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Fisiología Humana Trabajo Práctico Nº6 Circulatorio I Alumnos: Rego Malek, Yamila Salmini, Morena Nahir Teme, María Ángeles Turina, Abril Villaroel Cornejo, Matías Nahuel 1) Corazón suspendido de sapo. Efecto de variables fisiológicas sobre el miocardio. Preparado: Cardiograma de suspensión; sapo desmedulado con corazón al descubierto; mantener humedecido con solución Ringer. Observar el orden de contracción de seno venoso, aurículas y ventrículo. Identificar la sístole y la diástole. Determinar la frecuencia cardiaca basal y luego de cada uno de los siguientes procedimientos (lavar con solución Ringer entre cada uno de ellos): a. Aplicar un tubo de ensayo con agua fría sobre el seno venoso o aurícula. Si agrego agua fría, disminuye la frecuencia cardíaca (bradicardia), por lo tanto, también disminuye el gasto energético o cardiaco. Además, los cambios generados por la temperatura son cambios homométricos (no cambian la longitud inicial de la fibra muscular). b. Repetir con un tubo con agua tibia. Al aplicar agua tibia sobre el seno venoso o aurícula, el organismo captaría este estímulo como cambios en la temperatura corporal. En este caso, la frecuencia cardíaca aumenta y hay taquicardia, y por lo tanto aumenta el gasto cardíaco. Con el aumento de la temperatura hay vasodilatación lo cual, afecta en la perfusión de iones como el Ca++ (el cual inicia la despolarización) c. Aplicar unas gotas de solución de acetilcolina al 1:1000 La acetilcolina se libera en fibras parasimpáticas (efecto vagal) y posee dos efectos en el corazón; primero reduce la frecuencia cardiaca del nódulo sinusal y segundo, reduce la excitabilidad de las fibras de la unión AV entre la musculatura auricular y el nódulo AV, retrasando la transmisión del impulso cardíaco. La acetilcolina aumenta mucho la permeabilidad de las membranas de las fibras a los iones de K+; esto se produce porque actúa con receptores M2 (ejercen un efecto ionotrópico negativo) que están asociados a proteínas G, esta disminuye los niveles de AMPc y abre canales de K+, de esta manera hiperpolariza las células de marcapaso e inhibe la apertura de canales de Ca++ T. Por lo tanto, al agregar gotitas de acetilcolina en el corazón del sapo se verá el mismo resultado que el ejercido por una fibra parasimpática, una menor actividad. La acetilcolina actúa sobre células de marcapaso (nodo SA y AV) y alarga el prepotencial; además, los cambios que produce en la fibra muscular son homométricos. El corazón del sapo se observa de un color más rojo, dado que hay una mayor relajación de los vasos sanguíneos del pericardio, lo que le otorga este color característico diastólico. d. Colocar unas gotas de solución de adrenalina al 1:1000 La adrenalina es una catecolamina que tiene efectos opuestos al de la acetilcolina en el corazón. La adrenalina es liberada por fibras simpáticas, y esta actúa con receptores β1 adrenérgicos que ejercen un efecto ionotrópico positivo. Los receptores están asociados a proteínas G que activa al adenilato ciclasa que produce un aumento de AMPc y este posee efectos en la homeostasis de Ca++. El Ca++ activa a una proteína cinasa A y este conduce a la fosforilación de los conductos de Ca++ dependentes de voltaje, lo que hace que pasen más tiempo. Esto se llama acción cronotrópica y no hay un incremento en la longitud de la fibra muscular. Por lo tanto, al agregar gotitas de adrenalina en el corazón del sapo se verá el mismo resultado que el ejercido por una fibra simpática, una mayor actividad; este efecto es homométrico y el corazón se verá más pálido gracias a que la contracción ventricular reduce la circulación en la vascularización del pericardio. e. Aplicar unas gotas de solución de CaCl- (de concentración mayor a la empleada en la solución de Ringer). Las gotas de CaCl2 van a aumentar la frecuencia cardíaca en el corazón del sapo (y por lo tanto el gasto energético), dado que el calcio extracelular es el causante de la contracción miocárdica; a diferencia del músculo estriado que el Ca++ provenía únicamente del retículo sarcoplásmico. Diferente seria agregarle KCl++, al agregárselo, el corazón (si administramos prolongadamente KCl++) entra en asistolia dado que se igualan las concentraciones extra e intracelulares de potasio (el ion que, gracias a su difusión libre en la membrana plasmática, produce el potencial en reposo de la misma) Extraer el corazón, incluyendo el seno venoso, y colocarlo dentro de un vidrio de reloj lleno de solución de Ringer. Analizar el automatismo de las diferentes porciones. Al extraer al corazón se coloca al mismo en solución de Ringer es una solución de varias sales disueltas en el agua con el fin de crear una solución isotónica con respecto a los fluidos corporales de un animal. Esta contiene típicamente NaCl, KCl, CaCl- y HCO3-, con el último utilizado para equilibrar el pH. Por lo tanto, la solución de Ringer, genera un ambiente necesario con los iones específicos para que la célula de marcapaso pueda seguir contrayéndose de manera automática. El corazón, al quitarle la unión con los grandes vasos, seguirá contrayéndose ya que, no tiene un potencial de membrana en reposo constante. Las células del nodo sinusal y AV se van haciendo cada vez más y más positiva con respecto al exterior hasta que llega un momento en que desencadena un potencial de acción y el ventrículo se contrae (sístole), después de ello la célula llega a su estado de reposo, en la que el valor de la membrana vuelve a ser negativa para comenzar de nuevo a ser positiva (prepotencial) y darse así, el ciclo cardíaco. Estos cambios propios del potencial de membrana sin necesidad de ningún estímulo neuronal se deben a unos canales iónicos de Ca++ que se encuentran abiertos “por defecto” y que no encontramos en demás células. De esta forma, el corazón late rítmicamente según la velocidad del ciclo en el que las células marcapasos se van haciendo progresivamente positivas por el paso de Ca++ a través de los canales T y L. Lo mencionado, es una propiedad del corazón llamado automatismo (cronotropismo) propio de las células marcapaso, además posee características como la excitabilidad (batmotropismo), conductividad (dromotropismo), contractibilidad (ionotropismo) y la propiedad de relajación (lusotropismo) 2) FIGURAS 3 y 4 El tejido cardíaco se encuentra conformado por diferentes tipos de células, entre ellas: 1. Células del miocardio (músculo estriado cardíaco), que conforman las paredes auriculares y ventriculares, las cuales son excitables y contráctiles (inotropismo). 1. Células P o “marcapaso”, en el nódulo sinusal y auriculoventricular, las cuales son excitables, rítmicas y automáticas (cronotropismo). En cada uno de estos tipos se producen diferentes fenómenos eléctricos durante un potencial de acción. 1. El músculo estriado cardíaco es un tejido similar al músculo estriado esquelético. Posee estriaciones (bandas A, I, línea Z y M); su unidad funcional, conformada por miofilamentos finos y delgados (actina, miosina, troponina y tropomiosina) se organiza en sarcómeros y posee su propio sistema sarcotubular con triadas (estas a nivel de la línea Z, no en la unión A-I). Además, presenta discos intercalares (fortalecen la cohesión) y uniones del tipo GAP o “Nexus”, lo cual permite la diseminación de la excitación de una fibra a otra, permitiendo al músculo cardíaco funcionar como si fuera un sincitio. El potencial de reposo en un cardiomiocito es de -90 mV, al recibir un estímulo igual o mayor al umbral esta célula es capaz de producir un potencial de acción el cual se desarrolla en cuatro fases: Eje y: potencial de membrana en mV. Eje x: tiempo en ms. Fase 0 Se produce una despolarización rápida inicial debida al cambio de voltaje producido por el estímulo el cual produce la abertura de los conductos de Na+ regulados por voltaje. Duración = 2 ms. Fase 1 Se da una repolarización rápida inicial por el cierre de los conductos de Na+ y la abertura de canales de K+. Fase 2 Se produce una meseta debida a laapertura, más lenta pero prolongada, de los canales de Ca++ regulados por voltaje junto con el cierre de los canales para el K+. Fase 3 Se produce la repolarización final gracias a que se cierran los canales de Ca++ y se abren los de K+ (de forma lenta y tardía). Fase 4 Se vuelve al potencial de membrana en reposo: -90 mV. En rojo se observan los límites del periodo refractario absoluto. Por otro lado: En el potencial de acción en una célula del miocardio participan diferentes canales de Ca++: T (transitorios, rápidos) y L (lentos) en mayor proporción. Con respecto al mecanismo excitatorio-contráctil: · No es indispensable el contacto estrecho entre el receptor de DHPR (membrana del túbulo T) y de RyR (membrana del retículo sarcoplásmico) ya que el primero, gracias a los cambios en el voltaje, permite el ingreso de Ca++ extracelular a la célula el cual funciona como ligando de los receptores de RyR que al abrirse permiten la salida del Ca++ almacenado en el retículo sarcoplásmico y así producir la contracción. Es decir, se utiliza Ca++ tanto intra como extracelular. · Se produce una contracción por potencial de acción. No se pueden producir tetanias. El periodo refractario absoluto es más largo. 1. En el nódulo SA y AV la descarga rítmica es automática, es decir, las células se inducen a sí mismas un potencial de acción. Estas células son más excitables en comparación a los cardiomiocitos ya que su potencial de reposo es de -60 mV y, además, se caracterizan por presentar un prepotencial o “potencial de marcapaso” que desencadena el impulso siguiente. Esto es causado por la apertura de los canales de Ca++ Transitorios (los canales de Ca++ L después completarán la despolarización) y el cierre de los canales de K+. Dicho fenómeno puede ser modificado por estímulos externos como por ejemplo la estimulación nerviosa simpática (1) o parasimpática (2). (1) Mediante una descarga adrenérgica de fibras simpáticas provenientes, en su mayoría, del ganglio estrellado (derecho en el caso del nódulo sinusal e izquierdo en el nódulo auriculoventricular), se libera noradrenalina. Este neurotransmisor se une con los receptores β1 en el tejido nodal, los cuales se encuentran asociados a la Proteína Gs que activa al adenilato ciclasa que produce un aumento de AMPc en la célula estimulando los canales de Ca++ T, responsables de producir el prepotencial. Dicho fenómeno produce un efecto de despolarización, el cual disminuye el tiempo del potencial de marcapaso al acercar a la célula a su nivel de disparo. En consecuencia, se produce un mayor número de potenciales de acción por unidad de tiempo y, como por cada potencial de marcapaso se produce una contracción, esto se traduce en un aumento de la frecuencia cardíaca (efecto cronotrópico + de la noradrenalina). (2) En este caso se estimulan fibras del nervio vago (derecho en el caso del nódulo sinusal e izquierdo en el nódulo auriculoventricular) cuyas terminaciones nerviosas producen una descarga colinérgica, es decir, liberan acetilcolina. Este neurotransmisor se une a receptores muscarínicos del tipo M2 en el tejido nodal. Estos se encuentran asociados a la Proteína Gi, que tiene la función de: · Producir la apertura de canales de K+ · Inhibir al adenilato ciclasa causando la disminución de AMPc dentro de la célula y en consecuencia disminuye la velocidad de abertura de los canales de Ca++ T. Finalmente, esto produce un efecto de hiperpolarización prolongando en el tiempo el prepontencial, ya que se necesita más tiempo para llegar al nivel de disparo. Como consecuencia, se produce una menor cantidad de potenciales por unidad de tiempo lo cual se traduce en una disminución de la frecuencia cardíaca. FIGURA 5 Figura 5. Relación entre el volumen ventricular izquierdo y la presión intraventricular durante el ciclo cardíaco. En la Figura 5 es un diagrama volumen-presión del ciclo cardíaco para la función normal del ventrículo izquierdo. Fase I (de d a a): llenado ventricular El punto d hace referencia a la apertura de la válvula mitral (final de la diástole), la cual ocurre cuando la presión ventricular cae por debajo de la auricular (la válvula aortica se encuentra cerrada). Presión diastólica: 2-3 mmHg. Esto ocurre después del periodo de relajación isovolumétrica (principio de la diástole) en donde el volumen ventricular se mantiene entre los 40-50 ml (volumen telesistólico). A partir de allí, el volumen ventricular comienza a aumentar y cuando se alcanzan los 110-120 ml (volumen telediastólico) comienza la sístole auricular, periodo en el cual se termina el llenado ventricular y se alcanza el punto a, es decir, un volumen de 130 ml. Al alcanzar su volumen máximo de llenado, la presión diastólica del ventrículo también aumenta hasta alcanzar los 5-7 mmHg. Fase II (de a a b): isovolumétrica sistólica Una vez finalizada la sístole auricular, la válvula mitral se cierra y comienza la sístole ventricular. Como la válvula aortica también se encuentra cerrada, este periodo es de contracción isovolumétrica, el cual se representa en el gráfico del punto a al b; en donde el volumen ventricular se mantiene (en 130 ml), ya que las válvulas permanecen cerradas, pero hay un pico en la presión ventricular. El cierre de las válvulas auriculoventriculares (la mitral en ese caso) en esta fase produce el 1º ruido cardíaco. Fase III (de b a c): expulsión Cuando la presión del ventrículo izquierdo iguala la presión aortica (80 mmHg), la válvula semilunar se abre (la válvula mitral continúa cerrada) y comienza el periodo de eyección (final de la sístole ventricular), representado entre los puntos b y c; en donde el volumen ventricular disminuye de 130 ml hasta los 40-50 ml ya que la sangre está siendo expulsada hacia la aorta. Durante este periodo la presión ventricular sigue en aumento hasta su máxima de 120 mmHg. Fase IV (de c a d): isovolumétrica diastólica En c la válvula aórtica se cierra (100mmHg) y comienza la diástole, la presión ventricular cae. Tanto la válvula semilunar como la auriculoventricular están cerradas, entonces, en el ventrículo el volumen sanguíneo permanece constante (40-50 ml), es por esto que este periodo recibe el nombre de relajación isovolumétrica. Cuando la presión ventricular se encuentra por debajo de la auricular se abre la válvula mitral, volviendo al punto d (final de la diástole). El cierre de las válvulas semilunares (aortica en este caso) en esta fase produce el 2º ruido cardíaco. FIGURA 6 Relación de Frank-Starling Esta ley explica la capacidad intrínseca que posee el corazón para poder regular, de forma heterométrica, por sí mismo su funcionamiento mecánico. Se establece una relación entre la longitud de las fibras miocárdicas ventriculares durante la diástole y la tensión o fuerza de contracción durante la sístole ventricular. Debemos tener en cuenta que, a su vez: · La longitud de dichas fibras es directamente proporcional al volumen diastólico ventricular, es decir, la cantidad de sangre que ingresa al ventrículo durante la diástole. · La fuerza de contracción es directamente proporcional a la presión intraventricular. En un primer momento, al aumentar el volumen diastólico ventricular no aumenta la presión porque el miocardio tiene la capacidad de distenderse; y de esta manera no aumentar la presión intraventricular. Luego, la relación longitud-fuerza es directamente proporcional ya que a medida que el ventrículo se llena con un volumen mayor de sangre durante la diástole (mayor volumen telediastólico = mayor precarga), más se estiran sus fibras musculares, es decir aumentan su longitud. Este estiramiento reduce la superposición entre los filamentos de actina y la miosina que conforman el músculo estriado cardíaco, lo cual permite que posteriormente, durante la sístole ventricular, que dichas proteínas contráctiles tengan mayor espacio para interactuar (formación de puentes cruzados) fortaleciendo la contracción muscular. Al incrementarse la fuerza, también se incrementa la presiónintraventricular lo cual hace que sea más fácil de “superar” la postcarga (resistencia contra la que el ventrículo debe enfrentarse para expulsar la sangre hacia los grandes vasos sanguíneos) favoreciendo la eyección ventricular. Esta propiedad normal del músculo ventricular de distenderse se denomina compliance, acompaña los cambios en el volumen y evita los cambios pronunciados de presión al principio de la curva diastólica. Pero, si durante la diástole ventricular la longitud de las fibras sobrepasa los 2,1 a 2,2 µm (longitud óptima en donde se alcanzará la máxima fuerza) la relación longitud-fuerza se invierte, es decir, se vuelve inversamente proporcional: a medida que sigue aumentando la longitud disminuye la fuerza de contracción y, por ende, la presión intraventricular, disminuyendo la eyección. Esto se debe a que ante un estiramiento extremo la interdigitación de la actina con la miosina se pierde y por lo tanto las fibras pierden la capacidad de contraerse. 3) FIGURA 7 - CICLO CARDÍACO
