Cardiomiocitos-El proyecto Web de Investigación Cardiovascular

El músculo cardíaco consiste en haces entrelazados de cardiomiocitos (células del músculo cardíaco). Al igual que el músculo esquelético, el músculo cardíaco está estriado con bandas estrechas oscuras y claras, debido a la disposición paralela de los filamentos de actina y miosina que se extienden de extremo a extremo de cada cardiomiocito. Sin embargo, en comparación con las células del músculo esquelético, los cardiomiocitos son más estrechos y mucho más cortos, con aproximadamente 25 µm de ancho y 100 µm de largo. Los cardiomiocitos a menudo están ramificados y contienen un núcleo pero muchas mitocondrias, que proporcionan la energía necesaria para la contracción.

Una característica destacada y única del músculo cardíaco es la presencia de bandas oscuras irregulares entre los cardiomiocitos. Estas bandas se conocen como discos intercalados, y están ubicadas en áreas donde las membranas de los cardiomiocitos adyacentes se acercan mucho entre sí. Los discos intercalados son, desde un punto de vista mecánico, las entidades estructurales que permiten transmitir la fuerza contractil de un cardiomiocito a otro. Esto permite que el corazón funcione como un órgano funcional único. Por el contrario, el músculo esquelético consiste en fibras musculares multinucleadas y no presenta discos intercalados. Una segunda característica de los cardiomiocitos es el sarcómero, que también está presente en el músculo esquelético. Los sarcómeros dan al músculo cardíaco su apariencia estriada y son las repeticiones que componen las miofibrillas. La figura 1 es una imagen de inmunofluorescencia de cardiomiocitos en cultivo y una representación de la estructura de los cardiomiocitos. Otras características son exclusivas de las células musculares y, en particular, de los cardiomiocitos, ya que proporcionan a los cardiomiocitos sus propiedades únicas y constituyen los principales componentes estructurales que son cruciales para la función de estas células.

1) El de los discos intercalares. Existen diferentes complejos de unión dentro del disco intercalado. Estas uniones son esenciales para la integridad adhesiva,la morfogénesis, la diferenciación y el mantenimiento del tejido cardíaco. En el disco intercalado, las moléculas de adhesión intercelular, las uniones de separación y el complejo de canal de sodio activado por tensión forman complejos macromoleculares que interactúan específicamente para mantener la estructura cardíaca y la sincronía de cardiomiocitos. Los discos intercalados constan de 3 complejos de unión principales: desmosomas, uniones adherentes (fascia adherente en el músculo cardíaco) y uniones gap (Figura 2). Las uniones Gap son esenciales para el acoplamiento químico y eléctrico de las células vecinas, mientras que las uniones desmosomas y de herenos constituyen las uniones intercelulares mecánicas de los cardiomiocitos. Thus, adherens junctions link the intercalated disc to the actincytoskeleton and desmosomes attach to intermediate filaments.

2) The sarcomere.Themain function of cardiomyocytes concerns cardiac contraction. Para ello,los cardiomiocitos están equipados con haces de miofibrillas que contienen miofilamentos y representan del 45 al 60% del volumen de cardiomiocitos (Figura 6). Las miofibrillas están formadas por unidades distintas y repetitivas, denominadas sarcómeros.Los sarcómeros representan las unidades contráctiles básicas del miocito, y se definen como la región de las estructuras de miofilamentos entre dos líneas Z. La distancia entre las líneas Z varía en corazones humanos de aproximadamente 1,6 a 2,2 µm. El sarcómero está compuesto de filamentos gruesos y delgados.

Los filamentos gruesos están compuestos de la miosina es una proteína con un peso molecular de aproximadamente 470 kilodaltons.Hay alrededor de 300 moléculas de miosina por filamento grueso. Cada miosina contiene dos cabezas que son el sitio de la ATPasa de miosina, que se hidroliza en la formación de puentes cruzados de actina y miosina. Estas cabezas interactúan con un sitio de unión en actina (Figura 7).

Los filamentos delgados están compuestos por las proteínas que forman el complejo de proteínas reguladoras: actina, tropomiosina y troponina (Figura 7). La actina es una proteína globular organizada como una cadena de unidades de reproducción, formando dos hebras de una hélice alfa. Las hebras de actina interdigitadas entre sí son proteínas en forma de bastón denominadas tropomiosina. Hay 6-7 moléculas de actina por tropomiosina. Unido a la tropomiosina a intervalos regulares se encuentra el complejo de troponina, que se compone de tres subunidades: troponina-T (TN-T), que se une a la tropomiosina; troponina-C (TN-C), que sirve como sitio de unión para Ca++ durante el acoplamiento de excitación-contracción (cuatro Ca++ pueden unirse por TN-C); y troponina-I (TN-I),que inhibe el sitio de unión de la miosina a la actina.

La disposición de filamentos gruesos y delgados hace posible la contracción cardíaca, que se discute por doquier y da a los cardiomiocitos un patrón de bandas característico previamente mostrado en la Figura 6:

Líneas Z.Un sarcómero se define como el segmento entre dos líneas Z adyacentes (o discos Z o cuerpos Z). En micrografías electrónicas de músculo estriado cruzado, la línea Z (del alemán «Zwischenscheibe», el disco entre las bandas I) aparece como una serie de líneas oscuras.

Banda I. Alrededor de la línea Z está la región de la banda I (para isotrópico). La banda I es la zona de filamentos delgados que no está superpuesta por filamentos gruesos.

Banda A. Después de la banda I está la banda A (para anisotrópico). Nombrados por sus propiedades bajo un microscopio polarizador. Una banda A contiene toda la longitud de un único filamento grueso.

Zona H. Dentro de la banda A hay una región más pálida llamada zona H (del alemán «heller», más brillante). Llamado así por su aspecto más ligero bajo un microscopio de polarización. La banda H es la zona de los filamentos gruesos que no está superpuesta por los filamentos finos.

Línea M. Dentro de la zona H hay una delgada línea M (del alemán «Mittelscheibe», el disco en el medio del sarcómero) formada por elementos de conexión cruzada del citoesqueleto.

3) T-túbulos. En las células musculares, incluidos los cardiomiocitos, el sarcolema (p. ej.la membrana plasmática) forma invaginaciones profundas conocidas como túbulos en T (túbulos transversales) (Figura 8). Estas desinvagaciones permiten que la despolarización de la membrana penetre rápidamente en el interior de la célula. En células sin túbulos en t, la onda de iones de calcio se propaga desde la periferia de la célula hacia el centro. Sin embargo,tal sistema activaría primero los sarcómeros periféricos y luego los sarcómeros más profundos, lo que resultaría en una producción de fuerza sub-máxima. Los túbulos en t hacen posible que la corriente se transmita simultáneamente al núcleo de la célula, y esto significa que se produce una mayor fuerza instantánea activando la liberación de SR Ca2+cerca de todos los sarcómeros simultáneamente. De hecho, los túbulos en t restringen la difusión del fluido extracelular, creando un amicrodominio de iones de una concentración que es relativamente estable en comparación con el espacio extracelular más amplio. Esto también puede ser un mecanismo para evitar cambios rápidos en el líquido extracelular que afecten negativamente a la liberación de calcio inducida por el calcio.

4) Morfología mitocondrial y metabolismo energético en cardiomiocitos.Las mitocondrias han sido descritas como» el motor de la célula » porque generan la mayor parte del suministro de trifosfato de adenosina (ATP) de la célula. Las mitocondrias están compuestas por compartimentos que realizan funciones especializadas, e incluyen la membrana externa, el espacio intermembrana, la membrana interna y lascrístulas y la matriz (Figura 9).

En la mayoría de los tipos de células, las mitocondrias ajustan su morfología y ubicación en función de las necesidades energéticas y las condiciones metabólicas de la célula. En los cardiomiocitos, la relación entre la morfología mitocondrial, la localización y la función no parece depender tanto de las demandas de energía celular: La reorganización de estas células depende del entorno celular y de las restricciones de la arquitectura: una gran cantidad de miofilamentos, la presencia de un citoesqueleto rígido y una red mitocondrial densamente empaquetada. Además, la disposición de los diferentes organismos entre ellos es tan crucial para la función de las células cardíacas que la morfología mitocondrial debe controlarse de manera eficiente. En comparación con cualquier otro tipo de célula, las mitocondrias de cardiomiocitos adultos exhiben la mayor densidad de cristales. Sin embargo, se pueden distinguir diferentes tipos de mitocondrias dentro de los cardiomiocitos, y sus características morfológicas generalmente se definen de acuerdo con su ubicación: mitocondrias intermiofibrilares, mitocondrias submarcolémicas y mitocondrias perinucleares.

v Las mitocondrias intermiofibrilarias se ordenan estrictamente entre filas de proteínas contráctiles, aparentemente aisladas entre sí por matrices repetidas de túbulos, y en contacto cercano con miofibrillas y retículo sarcoplásmico. Se dedican principalmente al suministro de energía de miosina y SR-ATPasas. Los intermiofibrilares son de forma alargada con generalmente una mitocondria por sarcómero. Tienen una longitud de 1,5 a 2,0 µm, y sus estructuras de cristal también muestran configuraciones curvas.

v Las mitocondrias subsarcolémicas presentan un grado más bajo de organización y probablemente estén involucradas principalmente en otras funciones como la homeostasis iónica. Se encuentran debajo del sarcolema y son de longitud más variable (0,4–3,0 µm), poseyendo cristales muy apretados.

las mitocondrias perinucleares v están organizadas en grupos y lo más probable es que participen en procesos de transcripción y traducción. Son en su mayoría de forma esférica con longitudes que van de 0,8 a 1,4 µm. Estas mitocondrias contienen cristales curvos bien desarrollados con un área de matriz relativamente pequeña.

Dadas las demandas de energía derivadas de la función de los cardiomiocitos, los cardiomiocitos adultos contienen numerosas mitocondrias, que pueden ocupar al menos el 30% del volumen celular. Los cardiomiocitos adultos cumplen > el 90% de los requisitos de energía por fosforilación oxidativa (OXFOS) en las mitocondrias. La oxidación de ácidos grasos predomina sobre la oxidación de otros nutrientes en condiciones fisiológicas normales. Durante los períodos de estrés, los cardiomiocitos son flexibles y pueden obtener energía oxidando glucosa, lactato, aminoácidos y cuerpos cetónicos. De hecho, la capacidad de adaptar su metabolismo a la disponibilidad del sustrato resulta crítica para su equilibrio de contracción bajo diferentes condiciones fisiológicas y fisiopatológicas. La proliferación de cardiomiocitosfetalesdurante el desarrollo cardiaco se caracteriza por altas tasas de glucólisis y producción de actatos. Sólo < el 15% del ATP se produce por la vía de oxidación de ácidos grasos.

Resumen. Los cardiomiocitos son los principales responsables de la contracción cardíaca. Las características estructurales únicas discutidas aquí les permiten funciones especializadas. Sin embargo, la función cardíaca necesita ser entendida en el contexto del tejido cardíaco, en el que otros tipos y estructuras celulares son importantes para obtener una contracción cardíaca coordinada que se adapte a las necesidades fisiológicas del órgano.

Para fuentes y lecturas complementarias.

Este resumen ha sido posible gracias a trabajos anteriores. Las más significativas se citan aquí:

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