Resumen
Las fibras de Purkinje o cardiomiocitos de Purkinje forman parte de todo el complejo del sistema de conducción cardíaco, que hoy se clasifica como tejido muscular cardíaco específico responsable de la generación de los impulsos cardíacos. Desde el punto de vista de su distribución, se estudió la estructura y la composición ultraestructural del sistema de conducción cardíaco en el corazón de avestruz mediante microscopía óptica y electrónica. Estas células se distribuyeron en el sistema de conducción cardíaco, incluyendo el nodo SA, el nodo AV, el haz de His y sus ramas, así como el endocardio, el pericardio, el miocardio alrededor de las arterias coronarias, las bandas moderadoras, la lámina fibrosa blanca en la aurícula derecha y la unión septal izquierda de la válvula AV. La mayor parte de la fibra de Purkinje se compone de sarcoplasma claro, sin estructura, y las miofibrillas tienden a estar confinadas a un anillo delgado alrededor de la periferia de las células. Tienen uno o más núcleos grandes situados en el centro de la fibra. Desde el punto de vista ultraestructural, se distinguen fácilmente. La principal característica de distinción es la falta de densidad de electrones y el hecho de tener una apariencia ligera, debido a la ausencia de miofibrillas organizadas. Las células P suelen tener dos núcleos con una masa de microfilamentos cortos y delicados dispersos al azar en el citoplasma; contienen sarcómeros cortos y placa de inserción miofibrilar. No tienen túbulos T.
1. Introducción
Jan Evangelista Purkinje nació el 18 de diciembre de 1787 en Libochovice (Bohemia). Entre los 35 y los 63 años realizó sus descubrimientos más significativos. Esta misma edad muestra generalmente la medida fisiológica de las mayores ondas creativas del ser humano. Desde 1850 hasta su muerte en 1869, Purkinje trabajó en el Instituto de Fisiología de Praga, en el que se había instalado. La adquisición del gran microscopio Plösl en 1835 representó un importante punto de inflexión para la investigación histológica y embriológica de Purkinje. Purkinje publicó su descubrimiento de una parte del sistema de conducción del corazón, hoy en día llamada fibras de Purkinje o cardiomiocitos de Purkinje.
Tawara (1906) pudo seguir proximalmente desde las fibras de Purkinje (fibra P) hasta los haces de además, que, organiza, estaban conectados a su haz. Posteriormente, descubrió que su haz estaba conectado proximalmente a un plexo de fibras bien ajustado (al que llamó nodo, en su libro). Se trata del nodo arterioventricular. Además, pudo mostrar conexiones interdigitadas entre las fibras de Purkinje y los músculos ventriculares, así como entre el nodo y los músculos arteriales . La actividad eléctrica del sistema de conducción especializado de los corazones caninos se ha registrado in situ mediante electrodos fijados al endocardio durante la derivación cardiopulmonar total . Armiger et al. afirmaron que el tejido conectivo de las trabéculas obtenidas de los cachorros y los perros jóvenes tenía pocas fibras elásticas, pero este elemento estaba bien extendido en el tejido conectivo de los perros adultos. Las trabéculas de los perros mayores también mostraban focos distribuidos de gotas de grasa extracelular, y sus zonas de unión más cercanas a la pared ventricular estaban a menudo muy llenas de grasa. Las células de Purkinje eran uniformes en cada grupo pero diferían de un grupo a otro.
Forsgren et al. identificaron que en el corazón fetal bovino los haces de células subendocárdicas podían ser prominentes desde la masa miocárdica principal. Sus características morfológicas expresan que representan haces de fibras de Purkinje. Una fluorescencia severa después de la incubación en antisueros hasta el esqueleto de la proteína del filamento intermedio también respalda esta sugerencia.
Un estudio ultraestructural comparativo de las fibras de Purkinje bovinas y de los miocitos comunes durante el desarrollo fetal ha sido emprendido por Forsgren y Thornell.
Las diferencias entre los dos tipos de células con respecto al disco acomodado, la cantidad de miofibrillas, la secuencia de mitocondrias, la cantidad de glucógeno y la formación de los túbulos T se hicieron evidentes gradualmente. En todos los estadios estudiados, una redundancia de filamentos intermedios era típica de las fibras de Purkinje. Las bandas M miofibrilares se desarrollaron en una fase más temprana en las fibras de Purkinje que en los miocitos ordinarios. Los complejos miofilamento-polirribosoma típicos de las fibras de Purkinje de la vaca adulta no se observaron en los corazones fetales.
El corazón del avestruz tiene algunas características diferentes de las otras aves. En el avestruz, el pericardio fibroso como ligamento esternopericárdico se une a lo largo de la superficie torácica del esternón. El borde central de la válvula muscular cuelga hacia el ventrículo derecho y se une a su pared parietal rugosa mediante un grueso pedúnculo muscular. Las venas pulmonares izquierda y derecha entran en la aurícula izquierda de forma independiente, y sus aberturas están completamente separadas entre sí por un tabique. En el corazón del avestruz, las bandas moderadoras se encontraban tanto en el ventrículo derecho como en el izquierdo en diferentes localizaciones. El ventrículo derecho presenta una banda moderadora tendinosa cerca de la base del ventrículo que se extiende desde el septo hasta la válvula muscular. También las bandas moderadoras en forma de hilo tendinoso o lámina plana suelen estar presentes alrededor del ápice del ventrículo derecho que se extiende desde el septo hasta la pared parietal. En el ventrículo izquierdo, hay algunas bandas moderadoras tendinosas cerca del ápice que se extiende desde el septo hasta la pared parietal y entre las trabéculas de la pared parietal.
Las enfermedades cardiovasculares en humanos y animales son una de las principales causas de muerte. Por lo tanto, la interpretación correcta de la función o fisiología del corazón necesita una comprensión completa de la anatomía, la histología y el sistema de conducción cardíaco. Se ha estudiado la anatomía macroscópica y microscópica del corazón y su sistema de conducción en varias especies animales, pero no hay ninguna investigación exhaustiva sobre el corazón del avestruz (Struthio camelus). Los resultados de este estudio se utilizarán en el futuro como conocimiento básico.
2. Materiales y métodos
2.1. Microscopía de luz
Se utilizaron cinco corazones de avestruces machos sanos. Los corazones se recogieron en el matadero inmediatamente después del sacrificio. El peso medio de los corazones fue de 1054,33 ± 172,34 g; la longitud del eje largo fue de 19,33 ± 1,05 cm; y la longitud circunferencial en el surco coronario fue de 35,66 ± 1,04 cm. Tras retirar el pericardio, los corazones se lavaron con solución salina normal y se sumergieron en formol neutro al 10% durante 72 horas (se cortó el ápice ventricular para permitir la penetración del formol en la luz). Se separaron la aurícula derecha e izquierda, la válvula muscular derecha y el tabique interarterial y se dividieron en varios segmentos. Cada segmento se deshidrató, se limpió y se incrustó en parafina. Se cortaron secciones seriadas de 6-8 Lm de grosor, se montaron y se tiñeron con H&E y Tricromo de Masson verde.
2.2. Microscopía electrónica
Otros tres corazones se extrajeron justo después del sacrificio y se sumergieron rápidamente en solución de Karnovsky para su fijación. Se posfijaron cubos de tejido (de aproximadamente 1 mm) en tetróxido de osmio al 1% con tampón fosfato de 0,1 m. Los especímenes se deshidrataron en etanol y se incrustaron en resina epoxi. Se tiñeron secciones finas (0,5-1 Lm) con azul de toluidina para identificar la localización del nodo AV. Las secciones ultrafinas (600A°) se montaron en las rejillas de cobre y se tiñeron con acetato de uranilo y citrato de plomo y se examinaron con un microscopio electrónico Philips CM-10, y se prepararon electromicrografías.
3. Resultados
Las fibras de Purkinje en el corazón de avestruz son grandes fibras musculares cardíacas especializadas. Tienen un diámetro mucho mayor que el de la fibra muscular normal, alrededor de 5,5-16 µm. La disposición de los componentes en la fibra P es diferente a la de las fibras musculares cardíacas. La mayor parte de la fibra se compone de sarcoplasma claro, menos estructurado, y las miofibrillas tienden a estar confinadas en un fino anillo alrededor de la periferia de las células. Tienen uno o más núcleos grandes situados en el centro de la fibra (Figura 1). La fibra P en el corazón del avestruz estaba ampliamente distribuida. A lo largo de las capas endocárdicas, especialmente en la capa subendocárdica, se observan numerosas fibras P, dispuestas en una o más filas (Figura 2). En el miocardio, entre los haces musculares, se observan las fibras P. A partir de la red de fibras P que se encuentra en la capa endotelial, hay un gran número de tractos de fibras de conducción. Estos tractos se dividen, pasando entre los haces de fibras musculares, y finalmente las divisiones más finas de los tractos, las fibras individuales de Purkinje, se encuentran dentro de los haces en estrecha asociación con las fibras musculares. Estos tractos de fibras suelen encontrarse en asociación con las ramas de las arterias coronarias (Figura 3). Las fibras P se ven ocasionalmente en la capa epicárdica, pero se encuentran en la protrusión del epicardio por debajo de la superficie del miocardio alrededor de las arterias coronarias. En la aurícula derecha del corazón de avestruz, las fibras P se encuentran sobre todo debajo del endocardio como una sola fibra o como tractos bien desarrollados. Estas últimas se encuentran con mayor frecuencia en la unión de la aurícula con la aurícula derecha, y macroscópicamente se encuentran con lámina de fibras en esta unión (Figura 4).
Fotomicrografía de la localización microscópica de la célula de Purkinje en la capa endocárdica del seno venoso de la válvula sinusal-arterial izquierda en el corazón de avestruz macho. Flecha: células miofibrilares.
Fotomicrografía de la localización microscópica de las fibras de Purkinje en endocardio, que muestra las capas, Tricromo de Masson verde. Flecha-células del endotelio, SE-capa del subendotelio, SA-subendocardio, P-célula de Purkinje, *-vaina de tejido conectivo, M-células del miocardio, L-pigmento de lipofuscina.
Fotomicrografía de la localización microscópica de las fibras de Purkinje (P) alrededor de la arteria coronaria (A), entre los haces musculares del corazón, (M) Tricromía de Masson verde.
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(a) Microfotografía de la localización microscópica de la lámina blanca fibrosa entre los músculos pectíneos (PE) en la aurícula derecha (AR) en el corazón del avestruz macho. Tricromía de Masson verde: CT-masa de tejido conectivo, CO-columnas de células de Purkinje. (b) Microfotografía de la localización microscópica de la lámina blanca fibrosa (LB) y las cláusulas relacionadas (flecha) en la aurícula derecha el corazón del avestruz macho: RA-Atrio derecho abajo, PE-músculos del hombro.
El sistema de conducción del corazón (nodo sinoatrial, nodo arterioventricular su haz y sus ramas) consiste en estas fibras. La estructura de las fibras P varía en función de la parte del sistema de conducción en la que se encuentran. El nodo sinoauricular está compuesto por fibras P y fibras intermedias (las fibras que, en apariencia, son intermedias entre las fibras P y las fibras musculares cardíacas). Las fibras P se encuentran en la región periférica de este nodo y se alejan de él. En las etapas iniciales de su paso lejos del nodo, tienen una hoja de tejido de conexión gruesa (Figura 5).
Fotomicrografía de la localización microscópica del nodo sinoauricular (RAS), mostrando las células P (P), las células de transición (T) y las intermedias (I). Flecha: células endoteliales en la superficie de la válvula sinuatrial del seno venoso, tricoma de Masson verde.
El nodo atrioventricular está compuesto por fibras que se asemejan más a las fibras P que a las fibras musculares del miocardio. Posteriormente, el nodo AV se estrecha un poco y continúa como el haz arterioventricular (His) (Figura 6). Este haz está compuesto por un gran número de fibras P. Tres ramas del haz (derecha/izquierda y recurrente) están formadas por fibras P que se disponen como un cordón (Figura 7).
Unión indicativa del nodo arterioventricular (AVN) y del haz arterioventricular (AVB) en el corazón del avestruz macho. Tricromía de Masson verde.
Fotomicrografía de la localización microscópica de las células de Purkinje(*) en el haz arterioventricular (AVB) en el corazón de avestruz macho. C-fibras de colágeno, flecha-fibroblasto; Tricrómico de Masson verde.
Las bandas moderadoras, que se encuentran en el ventrículo derecho e izquierdo del corazón del avestruz, consisten únicamente en tejido conectivo denso e irregular, y las células de Purkinje llenan el núcleo de las bandas moderadoras. Había comunicación de célula a célula entre las fibras de Purkinje dentro del haz. Las células de Purkinje estaban rodeadas por una vaina de tejido conectivo (Figura 8).
Fotomicrografía de la localización microscópica que conecta el tallo izquierdo en la zona de conexión con la válvula auriculoventricular. CT-masa de tejido conectivo, P-células de Purkinje, E-fibras elásticas, F-célula fibroblástica, C-fibras de colágeno, P-pared parietal del ventrículo derecho; H&E.
El grueso pedúnculo muscular unía el borde periférico del valor muscular AV derecho al septo arterio-ventricular y a la pared parietal rugosa del ventrículo. Histológicamente está compuesto por fibras de Purkinje (Figura 9).
Corazón de avestruz macho, mostrando la localización anatómica de la válvula auriculoventricular. FR-anillo fibroso, RA-atrio derecho, IV-septum interventricular, M-válvula muscular derecha, MS-tallo muscular, AM-tallo izquierdo.
Con la microscopía electrónica, la célula P se distingue fácilmente. La principal característica de distinción es la falta de densidad de electrones y tener una apariencia ligera, debido a la ausencia de miofibrillas organizadas. Las células P suelen tener dos núcleos con una masa de microfilamentos cortos y delicados dispersos al azar en el citoplasma; contienen sarcómeros cortos y placa de inserción miofibrilar. No tienen túbulos T (Figura 10).
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(a) Electromicrografía de dos células P (P) representa la membrana plegada (flecha), el núcleo (N), las miofibrillas (M) y las mitocondrias (Mt). (b) Parte de la electromicrografía de la célula P, mostrando el leptómero (L), a lo largo de la miofibrilla (M).
4. Discusión
La distribución de las fibras de Purkinje ha sido estudiada en varios mamíferos. En los mamíferos, la red de Purkinje se distribuye en el tejido conectivo subendocárdico del ventrículo. Estas redes conducen la excitación cardíaca desde el haz de His derecho e izquierdo hasta el miocardio. En el ser humano y en el perro, las células de Purkinje de la red tienen forma cilíndrica o fusiforme y están dispuestas en paralelo. En los ungulados (oveja y cabra), la cadena de células de Purkinje es más grande que los miocitos, y entre 2 y 8 células ovaladas forman esta red. Las células se conectan entre sí por medio de desmosomas y gap junction. Estas células están cubiertas por una gruesa vaina de fibras reticulares . En la rata y el ratón, las células de Purkinje eran muy similares a los miocitos ventriculares, incluso un poco más pequeñas. Tienen forma cilíndrica y se organizan en patrón paralelo, continuando con los miocitos ventriculares en el endocardio .
Varios aspectos de la histoquímica de las fibras de Purkinje han sido estudiados por Getty y Gossrau . Se han confirmado las observaciones de DiDio , Hirako , y Sommer y Johnson sobre la morfología general de las células ordinarias y de Purkinje del corazón de ave. Las células de Purkinje de las aves son similares en casi todos los aspectos a las de los mamíferos. No tienen discos intercalados en forma de escalón, sino que tienen áreas de aposición de membrana dispuestas de forma irregular, que poseen desmosomas, placas de inserción miofibrilar y grandes nexos pentalaminares. No hay sistema tubular transversal y el retículo sarcoplásmico está poco desarrollado. Las pocas miofibrillas están dispuestas de forma irregular. En este estudio se ha observado que las células de Purkinje contienen agregados redondeados de leptómeros. Los leptómeros fueron descritos anteriormente por Hirako, quien sugirió que representaban una forma aberrante de fibrillas musculares que surgían durante el desarrollo. Esto es poco probable, ya que están presentes en casi todas las células de Purkinje.
Parece razonable suponer que están asociados a la formación o destrucción miofibrilar, ya que se observan en asociación con grandes masas de filamentos desorganizados y también en continuidad con miofibrillas aparentemente normales. El sistema de conducción está formado por el nodo sinoauricular, el nodo auriculoventricular y los haces, y una red muy compleja de haces y tractos finos. Aunque se ha demostrado la existencia del nodo SA en otras aves, todavía existen dudas sobre su posición e incluso su presencia como nodo discreto en las aves . A partir de las pruebas fisiológicas, se concluye que existe un nodo SA cerca de la terminación de la vena precaval derecha. El nodo en el corazón del avestruz está compuesto por fibras, que en apariencia son intermedias entre las fibras musculares y las verdaderas fibras de Purkinje. En la periferia del nódulo y alejándose de él hay varias fibras P verdaderas. La distribución de las fibras P dentro de las aurículas del corazón de avestruz es similar a la descrita por Davis para la paloma. Prakash ha afirmado que las aurículas están desprovistas de fibras P. En nuestro estudio, se encuentran dentro del miocardio en asociación con los vasos sanguíneos, y ocasionalmente en el epicardio . Davis afirmó que las fibras P auriculares se detienen en la base de las aurículas y que no hay interconexiones entre ellas y el resto del sistema de conducción cardíaco.
En el avestruz, el nodo AV se encuentra en la base del tabique auricular. Está muy cerca de la unión de los septos auricular y ventricular. Está compuesto por fibras que se parecen más a las fibras P que a las fibras musculares del miocardio y que no son idénticas a las del nodo SA. Como informó Prakash, el haz auriculoventricular en nuestro estudio se extiende profundamente en el septo interventricular y luego se bifurca en rama derecha e izquierda. La rama posterior se divide a partir de la red de fibras P. La descripción de Prakash no coincide exactamente con la de DiDio para la paloma y el cisne, pero se asemeja más a la de Drennan para el avestruz. Del mismo modo, la descripción de Yousuf para el corazón del pasador difiere en la estructura básica de esta parte del sistema de conducción.
Una de las características de interés específico en el corazón del avestruz es la presencia de bandas moderadoras tanto en el ventrículo derecho como en el izquierdo y en diferentes localizaciones. El ventrículo derecho tiene una banda moderadora tendinosa sobre la base del ventrículo que se extiende desde el septo hasta la válvula muscular. También las bandas moderadoras suelen estar sobre el ápice del ventrículo derecho que se extienden desde el septo hasta la pared parietal. En el ventrículo izquierdo, hay algunas bandas moderadoras tendinosas cerca del ápice que se extienden desde el septo hasta la pared parietal y entre las trabéculas de la pared parietal. Las bandas moderadoras tienden a evitar la sobredistensión y sirven de vía para el paso de las fibras de Purkinje a través del lumen de la cavidad formando parte del sistema de conducción. Anatómicamente, la localización de la banda moderadora en el ventrículo derecho e izquierdo del corazón del avestruz es diferente a la de los demás animales. En el ventrículo derecho del avestruz no hay músculo papilar y la banda moderadora se une directamente a la superficie ventral de la válvula muscular desde el septo interventricular.
En el ser humano la banda moderadora se extiende entre el septo interventricular y la pared libre del ventrículo y en los animales domésticos y ungulados estas bandas se extienden desde el septo interventricular hasta el músculo papilar y no hay conexión con las cúspides vulvares. En el ventrículo izquierdo del avestruz, a pesar de la presencia del músculo papilar, estas bandas no tienen conexión con ellos. La estructura histológica de las bandas moderadoras mostró que tienen tejido muscular en varias proporciones con tejido conectivo y conductivo . Es similar a la de los corazones de humanos, ungulados, ovejas y cabras, pero en los carnívoros nunca se encontró una verdadera banda moderadora. Cualquiera que sea el tamaño y la forma, la banda moderadora debe ser considerada como el camino más corto desde el septo interventricular hasta la pared libre del ventrículo izquierdo y derecho en el avestruz y otros animales. Las fibras de Purkinje son de gran tamaño y similares en la mayoría de las características celulares en el avestruz y en el perro , pero en el avestruz, no hay un área clara perinuclear. Hay un poco de glucógeno en estas células, pero en humanos y mamíferos estas células son ricas en glucógeno . Las fibras de Purkinje están organizadas en el haz con comunicación de célula a célula y poca comunicación lateral. En el avestruz, hay una vaina de tejido conectivo alrededor de las células de Purkinje, pero en el ser humano y los mamíferos no hay una vaina fibrosa alrededor de estas células . Esta organización de las fibras del haz aumenta la difusión de los impulsos propagados e inhibe la difusión transversal. En el ventrículo derecho, existe una banda moderadora musculotendinosa alrededor de la base del ventrículo, que se extiende desde el tabique interventricular hasta el tallo muscular de la válvula muscular. Era única y a veces ramificada.
Reconocimiento
Los autores agradecen al consejo de investigación de la Universidad de Shiraz por proporcionar ayuda financiera.