Contracción del Músculo Cardíaco: Las uniones GAP (1/2)

MARCO TEÓRICO

Sinapsis

Hablar de sinapsis nos lleva de inmediato a pensar en el sistema nervioso y, también casi de inmediato, a pensar en esas estructuras complejas en donde existe una porción pre-sináptica, con vesículas cargadas de neurotransmisor, separada por un pequeño espacio de una parte post-sináptica, con receptores que unen a los neurotransmisores. Estamos hablando efectivamente de sinapsis, pero de un tipo denominado sinapsis química.

Se piensa que las sinapsis químicas constituyen, con diferencia, el tipo principal de forma de comunicación entre neuronas (y también entre éstas y otras células como las células musculares), especialmente en el sistema nervioso de mamíferos, aunque desde hace tiempo se conoce la existencia de otro tipo de sinapsis, las denominadas sinapsis eléctricas. Estas últimas son mucho más difíciles de reconocer ultra-estructuralmente y son más abundantes en el sistema nervioso de invertebrados, aunque también han sido descritas en vertebrados.

Sinapsis Química Axodendrítica 

El sustrato anatómico de las sinapsis eléctricas son las denominadas uniones en hendidura, "gap junctions" o uniones comunicantes. Este tipo de uniones se encuentra en casi todos los tejidos animales, siendo especialmente notable en el tejido muscular y en el epitelial, aunque se reserva el término de sinapsis eléctrica a las uniones interneuronales.

Las uniones en hendidura son regiones especializadas de membrana, compuestas por agregados de canales transmembrana que conectan directamente el citoplasma de células adyacentes. Cada canal intercelular está formado por la conjunción de dos hemicanales, denominados conexiones, que están formados por el ensamblado de seis proteínas llamadas conexinas.

Las conexinas están codificadas por una gran familia multigénica (se estima que existen en mamíferos unos 20 miembros diferentes de esta familia). Cada conexión puede tener un solo tipo de conexina (homomérico) o múltiples conexinas (heteromérico).

Se supone que la apertura del poro del canal se produce por el desplazamiento de unas conexinas con respecto a las otras, de manera semejante a como ocurre con el diafragma de una cámara fotográfica.

Los canales intercelulares que forman las sinapsis eléctricas permiten el flujo bidireccional de pequeñas moléculas (básicamente iones) entre ambas células, proporcionando una vía de baja resistencia al paso de la corriente eléctrica entre las dos células. 

Dicho en otras palabras, la despolarización de la membrana de una neurona puede transmitirse ‘directamente’ a una neurona vecina a través de las sinapsis eléctricas.

Desde el punto de vista funcional, la comunicación inter-neuronal a través de las sinapsis eléctricas difiere marcadamente de la comunicación a través de las sinapsis químicas.

La principal diferencia estriba en la velocidad. Mientras que en las últimas existe un retraso sináptico, tiempo que transcurre desde que el potencial de acción alcanza el terminal pre-sináptico hasta que se libera el neurotransmisor y éste interactúa con el receptor produciendo la respuesta en la célula post-sináptica (unos pocos milisegundos), en las sinapsis eléctricas este retraso es prácticamente nulo.

Comunicación Neuronal

Esta alta velocidad en la comunicación intercelular permite el acoplamiento funcional simultáneo (sincronización) de redes de neuronas que estén unidas por sinapsis eléctricas.

Otra importante diferencia entre las sinapsis eléctricas y las químicas es su regulación.

El complicado proceso que conduce a la liberación y unión del neurotransmisor con el receptor en las sinapsis químicas (que de una forma resumida incluiría al menos los siguientes pasos: llegada del potencial de acción al terminal pre-sináptico, apertura de canales de calcio dependientes de voltaje, incremento del calcio intracelular, fusión de las vesículas sinápticas con la membrana pre-sináptica, exocitosis del neurotransmisor, unión de éste con los receptores post-sinápticos y, en el caso más simple, apertura de canales iónicos en la membrana post-sináptica) está sujeto a numerosos puntos de control.

Cualquiera de los procesos mencionados puede ser regulado o modificado, lo cual puede conducir a una mayor o menor liberación del neurotransmisor en determinadas circunstancias.

Igualmente, las sinapsis químicas pueden ser muy variadas, ya que no solamente puede variar el mediador químico liberado, el neurotransmisor, sino que también pueden existir diferentes receptores para un mismo neurotransmisor, con lo que las acciones sinápticas en las sinapsis químicas pueden ser muy complejas.

Neurona presináptica

Todo ello contrasta con la aparente simplicidad de las sinapsis eléctricas, donde los canales intercelulares parecen permitir el flujo bidireccional de iones y moléculas pequeñas en casi cualquier situación.

Si bien es cierto que las sinapsis químicas son más ‘plásticas’ que las eléctricas, también es cierto que estas últimas no son meramente puentes intercelulares siempre abiertos.

Así, por ejemplo, la mayoría de los canales intercelulares que forman las sinapsis eléctricas son dependientes de voltaje, lo que es lo mismo que decir que su conductancia (o, a la inversa, su resistencia al paso de la corriente eléctrica) varía según la diferencia de potencial a ambos lados de las membranas que forman parte de la unión. En algunas uniones especializadas, esta ‘sensibilidad’ al voltaje de los canales permite conducir las corrientes despolarizantes en una sola dirección (se habla entonces de sinapsis eléctricas rectificantes).

También, la mayoría de los canales comunicantes se cierran como respuesta a una disminución del pH intracelular o a una elevación del calcio citoplasmático. Se piensa que estas propiedades tienen un cierto carácter protector desacoplando a las células lesionadas de las otras células, ya que en las primeras se producen incrementos importantes de calcio y protones citoplásmáticos que podrían afectar a las células adyacentes si atravesaran los canales comunicantes.

Rol de las sinapsis eléctricas en el funcionamiento cerebral

A pesar de que las sinapsis eléctricas fueron descritas hace más de 30 años en el cerebro de mamíferos, su importancia ha estado ensombrecida por razones variadas. Las dificultades técnicas para estudiar su distribución y función en el tejido nervioso se sumaban al impresionante número de estudios dedicados a su ‘hermana mayor’, la sinapsis química. Ésta, mayoritaria en el cerebro, acaparaba todas las atenciones, dejando relegada a un segundo plano a las sinapsis eléctricas.

Una serie de trabajos recientes usando técnicas inmunocito-químicas para la localización de las proteínas que forman los canales comunicantes (conexinas), así como técnicas de registro intracelular de células emparejadas, ha permitido conocer mejor la distribución y funciones de las sinapsis eléctricas, devolviendo así el protagonismo a esas grandes olvidadas.

Además de su papel bien demostrado durante el desarrollo embrionario del sistema nervioso central, permitiendo el acoplamiento funcional de las neuronas, su presencia en numerosas regiones del cerebro adulto, como son el tálamo dorsal, estriado, cerebelo, corteza cerebral o hipocampo, sugiere que también desempeñan un papel importante en la fisiología del cerebro después del desarrollo.

Gran parte de estos trabajos han demostrado la presencia de sinapsis eléctricas entre redes de inter-neuronas GABAérgicas (recordemos que el GABA es el principal neurotransmisor inhibidor en el cerebro).

Papel del GABA en el enlace sináptico

Se cree que estas redes de inter-neuronas GABAérgicas, interconectadas por sinapsis eléctricas, están implicadas en la generación de actividades oscilatorias en regiones como el hipocampo o la corteza cerebral.

Ya que una sola inter-neurona inhibidora puede inervar cientos de neuronas excitadoras (al menos en el hipocampo), la activación de estas redes podría producir la inhibición simultánea de numerosas neuronas, causando ritmos sincronizados en una gran población neuronal. Estas actividades rítmicas podrían jugar un papel importante en la formación de las memorias, en la cognición y en otras funciones nerviosas superiores.

2.  Músculo cardiaco

Constituido por células alargadas, formando columnas que se anastomosan irregularmente. Estas células también presentan estriaciones transversales, pero pueden distinguirse fácilmente de las fibras musculares esqueléticas por el hecho de poseer solo uno o dos núcleos centrales. 

La dirección de las células cardíacas es muy irregular y frecuentemente se pueden encontrar con varias orientaciones, en la misma área de una preparación microscópica, formando haces o columnas.

Esas columnas están revestidas por una fina vaina de tejido conjuntivo, equivalente al endomisio del músculo esquelético. Hay abundante red de capilares sanguíneos entre las células siguiendo una dirección longitudinal a éstas.

La célula muscular cardiaca es muy semejante a la fibra muscular esquelética, aunque posee más sarcoplasma, mitocondrias y glucógeno. 

También llama la atención el hecho de que en los músculos cardiacos, los filamentos ocupen casi la totalidad de la célula y no se agrupen en haces de miofibrillas.

Una característica específica del músculo cardiaco es la presencia de líneas transversales intensamente coloreables que aparecen a intervalos regulares. 

Estos discos intercalares presentan complejos de unión que se encuentran en la interfase de células musculares adyacentes. Son uniones que aparecen como líneas rectas o muestran un aspecto en escalera. En la parte en escalera se distinguen dos regiones. La parte transversal, que cruza la fibra en línea recta y la parte lateral que va en paralelo a los miofilamentos.

En los discos intercalares se encuentran tres tipos de contactos:

- La fascia adherens o zona de adhesión.

- Mácula adherens o desmosome.

- Uniones tipos GAP (gap juntion).

Tipos de uniones celulares

Las zonas de adhesión representan la principal especialización de la membrana y de la parte transversal del disco sirven para fijar los filamentos de actina de los sarcómeros terminales. Básicamente representa una hemibanda Z (media)

Las máculas adherentes son desmosome que unen fibras musculares cardiacas, impidiendo que se separen por la actividad contráctil constante del corazón.

Los desmosome son estructuras complejas en forma de un disco constituidas por la yuxtaposición de dos regiones electrodensas que se hallan en las regiones contiguas de la membrana celular de dos células vecinas, en las cuales se insertan haces de tono filamentos. Las fibrillas tienden acumularse en el polo superior de la célula inmediatamente por debajo de la superficie celular, formando la trama terminal (citoesqueleto).

En las partes laterales de los discos se encuentran uniones tipo gap, responsables de la continuidad iónica, entre células musculares próximas. Desde el punto de vista funcional, el paso de iones permite que las cadenas de células musculares se comporten como si fueran un sincito (célula simple con muchos núcleos), pues el estímulo de la contratación pasa como si fuera una onda de una célula a otra.

3.  Nervios y sistema generador y conductor del impulso nervioso en el corazón:

Debido a la capa de tejido conjuntivo que reviste internamente el corazón existe una red de células musculares cardiacas modificadas localizadas dentro de la pared muscular del órgano. Tales células desempeñan un papel importante en la generación y conducción del estímulo cardíaco.

Conducción del impulso nervioso al corazón

El corazón recibe nervios tanto del sistema simpático con del parasimpático que forman plexos en la base del órgano. No existen en el corazón, terminaciones nerviosas comparables a la placa motora del músculo esquelético. Se admite que las fibras musculares cardiacas son capaces de autoestimulación independiente del impulso nervioso. Cada una de estas fibras tiene su ritmo propio, pero dado que están enlazadas en uniones tipo gap, que tienen un ritmo acelerado y conducen a todas las otras distribuyendo el impulso a todo el órgano. Las fibras del sistema generador y conductor del impulso son las del ritmo más rápido, pero las otras células del corazón pueden hacer que el órgano trabaje con un ritmo más lento, en el caso de que exista un fallo en el sistema conductor.

Por lo tanto el sistema nervioso ejerce en el corazón una acción reguladora, adaptando el ritmo cardiaco a las necesidades del organismo como un todo.

la segunda parte a continuación... (2/2)

Elaborado por: 

Hernández, Ricardo; Rosado, Katherine; Suxe, Geraldine & Terranova, Lady.

Estudiante de Medicina Humana de la Universidad de San Martín de Porres

Chiclayo - Perú