Histológicamente, el músculo cardíaco está formado por células - fibras - de unos 10 micrómetros de diámetro y 200 micrómetros de longitud. Las células son ramificadas y están unidas entre sí en sus extremos por discos intercalados. Los discos proporcionan un enlace mecánico entre las células mediante sus máculas adherentes. También proporcionan un enlace eléctrico entre las células en virtud de sus uniones gap que permiten el paso de pequeñas moléculas. Por lo tanto, el músculo cardíaco se convierte en un "sincitio funcional" que permite la propagación de la excitación.
Al microscopio óptico, el músculo cardíaco muestra una serie de estrías cruzadas. Éstas representan los discos Z, que son el conjunto ordenado de filamentos de actina que bordean dos sarcómeros. Entre cada filamento de actina hay un conjunto de filamentos de miosina. El centro de este último conjunto se ve como una banda M discreta en la microscopía óptica.
La membrana externa de cada miocito se denomina sarcolema. Se invagina para formar una red intracelular que se comunica con el líquido extracelular: los túbulos T. Los túbulos se ramifican hacia el interior a nivel de los discos Z dentro de cada célula. Son más evidentes en los ventrículos que en las aurículas. Junto a los túbulos T hay un sistema membranoso que recorre longitudinalmente el exterior de los elementos contráctiles. Se trata del retículo sarcoplásmico. Su asociación con el túbulo T no está tan ordenada como en el músculo esquelético; las uniones se producen entre el túbulo T y una membrana sarcolemal en lugar de dos: díadas en lugar de tríadas. Numerosas mitocondrias se encuentran en la profundidad del sarcolema.
Cada miocito tiene uno o dos núcleos situados en el centro. La región que rodea al núcleo está llena de mitocondrias, aparato de Golgi y glucógeno. Además, las células auriculares presentan gránulos en la región perinucleolar que se cree que contienen péptido natriurético auricular.
Las células cardiacas no se regeneran cuando se pierden; se produce fibrosis.
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