Fisiologia do Músculo Cardíaco

sistêmica, do ventrículo esquerdo.

Mecanismos especiais no coração promovem a sucessão contínua de

contrações cardíacas, chamadas de ritmo cardía co, transmitindo potenciais

de ação pelo músculo cardía co, causando os batimentos rítmicos do

coração. Esse controle rítmico será explicado no Capítulo 10. Neste

Capítulo, explicaremos como o coração atua como bomba, começando com

as características especiais do músculo cardíaco.

 

Figura 9-1. Estrutura do coração e fluxo do sangue pelas câmaras e valvas cardíacas.

 

FISIOLOGIA DO MÚSCULO CARDÍACO

O coração é composto por três tipos principais de músculo: o músculo

atrial, o músculo ventricular e as fibras especializadas excitatórias e

condutoras. Os tipos atrial e ventricular de músculo contraem-se quase

como os músculos esqueléticos, mas com duração muito maior da

contração. As fibras excitatórias e de condução do coração, no entanto, só

se contraem fracamente por conterem poucas fibras contráteis, mas

apresentam descargas elétricas rítmicas automáticas, na forma de potenciais

de ação, ou fazem a condução desses potenciais de ação pelo coração,

representando sistema excitatório que controla os batimentos rítmicos.

 

ANATOMIA FISIOLÓGICA DO MÚSCULO CARDÍACO

A Figura 9-2 mostra a histologia típica do miocárdio, demonstrando como

fibras musculares cardíacas se dispõem em malha ou treliça com as fibras

se dividindo, se recombinando e, de novo, se separando. Deve ser

observado que o músculo cardíaco é estriado, como um típico músculo

esquelético. Além disso, o músculo cardíaco contém miofibrilas típicas,

com filamentos de actina e miosina, quase idênticos aos encontrados nos

músculos esqueléticos; esses filamentos se dispõem lado a lado e deslizam

durante as contrações, como ocorre nos músculos esqueléticos (Cap. 6).

Entretanto, em relação a outras características o músculo cardíaco difere

bastante do esquelético, como veremos.

Figura 9-2. Caráter “sincicial” interconectando as fibras musculares cardíacas.

 

O Miocárdio é um Sincício. As áreas escuras que cruzam as fibras

miocárdicas na Figura 9-2 são referidas como discos intercalados; elas são,

na verdade, membranas celulares que separam as células miocárdicas umas

das outras. Isto é, as fibras do músculo cardíaco são feitas de muitas células

individuais, conectadas em série e em paralelo umas com as outras.

Em cada disco intercalado, as membranas celulares se fundem entre si,

para formar junções “comunicantes” permeáveis (gap junctions), que

permitem rápida difusão, quase totalmente livre, dos íons. Assim, do ponto

de vista funcional, os íons se movem com facilidade pelo líquido

intracelular, ao longo do eixo longitudinal das fibras miocárdicas, com os

potenciais de ação se propagando facilmente de uma célula muscular

cardíaca para outra, através dos discos intercalados. Dessa forma, o

miocárdio forma sincício de muitas células musculares cardíacas, no qual as

células estão tão interconectadas que, quando uma célula é excitada, o

potencial de ação se espalha rapidamente para todas.

O coração é, na verdade, composto por dois sincícios; o sincício atrial,

que forma as paredes dos dois átrios, e o sincício ventricular, que forma as

paredes dos ventrículos. Os átrios são separados dos ventrículos por tecido

fibroso que circunda as aberturas das valvas atrioventriculares (A-V), entre

os átrios e os ventrículos. Normalmente, os potenciais não atravessam essa

barreira fibrosa para atingir diretamente os ventrículos a partir do sincício

atrial. Em vez disso, eles são conduzidos por meio de sistema especializado

de condução, chamado feixe A-V, o feixe de fibras condutoras, com alguns

milímetros de diâmetro, discutido no Capítulo 10.

Essa divisão do músculo cardíaco em dois sincícios funcionais permite

que os átrios se contraiam pouco antes da contração ventricular, o que é

importante para a eficiência do bombeamento cardíaco.

 

POTENCIAIS DE AÇÃO NO MÚSCULO CARDÍACO

 

O potencial de ação, registrado na fibra ventricular cardíaca mostrado

na Figura 9-3, tem, em média, 105 milivolts, significando que o potencial

intracelular passa de valor muito negativo, por volta de -85 milivolts entre

os batimentos, para valor ligeiramente positivo, em torno de +20 milivolts,

durante cada batimento. Após o potencial em ponta (spike) inicial, a

membrana permanece despolarizada durante cerca de 0,2 segundo, exibindo

um platô, ao qual se segue repolarização abrupta. A presença desse platô no

potencial de ação faz a contração muscular ventricular durar até 15 vezes

mais que as contrações observadas no músculo esquelético.

Figura 9-3. Potenciais de ação rítmicos (em milivolts) de fibra de Purkinje e de fibra muscular ventricular registrados por meio de microeletródios.

 

O que Causa o Potencial de Ação Prolongado e o Platô? Por que

o potencial de ação miocárdico é tão longo e apresenta o platô, enquanto o

do músculo esquelético não o tem? As respostas biofísicas básicas a essas

questões foram apresentadas noCapítulo 5, mas serão resumidas também

aqui.

Pelo menos, duas grandes diferenças nas características das membranas

dos músculos cardíaco e esquelético explicam o potencial de ação

prolongado e o platô encontrado no miocárdio. Primeiro, o potencial de

ação do músculo esquelético é causado quase inteiramente pela súbita

abertura de grande quantidade de canais rápidos de sódio, permitindo que

um número imenso de íons sódio entre nas fibras do músculo esquelético

vindo do líquido extracelular. Esses canais são denominados “rápidos”

porque permanecem abertos apenas por alguns milésimos de segundo e então se fecham de modo abrupto. Ao final desse fechamento, ocorre a

repolarização, e o potencial de ação termina em aproximadamente um

milissegundo.

No músculo cardíaco, o potencial de ação é originado pela abertura de

canais de dois tipos: (1) os mesmos canais rápidos de sódio ativados por

voltagem, tais quais nos músculos esqueléticos; e (2) grupo completamente

diferente de canais de cálcio do tipo L (canais lentos de cálcio), que

também são referidos como canais de cálcio-sódio. Essa segunda

população de canais difere dos canais de sódio rápidos por serem mais

lentos para se abrir e, mais importante, por continuarem abertos por vários

décimos de segundo. Durante esse tempo, uma grande quantidade de íons

cálcio e sódio penetra nas fibras miocárdicas por esses canais e essa

atividade mantém o prolongado período de despolarização, causando o

platô do potencial de ação. Além disso, os íons cálcio, entrando durante a

fase de platô, ativam o processo da contração muscular, diferentemente dos

íons cálcio que causam as contrações dos músculos esqueléticos originados

do retículo sarcoplasmático intracelular.

A segunda grande diferença funcional entre os dois tipos musculares em

questão, que ajuda a explicar o potencial de ação prolongado e o platô, é a

seguinte: imediatamente após o início do potencial de ação a

permeabilidade da membrana celular miocárdica aos íons potássio diminui,

aproximadamente, por cinco vezes, efeito que não ocorre nos músculos

esqueléticos. Essa permeabilidade reduzida ao potássio pode ser o resultado

do influxo excessivo de cálcio pelos canais de cálcio-sódio.

Independentemente da causa, a redução da permeabilidade ao potássio

diminui a saída dos íons potássio com carga positiva durante o platô do

potencial de ação e, assim, impede o retorno rápido do potencial de ação

para seu nível basal. Quando os canais de cálcio-sódio lentos se fecham, ao

final de 0,2 a 0,3 segundo, e cessa o influxo de cálcio e sódio, a permeabilidade da membrana aos íons potássio aumenta rapidamente; essa

perda rápida de potássio do interior da fibra provoca o retorno imediato do

potencial de membrana da fibra em seu nível de repouso, encerrando, dessa

forma, o potencial de ação.

 

Resumo das Fases do Potencial de Ação do Miocárdio. A Figura

9-4 resume as fases do potencial de ação no músculo cardíaco e o fluxo de

íons que ocorre durante cada fase.

Fase 0 (despolarização), os canais rápidos de sódio abrem. Quando a

célula cardíaca é estimulada e se despolariza, o potencial de membrana fica

mais positivo. Os canais de sódio ativados por voltagem (canais rápidos de

sódio) abrem e permitem que o sódio flua rapidamente para dentro da célula

e a despolarize. O potencial de membrana alcança cerca de +20 milivolts

antes dos canais de sódio encerrarem.

Fase 1 (despolarização inicial), os canais rápidos de sódio encerram. Os

canais de sódio encerram, a célula começa a repolarizar e os íons potássio

saem da célula através dos canais de potássio abertos.

Fase 2 (platô), os canais de cálcio abrem e os canais rápidos de potássio

encerram. Ocorre uma breve repolarização inicial e o potencial de ação

alcança um platô em conse quência de (1) maior permeabilidade dos íons

cálcio; e (2) diminuição da permeabilidade dos íons potássio. Os canais de

íons cálcio, ativados por voltagem, abrem lentamente durante as fases 1 e 0,

e o cálcio entra na célula. Depois, os canais de potássio encerram e a

combinação da redução do efluxo de íons potássio e o aumento do influxo

de íons cálcio conduz a que o potencial de ação alcance um platô.

Fase 3 (polarização rápida), os canais de cálcio encerram e os canais

lentos de potássio abrem. O fechamento dos canais de íons cálcio e o

aumento da permeabilidade aos íons potássio, permitindo que os íons

potássio saiam rapidamente da célula, põem fim ao platô e retornam o

potencial de membrana da célula ao seu nível de repouso.

Fase 4 (potencial de membrana de repouso) com valor médio aproximado

de –90 milivolts.

 

Figura 9-4. Fases do potencial de ação da célula muscular do ventrículo cardíaco e correntes iônicas associadas ao sódio ( i + i ++ i + Na ), o cálcio ( Ca ) e o potássio ( K).

 

Velocidade da Condução do Sinal no Miocárdio. A velocidade de

condução do sinal excitatório do potencial de ação, tanto nas fibras musculares atriais quanto nas ventriculares, é em torno de 0,3 a 0,5 m/s, ou

aproximadamente 1/250 da velocidade nas fibras nervosas mais calibrosas,

ou ao redor de 1/10 da velocidade nas fibras musculares esqueléticas. A

velocidade de condução no sistema condutor especializado do coração — as

fibras de Purkinje — chega a 4 m/s na maior parte do sistema, o que

permite uma condução razoavelmente rápida do sinal excitatório pelas

diferentes porções do sistema, como veremos no Capítulo 10.

 

Período Refratário do Miocárdio. O músculo cardíaco, como todos os

tecidos excitáveis, é refratário à reestimulação durante o potencial de ação.

Assim, o período refratário do coração é o intervalo de tempo durante o

qual o impulso cardíaco normal não pode reexcitar área já excitada do

miocárdio, como mostrado à esquerda da Figura 9-5. O período refratário

normal do ventrículo é de 0,25 a 0,30 segundo, o que equivale

aproximadamente à duração do prolongado platô do potencial de ação.

Existe ainda o pe río do refratário relativo de cerca de 0,05 segundo,

durante o qual é mais difícil excitar o músculo do que nas condições

normais, mas que ainda assim pode ser excitado por impulso excitatório

mais intenso, como demonstrado pela contração “prematura” no segundo

exemplo da Figura 9-5. O período refratário do músculo atrial é bem mais

curto que o dos ventrículos (cerca de 0,15 segundo para os átrios,

comparado a 0,25 a 0,30 segundo para os ventrículos).

Figura 9-5. Força da contração muscular ventricular mostrando, ainda, a duração do período refratário e do período refratário relativo, além dos efeitos de contração prematura. Note que as contrações prematuras não produzem somação das ondas, como observado no músculo esquelético.

 

ACOPLAMENTO EXCITAÇÃO-CONTRAÇÃO – A FUNÇÃO

DOS ÍONS CÁLCIO E DOS TÚBULOS TRANSVERSOS

 

O termo “acoplamento excitação-contração” refere-se ao mecanismo pelo

qual o potencial de ação provoca a contração das miofibrilas. Esse

mecanismo já foi discutido para os músculos esqueléticos no Capítulo 7.

Mais uma vez, existem diferenças desse mecanismo no miocárdio, que têm

efeitos importantes sobre as características das contrações cardíacas.

Assim como no músculo esquelético, quando o potencial de ação cursa

pela membrana do miocárdio, o potencial de ação se difunde para o interior

da fibra muscular, passando ao longo das membranas dos túbulos

transversos (T). O potencial dos túbulos T, por sua vez, age nas membranas

dos túbulos sarcoplasmáticos longitudinais para causar a liberação de íons

cálcio pelo retículo sarcoplasmático no sarcoplasma muscular. Após alguns

milésimos de segundo, esses íons cálcio se dispersam para as miofibrilas, quando catalisam as reações químicas que promovem o deslizamento, um

contra o outro, dos filamentos de miosina e actina, produzindo, assim, a

contração muscular.

Até este ponto, o mecanismo de acoplamento excitação-contração é o

mesmo encontrado no músculo esquelético, mas existe um segundo efeito

muito diferente. Além dos íons cálcio, liberados das cisternas do retículo

sarcoplasmático para o sarcoplasma, grande quantidade de íons cálcio

adicionais também se difunde para o sarcoplasma, partindo dos próprios

túbulos T no momento do potencial de ação por canais dependentes de

voltagem na membrana de túbulos T (Fig. 9-6). A entrada de cálcio ativa

canais de liberação de cálcio, também chamados canais de receptores de

rianodina, na membrana do retículo sarcoplasmático, o que desencadeia a

liberação de cálcio para o sarcoplasma. Em seguida, íons cálcio no

sarcoplasma interagem com a troponina para iniciar a formação de pontes

cruzadas (cross- -bridges) e contração, pelo mesmo princípio básico descrito

para o músculo esquelético no Capítulo 6.

Sem esse cálcio adicional dos túbulos T, a força da contração miocárdica

ficaria consideravelmente reduzida, pois o retículo sarcoplasmático do

miocárdio é menos desenvolvido que o do músculo esquelético e não

armazena cálcio suficiente para produzir a contração completa. Por outro

lado, os túbulos T do músculo cardíaco têm diâmetro cinco vezes maior que

os túbulos do músculo esquelético, o que equivale a volume 25 vezes maior.

Além disso, no interior dos túbulos T existe em grande quantidade de

mucopolissacarídeos com carga eletronegativa que se ligam a íons cálcio,

também em grande quantidade mantendo-os disponíveis para se difundirem

pelo interior das fibras do miocárdio, quando ocorre o potencial de ação nos

túbulos T.

A força da contração cardíaca depende muito da concentração de íons

cálcio nos líquidos extracelulares. Na verdade, coração colocado em solução livre de cálcio rapidamente para de bater. A razão para essa

resposta é que as aberturas dos túbulos T passam diretamente através da

membrana da célula miocárdica para o espaço extracelular, ao redor das

células, permitindo que esse mesmo líquido extracelular, presente no

interstício miocárdico, circule pelos próprios túbulos T. Consequentemente,

a quantidade de íons cálcio, no sistema de túbulos T (isto é, a

disponibilidade de íons cálcio para ocasionar a contração cardíaca),

depende, em grande parte, da concentração de íons cálcio no líquido

extracelular.

À guisa de comparação, a força da contração do músculo esquelético

quase não é afetada por mudanças moderadas da concentração de cálcio no

líquido extracelular, pois as contrações desses músculos são causadas quase

inteiramente pelos íons cálcio liberados pelo retículo sarcoplasmático no

interior das fibras musculares esqueléticas.

Ao final do platô do potencial de ação cardíaco, o influxo de íons cálcio

para o músculo cardíaco é bruscamente interrompido, e os íons cálcio no

sarcoplasma são rapidamente bombeados de volta para fora das fibras

musculares, tanto para o retículo sarcoplasmático quanto para o líquido

extracelular dos túbulos T. O transporte de cálcio de volta para o retículo

sarcoplasmático é realizado com o auxílio de bomba de cálcio adenosina

trifosfatase (ATPase) (Fig. 9-6). Os íons cálcio são removidos da célula

também por trocador de sódio-cálcio. O sódio que entra na célula durante

essa troca é, então, transportado para fora da célula pela bomba de sódio-

potássio-ATPase. Como resultado, a contração cessa até que ocorra novo

potencial de ação.