Contractilitatea miocardului

Contractilitatea miocardului este capacitatea mușchiului inimii de a dezvolta forță când este activat. Această forță ajută ventriculele să împingă sângele în artere. Mai întâi apare semnalul electric al celulelor, apoi mecanismul de contracție. Cele două evenimente sunt legate, dar nu sunt identice: un desen al undelor electrice nu arată direct cât de puternic a fost împins sângele.

În interiorul celulelor musculare, proteine numite actină și miozină interacționează pentru a produce scurtarea. Ionii de calciu sunt esențiali pentru pornirea acestui mecanism, iar ATP-ul furnizează energia necesară. După contracție, calciul este îndepărtat din zona de acțiune, iar mușchiul se relaxează. Relaxarea permite inimii să se umple din nou.

Forța unei bătăi poate varia. Dacă inima primește mai mult sânge înainte de contracție sau dacă anumite semnale nervoase și hormonale acționează asupra ei, cantitatea de sânge ejectată se poate schimba. Nu interpreta o bătaie „mai puternică” simțită în piept ca măsurare exactă a contractilității; senzația are cauze posibile diferite. Pentru a înțelege procesul, urmărește impuls electric → calciu → interacțiunea actină–miozină → forță → ejectarea sângelui. Lecția Ciclul cardiac pune această contracție în succesiunea umplerii și golirii inimii.

Contracția miocardului urmează excitării electrice a celulelor cardiace. Ionii de calciu permit interacțiunea filamentelor de actină și miozină, iar ATP furnizează energia necesară. Stimularea simpatică poate mări forța contracției. Volumul de sânge evacuat la o bătaie depinde atât de forța miocardului, cât și de cantitatea de sânge care a umplut ventriculul înainte de contracție și de rezistența vaselor în care este pompat.

Calciul intrat prin membrana cardiomiocitului favorizează eliberarea suplimentară de calciu din reticulul sarcoplasmatic; acesta permite interacțiunea actinei cu miozina. Relaxarea necesită retragerea calciului din citoplasmă. De exemplu, după umplerea ventriculului cu un volum mai mare, întinderea moderată a fibrelor crește forța contracției prin mecanismul Frank–Starling.

Cuplarea excitație–contracție. Potențialul de acțiune deschide canalele de calciu din membrană și tubii T; intrarea unei cantități mici de calciu declanșează eliberarea unei cantități mari din reticulul sarcoplasmatic („eliberare de calciu indusă de calciu”). Calciul se leagă de troponina C, tropomiozina se deplasează, iar capetele miozinei se atașează de actină și, folosind ATP, produc scurtarea sarcomerului. Relaxarea apare când calciul este pompat înapoi în reticul (pompa SERCA, dependentă de ATP) și scos din celulă (schimbătorul Na⁺/Ca²⁺), deci și relaxarea consumă energie. Spre deosebire de mușchiul scheletic, miocardul depinde de calciul extracelular.

Factori care schimbă contractilitatea. Efect inotrop pozitiv au stimularea simpatică (noradrenalina, prin receptori β₁ și AMPc), adrenalina și calciul în exces; efect inotrop negativ au hipoxia, acidoza și blocantele β. Legea Frank–Starling arată că, în limite fiziologice, cu cât ventriculul este mai umplut (volum telediastolic mai mare), cu atât forța contracției și volumul sistolic cresc. Fracția de ejecție este raportul dintre volumul sistolic și volumul telediastolic, iar valoarea normală este de 55–70%.

Exemplu rezolvat 1: fracția de ejecție. Ventriculul stâng are volumul telediastolic de 120 mL și volumul telesistolic de 50 mL.

1. Volumul sistolic: $120-50=70$ mL.
2. Fracția de ejecție: $\frac{70}{120}\cdot 100\approx 58\%$.
3. Valoarea este normală. În insuficiența cardiacă, fracția de ejecție poate scădea sub 40%.

Exemplu rezolvat 2: antrenamentul crește forța, nu doar frecvența. Un sedentar are frecvența de repaus de 75 pe minut și volumul sistolic de aproximativ 67 mL. Un sportiv de anduranță are frecvența de 50 pe minut.

1. Debitul sedentarului: $75\cdot 67\approx 5000$ mL/min.
2. Pentru același debit de 5 000 mL/min, sportivul are nevoie de un volum sistolic de $\frac{5000}{50}=100$ mL.
3. Concluzie: inima sportivului este mai mare și mai puternică, expulzează mai mult sânge la o bătaie și poate lucra cu frecvență mai mică în repaus.

Contractilitatea crește prin stimulare simpatică și prin creșterea calciului din citoplasma cardiomiocitului, și scade în hipoxie și în acidoză.

Nu confunda contractilitatea cu frecvența cardiacă: o inimă poate bate mai repede fără ca fiecare bătaie să aibă automat aceeași forță. Leagă calciul de activarea interacțiunii actină–miozină și ATP-ul de ciclul mecanic. Stimularea simpatică poate crește contractilitatea. Volumul sistolic rezultă din interacțiunea presarcinii, postsarcinii și contractilității, astfel nu poate fi dedus dintr-o singură undă ECG.

Reține: calciul se leagă de troponina C și declanșează interacțiunea actină–miozină; ATP este necesar atât pentru contracție, cât și pentru relaxare; efectul inotrop pozitiv al noradrenalinei trece prin receptorii β₁; legea Frank–Starling leagă volumul telediastolic de forța contracției. Fracția de ejecție normală este 55–70%. Contractilitatea nu se confundă cu frecvența cardiacă.

Reține și că forța contracției crește și când crește frecvența, într-un fenomen numit efect Bowditch, iar medicamentele digitalice cresc contractilitatea prin creșterea calciului din celulă. Insuficiența cardiacă este scăderea contractilității sau a umplerii, cu fracție de ejecție redusă, oboseală, dispnee și edeme.

Exemplu în formatul examenului (complement grupat). Despre contractilitatea miocardului sunt corecte afirmațiile:

1. Calciul se leagă de troponina C.
2. Noradrenalina are efect inotrop pozitiv prin receptorii β₁.
3. Legea Frank–Starling leagă forța contracției de gradul de umplere al ventriculului.
4. Relaxarea miocardului nu consumă ATP.

• a) „Numai afirmațiile 1, 2 și 3 sunt corecte.”
• b) „Numai afirmațiile 1 și 3 sunt corecte.”
• c) „Numai afirmațiile 2 și 4 sunt corecte.”
• d) „Numai afirmația 4 este corectă.”
• e) „Toate afirmațiile sunt corecte sau toate sunt false.”

Răspuns: a. Afirmația 4 este falsă, deoarece îndepărtarea calciului din citoplasmă se face prin pompe dependente de ATP.

Greșeli frecvente

• Greșit: ECG-ul măsoară direct forța contracției.
  Corect: Înregistrează activitatea electrică.
• Greșit: ATP-ul este necesar numai la începutul contracției, nu și la relaxare.
  Corect: Și relaxarea folosește procese dependente de ATP.
• Greșit: Mușchiul cardiac se contractă fără calciu din exteriorul celulei.
  Corect: Cardiomiocitul depinde de calciul extracelular, care intră în timpul platoului și declanșează eliberarea calciului din reticul.

Înainte și după