O coração humano consiste em quatro câmaras – dois átrios e dois ventrículos – que se expandem e contraem a fim de conduzir o sangue contendo oxigénio e nutrientes por todo o corpo. Os átrios, que têm paredes relativamente finas, enchem-se primeiro, antes de espremerem o sangue para os ventrículos muito mais fortes, que depois se contraem para enviarem o sangue a correr através das nossas artérias. A maioria dos répteis tem dois átrios e um ventrículo. As únicas excepções são as 23 espécies vivas de crocodilianos (jacarés, jacarés, crocodilos e gaviais) que, tal como as aves e os mamíferos, têm corações de quatro câmaras com dois átrios e dois ventrículos (Jones, 1996; Jensen et al., 2014).
Em vertebrados, cada batimento cardíaco é iniciado quando uma região de pacemaker num dos átrios gera um sinal eléctrico. A estrutura e a localização exacta da região do pacemaker diferem entre espécies (Jensen et al., 2017), mas é sempre inervada pelo sistema nervoso autonómico. Isto permite ao corpo aumentar ou diminuir a frequência cardíaca em resposta às exigências metabólicas (Wang, 2012).
O sinal eléctrico da região do pacemaker espalha-se rapidamente pelas células musculares cardíacas dos átrios através de estruturas chamadas junções de fendas, e isto assegura que toda a parede de cada átrio se contrai quase simultaneamente. Neurónios chamados fibras de Purkinje também estão envolvidos neste processo em aves mas, em geral, os mecanismos responsáveis pela contracção dos átrios são semelhantes na maioria dos vertebrados. Contudo, a forma como o sinal eléctrico viaja do átrio para o ventrículo difere entre os vertebrados, e a evolução desta via tem sido o foco de atenção considerável durante muitas décadas (Davies, 1942; Jensen et al., 2012, 2013). Agora, em eLife, Vincent Christoffels da Universidade de Amesterdão e colegas – incluindo Bjarke Jensen e Bastiaan Boukens como primeiros autores conjuntos – relatam novas e surpreendentes descobertas sobre este fenómeno em jacarés (Jensen et al., 2018).
Back no século XVII, William Harvey já tinha notado que os átrios se contraem antes dos ventrículos em vários animais diferentes. Isto significava que o sinal eléctrico gerado na região do pacemaker deve ser de alguma forma retardado na ‘fronteira’ entre os átrios e os ventrículos. Tanto nos mamíferos como nas aves, uma camada de tecido gorduroso fibroso – que não conduz electricidade – isola os ventrículos dos átrios. A única forma de o sinal eléctrico poder passar dos átrios para os ventrículos é através de uma pequena estrutura chamada nó atrioventricular, que é posicionada imediatamente acima do septo que separa os ventrículos esquerdo e direito. Quando o sinal eléctrico chega a este nó, activa dois feixes de neurónios (contendo as suas fibras e fibras de Purkinje) que rapidamente retransmitem o impulso e causam a contracção simultânea dos ventrículos.
No entanto, nos répteis existentes, o antepassado comum tanto das aves como dos mamíferos, não parece haver uma camada isolante ou um nó anatomicamente definido (Davies, 1942). Em vez disso, o sinal eléctrico é retardado por um arranjo intrincado de fibras miocárdicas na junção entre os dois átrios e o ventrículo. Além disso, estudos recentes têm sido incapazes de fornecer qualquer evidência anatómica para um sistema de condução no ventrículo dos répteis. O sinal eléctrico parece ser transmitido pelo revestimento interno do coração, que partilha assinaturas moleculares com o sistema de condução encontrado em aves e mamíferos (Jensen et al., 2012).
Enquanto os répteis dependem do seu ambiente para manter a sua temperatura (ou seja, são ectotérmicos), os mamíferos produzem o seu próprio calor (por isso são endotérmicos). Os elevados níveis de metabolismo necessários para produzir calor suficiente significam que as taxas metabólicas de repouso e máximas de mamíferos e aves são cerca de 10 vezes superiores às dos animais ectotérmicos (Bennett e Ruben, 1979). O sistema cardiovascular deve acompanhar estas necessidades maiores, fornecendo mais oxigénio ao organismo. O coração com quatro câmaras proporciona uma solução eficiente ao manter o sangue oxigenado e não oxigenado separado. O fornecimento de oxigénio ao corpo também pode ser melhorado aumentando a frequência com que o coração se contrai. Isto requer estruturas cardíacas que conduzam rapidamente a electricidade, tais como os nós atrioventriculares (Burggren et al., 2014).
Jensen et al. – que estão sediados em Amesterdão e laboratórios nos Estados Unidos e na República Checa – combinam electrofisiologia e técnicas de expressão genética para identificar como os impulsos eléctricos se propagam pelo coração do crocodilo, e para caracterizar o fenótipo molecular das várias câmaras. As experiências forneceram provas inequívocas de um nó atrioventricular em crocodilianos. Entre os répteis existentes, os crocodilianos são o grupo irmão vivo mais próximo das aves. Contudo, apesar dos seus corações de quatro câmaras e de um nó atrioventricular, todos os crocodilianos vivos são claramente ectotérmicos e têm baixas taxas cardíacas como outros répteis (Hillman e Hedrick, 2015; Lillywhite et al., 1999; Joyce et al.., 2018).
Com a sua capacidade de andar com o corpo fora do solo, os seus peculiares músculos respiratórios, os seus pulmões tipo aviário e vários outros traços, os crocodilianos podem ter sido uma vez endotérmicos (Seymour et al., 2004; Hillenius e Ruben, 2004). De acordo com esta hipótese, mudaram para ectotérmico quando adoptaram um estilo de vida inteiramente aquático e tornaram-se predadores de sit-and-wait com refeições intermitentes separadas por longos períodos de jejum. Contudo, se no passado os crocodilianos tinham sangue quente e algumas das estruturas cardíacas associadas, as espécies existentes perderam as suas fibras de His e Purkinje? Será que estas células – que suportam sinais eléctricos de alta velocidade – colocariam problemas funcionais em animais com batimentos cardíacos muito baixos?
O facto de os crocodilianos terem um nó atrioventricular também lança luz sobre a evolução do coração vertebrado. Por exemplo, a simples presença de um nó e uma divisão entre os ventrículos pode ser suficiente para evitar que o sinal eléctrico ‘reentre’ nos átrios (o que perturbaria o funcionamento do coração). Estas descobertas podem também sugerir que uma estrutura nodal permite uma melhor afinação da frequência cardíaca pelo sistema nervoso autónomo.
O passo seguinte é caracterizar as propriedades electrofisiológicas das células no nó atrioventricular dos crocodilianos. Os registos do electrocardiograma também ajudariam a compreender o momento exacto dos eventos cardíacos, enquanto as medições de fluxo e pressão captariam a dinâmica do fluxo sanguíneo. Pode haver ainda descobertas encantadoras à nossa espera dentro das quatro câmaras do coração do crocodilo.