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Contracción muscular y actividad
eléctrica del corazón
núcleo de ingeniería biomédica
facultades de ingeniería y medicina
universidad de la república
Ing. Daniel Geido
Contracción muscular
• Tres tipos de músculos:
– De contracción voluntaria:
• Músculo esquelético: mayor volumen, 40% de la
masa corporal, músculo estriado.
– De contracción involuntaria:
• Músculo cardíaco: miocardio, también estriado.
• Muslo liso: tracto digestivo, vasos sanguíneos (no
se tratara en esta presentación).
Músculo esquelético
• Estructura:
– Músculo.
– Haz de fibras.
– Fibra muscular: es la
célula muscular,
miocito,10 a 100um de
diámetro.
– Miofibrilla: unidad básica,
dan el aspecto estriado.
– Miofilamentos: miosina
(gruesos) y actina
(delgados).
Miofibrilla:
Bandas:
–
–
–
–
Banda A: bandas oscuras, miosina y actina.
Banda I: bandas claras, actina.
Banda H: bandas pálidas, miosina.
Sarcómero: unidad funcional comprendida entre
líneas Z por una banda A y dos medias bandas I.
Longitud dependiente de la contracción.
• Miofilamentos:
– Grueso:
• Unas 300 moléculas de miosina.
• Tienen 1.5 micras de longitud y 100-400 A de diámetro.
– Delgado:
• Están compuestos por 3 proteínas: actina fundamentalmente,
tropomiosina y troponina, en relación 7:1:1.
Fisiología muscular
• Dinámica de la contracción muscular:
– El potencial de acción que viaja por la fibra eferente motora,
llega a la unión neuro-muscular, localizada en el centro de cada
fibra muscular. Cada axon eferente, se divide en varios cientos
de ramas que activaran cada una de las fibras musculares.
– Dicho pot. de acción aumenta la permeabilidad de la fibra
muscular al Na ingresando éste al interior de la célula muscular.
– Una vez que el pot. transmembrana alcanza unos -50mv se
produce un pot. de acción muscular. Una serie de túbulos
llamados T, se encargan de difundir dicho potencial a toda la
fibra muscular.
– Esto provoca apertura de canales de Ca que ingresa y baña a
cada una de las miofibrillas. El ion Ca es clave en el
acoplamiento que producirá la contracción. Luego la bomba de
Ca regresa dicho ion a sus valores normales.
• Contracción:
– Resulta del acortamiento del sarcómero, desplazamiento de miofilamentos
delgados sobre gruesos.
– El Ca que llegó se une a la troponina generando un cambio en su
posición, dejando al descubierto la zona de contacto de la actina con la
miosina. Dado esto, las cabezas de miosina se unen con dichos puntos de
contacto. Mediante hidrólisis de 1una molécula de ATP, la cabeza de
miosina gira 45 grados produciéndose un desplazamiento del miofilamento
delgado hacia el centro del sarcómero de unos 5nm.
– Luego la cabeza se desengancha y vuelve a quedar en posición vertical
para volver a acoplarse y repetir el proceso como si fuera una especie de
remo.
– La relajación muscular sucede cuando los iones de Ca vuelven a sus
concentraciones de reposo.
Tipos de fibras musculares
Característica
Tipo I
Tipo IIa
Tipo IIb
Color
Rojo
Rosado
Blanco
Tamaño
Pequeño
Mediano
Grande
Reclutamiento
Primero
Segundo
Tercero
Cantidad de Ca
+
++
+++
Consumo de ATP
+
++
+++
Fatigabilidad
+
++
+++
Intensidad
Baja
Media
Alta
Respuesta
Lenta
Media
Rápida
Músculo cardíaco
• Muy similar al músculo esquelético, con la diferencia de que posee
una red de interconexión eléctrica compleja (gap junctions) que
interconecta todas la células haciéndolas actuar como una unica masa
contráctil.
• No existe una neurona procedente del sistema nervioso (neurona
motora) que active la célula muscular, el sistema en si es autoexitable.
• Todas tienen la propiedad de autoexitabilidad, contractibilidad y
conducción (autoprop.), pero están especializadas en cada una.
• Al igual que en la célula muscular esquelética, debido al ingreso de Na
al interior de la membrana celular, se produce el potencial de acción
que activara la contracción mediante el ingreso de Ca al interior
celular.
• Dicho potencial tiene amplitud similar al de la neurona (100mV
aprox.), pero sin embargo su duración es de aprox. 2 ordenes de
magnitud mayor, unos 300ms.
• La gran diferencia con las fibras musculares esqueléticas es que dicho
impulso eléctrico de activación puede propagarse de una célula a otra
en cualquier dirección, con la excepción del pasaje de aurículas a
ventrículos que esta formado por una barrera de tejido muscular
especifico no conductivo. Solo cruza mediante tejidos especializados
como veremos mas adelante.
Sistema de conducción del corazón
•
•
•
•
Nodo Sinoatrial o Sinoauricular:
zona con excitabilidad especializada,
aprox 15mm x 5mm. Es el marcapasos
del corazón, genera aprox 70 pot. de
acción por minuto en reposo.
Nodo Auriculoventricular: esta en el
limite de la aurícula y ventrículo
derechos. Por si solo tiene una
autoxitabilidad de 50/min, pero
responde si es estimulado a una taza
mayor. Es el único punto de
comunicación eléctrico entre las A y V.
La velocidad de propagación es muy
lenta.
Haz de His: tejido conductivo
especializado que propaga el impulso
eléctrico a los ventrículos. Constituido
por 2 ramas. La velocidad de
propagación es muy rápida.
Fibras de Purkinje: penetran en
ambos ventrículos y facilitan la llegada
del impulso a todas la células
contráctiles. También tienen exitabilidad
propia de entre 15 a 30 / min
ECG
• Experimento realizado por Durrer en 1970.
– Aislaron corazón humano.
– Se colocaron mas de 850 electrodos en el interior del músculo
cardíaco.
Resultado:
• Interpretación del ECG:
–
–
–
–
–
Onda P: Despolarización de las aurículas.
Intervalo PR: Retardo impuesto por el nodo AV.
Onda QRS: Despolarización de los ventrículos.
Onda T: Repolarización de los ventrículos.
Repolarización de las aurículas?
Características ECG sobre piel:
-Amplitud: 1 a 5 mV
-Ancho de banda: 0,05 a 150 Hz.
ECG – Derivaciones bipolares
• Einthoven, fue el pionero en el registro de ECG en la superficie del
tórax, usando galvanómetros de aguja fue capaz de medir la señal
eléctrica del corazón. Definió así una serie de derivaciones utilizadas
hasta hoy en día, triángulo de Einthoven:
Derivaciones bipolares o estándar:
I: VI = FL – FR
II: VII = FF – FR
III: VIII = FF – FL
Aplicando ley de Kirchof:
VII = VI+VIII
Por lo cual solo 2 derivaciones son
independientes.
Forma de onda del ECG
• Hipótesis importante: se adopta un modelo simple de la actividad
eléctrica del corazón. Se considera al corazón como un dipolo
eléctrico.
• Dicho dipolo genera un campo eléctrico cuyo momento dipolar
representa la actividad eléctrica del corazón en un instante
específico y cuya magnitud y dirección cambian junto con esta.
ECG – Derivaciones unipolares
• Terminal central de Wilson:
– Se busca una referencia común para la
medida de potenciales.
– Se utiliza un punto (TCW) que une
todas las extremidades a travez de una
resistencia de 5kohm.
– Se cumple que: IR+IF+IL = (FCT–FR)/5k +
(FCT–FL)/5k + (FCT-F )/5k = 0
– Entonces: F =(F +F +F )/3
– El potencial medido no depende de
ninguno en particular.
F
CT
R
L
F
• Dado que: (FCT–FR)+(FCT–FL)+(FCT-FF) = 0 se demuestra
facilmente que la WCT esta en el centro del tríangulo de
Einthoven
• De esta forma se definen 3 nuevas derivaciones resultantes de
medir el potencial entre cada una de las extremidades (R, L y F)
y la WCT. Se llaman VR, VL y VF respectivamente. Donde:
VR= FR–FCT=(2FR–FF–FL)/3
VL= FL–FCT=(2FL–FF–FR)/3
VF= FF–FCT=(2FF–FR–FL)/3
Derivaciones de Goldberger
•
•
En 1942 Goldberger observó que estas señales unipolares de Wilson
podían ser aumentadas si lo que se tomaba era el promedio de solo los
otros dos puntos involucrados.
De esto resultan 3 nuevas derivaciones llamadas derivaciones aumentadas
(de ahí que se llamen aVR, aVL y aVF ) ya que se observa un incremento del
50% en el valor de la señal detectada.
aVR= FR–FCT/aVR=(2FR–FF–FL)/2
aVL= FL–FaCT/aVL=(2FL–FF–FR)/2
aVF= FF–FaCT/aVF=(2FF–FR–FL)/2
aVi = 3/2Vi con i = R, L y F
Derivaciones precordiales
• Wilson introdujo otras 6 derivaciones, también unipolares llamadas
precordiales (medidas desde la WCT), son útiles para determinar la
actividad eléctrica próximo al corazón.
• Es así que se definen V1, V2, V3, V4, V5 y V6 como se observa:
ECG de 12 derivaciones
I, II y III
aVR, aVF y aVL
V1, V2, V3, V4, V5 y V6
•
•
•
•
Las 6 primeras se obtuvieron a partir de 3
puntos por lo cual solo 2 son independientes.
Considerando que la actividad eléctrica del
corazón se puede aproximar a un dipolo
eléctrico, solo bastaría con su proyección en
los 3 planos para tenerlo completamente
definido.
Por lo cual solo bastaría elegir un vector
precordial, por ej V2 es muy utilizado. De esta
forma solo con I, II y V2 tendría
completamente definido el dipolo.
De esta forma se tiene que en el ECG de 12
derivaciones, solo 3 son independientes y 9
son redundantes.
Electrocardiógrafos