Atividade de Fisiologia

Atividade Elétrica do Coração Há dois séculos Galvani e Volta demonstraram que fenômenos elétricos estavam envolvidos na contração espontânea do coração Em 1855 Kölliker e Müller descobriram que se se colocaro nervo de uma preparação Neromúsculo esquelético em contato com a superfície de um coração de sapo com batimentos o músculo esquelético se contrai a cada batimento cardíaco Estes pesquisadores concluíram que a excitação espontânea do coração gerava atividade elétrica suficiente para excitar a fibra nervosa e estimular o músculo esquelético Os eventos elétricos que normalmente ocorrem no coração do início e contração cardíaca Desordens da atividade elétrica podem levar a sérios distúrbios no ritmo cardíaco sendo muitas vezes letais POTENCIAIS DE MEMBRANA Para investigar o comportamento elétrico das células cardíacas individuais os fisiologistas inserem um microeletrodo no interior da célula O microeletrodo é conectado a um equipamento que mede a diferença de potencial elétrico As variações registradas em uma típica fibra muscular esquelética são ilustradas na Figura 151 Quando dois eletrodos estão colocados em uma solução eletrolítica próxima ao têxtil do músculo cardíaco esquelético nenhuma diferença de potencial é medida entre eles ponto 0 Quando um dos eletrodos é inserido imediatamente registra uma diferença de potencial V0 através da membrana celular O potencial no interior da célula tomase cerca de 90 mV menor em relação ao meio extracelular Esta eletrogenicidade do interior da célula em repouso em relação ao exterior é também característica de músculo liso nervos e a maioria das células do organismo veja também Capítulo 2 No ponto c a célula vertebral é excitada por um estímulo elétrico e a membrana cellular despolarizase rapidamente Durante a despolarização a diferença de potencial é invertida de modo que o potencial no interior da célula excede o exterior em cerca de 20 mV A fase de despolarização segue o potencial de repolarização precoce fase 1 parcial e teve início num platô fase 2 que se projeta por cerca de 01 s ao segundo A membrana por fim se repolariza fase 3 até que o estado de polarização de repouso fase 4 é novamente alcançado o ponto d A repolarização final fase 3 desenvolvese mais lentamente do que a despolarização fase 0 As relações entre os eventos elétricos e a contração do músculo cardíaco estão mostradas na Figura 152 A despolarização rápida fase 0 ocorre com o desenvolvimento de força e a repolarização completa coincide aproximadamente com o pico da força O relaxamento do músculo ocorre principalmente durante a fase 4 do potencial de ação A duração da contração é semelhante à duração do potencial de ação Principais Tipos de Potenciais de Ação Cardíacos Dos tipos principais de potenciais de ação que ocorrem no coração estão mostrados na Figura 151 Um a resposta rápida ocorre no miocárdio normal frequentemente às fibras especializadas para condução fibra de Purkinje e ocorrência O outro tipo de potencial de ação a resposta lenta ocorre no nó sinoatrial SA que é o marcapasso natural do coração e não é atrioventricular AV tecido especializado que promove as ações dos outros átrios para os ventrículos Respostas rápidas podem se alterar lentas sob certas condições patológicas Por exemplo na doença cardíaca coroaniana uma regulação do músculo cardíaco pode estar privada de seu suprimento sanguíneo normal Como resultado a concentração de potássio aumenta no líquido intersticial que envolve as células musculares afetadas pois o K é 6 do total de células sob perfusão inadequada isquêmica O potencial de ação em algumas dessas células pode ser convertido de resposta rápida para lenta Uma conversão experimental de resposta rápida para lenta está ilustrada na Figura 1514 Figura 151 Alterações no potencial da membrana registradas em fibras de resposta rápida e de resposta lenta em tecido cardíaco isolado inserido em uma solução eletrolítica No tempo t o microeletrodo teve solução circulando na fibra membrana No tempo t o microeletrodo penetrado a fibra No tempo t um potencial de ação é disparado na fibra membrana O intervalo de tempo e da repolarização relativa e período refratário efetivo PRE é contado através da fase 4 e representa o período refratário relativo pRR Em um potencial de ação registrado de uma fibra cardíaca de resposta lenta Note que comparando com o afinamento da resposta rápida o potencial de repolarização da fibra de resposta lenta é menor e assim está e assunta o período refratário relativo PRR se estende por toda a fase 4 após a completa repolarização da fibra Bases Iônicas do Potencial de Repouso As várias fases do potencial de ação cardíaco estão associadas a alterações na permeabilidade da membrana celular principalmente as íons sódio potássio e cálcio Mudanças na permeabilidade da membrana celular alteram o movimento desses íons através da mesma A permeabilidade da membrana é um determinante do ion a diferença de concentração deve e a diferença de potencial da membrana definirem a quantidade resultante deste ion que será transferida através da mesma Alterações na permeabilidade dos produtos pela aberturas de fechamento de canais iônicos são específicos para cada ion Tabela 151 Concentrações de íons intra e extracelular e potenciais de equilíbrio nas células do músculo cardíaco Concentrações extracelulares mM Na 145 K 4 Ca2 2 Concentrações intracelulares mM Na 10 K 70 Ca2 94 Modificado de Tam Eick RE Baumgarten CM Singer DB Prog Cardiovasc Disc 24157 1981 As concentrações intra célula são os conceitos vivos em citoplasma abertura o fechamento de parte desses canais são regulados pelo potencial de membrana enquanto outros são regulados por um sinal químico eg concentração extracelular de acetilcolina Um dos canais específicos para K atravessou do qual o ion passa durante a fase 4 em duas condutas corretas de K com identificação para dentro Este canal é então esquematizado por eq e será discutida em mais detalhes a seguir Figura 158 No entanto é necessário saber apenas como esta corrente se estabelece Muitos dos íons rotulados A como os proteicos no interior das células são vistos livres para deixar a célula com o K Figura 153 Portanto o K que se difunde para exercer a célula deixa os íons ironicamente para trás A deficiência de íons cálcio então o interior da célula eletrogênico veja também Capítulo 2 Como resultado os ions potássicos cremosamente são arremessados para o interior da célula pelo potencial negativo O termo à direita na equação representa a diferença de potencial químico o termo e equação Ek representa a diferença de potencial elétrico onde existirá através da membrana celular se K fosse o íon difusível Ek é chamado de potencial de equilíbrio do K Quando se substituem essas concentrações médias de K e K em unidades miócidas de marcapasso na equação de Nernst o valor calculado de Ek é cerca de 95 mV Tabela 151 Este valor está próximo apenas um pouco mais negativo que o potencial que tende a mover o K para fora da célula em repouso O potencial de repouso é pouco menos negativo que o potencial calculado porque a membrana celular é extremamente permeável a outros íons notadamente ao Na O balanço dos fluxos de K no interior da membrana da célula de repouso para valores pouco menos negativos que o valor Ek prediz pelo equação de Nernst para K 290 Seção IV O Sistema Cardiovascular Figura 154 O potencial transmembrana Vm de uma fibra muscular cardíaca varia inversamente com a concentração de K no líquido externo A linha reta E3 representa a mudança no potencial transmembrana na predição pela equação de Nernst para K Redesenhada da Page E Circulation 126 582 1962 medido de Ve se aproxima do valor de Ek predito pela equação de Nernst Figura 154 Para concentrações extracelulares de K maiores que cerca de 5 mM os valores medidos correspondem aproximadamente aos valores preditos Os valores medidos são apenas discretamente menores que os preditos pela equação de Nernst porque Ek é muito maior que 3mV Entretanto para valores 10 mM o bálsamo de 5 mM K decresce como um diminuição de K Em concentrações do efeito de K no recintal transmembrana tornamse relativamente mais significativos como provisto pela equação de conductância de corda Esta alteração na Ve controla para as maiores desvios do Ve medido em relação às equações pela equação de Nernst para K Figura 155 A concentração de Na no meio externo é um determinante crítico da amplitude do potencial de ação no músculo cardíaco linha superior tem um mínimo influindo no potencial de repouso da membrana linha inferior Redesenhada de Weilman S Ekberg physiologie der Herzmuskel Bern 1956 Verlag Hans Huber para Na especificos que existem na membrana veja também Capítulo 13 Estes canais são bloqueados pela toxina do peixe baiacu tetrodotoxina Além disso muitos grupos utilizam no tratamento de outros distúrbios do ritmo cardíaco arritmias cardíacas através bloqueios desses canais rápidos para Na A maneira pela qual o Na se move através desses canais rápido surge que o fluxo é controlado por piores de comportamentos e por cada canal Um destes o comporta na tende a abrir isso é ativar o canal à medida que Vm se torna menos negativo Este é portanto chamado de comporta de ativação A outra porta chamada comporta in tende a fechar o canal se Vm se torna menos negativa por esta razão é chamada de comporta de inativação A denominações e e h foram originalmente empregadas por Hodgkin e Huxley em seus modelos para a geração de condução de impulso nas fibras nervosas Como vimos o Vm de uma célula em repouso é cerca de 90 mV As comportas em estado fechado o influente de Na esse A concentração de Na no líquido extracelular 145 mM é maior que a sua concentração no líquido intracelular 10 mM e como o interior da célula é eletricamente negativo em relação ao exterior as forças química e eletrostática não direcionadas para mover Na para a interior da célula 291 Capítulo 15 Atividade Elétrica do Coração Durante a fase 4 as forças químicas 60 mV e eletrostáticas 90 mV trabalham em um influxo de Na do meio extracelular O influxo portanto é desenvolvido porque as comportas de ativação estão fechadas A Se Vm é levado para cerca de 65 mV as comportas começam a abrir e o Na passa a entrar na célula Isto resulta que uma carga negativa entra da célula e desta forma mais canais para Na são abertas o que acelera o influxo de Na À medida que Vm também provoca fechamentos das comportas de inativação h que operam nos diferentes modos de que as comportas Quando Vm é positivo entre cerca de 20 mV o Na continua a entrar na célula pois as forças diffisionais 60 mV exercem os fatores eletrostáticos opostos 220 mV Contudo a influência de Na é baixa porque a força resulta o frequência e muitos dos comportas de inativação do estado fechadas Quando Vm vai a 90 mV Figura 156 o Na se torna rapidamente mais negativo pois a maioria comportas em tendem a se abrir e a entrada de Na é acelerada Figura 156 B Quando Vm se aproxima de cerca de 65 mV as comportas assim são rigidamente todas abertas como se ensejam na configuração aberta Figura 156 A A rápida abertura dos comportas na comportas rápidas para Na é responsável pelo aumento grande abrupto na condutância c isso ocorre na fase 1 despolarização do potencial de ação A rápida entrada de Na leva a uma variação acentuada abrupta do potencial de ação A taxa máxima da variação de Vm é de 100 a 200 Vs nas células cardíacas de 500 a 1000 Vs nas 292 continua em cerca de 01 ms enquanto o fechamento dos comportas na respiraçãoVoltar e efeitos que comporam todas os comportas de Na fechados a inativação derrotados compormo os canais rápidos para Na Além disso uma medida de repolarização assim as células do despolarizado refratário durante este período Durante o segundo momento de reações representadas pelo painel A e nesse caso o elétrico estará negativo 293 Capítulo 15 Atividade Elétrica do Coração Figura 158 As principais correntes iônicas e canais que geram as várias fases do potencial de ação na célula cardíaca Fase 0 As forças químicas e eletrostáticas em conjunto favorecem a entrada de Na na célula através dos canais rápidos para Na gerando a fase de ascensão Fase 1 As forças químicas e eletrostáticas favorecem o fluxo de K pelas canais iKs e iK Fase 2 Durante o plateau o influxo residual de Ca2 através dos canais para Ca2 é balanceado pelo fluxo de K através dos canais iK Fase 3 As forças químicas que favorecem a saída de K pelos canais iK são iK1 iK2 iKs e iK3 Fase 4 As forças químicas que favorecem a saída de K por esses mesmos canais A 294 Seção IV O Sistema Cardiovascular lado submetido a fixação do voltímetro Note que quando Vo súbitamente semena a 30 mV a partir de um potencial de 30 mV uma corrente de Ca2 para o interior da célula é ativada Note também que corre para dentro em direção ao valor máximo eletrólito para baixo e retorna em direção a zero muito gradualmente isto é o canal se ativa lentamente Como a corrente que passa por esses canais de longa duração eles são designados canais de tipo L A abertura dos canais para Ca2 corresponde a um aumento na condutância do cálcio eg imediatamente após a fase de ascensão do potencial de ação Figura 157 No início do potencial de ação a concentração de cálcio intracelular é bem menor que a concentração extracelular Tabela 151 Consequentemente o aumento de Vo promove influxo de Ca2 na célula durante o plateau Este fluxo de Ca2 durante o plateau está envolvido no acoplamento excitaçãocontração como descrevo nos Capítulos 12 e 16 Vários fatores como neurotransmissores e drogas podem influenciar substancialmente de Vo Neurotransmissores adrenérgicos como norepinefrina o agonista do receptor βadrenérgico isoproterenol e várias outras catecolaminas podem aumentar a condutância a Ca2 enquanto o neurotransmissor parasimpático acetilcolina pode diminuir a condutância só O aumento da condutância a Ca2 pelas catecolaminas é o principal mecanismo pelo qual elas aumentam a contratilidade do músculo cardíaco Para aumentar a condutância a Ca2 as catecolaminas iniciam interagem com os receptores βadrenérgicos na men Voltagechanges DCB 300 ms DCB 8000 ms Epi A Meso B Endo C Figura 159 Potenciais de ação registrados nas regiões do epicárdio A mesocárdio B e endocárdio C na parede do ventrículo esquerdo de um cão foram estimulados para ciclos básicos de duração DCB entre 300 e 8000 ms De Lino DW Gintant GA Antzelevitch C Circ Res 76671 1993 295 Capítulo 15 Atividade Elétrica do Coração Condução a K durante o plateau Durante o plateau fase 2 do potencial de ação o gradiente de concentração para K através da membrana celular é praticamente o mesmo da fase 1 Em tratamento Vo é positivo durante a fase 2 Portanto tanto as forças químicas como as eletrostáticas favorecem a saída de K das células durante a fase 2 Figura 158 Isso é menos do que durante o plateau e fase 4 o elétron é K durante fase 2 e inverte em muito na entrada de Ca2 e na plateia ao acordecer Entretanto a medida que Vo se aproxima a níveis valores positivos próximos ao pico na fase de ascensão do potencial de ação os subclusters decrescem Figura 157 A diminuição da corrente de K associada a uma redução na probabilidade de uma grande excitação de K da célula durante o plateau Esta redução de K também tem valores positivos como os eletrodos negativos de Vo e demanda a retificação para diferentes de K A interação por ação de K que determina pelas células cardíacas submetidas à fixação do voltímetro Figura 1512 Note que a atual preparação da figura a curva de correntevoltagem intercepta o eixo de voltagem em Vo 70 mV A ausência do fluxo de corrente fica na posição do interesse indicado nas forças eletrostáticas cercatas iguais às forças químicas difusional neste potencial Figura 1513 Portanto na célula ventricular o resultado se vê na Figura 1512 o potencial de equilíbrio de Nernst Eo para K 70 mV Quando o potencial da membrana é fixado em níveis negativos que 70 mV nesta mesma célula isolada Figura 1512 as forças eletrostáticas excedem as forças químicas e uma corrente de K para dentro é observada valores negativos Figura 1511 Efeitos do dilitizem um antagonista dos canais para Ca2 sobre os potenciais de ação em milivolts e forças de contração isométrica em milinewtons registrados em músculos papilares isolados de cobaias Os traços formam registros de condições controle C da pressão do dilítizem em concentrações de 3 10 e 30 µmolL Reexdendido de Hirth C Berhardet U Hafner D J Mol Cell Cardiol 15799 1983 Figura 1512 Correntes de K em repolarização após dorso registradas em um miócito ventricular de coelho quando o potencial foi alterado de um potencial mantido de 80 mV para valores positivos Valores positivos no eixo vertical representam as correntes para fora valores negativos representam as correntes para dentro O ponto de inversão é considerado como o nível de potencial de reversão Erev que é o potencial de equilíbrio de Nernst no qual as forças iônicas equilibramse do mesmo modo Redibido da Giles WR Imaizumi Y J Physiol Lond 465123 1983 Fase 3 Gênese da Repolarização Final processo de repolarização final fase 3 tem início do final da fase 2 quando o efluxo de K e Ca2 catiónicos começa A corrente para fora transitória Ica contribui para iniciar a repolarização As correntes são desta forma importantes determinantes da duração do ciclo cardíaco Por exemplo a duração da ação potencial em menor número de miócitos atriais que nos miócitos ventriculares Fig 1519 Experimentos eletrofisiológicos demonstraram a reativação rápida de canais de K durante a fase 3 conceitualmente possibilitando que K passe a exercer um papel predominante sobre Ca2 e repolarizando K enquanto ocorre a despolarização A maior intensidade das correntes de K nos miócitos ventriculares determina potenciais de ciclo de menor duração nos miócitos atriais que nos miócitos ventriculares A duração do potencial de ação nos miócitos ventriculares considera consideravelmente como a localização dos canais na parede ventricular Fig 159 A corrente em reflexão retrata da c é a principal causadora dessas diferenças Nos miócitos endocárdicos nos quais a duração do potencial de ação é a menor a magnitude e i são maiores O oposto se aplica aos miócitos da região média do miocárdio A magnitude de ação e a duração potencial de ação são identificados nos miócitos epicárdicos A corrente de K com retrificação para dentro ie não participa do início da repolarização porque a condução dos canais é sempre buíxa nos valores de Vm que prevalecem durante o platô Entretanto os canais K contribuem substancialmente para a localização da repolarização após o início da fase 3 Na medida que o efluxo de canais de cationees Vb a cada vez mais negativa durante a fase 3 a conducibilidade dos canais pode quais passam a ocorrer