Células marca-passo

Mestre em Dinâmica dos Oceanos e da Terra (UFF, 2016)
Graduada em Biologia (UNIRIO, 2014)

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O coração representa o principal órgão do sistema cardiovascular, e é responsável por bombear o sangue à todas as células do corpo, fornecendo oxigênio e recolhendo gás carbônico e outros compostos tóxicos. A contração do músculo cardíaco ocorre de forma coordenada e seu ritmo é determinado pelas células marca-passo, estruturas que transmitem impulsos elétricos através da abertura e fechamento de canais de sódio, cálcio e potássio.

Potencial de ação em células marca-passo

Células marca-passo são estruturas especializadas na condução de estímulo nervoso pelo músculo cardíaco, estimulando sua contração. Isto ocorre através da alteração do potencial elétrico da membrana nas células cardíacas, isto é, mudança de voltagem positiva para negativa (i.e. polarização) e vice-versa (i.e. despolarização). Este processo ocorre de forma espontânea nas células marca-passo (i.e. sem necessidade de estímulo do sistema nervoso), ao contrário de outros tipos celulares presentes no corpo humano.

A transmissão de impulso nervoso pelas células marca-passo produz os batimentos cardíacos de um indivíduo. Este processo está relacionado às mudanças na concentração dos íons cálcio, sódio e potássio no interior destas células, as quais estão associadas à abertura e fechamento de canais na membrana plasmática. A permeabilidade das células marca-passo aos íons irá, por sua vez, determinar a voltagem das células cardíacas, desencadeando o potencial de ação. Para entender melhor como este mecanismo funciona, segue a descrição em detalhes a seguir.

Suponha uma célula com voltagem inicial de -60 milivolts. Para desencadear o potencial de ação, o sinal de sua membrana precisa ser invertido, tornando-a positiva. Para tal, é necessário aumentar a concentração intracelular de íons positivos como o cálcio (+123 mv) e o sódio (+67 mv), através da abertura de canais na membrana plasmática (i.e. processo de despolarização celular). Na voltagem inicial mencionada (-60 mv), a célula estará bastante permeável ao sódio, permitindo o aumento de sua concentração no meio intracelular, e elevando a voltagem da célula. Quando esta atinge -40 milivolts, os canais que permitem a passagem de cálcio se abrem, levando a voltagem da célula cardíaca rapidamente até +10 mv. Ao atingir este novo limiar, os canais de cálcio se fecham, e os canais que permitem a passagem de potássio se abrem (-97 mv). O aumento da concentração de potássio irá tornar a voltagem da célula negativa (-60 mv), um processo que é conhecido como polarização. Ao atingir -60 mv, os canais de potássio se fecham e a célula torna-se mais permeável ao sódio, recomeçando o ciclo. Todo este processo de despolarização e polarização da célula cardíaca (i.e. cada ciclo) corresponde a um batimento cardíaco.

Tipos de células marca-passo

Três tipos de células marca-passo compõem o sistema de condução elétrica do coração. Em geral, o potencial de ação (i.e. polarização) é similar entre os tipos de célula marca-passo, porém o tempo de transmissão do impulso elétrico varia em relação à permeabilidade de cada tipo de célula ao sódio; quanto mais permeável ao sódio, mais rápido é o processo de despolarização celular.

Nó sinoatrial (SA): É o grupo mais comum de células marca-passo, que apresentam alta permeabilidade ao sódio. Realiza o processo de despolarização mais rapidamente em comparação aos outros tipos de células marca-passo. Em geral, estas células mantém a frequência cardíaca entre 60 e 90 batimentos por minuto.

Nó atrioventricular (AV) – Tempo de despolarização intermediário em relação ao nó sinoatrial e ao feixe de His, em função de sua permeabilidade ao sódio. Em geral, mantém a frequência cardíaca entre 40 e 60 batimentos por minuto.

Feixe de His ou Fibras de Purkinje – Processo de despolarização é mais lento do que nos outros tipos de célula, pois é o tipo de célula marca-passo menos permeável ao sódio. Mantém a frequência cardíaca entre 20-30 batimentos por minuto.

Controle do ritmo cardíaco

O ritmo do batimento cardíaco é controlado pelas células SA. Isto acontece porque a velocidade da transmissão do impulso elétrico por estas células é menor em comparação aos outros tipos. Em geral, o SA leva 0,85 segundos para transportar o sinal elétrico até o Feixe de His. No entanto, se as células SA não dispararem o impulso elétrico em até 1 segundo, as células AVs irão produzir e disparar o potencial de ação, diminuindo a frequência cardíaca (i.e. um tipo de plano B do coração, para não cessar os batimentos). Por fim, se o potencial de ação não for disparado em até 2 segundos, as células do FH entrarão em ação e controlarão o ritmo dos batimentos cardíacos (i.e. plano C do coração).

Referências

Khan Academy. Action potentials in pacemaker cells. Disponível em: https://pt.khanacademy.org/science/health-and-medicine/circulatory-system/heart-depolarization/v/action-potentials-in-pacemaker-cells

Khan Academy. A race to keep pace. Disponível em: https://www.khanacademy.org/science/health-and-medicine/circulatory-system/heart-depolarization/v/a-race-to-keep-pace