potencial de ação, então, se achata e forma um platô como resultado de dois eventos: uma diminuição na permeabilidade ao K e um aumento na permeabilidade ao Ca2. Os canais de Ca2 dependentes de voltagem ativados pela despolarização foram abertos lentamente durante as fases 0 e 1. Quando eles finalmente abrem, o Ca2 entra na célula. Ao mesmo tempo, alguns canais “rápidos” de K se fecham. A combinação do influxo de Ca2 com a diminuição do efluxo de K faz o potencial de ação se achatar e formar um platô. Fase 3: repolarização rápida. O platô termina quando os canais de Ca2 se fecham e a permeabilidade ao K aumenta mais uma vez. Os canais lentos de K, responsáveis por essa fase, são similares aos dos neurônios: eles são ativados pela despolarização, mas são abertos lentamente. Quando os canais lentos de K se abrem, o K sai rapidamente e a célula retorna para seu potencial de repouso (fase 4). Obs: rápido: o potencial da membrana –90 mV; o limiar de excitação de cerca de –50 mV; potencial de ação +20 mV; lento: o potencial da membrana –60 mV; o limiar de excitação de cerca de –40 mV; potencial de ação +20 mV; o período refratário é o período após um potencial de ação durante o qual um estímulo normal não pode desencadear um segundo potencial de ação. No músculo cardíaco, o longo potencial de ação faz o período refratário e a contração terminarem simultaneamente. Quando um segundo potencial de ação pode ocorrer, a célula miocárdica está quase completamente relaxada. Consequentemente, não ocorre somação. Em contrapartida, o potencial de ação e o período refratário do músculo esquelético terminam justamente com o início da contração. Por esse motivo, o disparo de um segundo potencial de ação imediatamente após o período refratário causa a somação das contrações. Se uma série de potenciaisde ação ocorrer em rápida sucessão, resultará em uma contração sustentada, conhecida como tétano. Obs: Canais de K+ são caracterizados como canais retificadores tardios (ik). O canal de ativação mais lenta é designado canal iKs, enquanto o canal de ativação mais rápida é designado canal iKr. O sinal elétrico para a contração começa quando o nó SA dispara um potencial de ação e a despolarização se propaga para as células vizinhas através das junções comunicantes. A condução elétrica é rápida através das vias de condução internodais 2, porém mais lenta através das células contráteis do átrio 3. Quando os potenciais de ação se espalham pelos átrios, eles encontram o esqueleto fibroso do coração na junção entre os átrios e os ventrículos. Esta barreira impede que os sinais elétricos sejam transferidos dos átrios para os ventrículos. Consequentemente, o nó AV é o único caminho através do qual os potenciais de ação podem alcançar as fibras contráteis dos ventrículos. O sinal elétrico passa do nó AV para o fascículo AV e seus ramos até o ápice do coração. Os ramos subendocárdicos (fibras de Purkinje) transmitem os impulsos muito rapidamente, com velocidades de até 4 ms, de modo que todas as células contráteis do ápice se contraem quase ao mesmo tempo 5. O eletrocardiograma reflete a atividade elétrica do coração O eletrocardiograma (ECG) representa a soma da atividade elétrica de todas as células do coração registradas na superfície corporal. Triângulo de Einthoven. Os eletrodos do ECG são fixados nos braços e na perna, formando um triângulo. Uma derivação consiste em um par de eletrodos, um positivo e um negativo. Um ECG registra uma derivação de cada vez. A atividade elétrica de todas as células do coração em um determinado momento pode ser representada por um vetor elétrico resultante, como mostrado aqui pela despolarização atrial. A direção da deflexão no traçado do ECG indica a relação entre a direção do vetor do fluxo de corrente elétrica e o eixo da derivação. Um eletrocardiograma é dividido em ondas (P, Q, R, S, T), segmentos entre as ondas (p. ex., os segmentos P-R e S-T) e intervalos, que consistem da combinação de ondas e segmentos (assim como os intervalos PR e QT). Este traçado de ECG foi registrado na derivação I. A primeira onda é a onda P, a qual corresponde à despolarização atrial. O próximo trio de ondas, o complexo QRS, representa a onda progressiva da despolarização ventricular. Por vezes, a onda Q está ausente em um ECGs normal. A onda final, a onda T, representa a repolarização dos ventrículos. A repolarização atrial não é representada por uma onda especial, mas está incorporada no complexo QRS. Onda P: despolarização atrial Segmento P-R: condução através do nó AV e do fascículo AV Complexo QRS: despolarização ventricular Onda T: repolarização ventricular. Patologia: As arritmias são problemas elétricos que surgem durante a geração ou condução de potenciais de ação através do coração e, em geral, podem ser observados em um ECG. Um ECG fornece informações da frequência cardíaca e do ritmo, da velocidade de condução e até mesmo da condição dos tecidos do coração. Assim, embora seja simples obter um ECG, sua interpretação pode ser muito complicada. Qual é a frequência cardíaca? A frequência cardíaca é normalmente cronometrada do início de uma onda P até o início da próxima onda P, ou do pico de uma onda R até o pico da onda R seguinte. Uma frequência cardíaca de 60 a 100 batimentos por minuto é considerada normal, embora atletas treinados frequentemente tenham frequência cardíaca de repouso menor. Uma frequência mais rápida que a normal é chamada de taquicardia, e mais baixa que a normal é chamada de bradicardia. O ritmo dos batimentos cardíacos é regular (i.e., ocorre em intervalos regulares) ou irregular? Um ritmo irregular, ou arritmia, pode ser resultado de um batimento extra benigno ou de condições mais sérias, como a fibrilação atrial, na qual o nó SA perde o controle de marca-passo. Todas as ondas normais estão presentes em uma forma reconhecível? Após determinar a frequência cardíaca e o ritmo, o próximo passo ao analisar um ECG é olhar as ondas individuais. Para ajudar na sua análise, você pode precisar escrever as letras sobre as ondas P, R e T. contração muscular cardíaca (slides) No músculo esquelético, a acetilcolina do neurônio motor somático estimula um potencial de ação e dá início ao acoplamento excitação-contração (acoplamento EC). No músculo cardíaco, um potencial de ação também inicia o acoplamento EC, contudo, o potencial de ação origina-se espontaneamente nas células marca-passo do coração e se propaga para as células contráteis através das junções comunicantes. Outros aspectos do acoplamento EC cardíaco são similares aos processos encontrados na contração dos músculos esquelético e liso. Ilustra o acoplamento EC e o relaxamento do músculo cardíaco. Um potencial de ação que entra em uma célula contrátil se move pelo sarcolema e entra nos túbulos T 1, onde abre os canais de Ca2 dependentes de voltagem tipo L na membrana das células. 2. O Ca2 entra nas células através desses canais, movendo-se a favor do seu gradiente eletroquímico. A entrada de cálcio abre os canais liberadores de cálcio do tipo rianodínico (RyR) no retículo sarcoplasmático. 3. Esse processo do acoplamento EC no músculo cardíaco é também chamado de liberação de Ca2-induzida pelo Ca2 (LCIC). Quando os canais RyR se abrem, o cálcio estocado flui para fora do retículo sarcoplasmático e entra no citosol. 4, criando uma fagulha que pode ser vista utilizando-se métodos bioquímicos especiais. A abertura múltipla de diferentes canais RyR se somam para criar o sinal de Ca2 5. A liberação de cálcio do retículo sarcoplasmático fornece, aproximadamente, 90% do Ca2 necessário à contração muscular, sendo que os 10% restantes entram na célula a partir do líquido extracelular. O cálcio difunde-se pelo citosol para os elementos contráteis, onde se liga à troponina e inicia o ciclo de formação de pontes cruzadas e o movimento 6. A contração ocorre pelo mesmo tipo de movimento de deslizamento de filamentos que ocorre no músculo esquelético. O relaxamento no músculo cardíaco geralmente é similar ao do músculo esquelético. Com a diminuição das concentrações citoplasmáticas de Ca2, o Ca2 desliga-se da troponina, liberando a actina da miosina, e os filamentos contráteis deslizam de volta para sua posição relaxada 7. Como no músculo esquelético, o Ca2 é transportado de volta para o retículo sarcoplasmático com a ajuda da Ca2- ATPase 8. Entretanto, no músculo cardíaco, o Ca2 também é removido de dentro da célula pelo trocador Na-Ca2 (NCX) 9. Um Ca2 é movido para fora da célula contra o seu gradiente eletroquímico em troca de 3 Na para dentro da célula a favor do seu gradiente eletroquímico. O sódio que entra na célula durante essa troca é removido pela Na -K -ATPase 10. O ciclo cardíaco (slides) O coração contrai e relaxa durante um ciclo cardíaco cada ciclo cardíaco possui duas fases: diástole, o tempo durante o qual o músculo cardíaco relaxa, e sístole, período durante o qual o músculo contrai. 1 O coração em repouso: diástole atrial e ventricular. Começamos o ciclo cardíaco no breve momento durante o qual tanto os átrios como os ventrículos estão relaxados. Os átrios estão se enchendo com o sangue vindo das veias e os ventrículos acabaram de completar uma contração. À medida que os ventrículos relaxam, as valvas AV entre os átrios e os ventrículos se abrem e o sangue flui por ação da gravidade dos átrios para os ventrículos. Os ventrículos relaxados expandem-se paraacomodar o sangue que entra. 2 Término do enchimento ventricular: sístole atrial. A maior quantidade de sangue entra nos ventrículos enquanto os átrios estão relaxados, mas pelo menos 20% do enchimento é realizado quando os átrios contraem e empurram sangue para dentro dos ventrículos. A sístole, ou contração atrial, inicia seguindo a onda de despolarização que percorre rapidamente os átrios. A pressão aumentada que acompanha a contração empurra o sangue para dentro dos ventrículos. Embora as aberturas das veias se estreitem durante a contração, uma pequena quantidade de sangue é forçada a voltar para as veias, uma vez que não há valvas unidirecionais para bloquear o refluxo do sangue. 3 Contração ventricular precoce e primeira bulha cardíaca. Enquanto os átrios se contraem, a onda de despolarização se move lentamente pelas células condutoras do nó AV e, então, pelas fibras de Purkinje até o ápice do coração. A sístole ventricular inicia no ápice do coração quando as bandas musculares em espiral empurram o sangue para cima em direção à base. O sangue empurrado contra a porção inferior das valvas AV faz elas se fecharem, de modo que não haja refluxo para os átrios. As vibrações seguintes ao fechamento das valvas AV geram a primeira bulha cardíaca, S1, o “tum” do “tum-tá”. Com ambos os conjuntos de valvas AV e válvulas semilunares fechadas, o sangue nos ventrículos não tem para onde ir. Entretanto, os ventrículos continuam a se contrair, comprimindo o sangue. Isso é similar a uma contração isométrica, na qual as fibras musculares geram força sem produzir movimento. Retomando a analogia do tubo de creme dental, é como apertá-lo ainda com a tampa: alta pressão é gerada no interior do tubo, mas o creme dental não tem por onde sair. Essa fase é chamada de contração ventricular isovolumétrica, a fim de destacar o fato de que o volume sanguíneo no ventrículo não está variando. Enquanto os ventrículos iniciam sua contração, as fibras musculares atriais estão repolarizando e relaxando. Quando as pressões no átrio atingem valores inferiores às pressões nas veias, o sangue volta a fluir das veias para os átrios. O fechamento das valvas AV isola as câmaras cardíacas superiores das inferiores e, dessa forma, o enchimento atrial é independente dos eventos que ocorrem nos ventrículos. 4 A bomba cardíaca: ejeção ventricular. Quando os ventrículos contraem, eles geram pressão suficiente para abrir as válvulas semilunares e empurrar o sangue para as artérias. A pressão gerada pela contração ventricular torna-se a força motriz para o fluxo sanguíneo. O sangue com alta pressão é forçado pelas artérias, deslocando o sangue com baixa pressão que as preenche, empurrando-o ainda mais adiante na vasculatura. Durante essa fase, as valvas AV permanecem fechadas e os átrios continuam se enchendo. 5 Relaxamento ventricular e a segunda bulha cardíaca. No final da ejeção ventricular, os ventrículos começam a repolarizar e a relaxar, diminuindo a pressão dentro dessas câmaras. Uma vez que a pressão ventricular cai abaixo da pressão nas artérias, o fluxo sanguíneo começa a retornar para o coração. Este fluxo retrógrado enche os folhetos (cúspides) em forma de taça das válvulas semilunares, forçando-os para a posição fechada, as vibrações geradas pelo fechamento das válvulas semilunares geram a segunda bulha cardíaca, S2, o “tá” do “tum-tá”. Uma vez que as válvulas semilunares se fecham, os ventrículos novamente se tornam câmaras isoladas. As valvas AV permanecem fechadas devido à pressão ventricular que, embora em queda, ainda é maior que a pressão nos átrios. Esse período é chamado de relaxamento ventricular isovolumétrico, porque o volume sanguíneo nos ventrículos não está mudando. Quando o relaxamento do ventrículo faz a pressão ventricular cair até ficar menor que a pressão nos átrios, as valvas AV se abrem. O sangue que se acumulou nos átrios durante a contração ventricular flui rapidamente para os ventrículos. O ciclo cardíaco começou novamente. (a) O ciclo cardíaco entre contração (sístole) e relaxamento (diástole). (b) As mudanças na pressão-volume do ventrículo esquerdo durante o ciclo cardíaco. Essa curva pressão-volume representa um ciclo cardíaco. Movendo-se em torno da curva de A para B, C e D e retornando para A, temos a representação do enchimento do coração com sangue ao longo do tempo; em seguida, ele contrai. O diagrama de Wiggers. Este diagrama relaciona as pressões do coração à esquerda e da aorta com o volume sanguíneo do coração à esquerda e o ECG em um ciclo cardíaco. As letras dentro das caixas referem-se aos itens 28 a 30 de “Revisando conceitos”: Obs: O ventrículo agora contém o volume máximo de sangue que ele manterá durante este ciclo cardíaco (ponto B). Como o enchimento máximo do ventrículo ocorre no final do relaxamento ventricular (diástole), este volume recebe o nome de volume diastólico final (VDF). O coração não se esvazia completamente de sangue a cada contração ventricular. O volume sanguíneo deixado no ventrículo ao final da contração é chamado de volume sistólico final (VSF). O VSF (ponto D) é a menor quantidade de sangue que o ventrículo contém durante um ciclo cardíaco. A quantidade de sangue (volume) bombeado por um ventrículo durante uma contração é chamada de volume sistólico. É medido em mililitros por batimento e pode ser calculado da seguinte forma: Volume sanguíneo antes da contração- volume sanguíneo após a contração volume sistólico= VDF- VSF = volume sistólico. o débito cardíaco (DC) é o volume sanguíneo ejetado pelo ventrículo esquerdo em um determinado período de tempo. O reflexo barorreceptor controla a pressão arterial (slides) A principal via reflexa para o controle homeostático da pressão arterial média é o reflexo barorreceptor. Os mecanorreceptores sensíveis ao estiramento, denominados barorreceptores, estão localizados nas paredes das artérias carótidas e aorta, onde eles monitoram continuamente a pressão do sangue que flui para o cérebro (barorreceptores carotídeos) e para o corpo (barorreceptores aórticos). Os barorreceptores carotídeos e aórticos são receptores sensíveis ao estiramento tonicamente ativos que disparam potenciais de ação continuamente durante a pressão arterial normal. Quando a pressão arterial nas artérias aumenta, a membrana dos barorreceptores estira, e a frequência de disparos do receptor aumenta. Se a pressão sanguínea cai, a frequência de disparos do receptor diminui. Se a pressão arterial se modifica, a frequência de potenciais de ação que viajam a partir dos barorreceptores para o centro de controle cardiovascular bulbar muda. O CCC integra as entradas sensoriais e inicia uma resposta apropriada. A resposta do reflexo barorreceptor é muito rápida: mudanças no débito cardíaco e na resistência periférica ocorrem dentro de dois batimentos cardíacos após o estímulo. Os sinais que partem do centro de controle cardiovascular são veiculados pelos neurônios autonômicos simpáticos e parassimpáticos. A função cardíaca é regulada por controle antagônico. A aumentada atividade simpática aumenta a frequência cardíaca, encurta o tempo de condução através do nó AV e aumenta a força de contração miocárdica. Aumentando a atividade parassimpática, ocorre diminuição da frequência cardíaca, mas somente um pequeno efeito na contração ventricular. Os barorreceptores aumentam sua frequência de disparos quando a pressão arterial aumenta, ativando o centro de controle cardiovascular bulbar. Em resposta, o centro de controle cardiovascular aumenta a atividade parassimpática e diminui a atividade simpática, a fim de reduzir a atividadedo coração e dilatar as arteríolas. Quando a frequência cardíaca cai, o débito cardíaco também cai. Nos vasos, a diminuída atividade simpática causa dilatação das arteríolas, reduzindo sua resistência e permitindo maior saída de fluxo sanguíneo das artérias. Como a pressão arterial média é diretamente proporcional ao débito cardíaco e à resistência periférica (PAM = DC x RP), a combinação do reduzido débito cardíaco e da diminuída resistência periférica reduz a pressão arterial média. A PAM é a força propulsora do fluxo sanguíneo, mas o que a determina? A pressão arterial é um balanço entre o fluxo sanguíneo para dentro das artérias e o fluxo sanguíneo para fora das artérias. Se o fluxo para dentro excede o fluxo para fora, o volume sanguíneo nas artérias aumenta e a pressão arterial média também. Se o fluxo para fora excede o para dentro, o volume diminui e a pressão arterial média cai. O fluxo sanguíneo para dentro da aorta é igual ao débito cardíaco do ventrículo esquerdo. O fluxo sanguíneo para fora das artérias é influenciado principalmente pela resistência periférica, definida como a resistência ao fluxo oferecida pelas arteríolas. Então, a PAM é proporcional ao débito cardíaco (DC) vezes a resistência (R) das arteríolas: PAM = DC x R Veremos como isso funciona. Se o débito cardíaco aumenta, o coração bombeia mais sangue para dentro das artérias por unidade de tempo. Se a resistência ao fluxo sanguíneo para fora das artérias não mudar, o fluxo para dentro das artérias fica maior que o fluxo para fora, o volume sanguíneo nas artérias aumenta, e a pressão sanguínea arterial sobe. Dois fatores adicionais podem influenciar a pressão sanguínea arterial: a distribuição de sangue na circulação sistêmica e o volume total de sangue. A distribuição relativa de sangue entre os lados arterial e venoso da circulação pode ser um fator importante para manter a pressão sanguínea arterial. Esfigmomanometria. A pressão sanguínea arterial é mensurada com um esfigmomanômetro (uma bolsa inflável mais um aferidor de pressão, o manômetro) e um estetoscópio.
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