ACOPLAMIENTO EXCITACIÓN-CONTRACCIÓN EN EL MIOCARDIO ATURDIDO

El lugar de la lesión en el acoplamiento excitación-contracción ha sido recientemente motivo de investigación exhaustiva. La activación eléctrica es normal 1, de manera que las bases del miocardio aturdido tienen que depender de alguna de estas dos amplias categorías mecanísticas: primero, la disponibilidad del activador Ca 2+ podría estar restringida. Este efecto puede estar mediado por una entrada anormal (o salida anormal) de Ca 2+ al citosol debido a lesiones en una o varias vías encargadas del control de Ca 2+ celular. Alternativamente, la capacidad de respuesta al Ca 2+ de la maquinaria contráctil podría estar dañada de tal forma que para un incremento dado de la concentración intracelular de Ca 2+ (p. ej., el que se produce durante el aumento transitorio de Ca 2+) el miocardio genere menos fuerza; en este caso no es necesario que la disponibilidad del Ca 2+ sea el factor limitante.

Durante los últimos doce años, los trabajos de investigación han implicado de forma abrumadora a los miofilamentos como el punto crítico de lesión en el aturdimiento, por lo menos en los modelos de corazón aislado y perfundido. El primer indicio de que la función de los miofilamentos era anormal procedió de Kusuoka et al 2, que encontraron una disminución de la presión máxima activada por el Ca 2+ (el equivalente en el corazón entero de la fuerza máxima de activación por el Ca 2+) en los corazones aturdidos. Posteriormente Marban et al 3,4 desarrollaron y validaron la metodología para medir la concentración intracelular de Ca 2+ por espectroscopia de RMN en corazones aislados y perfundidos de hurón. Los aumentos transitorios de Ca 2+ resultaron ser similares antes y después de la isquemia; si acaso, había una tendencia hacia un aumento en la concentración intracelular de Ca 2+ sistólico en los corazones aturdidos, a pesar de que se producía un 40% de descenso en la presión ventricular desarrollada 5. Carrozza et al 6 confirmaron después, utilizando un método complementario de medición de Ca 2+, el marcaje con aequorina en el intersticio del epicardio, que los aumentos transitorios de Ca 2+ no están disminuidos en los corazones aturdidos de hurón.

Gao et al 7 examinaron el acoplamiento electromecánico en el miocardio aturdido de una manera más directa usando preparaciones experimentales carentes de la superposición de los efectos del turgor y el llenado vasculares. Las mediciones de la concentración intracelular de Ca 2+ y de la fuerza en trabéculas ventriculares finas, procedentes de corazones de rata no isquémicos y corazones aturdidos, confirmaron que los aumentos transitorios de Ca 2+ no están disminuidos en el miocardio aturdido. Los estudios funcionales de los miofilamentos durante la activación estacionaria con Ca 2+ revelaron tanto una disminución de la fuerza máxima como una desensibilización. En un modelo cuantitativo de interacción de los miofilamentos, los cambios simples en la tasa de unión y separación de los enlaces cruzados reprodujeron las características más destacadas de la disfunción contráctil del miocardio aturdido.

Sigue siendo controvertido si la disminución de la respuesta al Ca 2+ de los miofilamentos es debida a una disminución de la fuerza máxima activada por el Ca 2+, a una disminución de la sensibilidad al Ca 2+ o a los dos fenómenos a la vez. Kusuoka et al 2,5 demostraron que estos dos aspectos fundamentales de la función de los miofilamentos estaban deprimidos en los corazones postisquémicos; Gao et al 7 confirmaron esta conclusión al tiempo que enfatizaron que, desde un punto de vista cuantitativo, la disminución de la fuerza máxima es el único y más importante factor. Carrozza et al 6 concluyeron que sólo está disminuida la fuerza máxima activada por el Ca 2+. Una de las limitaciones que se presenta en relación con la interpretación de sus datos fue la incertidumbre sobre el nivel máximo de activación, porque no estaba establecida de forma clara la saturación de la fuerza con respecto a la concentración intracelular de Ca 2+.

Gran parte de la evidencia que apoya la hipótesis de una lesión en los miofilamentos procede del miocardio intacto, aunque también se han obtenido evidencias a favor de esta hipótesis en preparaciones en las que se ha eliminado la membrana celular. Hofmann et al 8 midieron la sensibilidad de los miofilamentos al Ca 2+ en un modelo porcino in vivo de aturdimiento con reperfusión de bajo flujo. Encontraron que la sensibilidad al Ca 2+ está efectivamente disminuida en células cardíacas postisquémicas sin membrana celular, sin que haya cambios decisivos en la fuerza máxima (lo que posiblemente refleja la gran variabilidad en los valores absolutos de fuerza máxima, que oscilaron entre aproximadamente el 55% hasta el 150% del valor medio). Estos mismos investigadores demostraron posteriormente que la disminución de la sensibilidad al Ca 2+ sólo ocurre durante la reperfusión 9, lo que confirma un aspecto clave de la hipótesis reflujo/proteólisis que se menciona más adelante. Investigadores del mismo laboratorio 10 encontraron también que algunas células «aturdidas» no presentan alteraciones en la activación estacionaria con Ca 2+ a pesar de tener cambios claros en la cinética de la formación cíclica de enlaces cruzados (como se pone de manifiesto por el claro enlentecimiento del desarrollo de fuerza después de liberaciones rápidas en condiciones de máxima activación por Ca 2+). Estos cambios cinéticos pueden desacoplar la concentración intracelular de Ca 2+ de la fuerza, como se demostró experimental y teóricamente con el fármaco inotrópico negativo butanodiona monoxima 11. Dietrich et al 12 no encontraron cambios en la respuesta estacionaria al Ca 2+ de los miofilamentos al restablecerse el flujo después de períodos largos de isquemia total (40 min); no se examinó la cinética de la formación de enlaces cruzados. Aunque los autores se refirieron a este fenómeno como «miocardio aturdido», se considera en general que 40 min de isquemia total producen un daño irreversible más que un aturdimiento (véase más adelante). Más recientemente, VanEyk et al 13 examinaron la relación que existía entre la duración de la isquemia y el restablecimiento del flujo sobre las propiedades de los miofilamentos en haces de fibras sin membrana obtenidas de corazones aislados de rata. Encontraron una marcada disminución de la fuerza máxima (alrededor de un 45%) cuando una isquemia igual o superior a 15 min era seguida por el restablecimiento de flujo, pero esto no se producía cuando había 15 min de isquemia sola. Es intesante señalar que la lesión funcional de los miofilamentos en ese estudio fue atribuible por completo a la reducción de la fuerza máxima; de hecho, la sensibilidad fue ligeramente superior (es decir, desviada hacia una concentración menor de Ca 2+ intracelular) tanto en los grupos de isquemia e isquemia/reperfusión como en los controles no isquémicos.

PAPEL DE LAS ALTERACIONES EN LAS PROTEÍNAS CONTRÁCTILES

El mecanismo que subyace a la disminución en la respuesta al Ca 2+ parece estar relacionado con una modificación estructural de una o varias proteínas miofibrilares (o proteínas asociadas a miofibrillas). Los resultados obtenidos en miocardio al que se ha solubilizado la membrana de sus células, aunque no son muy homogéneos, sugieren que el aturdimiento refleja alteraciones en los propios miofilamentos 14. Además de las modificaciones estructurales de los miofilamentos, otros mecanismos pueden tener influencia sobre la sensibilidad al Ca 2+ del miocardio aturdido in vivo. Por ejemplo, existen numerosas evidencias, que se resumen más adelante, que implican a los radicales libres del oxígeno en la patogenia del aturdimiento miocárdico. Los radicales libres del oxígeno, además de tener efectos sobre la homeóstasis del Ca 2+, promueven la formación de peróxido de hidrógeno que, a su vez, es metabolizado por el sistema catalasa/peroxidasa, lo que resulta en una disminución en el contenido de glutatión reducido y en un aumento de glutatión oxidado 15. Se ha descrito que el glutatión oxidado es capaz de disminuir la sensibilidad al Ca 2+ del músculo cardíaco sin membranas celulares, mientras que el glutatión reducido tiene el efecto contrario 16; así pues, los cambios en el estado redox del glutatión citosólico pueden contribuir a la desensibilización de los miofilamentos aturdidos. Sin embargo, un examen minucioso del mismo tejido muscular antes y después de la solubilización química de la membrana permitió a Gao et al 14 demostrar que los cambios cardinales que habían observado en el miocardio aturdido intacto (una acusada disminución de la fuerza máxima y una disminución modesta de la sensibilidad de los miofilamentos) persistían después del proceso de eliminación de la membrana celular. Esta observación demuestra la relevancia de las alteraciones dentro de la matriz proteica de la célula, frente al papel que desempeñan los factores solubles (como el Mg 2+ o el glutatión 17), que estarían equilibrados después de eliminar la membrana.

El hallazgo de que la función de los miofilamentos está deprimida y que esta disminución de su función persiste después del proceso de eliminación de la membrana celular ha motivado el análisis estructural de varias proteínas clave dentro del aparato contráctil. Matsumura et al 18 observaron mediante inmunohistoquímica una degradación parcheada de la alfaactinina, una proteína de anclaje asociada a los miofilamentos, en el miocardio aturdido. Gao et al 19 utilizaron la técnica de inmunoblotting para analizar varias proteínas clave involucradas en el proceso cíclico de formación de enlaces cruzados. Entre ellas, la troponina I (TnI), que es una proteína reguladora de filamento fino, fue la única que presentaba una degradación parcial en el miocardio aturdido (pero no en las muestras de miocardio isquémico no reperfundido). La degradación de la TnI podía ser prevenida mediante modificaciones del medio de reperfusión diseñadas para mitigar la sobrecarga de Ca 2+ y mejorar la recuperación funcional. VanEyk et al 13 confirmaron las observaciones sobre la degradación de la TnI y de la alfaactinina, e identificaron otro grupo de alteraciones que se producían durante la isquemia prolongada y/o el restablecimiento de flujo 20-22. La observación de que la TnI se degrada en parte en el miocardio aturdido es especialmente intrigante si se tiene en cuenta el papel crucial que desempeña esta proteína como intermediaria entre la activación del calcio y la formación cíclica de enlaces cruzados.

Es posible, aunque no está todavía probado, que la lesión que se produce en la TnI sea suficiente para explicar la disminución de la función de los miofilamentos que subyace al aturdimiento. Por este motivo, en nuestro grupo hemos creado ratones transgénicos que expresan en el corazón el fragmento predominante asociado a la degradación que se produce durante el aturdimiento, el TnI 1-19323. Estos ratones desarrollan el fenotipo completo del aturdimiento: sus corazones están ligeramente dilatados y presentan una alteración de la contractilidad. Las mediciones de la concentración intracelular de Ca 2+ y de la fuerza contráctil en el músculo ventricular intacto de estos ratones reprodujeron los principales hallazgos del corazón aturdido: unos transitorios de Ca 2+ no disminuidos, acompañados sin embargo por una acusada depresión de la fuerza máxima. Estas nuevas observaciones apoyan la idea de que la proteólisis de la TnI causa aturdimiento, en vez de ser considerada sólo como un marcador del miocardio postisquémico.

Esta hipótesis presenta varios corolarios atractivos: el aturdimiento miocárdico es benigno desde el punto de vista histológico; la proteólisis, si fuera parcial y de alguna manera selectiva, tendría que romper el sarcómero de forma no visible para alterar la función. Varias proteínas de filamento fino son notablemente susceptibles a la degradación proteolítica 20,22,24; aunque las consecuencias funcionales de este proceso no han hecho más que empezar a ser elucidadas, la exposición directa de los miofilamentos a la calpaína reproduce las anormalidades funcionales observadas en el aturdimiento 14. La idea de la proteólisis de los miofilamentos es también plenamente consistente con las observaciones de que el miocardio aturdido responde de forma normal a la estimulación inotrópica, ya que los mecanismos proximales que controlan la concentración intracelular de Ca 2+ están supuestamente intactos 25. La disminución de la respuesta de los miofilamentos al Ca 2+ justifica la gran eficacia que presentan los sensibilizadores al calcio en el tratamiento del miocardio aturdido 26. Quizá el hecho más interesante del aturdimiento es su eventual reversibilidad, con un patrón característico de recuperación a lo largo del tiempo de un día o más. La hipótesis proteolítica es la única que propone una justificación específica y comprobable de la lenta reversibilidad: las proteínas contráctiles parcialmente degradadas tendrían que ser reemplazadas por otras de nueva síntesis para poder reparar los miofilamentos, y el tiempo empleado para la degradación y síntesis de nuevas proteínas se aproxima bastante al observado 27,28.

PARALELISMOS CON LA INSUFICIENCIA CARDÍACA

La insuficiencia cardíaca congestiva crónica es una alteración común, y a menudo letal, de la contractilidad cardíaca. Sigue sin conocerse claramente la patofisiología del fallo contráctil, aunque se ha atribuido a una alteración en el comportamiento cíclico del Ca 2+, a pesar de que hay evidencias crecientes de una función disminuida de los miofilamentos. En un estudio reciente, medimos la concentración intracelular de Ca 2+ y la fuerza contráctil en músculo ventricular intacto de ratas SHHF que presentaban insuficiencia cardíaca espontánea y en controles que tenían una edad equivalente 29. A las concentraciones fisiológicas de Ca 2+ extracelular, los aumentos transitorios de Ca 2+ fueron iguales en amplitud en los dos grupos, pero el pico de Ca 2+ intracelular se alcanzaba más tarde en el músculo de las ratas SHHF. La fuerza de contracción alcanzaba su pico de manera lenta y era equivalente o ligeramente menor en amplitud con respecto a los controles. El análisis bidimensional de las relaciones instantáneas entre el Ca 2+ y la fuerza reveló una disminución mucho mayor (53%) de la fuerza máxima activada por el Ca 2+ en el miocardio de ratas SHHF, que habría producido una supresión equivalente de la fuerza de contracción si los otros factores hubieran sido iguales. El análisis de fase reveló que el enlentecimiento de los cambios cíclicos del Ca 2+ prolongó el tiempo del que dispone el Ca 2+ para activar los miofilamentos en el músculo con insuficiencia, lo que compensa parcialmente la acusada disfunción de la maquinaria contráctil. Nuestros resultados indican que la activación de los miofilamentos está severamente dañada en el corazón con insuficiencia, pero los cambios concomitantes que se producen en la cinética del Ca 2+ intracelular minimizan la depresión contráctil 29. Estos resultados desafían los conceptos prevalentes sobre la patofisiología de la insuficiencia cardíaca: los miofilamentos aparecen como factores centrales, mientras que los cambios en el comportamiento cíclico del Ca 2+ son reinterpretados como factores compensatorios más que causales.

RELACIÓN ENTRE EL ATURDIMIENTO Y LA INSUFICIENCIA CARDÍACA

Los cambios en la capacidad de respuesta de los miofilamentos al Ca 2+ revelados en este estudio recuerdan a aquellos descritos previamente para el miocardio aturdido 7,25. Esta forma reversible de insuficiencia contráctil ocurre de forma aguda, sin cambios compensatorios en el comportamiento cíclico del Ca 2+. Así, la depresión profunda de la fuerza máxima (típicamente de un 50-60%, comparable a la que se observa en las ratas SHHF) es correspondida con una depresión equivalente de las contracciones cíclicas. En la insuficiencia cardíaca crónica, los aumentos transitorios de Ca 2+ se vuelven más lentos y de alguna manera amortiguados en su amplitud (especialmente a altas concentraciones de Ca 2+ extracelular). El enlentecimiento de los aumentos transitorios de calcio tiende a mitigar la depresión funcional durante el acoplamiento fisiológico en la exitación-contracción. Estos cambios cinéticos permiten que el Ca 2+ intracelular se aproxime al equilibrio con las proteínas contráctiles durante cada ciclo cardíaco; por tanto, una amplitud menor en el aumento transitorio de Ca 2+ es suficiente para alcanzar una activación fraccional de los miofilamentos equivalente (o mayor). Sin embargo, estos cambios adaptativos de la homeostasis del Ca 2+ exigen el pago de un peaje, al empeorar la relajación y predisponer a la disfunción diastólica 26.