BORON-II edición

Fisiología Médica
Un enfoque celular y molecular
SEGUNDA EDICIÓN
Walter F. Boron, MD, PhD
Professor
David N. and Inez Myers/Antonio Scarpa Chairman
Department of Physiology and Biophysics
Case Western Reserve University
Cleveland, Ohio
Emile L. Boulpaep
Professor
Department of Cellular and Molecular Physiology
Yale University School of Medicine
New Haven, Connecticut
Versión NdT: 1.0
Un hombre del pueblo de Neguá, en la costa de Colombia, pudo
subir al alto cielo.
A la vuelta contó. Dijo que había contemplado desde arriba, la
vida humana.
Y dijo que somos un mar de fueguitos.
-El mundo es eso -reveló- un montón de gente, un mar de
fueguitos.
Cada persona brilla con luz propia entre todas las demás.
No hay dos fuegos iguales. Hay fuegos grandes y fuegos chicos y
fuegos de todos los colores. Hay gente de fuego sereno, que ni se
entera del viento, y gente de fuego loco que llena el aire de
chispas. Algunos fuegos, fuegos bobos, no alumbran ni queman;
pero otros arden la vida con tanta pasión que no se puede
mirarlos sin parpadear, y quien se acerca se enciende.
Eduardo.
CONTENIDO
SECCIÓN
IV
EL SISTEMA CARDIOVASCULAR
17 Organización del sistema cardiovascular…………………………….………1
Emile L. Boulpapep
19 Arterias y venas……………………………………………………………………..…..26
Emile L. Boulpapep
20 La microcirculación……………………………………………………….…………....46
Emile L. Boulpapep
21 Electrofisiología cardíaca y electrocardiograma…………………….…..72
W. Jonathan Lederer
22 El corazón como bomba……………………………….……………….…….….….105
Emile L. Boulpapep
23 Regulación de la presión arterial y el gasto cardíaco………………….139
Emile L. Boulpapep
24 Circulaciones especiales……………………………………………………….….…169
Steven S. Segal
25 Control integrado del sistema cardiovascular…………………….………192
Emile L. Boulpapep
Capítulo 17 • Organización del Sistema Cardiovascular
CAPÍTULO
17
ORGANIZACIÓN DEL SISTEMA
CARDIOVASCULAR
Emile L. Boulpaep
ELEMENTOS DEL
CARDIOVASCULAR
SISTEMA
El sistema circulatorio es una
consecuencia evolutiva del tamaño
del cuerpo
Los pequeños organismos y las células aisladas no
tienen un sistema circulatorio. Ellos pueden
satisfacer sus necesidades metabólicas por el
simple proceso de difusión y convección de
solutos desde el medio externo al interno (Fig. 171A). La necesidad de un sistema circulatorio es
una consecuencia evolutiva del aumento del
tamaño y la complejidad de los organismos
multicelulares. La difusión simple no es adecuada
para abastecer de nutrientes a las células más
internas ni para eliminar los productos de
desecho; en organismos grandes, las distancias
que separan a las células centrales del medio
externo son muy grandes. Un simple tubo de
extremo cerrado (Fig. 17-1B) penetrando desde el
compartimiento extracelular y nutriendo las
células centrales profundas en el centro del
organismo, no sería suficiente. La concentración
de nutrientes dentro del tubo se volvería muy
baja en su extremo cerrado por el consumo de las
células y por la larga distancia para el
reabastecimiento de estos nutrientes. A la
inversa, la concentración de productos de
desecho dentro del tubo sería muy alta en el
extremo cerrado. Este tubo representaría una
larga capa no mezclada; como resultado, los
gradientes de concentración para los nutrientes y
los productos de desecho a través de la
membrana plasmática de las células centrales (del
core o núcleo) sería muy pequeño.
En organismos complejos, el sistema circulatorio
provee un gradiente de concentración desde la
sangre hasta las células centrales para nutrientes,
y en la dirección opuesta para productos de
desecho. Mantener este gradiente requiere un
rápido sistema convectivo que haga circular el
fluido para que se equilibren las concentraciones
con el medio externo y con las células individuales
más internas (Fig. 17-1C). En mamíferos y aves, el
intercambio de gases con el medio externo es tan
importante que han desarrollado dos bombas, un
sistema circulatorio dual (Fig. 17-1D) que entrega
el total del gasto cardíaco (volumen minuto)
desde el corazón a los pulmones, además de
entregar el mismo volumen minuto hacia todas
las células del organismo.
El rol principal del sistema circulatorio es la
distribución de gases disueltos y otras moléculas
para la nutrición, el crecimiento y la reparación.
También ha evolucionado para otros roles
secundarios: (1) señalización química (transporte
de hormonas), (2) disipación de calor, entregando
el calor del centro del cuerpo hacia la superficie
del organismo, y (3) mediar la respuesta
inflamatoria y la defensa del huésped contra
distintos microorganismos invasores.
El sistema circulatorio humano integra tres partes
funcionales básicas: una bomba (el corazón), que
hace circular un fluido (la sangre) a través de un
continente (los vasos sanguíneos). Este sistema es
capaz de adaptarse a las circunstancias
cambiantes de la vida cotidiana. La demanda del
organismo al sistema cardiovascular fluctúa
ampliamente entre el sueño y la vigilia, en el
reposo y el ejercicio, durante los cambios de
posición, durante la digestión, o durante estrés
emocional. Para satisfacer estas demandas, el
sistema requiere una sofisticada e integrada
regulación.
1
Sección IV • El sistema cardiovascular
Figura 17-1 Rol del sistema circulatorio en la difusión. En C, los nutrientes y desechos se intercambian a
través de dos barreras: una superficie para el equilibrio entre el medio externo y la sangre y otra entre la
sangre y la célula central. Recuadro, la sangre es el conductor que conecta el medio externo con el interno.
En D, el sistema es más eficiente, usando un circuito para intercambio gaseoso con el medio externo y otro
circuito para el intercambio de nutrientes y desechos no gaseosos.
2
Capítulo 17 • Organización del Sistema Cardiovascular
El corazón es una bomba que
impulsa la sangre por dos circuitos
en serie: el sistémico y el pulmonar
Una bomba singular, de unos ~300g, impulsa la
circulación humana. El corazón realmente
consiste en dos bombas, el corazón izquierdo, o
bomba principal, y el corazón derecho, o bomba
de refuerzo (Fig. 17-1D). Ambas operan en serie y
requieren un delicado equilibrio entre sus
caudales. El caudal de cada bomba es ~5 L/min,
pero puede incrementar fácilmente cinco veces
durante el ejercicio.
En una vida de aproximadamente 75 años, los dos
ventrículos combinados bombean 400 millones
de litros de sangre (suficiente para llenar un lago
de 1km de largo, 40m de ancho y 10m de
profundidad). El fluido circulante por sí mismo es
un órgano, que se mantiene en estado líquido
gracias a mecanismos que activamente evitan la
adhesión célula a célula y la coagulación. Con
cada latido, los ventrículos generan presión
impartiendo la energía necesaria para hacer
circular la sangre a través del sistema vascular.
Basándonos en anatomía básica, podemos dividir
este sistema de tubos en dos grandes circuitos: el
sistémico y el pulmonar (Fig. 17-1D). También
podemos dividirlo en un sistema de alta presión
(que se extiende desde el ventrículo izquierdo
hasta los capilares sistémicos) y uno de baja
presión (desde los capilares sistémicos, a través
del corazón derecho, de la circulación pulmonar,
hasta la aurícula izquierda). Los vasos también
responden a las demandas metabólicas
fluctuantes de los tejidos que irrigan,
aumentando o disminuyendo el flujo de acuerdo
a las necesidades. El sistema circulatorio también
posee la capacidad de repararse y expandirse
(angiogénesis).
Algunas de las enfermedades que amenazan la
vida son causadas por fallas en la función de
bomba del corazón, fallas de la sangre como un
órgano líquido (ej. trombosis o embolismo), fallas
de los vasos como un continentes (hemorragias)
o como un eficiente sistema de distribución
(ateroesclerosis). Además, la falla en la
interacción normal entre estos tres órganos
puede agravar cualquier proceso patológico
humano.
HEMODINÁMICA
El flujo sanguíneo es impulsado por
una presión constante a través de
resistencias variables
Para simplificar, primero podemos pensar al
corazón izquierdo como un generador de presión
que mantiene una presión arterial media
constante en su salida (aorta). En otras palabras,
suponer que el flujo sanguíneo en todo el sistema
circulatorio es constante o no pulsátil (más
adelante en este capítulo discutiremos sobre las
variaciones normales de flujo y presión que
ocurren en un ciclo cardíaco normal como
consecuencia de los latidos del corazón). A modo
de gran simplificación, imaginemos al sistema
circulatorio como un único tubo.
Para comprender al flujo continuo, impulsado por
una presión constante, podemos aplicar leyes
clásicas de la hidrodinámica. La ley más
importante es análoga a la ley de Ohm de
electricidad:
∆V=I .R Para electricidad
∆P=Q.R Para fluidos
(17-1)
Esto es, la diferencia de presión (∆P) entre los
puntos P1 y P2 es igual al producto del flujo (Q) y la
resistencia (R) entre estos puntos (Fig. 17-2). La
ley de Ohm para hidrodinámica se aplica en
cualquier
instante
de
tiempo,
independientemente de cuan complicado sea el
circuito. Esta ecuación no requiere asunciones
sobre cómo son los vasos, si rígidos o distensibles,
siempre que R sea constante.
En realidad, la diferencia de presión (∆P) entre el
principio y el final del sistema circulatorio
humano –esto es, entre el sistema de alta presión
(aorta) y el de baja presión (vena cava)- resulta
bastante constante en el tiempo. Así, el corazón
se comporta más como un generador de presión
constante que un generador de flujo constante, al
menos dentro de límites fisiológicos. En efecto, el
flujo (el caudal del corazón izquierdo) es variable
en el tiempo y depende mucho de las distintas
3
Sección IV • El sistema cardiovascular
circunstancias. Como el flujo, la resistencia (R)
varía con el tiempo. La resistencia total del
circuito refleja la compleja red de vasos en la
circulación sistémica y pulmonar.
La sangre pude tomar diferentes caminos desde
el lado izquierdo al derecho del corazón (Fig. 173): (1) una red capilar individual (ej. capilares
coronarios), (2) dos lechos capilares en serie (ej.
capilares glomerulares y peritubulares en el riñón,
o (3) dos lechos capilares en paralelo que luego
confluyen para nutrir un único lecho capilar en
serie (ej. la circulación paralela esplénica y
mesentérica que se unen al entrar en la
circulación portal hepática). Contrariamente, el
flujo sanguíneo del corazón derecho hacia el
izquierdo solo puede tomar una única vía, a
través de una única red capilar pulmonar.
Finalmente algo de sangre puede ir del lado
izquierdo del corazón hacia el mismo lado
izquierdo a través de cortocircuitos (“shunts”), de
los cuales el más importante es la circulación
bronquial.
La resistencia equivalente (Req) a través del lecho
circulatorio resulta de los arreglos en serie y
paralelo y responde a leyes similares a las que se
usan en circuitos eléctricos. Para muchas
resistencias en serie:
Req = R1 + R2+ R3 +…
(17-2)
Para múltiples resistencias en paralelo:
1
1
1
1
=
+
+
+⋯
Req 𝑅𝑅1 𝑅𝑅2 𝑅𝑅3
(17-3)
Figura 17-2 Flujo a través de un tubo. El flujo (Q) entre el punto de alta presión P1 y el de baja presión P2 es
proporcional a la diferencia de presión (∆P). A1 y A2 son las áreas de sección transversal en estos puntos.
La presión sanguínea es siempre
medida como una diferencia de
presión entre dos puntos
Los físicos miden la presión en pascales, g/cm2 o
dinas/cm2. Sin embargo, los fisiólogos miden a
menudo la presión sanguínea por la altura que
alcanza una columna de líquido. La presión es:
4
P = δ.g.h
(17-4)
Donde δ es la densidad de la columna de líquido,
g es la constante gravitacional, y h es la altura de
la columna. Entonces, si despreciamos variaciones
en la gravedad y conocemos la densidad del
fluido (usualmente mercurio o agua), podemos
medir la altura de la columna como una medida
de la presión sanguínea.
Capítulo 17 • Organización del Sistema Cardiovascular
Figura 17-3 Lechos circulatorios
Usualmente se expresa la presión en milímetros
de mercurio (mmHg) o centímetros de agua
(cmH2O). Los médicos usan el clásico
esfigmomanómetro para medir la presión arterial
en mmHg.
La presión nunca es expresada en términos
absolutos, si no como una diferencia de presión
(∆P) relativa a alguna presión de “referencia”.
Podemos hacer este concepto más claro
considerando a la presión como una fuerza
aplicada sobre una superficie de área A.
P=
𝐹𝐹
𝐴𝐴
(17-5)
5
Sección IV • El sistema cardiovascular
Si aplicamos una fuerza sobre un lado de una
puerta vaivén, no podremos predecir para qué
lado se moverá la puerta a menos que sepamos
qué fuerza opuesta estará ejerciendo otra
persona del lado opuesto. En otras palabras, solo
podemos definir el movimiento de un sistema
mecánico por la diferencia entre dos fuerzas. En
electricidad, comparamos la diferencia entre dos
voltajes. En hemodinámica comparamos la
diferencia entre dos presiones. Mientras no sea
aclarado, la referencia de presión en fisiología
humana es la atmosférica o barométrica (PB).
Dado que en la Tierra PB nunca es cero, la presión
obtenida en cualquier sitio de la circulación, no
expresa la presión absoluta en ese vaso, sino la
diferencia entre la presión dentro del vaso y la
presión atmosférica.
Dado que la diferencia de presión es siempre
entre dos puntos, y esos puntos están separados
por una distancia (∆X) y tienen una orientación
espacial, podemos definir un gradiente de presión
(∆P/∆X). Considerando la orientación, podemos
definir tres tipos diferentes de diferencias de
presión en la circulación:
1. Presión impulsora. En la figura 17-4, el ∆P
entre los puntos X1 y X2 dentro del vaso –a lo largo
del eje- es la diferencia de presión axial. Como
este ∆P casusa que la sangre fluya de X1 a X2, la
llamamos presión impulsora. En la circulación, la
presión impulsora es el ∆P entre el comienzo del
sistema arterial y el final del sistema venoso del
circuito sistémico o pulmonar. En efecto, este es
el único ∆P que necesitamos considerar para
entender el flujo en tubos rígidos horizontales
(Fig. 17-2).
2. Presión transmural. El ∆P en la figura 17-4
entre los puntos r1 (dentro del vaso) y r2 (fuera
del vaso) –a lo largo del eje radial- es un ejemplo
de diferencia de presión radial. A pesar de que
normalmente no hay diferencia de presión en la
sangre a lo largo del eje radial, la presión cae
estrepitosamente a través de la pared. El ∆P entre
r1 y r2 es la presión transmural, esto es, la
diferencia entre la presión intravascular y la
presión del tejido. Como los vasos son
distensibles, la presión transmural determina el
diámetro del vaso, el cual es el principal
determinante de la resistencia hidrodinámica.
3. Presión hidrostática. Debido a la densidad de
la sangre y a la fuerza gravitacional, una tercera
diferencia de presión surge si los vasos no están
dispuestos en posición horizontal como era el
caso de la figura 17-2. El ∆P en la figura 17-4 entre
los puntos h1 (fondo de la columna de líquido) y
h2 (parte superior de la columna) –a lo largo del
eje vertical- es la diferencia de presión
hidrostática. Esta ∆P es similar a la presión de la
ecuación 17-4 (en este caso, la δ es la de la
sangre), y existe aún en ausencia de flujo.
Figura 17-4 Tres tipos de diferencias de presiones y sus ejes en un vaso sanguíneo.
6
Capítulo 17 • Organización del Sistema Cardiovascular
El flujo sanguíneo total, o gasto
cardíaco, es el producto de la
frecuencia cardíaca por el volumen
sistólico
El flujo total de sangre que entrega el corazón al
circuito en un minuto, es el gasto cardíaco (GC) o
volumen minuto. La descarga de un único latido,
sea del ventrículo izquierdo, o el derecho, es el
volumen sistólico (VS). Dada una frecuencia
cardíaca (FC):
𝑄𝑄 =
(17-7)
En la figura 17-2, podríamos estar viendo un bolo
(el cilindro azul) –con un área A y una longitud Lmoviéndose a lo largo del tubo con una velocidad
media v. Durante un intervalo de tiempo ∆t, el
cilindro avanza una distancia ∆X, por lo tanto el
volumen que pasa por un punto (por ejemplo P2)
es (A x ∆X).
Entonces (17-8):
∆V
∆t
GC = FC x VS
(17-6)
El gasto cardíaco es usualmente expresado en
litros por minuto; en reposo es alrededor de 5
L/min en un humano de 70kg. El volumen minuto
depende del tamaño corporal y es mejor si es
normalizado al área de superficie corporal total.
El índice cardíaco (L/min/m2) es el gasto cardíaco
por metro cuadrado de superficie corporal. El
índice cardíaco normal de un adulto en reposo es
de aproximadamente 3 L/min/m2.
El principio de continuidad de flujo es el principio
de conservación de la masa aplicado a la
hidrodinámica. Implica que el volumen que
ingresa al circuito por unidad de tiempo es igual al
volumen que sale por unidad de tiempo,
asumiendo que no hay fuentes ni sumideros (no
se agregó ni se quitó fluido del circuito) 1. Por lo
tanto el volumen minuto del lado izquierdo y del
derecho deben ser iguales en estado estacionario.
El flujo en un vaso aumenta con la
cuarta potencia del radio del mismo
(Ecuación de Poiseuille)
El flujo (Q) es el desplazamiento de un volumen
(∆V) en una unidad de tiempo (∆t):
1
NdT: El principio de continuidad requiere ciertas
condiciones para cumplirse, estas son: que no haya
fuentes ni sumideros (nombrado en el texto), que no
existan cambios en la densidad del fluido (líquido
incompresible) y que el tubo sea rígido.
∆V
∆t
𝑄𝑄 =
𝐴𝐴 . ∆X
∆t
𝑣𝑣
= 𝐴𝐴 .
(17-8)
∆X
∆t
= 𝐴𝐴 . 𝑣𝑣
Esta ecuación funciona en cualquier punto a lo
largo de la circulación, independientemente de
cuan complicada sea esta o que tan irregular sea
el área de sección transversal.
En un sistema físico bien definido, también es
posible predecir el comportamiento del flujo a
partir de la geometría del vaso y las propiedades
del fluido. En 1840 y 1841, Jean Poiseuille observó
el flujo de líquidos en tubos de pequeño diámetro
y a partir de ello derivó la ley que lleva su
nombre.
En un tubo cilíndrico derecho y rígido (17-9):
𝑄𝑄 = ∆P .
1
𝜋𝜋𝑟𝑟4
= ∆P .
𝑅𝑅
8𝜂𝜂𝜂𝜂
(17-9)
Esta es la ecuación de Hagen – Poiseuille, donde
Q es flujo, ∆P es la presión impulsora, r es el radio
interno del vaso, l es la longitud, y η la viscosidad.
De esta ecuación se desprenden tres
consecuencias:
1. El flujo es directamente proporcional a la
diferencia de presión (∆P). La constante de
proporcionalidad π.r4 / 8ηl es la recíproca de la
resistencia (R).
7
Sección IV • El sistema cardiovascular
2. El flujo es directamente proporcional a la
cuarta potencia del radio interno del vaso.
3. El flujo es inversamente proporcional a tanto la
longitud del vaso como la viscosidad del fluido.
A diferencia de la ley de Ohm para hidrodinámica
(Q= ∆P/R) la cual es aplicable para todos los
vasos, sin importar cuán complicado sea, la
ecuación de Poiseuille solo se aplica a tubos
rígidos y cilíndricos.
La resistencia viscosa al flujo es
proporcional a la viscosidad del
fluido y no depende de las
propiedades de las paredes de los
vasos
La aproximación más simple para expresar la
resistencia vascular es el re arreglo de la Ley de
Ohm para hidrodinámica (ver ecuación 17-1):
𝑅𝑅 =
∆𝑃𝑃
𝑄𝑄
(17-10)
Esta aproximación es independiente de la
geometría e incluso es aplicable a muchos
circuitos complejos como la circulación periférica
completa.
Es
más,
podemos
expresar
convenientemente la resistencia en unidades
usadas por los médicos para presión (mmHg) y
flujo (mL/s). Así, las unidades de la resistencia
periférica total son mmHg/(mL/s) – mejor
conocida como unidades de resistencia periférica
(PRUs).
Alternativamente, si el flujo a través del tubo
cumple con la ley de Poiseuille podemos expresar
la resistencia viscosa en términos de la geometría
del vaso y las propiedades viscosas del fluido
circulante. Combinando la Ecuación 17-9 y la 1710:
8. 𝜂𝜂. 𝑙𝑙
𝑅𝑅 =
𝜋𝜋 𝑟𝑟 4
(17 - 11)
De esta forma, la resistencia viscosa es
proporcional a la resistencia del fluido y a la
8
longitud del tubo pero inversamente proporcional
a la cuarta potencia del radio del vaso sanguíneo.
Nótese que esta ecuación no hace referencia a las
propiedades de la pared del vaso per se. La
resistencia al flujo depende de la geometría del
vaso – descripta en la ecuación por l y r – y la
fricción interna del fluido, la viscosidad (η). La
viscosidad es una propiedad del contenido (el
fluido), no relacionada con ninguna propiedad del
continente (los vasos).
La viscosidad de la sangre es una
medida del rozamiento entre las
capas del fluido
La viscosidad es una expresión del grado de
desplazamiento entre dos capas de fluido. Isaac
Newton describió la interacción que se muestra
en la figura 17-15A. Imaginemos que dos láminas
paralelas de fluido, cada una con un área A, se
desplazan una sobre la otra. La velocidad de la
primera es v, y la velocidad ligeramente mayor de
la segunda es (v + ∆v). La diferencia entre las
velocidades de las láminas es ∆v y la distancia
entre ellas es ∆x. Así, hay un gradiente de
velocidad en dirección perpendicular a las
láminas, ∆v/∆x [unidades: (cm/s)/cm = s-1], que se
conoce como “shear rate”. La fuerza adicional
que debemos aplicar a la segunda lámina para
moverla más rápido que la primera es el “shear
stress” 2. Mientras mayor sea el área de las capas,
mayor tendrá que ser la fuerza necesaria para
aumentar la fricción entre ellas. Por lo tanto, el
shear stress es expresado como fuerza por unidad
de área (F/A). El shear stress necesario para
producir un determinado shear rate fue definido
por Newton como viscosidad:
𝜂𝜂 =
𝑠𝑠ℎ𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒 𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠
𝐹𝐹/𝐴𝐴
=
𝑠𝑠ℎ𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒 𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟
∆𝑣𝑣/∆𝑥𝑥
(17 – 12)
La viscosidad es una medida de la resistencia al
desplazamiento cuando las capas rozan una
contra la otra. La unidad de la viscosidad es el
poise (P). La sangre humana tiene una viscosidad
2
NdT: A veces “Shear Stress” es traducido como fuerza
de cizallamiento.
Capítulo 17 • Organización del Sistema Cardiovascular
de ~3 centipoise (cP). Si uno aplica la definición
newtoniana de viscosidad a un vaso sanguíneo
cilíndrico, las láminas de sangre no son planas,
sino como múltiples cilindros concéntricos (Fig.
17-5B). Si aplicáramos presión a la sangre dentro
del vaso cada lámina se movería paralela al eje
longitudinal del tubo. Por las fuerzas cohesivas
entre la superficie interna de la pared del vaso y
la sangre, podemos asumir que la capa
infinitesimalmente fina pegada a la pared del
vaso (Fig. 17-5B, layer #0) no se puede mover
(condición de no deslizamiento). De cualquier
forma, la siguiente capa cilíndrica concéntrica
(layer #1) se desplaza en relación a la capa 0
(layer #0) pero más lentamente que la capa
inmediatamente más interna (layer #2) y así
sucesivamente. Así, las velocidades se
incrementan desde la pared hacia el centro del
vaso. El perfil de velocidad resultante es una
parábola con una velocidad máxima, Vmax, en el
eje central. Cuanto menor sea la viscosidad más
puntiagudo es el perfil parabólico de velocidad.
Figura 17-5 Viscosidad.
CÓMO FLUYE LA SANGRE
Como discutimos, la ecuación de Poiseuille
(Ecuación 17-9) está fundamentada en sólidas
bases teóricas y empíricas. De todas maneras, la
ecuación requiere las siguientes condiciones:
1. El fluido debe ser incompresible.
2. El tubo debe ser rígido, derecho, cilíndrico, no
ramificado y de radio constante.
3. La velocidad de la capa de fluido en la pared del
vaso debe ser cero (0).
4. El flujo debe ser laminar. Esto es, el flujo debe
moverse en láminas concéntricas sin intercambio
de fluido entre las capas.
5. El flujo debe ser continuo (no pulsátil).
6. La viscosidad del fluido debe ser constante.
Primero debe ser constante a lo largo de la
sección transversal del fluido. Segundo, debe ser
constante en el sentido “newtoniano”; la
viscosidad debe ser independiente de la magnitud
del shear stress (i.e., fuerza aplicada) y del shear
rate (i.e., gradiente de velocidad producido). En
otras palabras, el shear stress en cada punto debe
ser directamente proporcional al shear rate en
ese mismo punto.
¿En qué medida el sistema circulatorio cumple las
condiciones de la ecuación de Poiseuille?
La primera condición (i.e., fluido incompresible)
se cumple en la sangre. Si consideramos
solamente el flujo en un segmento de un vaso
que tenga su tamaño fijo (por ejemplo la aorta
torácica), la segunda condición (i.e., geometría
simple) se cumple razonablemente. La tercera
presunción (i.e., condición de no deslizamiento)
es verdadera para la sangre en todos los vasos
sanguíneos.
9
Sección IV • El sistema cardiovascular
La cuarta y la quinta presunción, las cuales son
más complejas, son objeto de estudio de las
siguientes dos secciones. Con respecto a la sexta
asunción, en otros capítulos discutiremos el
comportamiento viscoso de la sangre.
El flujo sanguíneo es laminar
Según la ley de Ohm de hidrodinámica (∆P=Q.R),
el flujo debería incrementarse linealmente con la
presión impulsora siempre y cuando
la
resistencia sea constante. En vasos cilíndricos, el
flujo aumenta linealmente con la diferencia de
presión hasta cierto punto (Fig. 17-6A). Sin
embargo, a altas tasas de flujo – más allá de la
velocidad crítica- este aumenta menos
pronunciadamente y ya no es proporcional al ∆P,
sino cercano a su raíz cuadrada, porque la R
aparentemente aumenta 3. Aquí, el flujo
sanguíneo ya no es laminar sino turbulento. Ya
que la turbulencia causa una pérdida sustancial
de energía cinética, esto es energéticamente
desfavorable.
El parámetro específico que determina cuando el
flujo se vuelve turbulento es el número
adimensional de Reynolds (Re), llamado así por
Osborne Reynolds:
𝑅𝑅𝑅𝑅 =
2 𝑟𝑟 𝑣𝑣 𝛿𝛿
𝜂𝜂
(17 – 13)
El flujo sanguíneo es laminar cuando Re es menor
a ~2000 y es mayormente turbulento cuando Re
excede ~3000.
3
NdT: Al superar la velocidad crítica, el flujo deja de ser
laminar y se convierte en turbulento. Por lo tanto, la
resistencia del fluido deja de ser “poiseuilleana” al no
cumplirse la condición 4 para esta ley. De hecho, hay
una aplicación clínica directa de este fenómeno: en
casos de asma grave, se puede administrar a los
pacientes una mezcla de 30% O2 y 70% He (helio), cuya
viscosidad es mayor que la del aire. ¿Cómo esta mezcla
más viscosa puede ayudar a un paciente cuyo
problema es la resistencia aumentada en las vías
aéreas? La clave es que al aumentar la viscosidad, el
flujo se vuelve más laminar y de esta manera se
desperdicia menos energía. El resultado global es una
disminución del trabajo respiratorio, a pesar de haber
aumentado la resistencia “poiseuilleana”.
10
Figura 17-6 Flujo laminar versus flujo turbulento.
Los términos del numerador reflejan las fuerzas
disruptivas que se producen por el momento
inercial del fluido. De esta forma, el flujo
turbulento ocurre cuando r es grande (por
ejemplo en la aorta) o cuando v es alta (por
ejemplo, alto gasto cardíaco). El flujo turbulento
también puede ocurrir por una disminución del
diámetro del vaso sanguíneo (por ejemplo una
estenosis arterial) que causa un incremento local
de la velocidad. El término del denominador, la
viscosidad, refleja las fuerzas cohesivas que
tienden a mantener las capas bien organizadas.
Por lo tanto, una baja viscosidad (como en una
anemia) predispone a la turbulencia. Cuando la
turbulencia aparece, el perfil parabólico de la
velocidad se vuelve romo (Fig. 17-6B).
La distinción entre flujo laminar y turbulento es
clínicamente significativa. El flujo laminar es
silencioso, mientras que la formación de vórtices
durante la turbulencia provoca murmullos
Capítulo 17 • Organización del Sistema Cardiovascular
(conocidos clínicamente como soplos). Estos
sonidos de Korotkoff son útiles para determinar la
presión arterial mediante el método tradicional
auscultatorio. Estos soplos son también
importantes para el diagnóstico de estenosis
vasculares, shunts y lesiones valvulares cardíacas
(ver la caja titulada Murmullos cardíacos y soplos
arteriales). Formas intensas de turbulencia
pueden ser detectadas no solamente como
murmullos acústicos audibles sino también como
vibraciones mecánicos (frémitos) que se pueden
palpar y sentir.
El flujo y la presión oscilan con cada
latido entre un valor máximo
sistólico y uno mínimo diastólico
Hasta ahora, consideramos el flujo sanguíneo
como continuo e impulsado por una presión
constante. Esto significa que estuvimos
trabajando con un flujo sanguíneo medio y una
presión impulsora media. Sin embargo, todos
somos conscientes de que el corazón es una
bomba bifásica, con una fase de llenado y otra de
vaciado. Debido a que ambos corazones, el
izquierdo y el derecho, realizan sus trabajos de
forma cíclica, el flujo es pulsátil en ambas
circulaciones (sistémica y pulmonar).
La presión arterial media sistémica (PAM) es ~95
mmHg. Esto es un valor individual, que tiene en
cuenta el tiempo. En realidad, la presión
sanguínea cicla entre un máximo sistólico (~120
mmHg) que corresponde a la contracción del
ventrículo izquierdo y un mínimo diastólico (~80
mmHg) que se corresponde con la relajación del
ventrículo (Fig. 17-7). La diferencia entre la
presión sistólica y la diastólica es la presión de
pulso o presión diferencial. Nótese que la PAM
no es el promedio aritmético de los valores
sistólicos y diastólicos, lo cual sería (120+80)/2 =
100 mmHg en nuestro ejemplo; más bien, es el
área debajo de la curva, la cual describe la presión
en un único ciclo cardíaco (Fig. 17-7, área azul)
dividido la duración del ciclo. Un valor razonable
para la presión arterial media es 95 mmHg. 4
Como la presión arterial, el flujo a través de las
arterias también oscila con cada latido. Debido a
que tanto la presión como el flujo son pulsátiles y
también porque las ondas de presión y flujo no
coinciden perfectamente en tiempo no podemos
describir la relación entre estos dos parámetros
con la ley de Ohm (∆𝑃𝑃 = 𝑄𝑄 𝑥𝑥 𝑅𝑅). Mejor dicho, si
fuéramos a modelar la presión y el flujo en el
sistema circulatorio, deberíamos utilizar un
acercamiento más complejo, análogo al usado
para entender circuitos eléctricos de corriente
alterna.
Murmullos cardíacos y soplos arteriales
La turbulencia que se crea cuando la sangre fluye a través
de las válvulas enfermas de un corazón genera soplos que
pueden ser detectados por la auscultación con un
estetoscopio. Los factores que causan turbulencia son
aquellos que incrementan el número de Reynolds:
aumento del diámetro del tubo, de la velocidad de la
sangre y/o disminución de la viscosidad. Antes del
advenimiento de tecnología sofisticada, los clínicos
desarrollaron un fino arte para detectar estos soplos en el
intento de diagnosticar enfermedades valvulares
cardíacas. En general, el flujo a través de las válvulas
normales es silencioso, aunque con el aumento del flujo
sanguíneo pueden aparecer soplos (por ejemplo, durante
el ejercicio) y no es infrecuente encontrarlos en jóvenes
delgados. El grado del soplo cardíaco (del 1 al 6) ayuda a
estandarizar la examinación cardíaca entre diferentes
observadores. El grado 1 es apenas audible (NdT: solo
para cardiólogos), el grado 2 es apenas más fácilmente
escuchable, y los grados 3 y 4 son progresivamente más
fuertes. Un grado 5 es el soplo más fuerte que requiere
estetoscopio para oírse. El grado 6 se escucha sin
necesidad de estetoscopio y produce frémito. La
ubicación, duración, tono y calidad del soplo ayuda a
identificar la valvulopatía subyacente.
El flujo a través de arterias enfermas también puede crear
un frémito o un soplo. Por lejos, la causa más común es la
ateroesclerosis, la cual estrecha la luz de los vasos e
incrementa la velocidad. En pacientes con enfermedad
avanzada estos murmullos pueden oírse en virtualmente
cualquier arteria mayor, más fácilmente en las carótidas y
femorales.
4
NdT: Una forma más simple de estimar la PAM es
(𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃−𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃)
𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃 = 𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃 +
. Donde PAD es presión
3
arterial diastólica y PAS es presión arterial sistólica.
11
Sección IV • El sistema cardiovascular
Figura 1-7 Variación en el tiempo de la presión arterial
durante un ciclo cardíaco. El área debajo de la curva de
presión azul dividida por el tiempo de un ciclo
cardíaco, es la presión arterial media (línea amarilla
horizontal). El área con rayas amarillas cruzadas es
igual que el área azul.
ORÍGENES DE LA PRESIÓN EN
LA CIRCULACIÓN
Cuatro factores ayudan a generar presión en la
circulación: la gravedad, la distensibilidad de los
vasos, la resistencia viscosa y la inercia.
La gravedad provoca una diferencia
de presión hidrostática cuando
existe una diferencia de altura
Debido a que la gravedad produce una diferencia
de presión hidrostática entre dos puntos, siempre
que haya una diferencia de altura (∆h; Ecuación
17-4), uno siempre debe expresar la presión
teniendo en cuenta una h de referencia. En
fisiología cardiovascular, esta referencia –altura
cero- es el nivel del corazón.
Los cambios de posición del cuerpo (i.e., pararse o
acostarse) generan colosales efectos en la presión
intravascular. En la posición horizontal (Fig. 178A) donde asumimos que el cuerpo entero está a
nivel del corazón, no necesitamos añadir el
componente de presión hidrostática a las presión
intravascular. De esta forma, la presión media en
la aorta es de 95 mmHg, y -como se disipan ~5
12
mmHg de presión impulsora para bombear
sangre hasta el final de las grandes arterias- la
PAM en los pies y la cabeza es 90 mmHg. De
manera similar, la presión media en las grandes
venas que drenan los pies y la cabeza es de 5
mmHg, y –porque disipan ~3 mmHg de presión
impulsora para conducir sangre hasta la aurícula
derecha- la presión media en la aurícula derecha
es 2 mmHg.
Cuando una persona de 180 cm de altura está
parada (Fig. 17-8B) debemos agregar una
columna de 130cm de sangre (la diferencia de
altura entre el corazón y los grandes vasos del
pie) a la presión en las grandes arterias y venas de
los pies. Dado que una columna de agua de
130cm es equivalente a 95 mmHg, la presión
media para una arteria grande del pie sería de 90
+ 95 = 185 mmHg, y la presión media en una vena
grande del pie sería de 5 + 95 = 100 mmHg.
Por otro lado, debemos restar una columna de 50
cm de sangre de la presión en las grandes arterias
y venas de la cabeza. Dado que una columna de
agua de 50 cm es equivalente a 37 mmHg, la
presión media en una arteria grande de la cabeza
sería 90 – 37 = 53 mmHg, y la presión media en
una vena grande de la cabeza sería 5 – 37 = -32
mmHg. Evidentemente, este “valor negativo”
significa en realidad que la presión en la vena
grande de la cabeza es 32 mmHg menor al valor
de referencia atmosférico.
En este ejemplo, hemos simplificado cosas
ignorando, por ejemplo, que las válvulas
interrumpen la columna de sangre. En realidad,
las venas de las extremidades tienen válvulas
unidireccionales en serie que permiten a la sangre
fluir solamente hacia el corazón. Estas válvulas
actúan como una serie de estaciones de relevo,
de forma que la contracción del músculo
esquelético que rodea las venas empuja la sangre
de una válvula hacia la otra. Así, las venas en el
pie no “ven” la columna hidrostática completa de
95 mmHg.
Aunque la presión absoluta en arterias y venas es
mucho mayor en los pies que en la cabeza, el ∆P
que impulsa al flujo en los lechos vasculares del
pie y de la cabeza es el mismo. Así, en posición
horizontal, el ∆P a través de los lechos vasculares
en los pies o en la cabeza es 90 – 5 = 85 mmHg.
En posición vertical, el ∆P para el pie es 185 – 100
Capítulo 17 • Organización del Sistema Cardiovascular
= 85 mmHg, y para la cabeza es 53 – (-32) = 85
mmHg. De este modo, la gravedad no afecta la
presión impulsora que controla el flujo. Por otro
lado, en las áreas del cuerpo por debajo del
corazón (en sentido gravitacional), la presión
hidrostática tiende a incrementar la presión
transmural (presión intravascular vs. presión
tisular extravascular) y esto cambia el diámetro
de los vasos. Debido a que varias barreras
anatómicas separan diferentes compartimentos
tisulares, se asume que la gravedad no afecta
apreciablemente esta presión tisular.
Figura 17-8 Presión arterial y venosa de pie y acostado. Las presiones son diferentes entre A y B, pero la presión
impulsora (∆P) entre arterias y venas (separadas por las líneas rojas y azules, fondo violeta) es la misma.
La baja distensibilidad de los vasos
provoca un aumento de la presión
transmural cuando aumenta el
volumen de los mismos
Hasta ahora, hemos considerado a los vasos
sanguíneos como tubos rígidos, los cuales, por
definición,
tienen
volúmenes
fijos.
Si
intentáramos inyectar un volumen de fluido en un
tubo realmente rígido con extremos cerrados,
podríamos en principio incrementar la presión al
infinito sin incrementar el volumen del tubo (Fig.
17-9A). En el otro extremo, si la pared del tubo no
ofreciera resistencia a la deformación (i.e.,
distensibilidad infinita), podríamos inyectar un
volumen infinito de fluido sin aumentar la presión
en absoluto (Fig. 17-9B). Los vasos sanguíneos se
ubican entre estos extremos; si bien son
distensibles, su complacencia es finita. De esta
manera, si inyectamos un volumen de sangre en
el vaso, su volumen se incrementará así como
también lo hará la presión intravascular (Fig. 179C). A un ∆P dado, cuanto mayor es el ∆V logrado,
mayor es la complacencia del vaso. La relación
entre ∆P y ∆V es una propiedad de la pared del
vaso y existe haya o no flujo. De esta forma, si
infundimos sangre en los vasos de un paciente, la
presión intravascular aumentaría incluso si el
corazón estuviese detenido.
La resistencia viscosa de la sangre
provoca una diferencia de presión
axial cuando hay flujo
Como hemos visto en la ley de Ohm para
hidrodinámica (ver Ecuación 17-1), mientras haya
un flujo estacionario a lo largo del eje del tubo
(Fig. 17-2), la presión impulsora (∆P) será
proporcional a tanto el flujo como la resistencia
(∆P = Q x R). Desde otro punto de vista, si
queremos lograr un flujo constante, cuanto
mayor sea la resistencia, mayor debe ser el ∆P
13
Sección IV • El sistema cardiovascular
que debemos aplicar a lo largo eje del flujo. De las
cuatro fuentes de presión del sistema circulatorio,
este ∆P debido a la resistencia viscosa es la única
que tiene en cuenta la ley de Poiseuille (ver
Ecuación 17-9).
La presión disminuye cuando la
velocidad del flujo aumenta
Hasta el momento hemos asumido que tanto el
flujo de sangre como su velocidad son estables.
De todas maneras, como ya hemos mencionado,
el flujo sanguíneo no es continuo; el corazón
imparte energía de manera pulsátil en cada
latido. Así, la velocidad en la aorta aumenta y
alcanza un máximo durante la sístole y un mínimo
durante la diástole. Como veremos a
continuación, estos cambios en la velocidad llevan
a cambios compensatorios en la presión
intravascular.
El intercambio entre velocidad y presión refleja la
conversión entre dos tipos distintos de energía.
Aunque generalmente asumimos que los fluidos
fluyen de un sitio de alta presión a uno de baja, es
más preciso decir que fluyen de un sitio de mayor
energía total hacia otro de menor. Esta energía
está compuesta por la “energía asociada a la
presión” o energía potencial y la energía cinética
(EC= ½ x m x v2). La interconversión entre ambos
tipos de energía se conoce como efecto
Bernoulli 5. Mientras circula un fluido por un tubo
horizontal con un estrechamiento central, el cual
tiene la mitad del diámetro que los dos extremos,
5
NdT: Según el Principio de Bernoulli, podemos descomponer
a la energía de los fluidos ideales en tres componentes:
energía de presión, energía potencial gravitatoria y energía
cinética. Los fluidos ideales no pierden energía al moverse, y
por lo tanto, la suma de sus tres componentes es constante.
Si a cada termino del trinomio de Bernoulli se lo divide por
una unidad de volumen se obtienen unidades de presión:
𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸í𝑎𝑎
𝐽𝐽𝐽𝐽𝐽𝐽𝐽𝐽𝐽𝐽
𝑁𝑁 . 𝑚𝑚
𝑁𝑁
=
=
=
= 𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑃𝑙𝑙
𝑉𝑉𝑉𝑉𝑉𝑉𝑉𝑉𝑉𝑉𝑉𝑉𝑉𝑉
𝑚𝑚³
𝑚𝑚³
𝑚𝑚²
De este modo, podemos hablar de presión hidráulica (i.e.,
energía de presión por unidad de volumen), presión
gravitatoria (i.e., energía potencial gravitatoria por unidad de
volumen) y presión cinética (i.e., energía cinética por unidad
de volumen).
14
la presión en la región central es menor que la
presión en los extremos (Fig. 17-10). ¿Cómo
puede circular el fluido, paradójicamente, en
contra de un gradiente de presión desde un lugar
de menor presión central hacia uno de mayor
presión distal? Hemos visto antes que el flujo es
producto del área de sección transversal por la
velocidad (ver Ecuación 17-8). Como el flujo es el
mismo en ambas porciones del tubo, pero el área
de sección transversal en el centro es menor por
un factor de 4, la velocidad en la región central
debería ser 4 veces mayor (Fig. 17-10, tabla
inferior). Aunque la sangre en la región central
tiene una energía potencial menor (presión = 60)
que la sangre en el extremo distal del tubo
(presión = 80), tiene 16 veces más energía
cinética. Así la energía total del fluido en el centro
es mayor que en la región distal, de modo que el
fluido circula, de hecho, hacia un lugar de menor
energía.
Este ejemplo ilustra la interconversión entre la
energía potencial (presión) y la energía cinética
(velocidad), debido a que la velocidad cambia a lo
largo del tubo a pesar de que el flujo es
constante. Veremos en el capítulo 22 que durante
la fase de eyección de sangre desde el ventrículo
izquierdo hacia la aorta, el flujo y la velocidad de
la sangre cambian con el tiempo en todos los
puntos dentro de la aorta. Estos cambios en
velocidad contribuyen a los cambios de presión
dentro de la aorta.
El
efecto
Bernoulli
tiene
importantes
implicaciones prácticas para la medición de la
presión sanguínea por medio de un catéter. La
presión registrada con el catéter de frente al flujo
es mayor que la presión real en una cantidad igual
al componente cinético de energía que posee el
fluido (Fig. 17-11). Contrariamente, la presión
medida con la punta del catéter “de espalda” al
flujo es menor que la real, en una cantidad igual
al caso anterior. La medición es correcta solo si la
apertura está en los laterales del catéter,
perpendicular al flujo sanguíneo.
Capítulo 17 • Organización del Sistema Cardiovascular
Figura 17-9 Distensibilidad: cambios en la presión dentro de vasos con diferente distensibilidad.
COMO MEDIR LA PRESIÓN
SANGUÍNEA,
EL
FLUJO
SANGUÍNEO
Y
LOS
VOLUMENES CARDÍACOS
La presión sanguínea puede ser
medida directamente punzando un
vaso
Uno puede medir la presión en cualquier punto
del sistema – dentro de una cámara cardíaca, de
una arteria, un capilar o una vena. Los médicos
generalmente se interesan por la presión
intravascular en un sitio particular (por ejemplo
una arteria sistémica) en referencia a la presión
atmosférica que existe afuera del cuerpo.
La mejor forma de medir directamente la presión
arterial es introducir una aguja o un catéter
dentro del vaso. En la primera medición de la
presión sanguínea que se realizó, Stephen Hales
en 1733 descubrió que un caballo podía elevar
una columna de sangre hasta una altura de 3
metros en un tubo. Fue Poiseuille quien midió la
presión por primera vez conectando un tubo con
forma de “U” lleno de mercurio a una arteria a
través de un tubo que contenía una solución
saturada con NaHCO3. En los tiempos modernos,
un sistema de conductos de transmisión conecta
el vaso sanguíneo a un transductor de presión. En
su forma más primitiva, un catéter era conectado
a una cámara cerrada, en la cual una de sus
paredes era un diafragma deformable. Hoy en
día, el transductor de presión es un diafragma
rígido unido a un medidor de tensión que
convierte la tensión mecánica en cambios de
resistencia, capacitancia o inductancia eléctrica
(Fig. 17-12). La cara opuesta del diafragma está
abierta a la atmósfera, así la presión arterial es
referida a la presión barométrica. El
funcionamiento
del
sistema
depende
ampliamente de las propiedades del catéter y del
medidor de tensión. La presencia de burbujas de
aire o un catéter muy estrecho pueden disminuir
el desplazamiento, la velocidad o la aceleración
del fluido dentro del catéter. Para evitar estos
problemas con la transmisión del fluido, algunos
dispositivos de alta fidelidad emplean un
transductor de presión sólido en la punta del
catéter.
En el cateterismo del lado derecho del corazón los
médicos introducen un catéter por una vena del
antebrazo, mientras registran continuamente los
cambios de presión, avanzando hacia la vena cava
superior, la aurícula derecha y el ventrículo
derecho, pasando a través de la válvula pulmonar
y hacia la arteria pulmonar. Eventualmente, la
punta del catéter alcanza ramificaciones cada vez
más pequeñas y se enclava, registrando así, la
presión de enclavamiento pulmonar, presión
wedge o presión capilar pulmonar (PCP). La
presión wedge mide efectivamente la presión río
abajo desde la punta del catéter, esto es, la
presión de la aurícula izquierda.
En el cateterismo del lado izquierdo del corazón
los médicos introducen un catéter a través de la
arteria braquial o femoral obteniendo la presión
arterial sistémica. Desde ahí el catéter avanza
hacia la aorta, el ventrículo izquierdo, y
finalmente la aurícula izquierda.
15
Sección IV • El sistema cardiovascular
se utiliza un manguito inflable que rodea el brazo
(ocasionalmente el tobillo). El inflado del
manguito por medio de una perita de goma a
niveles de presión por encima de la presión
sistólica ocluye la arteria braquial subyacente y
detiene el flujo sanguíneo río abajo. La presión
del manguito, medida por medio de un
manómetro de mercurio o aneroide (que no
contiene líquido), comienza a caer lentamente
por la apertura de una válvula de escape (Fig. 1713, línea diagonal roja). Se pueden utilizar dos
métodos para detectar el flujo sanguíneo río
abajo del manguito que se está desinflando. En el
método palpatorio se utiliza la detección del pulso
radial como un indicador de flujo en esa arteria.
En el método auscultatorio, el médico detecta
flujo usando un estetoscopio que identifica los
sonidos de Korotkoff sobre la arteria braquial.
Figura 17-10 Efecto Bernoulli. Para el tubo superior
que tiene un gran radio uniforme, la velocidad es
constante y la presión hidráulica cae linealmente con
la distancia. El tubo inferior tiene la misma presión
inicial y final pero con un estrechamiento en el medio
con un área de sección transversal de un cuarto de los
extremos. Así, la velocidad en el estrechamiento debe
ser cuatro veces mayor que en el final y el inicio.
Las mediciones de la presión venosa, se realizan
típicamente introduciendo un catéter en la vena
yugular. Debido a las bajas presiones, estas
mediciones requieren transductores de presión
muy sensibles o manómetros de agua.
En laboratorios de investigación, uno puede
medir la presión capilar en lechos capilares
expuestos introduciendo una micro pipeta
presurizada lo suficiente (con una presión
conocida) para evitar que el fluido entre o salga
de la pipeta.
Figura 17-11 Efectos de la energía cinética en la
medición de la presión sanguínea con catéteres.
La presión sanguínea puede ser
medida indirectamente usando un
esfigmomanómetro
En la práctica médica, uno puede medir la presión
arterial de manera indirecta usando un
esfigmomanómetro manual (Fig. 17-13). Para esto
16
Figura 17-12 Método directo para medir la presión
sanguínea.
Capítulo 17 • Organización del Sistema Cardiovascular
El método palpatorio permite la determinación de
la presión sistólica, esto es, la presión en el
manguito por debajo de la cual es posible
detectar pulso radial. Por la limitada sensibilidad
de los dedos, la palpación probablemente
subestime ligeramente la presión sistólica. Por el
método auscultatorio, se pueden obtener ambos
valores, tanto la presión sistólica como la
diastólica. Los sonidos escuchados durante el
lento desinflado del manguito pueden ser
divididos en cinco fases (Fig. 17-13). Durante la
fase I se ausculta un golpeteo fuerte el cual indica
que un “chorro” de sangre está pasando por la
arteria justo cuando la presión del manguito está
por debajo de la sistólica (la arteria no está
colapsada en el pico de presión sistólico). En la
fase II, se oyen los murmullos que ocupan la
mayor parte del tiempo. Ya en la fase III, el sonido
se describe como un fuerte estruendo; en la fase
IV, a medida que la presión del manguito se
acerca a la presión diastólica el sonido se vuelve
más sordo y suave. Por último, en la fase v, el
sonido desaparece. Aunque aún existe debate
sobre cuál es el sonido correcto que indica la
presión diastólica (fase IV o fase V), la fase IV
parecería más consistente.
Pueden surgir problemas cuando se quiere usar
un esfigmomanómetro en niños o adultos obesos,
o cuando se quiere medir la presión en el tobillo.
Lo ideal sería usar un manguito lo
suficientemente ancho como para que la presión
dentro de él sea la misma que en el tejido que
rodea a la arteria. En 1967, la American Heart
Association recomendó que el manguito debe ser
un 20% más ancho que el diámetro del brazo,
extendiéndose al menos media vuelta más
alrededor de él.
Figura 17-13 Esfigmomanometría. Los médicos inflan el manguito hasta una presión mayor que la sistólica esperada,
para luego lentamente liberar la presión en él.
17
Sección IV • El sistema cardiovascular
El flujo sanguíneo puede ser
medido
directamente
por
medidores
de
flujo
electromagnéticos
o
por
ultrasonido
El espectro de mediciones de flujo sanguíneo en
la circulación varía desde determinaciones del
flujo total (volumen minuto o gasto cardíaco)
hasta determinaciones de un órgano particular o
un tejido dentro de un órgano. Más aún, uno
puede calcular el promedio del flujo sanguíneo a
lo largo del tiempo o registrarlo continuamente.
Ejemplos del registro continuo incluyen registros
de las fases de flujo sanguíneo que ocurren
durante el ciclo cardíaco o cualquier otro evento
periódico (por ejemplo, la ventilación).
Discutiremos los abordajes invasivos y no
invasivos.
Métodos invasivos Este abordaje requiere una
acceso directo al vaso que se quiere estudiar y
solo es útil en los laboratorios de investigación.
Los primeros registros del flujo sanguíneo
implicaban recolectar la sangre venosa en un
cilindro graduado y cronometrar el tiempo de
recolección. Este abordaje directo era realizado
por cortos períodos de tiempo para minimizar la
pérdida de sangre y disminuir el impacto
hemodinámico. La pérdida de sangre podía ser
evitada por ingeniosos, pero ahora anticuados,
dispositivos que retornaban la sangre a la
circulación.
Los dispositivos modernos más frecuentemente
utilizados para medir el flujo sanguíneo en el
laboratorio de investigación son los medidores de
flujo electromagnéticos basados en el principio
de inducción electromagnética (Fig. 17-14). El
vaso es situado en un campo magnético. De
acuerdo a la ley de inducción de Faraday, mover
cualquier conductor (incluida una solución
electrolítica como la sangre) en las líneas del
campo magnético genera una diferencia de
potencial entre dos puntos a lo largo del eje
perpendicular a tanto el eje de movimiento como
el eje del campo magnético. El voltaje inducido
es:
18
E = B.v.D
(17-14)
Donde B es la densidad del flujo magnético, v es
la velocidad lineal promedio y D es el diámetro de
la columna de sangre.
Los Medidores de flujo por ultrasonido utilizan
un par de sondas (o transductores), ubicadas en
dos sitios a lo largo del vaso. Una sonda emite
una señal ultrasónica y la otra lo registra. La
velocidad lineal de la sangre a lo largo del vaso
puede inducir un cambio en la frecuencia de la
señal ultrasónica (efecto Doppler) o bien alterar el
tiempo de tránsito de la señal ultrasónica. Ambos
métodos, ultrasónico y electromagnético, miden
velocidad y no flujo per se.
Métodos no invasivos
El flujómetro
electromagnético y ultrasónico requieren la
aislación quirúrgica del vaso para medir el flujo.
Sin embargo, los métodos ultrasónicos son
usados ampliamente de manera transcutánea en
vasos superficiales. Este método está basado en
registrar el rebote de las ondas ultrasónicas desde
las células sanguíneas en movimiento. Al tiempo
que las células sanguíneas se mueven, las ondas
reflejadas tienen una frecuencia diferente a la
emitida (efecto Doppler). Los métodos
pletismográficos son abordajes no invasivos para
la medición de los cambios de volumen en un
miembro o incluso en una persona entera. El
inflado de un manguito lo suficiente para ocluir
las venas pero no las arterias permite que la
sangre siga fluyendo hacia el miembro (pero no
fuera de él), por lo que el volumen aumenta en el
tiempo. Este cambio en el volumen es registrado
por un pletismógrafo como una medida del flujo
sanguíneo.
Con excepción de la ultrasonografía transcutánea,
los métodos directos son de uso exclusivo en
laboratorios de investigación
El gasto cardíaco puede ser medido
indirectamente por el método de
Fick, el cual se basa en el principio
de conservación de la masa
Capítulo 17 • Organización del Sistema Cardiovascular
es usualmente 250 ml/min 6. El punto donde se
mide el O2 río arriba es la arteria pulmonar
(checkpoint A), en la cual el contenido típico de O2
es de 15 mLO2/dL sangre. La muestra tomada en
este refleja el contenido de O2 de la sangre
venosa mixta 7, obtenida por un catéter en la
aurícula derecha, ventrículo derecho o, mejor
aún, de la arteria pulmonar.
Figura 17-14 Medidor de flujo electromagnético.
El método de Fick requiere medir las
concentraciones de una sustancia en dos puntos
de la circulación, y que esta misma sustancia sea
añadida o sustraída (a una tasa constante) entre
ambos puntos. La tasa a la cual la sustancia se
agrega o quita (X) en algún punto de la circulación
es simplemente el producto entre el flujo (Q) y la
diferencia de concentración de la sustancia entre
los puntos medidos (∆C).
X = Q x ∆C
(17-15)
El Principio de Fick es un rearreglo de la ley de
conservación de la masa. La cantidad de sustancia
que pasa un por un punto de la circulación río
abajo (QB) menos la cantidad de sustancia que
pasó por un punto río arriba (QA) deber ser igual a
la cantidad de sustancia añadida (o sustraída) por
unidad de tiempo (Qañadida/sustraída) entre estos dos
puntos (Fig. 17-15A):
Qañadida/sustraída = QB - QA
(17-16)
La forma más simple de aplicar el principio de Fick
para calcular el volumen minuto es a través del
flujo sanguíneo en los pulmones, el cual
representa el total del gasto cardíaco (Fig. 1715B). La cantidad de O2 añadido a la sangre es el
tomado por los pulmones, que se obtiene
midiendo el consumo de O2 del sujeto. Este valor
Figura 17-15 El método de Fick para determinar el
gasto cardíaco.
El punto donde se vuelve a medir el O2 río abajo
es en una de las venas pulmonares (checkpoint B),
en las cuales el contenido de O2 es de
aproximadamente 20mLO2/dL sangre. Esta
muestra también puede obtenerse de cualquier
6
NdT: Se da por sentado, que en estado estacionario,
el consumo tisular de O2 es igual a la cantidad de O2
que los pulmones introducen en el organismo.
7
NdT: “Sangre venosa mixta” es una mala traducción
de “mixed venous blood”, lo correcto sería utilizar el
término “sangre venosa mezclada”. Sin embargo,
decidimos dejar “mixta” porque es así como se conoce
habitualmente.
19
Sección IV • El sistema cardiovascular
arteria sistémica. Usando estos valores, podemos
calcular un gasto cardíaco de 5L/min (17-19):
𝑄𝑄 =
=
𝑋𝑋
𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶𝐶 𝑑𝑑𝑑𝑑 𝑜𝑜𝑜𝑜í𝑔𝑔𝑔𝑔𝑔𝑔𝑔𝑔
=
∆C
∆ 𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎 𝑑𝑑𝑑𝑑 𝑜𝑜𝑜𝑜í𝑔𝑔𝑔𝑔𝑔𝑔𝑔𝑔
250 𝑚𝑚𝑚𝑚 𝑜𝑜𝑜𝑜í𝑔𝑔𝑔𝑔𝑔𝑔𝑔𝑔/𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚
= 5𝐿𝐿/𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚
(20 − 15)𝑚𝑚𝑚𝑚 𝑜𝑜𝑜𝑜í𝑔𝑔𝑔𝑔𝑔𝑔𝑔𝑔 𝑑𝑑𝑑𝑑 𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠𝑠
El gasto cardíaco puede ser medido
indirectamente por métodos de
dilución
El método de dilución del colorante, inventado
por G. N. Stewart en 1897 y popularizado por W.
F. Hamilton en 1932, es una variación del
procedimiento de Fick. Uno inyecta una cantidad
conocida de una sustancia (X) en una vena
sistémica en el sitio A mientras simultáneamente
monitoriza la concentración en el sitio B (Fig. 1716A). Es importante que la sustancia no abandone
el circuito vascular y que sea fácil medir sus
concentraciones. Si inyectamos una cantidad
conocida (Qx) del indicador, un observador río
abajo en el sitio B, registrará un aumento de X, el
cual luego de un pico caerá exponencialmente.
Las mediciones de concentración proveen el
intervalo de tiempo (∆t) desde que aparece el
colorante en el sitio B hasta que finalmente
desaparece de allí.
Si el sitio B es la arteria pulmonar, entonces la
cantidad de sustancia Qx que hemos inyectado en
la vena periférica debe pasar por el sitio B
durante el intervalo ∆t, llevada por el total del
gasto cardíaco. Podemos deducir la concentración
promedio de X durante el intervalo ∆t a partir de
la curva de concentración en función del tiempo
de la figura 17-16B.
Desde la conservación de la masa conocemos
que:
Qx = V x [X]
(17 – 20)
Unidades: 𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚 = 𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙 .
𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚
𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙
Como el volumen de sangre (V) que fluye por la
arteria pulmonar durante el intervalo ∆t es, por
20
definición, el producto del gasto cardíaco por el
intervalo de tiempo (GC x ∆t)
Qx = GC x ∆t x [X]
(17 – 21)
Unidades: moles =
𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙
𝑠𝑠
. 𝑠𝑠
𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚
𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙
Nótese que el producto ∆t x [X] es el área debajo
de la curva concentración en función del tiempo
de la figura 17-16B. Resolviendo para GC, nos
queda:
𝐺𝐺𝐺𝐺 =
𝑄𝑄𝑄𝑄
𝑄𝑄𝑄𝑄
=
[𝑥𝑥] . ∆𝑡𝑡
Á𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟 𝑏𝑏𝑏𝑏𝑏𝑏𝑏𝑏 𝑙𝑙𝑙𝑙 𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐
(17 – 22)
En la práctica, los cardiólogos monitorean la
concentración de X en la arteria braquial.
Obviamente solo una fracción del gasto cardíaco
pasa a través de la arteria braquial, no obstante,
esta fracción es la misma que la fracción de Qx
que pasa a través de dicha arteria. Aunque solo
una pequeña parte del volumen minuto y del
colorante inyectado circula por cualquier arteria
sistémica, de todos modos aún podemos utilizar
la ecuación 17-22 para calcular el gasto cardíaco
con datos obtenidos de cualquiera de esas
arterias.
Comparado con el perfil de concentración de X en
la arteria pulmonar, el perfil en la arteria braquial
no es tan alto y está más extendido, por lo que [X]
es más pequeño y ∆t es más largo. De todas
maneras, su producto (área bajo la curva) es el
mismo que en la arteria pulmonar. El colorante
verde indocianina (cardiogreen) es colorante más
utilizado. Como el hígado remueve este colorante
de la circulación es posible repetir las inyecciones
luego de una espera adecuada, sin lograr una
acumulación de colorante en el plasma.
Imagine que luego de inyectar 5mg de colorante,
se logra una concentración media de colorante de
2mg/L en un ∆t de 0,5 min. Así (17-23):
𝐺𝐺𝐺𝐺 =
2 𝑚𝑚𝑚𝑚
𝐿𝐿
5 𝑚𝑚𝑚𝑚
. 0,5 𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚
= 5 𝐿𝐿/𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚
Capítulo 17 • Organización del Sistema Cardiovascular
Un problema práctico es que luego de la
inyección del colorante en una vena sistémica, la
sangre se mueve más rápidamente a través de
ciertos lechos pulmonares que de otros, por lo
que el marcador llega al punto B de manera más
gradual a lo largo del tiempo. Este proceso,
conocido como dispersión, es la principal causa
del aplanamiento del perfil de concentración de X
en la arteria braquial (Fig. 17-16C) versus la
arteria pulmonar (Fig. 17-16B). Si inyectamos el
colorante dentro de la aurícula izquierda y lo
monitorizamos dentro de las venas sistémicas, la
dispersión será mucho mayor debido a la gran
longitud y variedad de los lechos sistémicos. De
hecho, la curva de concentración en el tiempo es
tan aplanada que resulta difícil calcular el área
debajo de ella.
Un segundo problema práctico con circuitos
cerrados, es que antes de que la concentración
inicial del colorante haya disminuido, la
recirculación genera que el marcador reaparezca
frente al sensor (Fig. 17-16D). La extrapolación de
la caída exponencial de la primera onda, puede
corregir este problema.
La técnica de termodilución es una alternativa
útil al abordaje con colorante. En este método se
inyecta un bolo de solución salina fría y un
termistor es utilizado para registrar la “pérdida de
calorías” como un cambio de temperatura río
abajo del sitio de inyección. En la técnica de
termodilución, una curva de temperatura en
función del tiempo reemplaza la curva de
concentración en función del tiempo. Durante la
cateterización cardíaca, el cardiólogo inyecta un
bolo de solución fisiológica fría en la aurícula
derecha y registra los cambios de temperatura en
la arteria pulmonar. La distancia entre los dos
puntos debe ser corta para evitar pérdida de calor
en los lechos capilares pulmonares. Las ventajas
de este método son que (1) la inyección de
solución fría se puede repetir sin dañar, (2) se
requiere un único acceso (comparado con la
punción venosa y arterial de los anteriores
métodos), (3) al no existir lechos capilares
involucrados ocurre una menor dispersión, y (4) la
recirculación es mucho menor ya que la
temperatura se equilibra rápidamente en los
lechos capilares pulmonares y sistémicos. Un
potencial inconveniente es la mezcla incompleta
la cual puede resultar de una excesiva proximidad
entre el punto de inyección y el de registro.
21
Sección IV • El sistema cardiovascular
Figura 17-16 Método de dilución de colorante para determinar el flujo sanguíneo. En B, C y D, las áreas debajo de las
tres curvas son iguales.
El flujo sanguíneo regional puede
ser medido indirectamente por
métodos
de
aclaramiento
(clearence)
de remoción de la sangre, estimado como la tasa
en la que el BSP aparece en la bilis. [Xa] es la
concentración de BSP en una arteria sistémica, y
[Xv] es la concentración de BSP en la vena
hepática.
Los métodos utilizados para medir flujo sanguíneo
regional, son habitualmente llamados métodos
de aclaramiento, aunque el término en este
contexto no se corresponde al utilizado en
fisiología renal. Los métodos de aclaramiento son
otra forma de aplicar el principio de Fick,
utilizando la tasa de eliminación o captación de
una sustancia por un órgano junto con la
diferencia de concentración de la sustancia en
cuestión entre flujo arterial y venoso (i.e., ∆a-v).
Podemos calcular el flujo sanguíneo a través de
un órgano (Q) a partir de la tasa con la cual el
órgano en cuestión remueve a la sustancia desde
la sangre (X) y las concentraciones de la sustancia
en sangre arterial ([Xa]) y sangre venosa ([Xv]).
Evaluación del gasto cardíaco por medio del
talio
𝑄𝑄 =
𝑋𝑋
𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚/𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚
𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙
=
=
𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚
[𝑋𝑋𝑋𝑋] − [𝑋𝑋𝑋𝑋]
𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚
𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙
(17-24)
Uno puede determinar el flujo sanguíneo
hepático usando BSP (bromosulftaleina), un
colorante que el hígado elimina casi por completo
y excreta hacia la bilis. En este caso, X es la tasa
22
El talio es un ión que actúa como un análogo al
potasio y entra a las células a través de los mismos
canales y transportadores que él. El músculo
cardíaco toma el Tl 201 si hay un flujo sanguíneo
adecuado. Así, la tasa en la que es tomado el
isótopo 201Tl por el corazón es una medida
cualitativa útil para estimar el flujo sanguíneo
coronario. Las imágenes miocárdicas son posibles
por cámaras bidimensionales que emiten rayos γ o
por tomografía computada que forma una imagen
tridimensional. De esta forma, en las regiones de
tejido miocárdico irrigadas por coronarias
estenóticas, la captación es menor y se ven
defectos de relleno. Este estudio es utilizado para
detectar enfermedad coronaria durante el ejercicio.
De forma similar una puede determinar el flujo
sanguíneo
renal
usando
PAH
(paraaminohipurato). Los riñones quitan casi
completamente este compuesto desde la sangre,
eliminándolo por la orina.
Capítulo 17 • Organización del Sistema Cardiovascular
Es posible determinar el flujo sanguíneo coronario
o de cualquier músculo esquelético utilizando
gases nobles rápidamente difusibles, como por
ejemplo los radioisótopos de 133Xe y 85Kr.
Por último, se puede usar la tasa de dispersión de
óxido nitroso (N2O), un gas que es históricamente
importante por haber sido el primer anestésico,
para calcular el flujo sanguíneo cerebral.
Un abordaje similar aunque cualitativo es el uso
de talio para determinar el flujo sanguíneo
coronario. Aquí, uno mide la captura del isótopo
por el músculo cardíaco, más que su
aclaramiento.
cardíacas y la sangre. Sin embargo, debido a que
la RMN estándar requiere mucho tiempo para
obtener los datos, no provee una buena
resolución temporal.
Ventrículo: Cómo calcular sus
dimensiones, su volumen y los
cambios de volumen a partir de la
angiografía y la ecocardiografía
Los médicos tienen varias formas de acceder a las
cámaras cardíacas. La cámara gamma es una
técnica que utiliza radiación γ, a partir de una
inyección que contiene el isótopo tecnecio (Tc
99m), que tiene una vida media de 6hs. Luego de
que el Tc99m sea inyectado, la cámara gamma
provee imágenes del corazón. La sincronización
del aparato a un electrocardiógrafo permite
tomar las imágenes en el punto deseado del ciclo
cardíaco, y aumentar el tamaño de estas. Debido
a que este método no ofrece una imagen de alta
resolución, nos brinda un valor relativo del
volumen ventricular. A partir de la diferencia
entre el punto de mayor llenado ventricular
(volumen de fin de diástole) y el mínimo
(volumen de fin de sístole) el médico puede
estimar la fracción de eyección que es una
medida importante de la función cardíaca.
La angiografía logra calcular con certeza las
dimensiones lineales ventriculares, permitiendo al
cardiólogo calcular el volumen absoluto
ventricular. Un catéter se inserta en el ventrículo
derecho o izquierdo, y se inyecta solución
fisiológica con un contraste (i.e., sustancia
química radiopaca) dentro de este. Esta técnica
nos provee una proyección bidimensional del
volumen ventricular en función del tiempo. En la
resonancia magnética nuclear (RMN), se puede
obtener una imagen de los protones (H+) que se
encuentran en el agua de las células musculares
Figura 17-17 Modo M y ecocardiografía
bidimensional. En A, el gráfico de abajo muestra el
resultado de un ecocardiograma en modo M (i.e.,
transductor en una única posición) durante el ciclo
cardíaco. Las ondas representan el movimiento (M) de
las paredes cardíacas atravesadas por el rayo
ultrasónico fijo. En la ecocardiografía bidimensional
(panel superior), el transductor rota rápidamente entre
dos extremos (líneas intermitentes), produciendo una
imagen de un corte del corazón en único instante.
23
Sección IV • El sistema cardiovascular
La ecocardiografía, que utiliza ondas ultrasónicas
para visualizar el corazón y los grandes vasos,
puede ser empleada de dos modos distintos. En el
modo M (M es por movimiento, “motion”) los
técnicos usan un único transductor fijo en la
pared del pecho, obteniendo una imagen
unidimensional de los componentes cardíacos. En
la parte superior de la figura 17-17A, los rayos
ultrasónicos atraviesan la pared anterior del
ventrículo derecho, el ventrículo derecho, el
septum, la válvula mitral y la pared posterior del
ventrículo izquierdo. La parte inferior de la figura
17-17A muestra la posición de los límites entre
estas estructuras (eje X) a lo largo de un único
ciclo cardíaco (eje Y) y como cambia el tamaño
del ventrículo izquierdo a lo largo del tiempo. Por
supuesto, el técnico puede obtener otras
imágenes cambiando la orientación del rayo
ultrasónico.
En el modo bidimensional, el transductor
automáticamente pivotea, escaneando el corazón
en un único corte o plano (Fig. 17-17A, área entre
las líneas intermitentes) y obteniendo una visión
fidedigna de la sección transversal. Esta
aproximación es superior a la angiografía, la cual
provee solo una imagen bidimensional. Dado que
el gasto cardíaco es el producto de la frecuencia
cardíaca y la descarga sistólica, es posible calcular
el volumen minuto con las medidas del ventrículo
(volumen de fin de diástole y de fin de sístole)
obtenidas ecocardiográficamente.
Un problema común de la angiografía y del modo
M del ecocardiograma es que es imposible
calcular el volumen ventricular desde una única
dimensión porque el ventrículo no es
simplemente una esfera. Como se muestra en la
figura 17-17B, al ventrículo izquierdo muchas
veces se lo asemeja con una elipse alargada con el
eje largo L y dos ejes cortos D1 y D2. Para
simplificar el cálculo y permitir el cómputo del
volumen ventricular con una sola medición se
asume que D1 y D2 son idénticos y que D1 es la
mitad de L. Desafortunadamente, el uso de este
algoritmo en una sola dimensión, como el usado
24
en el modo M, muchas veces lleva a resultados
erróneos. Usando ecocardiografía de dos
dimensiones para sumar datos de diversos cortes
paralelos del ventrículo, o desde planos que
tienen ángulos conocidos entre ellos, se pueden
obtener volúmenes más precisos.
En contraste con la ecocardiografía estándar, la
ecocardiografía Doppler, aporta información de
la velocidad, dirección y carácter del flujo
sanguíneo, como si fuera un radar de la policía
monitoreando el tráfico. En la ecocardiografía
Doppler (como en un radar de policía), la mayor
parte de la información se obtiene con el
transductor paralelo al flujo de sangre. En la
aplicación más simple del Doppler uno puede
monitorear constantemente la velocidad del flujo
sanguíneo en un vaso o en una parte del corazón.
En dicho registro, el eje X representa el tiempo y
el eje Y el espectro de velocidades de las células
sanguíneas (diferentes células pueden moverse a
diferentes velocidades). El flujo que se acerca
hacia el transductor aparece sobre la línea de
base, mientras que el flujo que se aleja aparece
por debajo. La intensidad del registro en un único
punto del eje Y representa la fuerza de la señal
que retorna, la cual depende del número de
células sanguíneas que se mueven a determinada
velocidad. Así, el eco Doppler permite distinguir
dos tipos de flujo: laminar y turbulento. Otra
opción para el operador es escanear una región
del corazón o un vaso, obteniendo una imagen
bidimensional coloreada que muestra las
diferentes velocidades de la sangre. Si
superponemos dicha información bidimensional
en un ecocardiograma bidimensional que
muestre la posición los vasos o de las estructuras
cardíacas, el resultado es una imagen Doppler
ecocardiográfica que muestra el flujo en colores
(Fig. 17-18).
Finalmente, una resonancia magnética también
puede ser usada para obtener una imagen
bidimensional contrastada que permita medir
cuantitativamente la velocidad del flujo
sanguíneo.
Capítulo 17 • Organización del Sistema Cardiovascular
Figura 17-18 Los colores, que codifican la velocidad del flujo sanguíneo, son superpuestos al ecocardiograma
bidimensional, el cual es mostrado en escala de grises. En A, la sangre se mueve a través de la válvula mitral y hacia el
ventrículo izquierdo durante la diástole. Como el flujo sanguíneo se mueve hacia el transductor, la velocidad es
codificada en rojo. En B, la sangre se mueve fuera del ventrículo y hacia la aorta durante la sístole. Como la sangre se
mueve alejándose del transductor, su velocidad es codificada en azul.
Impedancia mecánica del flujo sanguíneo
Comenzamos este capítulo trazando una analogía entre el flujo sanguíneo y la corriente eléctrica, como describe la ley de
Ohm para hidrodinámica (∆𝑃𝑃 = 𝑄𝑄 𝑥𝑥 𝑅𝑅). Sabemos que hay otros factores que influyen en la presión. Sumado a la resistencia
al flujo R (análoga a un resistor óhmico) también debemos considerar la distensibilidad C (análoga a la capacitancia eléctrica) y
la inercia L (análoga a la inductancia eléctrica). Un problema similar se encuentra en electricidad cuando se trabaja con
corrientes alternas (en oposición a la corriente directa). En la ley de Ohm para corrientes alternas, E = I . Z, donde Z es una
entidad compleja llamada impedancia. Z depende de la resistencia eléctrica R, de la capacitancia eléctrica C y de la
inductancia eléctrica L. De manera similar, para el flujo sanguíneo podemos escribir ∆P = Q . Z, donde Z es una entidad
compleja llamada impedancia mecánica, que incluye:
Distensibilidad, que se opone al cambio de volumen.
Resistencia viscosa, que se opone al flujo (fuerzas de rozamiento en el líquido). Este término es la R de la ley de Ohm de
hidrodinámica.
Inercia, que se opone a los cambios de flujo.
Considerando todas las fuentes de presión, podemos afirmar que la diferencia de presión total en cualquier punto del tiempo,
en vez de estar determinada por la ley de Ohm, es:
Ptotal = Pgravitatoria + Pdistensibilidad + Presistencia viscosa + Pinercial
25
Sección IV • El sistema cardiovascular
CAPÍTULO
19
ARTERIAS Y VENAS
Emile L. Boulpaep
SISTEMAS DE DISTRIBUCIÓN
ARTERIAL Y DRENAJE VENOSO
La hemodinamia es el estudio de las leyes físicas
de las que depende la circulación. También se
refiere a las propiedades tanto del “contenido”
(i.e., la sangre) como del “continente” (i.e., los
vasos). Este capítulo se enfoca principalmente en
los vasos sanguíneos. El sistema circulatorio no
está compuesto por tubos rígidos. De hecho la
anatomía y las funciones de los distintos
segmentos
del
árbol
vascular
difieren
sustancialmente de uno a otro. Dado que la
función de la circulación es transportar sustancias
a través de todo el cuerpo, el sistema circulatorio
se ramifica en una red de millones de pequeños
capilares. Podemos pensar a las arterias como un
sistema de distribución, a la microcirculación
como un sistema de difusión y filtración y a las
venas como un sistema de drenaje.
Las propiedades físicas de los vasos
están estrechamente relacionadas
con el nivel de ramificación del
circuito
La aorta se ramifica en millones de capilares que
al final se reagrupan en dos venas cavas (Fig. 191, panel 1). A cada nivel de ramificación de la
circulación periférica, los valores de algunos
parámetros varían:
1. Número de vasos en cada nivel de ramificación
2. El radio de los vasos
3. El área total de sección transversal sumada
4. Velocidad promedio de la sangre en cada vaso
5. El flujo (i.e., volumen/tiempo) en cada vaso
6. Volumen sanguíneo relativo (i.e., la fracción de
la sangre total del organismo presente en todos
los vasos a un nivel dado)
7. Tiempo de tránsito entre dos puntos del
circuito
8. Los valores de presión a lo largo de esa porción
del circuito
9. Estructura de la pared vascular
10. Propiedades elásticas de la pared de los vasos
El número de vasos a un nivel particular de
ramificación
(Tabla
19-1)
aumenta
exponencialmente desde un único vaso (aorta),
hasta ~104 en pequeñas arterias, ~107 en las
arteriolas y ~4x1010 en los capilares. De todas
maneras, en reposo, solo un cuarto de los
capilares están abiertos al flujo. Finalmente, toda
la sangre retorna hacia las venas cavas.
El radio de un vaso individual (ri; Tabla 19-10)
disminuye como resultado de las ramificaciones,
reduciéndose desde 1,1 cm en la aorta hasta un
mínimo de ~3 μm en los capilares más pequeños.
Dado que el área de sección transversal es
proporcional al cuadrado del radio, este
parámetro se reduce más precipitadamente.
El área de sección transversal sumada (Tabla 191) a cualquier nivel de ramificación es la suma del
área de sección transversal individual de todos los
vasos paralelos, a ese nivel. Esto es, el área que
verías si seccionaras todos los vasos en el mismo
nivel de ramificación en el panel 1 o la figura 19-1.
Una ley fundamental de la ramificación de vasos,
es que en cada punto de ramificación, el área de
sección transversal sumada de las ramas “hijas”
supera al de las ramas “madres”. En éste proceso
de ramificación, el punto de mayor incremento en
área de sección transversal combinada se logra en
la microcirculación (Fig. 19-1, panel 2). La
microcirculación típica de las capas muscular y
26
Capítulo 19 • Arterias y venas
Figura 19-1 Perfil de los parámetros clave a lo largo
del sistema cardiovascular. El panel 1 (superior)
muestra la ramificación del sistema desde el lado
izquierdo al derecho del corazón, y de vuelta al
izquierdo. El panel 2 muestra la variación de las áreas
de sección transversal sumadas a cada nivel de
ramificación. El panel 3 muestra como la velocidad
promedio de la sangre varía a lo largo de la circulación.
El panel 4 muestra varias formas de agrupar la volemia
según distintos criterios. El panel 5 muestra las
variaciones de la presión sanguínea a lo largo del
circuito.
submucosa del intestino (Fig. 19-2) engloba una
arteriola de primer orden, varias arteriolas
progresivamente más pequeñas, capilares,
vénulas las cuales los capilares llenan, y
eventualmente una vena de primer orden. En
humanos, el área de sección transversal sumada
máxima no se encuentra a nivel de los capilares,
sino en las vénulas poscapilares. Debido a las
anastomosis entre capilares, el número de estos
supera ligeramente al de las vénulas poscapilares,
solo que el área de sección de las vénulas es
mucho mayor que el de los capilares. Asumiendo
que solo un cuarto de los capilares están abiertos
en reposo, el área de sección transversal sumada
de estas vénulas poscapilares puede ser ~1000
veces mayor que el de la aorta, como se muestra
en el panel 2 de la figura 19-1.
El perfil de la velocidad media del flujo a lo largo
del circuito vascular (Fig. 19-1, panel 3) es
aproximadamente inverso al perfil del área de
sección transversal combinada. De acuerdo al
principio de continuidad, el cual es una aplicación
de la ley de la conservación de la masa, el total
del flujo sanguíneo debe ser el mismo en
cualquier punto de la ramificación. De hecho, si
hiciéramos múltiples cortes verticales a lo largo
de la abscisa del panel 1 en la figura 19-1, el flujo
para cada corte sería el mismo:
Qtotal = A1.v1 = A2.v2 = A3.v3=…
(19-1)
Como consecuencia, la velocidad debe ser mínima
en las vénulas poscapilares (~0,03 cm/s), donde el
Atotal es máxima. Contrariamente, la velocidad es
máxima en la aorta (~20 a 50 cm/s). Así, tanto el
27
Sección IV • El sistema cardiovascular
El volumen sanguíneo total del cuerpo,
aproximadamente 5 L (ver tabla 5-1), no está
distribuido uniformemente a lo largo del eje X de
la figura 19-1. A cualquier nivel de ramificación, el
volumen total de sangre es la suma de los
volúmenes de cada una de las ramas paralelas. La
tabla 19-2 resume –para una mujer hipotética de
70kg – la distribución del volumen de sangre total
expresado tanto como volumen de sangre
absoluto y como volumen de sangre relativo
(porcentaje del volumen sanguíneo total). En el
panel 4 de la figura 19-1 se muestran cuatro
formas útiles de agrupar estos volúmenes.
En primer lugar podemos dividir el volumen
sanguíneo en la circulación sistémica (donde
reside el ~85% de la sangre), la circulación
pulmonar (~10%), y las cámaras cardíacas (5%). El
volumen sanguíneo pulmonar es muy ajustable
(i.e., puede ser mucho mayor que el 10%) y
finamente regulado.
En segundo lugar, como veremos en la próxima
sección, podemos dividir el volumen sanguíneo
en un sistema de alta presión (15%), uno de baja
presión (80%), y las cámaras cardiacas (5%).
Atotal como la velocidad varían ~1000 veces desde
la aorta a los capilares, pero están inversamente
relacionados uno con otro. Las venas cavas, con
un área de sección transversal de ~50% mayor
que la aorta, tienen una velocidad linear
promedio de alrededor de un tercio de la que se
encuentra en la aorta.
El flujo por un vaso único, en contraste con el
flujo total, varía aproximadamente 10 órdenes de
magnitud. En la aorta, el flujo es de ~83 mL/s, lo
mismo que el gasto cardíaco (~5 L/min). Cuando
el 25% de los capilares están abiertos, un capilar
típico tiene una velocidad promedio de 0,03 cm/s
y un flujo de 8x10-9 mL/s (10 órdenes de magnitud
menos que el flujo en la aorta). Dentro de la
microcirculación, el flujo varía en un rango
considerable. En un extremo, una arteriola de
primer orden (ri, ~30 μm) puede tener un flujo de
20x10-6 mL/s. En el otro, los capilares que están
cerrados no tienen flujo en absoluto.
La mayor parte del volumen
sanguíneo se encuentra en las
venas
.
Parámetro
Aorta
Arterias
pequeñas*
Cantidad
(N)
Radio interno
(ri)
Área de sección
transversal
(A = π . ri2)
Área de sección
transversal sumada
(Atotal = N . π . ri2)
Flujo total
(Qtotal)
Velocidad linear media
(v = Qtotal / Atotal)
Flujo individual
1
(Qi = Qtotal / N = Ai . v)
Arteriolas*
Capilares°
Vena cava
8000
2x107
2
1,13 cm
0,5 mm
15 μm
1x1010 abiertos
4x1010 total
3μm
1,38 cm
4 cm2
7,9x10-3 cm2
7,1x10-7 cm2
2,8x10-7 cm2
6 cm2
4 cm2
63 cm2
141 cm2
2827 cm2∆
6 cm2
83 ml/s
83 ml/s
83 ml/s
83 ml/s
83 ml/s
21 cm/s
1,3 cm/s
0,6 cm/s
0,03 cm/s∆
14 cm/s
83 mL/s
0,01 mL/s
4x10-6 mL/s
8x10-9 mL/s∆
83 mL/s
Tabla 19-1 Parámetros vasculares sistémicos claves que varían con la ramificación
*Los datos de estas columnas son representativos de una generación.
°Los valores de ésta columna son de los capilares más pequeños, al mayor grado de ramificación.
∆
Asumiendo que el 25% de los capilares están abiertos.
28
Capítulo 19 • Arterias y venas
Figura 19-2 Ramificación de una microcirculación típica, como por ejemplo en las capas musculares y submucosa del
intestino.
En tercer lugar, podemos agrupar los volúmenes
sanguíneos en el sistema venoso sistémico y lo
que queda en el resto del sistema circulatorio. Del
85% de la volemia se encuentra en la circulación
sistémica, alrededor de tres cuartos (65% del
total) está en el lado venoso, particularmente en
las venas pequeñas. Así, el sistema venoso actúa
como un reservorio de volumen. Cambios en el
diámetro de las venas tienen un impacto
importante en el volumen de sangre que
contienen. Por ejemplo, un incremento abrupto
en la capacitancia venosa causa “acumulación” de
Región
Circulación sistémica
Aorta y grandes arterias
Arterias pequeñas
Capilares
Venas pequeñas
Grandes venas
Circulación pulmonar
Arterias
Capilares
Venas
Corazón (fin de
diástole)
Total
Volumen
absoluto
(mL)
300
400
300
2300
900
130
110
200
360
5000
4200
440
Volumen
relativo
(%)
6
8
6
46
18
360
2,6
2,2
4
7,2
5000
100
84
8,8
7,2
100
Tabla 19-2 Distribución del volumen sanguíneo*
*Valores para una mujer de 70kg. Para un hombre de
70kg, aumentar los valores absolutos en un 10%.
29
sangre en los segmentos venosos y puede
conducir a un síncope (desmayo).
En cuarto lugar, podemos dividir la sangre en un
volumen de sangre central (volumen de las
cámaras cardíacas y de la circulación pulmonar)
versus lo que está ubicado en el resto del aparato
circulatorio. Este volumen de sangre central es
muy ajustable, y constituye el reservorio de
llenado para el corazón izquierdo. Las fallas del
ventrículo izquierdo pueden alterar la fina
regulación de este volumen de sangre central.
Localización
Presión media
(mmHg)
Arterias sistémicas
grandes
Arteriolas sistémicas
Capilares sistémicos
Vénulas sistémicas
Venas sistémicas
Arteria pulmonar
Capilares pulmonares
Venas pulmonares
95
60
25 (rango entre 35 a 15)
15
15 a 3
15
10
5
Tabla 19-3 Presiones medias en el circuito sistémico y
pulmonar
Sección IV • El sistema cardiovascular
El tiempo de circulación es el tiempo requerido
para que un bolo de sangre recorra todo el
circuito vascular o un lecho vascular determinado.
El tiempo total de circulación (el tiempo
requerido para moverse de izquierda a derecha
en el panel 1 la figura 19-1) es ~1 min. El tiempo
de circulación en un lecho vascular determinado
(ejemplo, la circulación coronaria) puede ser tan
corto como 10 segundos. Los tiempos de
circulación se pueden obtener con la inyección de
una sustancia como el éter en una vena del
antebrazo y midiendo el tiempo que tarde en
aparecer en los pulmones (4 a 8 segundos) o por
la inyección de una sustancia amarga o dulce y
medir el tiempo que tarde el sujeto en percibir el
gusto en la lengua (10 a 18 segundos). Aunque en
el pasado se usaba el tiempo de circulación como
un índice del gasto cardíaco, esta medida tiene
muy poco significado fisiológicamente hablando.
La racionalidad de determinar el tiempo de
circulación, era que si este era corto se podía
inferir un buen gasto cardíaco. De todas maneras,
la interpretación es más compleja porque el
tiempo de circulación es la relación entre el
volumen sanguíneo (V) y el volumen minuto (Q):
𝑡𝑡 =
𝑉𝑉
𝑄𝑄
(19-2)
Unidades:
mL
mL
s
Cambios en el tiempo de circulación pueden
reflejar tanto cambios de volemia como cambios
en el en flujo. Por ejemplo, un paciente con
insuficiencia cardíaca puede tener su gasto
cardíaco disminuido (i.e, Q) o un volumen
sanguíneo aumentado (i.e., V), lo que generaría
en ambas situaciones un aumento del tiempo de
circulación.
La presión intravascular en el
circuito sistémico es mayor que en
el pulmonar
El panel 5 de la figura 19-1 muestra cómo varían
las presiones a lo largo de la circulación sistémica
y pulmonar. Las presiones son mucho más altas
en el circuito sistémico que en el pulmonar.
Aunque el gasto cardíaco del corazón izquierdo y
el derecho sea el mismo en estado estacionario,
la resistencia total del circuito sistémico es mucho
mayor que la del pulmonar. Ésta diferencia en las
resistencias explica porque la presión impulsora
del circuito sistémico es de ~95 mmHg y la del
pulmonar tan solo de ~15 mmHg. La tabla 19-3
resume los valores promedio en localizaciones
claves del circuito. De todas formas, en ambos
circuitos la presión va disminuyendo distalmente
a los ventrículos (Fig. 19-3). La presión, en la
mayor parte del sistema circulatorio, varía a lo
largo del ciclo cardíaco (Fig. 19-1, panel 5).
Además, las presiones venosas sistémicas y
pulmonares varían con el ciclo respiratorio, y la
presión venosa en los miembros inferiores varía
con la contracción del músculo esquelético.
Como anunciamos anteriormente, la circulación
puede dividirse en un sistema de alta presión y
otro de baja presión. El de alta presión se
extiende desde el ventrículo izquierdo (cuando
está contraído) hasta las arteriolas sistémicas. El
de baja presión se extiende desde los capilares
sistémicos, por el resto del circuito sistémico, por
el corazón derecho, el circuito pulmonar hasta el
ventrículo izquierdo (cuando está relajado). El
circuito pulmonar, a diferencia del sistémico, es
un sistema de baja presión en su totalidad; las
presión arterial medial pulmonar no supera los
~15 mmHg y la presión capilar pulmonar no
supera los ~10 mmHg.
En condiciones normales, la mayor
caída de presión en la circulación
sistémica ocurre en las arteriolas, el
sitio de mayor resistencia vascular
Si asumimos, para simplificar, que el corazón
izquierdo se comporta como un generador
constante de 95 mmHg de presión, y que el
corazón derecho se comporta como uno que
genera 15 mmHg, es la resistencia vascular de
cada circuito la que determina la caída de presión
30
Capítulo 19 • Arterias y venas
entre el extremo arterial y venoso. La diferencia
de presión entre dos puntos a lo largo del eje
longitudinal de un vaso (i.e., la diferencia de
presión impulsora, ΔP) depende del flujo y la
resistencia: ΔP = Q . R. De acuerdo a la ley de
Poiseuille, la resistencia individual (Ri) de un vaso
no ramificado es inversamente proporcional al
radio a la cuarta potencia (ver capítulo 17). De
este modo, la caída de presión entre dos puntos a
lo largo del circuito depende fundamentalmente
del diámetro del vaso entre esos dos puntos. Sin
embargo, la mayor caída de presión (ΔP/ΔX) no
ocurre en el lecho vascular capilar, donde los
vasos tienen el radio más pequeño, sino que
ocurre en el lecho precapilar, las arteriolas. ¿Por
qué? La resistencia equivalente constituida por los
vasos de un orden particular de ramificación
depende no solo del radio promedio, sino
también del número de vasos en paralelo.
Cuantos más vasos en paralelo, menor es la
resistencia equivalente (ver ecuación 17-3).
Aunque la resistencia individual de un capilar sea
mayor que la de una única arteriola, el número de
capilares es ampliamente mayor que el de
arteriolas (Tabla 19-4). El resultado de esto es que
la resistencia equivalente es mayor en las
arteriolas, y es aquí donde ocurre la mayor caída
de presión.
Tabla 19-4 Resistencia total estimada para arteriolas y capilares∆
Radio interno (ri)
Resistencia individual (Ri)
(unidades: dinas . s /cm5)
Cantidad (N)
Resistencia total (Rtotal = Ri/N)
(unidades: dinas . s /cm5)
∆
Arteriolas
Capilares
15 μm
~15x107
4μm*
~3000x107
1x107
15
1x1010
3
Asumiendo una viscosidad sanguínea de 3cP y un longitud vascular de 100μm.
*El valor de 4 μm se acerca al valor promedio del radio capilar.
Figura 19-3 Presiones a lo largo de ambos circuitos, sistémico y pulmonar. En A y B, las oscilaciones representan
variación en el tiempo, no distancia. Los números en las cajas representan las presiones medias.
31
Sección IV • El sistema cardiovascular
depende del tamaño relativo de las resistencias
precapilar y poscapilar. Para el circuito simple
ilustrado en la figura 19-4A:
𝑃𝑃𝑐𝑐 =
Figura 19-4 Efecto de las resistencias pre y
poscapilares en la presión capilar.
La presión intravascular local
depende de la distribución de las
resistencias vasculares
Hemos visto que la ΔP entre dos puntos de la
circulación depende de la resistencia (R) entre
esos puntos. ¿Qué determina la presión absoluta
en cada lugar entre ambos puntos? Para
responder esta pregunta, no solo necesitamos
conocer la presión río arriba y río abajo sino
también la distribución de la resistencia entre los
puntos. Un buen ejemplo para explicar este
concepto es la distribución de las resistencias y la
presión en la microvasculatura sistémica. Cómo la
presión de la arteriola y la vénula afectan la
presión en un punto medio del capilar (Pc)
𝑅𝑅𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝
� 𝑅𝑅
𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝
� . 𝑃𝑃𝑎𝑎 + 𝑃𝑃𝑣𝑣
1+(
(19-3)
𝑅𝑅𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝
𝑅𝑅𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝
)
Pa es presión arteriolar, pv es la presión de la
vénula, Rpre es la resistencia precapilar y Rpost es la
resistencia poscapilar.
A partir de ésta ecuación podemos sacar tres
conclusiones sobre la presión microvascular local.
Primero, aunque la presión arteriolar sea de 60
mmHg y la venular de 15 mmHg en nuestro
ejemplo (Tabla 19-3), la presión capilar no es
necesariamente 37,5 mmHg, el simple promedio
aritmético. De acuerdo con la ecuación 19-3, Pc
sería el promedio aritmético solo si las resistencia
pre y poscapilares fueran idénticas (i.e., Rpost/Rpre
= 1). El hallazgo de que la Pc sea de ~25 mmHg en
la mayoría de los lechos capilares (Fig. 19-4A)
implica que la resistencia precapilar es mayor (i.e,
Rpost/Rpre < 1). Bajo condiciones normales, en la
mayoría de los lechos vasculares, Rpost/Rpre varía
entre 0,2 y 0,4.
La segunda implicancia de la ecuación 19-3 es que
siempre y cuando la suma de Rpost + Rpre sea
constante, cambios en ellas no alterarán la
resistencia equivalente del circuito, y por lo tanto
Pa y Pv serán constantes. 1 De todas maneras, si
Rpost/Rpre
aumenta,
la
Pc
aumentará.
Contrariamente si Rpost/Rpre disminuye, la Pc
disminuirá. Ésta conclusión es intuitiva. Si
reducimos la Rpre a 0 (y aumentamos la Rpost para
hacer Rpre+Rpost constante) no existirá pérdida de
presión precapilar y la Pc será igual a la Pa. Si al
contrario, Rpost fuera 0, la Pc sería igual a la Pv.
1
NdT: Esto es así ya que ambas resistencias están en
serie, y la resistencia equivalente se obtiene
simplemente sumando las resistencias individuales
(ver ecuación 17-2). Entonces, independientemente
del valor que tenga cada resistencia, si la suma es
constante, la caída de presión al final del capilar será la
misma.
32
Capítulo 19 • Arterias y venas
La tercera conclusión de la ecuación 19-3 es que
dependiendo del valor de Rpost/Rpre, la Pc será más
sensible a cambios en la presión arteriolar o de
las vénulas. Por ejemplo, cuando la relación
Rpost/Rpre es baja (i.e., Rpre> Rpost, como en la fig.
19-4A o 19-4C), la presión capilar tiende a
asemejarse a la presión en las vénulas. Éste
fenómeno explica porque el estar parado causa
edema en los tobillos. La presión elevada en las
grandes venas se transmite a los capilares
incrementando la Pc, la cual, como discutimos
anteriormente, tiende a incrementar la
trasudación de plasma desde los capilares hacia el
espacio intersticial. También explica porque
elevar los pies, lo que disminuye la presión en las
grandes venas, revierte el edema de los tobillos.
La resistencia vascular varía en el tiempo y
depende fundamentalmente de la acción del
músculo liso vascular. El sitio principal de control
de la resistencia vascular en la circulación
sistémica son las pequeñas arterias terminales y
las arteriolas. La figura 19-5 ilustra el efecto de la
vasoconstricción o vasodilatación en el perfil de
presiones a lo largo del circuito sistémico. Aunque
el ΔP entre el inicio y final del circuito puede no
variar sustancialmente, la forma del perfil de
caída
de
presión
puede
cambiar
significativamente.
Así,
durante
la
vasoconstricción arteriolar, la caída de presión
entre dos puntos del sistema es mayor y se
concentra en las arteriolas (Fig. 19-5, curva
verde). Durante la vasodilatación arteriolar, el
perfil de caída de presión es menos abrupto o
mejor distribuido (Fig. 19-5, curva violeta).
Aunque los efectos en la presión por la
vasoconstricción o vasodilatación son mayores a
nivel arteriolar (banda roja clara, Fig. 19-5), el
efecto también se extiende río arriba (banda roja
oscura) y río abajo (bandas azul y violeta) del sitio
vasoactivo, porque el perfil de presiones a lo
largo del circuito depende del perfil de
resistencias del mismo. Así, si un elemento del
circuito contribuye en gran proporción a la
resistencia total, una gran fracción de la caída de
presión ocurrirá alrededor de éste.
33
Figura 19-5 Perfiles de presión durante cambios en el
tono vascular. En este ejemplo, asumimos que la
vasoconstricción o vasodilatación de las arteriolas no
afecta la presión impulsora (ΔP) entre la aorta y la
vena cava. Éste presunción es razonable en dos casos:
(1) cuando la vasoconstricción o vasodilatación queda
limitada a un único lecho vascular en paralelo (por
ejemplo,
una
extremidad)
sin
cambiar
apreciablemente la resistencia periférica total; y (2)
cuando aún si cambia la resistencia vascular total, la
bomba cardíaca puede mantener constante la presión
arterial y venosa.
PROPIEDADES ELÁSTICAS DE
LOS VASOS SANGUÍNEOS
Los vasos sanguíneos son tubos
elásticos
La pared de los vasos sanguíneos está compuesta
por tres capas: la íntima, la media y la adventicia.
Los capilares, los cuales tienen solo una capa
interna de células endoteliales descansando
sobre una lámina basal, son la excepción.
Independientemente de la organización de las
capas, uno puede distinguir cuatro elementos que
componen la pared vascular: células endoteliales,
fibras elásticas, fibras colágenas y células
musculares lisas.
Sección IV • El sistema cardiovascular
Figura 19-6 Estructura de los vasos sanguíneos. Los valores medios para arterias, arteriolas, vénulas y venas son
meramente ilustrativos debido a que sus dimensiones varían ampliamente. Los dibujos de los vasos no son a escala.
La figura 19-6 muestra como la cantidad relativa
de estos componentes varía a lo largo de los
vasos en el circuito. Sumado a éstos
componentes, los fibroblastos, terminales
nerviosas y células sanguíneas invaden la íntima;
otros componentes extracelulares (como por
ejemplo proteoglicanos) pueden estar presentes.
Las células endoteliales forman una única capa
continua que recubre todos los segmentos
vasculares. Los complejos de unión mantienen las
células endoteliales unidas en las arterias, y son
menos numerosos en las venas. La organización
de la capa endotelial en los capilares varia
ampliamente en los diferentes órganos. Los
cuerpos glómicos (elementos de la piel
encargados de la regulación de la temperatura del
cuerpo) tienen células endoteliales inusuales,
llamadas células mioepiteliales, dispuestas en
múltiples capas. Estos cuerpos glómicos controlan
pequeños “shunts” o anastomosis arteriovenosas.
Las fibras elásticas le dan, como su nombre lo
indica, la característica elástica a los vasos bajo
presiones normales, así como también a otros
tejidos (por ejemplo el pulmón). Las fibras
elásticas contienen dos componentes, un núcleo
de elastina y una cubierta de microfibrillas. El
núcleo de elastina consiste de un polímero
altamente insoluble de elastina, una proteína rica
en aminoácidos no polares (i.e., glicina, alanina,
valina, prolina). Antes de ser secretadas al espacio
extracelular, las moléculas de elastina se
mantienen en una configuración de espiral
aleatoria. Luego se ensamblan covalentemente
en una red de fibras muy elásticas, capaz de
estirarse más del 100% en condiciones
fisiológicas. Las microfibrillas, las cuales están
compuestas de glicoproteínas y tienen un
diámetro de ~10nm, son similares a las
encontradas en la matriz extracelular de otros
tejidos. En arterias, las fibras elásticas están
dispuestas en laminillas concéntricas. La red de
fibras elásticas es abundante en todos lados
excepto en capilares, vénulas y en las
anastomosis
arteriovenosas
mencionadas
anteriormente.
Las fibras colágenas constituyen una envoltura de
material mucho menos elástico que las fibras
elásticas. El colágeno puede ser estirado solo un
3% a 4% bajo condiciones fisiológicas. La unidad
básica de las fibras colágenas en los vasos
sanguíneos está compuestas de moléculas de
colágeno tipo I y III. Luego de ser secretadas,
estas moléculas de triple hélice se ensamblan en
fibras que pueden medir entre 10 y 300 nm de
34
Capítulo 19 • Arterias y venas
diámetro; estas se agregan en fibras colágenas
que pueden medir varios micrones de diámetro, y
son visibles con un microscopio de luz. Las fibras
colágenas están presentes en todos los vasos
menos en los capilares.
Figura 19-7 Relación no lineal entre presión flujo y
resistencia.
Las fibras colágenas están generalmente unidas a
otros componentes de la pared vascular
débilmente, de modo que no están normalmente
bajo tensión. El estiramiento de estos otros
componentes puede generar un aumento de la
tensión de las fibras colágenas, la cual puede
contribuir a la tensión global del vaso.
Las células musculares lisas vasculares (CMLV)
están presentes en todos los segmentos
vaculares, excepto en los capilares. En las arterias
elásticas, las CMLV están dispuestas en espirales,
mientras que en arterias musculares, están
dispuestas en anillos concéntricos. Las CMLV en
estado relajado no contribuyen apreciablemente
35
a la tensión elástica de la pared vascular, la cual
es determinada principalmente por la elastina y el
colágeno.
Las
CMLV
ejercen
tensión,
principalmente, por su contracción activa.
Debido a las propiedades elásticas
de los vasos la relación presiónflujo no es lineal en los lechos
vasculares
Dado que los vasos sanguíneos son elásticos,
debemos revisar nuestro concepto de flujo
sanguíneo, el cual está basado en la ley de
Poiseuille. La ley de Poiseuille predice una
relación lineal entre ΔP y flujo (Q) (Fig. 19-7A,
línea intermitente). De todas maneras, en
realidad la relación presión flujo es
marcadamente no lineal en una preparación in
vivo de un lecho vascular (Fig. 19-7 A, curva roja).
Empezando desde el principio de la curva roja con
una presión impulsora de 6 mmHg, vemos que la
curva crece exponencialmente a medida que la
presión aumenta. La razón es que el aumento de
la presión impulsora también incrementa la
presión transmural, causando que el vaso se
distienda. Como el radio se incrementa, la
resistencia cae y el flujo aumenta más de lo que lo
haría en un tubo rígido. Las propiedades elásticas
del vaso son la principal causa de la relación no
lineal entre presión y flujo en los lechos
vasculares que no poseen “tensión activa” 2.
A medida que la presión impulsora –y la presión
transmural- aumenta, el radio del vaso se
incrementa y disminuye la resistencia.
Contrariamente, la resistencia aumenta al infinito
cuando la presión impulsora cae. En el caso
contemplado por la ley de Poiseuille, por
supuesto, la resistencia es constante (Fig. 19-7B
como línea intermitente) independientemente de
la presión impulsora. Aunque muchos lechos
vasculares se comportan como la curva roja de la
2
NdT: El término “tensión activa” en este contexto se
refiere a un mecanismo que se pone en marcha (la
contracción del músculo liso) en los vasos y cambia las
propiedades de su pared (i.e., su complacencia). La
“tensión pasiva” hace referencia el componente de su
tensión que solo depende de las fibras y no es
modificado ni regulable (al menos en el corto plazo).
Sección IV • El sistema cardiovascular
figura 19-7 A y B, veremos que muchos de ellos
son altamente regulados (i.e., la tensión activa
varia con la presión). Estas circulaciones
especiales exhiben una relación presión flujo que
difiere sustancialmente de un sistema de tubos
elásticos.
La contracción del músculo liso
vascular detiene el flujo sanguíneo
cuando la presión impulsora cae
por debajo del punto crítico de
cierre
Como ya hemos visto, a valores bajos de presión
impulsora, la resistencia aumenta abruptamente
tendiendo al infinito (Fig. 19-7B, curva roja). De
esta manera, el flujo cesa completamente cuando
la presión cae por debajo de 6 mmHg, valor que
representa el punto crítico de cierre (Fig. 19-7A,
curva roja). El cese de flujo ocurre por la acción
combinada de las fibras elásticas y la tensión
activa del músculo liso vascular. Aumentos
graduales en la tensión activa –producida, por
ejemplo, por la estimulación simpática- desplazan
la curva flujo-presión hacia la derecha y
disminuyen la pendiente (Fig. 19-7A, curvas azul y
verde), reflejando el incremento en la resistencia
para cada valor de presión impulsora (Fig. 19-7B,
curvas azul y verde). La presión crítica de cierre
aumenta cuanto mayor sea el tono vascular. Este
fenómeno es importante en el shock hipotensivo,
donde existe una vasoconstricción masiva 3 –como
respuesta del organismo en un intento por
aumentar la presión- y el aumento del punto
crítico de cierre se eleva a 40 mmHg o más. Como
resultado, el flujo sanguíneo puede interrumpirse
completamente en las extremidades de un
paciente en shock, independientemente de que
persista una pequeña diferencia de presión entre
arterias y venas.
3
NdT: Vale la pena aclarar que si bien todos los estados
de shock cursan con hipotensión arterial, no todos lo
hacen con una resistencia vascular aumentada (por
ejemplo, en las bajas presiones arteriales del shock
distributivo, en cualquier de sus variantes: séptico,
anafiláctico o neurogénico).
Las fibras elásticas y de colágeno
determinan la distensibilidad y
complacencia de los vasos
Las arterias y venas deben soportar una amplia
gama de presiones transmurales in vivo (Tabla 193). Su volumen relativo de sangre responde de
maneras diferentes al incremento de la presión
transmural (Fig. 19-8). Las arterias tienen una baja
capacidad para almacenar volumen, pero
soportan una gran diferencia de presión
transmural. Al contrario, las venas tienen una
gran capacidad para albergar volumen (lo que las
hace actuar como un reservorio sanguíneo) pero
soportan pequeñas diferencias de presión
transmural.
Los elementos estructurales de la pared vascular
también difieren entre arterias y venas (Fig. 19-6).
Esta disparidad contribuye a sus diferencias en el
comportamiento elástico. Podemos estudiar las
propiedades elásticas de un vaso sanguíneo
aislado registrando su cambio de volumen a
medida que se presuriza a distintos niveles o
registrando los cambios de presión producidos
por el llenado a diferentes volúmenes. Después
de que la presión o el volumen haya sido alterado
experimentalmente, es importante esperar hasta
que la respuesta del vaso sea total (i.e., quede
estático) antes de realizar los registros.
La distensibilidad expresa las propiedades
elásticas de de los vasos sanguíneos. Tres
enfoques son útiles para su valoración. Primero,
la distensibilidad absoluta es el cambio de
volumen logrado con un cambio macroscópico de
presión, ΔVtotal/ΔPtotal. Segundo, dado que el
tamaño “no estirado” de los vasos varía, es
preferible normalizar el cambio de volumen al
tamaño inicial no estirado (V0), lo que se
denomina distensibilidad normalizada:
Distensibilidad normalizada =
ΔV
V0
ΔP
(19-4)
Esta relación es una medida del cambio fraccional
en el volumen para un cambio dado de presión.
36
Capítulo 19 • Arterias y venas
𝐶𝐶 =
𝛥𝛥𝛥𝛥
𝛥𝛥𝛥𝛥
(19-5) 4
Cuanto más empinada es la pendiente del gráfico
volumen-presión, mayor es la complacencia (i.e.,
más fácil es incrementar el volumen). En la figura
19-8, la pendiente (la complacencia) disminuye al
incrementar el volumen. Así, un valor de
complacencia, siempre debe incluir la presión
transmural o el volumen al cual fue medido.
Principios similares aplican a la complacencia de
las vías aéreas en el pulmón.
Las diferencias en la distensibilidad
generan que las arterias actúen
como resistores y las venas como
capacitores
A medida que se incrementa la presión
transmural, las arterias aumentan su volumen.
Cuando en cada latido las arterias musculares
acomodan el volumen de sangre eyectado por el
corazón, incrementan su radio ~10%.
Este cambio para una arteria muscular típica (por
ejemplo la arteria femoral) es mucho menor que
la distensión que uno observa en una arteria
elástica (aorta) la cual tiene varias capas menos
de músculo liso que no están bajo control
nervioso.
4
Figura 19-8 Complacencia de los vasos sanguíneos. En
A y B, el volumen relativo del 100% representa el
volumen cuando el vaso está completamente relajado.
En tercer lugar, el mejor índice de distensibilidad
es la complacencia (C), la cual es la pendiente en
cualquier punto del gráfico volumen-presión de la
figura 19-8:
37
NdT: Parecería, a priori, que distensibilidad absoluta
y complacencia son lo mismo (ΔV/ΔP), pero no es así.
Cuando un vaso sanguíneo es sometido a una
diferencia de presión transmural determinada, este
cambia su volumen a una tasa que no es constante.
Con un ΔP realizado a bajas presiones, se obtiene un
ΔV mucho mayor que el obtenido con el mismo ΔP
pero realizado a altas presiones. Entendiendo la
complacencia como la pendiente de la curva ΔV/ΔP en
cada punto, podemos concluir que esta va
disminuyendo a medida que el vaso es estirado. Por
otro lado, la distensibilidad absoluta se calcula al
dividir todo el ΔV obtenido por todo el ΔP realizado.
Se obtiene, de esta manera, un valor de “complacencia
promedio” a pesar de que la distensibilidad del vaso
fue disminuyendo a medida que se estiraba (al igual
que su complacencia).
Sección IV • El sistema cardiovascular
La alta complacencia de las arterias elásticas es
evidente en el diagrama volumen-presión de la
figura 19-8A –obtenida después de que el
músculo liso se haya relajado. Una arteria elástica
relajada tiene una gran complacencia.
Incrementar la presión transmural de 0 a 100
mmHg incrementa el volumen relativo ~180%. A
medida que se incrementa la presión, la
complacencia disminuye modestamente. Por
ejemplo, aumentar la presión transmural de 100 a
200 mmHg incrementa el volumen relativo
~100%. Así las arterias están constituidas para
soportar altas presiones transmurales. Debido a
que el incremento de la presión aumenta el radio
escasamente
en
condiciones
fisiológicas,
particularmente en las arterias musculares, la
resistencia de las arterias (inversamente
proporcional al radio a la cuarta potencia) no
disminuye marcadamente. Por este motivo (el
tener una resistencia relativamente estable), las
arterias musculares son llamadas vasos de
resistencia.
Las venas se comportan de manera muy
diferente. El diagrama volumen presión de una
vena (Fig. 19-8B) muestra que la complacencia es
extremadamente alta –mucho más alta que para
una arteria elástica- al menos en el rango de bajas
presiones. Para una vena relajada un incremento
de la presión transmural relativamente pequeño
de 0 a 10 mmHg incrementa su volumen un
~200%. Esta alta complacencia en rangos de baja
presión no se debe a una propiedad de las fibras
elásticas, más bien refleja un cambio en la
geometría. A presiones por debajo de 6 mmHg el
área de sección transversal de la vena es
elipsoidal. Un pequeño aumento de la presión
causa que la vena se vuelva circular sin un
incremento en el perímetro pero si en su área. De
esta forma, en el rango de presiones normales
(Tabla 19-3) las venas pueden aceptar grandes
volúmenes de sangre con un aumento de presión
muy pequeño. Como actúan como reservorios de
volumen, las venas son llamadas vasos de
capacitancia. La distensibilidad venosa por
encima de 10 mmHg –referida como un
incremento del perímetro- es muy pequeña,
como muestra la pendiente plana a altas
presiones en la figura 19-8B. 5
¿Cómo se comportan las arterias elásticas y las
venas ante un incremento repentino de volumen
(ΔV)? Cuando el corazón eyecta su volumen
sistólico en la aorta, la presión intravascular se
incrementa desde 80 a 120 mmHg. Este cambio
en la presión intravascular –conocido como
presión de pulso- es el mismo que el cambio en la
presión transmural. Ya hemos visto que la
complacencia venosa es baja en este rango de
presiones arteriales. De esta manera,
si
sometiéramos a una vena a un incremento de
volumen repentino ΔV en este rango de presión
arterial, el incremento en la presión transmural
ΔP sería mucho mayor que en una arteria de igual
tamaño. Esto es, de hecho, el caso que surge
cuando un cirujano usa un segmento de vena
safena en un bypass coronario, anastomosando la
vena entre dos puntos de una arteria coronaria,
salteando el sitio obstruido.
Los cambios de volumen en los vasos durante el
ciclo cardiaco se deben a cambios en el radio más
que a cambios en su longitud. Durante la eyección
de sangre en la sístole el largo de la aorta torácica
se incrementa solo un 1%.
5
NdT: Si bien en éste caso se cumple que los vasos que
tienen mayor complacencia (venas) tienen mayor
capacitancia, esto no necesariamente es así siempre.
La capacitancia es un término utilizado en electricidad
para describir la capacidad (C, no confundir con
complacencia) de un capacitor para almacenar carga
(q) por unidad de voltaje (V), es decir C=q/V.
Claramente, la cantidad de carga almacenada estará en
relación también al tamaño que tenga ese capacitor.
Análogamente, podemos pensar una capacitancia en
los vasos y entender a la carga como el volumen y al
voltaje como la presión. Entonces, si tenemos dos
vasos con igual distensibilidad normalizada, el vaso de
mayor tamaño tendrá mayor capacitancia (i.e., a una
misma presión, el volumen almacenado será mayor
que en el vaso más pequeño).
Un ejemplo gráfico (e imaginario) podría surgir al
comparar la aorta de un ratón con la de un elefante.
Suponiendo que ambas aortas tienen igual
distensibilidad normalizada, la capacitancia de la aorta
del elefante será significativamente mayor.
38
Capítulo 19 • Arterias y venas
La ley de Laplace describe cómo la
tensión en la pared del vaso se
incrementa
con
la
presión
transmural
Como la complacencia depende de las
propiedades elásticas de la pared del vaso, la
discusión aquí se centrará en cómo una fuerza
externa deforma los materiales elásticos. Cuando
la fuerza desaparece, la deformación también lo
hace, y el material retorna a su estado original. El
modelo mecánico más simple es un resorte (Fig.
19-9A ). La elongación ΔX es proporcional a la
fuerza (F), de acuerdo a la ley de Hooke:
F = k . ΔL
(19-6)
K es una constante. Si un material elástico
requiere una gran fuerza para adquirir cierta
deformación, se lo denomina rígido. La fuerza
máxima que el material puede soportar sin
perder su elasticidad se denomina limite elástico.
Si el material es deformado por encima de este
límite se romperá.
deformación es el aumento fraccional de la
longitud, esto es, (L-L0)/L0 o bien ΔL/L0 (Fig. 19-9).
Una ecuación análoga a la ecuación de Hooke
describe la relación proporcional entre tensión
mecánica (stress) y deformación (strain):
𝐹𝐹
𝐴𝐴
= 𝑌𝑌(
La tensión mecánica (σ) es la fuerza por unidad
de área de sección transversal (F/A). Así, si
estiramos una bandita elástica –desde una
longitud inicial L0 hasta una final L- la tensión
mecánica es la fuerza que aplicamos dividida por
área de sección transversal de la bandita. 6 La
6
NdT: La tensión mecánica se refiere a la fuerza que
aparece en un cuerpo cuando es estirado. Cuando se
llega a un equilibrio, la fuerza por unidad de sección
transversal es igual pero opuesta a la fuerza externa
que deformó al material. Si la tensión mecánica no
39
𝐿𝐿0
(19-7)
)
El factor de proporcionalidad, módulo elástico de
Young (Y), es la fuerza por área de sección
transversal requerida para estirar el material al
doble de su longitud inicial así también como la
pendiente del gráfico tensión-deformación de la
figura 19-9. Así, cuanto más rígido será el
material, más empinada será la pendiente y
mayor el módulo elástico. Por ejemplo el
colágeno es mil veces más rígido que la elastina
(tabla 19-5).
Tabla 19-5 Módulos elásticos (i.e, rigidez) de los
materiales.
Material
Músculo liso
Elastina
Caucho
Colágeno
Madera
Módulo elástico
(dinas/cm2)*
*1 mmHg = 1334 dinas/cm2
Figura 19-9 Propiedades elásticas de un resorte.
𝐿𝐿−𝐿𝐿0
104 o 105
4x106
4x107
1010
10
10 a 1012
Debido a que las fibras elásticas y colágenas en las
paredes de los vasos sanguíneos no están
dispuestas como simples resortes, la tensión y la
deformación que surgen durante la presurización
del vaso ocurre, al menos en principio, a lo largo
de tres ejes (Fig. 19-10): (1) como elongación de la
circunferencia (θ), (2) elongación del eje
longitudinal (x), y (3) como compresión del
espesor del vaso en dirección a su radio (r) . De
hecho los vasos sanguíneos cambian apenas su
longitud
durante
la
distensión,
y
el
existiera, una pequeña fuerza podría deformar
cualquier material hasta el infinito (o hasta su punto
de ruptura). No se refiere a la tensión en la pared del
cuerpo, sino a la fuerza por unidad de sección
transversal (F/A, unidades de presión).
Sección IV • El sistema cardiovascular
adelgazamiento de la pared del vaso no es un
factor mayor. Así podemos describir las
propiedades elásticas de un vaso solo
considerando lo que sucede con su
circunferencia.
del vaso. Es conveniente expresar esta tensión
parietal (T) como la fuerza que uno debería
aplicar para mantener juntos los dos bordes de un
corte imaginario a lo largo del eje longitudinal del
vaso, por unidad de longitud (L) (Fig. 19-11).
Nótese que al usar tensión parietal (unidades:
dinas/cm) en vez de tensión mecánica (unidades:
dinas/cm2), asumimos que el espesor del vaso se
mantiene constante. El equilibrio entre ΔP y T
depende del radio del vaso y es expresado por la
ley derivada independientemente por Thomas
Young y Marqués de Laplace a los comienzos de
1800. Para un cilindro:
T = ΔP . r
(19-8)
Así, para una presión transmural dada, la tensión
en la pared del vaso aumenta a medida que se
incrementa el radio.
Figura 19-10 Los tres ejes de deformación.
Figura 19-11 Ley de Laplace. Las flechas
circunferenciales que intentan unir los bordes de un
corte imaginario a lo largo de la longitud mayor del
vaso representan la tensión en la pared. Las flechas
dispuestas radialmente que empujan hacia afuera la
pared del vaso, representan la fuerza de distensión. En
el equilibrio, ambas fuerzas están balanceadas.
La presión transmural ΔP es la fuerza de
distensión que tiende a incrementar la
circunferencia del vaso. Opuesta a esta
elongación aparece una fuerza dentro de la pared
La pared vascular está adaptada
para soportar tensión, no presión
transmural
En la figura 19-8, graficamos el volumen de un
vaso en función de la presión transmural en
donde la pendiente de ésta curva representa la
complacencia. Sin embargo este análisis no
aporta información directa sobre las propiedades
elásticas de los materiales que componen la
pared del vaso. Según la ley de Laplace (T=ΔP.r),
podemos transformar el gráfico volumen-presión
en un “gráfico elástico” del mismo tipo que
usamos en la figura 19-9B para entender las
propiedades elásticas de un resorte.
La figura 19-12A deriva del gráfico volumenpresión que aparece en la figura 19-8. En la figura
19-12B revertimos los ejes de coordenadas de
modo que el volumen ahora está en eje X y la
presión en el eje Y. Finalmente, en la figura 1912C , convertimos volumen por radio (eje X) y
usamos la ley de Laplace para llevar la presión a
tensión parietal (eje Y). El gráfico de la figura 1912C es análogo al gráfico tensión mecánicadeformación de la figura 19-9B. De ésta manera,
aumentar el radio de la aorta (curva continua
roja) causa un aumento considerable en la
tensión parietal reflejando la complacencia
40
Capítulo 19 • Arterias y venas
moderada de la aorta. La vena cava, por otro
lado, puede variar ampliamente su radio antes de
que se desarrolle tensión parietal considerable,
reflejando su alta complacencia en el rango de las
presiones fisiológicas de las venas. Sin embargo, si
se continua estirando se desarrollará un aumento
exponencial de la tensión dando cuenta de su
limitada complacencia.
¿Qué nos dice la ley de Laplace (T=ΔP.r) acerca de
la tensión parietal necesaria para soportar la
presión dentro del vaso sanguíneo? En el gráfico
de tensión-radio para la aorta (Fig. 19-12C) hemos
elegido el valor de 6mm de radio; dado que la
aorta es relativamente rígida, estirarla hasta éste
punto produce una tensión parietal de 120.000
dinas/cm. De acuerdo a la ley de Laplace solo un
valor de presión (200.000 dinas/cm2 o 150 mmHg)
satisface ésta combinación de r y T. En la figura
19-12C ésta presión es indicada por la pendiente
de la línea roja punteada, que conecta el origen
con nuestro punto en cuestión. De forma similar
para la vena cava, elegimos un radio de ~6,7 mm,
el cual es similar al que elegimos para la aorta;
debido a que la vena cava es fácilmente
distensible en éste rango, expandirla hasta este
valor solo genera una tensión en su pared de
12.000 dinas/cm (línea azul punteada). Un valor
Aorta
Arterias pequeñas
Arteriolas
Capilares
Vénulas
Venas
Vena cava
Presión
transmural
media
ΔP (mmHg)
95
90
60
25
15
12
10
de presión mucho más bajo (18.000 dinas/cm2 o
13,5 mmHg) satisface ésta combinación de r y T.
De esta manera, comparando vasos de tamaño
similar, la ley de Laplace nos dice que para
soportar una alta presión transmural es necesaria
una alta tensión parietal.
Comparar dos vasos de tamaños muy diferentes
revela una disparidad entre la tensión parietal y la
presión transmural. Una vena grande, como la
vena cava, debe resistir tan solo 10 mmHg de
presión transmural y sin embargo está equipada
con una buena cantidad de fibras elásticas. Por
otro lado, un capilar que debe resistir una presión
transmural de 25 mmHg no tiene ningún tipo de
tejido elástico. ¿Por qué? La clave de éste
concepto es que los vasos deben soportar tensión
parietal y no presión transmural. De acuerdo a la
ley de Laplace (Ecuación 19-8), la tensión parietal
es el producto de la presión transmural y el radio
del vaso. Por lo tanto la tensión parietal capilar
(10 dinas/cm) es mucho menor que en la vena
cava (18.000 dinas/cm) a pesar de que la presión
en los capilares es mayor. La tabla 19-6 muestra
cómo la cantidad de tejido elástico en cada
segmento vascular se correlaciona muy bien con
la tensión parietal soportada, y muy pobremente
con la presión transmural.
Radio (r)
Tensión en la
pared
(dinas/cm)
Tejido elástico*
1,13 cm
0,5 cm
15 μm
3 μm
10 μm
> 0,02 cm
1,38 cm
140.000
60.000
1.200
10
20
320
18.000
++++
+++
+
0
0
+
++
Tabla 19-6 Comparación entre la tensión parietal y el tejido elástico de los distintos segmentos vasculares
*La cantidad de “+”es un índice relativo de la cantidad de tejido elástico.
41
Sección IV • El sistema cardiovascular
Figura 19-12 Diagrama elástico (tensión vs radio) de
los vasos sanguíneos. En A las curvas derivan del
gráfico de la figura 19-8. En B el gráfico es el resultado
de revertir los ejes de A. En C las líneas continuas roja
y azul son transformaciones de las curvas en B. Si
despejamos r, el eje X de B (volumen) se transforma en
radio en C; si usamos la ley de Laplace (T=ΔP.r) para
despejar T, el eje Y de B (presión transmural) se
transforma en tensión en C.
La elastina y el colágeno
contribuyen individualmente en la
tensión de la pared de los vasos
Las curvas continuas roja y azul de la figura 1912C son bastante diferentes del comportamiento
lineal predicho por la ley Hooke (Fig. 19-9B). A
medida que aumenta el estiramiento, la pared del
vaso debe resistir más deformación; la pendiente
se vuelve más empinada. El incremento en la
pendiente (i.e., incremento del módulo elástico)
del gráfico tensión-radio se debe a la
heterogeneidad del material elástico que
conforma la pared vascular. Las fibras elásticas y
colágenas tienen distinto módulo elástico (Tabla
19-5).
Figura 19-13 Degradación química de elastina y
colágeno,
exponiendo
individualmente
sus
comportamientos elásticos.
Podemos cuantificar por separado el aporte de
cada uno de éste tipo de fibras por “disección
química”. Luego de la degradación de elastina por
medio de elastasa, la cual deja únicamente al
42
Capítulo 19 • Arterias y venas
colágeno como componente elástico, la relación
tensión-radio se vuelve muy empinada y cercana
a una relación lineal esperada por la ley de Hooke
(Fig. 19-13, curva naranja). Luego de la
degradación selectiva del colágeno con ácido
fórmico, el cual deja únicamente a la elastina
como componente elástico, la relación tensiónradio se aplana (Fig. 19-13, curva azul). La curva
naranja (colágeno) es más empinada que la (azul)
porque el colágeno es más rígido que la elastina
(Tabla 19-5). En un vaso normal (Fig. 19-13, curva
roja) estiramientos progresivos elongan primero
las fibras de elastina (generando una pendiente
relativamente plana en la curva tensión-radio,
similar a la curva azul) para luego, cuando el
estiramiento es excesivo, reclutar las fibras de
colágeno y aumentar la pendiente.
El envejecimiento reduce
distensibilidad de las arterias
la
Con el envejecimiento, ocurren cambios
importantes en las propiedades elásticas de los
vasos sanguíneos, principalmente las arterias.
Podemos ver estos cambios en las arterias
relacionados a la edad desde dos perspectivas, la
curva volumen-presión y la curva tensión-radio.
La diferencia más obvia en el gráfico volumenpresión de la aorta es que a medida que aumenta
la edad la curva se mueve hacia volúmenes
mayores (Fig. 19-14 A) reflejando un aumento del
diámetro. Además, la distensibilidad de la aorta
aumenta durante la etapa de crecimiento y
desarrollo, para luego disminuir durante el resto
de la vida. Durante el comienzo de la edad adulta,
dos cambios desfavorables ocurren. Primero los
cambios
ateroscleróticos
reducen
la
distensibilidad per se. Así, durante la eyección
ventricular un aumento normal del volumen
aórtico (ΔV) en un adulto joven produce una
presión de pulso (ΔP) relativamente pequeña. Por
otra parte el mismo cambio del volumen aórtico
en un anciano produce un cambio mucho mayor
en la presión de pulso. Segundo como la presión
sanguínea frecuentemente aumenta junto con la
edad, el anciano opera en una porción más
aplanada de la curva volumen-presión, donde la
distensibilidad es aún más baja. De esta forma un
43
aumento normal del volumen aórtico produce
una presión de pulso aún mayor.
Examinando el gráfico radio-tensión podemos
acercarnos a los efectos de la edad sobre las
propiedades elásticas de los vasos sanguíneos
desde una segunda perspectiva (Fig. 19-14B).
Debido a la fibrosis progresiva y difusa de la pared
de los vasos que aparece con la edad, y al
incremento del tejido colágeno, la pendiente
máxima del gráfico tensión-radio se incrementa
con la edad. Sumado a esto, con la edad, estas
curvas comienzan a ascender a valores menores
de radio, al mismo grado de estiramiento se
reclutan un mayor número de fibras colágenas.
Subyacente a este fenómeno se encuentra el
aumento de las uniones entre las fibras
colágenas. De esta manera, incluso pequeños
estiramientos tensan las fibras colágenas.
La tensión activa generada por la
actividad del músculo liso se suma
a la tensión pasiva elástica de los
vasos
Aunque hemos considerado a los vasos
sanguíneos como si sus paredes fueran
totalmente elásticas, la tensión activa de las
células musculares lisas vasculares (CMLV)
también contribuye a la tensión parietal. La
estimulación de las CMLV puede reducir el radio
interno de las arteriolas en un 20%-50%. La ley
de Laplace (T=ΔP.r) nos dice que a medida que las
CMLV se acorten – reduciendo el radio interno
del vaso contra una presión transmural constante
– la tensión que soporta el músculo para
mantener éste nuevo radio, disminuirá.
Para un vaso sanguíneo en el cual tanto el
componente elástico pasivo y el componente
muscular activo contribuyen a la tensión total, la
relación tensión-radio refleja la contribución de
cada uno. La curva roja en el gráfico de la figura
19-15 muestra tanto el componente activo como
pasivo de la tensión parietal en una arteria en la
cual se han estimulado las CMLV al máximo con
norepinefrina. La curva verde muestra la relación
tensión-radio pasiva luego de que el componente
activo fuera eliminado intoxicándolas CMLV con
cianuro de potasio. Por supuesto, la curva verde
es el gráfico tensión-radio en el cual nos hemos
Sección IV • El sistema cardiovascular
enfocado en los gráficos previos. Si quitamos la
curva verde de la roja en la figura 19-15,
obtenemos el gráfico tensión-radio activo (curva
azul) para el músculo liso vascular.
Figura 19-14 Efecto del envejecimiento sobre las
arterias. En A y B, un radio relativo del 100%
representa al vaso relajado. En A, los triángulos
blancos representan el cambio esperado en presión
transmural (línea azul) para un incremento del
volumen sanguíneo aórtico producido por cada latido
(línea roja) –asumiendo una presión diastólica de 80
mmHg.
La tensión elástica ayuda a
estabilizar los vasos que se
encuentran bajo control vasomotor
Considere a un vaso inicialmente estirado a un
radio que es 80% mayor que si no fuera
manipulado (i.e., 180 vs 100 en el eje X de la
figura 19-15). Si inyectamos más fluido dentro del
vaso, el radio se incrementa (i.e., el vaso es más
“estresado”). Como resultado, la tensión parietal
total se incrementa (Fig. 19-15 curva roja). Lo
opuesto, por supuesto, sucedería si quitamos algo
de fluido del vaso. Durante estos cambios en la
tensión parietal ¿Cuáles son las contribuciones
individuales del músculo liso vascular y el tejido
conectivo a la tensión parietal total? En la figura
19-16 consideramos dos ejemplos extremos, uno
en el cual el vaso individual consta solo de
elementos elásticos y el otro en el cual tiene solo
tensión activa fija (i.e., isotónica).
Figura 19-15 Tensión pasiva vs. activa. El radio relativo
del 100% cuando el vaso es estimulado al máximo con
norepinefrina (tensión total, curva roja) pero no
“estresado’’ (i.e., la presión transmural es 0). Cuando
el vaso es intoxicado al máximo con cianuro de potasio
el radio de base es de aproximadamente 150%
(tensión pasiva, curva verde), reflejando su estado
relajado. La curva azul es solo el componente activo
(i.e., músculo liso) de la tensión.
Primero consideremos al vaso que carece de
músculo liso, así solo los elementos elásticos de la
pared contribuyen al total de la tensión parietal
(Fig. 19-16A). Aumentamos la presión transmural
desde P (Panel 1) hasta P+ΔP (panel 2), de este
modo incrementando el radio desde r a r+Δr, la
tensión en la pared automáticamente se
aumentará desde T a T+ΔT. Este aumento en la
tensión permite que el vaso alcance un nuevo
equilibro, de acuerdo a la ley de Laplace:
T + ΔT = (P + ΔP). (r + Δr)
(19-9)
44
Capítulo 19 • Arterias y venas
Contrariamente, una disminución en la presión
conduce a una reducción en el radio y en la
tensión (panel 3). Para lograr el aumento estable
del panel 2 o la disminución estable del panel 3, el
ΔT no puede ser 0. En otras palabras, el gráfico
tensión-radio pasivo (Fig. 19-15 curva verde) no
puede tener una pendiente de 0. La pared del
vaso debe tener elasticidad.
Segundo, considere un hipotético caso en el cual
no existen fibras elásticas y la tensión total sea
mantenida constante solo por los elementos
activos (i.e., CMLV). Por ejemplo, este puede ser
aproximadamente el caso de la curva azul en la
figura 19-15, entre un radio relativo de 180%200%. Al comienzo (Fig. 19-16B, panel 1)
asumimos que la tensión del músculo liso
balancea exactamente el producto Px . r. De todas
maneras, al aumentar la presión (panel 2), la
adaptación automática del ejemplo anterior no
ocurre. De hecho cualquier incremento en la
presión lleva a que el producto (P+ΔP).(r+Δr)
exceda la T fija de las CMLVs. Como resultado, el
vaso se rompería. Contrariamente, cualquier
disminución en la presión haría que el producto
(P-ΔP).(r-Δr) cayera por debajo de la T fija,
generando el colapso del vaso (panel 3). Este tipo
de inestabilidad ocurre en las anastomosis
arteriovenosas, las cuales se caracterizan por
Figura 19-16 Estabilidad mecánica de los vasos.
45
tener muy poco tejido elástico y abundantes
células mioepiteliales.
Un vaso real en cuya pared existen tanto fibras
elásticas como músculo liso, puede ser estable en
un gran rango de radios. El rol del tejido elástico
en los vasos no es solo soportar la presión
transmural sino también estabilizar el vaso. De
esta manera, el tejido elástico asegura una buena
respuesta cuando el músculo liso cambia el tono.
Si los vasos tuvieran solo músculo liso –y no tejido
elástico- serían como los vasos que están en el
panel 2 y 3 de la figura 19-16B.
Un desbalance entre el componente pasivo y el
activo de la pared de los vasos puede llevar a
importantes enfermedades. Por ejemplo cuando
las fibras elásticas son dañadas los vasos tienden
a agrandarse (por ejemplo en aneurismas y
varicosidades). Si el radio excede el valor
compatible con el equilibrio gobernado por la ley
de Laplace, puede ocurrir la ruptura del vaso.
Un segundo ejemplo patológico se ve cuando el
músculo se somete a una máxima estimulación.
Este es el caso del fenómeno de Raynauld, en el
cual la exposición al frío lleva a una constricción
extrema de las arteriolas de las extremidades,
particularmente de los dedos. El cierre del vaso
ocurre debido a que la tensión activa del músculo
liso domina en el gráfico tensión-radio.
CAPÍTULO
20
LA MICROCIRCULACIÓN
Emile L. Boulpaep
La microcirculación cumple roles
nutricionales y no nutricionales
La función principal del sistema cardiovascular es
mantener un entorno adecuado en los diferentes
tejidos. La microcirculación es el “final del
negocio” del sistema. Los capilares son el
principal sitio de intercambio de gases, agua,
nutrientes y productos de desecho. En la mayoría
de los tejidos, el flujo capilar cumple
exclusivamente funciones nutricionales. Sin
embargo, en algunos tejidos, una parte
importante del flujo capilar tiene funciones no
nutricionales. Por ejemplo, en los glomérulos
renales, el flujo capilar produce el filtrado
glomerular. El flujo sanguíneo de la piel, parte del
cual es derivado a través de anastomosis
arteriovenosas, tiene un rol clave en la regulación
de la temperatura. Los capilares también tienen
otros roles no nutricionales, como la señalización
o la defensa. En la primera parte de este capítulo
discutiremos el rol nutricional de la
microcirculación, exponiendo cómo los gases,
sustancias pequeñas solubles, macromoléculas y
agua pasan a través del endotelio; luego
enfocaremos nuestra atención en la circulación
linfática y la regulación de la microcirculación.
La morfología y los mecanismos regulatorios
locales de la microcirculación están diseñados
para abastecer las necesidades particulares de
cada tejido. Debido a que estas necesidades son
diferentes, la estructura y función de la
microcirculación puede variar de un tejido a otro.
La microcirculación se extiende
desde las arteriolas hasta las
vénulas
La microcirculación se define como los vasos
sanguíneos entre las arteriolas de primer orden a
las vénulas de primer orden. Aunque los detalles
varían de órgano a órgano, los componentes
principales de una microcirculación ideal se
reducen a una arteriola y una vénula, entre las
cuales se extiende una red capilar (Fig. 20-1). A
veces, una meta-arteriola -algo más larga que un
capilar- provee un atajo a través de la red capilar.
Tanto la arteriola como la vénula tienen células
musculares lisas vasculares (CMLV). Los esfínteres
precapilares -localizados en la transición entre
arteriolas y meta-arteriolas con los capilarescontrolan el acceso de la sangre a un segmento
particular de la red capilar. La apertura y cierre de
los esfínteres crea diferencias de presión locales
que pueden redireccionar el flujo sanguíneo en
ciertas partes de la red.
Figura 20-1 Microcirculación ideal.
Las arterias están compuestas por una capa
interna de endotelio, una lámina elástica interna
y una vaina de al menos dos capas de CMLV que
rodea lo anterior. El radio interno de las
arteriolas terminales puede ser tan pequeño
como 25 μm. Las arteriolas (radio interno de 5 a
25 μm) son similares a las arterias pero solo
Sección IV • El sistema cardiovascular
poseen una única capa de CMLV, las cuales están
inervadas. Las meta-arteriolas, son similares a las
arteriolas pero de menor longitud. Además, sus
CMLV son discontinuas y usualmente no
inervadas. El esfínter precapilar es un pequeño
manguito de músculo liso que usualmente no
está inervado pero que es muy sensible a las
condiciones locales de los tejidos. La relajación o
contracción del esfínter precapilar puede regular
el flujo sanguíneo en un orden de magnitud o
más, Las meta-arteriolas y los esfínteres
precapilares no se encuentran en todos los
tejidos.
Los capilares verdaderos (radio interno de 2 a 5
μm) consisten en una única capa de células
endoteliales rodeadas por una membrana basal,
una fina red de fibras de colágeno y -en algunos
tejidos- pericitos. Las células endoteliales tienen
una superficie lisa y son extremadamente finas,
excepto en la parte del núcleo. El grosor y la
densidad de la membrana basal capilar varía de
acuerdo al órgano. En los sitios donde la presión
transcapilar es mayor o cuando existen fuerzas
mecánicas grandes la membrana basal es más
gruesa. Algunas células endoteliales tienen, tanto
en su superficie basal como luminal, numerosos
hoyuelos llamados cavéolas, involucradas en la
unión de ligandos. La pinocitosis y la endocitosis
mediada por receptor pueden resultar en
vesículas recubiertas por caveolina de 70 nm.
Sumado a esto, el citoplasma de las células
endoteliales capilares es rico en otras vesículas
endocíticas que contribuyen a la transcitosis de
agua y componentes hidrosolubles a través de la
pared endotelial. En algunos casos, las vesículas
endocíticas están alineadas y unidas una con otra
para formar un canal trans-endotelial.
Las uniones que mantienen unidas a las células
endoteliales se llaman uniones interendoteliales
(Fig. 20-2) donde las membranas celulares están
separadas por ~10 nm.
Además de eso, hay regiones donde las
hendiduras entre las células son de apenas 4 nm,
son las uniones adherentes. Las uniones
estrechas también pueden estar presentes, en
dicho caso las membranas celulares aparentan
estar fusionadas por medio de las claudinas 1, 3 y
5, así como las ocludinas. La claudina 5 es
específica de las células endoteliales. La ocludina
no se encuentra en todos los endotelios.
47
Algunas células endoteliales tienen conductos
cilíndricos lineales, revestidos por membranas fenestraciones- que atraviesan completamente la
célula, desde la luz capilar hacia el espacio
intersticial. Estas fenestraciones son de 50 a 80
nm de diámetro y se ven principalmente en
tejidos con gran flujo de fluidos y solutos a través
de las paredes capilares (por ejemplo, intestino,
plexo coroideo, glándulas exocrinas y glomérulos
renales). Un fino diafragma a veces cierra las
perforaciones de las fenestras.
El endotelio de los capilares sinusoidales del
hígado, médula ósea y bazo tienen grandes
fenestraciones así como “gaps” de 100 a 1000 nm
de ancho. Las vesículas, los canales
transendoteliales, las fenestras y los gaps son
parte del espectro de estructuras involucradas en
la regulación de la permeabilidad a través de las
células endoteliales.
Los capilares se pueden agrupar en tres grupos,
basado en el grado de fuga que presenten (Fig.
20-3):
1.Capilares continuos. Esta es la forma más
común de capilar, con uniones interendoteliales
de 10 a 15 nm. De todas maneras, estas
hendiduras están ausentes en la barrera
hematoencefálica donde los capilares tienen
uniones estrechas.
2. Capilares fenestrados. En estos capilares las
células endoteliales están perforadas por las
fenestraciones. Estos capilares usualmente
rodean epitelios (por ejemplo, intestino delgado,
glándulas exógenas).
Figura 20-2 Uniones capilares endoteliales. Esta
microscopía electrónica muestra las uniones
interendoteliales entre dos células en un capilar
muscular. Las flehas apuntan a las uniones estrechas.
3. Capilares discontinuos. Sumado a las
fenestras, estos capilares poseen grandes gaps,
los capilares discontinuos se encuentran en los
sinusoides hepáticos.
En su extremo final, los capilares verdaderos se
unen a vénulas (radio interno de 5 a 25 μm), las
cuales llevan la sangre a las venas con baja
presión que la devuelven al corazón. Las vénulas
tienen una capa discontinua de CMLV, y por lo
tanto pueden controlar el flujo sanguíneo local.
Las vénulas también pueden intercambiar solutos
a través de sus paredes.
Figura 20-3 Los tres tipos de capilares.
INTERCAMBIO DE SOLUTOS EN
LOS CAPILARES
El intercambio de O2 y CO2 a través
de los capilares depende de las
propiedades de difusión de los
tejidos vecinos
Los gases difunden por una vía transcelular a
través de dos membranas celulares y el citosol de
las células endoteliales de los capilares con la
misma facilidad con la que difunden a través del
tejido circundante. En esta sección, nos
enfocaremos principalmente en el intercambio de
Mecanismos similares existen para el
O2.
intercambio de CO2, aunque operan en
direcciones opuestas. La sangre arterial contiene
un nivel relativamente alto de O2. A medida que
la sangre discurre por los capilares sistémicos, el
principal sitio de intercambio gaseoso, el O2
difunde a través de la pared capilar y hacia los
tejidos, el cual incluye el fluido intersticial así
como las células vecinas.
El modelo más frecuentemente usado para el
intercambio gaseoso es el del cilindro tisular de
August Krogh, que consiste en un volumen de
tejido suplido de O2 por un único capilar (Fig. 204A). El cilindro de tejido rodea a un único capilar.
De acuerdo con este modelo, las propiedades del
cilindro tisular gobiernan la tasa de difusión de O2
y CO2. El radio del cilindro tisular en un órgano es
en promedio la mitad del espacio de un capilar al
próximo, esto es la mitad de la distancia
intercapilar. La densidad capilar y, por ende, la
distancia intercapilar varían ampliamente entre
los tejidos. La densidad capilar es tanto mayor
cuanto mayor sea el consumo de O2 (por ejemplo
en el miocardio) y menor cuanto menor sea su
consumo (cartílago). La densidad capilar es
extraordinariamente alta en los pulmones. El
modelo de Krogh predice como la concentración
o la presión parcial de oxígeno dentro de la luz
capilar cae a lo largo de la distancia a medida que
el O2 se dirige hacia los tejidos (Fig. 20-4A). La PO2
dentro del capilar en cualquier sitio a lo largo de
él depende de varios factores:
1. La concentración de O2 libre en la sangre
arterial que alimenta el capilar. El oxígeno
disuelto, el cual es el mismo tanto en el plasma
48
Sección IV • El sistema cardiovascular
como en el citoplasma de los eritrocitos, es
proporcional a la presión parcial de oxígeno.
2. El contenido de O2de la sangre. Menos del 2%
del contenido total de O2 de la sangre está
disuelto; el resto está unido a la hemoglobina
dentro de los eritrocitos. Cada 100 ml de sangre
arterial hay ~20 ml de O2, o 20 volúmenes %.
3. El flujo sanguíneo capilar (F).
4. El coeficiente de difusión radial(Dr), el cual
gobierna la difusión de O2 afuera de la luz capilar.
Por simplicidad, asumimos que el coeficiente es el
mismo dentro de la sangre, la pared capilar, el
tejido circundante y que se mantiene a lo largo de
todo el capilar.
5. El radio capilar (rc).
6. El radio del cilindro tisular al cual el capilar
está proveyendo O2.
7. El consumo de O2 del tejido circundante (QO2).
8. La distancia axial(x) a lo largo del capilar.
La combinación de todos estos factores es
responsable de los diferentes perfiles de
concentración de O2 dentro de los vasos y tejidos.
Aunque este modelo parece complicado, está
basado en asunciones muy simples.
Figura 20-4 Aporte y difusión de O2 en tejidos sistémicos. En A, el cilindro tisular de Krogh consiste en un único capilar
(radio rc), rodeado por un cilindro tisular concéntrico (radio rt) al cual el capilar alimenta con O2 y otros nutrientes. El
flujo sanguíneo dentro del capilar es Fin y el flujo sanguíneo a la salida es Fout. El panel inferior de A muestra el perfil de
presión parcial de O2 (PO2) a lo largo del eje longitudinal del capilar y del eje radial del cilindro tisular.
49
La tasa de extracción de O2 de un
órgano depende del flujo sanguíneo
que recibe y su demanda
metabólica
En principio, partiendo de un modelo parecido al
de Krogh pero más completo, uno puede sumar
las predicciones para el segmento de un único
capilar y luego calcular el intercambio gaseoso de
un tejido entero. De todas maneras, es más
conveniente juntar todos los capilares de un
órgano y enfocarse en el único flujo de entrada
arterial y en el único flujo de salida venoso. Las
diferencias de concentración de una sustancia en
el flujo arterial y venoso es la diferencia
arteriovenosa de esa sustancia. Por ejemplo, si el
contenido arterial de O2 ([O2]a) que entra a un
tejido es de 20 ml O2/dl de sangre y el contenido
venoso de O2 que deja el tejido ([O2]v) es de 15 ml
O2/dL de sangre, la diferencia O2a-v para ese tejido
es de 5 ml O2/dL de sangre.
Para una sustancia como el oxígeno que sale de
los capilares, otra forma de expresar la cantidad
que el tejido remueve es por medio de la tasa de
extracción. Este parámetro es simplemente la
diferencia a-v normalizada al contenido arterial
de esa sustancia. Así, la tasa de extracción del
oxígeno (Eo2) es:
[𝑂𝑂2]𝑎𝑎 − [𝑂𝑂2]𝑣𝑣
𝐸𝐸𝑂𝑂2 =
[𝑂𝑂2]𝑎𝑎
factores, los dos más importantes son el flujo
capilar (ítem 3 de la lista) y la demanda
metabólica (ítem 7). La tasa de extracción de O2
disminuye con el incremento del flujo pero
aumenta a medida que la demanda crece. Estas
conclusiones son intuitivas. Un mayor flujo trae
mayor O2, así el tejido necesita extraer una
fracción menor del O2 que llega para satisfacer su
demanda fija. Contrariamente, una demanda
metabólica aumentada requiere que el tejido
extraiga más cantidad del O2 que llega. Estas
conclusiones son simplemente un rearreglo del
principio de Fick (Ver capítulo 17), el cual
podemos reescribir como:
[𝑂𝑂2]𝑎𝑎 − [𝑂𝑂2]𝑣𝑣 =
(20-3)
𝑄𝑄02
𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹
El término de la izquierda es la diferencia a-v. La
tasa de extracción es simplemente la diferencia av normalizada a la [O2]a. Así, el Principio de Fick
confirma nuestra intuición de que la tasa de
extracción debe incrementarse con la demanda
metabólica aumentada, pero disminuir con el
incremento del flujo sanguíneo.
(20-1)
Así, en nuestro ejemplo:
𝐸𝐸𝑂𝑂2 =
20 ml O2/dL − 15 ml O2/dL
5
=
20 ml O2/dL
20
= 25%
(20-2)
En otras palabras, el tejido en este ejemplo extrae
(y consume) el 25% del oxígeno que se presenta
en la sangre arterial.
¿Cuáles son los factores que determinan la
extracción de O2? Para responder esta pregunta,
regresaremos al cilindro hipotético de Krogh. Los
mismos ocho factores que influencian los perfiles
de PO2 en la Figura 20-4A también determinan la
extracción de O2 de un órgano entero. De estos
Figura 20-5 Difusión de un soluto a través del capilar.
Otro factor importante que hasta ahora
ignoramos es que no todos los capilares de un
tejido pueden estar activos al mismo tiempo. Por
ejemplo, el músculo esquelético contiene cerca
de medio millón de capilares por gramo de tejido.
Sin embargo, solo ~20% está perfundido en
reposo (Fig. 20-4B). Durante el ejercicio, cuando
50
Sección IV • El sistema cardiovascular
el consumo muscular de O2 aumenta, los vasos de
resistencia y los esfínteres precapilares se dilatan
para ajustarse a la demanda incrementada. Esta
vasodilatación incrementa el flujo sanguíneo
muscular y la densidad de capilares perfundidos
(Fig. 20-4C). Esta respuesta es equivalente a
disminuir el radio de los cilindros tisulares de
Krogh porque cada capilar ahora alimenta a una
región menor. Con todo lo demás constante,
distancias de difusión menores causan un
aumento en la PO2 tisular.
La velocidad del flujo sanguíneo en los capilares
también aumenta durante el ejercicio.
Manteniendo todo lo demás constante, éste
incremento causaría una caída de PO2 menos
pronunciada a lo largo de la luz capilar. Por
ejemplo, si la velocidad fuera infinita, ¡la PO2no
caería nunca! De hecho, a pesar de que la
velocidad aumenta durante el ejercicio, debido al
incremento en el consumo de O2, la PO2 cae más
pronunciadamente a lo largo del capilar.
De acuerdo a la ley de Fick, la
difusión de moléculas pequeñas e
hidrosolubles a través de la pared
capilar
depende
de
la
permeabilidad y el gradiente de
concentración
Aunque las células endoteliales son libremente
permeables al O2 y CO2, ofrecen alta resistencia al
intercambio de sustancias insolubles en lípidos.
Solutos hidrofílicos que son más pequeños que la
albúmina pueden atravesar la membrana capilar
por difusión a través de la vía paracelular (i.e., a
través de las uniones interendoteliales así como
las fenestras si están presentes).
La cantidad de soluto que atraviesa un área
particular de la superficie capilar por unidad de
tiempo, se denomina flujo. Parece intuitivo que el
flujo debe ser proporcional a la diferencia de
concentración a través de la pared capilar, así
como también cuanto mayor sea el coeficiente de
fuga capilar (Fig. 20-5). Estas ideas son mostradas
en una forma de la Ley de Fick:
𝐽𝐽𝑥𝑥 = 𝑃𝑃𝑥𝑥 . ([𝑋𝑋]𝑐𝑐 − [𝑋𝑋]𝑓𝑓𝑓𝑓 )
(20-4)
51
En la figura 20-5, Jx es el flujo del soluto X
[unidades: moles/(cm2/s)], asumiendo un Jx
positivo con flujo saliendo del capilar, hacia el
fluido intersticial. [X]c y [X]fi son las
concentraciones disueltas del soluto en el capilar
y en el fluido intersticial respectivamente. Debido
a que el espesor de la pared capilar a (unidades:
cm) es difícil de determinar, combinamos el
coeficiente de difusión Dx (unidades: cm2/s) y el
espesor de la pared en un único término (Dx/a)
llamado Px, el coeficiente de permeabilidad
(unidades: cm/s). Así, Px expresa la facilidad con la
cual el soluto cruza el capilar por difusión.
Debido a que, en la práctica, la superficie (S) del
capilar es a menudo desconocida, es imposible
calcular el flujo de un soluto, el cual es expresado
por unidad de área. En cambio, es más común
calcular el flujo de masa (Q), el cual es
simplemente la cantidad de soluto transferido
por unidad de tiempo (unidades: mol/s):
𝑄𝑄 = 𝑆𝑆. 𝐽𝐽𝑥𝑥 = 𝑆𝑆 . 𝑃𝑃𝑥𝑥 . �[𝑋𝑋]𝑐𝑐 − [𝑋𝑋]𝑓𝑓𝑓𝑓 �
(20-5)
La tasa de extracción total de
solutos pequeños e hidrosolubles
para un órgano da una estimación
de la permeabilidad de los capilares
¿Cómo podemos estimar el coeficiente de
permeabilidad para un soluto en diferentes
capilares o de diferentes solutos en el mismo
capilar?
Desafortunadamente,
es
difícil
determinar los coeficientes de permeabilidad en
capilares individuales. Debido a ello, los
investigadores usan un abordaje que comienza
con la medición de la tasa de extracción de un
soluto X en el órgano entero. Como ya vimos para
el O2 (ecuación 20-1) la tasa de extracción Ex es la
diferencia a-v normalizada para X:
𝐸𝐸𝑥𝑥 =
[𝑋𝑋]𝑎𝑎 − [𝑋𝑋]𝑣𝑣
[𝑋𝑋]𝑎𝑎
(20-6)
Así, Ex describe el grado en el cual un órgano
remueve un soluto de la circulación. A diferencia
de la situación para el O2, la tasa de extracción
para solutos hidrofílicos pequeños depende no
solamente del flujo sanguíneo total al órgano (F)
sino también de las “propiedades de
intercambio” de todos los capilares del órgano,
expresadas por el producto de la permeabilidad y
el área capilar total (Px . S). La dependencia de Ex
de Px . S y F es descripta por la siguiente ecuación:
𝑃𝑃 𝑥𝑥 .𝑆𝑆
)
𝐹𝐹
𝐸𝐸𝑥𝑥 = 1 − 𝑒𝑒 −(
(20-7)
Por lo tanto, conociendo la tasa de extracción del
órgano entero para un soluto y un flujo particular,
podemos calcular el producto Px . S.
Los vasos cerebrales poseen características
únicas que constituyen la base de la barrera
hematoencefálica. Las uniones estrechas de la
mayoría de los capilares cerebrales no permiten
ningún tipo de flujo paracelular de solutos
hidrofílicos; por ende, exhibe una muy baja
permeabilidad a la sacarosa o la inulina,
probablemente por la abundante presencia de
Claudina 5 y ocludina. En contraste, la
permeabilidad al agua de los vasos cerebrales es
similar a la de otros órganos. Así, una gran parte
del intercambio cerebral de agua ocurre a través
de las células endoteliales.
Los valores de Px .S de un órgano entero no son
constantes. Primero, las arteriolas y los esfínteres
precapilares controlan el número de capilares
perfundidos y en consecuencia el área disponible
(S). Segundo, en respuesta a una variedad de
moléculas
señalizadoras
(por
ejemplo,
citoquinas), las células endoteliales pueden
reorganizar su citoesqueleto y cambiar su forma.
Estas deformaciones cambian los espacios
interendoteliales y modifican Px. Un ejemplo es el
aumento de la permeabilidad que se produce
durante la inflamación en respuesta a la secreción
de histamina por los mastocitos y basófilos.
Las moléculas polares pequeñas
tienen
una
permeabilidad
relativamente baja, ya que solo
pueden atravesar la pared capilar
por difusión a través de poros
llenos de agua(efecto del poro
pequeño)
Podemos abordar ahora la selectividad de una
única pared capilar para diversos solutos. Para
sustancias liposolubles como el CO2 y el O2, los
cuales pueden difundir a través de la célula
endotelial y no solo por los poros llenos de agua,
la permeabilidad es muy alta. Antiguos fisiólogos
modelaron la permeabilidad endotelial para
solutos hidrofílicos teniendo en cuenta dos tipos
de poros: Los poros grandes con un diámetro de
~10 nm o más, y los poros pequeños con un
diámetro de 3 nm. Moléculas polares, solubles y
pequeñas tienen una relativamente baja
permeabilidad porque solo pueden difundir por
vía paracelular a través de las hendiduras
interendoteliales u otras vías hidrofílicas, lo cual
constituye solo una pequeña fracción del área
capilar total. Las discontinuidades de las uniones
estrechas podrían formar los pequeños poros.
Alternativamente la selectividad molecular de los
poros pequeños puede residir en la matriz fibrosa
(Fig. 20-6) que consiste en una malla de
glucoproteínas en las hendiduras paracelulares
(del lado basal de la unión estrecha) y del
glucocálix en la superficie de las células
endoteliales (en el lado luminal de las uniones
estrechas). Las moléculas de adhesión
endoteliales específicas calcio dependientes VECadherina (CDH5) y las moléculas de adhesión
endotelial y plaquetarias (PECAM1 o CD-31) son
importantes componentes glucoproteicos de la
postulada matriz fibrosa de las hendiduras
paracelulares. De hecho, el efecto de poro
pequeño se explica mejor por el arreglo de
discontinuidades en la unión estrecha en series
con la matriz fibrosa a cada lado de la unión
estrecha.
Las hendiduras interendoteliales son más anchas
–y las fenestraciones son más comunes- en el
lado venular del capilar que en el arteriolar, así Px
se incrementa a lo largo del capilar. De esta
manera, si la diferencia de concentración
transcapilar ([X]c-[X]fi) fuera la misma, el flujo de
soluto sería mayor en el extremo venoso de la
microcirculación.
Pequeñas proteínas también pueden difundir a
través de las uniones interendoteliales o de las
52
Sección IV • El sistema cardiovascular
fenestras. Sumado al tamaño molecular, la carga
eléctrica de las proteínas y de otras
macromoléculas es el principal determinante de
su aparente coeficiente de permeabilidad. En
general, el flujo de proteínas cargadas
negativamente es mucho menor que el de
macromoléculas neutras de tamaño equivalente,
mientras
que
macromoléculas
cargadas
positivamente tienen el mayor coeficiente de
permeabilidad. Esto es debido a que el glucocálix
endotelial posee cargas fijas negativas que
excluyen macromoléculas con la misma carga y
favorecen el tránsito de las cargadas
positivamente. La permeabilidad selectiva basada
en la carga eléctrica de los solutos es una
característica destacable en la filtración de
proteínas a través de la barrera glomerular de la
nefrona.
El flujo difusivo de solutos es el principal modo de
intercambio transcapilar. De todas maneras, el
movimiento convectivo de agua también puede
arrastrar solutos. Este arrastre por solvente es un
flujo de solutos disueltos que es arrastrado por el
movimiento del solvente. Comparado con el flujo
difusivo de pequeños solutos con alto coeficiente
de permeabilidad (por ejemplo, glucosa), la
contribución del arrastro por solvente es menor.
Figura 20-6 Modelo de uniones endoteliales complejas. La figura muestra dos membranas endoteliales adyacentes en
la zona de la unión estrecha, con una porción de la membrana celular superior recortada.
El intercambio de macromoléculas
a través de los capilares ocurre por
transcitosis(efecto de poro grande)
Las macromoléculas con un radio que exceden
1nm (por ejemplo, las proteínas plasmáticas)
pueden cruzar los capilares, a muy bajo flujo, a
través
de
las
uniones
intercelulares,
53
fenestraciones y “gaps” –cuando están presentes.
De todas maneras, las cavéolas son las principales
responsables del efecto de poro grande que
permite la translocación de macromoléculas por
vía
transcelular.
La
transcitosis
de
macromoléculas muy grandes por transporte
vesicular involucra (1) el equilibrio de las
macromoléculas disueltas en la luz capilar con la
fase fluida dentro de una vesícula en formación;
Sección IV • El sistema cardiovascular
(2) cierre de la vesícula; (3) transporte
citoplasmático de la vesícula y probable fusión
con otras vesículas permitiendo el mezclado del
contenido vesicular; (4) fusión de la vesícula con
la membrana plasmática opuesta; (5) equilibrio
con la fase fluida del lado extracelular basal. A
pesar de que uno puede expresar el movimiento
transcitótico de macromoléculas como un flujo,
las leyes de la difusión (ecuación 20-4) no
gobiernan la transcitosis. De todas maneras, los
investigadores calcularon la permeabilidad
aparente de macromoléculas en capilares típicos.
La resultante “permeabilidad” –la cual refleja el
movimiento total de las macromoléculas,
independientemente
de
la
víacae
estrepitosamente con el incremento del radio
molecular, una característica llamada tamizaje.
Este tamizaje puede ser el resultado de la
obstrucción por macromoléculas del cuello de la
vesícula naciente o cuando una red de
glucoproteínas en el glucocálix por encima de la
vesícula excluyen las grande moléculas. Sumado a
esto, el tamizaje de las moléculas de acuerdo a su
tamaño
molecular
puede
ocurrir,
infrecuentemente, a medida que estas difunden a
través de cadenas de vesículas fusionadas que se
extienden a través de todo el diámetro de la
célula endotelial.
La transcitosis no es simplemente la carga luminal
y la descarga basal de ferrys –la célula puede
procesar algo de la carga-. Aunque la superficie
luminal de las células endoteliales toma ferritina
(750 kDa) con avidez, solo una pequeña porción
de la ferritina endocitada se transloca hacia el
lado opuesto de la célula. La ferritina remanente
se queda en el compartimiento intracelular,
donde es finalmente degradada.
Tanto la transcitosis como las cadenas de
vesículas fusionadas son poco frecuentes en los
capilares cerebrales. La presencia de uniones
estrechas continuas y el bajo nivel de transcitosis
son responsables de la muy baja permeabilidad
aparente de la barrera hematoencefálica a las
macromoléculas.
INTERCAMBIO
AGUA
CAPILAR
DE
El intercambio de fluidos a través
de los capilares es convectivo, y
depende
de
las
fuerzas
hidrostáticas y osmóticas (i.e.,
fuerzas de Starling)
La vía para el movimiento de fluidos a través de la
pared capilar es una combinación de las vías
transcelular y paracelular. Las membranas
celulares
del
endotelio
expresan
constitutivamente aquaporina 1 (AQP1). Es
probable que la AQP1 constituya la principal vía
transcelular para el movimiento de agua. Las
hendiduras interendoteliales, fenestraciones, o
“gaps” pueden ser el sustrato anatómico de la vía
paracelular.
Mientras que el principal mecanismo para la
transferencia de gases y otros solutos es la
difusión, el principal mecanismo para el flujo neto
de un fluido a través de la membrana capilar es la
convección. Como fue descripto por primera vez
en 1896 por Ernest Starling, las dos fuerzas
impulsoras para el pasaje convectivo del fluido a
través de la pared capilar son la diferencia de
presión hidrostática transcapilar y la diferencia de
presión osmótica efectiva, también conocida
como presión coloidosmótica o diferencia de
presión oncótica.
La diferencia de presión hidrostática (ΔP) a
través de la pared capilar es la diferencia entre la
presión intravascular (i.e., la presión hidrostática
capilar, Pc) y la presión extravascular (i.e., la
presión hidrostática del fluido intersticial, Pfi).
Nótese que bajo el término hidrostático están
incluidas todas las formas de presión
intravascular, no solamente a la derivada de la
gravedad 1; este término es utilizado aquí en
oposición a osmótico.
La diferencia de presión coloidosmótica (Δπ) a
través de la pared capilar es la diferencia entre la
presión coloidosmótica capilar provocada por las
proteínas plasmáticas (πc) y la presión
coloidosmótica extravascular provocada por las
proteínas intersticiales y proteoglicanos (πfi). Un
1
NdT: La presión a la que se hace referencia como
hidrostática en este caso, es a la que en otros capítulos
llamamos presión hidráulica o lateral.
54
Capítulo 20 • La microcirculación
ΔP positivo tiende a impulsar el agua hacia afuera
de la luz capilar, mientras que un Δπ positivo
atrae el agua hacia el interior de la luz capilar.
La hipótesis de Starling para cuantificar el flujo (Jv)
a través de la pared capilar se expresa en la
siguiente ecuación:
𝐽𝐽𝑣𝑣 = 𝐿𝐿𝑝𝑝 [�𝑃𝑃𝑐𝑐 − 𝑃𝑃𝑓𝑓𝑓𝑓 � − 𝜎𝜎�𝜋𝜋𝑐𝑐 − 𝜋𝜋𝑓𝑓𝑓𝑓 �]
(20-8)
56
Donde Jv es el flujo a través del capilar; Lp es la conductividad
hidráulica; Pc es la presión hidrostática capilar; Pfi es la
presión hidrostática del fluido intersticial; πc es la presión
coloidosmótica capilar; πfi es la presión coloidosmótica del
fluido intersticial; y σ el coeficiente de reflexión.
La conductividad hidráulica (Lp) es la constante
de proporcionalidad que relaciona la fuerza
impulsora neta con Jv y expresa la permeabilidad
total dada por los canales AQP1 y la vía
paracelular.
De acuerdo con la Ley de Van’t Hoff, la diferencia
de presión coloidosmótica teórica (Δπteórica) es
proporcional a la diferencia de concentración de
proteínas (Δ[X]):
Δπ𝑡𝑡𝑡𝑡ó𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟𝑟 = 𝑅𝑅𝑅𝑅Δ[X]
(20-9)
De todas maneras, debido a que las paredes
capilares excluyen las proteínas de manera
imperfecta
la
diferencia
de
presión
coloidosmótica observado (Δπobservada) es menor
que la ideal. La tasa Δπobservada/Δπteórica es el
coeficiente de reflexión (σ) que describe como
una membrana semipermeable excluye o
“refleja” un soluto X a medida que el agua se
mueve a través de la membrana, impulsada por
gradientes de presión hidrostática u osmótica.
El valor de σ puede variar entre 0 y 1. Cuando σ
es 0, el soluto se mueve libremente por su
diferencia de concentración, sin ejercer presión
osmótica a través de la membrana. Cuando σ es
1, la membrana excluye completamente al soluto
a medida que el agua pasa a través de ella, y el
soluto ejerce su presión osmótica teórica o ideal.
A medida que σ se aleja de 0, la membrana
separa al soluto. El σ para proteínas plasmáticas
se acerca a 1.
Debido a que solutos pequeños como Na+ y el Clatraviesan libremente el endotelio, su σ es 0, y
55
por ende no están incluidos en la ecuación de
Starling para la pared capilar (ecuación 20-8).
Así,
cambios
en
las
concentraciones
intravasculares o intersticiales de estos
“cristaloides” no crean una fuerza impulsora
osmótica a través de la pared capilar
(contrariamente,
como
las
membranas
plasmáticas tienen un σNaCl=1, gradientes de NaCl
sí generan intercambio neto de agua entre el
espacio intracelular e intersticial).
La fuerza impulsora neta en la ecuación de
Starling (ecuación 20-8), [(Pc-Pfi)-σ(Pc-Pfi)], tiene
un nombre especial, la presión de filtración neta.
La filtración de fluido desde el capilar hacia el
espacio tisular ocurre cuando la presión de
filtración neta es positiva. En el caso especial
donde σ para proteínas es 1, el fluido que
abandona el capilar está libre de proteínas; este
proceso
se
denomina
ultrafiltración.
Contrariamente, la absorción de fluido desde el
espacio tisular hacia el vascular ocurre cuando la
presión de filtración neta es negativa. En el
extremo arterial del capilar, la presión de
filtración neta es usualmente positiva, así la
filtración ocurre. En el extremo venoso, la presión
de filtración neta es generalmente negativa, así la
absorción
ocurre.
Sin
embargo,
como
discutiremos después, algunos órganos no se
adhieren a esta regla general.
En
las
siguientes
cuatros
secciones,
examinaremos cada una de las cuatro fuerzas de
Starling que constituyen la presión de filtrado
neta: Pc, Pfi, πc y πfi.
La presión capilar (Pc) cae
aproximadamente 35 mmHg
final de la arteriola
aproximadamente 15 mmHg
el final de la vénula
hasta
en el
y a
hacia
La presión capilar es mal llamada presión
hidrostática capilar, para distinguirla de la presión
oncótica capilar. Solo es posible registrar la Pc en
un órgano expuesto, idealmente en un tejido fino
(por ejemplo, el mesenterio) que permite una
buena transiluminación. Se empala el lumen de
un capilar con una micropipeta (cuya punta es
Sección IV • El sistema cardiovascular
menor a 5 µm) llena de solución fisiológica y
heparina. La luz de la micropipeta está conectada
a un manómetro, el cual está conectado a una
jeringa.
Inmediatamente
después
del
empalamiento la sangre comienza a subir por la
pipeta, la lectura de la presión en este momento
puede subestimar la actual Pc porque la presión
de la pipeta es menor que la Pc. La jeringa
posibilita aplicar suficiente presión a la luz de la
pipeta para alcanzar la presión de equilibrio –
cuando no hay un flujo entre la pipeta y el capilar. Mediante este sistema, la presión registrada es
la verdadera Pc. En la piel humana, Pc es
aproximadamente 35 mmHg en el extremo
arteriolar y aproximadamente 15 mmHg en el
venular.
Cuando la presión arteriolar es 60 mmHg y la
venosa es 15 mmHg, la presión mediocapilar no
es el valor medio (37,5 mmHg) sino solo 25
mmHg. La explicación para esta diferencia es que
normalmente la resistencia precapilar excede a la
poscapilar (Rpost/Rpre es típicamente 0,3). De todas
maneras, la presión mediocapilar no tiene un
valor constante ni uniforme. En el capítulo 19,
hemos visto que la Pc varía con los cambios en
Rpre y Rpost. La Pc también varía con los cambios en
otros cuatro parámetros: (1) la presión río arriba
y río abajo, (2) el lugar, (3) el tiempo, (4) la
gravedad.
Presión arteriolar (Pa) y venular (Pv) Debido a que
la Rpost es menor que la Rpre, Pc sigue a la Pv más de
cerca que a la Pa. Así, el incremento de la Pa en 10
mmHg –con una Rpost/Rpre constante de 0,3provoca que la Pc se aumente solo 2 mmHg. Por
otro lado, el incremento de la Pv en 10 mmHg
provoca un aumento de 8 mmHg en la Pc.
Ubicación
La
presión
capilar
difiere
marcadamente entre los diferentes órganos. Por
ejemplo, la alta Pc de los capilares glomerulares
en el riñón de aproximadamente 50 mmHg es
requerida para la ultrafiltración. Los capilares
retinianos en el ojo deben tener una alta Pc
debido a que compiten con la presión del humor
vítreo que es de alrededor de 20 mmHg. Es
necesaria una alta Pc para mantener los capilares
abiertos ante una fuerza que los comprime
externamente. Los capilares pulmonares tienen
una Pc inusualmente baja de 5-15 mmHg,
minimizando la ultrafiltración que de otra manera
conduciría a la acumulación de líquido en los
espacios alveolares.
Tiempo
La
presión
capilar
varía
considerablemente momento a momento en un
mismo sitio, dependiendo del diámetro arteriolar
y el tono del esfínter precapilar (i.e., Rpre). En
capilares individuales, estas fluctuaciones se
traducen en períodos de filtración neta y otros
períodos de absorción.
GravedadFinalmente, el efecto de la gravedad en
Pc es el mismo que discutimos para la presión
venosa y arterial. Así, una red capilar por debajo
del nivel del corazón tiene una mayor Pc que una
red capilar a nivel del corazón.
La presión del fluido intersticial (Pfi)
es ligeramente negativa, excepto
en órganos encapsulados
El intersticio consiste en una fase líquida y una
sólida. La fase sólida está hecha de fibras
colágenas y proteoglicanos. En la fase líquida,
solo una pequeña fracción del agua está
totalmente “libre” y capaz de moverse bajo la
influencia de las fuerzas convectivas. La mayoría
del agua está atrapada en un gel en el cual tanto
el agua como los pequeños solutos se mueven
por difusión. Se ha pensado que la Pfi en la fase
líquida, estaba ligeramente por encima de la
presión barométrica, pero medidas recientes
indicaron que la Pfi es subatmosférica en la
mayoría de los tejidos.
La estimación de la Pfi es muy difícil debido a que
la probeta usada para las mediciones es mucho
más grande que el espacio intersticial; así, la
propia medición altera la Pfi. Si uno inserta la
probeta percutáneamente e inmediatamente usa
el método antes descripto para medir la Pfi, los
valores son +1 a +2 mmHg. De todas maneras,
durante las siguientes 4 a 5 horas, los valores
medidos caen a -1 a -2 mmHg. Arthur Guyton
implementó una esfera plástica hueca y
perforada que se inserta debajo de la piel y
provee una medición constante de la Pfi (Fig. 207). Luego de que la herida se curó, la presión
56
Capítulo 20 • La microcirculación
dentro de la esfera puede ser tan baja como -2 a 10 mmHg después de una o dos semanas.
Figura 20-7 Medida a largo plazo de la Pfi con una
cápsula implantada.
El valor de -2mmHg es un promedio razonable
para los tejidos “distensibles, no fijos, no rígidos o
flojos”, como el pulmón o el tejido celular
subcutáneo. Pfi es apenas negativa por la
remoción de fluido por los linfáticos (ver luego).
Dentro de compartimientos rígidos y cerrados,
como la médula ósea o el cerebro, la Pfi es
positiva. También es positiva en órganos
encapsulados como el riñón, donde la Pfi es +1 a
+3 mmHg dentro del parénquima. La expansión
de vasos de alta presión dentro del riñón,
empujan al fluido intersticial contra una cápsula
fibrosa inflexible, aumentando la Pfi. El mismo
principio aplica al músculo esquelético el cual
está rodeado por capas de fascia. En algunos
casos, no es el fluido intersticial sino otro
compartimiento especializado el que provee la
presión alrededor de los capilares. Para los
capilares glomerulares renales es el espacio de
Bowman –el cual se llena con el filtrado
glomerular a una presión de alrededor de +10
mmHg- el compartimiento externo relevante.
Para los capilares alveolares, el compartimiento
externo relevante es el alveolo, la presión del cual
varía durante el ciclo respiratorio.
La Pfi es también sensible al agregado de líquido
al compartimiento intersticial. Cuando pequeñas
cantidades de líquido se agregan al
compartimiento intersticial, el intersticio se
comporta como un sistema de baja complacencia,
de esta manera Pfi aumenta considerablemente
con pequeños agregados de fluidos. El agregado
57
de más cantidad de fluido disrumpe la fase sólida
de fibras colágenas y el gel de proteoglicanos,
entonces ahora grandes volúmenes pueden
acumularse con un pequeño incremento de
presión. En este rango de grandes volúmenes, el
compartimiento intersticial se comporta como un
sistema con alta complacencia. Esta alta
complacencia es especialmente alta en los tejidos
subcutáneos, los cuales pueden acumular más
edema (ver la cardiobox de Edema intersticial)
57
que el músculo.
La presión oncótica capilar (πc), la
cual refleja la presencia de
proteínas plasmáticas, es de
aproximadamente 25 mmHg
La diferencia de presión oncótica (o
coloidosmótica) a través del endotelio capilar se
debe únicamente a las proteínas plasmáticas,
como la albúmina, globulinas y fibrinógeno. La
concentración de proteínas plasmáticas total es
de aproximadamente 7 g/dL, y corresponde a
aproximadamente 1,5 mM 2 de proteínas. De
acuerdo a la ley de Van’tHoff(ecuación 20-9),
estas proteínas ejercerían una presión osmótica
de aproximadamente 28 mmHg si fueran
“reflejadas” perfectamente por la pared capilar
(σ=1). El σ es, de hecho, cercano a 1 para las
principales proteínas plasmáticas –albúmina (3,5
a 5,5 g/dL) y las globulinas (2 a 3,5 g/dL)- de esta
manera, la presión coloidosmótica (σπc) en los
capilares es de aproximadamente 25mmHg, este
valor es el mismo que si solutos osmóticamente
activos
estuvieran
presentes
en
una
concentración de aproximadamente 1,3mmol.
Nótese que debido al concepto de presión
coloidosmótica hemos ignorado los efectos
osmóticos de todos los solutos pequeños
2
NdT: Las proteínas plasmáticas tienen un peso
molecular promedio cercano a los 54000 daltons (54
kg por mol de proteínas). Si consideramos que hay 70g
de proteínas por litro de plasma, podemos calcular que
su molaridad es de aproximadamente 0,0015M
(1,5mM).
Sección IV • El sistema cardiovascular
disueltos en plasma, los cuales dan cuenta de una
osmolaridad de 290 mOsm. 3
La πc no varía apreciablemente a lo largo del
capilar. De hecho, la mayoría de los lechos
capilares filtran menos del 1% del fluido que
entra en el lado arteriolar. Así, la pérdida de
fluido libre de proteínas no concentra de manera
medible las proteínas plasmáticas a lo largo del
capilar y no aumenta apreciablemente la πc.
Debido a que los laboratorios clínicos informan la
concentración plasmática de proteínas en g/dL y
no todas las proteínas tienen el mismo peso
molecular, una concentración plasmática de
proteínas de 7 g/dL puede producir diferentes
valores de πc, dependiendo de la composición
proteica de plasma. Debido a que la albúmina
tiene un peso molecular mucho menor que la γglobulina, reemplazar un gramo de γ-globulina
por uno de albúmina aumenta la πc. 4
Mientras que la ley de Van’t Hoff (ecuación 20-9)
predice una relación lineal entre la presión
osmótica y la concentración, la presión
coloidosmótica
se
incrementa
más
pronunciadamente, incluso cuando la relación
albúmina/globulina se mantiene constante a 1,8
(Fig. 20-8, curva naranja).
Obviamente la
pendiente de la curva varía de una proteína
plasmática a otra debido a que tienen diferente
peso molecular.
No solamente la πc cambia marcadamente con la
composición proteica y la concentración, el
coeficiente de reflexión para los coloides también
varía ampliamente entre los órganos. El menor
valor para σ (i.e., la mayor fuga) es en capilares
discontinuos (por ejemplo, en el hígado); valores
intermedios se encuentran en los capilares
musculares, y los valores más altos (σ=1) se
encuentran en los capilares continuos y estrechos
del cerebro.
Las proteínas plasmáticas hacen más que solo
actuar como agentes osmóticos. Debido a que las
proteínas también acarrean cargas negativas, el
efecto Donnan provoca un incremento en la
concentración de luz capilar.
Figura 20-8 Dependencia de la presión coloidosmótica
con la concentración de proteínas plasmáticas. El
punto en la curva naranja indica que el plasma normal,
con una concentración proteica de 7 g/dL, tiene una
presión coloidosmótica (πc) de 25 mmHg.
3
NdT: Acá se ve claramente el concepto de que las
proteínas plasmáticas ejercen su poder osmótico sin
prácticamente sumar a la osmolaridad del plasma
(suman 1,5mOsm de los 290 mOsm totales). También
es sorprendente el gran poder de las fuerzas
osmóticas, donde tan solo 0,0015 osmoles son capaces
de generar un presión de ~25mmHg (una solución 1
Osm a temperatura ambiente generaría una presión
osmótica de ¡24 atmósferas!)
4
NdT: Una aproximación clínica a la presión
coloidosmótica capilar se realiza por medio de la
siguiente
fórmula:
𝜋𝜋𝑐𝑐 = (1,4 . [𝑔𝑔𝑔𝑔𝑔𝑔𝑔𝑔𝑔𝑔𝑔𝑔𝑔𝑔𝑔𝑔𝑔𝑔𝑔𝑔]) +
(5.5 . [𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎ú𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚]). Aquí se ve claramente el mayor
peso de la albúmina, para una misma concentración,
en la determinación de la presión coloidosmótica
capilar.
58
Capítulo 20 • La microcirculación
Edema intersticial
El edema (del griego oidema, “hinchado”) se caracteriza por un exceso de sal y agua en el espacio extracelular, particularmente
en el intersticio. El edema puede estar asociado con cualquier enfermedad que conduzca a la retención de sal y la expansión
del líquido extracelular, en particular, enfermedades cardíacas, renales y hepáticas. Sin embargo, el edema intersticial puede
ocurrir sin retención general de sal y agua debido a alteraciones en la microcirculación que afectan las fuerzas de Starling. Más
allá de la causa, el edema resultante puede ser tanto generalizado (por ejemplo, el edema generalizado del tejido subcutáneo,
frecuentemente evidenciado por hinchazón facial) o local (por ejemplo, limitado a zonas declives del cuerpo). En esta
cardiobox, nos enfocaremos en cómo el edema puede generarse a partir de cambios en las variables que hacen a la ecuación
de Starling.
Fuerzas hidrostáticas
Cuando una persona se encuentra de pie por un período de tiempo prolongado, la presión venosa y así la presión capilar (Pc) en
las piernas se incrementa debido a la gravedad. El resultado es un flujo neto de líquido hacia el espacio tisular. En la mayoría de
los casos, el sistema linfático puede quitar la cantidad extra de líquido intersticial y devolverlo al espacio vascular manteniendo
un adecuado balance. El retorno venoso de las piernas requiere contracciones de los músculos de las mismas para comprimir
las venas y los vasos linfáticos y de ésta forma propulsar el líquido hacia arriba a través de las válvulas en dirección al corazón.
Si la persona de pie no contrae estos músculos, la trasudación de fluido puede exceder a la capacidad compensatoria del
sistema linfático, causando edema intersticial.
Un órgano que es particularmente sensible al balance adecuado de líquidos es el pulmón. Pequeños incrementos en la presión
hidrostática de los capilares pulmonares (hipertensión pulmonar) puede llevar a edema pulmonar. Esta condición disminuye la
complacencia pulmonar (haciendo más difícil la insuflación pulmonar) y también puede comprometer gravemente el
intercambio gaseoso a lo largo del lecho capilar pulmonar. La insuficiencia cardíaca izquierda causa que la sangre en el circuito
pulmonar aumente su presión, llevando a edema pulmonar.
En la insuficiencia cardíaca derecha, la sangre retrocede a las venas sistémicas. Como resultante, la presión venosa central (i.e.,
la presión dentro de las grandes venas sistémicas) se incrementa, causando un aumento en la Pc en las extremidades inferiores
y en las vísceras abdominales. El fluido trasudado desde los capilares hepáticos e intestinales puede dejar el espacio intersticial
y entrar en la cavidad peritoneo, una condición denominada ascitis.
Fuerzas coloidosmóticas
En el síndrome nefrótico, una manifestación de varias enfermedades renales, se pierden proteínas por la orina. El resultado es
una caída en la presión coloidosmótica plasmática, una disminución en la habilidad de los capilares para retener fluido, y
edema generalizado periférico.
En el embarazo, la síntesis de proteínas plasmáticas de la madre no puede mantener el mismo ritmo que la expansión de
volumen plasmático y demandas nutricionales del feto. Como resultado, los niveles proteicos plasmáticos caen. Lo mismo
ocurre en la mal nutrición proteica. Aunque esta sea menos grave que el síndrome nefrótico, la menor presión oncótica capilar
conduce igualmente a edema en las extremidades.
El efecto opuesto se ve en la deshidratación. Un déficit hidrosalino provoca un incremento en la concentración proteica
plasmática, incrementando la presión coloidosmótica capilar y así sacando líquido del espacio intersticial. El resultado es la
reducción de la turgencia del espacio intersticial. Este efecto se puede notar fácilmente pellizcando la piel, la cual es incapaz de
retornar a su posición anterior normalmente.
Propiedades de la pared capilar
La inflamación causa la liberación de vasodilatadores, como la histamina y las citoquinas, dentro del tejido adyacente. La
vasodilatación incrementa el número de capilares abiertos y por lo tanto de superficie funcional (Sf). Las citoquinas también
causan un incremento en el tamaño de las hendiduras interendoteliales y una caída en el coeficiente de reflexión (σ) para las
proteínas. El efecto neto es un aumento de la filtración de líquido hacia el intersticio, por lo tanto la tumoración es uno de los
sellos distintivos de la inflamación.
Heridas graves en la cabeza pueden resultar en edema cerebral, un resultado de la ruptura de las uniones estrechas normales
en la barrera hematoencefálica. Porque la rigidez del cráneo previene la expansión del cerebro, dicho edema puede conducir a
la oclusión de la microcirculación cerebral.
Durante la isquemia –cuando el flujo sanguíneo hacia un tejido está seriamente reducido o completamente detenido- los vasos
sanguíneos se deterioran causando un incremento en la conductividad hidráulica y una disminución del coeficiente de
reflexión. Una vez que se restable el flujo sanguíneo (reperfusión), estos cambios llevan a un edema local. Si el incremento en la
permeabilidad es sustancial, grandes cantidades de proteínas plasmáticas se mueven libremente hacia el espacio intersticial,
disipando el gradiente coloidosmótico a través de la pared capilar y agravando el edema.
Drenaje linfático
El drenaje linfático puede quedar alterado luego de la extracción de nódulos linfáticos por cirugías oncológicas o cuando estos
son obstruidos por neoplasias malignas. La reducción del drenaje linfático conduce a edema local río arriba de los nódulos
afectados.
59
Capítulo 20 • La microcirculación
La presión oncótica intersticial (πfi)
varía entre 0 y 10 mmHg a lo largo
de diferentes órganos
Es difícil medir la presión oncótica del fluido
intersticial, debido a que es prácticamente
imposible obtener muestras no contaminadas.
Como una primera aproximación, podemos
asumir que la πfi es la misma que la presión
coloidosmótica de la linfa. El contenido proteico
de la linfa varía ampliamente de región a región;
por ejemplo, es de 1-3 g/dL en las piernas, 3-4
g/dL en el intestino y de 4-6 g/dL en el hígado.
Esos datos predicen que la πfi varíe de 3-15
mmHg. De todas maneras, la concentración
proteica del fluido intersticial es probablemente
algo mayor que en la linfa. El promedio total de
todo el cuerpo para los valores de la πfi es de
aproximadamente 3 mmHg, sustancialmente
menor que los 25 mmHg de la πc.
La πfi aparentemente se incrementa a lo largo del
eje axial del capilar. Los valores más pequeños se
encuentran cerca del lado arteriolar, donde el
intersticio recibe líquido libre de proteínas desde
el capilar como resultado de la filtración. Los
valores mayores se encuentran en el lado venoso,
donde el intersticio pierde líquido libre de
proteínas como resultado de la absorción.
La presión de filtración neta es entonces positiva
(favoreciendo la filtración) en el lado arteriolar, y
en la transición hacia el lado venoso se vuelve
gradualmente
negativa
(favoreciendo
la
absorción) (Fig. 20-9B). En el punto donde las
fuerzas que llevan a la filtración y las que llevan a
la absorción se balancean entre sí, aparece un
equilibrio donde no hay movimiento neto de agua
a través de la pared capilar.
El principio de Starling predice
ultrafiltración en las arteriolas y
absorción en las vénulas en la
mayoría de los lechos capilares
Las fuerzas ideales que actúan en el movimiento
de fluidos a través de los capilares se muestran en
la figura 20-9A. Con el uso de la ecuación de
Starling, podemos calcular la transferencia neta
de fluidos (Jv) tanto en el lado arteriolar como en
el venular de un capilar típico:
𝐽𝐽𝐽𝐽 = 𝐿𝐿𝑝𝑝 [�𝑃𝑃𝑐𝑐 − 𝑃𝑃𝑓𝑓𝑓𝑓 � − �𝜎𝜎𝜎𝜎𝑐𝑐 − 𝜎𝜎𝜎𝜎𝑓𝑓𝑓𝑓 �]
𝐽𝐽𝐽𝐽𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎𝑎 = 𝐿𝐿𝑝𝑝 [(35 − (−2)) − (25 − 0,1)]
= 𝐿𝐿𝑝𝑝 (+12 𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚)
𝐽𝐽𝐽𝐽𝑣𝑣𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒𝑒 = 𝐿𝐿𝑝𝑝 [(15 − (−2)) − (25 − 3)]
= 𝐿𝐿𝑝𝑝 (−5 𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚)
Ecuación (20-10)
Figura 20-9 Fuerzas de Starling a lo largo de un capilar.
En A, las líneas amarillas, representan los perfiles
ideales de la Pc y la Pfi. Las líneas rojas son perfiles
ideales de πc y πfi. En B, la presión neta de filtración es
(Pc-Pfi)-σ(πc-πfi).
La presión de filtración neta varía –a veces
considerablemente- entre los diferentes tejidos.
Por ejemplo, en la mucosa intestinal, Pc es mucho
60
Sección IV • El sistema cardiovascular
menor que la πc lo que provoca que ocurra una
absorción continua a lo largo de todo el capilar.
Por otro lado, en los capilares glomerulares, la Pc
excede la πc en la mayoría de la red, de esta
manera el proceso que predomina en la mayor
parte del capilar es la ultrafiltración. La
conductividad hidráulica también puede afectar
el perfil de filtración/absorción a lo largo del
capilar. Debido a que las hendiduras
interendoteliales se vuelven mayores a medida
que nos acercamos al lado venular del capilar, Lp
se va incrementando.
Ignorando la filtración glomerular del riñón,
Landis y Pappenheimer calcularon una filtración
de ~20 L/día en el lado arteriolar de los capilares
y una absorción de alrededor de 16-18 L/día en el
lado venular, con una filtración neta de 2-4 L/día
de la sangre hacia el fluido intersticial. Estos 2-4 L
de filtración neta no ocurren uniformemente en
todos los lechos capilares. El flujo de líquido a
través de los capilares (F) es producto del
volumen que pasa por unidad de superficie y
tiempo (Jv) y la superficie funcional (Sf): F = Jv .Sf.
Así, la filtración neta en un órgano depende no
solo de la presión de filtrado neta y la
conductividad hidráulica de la pared capilar
(términos que contribuyen a Jv), sino también de
la superficie de los capilares que es perfundida.
Por ejemplo, durante el ejercicio se reclutan
capilares adicionales en el músculo, aumentando
Sf y por ende la filtración.
En los capilares continuos, la
barrera
endotelial
para
el
intercambio de fluidos es más
compleja que la considerada por
Starling
La contribución de Landis y Pappenheimer fue
introducir valores medidos experimentalmente
en la ecuación de Starling (ecuación 20-8) y
calcular las tasas de filtración y absorción total del
cuerpo, y por diferencia, la filtración neta. Porque
el estimado de 2 a 4 L para la filtración neta
concuerda adecuadamente con el flujo linfático
total, los científicos aceptaron públicamente el
análisis Landis-Pappenheimer entero. Sin
embargo, para capilares continuos, las
61
estimaciones de Landis-Pappenheimer sobre
filtración y absorción son mucho más altas que
los datos experimentales recientes. Tres grandes
razones para la discrepancia emergieron.
Primero, las suposiciones de Starling acerca de la
naturaleza de la barrera capilar fueron demasiado
simples. A saber, él asumió que una barrera
sencilla separaba dos compartimentos uniformes
bien definidos. Así, de acuerdo con la ecuación
20-8, la dependencia de Jv con la presión de
filtrado neto debe ser lineal, como se indica en el
recuadro de la figura 20-10A. En segundo lugar,
Landis y Pappenheimer usaron (1) valores de Pc
que son válidos solo a nivel del corazón (i.e.,
ignorando la gravedad), (2) valores de Pc que no
están sometidos a los caprichos de la motricidad
vascular, y (3) valores demasiado bajos de πfi (los
cuales predecirían una mayor absorción).
Un modelo revisado ha emergido para el
intercambio de fluidos a través de endotelios
continuos con uniones interendoteliales, las
cuales son las responsables de las discrepancias
entre las predicciones clásicas de Starling y los
datos modernos. Dicho modelo tiene dos grandes
características. En primer lugar, la barrera
primaria para la presión coloidosmótica –esto es,
la “membrana” semipermeable que refleja
proteínas pero deja pasar agua y solutos
pequeños- no es el capilar entero sino solamente
subglucocálix luminal, en particular el glucocálix
que yace sobre las hendiduras paracelulares (Fig.
20-10B). En segundo lugar, la superficie basal del
glucocálix no está en contacto directo con el
fluido intersticial, sino con el líquido del
subglucocalix en la parte más luminal de la
hendidura
paracelular
–un
tercer
compartimiento. Así, el flujo a través de la
barrera del glucocálix depende no de Pfi y πfi en el
fluido intersticial sino que depende de los
parámetros comparables en el subglucocálix (Psg y
πsg):
𝐽𝐽𝑣𝑣 = 𝐿𝐿𝑝𝑝 ��𝑃𝑃𝑐𝑐 − 𝑃𝑃𝑠𝑠𝑠𝑠 � − 𝜎𝜎�𝜋𝜋𝑐𝑐 − 𝜋𝜋𝑠𝑠𝑠𝑠 ��(20-11)
Examinemos ahora las predicciones de esta
ecuación para tres situaciones.
1. Durante la ultrafiltración (i.e., Jv es positivo).
Aquí, la presión hidrostática en el líquido del
subglucocálix –esto es, el fluido en contacto
Capítulo 20 • La microcirculación
directo con la superficie basal del glucocálix- es
más alta que en el líquido intersticial (i.e., Psg˃Pfi
en la figura 20-10B). Así, el fluido se mueve desde
el espacio del subglucocálix, a lo largo de la
hendidura paracelular, hacia el espacio
intersticial. Además, debido a que el ultrafiltrado
libre de proteínas entra en el espacio del
subglucocálix, la presión coloidosmótica en el
líquido del subglucocálix es baja (πsg˂πfi). Tanto el
incremento de Psg como la caída de πsg tienden a
oponerse a la filtración.
Debido a que las proteínas entran en el intersticio
a través de la vía de poros grandes, πfi en el
compartimiento intersticial es aproximadamente
la de la linfa. Sin embargo, a altas tasas de
filtración, esta πfi no tiene efecto osmótico en la
barrera del glucocálix porque las proteínas no
pueden difundir en contra del flujo convectivo
desde el lumen hacia el intersticio. Por otro lado,
si la tasa de ultrafiltración es baja, las proteínas
intersticiales pueden difundir hacia la hendidura
paracelular, aumentando la πsg y, de esta manera,
incrementando la ultrafiltración.
2. El flujo neto es cercano a cero (i.e., Jv es
aproximadamente 0). Aquí, los parámetros del
líquido del subglucocálix (i.e., Psg y πsg) deben ser
muy cercanos a los valores del líquido intersticial
(i.e., Pfi y πfi), y el modelo revisado se simplifica al
modelo clásico de Starling (Fig. 20-10A).
3. Durante la absorción (i.e., flujo reverso, donde
Jv es negativo). Aquí, el agua y los solutos
pequeños se mueven desde el subglucocálix hacia
la luz capilar, dejando detrás y por lo tanto
concentrando a las proteínas del subglucocálix
(Fig. 20-10C). El incremento resultante de πsg
(ecuación 20-11) se opone a una mayor absorción
y, de hecho, puede rápidamente interrumpirla.
Este efecto explica porque el gráfico es casi plano
en el cuadrante inferior izquierdo del recuadro
entre las partes B y C de la figura 20-10.
Así, el entendimiento más sofisticado de la
estructura de la barrera endotelial para las
proteínas realiza dos predicciones correctas.
Primero, los flujos son menores que los predichos
por Starling porque la fuerza impulsora real a
través de la barrera del glucocálix (ecuación 2011) es menor que la fuerza impulsora neta de la
ecuación de Starling (ecuación 20-8). Segundo, la
magnitud del flujo para la misma fuerza
impulsora es mayor para la ultrafiltración que
para la absorción –asimetría osmótica o
rectificación.
Figura 20-10 Modelos de intercambio de fluidos a lo largo de un endotelio continuo con uniones interendoteliales. Pc,
la presión hidrostática capilar; πc, presión coloidosmótica capilar; Psg, presión hidrostática del subglucocálix; πsg,
presión coloidosmótica del subglucocálix; Pfi, presión hidrostática del fluido intersticial; y πfi, presión coloidosmótica
del fluido intersticial.
62
Sección IV • El sistema cardiovascular
SISTEMA LINFÁTICO
El sistema linfático retorna el
exceso de líquido intersticial a la
sangre
Los linfáticos surgen en el intersticio como finos
canales endoteliales que se unen para formar
vasos cada vez más grandes (Fig. 20-11). Los
linfáticos iniciales (antes llamados terminales
linfáticos) son similares a los capilares pero con
muchas uniones interendoteliales que se
comportan como microválvulas unidireccionales,
también llamadas válvulas linfáticas primarias.
Los filamentos de anclajes mantienen en su
posición a los linfáticos con el tejido conectivo
circundante. La pared de los grandes conductos
linfáticos es similar a la de las venas, la cual
consiste en endotelio y escaso músculo liso. Los
grandes vasos linfáticos, como las venas, tienen
válvulas linfáticas secundarias que limitan el
movimiento retrógrado de la linfa. Los nódulos
linfáticos se localizan a lo largo del recorrido de
los vasos linfáticos. Los grandes vasos linfáticos
confluyen finalmente en las venas subclavias
derecha e izquierda.
Figura 20-11 Flujo de la linfa en los conductos linfáticos iniciales y colectores.
63
Capítulo 20 • La microcirculación
A nivel de los linfáticos iniciales, las uniones
interendoteliales tienen pocas uniones estrechas
o moléculas de adhesión que conectan las células
endoteliales vecinas. Como resultado, solapas o
“flaps” de células endoteliales pueden
superponerse y actuar como las microválvulas
que discutimos anteriormente. Aunque los
linfáticos iniciales pueden parecer colapsados y
no mostrar actividad contráctil, un gradiente de
presión desde el fluido intersticial hacia la luz
linfática deforma la célula endotelial y así la
microválvula se abre, permitiendo que entre el
fluido durante la fase de expansión (Fig. 20-11A).
Durante este tiempo, las válvulas linfáticas
secundarias están cerradas.
La presión externa (por ejemplo, por el músculo
esquelético) cierra las microválvulas y causa que
el fluido entre en los grandes linfáticos a través
de la apertura de las válvulas linfáticas
secundarias (Fig. 20-11B).
La mayoría de los órganos tienen tanto linfáticos
iniciales como colectores, pero el músculo
esquelético y el intestino solo tienen iniciales en
su parénquima. El sistema linfático está ausente
en el cerebro, y predomina en la piel, en el tracto
genitourinario, respiratorio y gastrointestinal.
Como hemos visto, la filtración en el lado
arteriolar de los capilares se estima que excede a
la absorción en el lado venular en valores de 2 a 4
L/día. Sin embargo, este líquido normalmente no
se acumula en el intersticio debido a que se
mueve junto con las proteínas hacia los linfáticos.
Así, cada día, los linfáticos retornan a la
circulación de 2 a 4 L de líquido intersticial,
conservando un estado estacionario. En un
modelo de linfedema congénito, los ratones con
ausencia genética de linfáticos iniciales tienen
elevada Pfi y πfi a medida que el espacio
intersticial se expande (i.e., edema), enfatizando
el rol del sistema linfático en el retorno del
líquido y proteínas desde el espacio intersticial
hacia la sangre.
Flujo en los linfáticos iniciales La presión
hidrostática en los linfáticos iniciales (Plinf) varía
entre -1 mmHg a +1 mmHg. A medida que la
presión del fluido intersticial se hace algo más
negativa que esos valores, ¿qué provee la fuerza
impulsora para que el fluido intersticial se mueva
hacia los vasos linfáticos? Incrementos
transitorios en la Pfi aumentan temporalmente la
Pfi por sobre la Plinf. De hecho, un incremento en
la Pfi media aumenta el flujo linfático (Fig. 20-12).
Debido a que el intersticio muestra una
complacencia variable, el líquido que ingresa en
el intersticio cuando este se encuentra en un
rango de baja complacencia, aumenta la Pfi
sustancialmente y provee la fuerza impulsora
para que el ultrafiltrado ingrese en los linfáticos.
Figura 20-12 Dependencia del flujo linfático de la
presión intersticial.
En este mismo rango de valores de Pfi, el flujo
linfático es especialmente sensible a los
incrementos de esta (porción “empinada” de la
fig. 20-12). Así, el eflujo linfático concuerda con el
exceso de filtración capilar, de esta manera el
volumen del fluido intersticial cambia muy poco.
Esta situación es muy diferente si el intersticio se
encuentra en un rango de alta complacencia. En
este caso, el líquido añadido al intersticio
aumenta solo moderadamente la Pfi (por ejemplo,
de +2 a +4 mmHg). En este rango de valores de
Pfi, el drenaje linfático responde poco a los
incrementos en la Pfi (porción plana de la figura
20-12). Así, en este caso, el retorno linfático no
compensa bien el exceso de la filtración capilar y
el volumen intersticial se incrementa (i.e., el
edema causa más edema).
Durante la respiración, la peristalsis intestinal y
mientras se camina, existe compresión y
relajación intermitente de los vasos linfáticos.
Cuando la Plinf en un segmento río abajo cae por
debajo de la presión en uno río arriba, la
aspiración del fluido produce flujo unidireccional.
Esta succión puede ser la responsable para los
64
Sección IV • El sistema cardiovascular
valores subatmosféricos de la Pfi que se observa
en muchos tejidos.
Flujo en los linfáticos colectores La presión en los
linfáticos colectores varía entre +1 mmHg y +10
mmHg, y se incrementa progresivamente a lo
largo de cada válvula del vaso. A medida que la
Plinf se incrementa en los colectores linfáticos, el
músculo liso en las paredes se contrae
activamente por un mecanismo miogénico
intrínseco que también tiene un rol en los vasos
sanguíneos. Así, la oclusión río abajo de un vaso
linfático incrementa la Plinf y dispara la frecuencia
de contracción del músculo liso, mientras que una
oclusión río arriba lleva a lo opuesto. Debido a la
presencia de válvulas unidireccionales, la
contracción del músculo liso mueve la linfa hacia
las venas. La contracción y relajación rítmica de
las CMLV que discutimos para los vasos
sanguíneos -vasomotricidad- también ocurre en
los linfáticos y es esencial para la propulsión de la
linfa.
Sumado a la motricidad, procesos pasivos
también propelen la linfa hacia la sangre. Así es el
caso para los linfáticos iniciales, la contracción
muscular
esquelética,
los
movimientos
respiratorios y las contracciones intestinales que
pasivamente comprimen los vasos linfáticos. Este
bombeo intermitente mueve la linfa hacia las
venas.
Transporte de proteínas y células Las proteínas
que entran al fluido intersticial desde los capilares
no pueden volver a la circulación debido al
gradiente químico que lo impide. El incremento
de éstas sustancias en el intersticio crea un
gradiente de difusión desde el intersticio hacia la
linfa que complementa el movimiento convectivo
de estas macromoléculas (junto con el fluido)
hacia el sistema linfático. En una persona
promedio, el sistema linfático retorna de 100 a
200g de proteínas a la circulación por día. Incluso
antes de que la linfa alcance los nódulos
linfáticos, ya contiene leucocitos –los cuales se
movieron desde la sangre hacia el intersticiopero no eritrocitos ni plaquetas. Los ciclos de
compresión y relajación no solo potencian el
movimiento de fluido sino que también
incrementan la cantidad de leucocitos en la linfa.
65
La
circulación
de
líquidos
intersticiales involucra tres ciclos
convectivos: de sangre, líquido
intersticial, y linfa
El fluido extracelular se mueve en tres “loops”
convectivos (Fig. 20-13). El primero es el “loop”
cardiovascular. Asumiendo un gasto cardíaco de
5 L/min, el flujo convectivo de la sangre a través
de la circulación en reposo es de 7200 L por día.
Figura 20-13 “Loops” convectivos de líquido intersticial
y proteínas.
El segundo es el “loop” transvascular, en el cual
el fluido se mueve hacia afuera de los capilares en
el lado arteriolar de estos. Sin contar el riñón,
cuyos glomérulos filtran una gran cantidad de
líquido, Landis y Pappenheimer estimaron que
todos los demás tejidos del cuerpo filtran ~20L
por día en el lado arteriolar de los capilares y
Capítulo 20 • La microcirculación
reabsorben de 16-18 L en el lado venular de
estos. Como notamos antes, tanto los valores de
filtración
como
de
absorción
están
probablemente sobreestimados. De todas
maneras, la diferencia entre la absorción y la
filtración, de 2 a 4 L/día, es un estimado
razonable del tercer “loop” convectivo, el “loop”
linfático.
Sumado al intercambio convectivo, un
intercambio difusivo de agua y solutos también
ocurre a través de los capilares. Este intercambio
difusional de agua ocurre a una tasa mucho más
grande que el movimiento convectivo. Usando
óxido de deuterio como marcador, los
investigadores encontraron que este intercambio
difusional es de aproximadamente 80.000 L/día a
través de los capilares sistémicos del cuerpo. Este
valor es de alrededor de un orden de magnitud
mayor que el flujo en el sistema cardiovascular y
tres órdenes de magnitud mayor que el flujo en el
sistema de la microcirculación. De todas maneras,
la difusión de moléculas de agua es un
mecanismo de intercambio que no contribuye
apreciablemente al movimiento neto de agua. En
otras palabras, cada día, 80.000 L de agua
difunden fuera de los capilares y 80.000 L
difunden hacia dentro.
Con respecto a los pequeños solutos que pueden
difundir a través del endotelio capilar, el tráfico es
bastante diferente al flujo convectivo de agua.
Tomemos de ejemplo a la glucosa. El plasma
contiene aproximadamente 100 mg/dL de
glucosa, los eritrocitos tienen poca glucosa y el
gasto cardíaco de plasma es de aproximadamente
2,75 L/min (asumiendo un hematocrito de 45%).
Así, cada día, el corazón bombea 4000 g de
glucosa. Esta glucosa puede entrar al intersticio
por dos mecanismos. Primero, la glucosa se
encuentra disuelta en el agua que se filtra desde
los capilares. Cada día, el proceso de filtración
arrastra 20 L x 100 mg/dL = 20 g glucosa hacia el
intersticio. Segundo, cada día, aproximadamente
20.000 g de glucosa entran al intersticio por
difusión. La convección puede abastecer solo una
pequeña fracción de los ~400 g de glucosa que el
cuerpo consume cada día. En cambio, la difusión
abastece la mayor parte de esa glucosa. De todas
maneras, los 400 g/día de glucosa metabolizada
es una minúscula fracción de la cantidad que
entra al intersticio por difusión, así, la mayor
parte de la glucosa que difunde en el intersticio lo
hace luego hacia afuera del mismo.
El tráfico de proteínas provee otro ejemplo. El
plasma contiene 7 g/dL de proteínas, y –
asumiendo un volumen plasmático de 3 L en un
humano de 70 kg- el contenido plasmático es de
aproximadamente 210 g. Dado un gasto cardíaco
plasmático de 2,75 L/min, el corazón bombea
~277.000 g de proteínas a través de la circulación
cada día. En esta persona, 100 a 200 g de
proteínas –cerca del contenido plasmático totalse mueven diariamente a través de los capilares
por la vía transcelular y en menor grado por el
fenómeno de arrastre de solvente. Debido a que
solo una pequeña cantidad de las proteínas
filtradas regresa a la circulación por el arrastre de
solvente en el lado venular de los capilares (~5
g/día), la mayoría de las proteínas filtradas (95195 g/día) dependen del “loop” convectivo
linfático para su recuperación.
REGULACIÓN
DE
MICROCIRCULACIÓN
LA
La contracción del músculo liso
vascular regula la resistencia
precapilar, la cual controla el flujo
sanguíneo
El tono del músculo liso en las arteriolas, metaarteriolas y esfínteres precapilares determina la
resistencia del lecho capilar. La resistencia río
arriba del capilar es conocida como resistencia
precapilar (Rpre). La resistencia equivalente del
lecho microcirculatorio es la suma de Rpre, la
resistencia del lecho capilar (Rcap) y la resistencia
poscapilar(Rpos).
¿Cómo pueden estas resistencias influir en el flujo
capilar (Qcap) a través del lecho? Podemos
responder esta pregunta mediante un rearreglo
de la ley de Ohm que introducimos en la ecuación
17-1:
𝑄𝑄𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐 =
𝛥𝛥𝛥𝛥
𝑃𝑃𝑎𝑎 − 𝑃𝑃𝑣𝑣
=
𝑅𝑅𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡𝑡
𝑅𝑅𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝 + 𝑅𝑅𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐𝑐 + 𝑅𝑅𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝𝑝
(20-12)
66
Sección IV • El sistema cardiovascular
Pa es la presión inmediatamente anterior al inicio
de la resistencia precapilar y Pv es la presión
inmediatamente posterior al final de la
resistencia poscapilar. Debido a que el agregado
de Rcap es pequeño, y Rpos/Rpre es usualmente 0,3,
Rpre es usualmente mucho más grande que Rcap+
Rpos. Como Rpre es el principal determinante de la
resistencia total, el flujo total es inversa y
fuertemente proporcional a Rpre.
Modular la contractilidad de las CMLV en los
vasos precapilares es el principal mecanismo para
ajustar la perfusión de un tejido particular. Los
mecanismos de contracción de los que dependen
las CMLV son diferentes de aquellos utilizados por
las células musculares esqueléticas, aunque un
incremento en la [Ca2+]i es el principal disparador
de la contracción en ambos casos. Mientras que
un incremento en la [Ca2+]i del músculo
esquelético lleva a la contracción por la
interacción con la troponina C, un incremento en
la [Ca2+]i en las CMLV lleva a la contracción pero
por medio de la activación de la calmodulina. El
complejo Ca2+-calmodulina (Ca2+-CaM) activa a la
quinasa de la cadena ligera de la miosina (MLCK),
la cual fosforila a la cadena ligera de la miosina
(MLC) en cada cadena de la miosina. La
fosforilación de la MLC permite a la miosina
interactuar con actina, produciendo la
contracción. La relajación sobreviene cuando la
fosfatasa de la cadena ligera de la miosina
desfosforila la MLC. Sumado a los cambios en la
[Ca2+]i, cambios en la actividad de la MLCK por sí
misma pueden modular la contracción de las
CMLV. La fosforilación de la MLCK por la proteína
quinasa dependiente de AMPc (PKA) o por la
proteína quinasa dependiente de GMPc (PKG)
inactiva la enzima y, por ende, evita la
contracción.
Las células musculares lisas pueden funcionar
como un sincicio cuando se encuentran unidas a
través de uniones “gap”, o pueden funcionar
independientemente una de otra como lo hacen
las fibras musculares esqueléticas. La mayoría del
músculo liso vascular tiene una organización
multiunitaria. En contraste al músculo
esquelético, las CMLV reciben múltiples señales
exitatorias e inhibitorias. Además, estas señales
no vienen únicamente de sinapsis químicas (i.e.,
control neural) sino también de sustancias
circulantes (i.e., control humoral). La contracción
67
de las CMLV puede ser consecuencia de actividad
eléctrica en forma de potenciales de acción,
ondas
lentas
de
despolarización
o
despolarizaciones graduales sin espiga. Las CMLV
pueden mostrar variaciones rítmicas espontáneas
en su voltaje, lo que conduce a cambios
periódicos en la resistencia vascular y el flujo
microcirculatorio, en un proceso llamado
vasomotricidad. Estas contracciones rítmicas y
espontáneas del músculo liso pueden resultar
tanto de una corriente marcapasos o desde ondas
lentas de despolarización, ambas asociadas al
incremento de la [Ca2+]i en las CMLV. Los agentes
humorales
también
pueden
disparar
directamente la contracción de las CMLV a través
del incremento en la [Ca2+]i, sin fluctuaciones
medibles en el potencial de membrana
(acoplamiento fármaco-mecánico).
Varias proteínas de membrana (canales,
proteínas y receptores) tienen un rol en el control
del tono de las CMLV. Asociadas junto con las vías
de traducción de la señal, estas proteínas de
membrana pueden conducir a la contracción (i.e.,
vasoconstricción)
o
relajación
(i.e.,
vasodilatación). Aunque varios neurotransmisores
y hormonas circulantes pueden actuar en el
músculo liso a través de diferentes receptores y
vías de transmisión de la señal, sus efectos
convergen en la regulación de la actividad de la
MLCK.
Metabolitos tisulares regulan el
flujo sanguíneo local en lechos
vasculares
específicos,
independientemente
de
la
regulación sistémica
Las células musculares lisas vasculares (CMLVs)
no solo controlan la resistencia de los esfínteres
precapilares (i.e., Rpre) y así el flujo sanguíneo,
también controlan la resistencia de las arteriolas
y por ende juegan un rol importante en la
regulación de la presión arterial sistémica. En el
capítulo 23, discutimos el control de la presión
arterial a través de las CMLV de las arteriolas y
esfínteres precapilares, las cuales están bajo el
control de mecanismos centrales –el sistema
nervioso autónomo y agentes humorales
Capítulo 20 • La microcirculación
sistémicos (por ejemplo, angiotensina II). De
todas maneras, el objeto de esta discusión son los
mecanismos regulatorios locales que utilizan las
arteriolas para regular el flujo sanguíneo a través
de un lecho vascular específico. Estos
mecanismos
de
control
local
pueden
sobreponerse a cualquier influencia neuronal o
humoral sistémica.
Mecanismos de control local involucran (1) la
actividad miogénica y (2) factores humorales y
químicos locales. La regulación miogénica se
refiere al modo intrínseco de control en el cual el
estiramiento de la membrana de las CMLV activa
canales sensibles al estiramiento. El resultado es
una despolarización que afecta la actividad
marcapasos, disparando de esta manera la
contracción de las CMLV. Los factores químicos
más importantes son la PO2, la PCO2 y el pH, así
también como las concentraciones locales de K+,
ácido láctico, ATP, ADP y adenosina. La
osmolaridad total también puede hacer una
contribución. La regulación local de las CMLV por
la PO2, la PCO2 y el pH intersticial es distinta de la
regulación sistémica de la presión sanguínea por
los quimiorreceptores periféricos, los cuales
responden a cambios en la PO2, PCO2, y el pH
arterial e inician un reflejo neuronal complejo que
modula la actividad de las CMLV. En el caso del
control local, cambios químicos en el fluido
intersticial actúan directamente en las CMLV a
través de algunos de los distintos mecanismos de
transducción de la señal. Los cambios que
típicamente acompañan el incremento del
metabolismo (por ejemplo, la disminución de la
PO2, el aumento de la PCO2 y la caída del pH)
vasodilatan los vasos en la circulación sistémica.
Dichos cambios locales en la PO2, la PCO2 y el pH
tienen efectos opuestos en la circulación
pulmonar.
Debido a que el flujo sanguíneo por sí mismo
puede lavar los intermediarios metabólicos, la
vasomotricidad puede surgir desde sistemas de
retroalimentación local. Por ejemplo, si la PO2
intersticial cae como consecuencia de un
incremento en el consumo local de O2, la
consiguiente vasodilatación incrementará el
aporte de O2 hacia las células y llevara a que la PO2
local se incremente. Ahora que la PO2 se elevó, el
tono vascular aumenta. El ritmo con el que los
mediadores químicos se liberan y son lavados del
lugar determina la frecuencia de la
vasomotricidad. El volumen del líquido intersticial
alrededor de las células activas –el volumen en el
cual los metabolitos vasoactivos se distribuyentambién afecta esta periodicidad porque influye
en el lapso en que las concentraciones de los
vasoactivos pueden aumentar o disminuir.
Finalmente, fluctuaciones espontáneas en el
metabolismo pueden conferir una periodicidad
adicional a la vasomotricidad.
El endotelio capilar es la fuente de
muchas sustancias vasoactivas,
incluyendo al NO (óxido nítrico),
EDHF
(factor
hiperpolarizante
derivado
del
endotelio)
y
endotelina
El endotelio capilar es la fuente de varios
compuestos vasoactivos importantes.
Óxido nítrico (NO) Originalmente llamado factor
relajante derivado del endotelio, el NO es un
potente vasodilatador. El NO también inhibe la
agregación plaquetaria, incluso induce su
desagregación y evita la adhesión plaquetaria.
Tanto la bradiquinina y la acetilcolina estimulan la
isoforma NOS III (o eNOS) de la NO sintasa que
está constitutivamente presente en las células
endoteliales. El incremento del estrés de
cillazamiento (shear stress) –la fuerza que actúa
sobre las células endoteliales a lo largo del eje del
flujo sanguíneo- también puede estimular a la
enzima. La NOS III, que depende tanto del Ca2+
como de la calmodulina para su actividad, cataliza
la formación de NO a partir de la arginina. El NO,
un gas lipofílico con una vida media corta, difunde
localmente hacia afuera de las células
endoteliales. Dentro de las CMLV se encuentra el
“receptor” para el NO, una guanilatociclasa
soluble que convierte la guanocina trifosfato
(GTP) en guanocina monofosfato cíclica (GMPc).
La proteína quinasa dependiente de GMPc (i.e.,
PKG) luego fosforila a la MLCK y a SERCA (sarcoLa
endoplasmic
reticulum
Ca2+-ATPase).
fosforilación inhibe a MLCK, lo que lleva a un
incremento neto en la fosforilación de MLC y la
disminución de la interacción entre actina y
68
Sección IV • El sistema cardiovascular
miosina. La fosforilación activa a SERCA, llevando
a la disminución de la [Ca2+]i. El resultado neto de
la liberación de NO por las células endoteliales
relaja las CMLV, produciendo vasodilatación.
Los médicos han usado nitritos orgánicos
exógenos (por ejemplo, la nitroglicerina) por
décadas para dilatar vasos sanguíneos periféricos
y aliviar el dolor de la angina de pecho. Este
poderoso vasodilatador ejerce su actividad al
romper su enlace químico, logrando así la
liberación de NO cerca de las CMLVs.
Factor hiperpolarizante derivado del endotelio
(EDHF)Sumado a la liberación del NO, las células
endoteliales liberan otro factor de relajación en
respuesta a la acetilcolina, el EDHF. El EDHF
provoca que las CMLVs se relajen al negativizar
más su potencial de membrana.
Prostaciclinas (PGI2) La prostaciclinasintasa
metaboliza ácido araquidónico y produce el
vasodilatador PGi2. Este agente actúa al
incrementar la [AMPc]i y promoviendo la
fosforilación de MLCK, en última instancia
disminuyendo la fosforilación de las cadenas
ligeras de miosina. PGi2 es especialmente
importante en la dilatación de los vasos
pulmonares en el momento del nacimiento.
Endotelinas (ETs) Las células endoteliales
producen sustancias que causan una respuesta
vasoconstrictora muy potente en las CMLVs.
Muchas patologías agudas y crónicas, incluida la
hipoxia, estimulan la liberación de endotelina, la
cual existe como tres isopéptidos: ET-1, ET-2, ET3. El precursor de la ET-1 es la preproendotelina,
la cual es convertida por las células endoteliales a
proendotelina para luego madurar a endotelina,
la cual es liberada. El subtipo de receptor de
endotelina que media la vasoconstricción es el
ETA. También existen otros receptores de
endotelina; ETB1 media la vasodilatación, ETB2
media la vasoconstricción y ETC no tiene aún una
función clara definida. Los receptores ETA
predominan en sitios de alta presión de la
circulación, mientras que los receptores ETB
predominan en los sitios de baja presión. La unión
de la endotelina a cualquier subtipo de receptor
resulta, en última instancia, en un incremento en
la [Ca2+]i. En la vasoconstricción, ET-1 se une al
69
receptor ETA que por medio de la vía de la
fosfolipasa C genera inositol trifosfato, el cual
libera Ca2+ desde los almacenes intracelulares
aumentando la [Ca2+]i. En una segunda y
retardada fase, la cual no es bien conocida, el Ca2+
que ingresa desde el exterior contribuye al
incremento de la [Ca2+]i. El aumento de la [Ca2+]i
activa la Ca2+-CaM, estimulando a la MLCK, la cual
fosforila a la cadena liviana de la miosina,
culminando este proceso con la contracción.
Tromboxano A2 (TXA2) Las células endoteliales y
las plaquetas metabolizan ácido araquidónico a
través de la vía de la ciclooxigenasa para producir
TXA2. Este agente activa los receptores TXA2/Prostaglandina H2, produciendo la apertura de
los canales de calcio tipo L, llevando a un
incremento en la [Ca2+]i. Sumado a esto, la
activación de este receptor eleva los niveles del
anión radical superóxido O2- en las CMLV.
Sucesivamente, el O2- reacciona con el NO,
reduciendo así el efecto vasodilatador de este.
Otros factores endoteliales En algunas arterias
sistémicas del perro, la anoxia produce un efecto
inesperado: un incremento en la presión mediada
por un factor endotelial putativo, el EDCF1. En
algunas arterias de perros, su rápido estiramiento
evoca una contracción que también es
dependiente del endotelio. Este factor putativo,
EDCF2, puede ser un anión superóxido dado que
la superóxido dismutasa evita la contracción.
La autorregulación estabiliza el
flujo sanguíneo a pesar de las
grandes fluctuaciones en la presión
arterial sistémica
La relación entre presión y flujo ideal en un vaso
rígido es lineal (Fig. 20-14, línea gris). En realidad,
los vasos son elásticos, entonces el aumento de la
presión produce una dilatación que reduce la
resistencia y lleva a una relación más “empinada”
de flujo y presión (Fig. 20-14, línea roja). De todas
maneras, algunos lechos vasculares se comportan
de manera diferente. A pesar de grandes cambios
en la presión arterial sistémica –y por ende
grandes cambios en la presión impulsora- estos
lechos vasculares mantienen el flujo local dentro
Capítulo 20 • La microcirculación
de un rango estrecho. Este fenómeno se llama
autorregulación. Estos lechos vasculares se
comportan más o menos como tubos rígidos a
presiones de perfusión muy bajas o muy altas
(Fig. 20-14, línea azul). Sin embargo, en el rango
de presión fisiológico en el que ocurre la
autorregulación, cambios en la presión de
perfusión tienen pequeño efecto en el flujo. En
cambio, incrementos en la presión conducen a
incrementos en la resistencia, que mantienen al
flujo sanguíneo en un rango cuidadosamente
controlado.
perfusión, llevan a una vasoconstricción
metabólica que reduce el flujo sanguíneo.
La autorregulación es útil por al menos dos
razones. Primero, con un incremento de la
presión de perfusión, la autorregulación evita un
desperdicio de perfusión en los órganos en los
cuales el flujo ya es suficiente. Segundo, con una
disminución en la presión de perfusión, la
autorregulación mantiene el flujo y la presión
capilar. La autorregulación es muy importante
bajo estas condiciones para órganos –
particularmente el corazón, cerebro y riñonesque son muy sensibles a la isquemia o a la hipoxia
y para órganos –de nuevo, el riñón- cuyo trabajo
es filtrar la sangre.
Nuevos vasos sanguíneos proliferan
en respuesta a factores de
crecimiento
en
un
proceso
conocido como angiogénesis
Figura 20-14 Autorregulación del flujo sanguíneo.
El comportamiento autorregulatorio necesita un
tiempo para desarrollarse, esto es debido a un
proceso activo. Si la presión de perfusión se
incrementa abruptamente, veríamos que
inmediatamente luego del incremento de la
presión, el gráfico de flujo/presión se vería como
el que esperaríamos para un tubo rígido en la
figura 20-14. Sin embargo, el tono arteriolar se
ajusta progresivamente para producir la
autorregulación característica. La contracción de
las CMLV que subyace a la autorregulación es
autónoma, esto es, enteramente local e
independiente de mecanismos tanto neuronales
como endócrinos.
Tanto el mecanismo miogénico como el
metabólico juegan un rol importante en el ajuste
del músculo liso vascular. Por ejemplo, el
estiramiento de las células lisas musculares, que
acompaña al incremento de la presión de
perfusión, dispara la contracción miogénica que
reduce el flujo. Así, el incremento en la PO2 (o la
disminución de la PCO2, o la elevación del pH) que
acompañan el incremento de la presión de
En los adultos, la anatomía de la microcirculación
se mantiene prácticamente constante. Notables
excepciones son el crecimiento de nuevos vasos
durante la curación de una herida, la inflamación,
el crecimiento de un tumor y en el endometrio
durante el ciclo menstrual. El incremento de la
densidad
es
importante
durante
el
entrenamiento físico y en la aclimatación a la
altura.
El desarrollo de nuevos vasos se llama
angiogénesis. El primer paso es la disolución de la
membrana basal venular en un sitio específico,
seguida por la activación y proliferación de células
endoteliales quiescentes. Estas nuevas células,
estimuladas por factores de crecimiento migran y
forman un tubo. Eventualmente, los tubos en
crecimiento se conectan unos con otros,
permitiendo que el flujo de sangre y el desarrollo
de músculo liso vascular se establezcan como la
nueva red microvascular. La angiogénesis
depende del balance entre factores positivos y
negativos de regulación. El cuerpo normalmente
produce algunos factores que promueven la
angiogénesis y otros que la inhiben.
Promotores del crecimiento de vasos Los
principales péptidos que inducen angiogénesis
son dos polipéptidos: el factor de crecimiento del
70
Sección IV • El sistema cardiovascular
endotelio vascular (VEGF) y el factor de
crecimiento
fibroblástico
(FGF).
Ambos
interactúan
con
receptores
endoteliales
específicos de tirosina quinasa. El VEGF –
relacionado con el factor de crecimiento derivado
de las plaquetas (PDGF)- es producido por los
fibroblastos y, frecuentemente, por células
cancerosas. El factor de coagulación VII activado
(FVIIa) promueve la producción de VEGF.
El FGF media muchas respuestas celulares
durante el desarrollo embrionario, fetal y
postnatal. Al menos 22 factores de crecimiento
fibroblástico existen en humanos. El FGF-2
(también llamado factor de crecimiento
fibroblástico básico o FGFb) tiene una actividad
angiogénica particular.
El VEGF y el FGF-2 promueven la expresión de
NOS. El resultante NO induce la proliferación y
migración de células endoteliales así como la
diferenciación de nuevos vasos.
El mayor impedimento para el uso clínico de estos
factores es la incapacidad de dirigir su acción a un
sitio específico. Una aproximación ha sido unir el
factor de crecimiento a pequeñas cuentas que se
liberan en la circulación coronaria. Ensayos
clínicos en los cuales se administraba local o
sistémicamente FGF-2 a pacientes con
enfermedad cardíaca isquémica no han mostrado
buena eficacia. Un anticuerpo monoclonal
recombinante humanizado en contra de VEGF
(Avastin) ha sido utilizado en pacientes con
cáncer de pulmón no microcítico.
Otros factores de crecimiento tienen efectos
angiogénicos indirectos que son distintos a los
provocados por VEGF y FGF. Las angiopoyetinas
(ANGPT1 y ANGPT2) son proteínas que actúan a
través del receptor de tirosina quinasa (Tie2)
expresado casi exclusivamente en células
endoteliales. ANGPT1 es requerido para el
desarrollo vascular embrionario, y ANGPTI2 –
normalmente un antagonista de ANGPT1 en el
receptor Tie2- es requerido para el remodelado
angiogénico posnatal. La angiogenina, miembro
de la familia de ribonucleasas, está normalmente
en el plasma, pero a niveles muy bajos, incapaces
de producir su efecto proliferativo. Los niveles
71
plasmáticos de la angiogenina se elevan en
pacientes con cáncer. Receptores de superficie
regulados unen la angiogenina, la cual luego de la
endocitosis se transloca al núcleo donde su
actividad ARNasa es esencial para su actividad
angiogénica.
Inhibidores del crecimiento de vasos El concepto
de antiangiongénesis fue introducido por Judah
Folkman como una estrategia para detener el
crecimiento de tumores. Él y sus colegas
describieron dos péptidos, angiostatina y
endostatina, que son inhibidores de la
angiogénesis.
La angiostatina es un fragmento del
plasminógeno (una proteína clave en la
fibrinólisis) con dominio kringle. La angiostatina
surge del clivado proteolítico del plasminógeno
por las enzimas del tejido conectivo, como las
metaloproteinasas de la matriz o las elastasas. La
angiostatina inhibe la angiogénesis al potenciar la
apoptosis de las células endoteliales e inhibir la
migración y formación del nuevo tubo vascular.
La angiostatina recombinante está siendo
testeada en pacientes con cáncer de pulmón
avanzado.
La endostatina es un péptido que surge de la
ruptura de colágeno tipo XVIII. Es producido por
la matriz extracelular de tumores.
Podemos ilustrar la importancia de la
angiogénesis por medio de tres situaciones
clínicas en las cuales juega un rol importante.
Primero, el crecimiento de nuevos vasos es
importante durante la enfermedad coronaria,
donde la isquemia crónica produce el desarrollo
de nuevos vasos y circulación colateral. Segundo,
la angiogénesis mejora el aporte sanguíneo a los
tumores, promoviendo su crecimiento y
favoreciendo la principal ruta mediante la cual los
mismos se diseminan (metástasis). Los oncólogos
investigan sobre el uso de inhibidores de la
angiogénesis para tratar el cáncer. Tercero, la
angiogénesis también puede ser importante en la
retinopatía diabética, donde la proliferación de
vasos puede llevar a la ceguera.
Capítulo 21 • Electrofisiología cardíaca y electrocardiograma
CAPÍTULO
21
ELECTROFISIOLOGIA CARDÍACA Y
ELECTROCARDIOGRAMA
W. Jonathan Lederer
Distintos tipos de células cardíacas cumplen
funciones diferentes y especializadas, pero todas
son eléctricamente activas. Las señales eléctricas
del corazón normalmente se originan en un grupo
de células ubicadas en la parte superior de la
aurícula
derecha
que
se
despolarizan
espontáneamente, y de ahí se conducen
(propagan) por el corazón de célula a célula
(Fig.21-1). A medida que el potencial de acción se
propaga a lo largo del corazón –conducido a veces
por células que forman vías especializadas de
conducción y otras por células no especializadas
(i.e.,
miocardiocitos
especializados
en
contracción)-toma distintas apariencias en las
diferentes células cardiacas (Fig. 21-2). Según la
velocidad de ascenso de la fase 0 (ver más
adelante fases del potencial de acción), podemos
caracterizar a los potenciales de acción en lentos
(en el nodo sinusal y auriculoventricular) y
rápidos (en los miocitos auriculares, fibras de
Purkinje y miocitos ventriculares).
Debido a que la excitación de los miocardiocitos
dispara la contracción –en un proceso llamado
acoplamiento
excitación-contracciónla
propagación del potencial de acción debe ser
cuidadosamente sincronizada en el tiempo para
lograr una buena activación ventricular y
optimizar la eyección de sangre. Este capítulo se
enfoca en las corrientes de membrana
responsables de la generación y transmisión de
los potenciales de acción en el tejido cardíaco.
ELECTROFISIOLOGÍA DE
CÉLULAS CARDÍACAS
LAS
El potencial de acción cardíaco
comienza en células especializadas
del nodo sinusal y luego se propaga
de manera ordenada a través del
corazón
El potencial de acción cardíaco se origina en un
grupo de células llamado nodo sinusal (SA)
(Fig.21-1) localizado en la aurícula derecha. Estas
células se despolarizan espontáneamente y
disparan potenciales de acción a un ritmo
intrínseco y regular a una frecuencia que
usualmente oscila entre 60 y 100 veces por
minuto para un individuo en reposo. Los sistemas
simpático y parasimpático pueden modular la
actividad del marcapasos, también conocida
como automatismo.
Debido a que las células cardíacas están
eléctricamente unidas a través de uniones GAP
(Fig.21-3A), el potencial de acción se propaga
célula-célula de la misma manera que lo hace a
través del largo axón de un nervio. El potencial de
acción espontáneo generado en el nodo SA es
conducido célula-célula a través del músculo de la
aurícula derecha hasta alcanzar la aurícula
izquierda. La existencia de vías de conducción
especializadas entre las aurículas es todavía
motivo de discusión. Alrededor de una décima de
segundo luego de que el potencial de acción se
haya originado, la señal arriba al nodo
auriculoventricular (nodo AV) (Fig.21-1). El
impulso no se conduce directamente desde las
aurículas a los ventrículos, por la presencia de un
anillo fibroso auriculoventricular. De esta manera,
la única vía disponible para que el impulso viaje
es a través del nodo AV hacia el sistema de
conducción His-Purkinje, una red de células
especializadas en conducción que llevan la señal
hacia el músculo de ambos ventrículos.
72
Sección IV • El sistema cardiovascular
Figura 21-1 Vías de conducción del corazón. Se muestra un corte a lo largo del eje longitudinal del corazón.
El potencial de acción cardíaco se
conduce célula-célula a través de
uniones GAP
La influencia eléctrica de una célula cardíaca hacia
otra depende de la diferencia de voltaje entre las
células así como de la resistencia de la unión GAP
que las conecta. Una unión GAP es una sinapsis
eléctrica (Fig. 21-3A) que permite que la corriente
eléctrica fluya entre células vecinas. De acuerdo a
la ley de Ohm, la corriente que fluye entre una
célula A y su adyacente B (IAB) es proporcional a la
diferencia de voltaje entre las dos células (ΔVAB) e
73
inversamente proporcional
eléctrica entre ellas (RAB):
a
la
resistencia
IAB = ΔVAB / RAB
(21-1)
Como las uniones GAP son barreras mínimas al
flujo de corriente despolarizarte, la RAB es muy
pequeña.
Imaginemos
que
varias
células
están
interconectadas e inicialmente se encuentran en
su potencial normal de reposo (Fig. 21-3B). Un
potencial de acción que se propague desde la
izquierda de la célula A, inyecta en esta una
Capítulo 21 • Electrofisiología cardíaca y electrocardiograma
corriente despolarizante. Como resultado, la
célula se despolariza a un voltaje VA, el cual ahora
es positivo comparado con el voltaje VB. Así, una
pequeña corriente despolarizante (i.e., cargas
positivas) se moverá desde la célula A hacia la
célula B, despolarizándola. De esta manera la
corriente desde la célula B despolarizará a la C.
Por este proceso, las células más cercanas a la
fuente de corriente se someterán a una mayor
despolarización.
Imaginemos que la corriente inyectada
despolariza a la célula A hasta su umbral (Fig. 213C, curva roja), pero todavía ésta no ha disparado
el potencial de acción. En este instante, la
corriente que pasa de la célula A hacia la B no
alcanza para llevarla hasta su umbral. Por
supuesto, la célula A eventualmente disparará un
potencial de acción y en este proceso se
despolarizará lo suficiente para inyectar cargas
positivas en la célula B y llevarla hasta su umbral.
Así el potencial de acción se propaga a través de
la cadena de células, aunque de una manera
relativamente lenta. Por otro lado, si se inyecta
una mayor cantidad de corriente en la célula A
(Fig. 21-3C, curva azul) –produciendo una mayor
despolarización de ésta- el flujo de iones que pasa
hacia la B será mayor y suficiente para
despolarizarla hasta su voltaje umbral y regenerar
el potencial de acción. De todos modos, la
corriente que pasa de la célula B a la C ya no es
suficiente para que esta dispare un potencial de
acción.
En principio, podríamos hacer que el potencial de
acción se propague más rápidamente, a través de
la cadena de células, de dos formas. En primer
lugar, si la corriente despolarizante de la fuente
es mayor, es decir si la “célula fuente” posee más
canales iónicos que se abran, la corriente
despolarizante será más intensa (Fig. 21-3C, curva
azul). En segundo lugar, podríamos bajar el
umbral para disparar el potencial de acción (un
umbral más “negativo” en la figura 21-3C), así
incluso una pequeña corriente como la
representada por la curva roja será suficiente
para gatillar un potencial de acción en la célula B.
De la misma manera que en el axón de un nervio
conduciendo un potencial de acción, las
corrientes extracelular e intracelular en el
músculo cardíaco deben ser iguales y opuestas.
En la región “activa” del corazón (a la izquierda de
la célula A en la figura 21-3B), las células
alcanzaron su umbral y generaron un potencial de
acción el cual es la fuente de corriente que
despolariza
a
las
células
siguientes
aproximándolas a su umbral. A medida que la
célula A se despolariza hacia y por encima de su
umbral, los canales de Na+ y Ca2+ se van abriendo
permitiendo que estos cationes ingresen a la
célula. La carga positiva que entra a la célula A no
solo la despolariza sino que también produce un
flujo de cargas positivas a la célula B –corriente
intracelular. Este flujo de cargas positivas
descarga la capacitancia de membrana de la
célula B, despolarizándola, y liberando las cargas
positivas extracelulares que estaban asociadas a
la membrana. El movimiento de estas cargas
positivas extracelulares desde las cercanías de la
célula B a través del medio extracelular hacia la
célula A, constituye la corriente extracelular. El
flujo de corriente intracelular de la célula A hacia
la célula B y el flujo de corriente extracelular
desde las cercanías de la célula B hacia alrededor
de la célula A son iguales y opuestos. Esta
corriente extracelular cardíaca es la que produce
vectores eléctricos que cambian en el tiempo.
Cada punto del electrocardiograma (ECG) 1 es la
suma de todos los vectores eléctricos generados
por todas las células del corazón.
Los potenciales de acción cardíacos
tienen cinco fases distintas
El tiempo de inicio, la forma y la duración del
potencial de acción es diferente en las distintas
partes del corazón, reflejando sus funciones
diferentes (Fig. 21-2). Estas diferencias surgen
porque los miocitos de cada región del corazón
tienen un conjunto
particular de canales.
Subyacente a los potenciales de acción cardíacos
están las cuatro corrientes principales de
membrana, caracterizadas por ser tiempodependiente y gatilladas por voltaje (Tabla 21-1):
1. La corriente de Na+ (INa), responsable de la
rápida despolarización del potencial de acción en
1
NdT: Muy básicamente, un ECG no es más (ni menos)
que un gráfico de voltaje en función del tiempo.
74
Sección IV • El sistema cardiovascular
el músculo auricular, ventricular y en las fibras de
Purkinje.
distintas formas de los potenciales a lo largo de 5 sitios
distintos del corazón.
2. La corriente de Ca2+ (ICa), responsable de la
rápida despolarización en el nodo SA y AV;
responsable también de disparar la contracción
en todos los cardiomiocitos.
3. La corriente de K+ (Ik), la cual es responsable de
la repolarización en todos los miocardiocitos.
4. La corriente de marcapasos (If), responsable en
parte de la actividad marcapasos del nodo SA, AV
y fibras de Purkinje.
Además de estas cuatro, los canales conducen
también otras corrientes en el músculo cardiaco.
Sumado
a
esto,
dos
transportadores
electrogénicos transportan cargas a través de la
membrana plasmática: el intercambiador Na+-Ca2+
(NCX1) y la bomba de Na+-K+.
Tradicionalmente los cambios del potencial de
membrana (Vm) se dividen en fases separadas,
como es ilustrado en la figura 21-4A para los
potenciales de acción del nodo SA y en la figura
21-4B para el músculo ventricular.
La fase 0, es el ascenso del potencial de acción. Si
este es debido solo a ICa (Fig. 21-4A), será lento.
En cambio si es debida tanto a ICa y INa (Fig. 214B), será rápido 2.
La fase 1, es el componente de repolarización
rápido del potencial de acción (cuando existe).
Esta fase es debida a la inactivación casi total de
INa o ICa y quizás también dependa de una
corriente menor de K+ no descripta previamente,
llamada Ito (corriente transitoria hacia afuera).
La fase 2 es la meseta del potencial de acción que
es prominente en el músculo ventricular.
Depende de la entrada continua de Ca2+ o Na+ a
través de sus canales principales, y en menor
medida por el intercambiador Na+-Ca2+ NCX1.
2
Figura 21-2 Potenciales de acción cardíacos. Las
75
NdT: Que un potencial de acción cardíaco se clasifique
como rápido o lento, depende de la pendiente de
ascenso de la fase 0. Dado que los potenciales de
acción se representan en un gráfico de voltaje en
función del tiempo, cuanto mayor sea la pendiente,
mayor será la velocidad de ascenso.
Capítulo 21 • Electrofisiología cardíaca y electrocardiograma
La fase 3 es el componente de repolarización del
potencial de acción. Depende de la IK (Tabla 21-1).
La fase 4 constituye la diástole eléctrica del
potencial de acción. El Vm durante la fase 4 es
conocido como potencial diastólico; el Vm más
negativo durante la fase 4 es el potencial
diastólico máximo. En las células del nodo SA y
AV, cambios en el IK, ICa y If producen la actividad
de marcapasos. Las fibras de Purkinje también
exhiben actividad de marcapasos pero solo
utilizan la corriente If. El músculo auricular y
ventricular no tienen corrientes tiempo
dependientes durante la fase 4.
La corriente más grande en el
corazón es la de Na+
La corriente de Na+ (INa; tabla 21-1) es la corriente
más cuantiosa en el músculo cardíaco, contando
con aproximadamente 200 canales por
micrómetro cuadrado de membrana. Estos
canales son abundantes en el músculo auricular,
ventricular, fibras de Purkinje, y tejido
especializado de conducción de las aurículas. Esta
corriente no está presente en el nodo SA ni AV.
El canal que subyace a la INa es el clásico canal de
sodio voltaje dependiente, con sus subunidades α
y β1. La subunidad α cardíaca (Nav1.5) tiene
diferentes sitios de fosforilación que la hace
sensible a la PKa (proteína quinasa dependiente
de AMPc).
En el potencial negativo de reposo de las células
musculares ventriculares, los canales de Na+ están
cerrados. De todas maneras, estos canales se
activan rápidamente (en 0,1 a 0,2 ms) en
respuesta a la despolarización local producida por
potenciales de acción propagados, provocando
una corriente de entrada masiva que explica el
rápido ascenso del potencial de acción cardíaco
(fase 0 la figura 21-2). Si el Vm se mantiene en un
nivel positivo, estos canales se comienzan a cerrar
gradualmente en un proceso denominado
inactivación. Este proceso, que es más lento que
la activación, pero que aún sigue siendo rápido,
es parcialmente responsable de la repolarización
rápida del potencial de acción (fase 1). Durante el
potencial de membrana de la meseta –
ligeramente más positivo que 0mV- un
componente pequeño pero importante de esta
corriente se mantiene. La corriente sostenida de
sodio ayuda a prolongar la fase2.
En tejidos cardíacos, con excepción de los nodos
SA y AV, la regeneración del potencial de acción
depende en gran medida de la magnitud de la INa
(Fig.21-3C). La despolarización producida por Na+
no solo activa la INa en las células vecinas, sino
que también activa otras corrientes de
membranas como la ICa y la IK. Los anestésicos
locales o algunas drogas antiarrítmicas, como la
lidocaína, actúan bloqueando la INa.
76
Sección IV • El sistema cardiovascular
Figura 21-3 Conducción eléctrica en el corazón. En A, el potencial de acción conducido desde la izquierda a la derecha
causa que la corriente fluya desde la célula totalmente despolarizada de la izquierda, a través de las uniones GAP,
hacia la célula A. La despolarización de la célula A causa que la corriente fluya hacia la célula B (IAB). Parte de IAB
descarga la capacitancia de la membrana de la célula B y la despolariza, la otra parte fluye hacia la célula C. En B, la
despolarización sub-umbral de la célula A disminuye con la distancia. En C, la velocidad de conducción aumenta cuanto
mayor es la despolarización de la célula A (curva roja vs azul) o cuando el umbral es más negativo.
77
Capítulo 21 • Electrofisiología cardíaca y electrocardiograma
Tabla 21-1 Principales corrientes cardíacas, las cuales son tiempo y voltaje dependientes.
Corriente
Nombre
Proteína canal
Símbolo del
Potencial de
Inhibidores
gen humano
reversión
Corriente de
NAV 1,5 (Canal SCN
+60
TTX
INa
+
+
de
Na
voltaje
Anestésicos
Na
dependiente)
locales
Corriente de
CAV 1,2 (Canal
CACNA
+120
Nifedipina
ICa
Ca2+
de Ca2+ tipo L)
Verapamilo
Repolarización
HERG + miRP1* KCNH2 +
-100
Ba2+
IK
IKR
KvLQT1 +
KCNE2
Cs+
Repolarización
minK*
KCNQ1 +
TEA
IKS
Kv 4,3 (Canal
KCNE1
Proteína G
de K+ voltaje
KCND3
activada ATPdependiente)
KCNJ
sensible
GIRK*
KCNJ
Kir + SER =
KATP*
Corriente
HCN
HCN
-35
Cs+
If (Na++K+)
marcapasos
* Canales heteromultiméricos
TTX, tetradotoxina; TEA, tetraetilamonio; HERG, “human eather-a-go-go-related gene” (relacionado a la familia de
canals de K+ Kv); GIRK, proteína G activada por la corriente rectificadora de K+ hacia adentro; HCN, canal de nucleótidos
cíclicos activado por hiperpolarización.
Figura 21-4 Fases de los potenciales de acción cardíacos. Los registros en estas figuras son ideales. IK, INa, ICa, y If son
corrientes a través de canales de K+, Na+, Ca2+ y cationes no selectivos, respectivamente.
La corriente de Ca2+ en el corazón
atraviesa
principalmente
los
2+
canales de Ca tipo L
La corriente de Ca2+ (ICa) está presente en todos
los miocardiocitos. El canal de Ca2+ de tipo L es el
dominante en el corazón. Los canales de Ca2+ tipo
T con propiedades biofísicas y farmacológicas
diferentes, también están presentes pero en
menores cantidades.
78
Sección IV • El sistema cardiovascular
En el nodo SA el rol de la ICa es contribuir a la
actividad de marcapasos. Tanto en el nodo SA
como en el AV, ICa es la corriente entrante
responsable del ascenso de la fase 0 del potencial
de acción de ambos. Ya que los nodos carecen de
la INa sus ascensos de la fase 0 son menos
pronunciados que en el músculo auricular y
ventricular (comparar A y B de la fig. 21-4). Por lo
tanto,
la ICa descarga la capacitancia de
membrana de las células en el nodo SA y AV más
lentamente, por lo que la velocidad de
conducción del potencial de acción intranodal es
mucho menor que en cualquier otro tipo de tejido
cardíaco. Esta particularidad en el nodo AV
genera un retraso eléctrico entre la contracción
auricular y ventricular, que da tiempo para que
las aurículas descarguen la sangre en los
ventrículos.
A pesar de que la ICa es pequeña, se suma a la INa
durante el ascenso del potencial de acción en el
músculo auricular y ventricular, así como en las
células de Purkinje. De esta manera aumenta la
velocidad del potencial de acción conducido en
estos tejidos. Similar a la INa, la ICa virtualmente no
produce corrientes a potenciales de membrana
muy negativos, porque sus canales están
cerrados. A valores más positivos de Vm, los
canales de Ca2+ se activan rápidamente (en
~1mseg) y por un proceso completamente
separado y tiempo-dependiente, se inactivan.
Una ICa pequeña se mantiene durante la fase 2 del
potencial de acción, ayudando a prolongar la
meseta. En las células ventriculares y auriculares,
el Ca2+ que entra a través de los canales tipo L
activa la liberación de Ca2+ desde el retículo
sarcoplasmático (RS) proceso conocido como
liberación de Ca2+ inducida por calcio. Los
fármacos que bloquean los canales de calcio tipo
L –como por ejemplo verapamilo, diltiazem y
nifedipina- actúan inhibiendo la ICa.
La corriente de repolarización de K+
comienza lentamente
Los potenciales de acción cardíacos tienen una
duración de dos órdenes de magnitud más que
los potenciales de acción del músculo esquelético,
esto se debe a que la corriente de K+
repolarizante se activa más lentamente y –en el
79
caso de los miocitos auriculares, ventriculares y
fibras de Purkinje- con un retraso considerable. La
corriente de K+ repolarizante (Ik; tabla 21-1) se
encuentra en todos los miocardiocitos y es
responsable de la repolarización de la membrana
al final del potencial de acción (fase 3 en la Fig.214A, B). La corriente de K+ tiene dos componentes:
una corriente relativamente rápida (IKr) conducida
por canales heterodiméricos HERG/miRP1 y otra
relativamente lenta (IKs) conducida por canales
heterodiméricos KvLQT1/minK. La IK es muy
pequeña a potenciales de membrana negativos.
Con la despolarización, lentamente se activa (20 a
100mseg) pero no se inactiva. En los nodos SA y
AV, contribuye a la actividad marcapaso
desactivándose al voltaje diastólico.
Sumado a la IK, muchas otras corrientes de K+
están presentes en el tejido cardíaco
Corriente de K+ temprana hacia afuera (corriente
tipo A) Los cardiomiocitos auriculares y
ventriculares tienen una corriente hacia afuera
temprana transitoria (Ito). Esta corriente se activa
por la despolarización, pero rápidamente se
inactiva. Contribuye a la fase 1 de repolarización y
es análoga a la corriente tipo A vista en los
nervios. El canal Kv4.3 media la corriente tipo A
en el corazón y otros tipos de células.
Corriente de K+ activada por proteína G La
acetilcolina activa receptores muscarínicos y, a
través de las subunidades β y γ de la proteína G,
activa una corriente hacia afuera de K+ mediada
por los canales de K+ GIRK. Esta corriente es
importante en las células nodales, donde
disminuye el ritmo de marcapasos por la
hiperpolarización que produce cuando se activa.
Corriente KATP Los canales de K+ sensibles al ATP,
activados por una concentración baja de ATP,
están presentes en abundancia y pueden jugar un
rol en la regulación del comportamiento
contráctil. Estos canales son heteromultiméricos
de Kir y SUR.
La corriente If es mediada por
canales catiónicos no selectivos
Capítulo 21 • Electrofisiología cardíaca y electrocardiograma
La corriente marcapasos (If) se encuentra en los
nodos SA, AV, y fibras de Purkinje (Fig. 21-4A,
curva azul). Los canales subyacentes a esta
corriente son canales catiónicos inespecíficos
llamados HCN (canales gatillados por nucleótidos
cíclicos, activados por hiperpolarización). Debido
a que los canales HCN conducen K+ y Na+, el
potencial de reversión de la If es alrededor de 20mV, entre el potencial Nernst del K+ (alrededor
de -90mV) y del Na+ (alrededor de +50mV). Los
canales HCN tienen una propiedad curiosa (de allí
la f, del inglés “funny”) que consiste en no
conducir a potenciales positivos y ser activados
por hiperpolarización al final de la fase 3. La
activación es lenta (100 ms) y la corriente no se
inactiva. Así, If produce una corriente
despolarizante hacia adentro a medida que se
activa lentamente hacia el final de la fase 3. La If
no es la única corriente que contribuye a la
actividad de marcapasos; en las células nodales la
ICa y la IK también contribuyen significativamente
en la despolarización de la fase 4 (conocida como
despolarización diastólica espontanea).
Los diferentes tejidos cardíacos
combinan
corrientes
iónicas
particulares para producir distintos
potenciales de acción
La forma del potencial de acción cardíaco difiere
en las distintas células cardíacas, debido a la
combinación única de las diferentes corrientes,
voltaje y tiempo dependientes, mencionadas en
las cuatro secciones anteriores presentes en cada
tipo celular. Se puede describir el voltaje de
membrana en términos de la conductancia para
los diferentes iones (GNa, GK, GCa, GCl) en relación a
la conductancia total de membrana (Gm) y sus
potenciales de equilibrio (ENa, EK, ECa, ECl):
𝑉𝑉𝑉𝑉 =
𝐺𝐺𝐺𝐺
𝐺𝐺𝐺𝐺𝐺𝐺
𝐺𝐺𝐺𝐺𝐺𝐺
𝐸𝐸𝐸𝐸 +
𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸 +
𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸
𝐺𝐺𝐺𝐺
𝐺𝐺𝐺𝐺
𝐺𝐺𝐺𝐺
𝐺𝐺𝐺𝐺𝐺𝐺
+
𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸𝐸 …
𝐺𝐺𝐺𝐺
(21-2)
De esta manera, a medida que la contribución
relativa de una corriente de membrana particular
se vuelve dominante, el voltaje de membrana
(Vm) se acerca al potencial de equilibrio para esa
corriente de membrana (Tabla 21-2). Que tan
rápido cambie el Vm durante el potencial de
acción depende de la magnitud de cada una de
estas corrientes. Si bien cada corriente afecta
individualmente el Vm, al hacerlo afecta al mismo
tiempo las corrientes de los demás iones ya que
cambia las fuerzas impulsoras y la permeabilidad
de cada uno de estos 3. Otra influencia importante
que afecta la forma del potencial de acción
cardíaco es la capacitancia de la membrana de
cada célula y la geometría de las vías de
conducción (por ejemplo, del nodo AV, haz de His
o músculo ventricular) a medida que el potencial
se propaga de célula a célula, a través de uniones
gap, en este sincicio funcional.
De esta forma, es fácil entender, a un nivel
conceptual, de qué manera el conjunto particular
de canales iónicos de cada célula, las propiedades
de estos a cualquier instante de tiempo, las
concentraciones de los iones y la geometría de la
célula puede contribuir a la forma del potencial
de acción.
El nodo sinusal es el principal
marcapasos del corazón
El concepto de actividad marcapasos El corazón
normal posee tres tejidos con actividad
marcapasos intrínseco: el nodo SA, el nodo AV y
las fibras de Purkinje. El término actividad
marcapasos se refiere a la despolarización
espontánea tiempo dependiente de la membrana
celular que conduce a un potencial de acción que
se propaga hacia las células adyacentes en
reposo. Cualquier célula cardíaca con actividad
marcapasos puede iniciar un latido cardíaco. El
marcapasos con la mayor frecuencia será el que
dispare un potencial de acción que se propagará
por el corazón. En otras palabras, el marcapasos
3
NdT: Podemos entender a la corriente iónica como el
producto entre su fuerza impulsora y la permeabilidad:
Iion = (Vm – Eion). gion. Teniendo esto en cuenta, una
corriente dada al alterar el Vm, afectará las fuerzas
impulsoras de otros iones, incluso la suya. A su vez,
como la permeabilidad suele ser dependiente de
canales sensibles al voltaje, al cambiar el Vm también
se alteraría.
80
Sección IV • El sistema cardiovascular
más rápido determina la frecuencia cardíaca y
suprime a los marcapasos más lentos. Así, los
marcapasos cardíacos tienen una jerarquía entre
ellos mismos, basada en sus frecuencias
intrínsecas.
Ion
Na+
K+
ClH+
Ca2+
Tabla 21-10 Potenciales de equilibrio
Concentración Concentración Potencial
intracelular
extracelular
de
(mM)
(mM)
equilibrio
(mV)
10
145
+72
120
4,5
-88
35
116
-32
pH = 7,1
pH = 7,4
-19
0,0001
1
+123
Dos principios fundamentales explican la
actividad marcapasos. El primero es que las
corrientes de membrana despolarizantes
interactúan con las corrientes hiperpolarizantes
para establecer los ciclos regulares de
despolarización y repolarización espontánea. El
segundo es que en una célula particular, estas
corrientes interactúan durante la fase 4 dentro de
un rango estrecho de potenciales diastólicos:
entre -70mV y -50mV en ambos nodos, y entre 90mV y -65mV en las fibras de Purkinje.
Tabla 21-3 Propiedades eléctricas de los diferentes tejidos cardíacos
Nombre del
Tejido
Función
Principales
corrientes
tiempo y
voltaje
dependientes
Efecto β adrenérgico*
Efecto
colinérgico**
Nodo SA
Principal marcapasos
ICa, IK, If
↑ Velocidad de conducción
↑ Frecuencia marcapasos
Músculo auricular
Expulsar sangre desde
la aurícula
Marcapasos
secundario
INa, IK, ICa
↑ Fuerza de contracción
↓ Velocidad de
conducción
↓ Frecuencia
marcapasos
Poco efecto
ICa, IK, If
↑ Velocidad de conducción
↑ Frecuencia marcapasos
INa, IK, ICa, If
↑ Frecuencia marcapasos
INa, IK, ICa
↑ Contractilidad
Nodo AV
Fibras de Purkinje
Rápida conducción del
potencial de acción
Marcapasos terciario
Músculo
Expulsar sangre desde
ventricular
los ventrículos
* Por ejemplo, adrenalina.
** Por ejemplo, acetilcolina.
Nodo Sinusal El nodo sinusal se encuentra en la
aurícula derecha y es el sitio primario de origen
de las señales eléctricas en el corazón de los
mamíferos (Tabla 21-3). Es la región eléctrica más
pequeña del corazón y normalmente constituye el
marcapasos más rápido, con una frecuencia
intrínseca de 60 latidos por minuto o más en un
individuo en reposo. Las células del nodo SA son
osciladores estables cuyas corrientes varían
siempre en el tiempo. La interacción entre tres
corrientes de membrana tiempo y voltaje
dependientes (ICa, IK y If) controla la ritmicidad del
81
↓ Velocidad de
conducción
↓ Frecuencia
marcapasos
↓ Frecuencia
marcapasos
Poco efecto
nodo SA. La suma de una corriente decreciente
hacia afuera (IK; la curva verde en Fig. 21-4A), y
dos corrientes crecientes hacia adentro (ICa y IF;
curvas roja y azul en Fig. 21-4A) producen la
despolarización lenta del marcapasos (fase 4
asociada al nodo SA). El potencial diastólico
máximo (i.e., el Vm más negativo) de las células
del nodo SA, ocurre durante la fase 4 del
potencial de acción 4, y se encuentra entre -60mV
4
NdT: Técnicamente el potencial diastólico máximo se
encuentra en el límite entre la fase 3 (repolarizante) y
Capítulo 21 • Electrofisiología cardíaca y electrocardiograma
y -70mV. A medida que el potencial de membrana
aumenta por encima del umbral de alrededor de 55mV, la ICa se vuelve cada vez más activa y
eventualmente
se
torna
regenerativa,
produciendo el ascenso del potencial de acción.
Esta despolarización rápidamente apaga (i.e.,
desactiva) a la If, y el proceso entero comienza de
nuevo.
Estas corrientes de membrana están bajo control
de agentes circulantes locales (por ejemplo,
acetilcolina, adrenalina y noradrenalina) y
también son objetivos terapéuticos de agentes
designados para modular el ritmo cardíaco.
Nodo Aurículo-Ventricular El nodo AV localizado
justo por debajo del anillo aurículo-ventricular, es
el sitio secundario de origen de las señales
eléctricas en el corazón de los mamíferos.
Normalmente, el nodo AV es excitado por un
impulso que lo alcanza por las vías de conducción
especializadas auriculares (ver después). Similar al
nodo SA, la ritmicidad intrínseca del nodo AV
depende de la interacción de las tres corrientes
tiempo y voltaje dependientes: IK, ICa y If.
Eléctricamente, ambos nodos comparten muchas
propiedades; poseen similares potenciales de
acción, mecanismos marcapasos, sensibilidad a
las drogas y una similar conducción lenta de los
potenciales de acción. Debido a que la frecuencia
marcapasos intrínseca del nodo AV es más lenta
(~40 descargas/minuto) que la del nodo SA, no es
capaz de determinar la frecuencia cardíaca y por
eso se lo considera un marcapasos secundario. De
todas maneras, si el nodo SA fallara, el AV puede
asumir el control de la frecuencia cardíaca
exitosamente.
Fibras de Purkinje El sistema His-Purkinje se
origina en el nodo AV con el haz de His, el cual se
divide para formar las ramas izquierda y derecha
(Fig. 21-1). La rama derecha conduce la señal
eléctrica al ventrículo derecho y la rama izquierda
lo hace hacia el ventrículo izquierdo. La anatomía
de la rama izquierda es variable, pero
frecuentemente se divide en dos fascículos –el
anterosuperior y el posteroinferior.
la fase 4 (despolarizante) de los potenciales de acción
lentos o cálcicos.
Las células de las fibras de Purkinje poseen la
frecuencia
marcapasos
más
lenta
(20
descargas/minuto o menos). Así, las células de las
fibras de Purkinje, se vuelven un marcapasos
funcional solo si el nodo SA y AV fallan, por lo que
se las considera el marcapasos terciario. Por otro
lado, el haz de His y las fibras de Purkinje son un
sistema de conducción efectivo dentro de los
ventrículos, debido a que conducen los
potenciales de acción más rápido que cualquier
otro tejido dentro del corazón (Tabla 21-4).
El potencial de acción de las fibras de Purkinje
depende de cuatro corrientes de membrana
voltaje y tiempo dependientes: INa (no presente
en el nodo SA y AV), IK, ICa y If. El potencial
diastólico máximo es -80mV. Desde este Vm
negativo, estas células producen una
despolarización marcapasos muy lenta (fase 4)
que depende de la If. Debido a su baja frecuencia
de descarga espontánea, y por su relativa
incapacidad de alcanzar el umbral y disparar un
potencial de acción, las células de Purkinje son
marcapasos poco fiables. Normalmente, el
potencial de acción que pasa a través del nodo AV
activa las fibras de Purkinje resultando en un
ascenso rápido (fase 0) del potencial de
membrana, mediado por INa y ICa. Debido a que la
INa es grande, las fibras de Purkinje conducen el
potencial de acción rápidamente.
Tabla 21-4 Velocidades de conducción en diferentes
tejidos cardíacos
Tejido
Velocidad de
conducción (m/s)
Nodo SA
Vías de conducción
auricular
Nodo AV
Haz de His
Sistema de Purkinje
Músculo ventricular
0,05
1
0,05
1
4
1
Los miocitos ventriculares y
auriculares disparan potenciales de
acción pero no tienen actividad de
marcapasos
82
Sección IV • El sistema cardiovascular
Los potenciales de reposo de los miocitos
auriculares y ventriculares son sustancialmente
más negativos (alrededor de -80mV) que el
potencial diastólico máximo de las células del
nodo SA y AV (Fig. 21-1).
Músculo auricular Dentro de cada aurícula, el
potencial de acción se propaga a lo largo de los
cardiomiocitos célula a célula. El potencial de
acción del músculo auricular depende de tres
corrientes de membrana tiempo y voltaje
dependiente: INa, IK, ICa. Normalmente no existe
actividad espontánea (i.e., actividad marcapasos)
en el músculo auricular. Ha sido propuesto que el
músculo auricular posee cuatro haces musculares
de conducción (Fig. 21-1). Uno, el haz de
Bachman (banda miocárdica interauricular
anterior), es interauricular y conduce el potencial
de acción cardíaco desde el nodo SA hacia la
aurícula izquierda. Las otras tres vías –la anterior,
media y posterior- aparentemente conducen el
potencial de acción desde el nodo SA hacia el
nodo AV. De esta manera, el primer paso en la
propagación del potencial de acción cardíaco es la
despolarización de la aurícula, siguiendo un eje
general de derecha a izquierda y hacia abajo (Fig.
21-5, paso 1).
Si la conducción a través del nodo AV es
bloqueada, los ventrículos no se activarán
eléctricamente y no se contraerán. La actividad
espontánea que puede surgir en las fibras de las
células de Purkinje puede proveer la señal
eléctrica necesaria para activarlos, pero esta
activación ocurre normalmente a muy baja
frecuencia, por lo que la actividad marcapasos de
las fibras de Purkinje no es confiable.
Músculo ventricular Después de que el potencial
de acción alcanza el nodo AV este viaja, a través
de la red His-Purkinje, hacia el músculo
ventricular. El único acceso eléctrico entre
músculo auricular y ventricular es el nodo AV.
Debido a ésta conexión singular entre aurículas y
ventrículos, existe una secuencia de activación
eléctrica bien definida a través del rápido sistema
de conducción de la red His-Purkinje hacia los
ventrículos. Dentro del músculo ventricular, los
potenciales de acción se conducen célula a célula.
Los pasos 2 a 6 en la Fig. 21-5 muestran la
83
secuencia de eventos durante la activación
ventricular, la cual es completada en ~100ms:
Paso 2: el septum interventricular se despolariza
de izquierda a derecha. 5
Paso 3: la región anteroseptal se despolariza.
Paso 4: el miocardio siempre se despolariza desde
el endocardio hacia el epicardio. El ventrículo
izquierdo se despolariza en el ápice mientras que
las fibras de Purkinje están todavía en el proceso
de conducir el potencial de acción hacia la base
del ventrículo izquierdo.
Paso 5: La despolarización se conduce desde el
ápice hacia la base conducida por las fibras de
Purkinje. Esta despolarización hacia la base
comienza incluso mientras la señal en el ápice se
sigue propagando desde el endocardio hacia el
epicardio. La última región en despolarizarse es la
región posterobasal del ventrículo izquierdo.
Paso 6: los ventrículos se encuentran totalmente
despolarizados.
El potencial de acción del músculo ventricular
depende de tres corrientes de membrana tiempo
y voltaje dependientes: INa, IK, ICa (Fig. 21-4B). El
músculo ventricular no posee la If, y las células
ventriculares sanas no poseen actividad
marcapasos. Comenzando desde un potencial de
reposo de -80mV el rápido ascenso del potencial
de acción ventricular resulta de la activación INa
por un estímulo externo (por ejemplo, un impulso
conducido por las fibras de Purkinje o por una
célula muscular ventricular vecina). La corriente
de Ca2+ tiene particular importancia en el músculo
ventricular debido a que provee la entrada de
Ca2+ que activa la liberación de Ca2+ desde el
retículo sarcoplasmático. La rápida repolarización
(fase 1), la meseta (fase 2) y la repolarización
(fase 3) parecen estar gobernadas por
mecanismos similares a los que se encuentran en
las fibras de Purkinje. De todas maneras, la
meseta es prolongada en las células musculares
debido a que la entrada y salida de corrientes se
5
NdT: Esto es así ya que la rama izquierda del haz de
His es más corta y ancha que la rama derecha, lo que
implica una menor resistencia eléctrica y por lo tanto
una mayor intensidad de corriente en la rama
izquierda que provoca un vector resultante dirigido de
izquierda a derecha.
Capítulo 21 • Electrofisiología cardíaca y electrocardiograma
contrarrestan a lo largo del tiempo (curvas verde,
naranja y roja en Fig.21-4B).
Una vez que el músculo ventricular está activado
eléctricamente, es refractario a una activación
adicional. Este período refractario efectivo surge
debido a que las corrientes entrantes (INa y ICa)
responsables de la activación son inactivadas por
la despolarización de la membrana (Fig. 21-4B). El
período refractario efectivo es el mismo que el
período refractario absoluto en los nervios y
músculo esquelético. Durante el período
refractario efectivo, un estímulo eléctrico
adicional no tendrá efecto en el potencial de
acción. Al final de la meseta, la célula se vuelve a
repolarizar a medida que la IK aumenta su
magnitud. A medida que la ICa y la INa se recuperan
de su inactivación, el período refractario relativo
comienza. Durante este período, un estímulo
eléctrico adicional puede producir un potencial de
acción, pero más pequeño que uno normal 6. La
refractariedad provee al corazón un margen de
seguridad eléctrico debido a que previene
marcapasos
patológicos
disparen
latidos
ectópicos. Una contracción extrasistólica puede
volver al corazón una bomba menos eficiente. La
refractariedad también previene la tetania, un
fenómeno observado en el músculo esquelético.
La tetania cardíaca significaría una sístole
perpetua y, en consecuencia, no más
contracciones.
La acetilcolina y las catecolaminas
modulan
la
actividad
de
marcapasos, la velocidad de
conducción y la contractilidad
En principio, el nodo sinusal puede disminuir su
frecuencia de disparo (i.e., efecto cronotrópico
negativo) por tres mecanismos.
6
NdT: En el período refractario relativo los canales de
Na+ comienzan a reactivarse paulatinamente. Por lo
tanto ante un estímulo, de mayor intensidad que el
necesario para generar un potencial de acción
normalmente, puede evocarse una respuesta cuya
amplitud dependerá de cuanto se acerque en ese
momento el potencial de membrana al de reposo.
Figura 21-5 Secuencia de despolarización en el tejido
cardíaco.
Primero, la pendiente de la despolarización
diastólica espontánea (fase 4) puede volverse
menos “empinada”, aumentando así el tiempo
necesario para que el Vm alcance el umbral (Fig.
21-6A, curva azul). De esta manera, la diástole es
mayor y la frecuencia cardíaca disminuye.
Segundo, el potencial diastólico máximo puede
84
Sección IV • El sistema cardiovascular
volverse más negativo (Fig. 21-6B, curva verde).
En este caso, comenzando a valores más bajos, el
Vm requiere un tiempo mayor para alcanzar su
umbral, asumiendo que no hay cambios en la
pendiente de la fase 4 (despolarización diastólica
espontánea). Tercero, el umbral para el potencial
de acción puede volverse más positivo (Fig. 21-6C,
curva violeta). Así, asumiendo que no hay
cambios ni en el potencial diastólico máximo ni en
Figura 21-6 Modulación de la actividad marcapasos.
85
la pendiente de la fase 4, el Vm requiere un
tiempo mayor para alcanzar el nuevo umbral más
positivo. Obviamente, una combinación de estos
tres mecanismos puede potenciar el efecto.
Contrariamente, las células del nodo sinusal
pueden usar cualquiera de estos tres mecanismos
en sentido inverso para aumentar su frecuencia
de disparo (efecto cronotrópico positivo).
Capítulo 21 • Electrofisiología cardíaca y electrocardiograma
Acetilcolina El nervio vago, el cual pertenece al
sistema parasimpático, libera acetilcolina en el
nodo SA y AV disminuyendo la actividad
marcapasos intrínseca por los tres mecanismos
discutidos en el párrafo precedente. Primero, la
acetilcolina disminuye la If en el nodo SA (tabla
21-1), reduciendo la pendiente de la fase 4
(despolarización diastólica espontánea) (Fig. 216A). Segundo, la acetilcolina abre los canales
GIRK, incrementando la conductancia al potasio y
haciendo más negativo el potencial diastólico
máximo del nodo SA (Fig. 21-6B). Tercero, la
acetilcolina reduce la ICa en el nodo SA,
reduciendo así la pendiente de la fase 4 (Fig. 216A). Estos tres efectos cooperan para aumentar lo
que tarda el nodo SA en despolarizarse hasta su
umbral; el efecto neto es disminuir la frecuencia
cardíaca.
Los efectos de la acetilcolina en el nodo AV son
similares a los efectos en el nodo SA. De todas
maneras, debido a que la actividad marcapasos
no reside normalmente en el nodo AV, los efectos
fisiológicos de la acetilcolina en este solo incluye
disminuir la velocidad de conducción. El
mecanismo es la inhibición de la ICa lo que genera
un umbral más positivo para las células del nodo
AV. Dado que es más difícil para una célula
despolarizar a sus vecinas hasta el umbral, la
velocidad de conducción disminuye.
Catecolaminas El corazón cuenta con una gran
cantidad de nervios simpáticos, los cuales liberan
principalmente noradrenalina. Sumado a esto, la
médula suprarrenal libera adrenalina a la
circulación. Las catecolaminas, que actúan a
través de los receptores adrenérgicos β1,
producen un aumento de la frecuencia cardíaca
por dos mecanismos. En primer lugar, las
catecolaminas incrementan la If de las células
nodales, aumentando así la pendiente de la fase 4
(i.e., el efecto opuesto a la Fig. 21-6A). En
segundo lugar, las catecolaminas incrementan la
ICa en todas las células miocárdicas. El incremento
de la ICa en las células nodales incrementa la
pendiente de la fase 4 (i.e., el efecto opuesto a la
Fig. 21-6A) y también vuelven el umbral más
negativo (i.e., el efecto opuesto a la Fig. 21-6C).
Nótese que las catecolaminas no parecen cambiar
el potencial diastólico máximo. Estas, de todas
maneras, producen potenciales de acción más
cortos como resultado de las acciones que tienen
en
varias
corrientes
específicas.
Maniobras Vagales
Si un paciente tiene una taquicardia auricular, como el
aleteo auricular o la fibrilación auricular, los impulsos
eléctricos desde el nodo AV o regiones superiores
pueden alcanzar los ventrículos y llevarlos a una
frecuencia alta. La frecuencia ventricular puede volverse
tan alta que la eficiencia del bombeo puede verse
entorpecida. Debido a que todos los impulsos que
activan los ventrículos pasan a través del nodo AV,
usando acetilcolina para disminuir la velocidad de
conducción por este nodo, es posible disminuir la
frecuencia ventricular. Así, las llamadas maniobras
vagales que incrementan el tono parasimpático, pueden
disminuir la frecuencia ventricular. Un ejemplo de esto
es la maniobra de Valsalva. Durante la maniobra de
Valsalva, uno hace un esfuerzo espiratorio forzado
contra la vía aérea cerrada, aumentando la presión
intratorácica. Luego, al abrir la vía aérea la presión
intratorácica cae, entonces la ahora incrementada
presión transmural estira la aorta, estimulando los
barorreceptores aórticos y disparando la activación
refleja del nervio vago. Alternativamente, un masaje en
la bifurcación de la arteria carótida en el cuello estira
directamente la pared del seno carotídeo, estimulando
los barorreceptores. De esta forma, por cualquiera de
estas maniobras, las señales de descarga de los
barorreceptores estimulan al nervio vago, disminuyendo
la frecuencia cardíaca.
Los compuestos digitálicos pueden ser utilizados para
tratar las taquicardias supraventriculares debido a que
estas drogas incrementan el tono vagal y disminuyen el
simpático, de esta manera disminuyendo la conducción
de los impulsos auriculares a través del nodo AV. Los
pacientes con falla cardíaca congestiva pueden tener un
tono vagal bajo y uno simpático alto. En estos pacientes,
las drogas digitálicas incrementan la contractilidad
miocárdica y el gasto cardíaco, causando un incremento
reflejo en el tono vagal.
En el músculo ventricular y auricular, las
catecolaminas causan un incremento en la fuerza
de contracción (efecto inotrópico positivo) por
cuatro razones. Primero, el incremento de la ICa
(i.e., la entrada de Ca2+) conduce a un mayor
incremento en la [Ca2+]i así como también una
mayor liberación Ca2+ inducida por Ca2+. Segundo,
las catecolaminas incrementan la sensibilidad al
Ca2+ del canal del retículo sarcoplasmático (RS)
que libera Ca2+ (canal de rianodina). Tercero, las
86
Sección IV • El sistema cardiovascular
catecolaminas potencian el bombeo de Ca2+
dentro del RS mediante la estimulación de la
bomba de Ca2+ SERCA, incrementando así las
reservas de Ca2+ para una liberación futura. Por
último, en cuarto lugar, el incremento de la ICa le
ofrece más Ca2+ a la SERCA; incrementando, de
esta manera, las reservas de Ca2+ a lo largo del
tiempo.
Los cuatro mecanismos logran una mayor
cantidad de Ca2+ disponible para unirse a la
Troponina C, logrando una contracción más
fuerte.
EL ELECTROCARDIOGRAMA
El electrocardiograma
generalmente incluye cinco ondas
El electrocardiograma (ECG) es la herramienta
clínica estándar usada para registrar la actividad
eléctrica del corazón. Es un registro de pequeñas
señales extracelulares producidas por el
movimiento de potenciales de acción a través de
los miocitos cardíacos. Para obtener un ECG
estándar de 12 derivaciones se ponen dos
electrodos en las extremidades superiores, dos
en las inferiores y seis en sitios predefinidos del
pecho. Al combinarse, los electrodos de las
extremidades generan las seis derivaciones de los
miembros (tres estándares y tres aumentadas) y
los electrodos del pecho generan las derivaciones
precordiales. En una derivación, un electrodo
actúa como el lado positivo de un voltímetro y
uno u otros electrodos como el lado negativo. Así,
una derivación registra las fluctuaciones en las
diferencias de voltaje entre un electrodo positivo
y otro negativo. Al variar cual electrodo es
positivo y cual es negativo, se obtiene un ECG
estándar de 12 derivaciones. Cada derivación
mira al corazón desde un ángulo y plano único.
Las fluctuaciones en los voltajes registrados por
cada derivación varían desde fracciones de
milivolts a varios milivolts. Estas fluctuaciones son
llamadas ondas y son nombradas con las letras
del alfabeto (Fig. 21-7). La onda P refleja la
despolarización del músculo de las aurículas. El
complejo QRS representa la despolarización del
músculo de los ventrículos. La onda T representa
la repolarización de ambos ventrículos.
87
Finalmente, la rara vez vista onda U quizás refleje
la repolarización de los músculos papilares. La
forma y la magnitud de estas ondas es diferente
en cada derivación dado que cada una mira a la
actividad eléctrica del corazón desde una posición
única en el espacio. Por el descubrimiento del
funcionamiento del electrocardiograma, Willem
Einthoven ganó el Premio Nobel de Fisiología o
Medicina en 1924.
Dado que el electrocardiógrafo usa electrodos
colocados en la piel para medir la actividad
eléctrica cardíaca, requiere amplificadores
especiales. El electrocardiógrafo también tiene
filtros eléctricos que reducen el ruido. El
movimiento de las extremidades, la respiración,
toser, tiritar y el falso contacto entre la piel y los
electrodos puede producir artefactos en el
registro.
Puesto que el movimiento de las cargas (i.e., la
dispersión de la onda de la actividad eléctrica del
corazón) tiene dirección y magnitud, la señal
medida por el electrocardiógrafo es un vector. El
sistema que los médicos usan para medir el
vector cardíaco de tridimensional tiempo
dependiente es simple de entender y fácil de
implementar, pero puede ser difícil de
interpretar.
Un par de electrodos del
electrocardiograma define a una
derivación
Para registrar los complicados vectores tiempo
dependientes del corazón, los médicos o los
técnicos en electrocardiograma tienen un sistema
de derivaciones en dos planos perpendiculares.
Un plano, el plano frontal, está definido por las
seis derivaciones de los miembros (Fig. 21-8A).
Perpendicular al anterior se encuentra el plano
horizontal, definido por las seis derivaciones
precordiales (Fig. 21-8B). Cada derivación es un
eje en alguno de los planos sobre el cual el
corazón proyecta su actividad eléctrica. El registro
electrocardiográfico de una única derivación
muestra solo cómo esa derivación ve los cambios
tiempo dependientes del voltaje del corazón.
Los antiguos electrocardiógrafos registraban la
información de las 12 derivaciones de una a la
vez, secuencialmente. Así, los eventos
Capítulo 21 • Electrofisiología cardíaca y electrocardiograma
relativamente raros capturados por el registro de
una derivación podían no ser bien reflejados en
las otras, obtenidas en un tiempo diferente. Los
electrocardiógrafos modernos registran las
derivaciones sincrónicamente en grupos de 3 o
12. Dado que un vector eléctrico del corazón
consiste en una única señal tiempo dependiente,
podríamos pensar que un registro de tres
derivaciones sería suficiente para localizarlo en el
espacio. En principio, es verdad: solo dos
derivaciones en un plano y una en el otro son
necesarias para definir completamente un vector
eléctrico en cualquier momento. De todos modos,
los registros de 12 derivaciones son en extremo
útiles dado que la señal de interés puede ser más
fácil de ver desde una derivación que desde otra.
Por ejemplo, el infarto agudo de miocardio que
involucra la parte inferior (diafragmática) del
corazón puede ser visto más fácil en las
derivaciones I, II y aVF, pero puede pasar
completamente desapercibido (o producir
cambios recíprocos) en otras derivaciones.
Figura 21-7 Componentes del registro electrocardiográfico.
Derivaciones de los miembros Se obtiene un ECG
de 12 derivaciones al tener al paciente relajado
en posición supina y conectado a cuatro
electrodos colocados en sus extremidades (Fig.
21-8A). Eléctricamente, el torso y las
extremidades son vistas como un triángulo
equilátero (Triángulo de Einthoven) con un
vértice apuntando a la ingle y los otros dos en los
hombros (Fig. 21-9A). Dado que el organismo es
un “conductor volumétrico”, la fijación de un
electrodo en un brazo es eléctricamente
equivalente a la conexión por el hombro.
También la conexión por un pié es equivalente a
una conexión en la ingle. Por convención, la
pierna izquierda representa la ingle. El cuarto
electrodo, conectado a la pierna derecha, es
usado como toma a tierra. Las tres derivaciones
iniciales de los miembros representan la
diferencia entre dos electrodos de los miembros:
I(positivo en brazo izquierdo, negativo en brazo
derecho). Esta derivación define un eje en el
plano frontal a 0° (Fig. 21-9A, B).
II(positivo en pierna izquierda, negativo en brazo
derecho). Esta derivación define un eje en el
plano frontal a 60°.
III(positivo en pierna izquierda, negativo en brazo
izquierdo) Esta derivación define un eje en el
plano frontal a 120°.
Una reconstrucción electrónica de las conexiones
de los tres miembros define un punto de
referencia eléctrico en el medio del corazón (Fig.
21-9A) que constituye la conexión negativa para
las derivaciones “aumentadas” de los miembros
así como también para las derivaciones
precordiales. Las tres derivaciones de los
miembros unipolares aumentadas comparan el
88
Sección IV • El sistema cardiovascular
electrodo de un miembro con el promedio de las
Figura 21-8 Las derivaciones del ECG.
89
otras dos:
Capítulo 21 • Electrofisiología cardíaca y electrocardiograma
Figura 21-9 Ejes de las derivaciones de los miembros. En A, el plano frontal de las derivaciones de los miembros se
comporta como si estuviera localizado en los hombros (RA, hombro derecho; LA hombro izquierdo) y en la ingle (LL,
pié izquierdo). Las derivaciones I, II y III están separadas una de otra por 60°. Las derivaciones aumentadas,
referenciadas al centro del corazón, dividen en dos partes iguales a los ángulos de 60° formados por las derivaciones I,
II y III. En B, se trasladaron cada una de las seis derivaciones frontales para que pasen por un punto común, definiendo
un sistema polar coordinado que provee vistas del corazón a intervalos de 30°.
aVR (positivo en brazo derecho, conexión
negativa definida electrónicamente en el medio
del corazón). El eje definido por esta derivación se
encuentra en el plano frontal a -150° (Fig. 21-9B).
La a es por aumentado, y la V representa
unipolar.
aVL (positivo en brazo izquierdo, negativo en el
medio del corazón). El eje definido por esta
derivación en el plano frontal se encuentra a -30°.
aVF (positivo en el pié izquierdo, negativo en el
medio del corazón). El eje definido por esta
derivación en el plano frontal se encuentra a
+90°.
Así, los lados positivos y negativos de estas seis
derivaciones definen ejes cada 30 grados en el
plano frontal (Fig. 21-9B).
Derivaciones precordiales Estas derivaciones se
colocan en el plano transversal, perpendiculares
al plano de las derivaciones de los miembros. La
conexión positiva es cada una de las seis
conexiones diferentes del tórax (Fig. 21-8B), y la
conexión negativa está definida electrónicamente
en el medio del corazón al promediar los tres
electrodos de los miembros. Las derivaciones
resultantes se denominan de V1 a V6, donde V
significa unipolar:
V1: cuarto espacio intercostal paraesternal
derecho
V2: cuarto espacio intercostal paraesternal
izquierdo
quinto
espacio
intercostal
línea
V4:
medioclavicular
V3: mitad de distancia entre V2 y V4
V6: quinto espacio intercostal línea axilar media
V5: mitad de distancia entre V4 y V6
También es posible, en raras ocasiones, obtener
derivaciones especiales al emplear la misma
conexión negativa usada para las derivaciones
unipolares y utilizar a las derivaciones
precordiales como una conexión positiva “de
prueba”. Las derivaciones especiales que se
utilizan incluyen a una derivación esofágica y a
una intratorácica (por ejemplo, usada para
obtener registros del haz de His.
90
Sección IV • El sistema cardiovascular
Figura 21-10Modelo de dos células del ECG.
Un simple modelo de dos células
puede explicar cómo surge el
electrocardiograma
Podemos ilustrar cómo surge el ECG a partir de la
propagación de los potenciales de acción, a través
del sincicio funcional que forman los miocitos, al
examinar la actividad eléctrica en dos células
vecinas, A y B, conectadas por uniones gap (Fig.
91
21-10A). La despolarización y el potencial de
acción comienzan en la célula A (Fig. 21-10A,
registro verde). La corriente desde la célula A
luego despolariza a la célula B a través de las
uniones gap e inmediatamente después gatilla un
potencial de acción en la célula B (VB). Si quitamos
los registros VB de los registros de VA, podemos
obtener la diferencia de voltaje VA-VB (Fig. 2110B).
Capítulo 21 • Electrofisiología cardíaca y electrocardiograma
Interpretación básica del ECG
El electrocardiograma provee una medida directa de la frecuencia, el ritmo y el vector eléctrico tiempo dependiente del corazón.
También provee información fundamental acerca del origen y la conducción de los potenciales de acción cardíacos. Dado que las
diferentes partes del corazón se activan secuencialmente, podemos atribuir los cambios tiempo dependiente del vector eléctrico a
diferentes partes del corazón. La onda P refleja la despolarización auricular. El complejo QRS comprende a la despolarización
ventricular. La onda T muestra la repolarización ventricular.
El papel del electrocardiograma es una grilla de pequeños cuadrados de 1 mm y de cuadrados más grandes de 5 mm. El eje vertical
está calibrado a 0,1 mV/mm; el eje horizontal (tiempo), a 0,04 s/mm (cuadradito) o 0,2 s/5 mm (cuadrado). De esta manera, 5 de
los cuadrados más grandes corresponden a 1 s (Fig. 21-11).
Frecuencia
Podemos establecer la frecuencia de dos maneras. El método directo es medir el número de segundos entre las ondas del mismo
tipo, por ejemplo, el intervalo RR. El cociente de 60 dividido el intervalo en segundos es la frecuencia cardíaca en latidos por
minuto:
Frecuencia (latidos/minuto) = (60 s/min) / [intervalo RR (s/latido)]
Un método alternativo y más rápido es muy popular. Medir el número de los cuadrados grandes entre un intervalo RR y recordar
la serie: 300, 150, 100, 75, 60, 50 –que corresponden a los intervalos de 1, 2, 3, 4, 5 o 6 cuadrados grandes. De esta manera,
Frecuencia = 300 / (número de cuadrados grandes)
Ritmo
La determinación del ritmo es más compleja. Uno debería poder contestar las siguientes preguntas: ¿Dónde está el marcapasos del
corazón? ¿Cuál es la vía de conducción entre el marcapasos y las demás células cardíacas? ¿El marcapasos funciona regularmente y
a la velocidad correcta? El marcapasos normal es el nodo SA; la señal luego se propaga hacia el nodo AV y activa los ventrículos.
Cuando el corazón sigue esta secuencia a una frecuencia normal, el ritmo se llama sinusal.
Un examen cuidadoso de los intervalos, duraciones y segmentos del trazado de un ECG puede revelar una gran cantidad de
información acerca de los potenciales de acción (Fig. 21-7). La duración de la onda P indica cuanto demora la despolarización
auricular. El intervalo PR nos muestra cuanto le lleva al potencial de acción conducirse a través del nodo AV antes de activar a los
ventrículos. La duración del QRS revela cuanto le toma a la onda de despolarización esparcirse a través de los ventrículos. El
intervalo QT indica cuanto tiempo los ventrículos se mantienen despolarizados y es una medida algo grosera de la duración del
potencial de acción ventricular. El intervalo QT se acorta a medida que la frecuencia cardíaca se incrementa, reflejando la
disminución en la duración de los potenciales de acción que se observa a altas frecuencias. Sumado a esto, muchas otras
alteraciones en estas ondas –y los segmentos que las separan- reflejan importantes cambios fisiológicos y patológicos en el
corazón.
Eje en el plano frontal
La determinación del vector de corriente que fluye a través del corazón no es solamente un ejercicio intelectual sino que puede
tener importancia clínica. El eje normal de la despolarización ventricular en el plano frontal se encuentra entre -30 y +90 grados.
Sin embargo, este eje puede cambiar en diferentes situaciones patológicas, incluida la hipertrofia de uno o ambos ventrículos (una
consecuencia común de la hipertensión prolongada) y los bloqueos de una o varias vías de conducción ventricular.
Podemos utilizar dos enfoques para medir el eje en el plano frontal (i.e., con el uso de las derivaciones de los miembros). El
primero es más preciso, pero el segundo es más rápido, fácil y suficiente para los propósitos clínicos.
El primer método es el geométrico. Este utiliza nuestro conocimiento de los ejes en las diferentes derivaciones y la magnitud de la
onda proyectada en al menos dos derivaciones del plano frontal. Este método involucra cinco pasos:
Paso 1: Medir la altura de la onda en el ECG en dos derivaciones, usando una unidad arbitraria (el número de cuadraditos, por
ejemplo). Una deflexión positiva es aquella que está por encima de la línea de base, y una negativa es aquella que está por debajo.
En el ejemplo de la figura 21-12A estimamos el eje de la onda R del complejo QRS. La onda R está +2 unidades en la derivación II y 1 unidad en la derivación aVR.
Paso 2: Marcar la altura de las deflexiones medidas en las correspondientes derivaciones en un círculo de ejes. Cualquier unidad
utilizada es suficiente si seguimos utilizando la misma en las siguientes marcaciones. Comenzando desde el centro del círculo,
marcamos las deflexiones positivas hacia la cabeza de la flecha y las deflexiones negativas hacia la cola de la flecha.
Paso 3: Dibujar líneas perpendiculares al eje de la derivación a través de las dos marcas.
(continúa)
92
Sección IV • El sistema cardiovascular
Paso 4: Conectar el centro del círculo de ejes (cola del vector) con la intersección de las dos líneas perpendiculares (cabeza del
vector). En nuestro ejemplo, la intersección está cerca del eje de aVF.
Paso 5: Estimar el eje del vector que corresponde a la onda R, usando la escala de ángulos del círculo de ejes. En este caso, el
vector se encuentra alrededor de los 95 grados, justo al lado de aVF (i.e., 90 grados).
El segundo enfoque es un método de inspección cualitativo. Utiliza la variación de las magnitudes de la onda de interés en los
registros de las diferentes derivaciones. Cuando la onda es isoeléctrica (i.e., no hay deflexión o esta es igualmente positiva y
negativa), el vector eléctrico responsable para esa proyección debe ser perpendicular a la derivación isoeléctrica, como hemos
visto para el modelo de dos células en la figura 21-10B. El método de inspección requiere dos pasos.
Paso 1: Identificar una derivación en la cual la onda de interés sea isoeléctrica (o aproximadamente isoeléctrica). En el
ejemplo de la figura 21-12B, el complejo QRS es isoeléctrico en aVL (-30 grados). El vector debe ser perpendicular (o
aproximadamente perpendicular) a esa derivación (i.e., aVL). En nuestro ejemplo, el vector debe estar a 90 grados desde los 30 grados y por lo tanto se encontrará a los +60 o -120 grados. Dado que las derivaciones del plano frontal se encuentran cada
30 grados, cada derivación tiene otra que es su perpendicular.
Paso 2: Identificar una derivación en la cual la onda es altamente positiva. En la figura 21-12B esta sería DII. El vector estará
aproximadamente en la misma dirección que esa derivación. Dado que la derivación II está a +60 grados, el eje del vector QRS
estará alrededor de +60 grados y no a -120 grados.
Si la onda de interés no es isoeléctrica en ninguna derivación, entonces hay que buscar dos derivaciones en las cuales las
proyecciones sean de similar magnitud y signo. El vector tendrá un eje a mitad de camino entre ambas derivaciones.
Ya hemos visto que de acuerdo a la ley de Ohm
(Ecuación 21-1), la corriente intracelular desde la
célula A hacia la célula B (IAB) es proporcional a
(VA-VB). La corriente extracelular que fluye desde
la zona de la célula B hacia la zona de la célula A
es igual pero opuesta a la dirección de la
corriente intracelular desde la célula A hacia la B.
Imaginemos que un voltímetro extracelular tiene
su electrodo negativo a la izquierda de la célula A
y su electrodo positivo a la derecha de la célula B
(formando una derivación con un eje de 0°
respecto a la dirección de la corriente). Durante la
subida del potencial de acción de la célula A,
mientras que la célula B está en reposo, (VA – VB)
y IAB son positivos, y el voltímetro detecta una
diferencia de potencial positiva (Fig. 21-10C) –
análoga al complejo QRS en un ECG real. Luego,
durante la recuperación del potencial de acción
en la célula A, mientras la célula B se mantiene
despolarizada, (VA – VB) y IAB son negativos, y el
voltímetro detectará una diferencia de voltaje
negativa. De la diferencia de voltaje extracelular
de la figura 21-10C, podemos concluir que cuando
la onda de despolarización se mueve hacia el
electrodo positivo habrá una deflexión positiva en
la diferencia de voltaje extracelular.
Si ponemos los dos electrodos en la unión entre
ambas células, con la conexión positiva abajo y la
93
conexión negativa arriba, podemos crear una
derivación con un eje de 90° con respecto a la
dirección de la corriente (Fig. 21-10D). Bajo estas
condiciones, podemos observar que no hay
diferencia de voltaje, dado que ambos electrodos
extracelulares sensan el mismo voltaje a cada
instante. Así, la deflexión de esa derivación será
isoeléctrica.
Si
colocásemos
nuestros
electrodos
extracelulares a un tercio de la configuración
anterior –con el electrodo positivo a la izquierda y
el negativo a la derecha- podríamos observar una
deflexión negativa durante la despolarización de
la célula A dado que la onda de despolarización se
movería alejándose del electrodo positivo (Fig.
21-10E).
El modelo simple de dos células demuestra que la
onda de despolarización se comporta como un
vector, con magnitud y dirección.
El aparente QRS de los registros de voltajes
extracelulares de nuestro análisis simplista de dos
células se debe a la propagación de la onda de
despolarización. El equivalente a la onda T es
negativo comparado con el equivalente al QRS, y
refleja la onda de repolarización. Si la célula A
tuviera un potencial de acción mucho más largo
(así, la corriente positiva se propagaría de A hacia
B luego de que el potencial de acción de B se haya
Capítulo 21 • Electrofisiología cardíaca y electrocardiograma
completado), el equivalente a la onda T sería
mayor. De esta manera, en promedio, los
miocitos ventriculares que se despolarizan
últimos son los primeros en repolarizarse. En
otras palabras, las células B tienen un potencial
de acción más corto que las células A.
¿Qué sucede con la onda P que vemos en los
electrocardiogramas reales? La onda P representa
la despolarización de los miocitos auriculares. En
nuestro modelo, podemos representar a la onda
P al introducir un segundo par de miocitos (i.e.,
las células auriculares) y permitir que disparen su
potencial de acción antes de que lo hagan los
miocitos ventriculares.
ARRITMIAS CARDÍACAS
Cualquier cambio en el ritmo sinusal normal del
corazón es definido como una arritmia. Aunque
algunas arritmias son patológicas, e incluso
amenazantes para la vida, otras son normales y
adaptativas, incluyendo la taquicardia sinusal y la
arritmia sinusal.
La taquicardia sinusal es una frecuencia cardíaca
más rápida que la normal, dirigida por el nodo
sinusal. Esta arritmia aparece en individuos
asustados o sorprendidos, o durante el ejercicio.
En ocasiones raras, la taquicardia sinusal puede
ser patológica, por ejemplo, en pacientes con
hipertiroidismo.
Arritmia sinusal es el nombre que se le da a un
fenómeno normal: un pequeño cambio de a
frecuencia cardíaca con cada ciclo respiratorio. En
la inspiración la frecuencia aumenta (ver capítulo
19); en la espiración disminuye 7. La
profundización de la respiración exagera este
fenómeno. La magnitud del efecto varía
ampliamente entre individuos. La frecuencia
cardíaca se mantiene siempre bajo el control del
nodo SA, pero variaciones cíclicas en el tono
7
NdT: El responsable de la arritmia sinusal podría ser el
Reflejo de Bainbridge (ver capítulo 23). Durante la
inspiración, la reducción de la presión intratorácica
incrementa el retorno venoso y los barorreceptores
auriculares aumentan su estiramiento, esto gatillaría la
leve taquicardia inspiratoria. En la espiración, el
retorno venoso disminuye junto con el estiramiento de
los barorreceptores auriculares, lo que conduciría a
una leve bradicardia.
simpático y parasimpático modulan la frecuencia
marcapasos del nodo sinusal. La pérdida de la
arritmia sinusal puede ser un signo de disfunción
autonómica sistémica, como se ve en los
pacientes diabéticos.
Aunque la lista de arritmias patológicas es grande,
dos problemas básicos son responsable de casi
todas: alteraciones en la conducción y
alteraciones en la automaticidad.
Las anormalidades de la conducción
son la principal causa de arritmias
Las alteraciones de la conducción componen la
principal categoría de arritmias. Los problemas de
la conducción tienen múltiples causas, pueden
ocurrir en cualquier punto de una vía de
conducción y pueden ser parciales o completas.
Las dos causas principales de perturbaciones en la
conducción son la despolarización y las
alteraciones anatómicas.
Cuando un tejido es lesionado (por estiramiento o
hipoxia, por ejemplo), las alteraciones de las
corrientes iónicas puede conducir a la
despolarización. Esta despolarización, por su
lado, inactiva parcialmente la INa y la ICa,
disminuyendo la propagación de la corriente (i.e.,
enlenteciendo la conducción). Como resultado, el
tejido se vuelve menos excitable (bloqueo
incompleto de la conducción) o completamente
inexcitable (bloque completo).
Otro tipo de anormalidad en la conducción surge
por la presencia de una vía aberrante de
conducción que representa una alteración
anatómica. Un ejemplo de esto es la vía de
conducción accesoria que transmite rápidamente
el potencial de acción desde las aurículas hacia los
ventrículos, saltándose al nodo AV, que
normalmente impone un retraso a la conducción.
Los pacientes con el síndrome de WolffParkinson-White tienen una vía accesoria llamada
haz de Kent. La existencia de una vía alternativa
de conducción entre aurículas y ventrículos
predispone a los individuos afectados a padecer
arritmias supraventriculares.
94
Sección IV • El sistema cardiovascular
Figura 21-11Un registro estándar de 12 derivaciones. Los registros fueron obtenidos sincrónicamente, tres
derivaciones por vez (I, II y III simultáneamente; aVR, aVL y aVF simultáneamente; V1, V2 y V3 simultáneamente; y V4, V5
y V6 simultáneamente). Un pulso de calibración de 1 mV y 200 ms es visible a la izquierda de cada una de las tres filas.
Las derivaciones están indicadas en los trazados. (Gracias a la División de Cardiología, Universidad de Maryland,
Escuela de Medicina, por obtener este registro de ECG.)
Bloqueo parcial (o incompleto) de la conducción
Existes tres tipos principales de bloqueos
parciales de la conducción: conducción
enlentecida, bloqueo intermitente y bloqueo
unidireccional. Vamos a retrasar la discusión
sobre el bloqueo unidireccional hasta que
hayamos considerado al fenómeno de reentrada.
En la conducción enlentecida, el tejido conduce
todos los impulsos, pero más lentamente que lo
normal. El bloqueo AV de primer grado refleja un
enlentecimiento de la conducción a través del
nodo AV. En un ECG, el bloqueo AV de primer
grado aparece como un intervalo PR más
95
duradero que lo normal (compare A y B en la
figura 21-14).
Un segundo ejemplo de bloqueo parcial de la
conducción es el bloqueo intermitente, en el cual
el tejido conduce algunos impulsos pero no otros.
En el nodo AV, el bloqueo intermitente está
representado por el bloqueo AV de segundo
grado, del cual hay dos tipos. Ambos tipos
reflejan el acoplamiento incompleto (i.e.,
intermitente) de las aurículas con los ventrículos.
En el bloqueo tipo Mobitz I (o bloqueo de
Wenckebach), el intervalo PR se va alargando
gradualmente de un ciclo a otro hasta que el
nodo AV falla completamente y no conduce el
Capítulo 21 • Electrofisiología cardíaca y electrocardiograma
impulso hacia los ventrículos (Fig. 21-14C). En el
bloqueo tipo Mobitz I es común ver que cada tres
o cuatro despolarizaciones auriculares aparece
una que no es conducida hacia los ventrículos. En
el bloqueo tipo Mobitz II, el intervalo PR es
constante latido a latido, pero cada un cierto
número de despolarizaciones auriculares falta
una ventricular. En la figura 21-14D, el primer
ciclo cardíaco es normal. De todos modos, la
segunda onda P no es seguida por un complejo
QRS y una T. Así, podemos decir que cada dos P,
un QRS se pierde (bloqueo 2:1).
Figura 21-12Estimación del eje del ECG en el plano frontal.
Otra forma de bloqueo intermitente de la
conducción, llamado bloqueo dependiente de la
frecuencia, refleja un estado patológico visto a
menudo en las ramas largas del sistema de HisPurkinje. Cuando la frecuencia cardíaca excede
cierto nivel crítico, el sistema de conducción
ventricular falla, presumiblemente debido a que
parte del sistema de conducción carece de
tiempo suficiente para repolarizarse. Con la falla
intermitente del sistema de His-Purkinje, los
impulsos se propagan de manera lenta e
ineficiente a través de los miocitos ventriculares
no especializados en conducción. Esta falla, sea
intermitente o continua, se denomina bloque de
rama y aparece en el ECG como ensanchamientos
intermitentes del complejo QRS (Fig. 21-14E).
Dado que este bloqueo impide la propagación
coordinada del potencial de acción a través de los
ventrículos, la contracción resultante pierde algo
de eficiencia.
Bloqueo completo de la conducción En el
bloqueo completo, o bloqueo AV completo,
ningún impulso se conduce a través del área
afectada, en ninguna dirección. Por ejemplo, el
bloqueo completo en el nodo AV impide que
cualquier impulso supraventricular gatille una
contracción ventricular. Así, el bloqueo del nodo
96
Sección IV • El sistema cardiovascular
AV separa eléctricamente a las aurículas de los
ventrículos, logrando que ambos ventrículos
estén bajo el control de sus propios ritmos
marcapasos. Esta situación es conocida como
disociación AV. Los únicos marcapasos
ventriculares disponibles para iniciar la
contracción ventricular son las fibras de Purkinje,
las cuales son poco fiables y notoriamente lentas.
Así, el gasto cardíaco puede disminuir junto con la
presión sanguínea. La disociación AV también
puede constituir una emergencia médica, y la
colocación de un marcapasos puede salvar la vida
del paciente. En un ECG, el bloqueo completo se
ve como ondas P regularmente separadas (i.e., el
nodo SA regula la contracción auricular) y
complejos QRS irregularmente separados, de baja
frecuencia y sin una relación fija con las ondas P
(Fig. 21-14F).
Infarto de miocardio
El infarto agudo de miocardio, o ataque cardíaco, comienza con la oclusión de una arteria coronaria. La región del miocardio
irrigada por esa arteria coronaria se ve deprivada de oxígeno y sus células morirán a menos que se restaure en poco tiempo el
flujo sanguíneo. Durante las etapas iniciales, las células miocárdicas se encuentran eléctricamente activas pero su función se
altera, produciendo cambios característicos en el ECG. Un bloqueo completo pero transitorio del flujo sanguíneo al miocardio –
incluso aunque este no lleve a la muerte celular- puede conducir a cambios en el patrón normal del ECG, similares a aquellos
que se ven durante la fase aguda del infarto de miocardio. Debido a que el flujo sanguíneo es regional, las áreas que se infartan
también son regionales. Así, el médico puede observar mejor los cambios en la actividad eléctrica al examinar derivaciones
específicas del ECG que proveen una mejor vista del área de miocardio involucrada.
El primer cambio eléctrico asociado a un infarto agudo de miocardio son las ondas T picudas, seguido poco tiempo después
por la inversión de la onda T. Estos cambios en la onda T son inespecíficos para el infarto y son reversibles si el flujo sanguíneo
se restaura.
El próximo cambio, y uno de los más característicos del infarto de miocardio, es la elevación del segmento ST. Este cambio
ocurre porque los miocitos más cercanos al epicardio se despolarizan por la injuria celular anóxica, pero aun siguen conectados
eléctricamente. Volviendo al modelo de dos células (Fig. 21-13A), consideremos la célula de la izquierda (célula A) como una
célula normal y a la célula de la derecha (célula B) como una célula dañada. La figura 21-13B muestra la corriente extracelular,
la cual es proporcional a las diferencias en el potencial de acción de las dos células mostradas en la figura 21-13A. Dado que la
célula B tiene un potencial de reposo más positivo que la célula A, pero la misma meseta durante el potencial de acción, la
diferencia de voltaje entre ambas células está deprimida durante todo el ciclo, excepto durante el segmento ST –haciendo que
el segmento ST parezca elevado. Este es también un cambio del ECG que uno ve en un infarto de miocardio.
Períodos breves de espasmos coronarios también pueden producir elevación del segmento ST, presumiblemente por el mismo
mecanismo. La reperfusión rápida de las arterias coronarios luego del bloqueo agudo puede conducir a la recuperación de las
células miocárdicas, como lo indica la naturaleza efímera de los cambios del ECG.
La isquemia sin la muerte celular debido a una oclusión fija (causado por un trombo aterosclerótico, por ejemplo) se encuentra
frecuentemente asociada a cambios en el ECG, típicamente cambios en el segmento ST y la onda T. Sin embargo, estos cambios
son bastante variables, presumiblemente provocados por la alteración en la duración de los potenciales de acción en las
regiones afectadas. Los pacientes que experimentan dolor torácico (angina) debido al flujo coronario disminuido,
frecuentemente tienen cambios en el ECG durante el episodio anginoso, que incluye depresión del segmento ST y la inversión
de la onda T.
En la necrosis celular, el ECG muestra típicamente ondas Q profundas (una deflexión grande y negativa al principio del
complejo QRS). Las ondas Q se desarrollan en aquellas derivaciones superpuestas o cercanas a la región del infarto. Las ondas
Q indican un área del miocardio que se ha convertido en tejido eléctricamente silente. Debido a que los potenciales de acción
no se pueden propagar hacia el área infartada, el vector resultante se aleja de las áreas remanentes. El resultado es una
deflexión negativa en el ECG en determinadas derivaciones. Así, un infarto de la pared inferior desarrolla ondas Q profundas en
las derivaciones II, III y aVF. Un infarto que afecta la pared muscular anterior del corazón desarrollará ondas Q profundas en
algunas de las derivaciones precordiales (desde V1 hasta V6).
No todos los infartos crean ondas Q profundas; los únicos cambios visibles pueden ser la inversión de la onda T y la depresión
del segmento ST. Clínicamente, estos infartos se comportan como infartos incompletos, y los pacientes están bajo el riesgo de
un segundo evento “completo”. De esta manera, estos pacientes son investigados y tratados agresivamente para prevenir un
futuro infarto.
Reentrada Un foco independiente con actividad
marcapasos
puede
desarrollarse
como
consecuencia de problemas en la conducción.
Esta clase de alteraciones en la conducción se
denomina reentrada (o excitación reentrante o
97
movimiento circular). Es una de las cusas
principales de arritmias. Ocurre cuando una onda
de despolarización viaja en círculo sin un fin
aparente.
Las
reentradas
tienen
tres
requerimientos: (1) un circuito cerrado, (2) una
Capítulo 21 • Electrofisiología cardíaca y electrocardiograma
Figura 21-14Electrocardiogramas patológicos. En E, se ve un bloqueo de rama derecha en las derivaciones precordiales
V1 y V2 y un bloqueo de rama izquierda en las derivaciones V5 y V6.
98
Sección IV • El sistema cardiovascular
región de bloqueo unidireccional (al menos
brevemente) y (3) una velocidad de conducción
de potenciales de acción suficientemente lenta a
través del circuito.
Figura 21-13Modelo de dos células para el infarto de
miocardio. En A, la célula B dañada (registro azul) tiene
un potencial de reposo menor, pero la meseta de su
potencial de acción está al mismo nivel que la de la
célula normal A (registro verde). En B, luego de que se
quitaran los registros de A, la elevación aparente del
segmento ST es la misma que la diferencia en los
potenciales de reposo.
Antes de considerar a la reentrada, debemos
discutir una anomalía de la conducción que es
esencial para las reentradas: el bloqueo
unidireccional. El bloqueo unidireccional es un
tipo de bloqueo parcial de la conducción en el
cual los impulsos viajan en una dirección pero no
pueden hacerlo en la contraria. Los bloqueos
unidireccionales pueden surgir como resultado de
una despolarización local o debido a cambios
patológicos en la anatomía funcional. El tejido
cardíaco normal puede conducir impulsos en
ambas direcciones (Fig. 21-15A). De todos modos,
luego de lesiones anatómicas asimétricas, muchas
más células sanas quedan de un lado de la lesión
que del otro. Cuando la conducción de un impulso
99
procede en dirección desde donde hay mayor
cantidad de células sanas hacia donde hay menos,
la corriente puede ser suficiente como para
excitar a las pocas células sanas del lado de la
lesión (de derecha a izquierda en la figura 2115B). Por otro lado, cuando la conducción se
dirige desde el lado opuesto, las pocas células
sanas no son capaces de generar suficiente
corriente para excitar a la mayor cantidad de
células del otro lado de la lesión (de izquierda a
derecha en la figura 21-15B). El resultado es un
bloqueo unidireccional.
Retornemos ahora al problema de la reentrada.
Imaginemos que un impulso viaja a través de una
bifurcación de las fibras de Purkinje y alcanza a un
grupo de miocitos ventriculares –un circuito de
conducción cerrado (Fig. 21-15C). En el tejido
sano, las zonas refractarias previenen la
reentrada de los impulsos desde la derecha hacia
la izquierda y viceversa. Ahora introducimos una
lesión que provoca un bloqueo unidireccional en
la conducción en la rama izquierda de la
bifurcación de las fibras de Purkinje. Cuando el
impulso alcanza la bifurcación, se propaga en
ambas direcciones (Fig. 21-15D, paso 1). Sin
embargo, el impulso no puede seguir por el lado
izquierdo debido al bloqueo. La corriente baja por
el lado derecho estimulando a las células
siguientes (Fig. 21-15D, paso 2) y dejando atrás a
otras en período refractario. Cuando el impulso
alcanza al músculo ventricular, comienza a viajar
en sentido inverso por el lado dañado (paso 3). En
este punto, las células normales del lado derecho
aún están en período refractario. El impulso
finalmente alcanza a las células dañadas del lado
izquierdo y viaja en sentido retrógrado,
alcanzando y pasando por la región del bloqueo
unidireccional (paso 4). Finalmente, la corriente
de despolarización alcanza nuevamente la
bifurcación (paso 5). Como ya ha pasado
suficiente tiempo como para que las células de la
bifurcación y las del lado derecho se recuperen de
su período refractario, el impulso ahora puede
viajar retrógradamente del lado izquierdo y
anterogradamente en el lado derecho.
Si este movimiento de reentrada (pasos 2→ 5→ 2,
y así sucesivamente) continua, la frecuencia de la
reentrada generalmente supera a la del
marcapasos sinusal (frecuencia del paso 1) y es
responsable de diversas taquiarritmias, dado que
Capítulo 21 • Electrofisiología cardíaca y electrocardiograma
el marcapasos más rápido configura la frecuencia
cardíaca. Las reentradas pueden ser responsables
de las taquicardias auriculares y ventriculares, de
las fibrilaciones auriculares y ventriculares y de
muchas otras arritmias. Las reentradas pueden
ocurrir en circuitos grandes (Fig. 21-5D) o en
circuitos pequeños de células miocárdicas.
Vías accesorias de conducción El síndrome de
Wolff-Parkinson-White (WPW), mencionado
brevemente antes, es un ejemplo común de vía
de conducción accesoria, que en este caso provee
un cortocircuito (i.e., haz de Kent) al nodo AV. La
vía accesoria rápida no está compuesta por fibras
de Purkinje, sino por células musculares. Ellas
conducen el potencial de acción directamente
desde las aurículas hacia el septum ventricular,
despolarizando algunas de las células musculares
septales antes de lo que lo harían por la vía
normal más lenta del nodo AV. Como resultado,
la despolarización ventricular se extiende por más
tiempo que una despolarización normal, dando
como producto un complejo QRS más ancho. La
dirección general de la despolarización ventricular
es inversa, así, los eventos que normalmente
subyacen a la onda Q del complejo QRS tienen un
eje opuesto al que se ve normalmente. La
despolarización temprana, o la preexitación,
aparece como una onda delta pequeña y positiva
al comienzo del complejo QRS (Fig. 21-14G).
Sumado a esto, dado que el tiempo entre la
despolarización auricular y la ventricular (i.e., el
comienzo de la onda delta) es menor, el tiempo
entre la onda P y el complejo QRS se ve acortado.
El haz aberrante en el síndrome de WPW también
establece un “loop” que puede satisfacer los
requerimientos
para
una
reentrada
y
eventualmente asociarse a una taquicardia
supraventricular. Aunque por lo general es una
condición benigna, el síndrome de WPW está
asociado con al menos un evento de taquicardia
supraventricular en al menos el 50% de los
individuos afectados. Las dos taquicardias
supraventriculares más comunes en esta
población son la taquicardia paroxística
supraventricular y la fibrilación auricular
(descripta luego). La taquicardia paroxística
supraventricular (TPSV) es una taquicardia
regular con una frecuencia ventricular que
usualmente supera los 150 latidos por minuto.
Dado que la despolarización ventricular sigue
ocurriendo por las vías habituales, el complejo
QRS se ve normal.
Si, durante un episodio de TPSV, la dirección de la
reentrada es reversa (i.e., anterógrada por la vía
accesoria y retrógrada por el nodo AV), la forma
del complejo QRS puede ser anormal. Este
rearreglo puede producir una TPSV con un
complejo QRS más ancho y bizarro dado que la
despolarización ventricular no ocurre por la vía
normal. Un pequeño número de personas con el
síndrome de WPW tienen más de una vía
accesoria, por lo que pueden desarrollarse
múltiples
circuitos
de
reentrada.
100
Sección IV • El sistema cardiovascular
Figura 21-15 Conducción anormal.
Fibrilación Durante una fibrilación, se presentan
muchas regiones de actividad eléctrica reentrante
que crean un caos y se asocian a una actividad
mecánica inútil. La fibrilación auricular (Fig. 2114H) se encuentra comúnmente en pacientes
ancianos, a veces asociada a enfermedades de la
válvula mitral o de las arterias coronarias, pero a
menudo sin evidencia de enfermedad cardíaca
subyacente. El “loop” de reentrada en las
aurículas se mueve rápidamente, generando un
rápida sucesión de potenciales de acción –
alrededor de 500 por minuto. Este circuito de
reentrada aberrante se vuelve fácilmente el
marcapasos
más
rápido
del
corazón,
sobreponiéndose
al
nodo
sinusal
y
bombardeando
con
estímulos
al
AV.
Afortunadamente, el nodo AV no puede
101
repolarizarse tan rápido como para dejar pasar a
todos los estímulos. Solo algunos logran pasar
hacia los ventrículos, dando como resultado la
aparición de complejos QRS con una frecuencia
irregular y la ausencia de ondas P. La línea de
base entre los complejos QRS parecería recta o
mostrar fluctuaciones muy rápidas y pequeñas.
Aunque solo algunos impulsos auriculares logran
pasar a los ventrículos, la frecuencia ventricular
suele ser, de todos modos, bastante alta.
Dado que el papel de las aurículas es el de actuar
como bombas de refuerzo, muchos pacientes
toleran la fibrilación auricular e incluso ni notan
que la tienen. En cambio, otros pueden verse
afectados por la pérdida de la “patada auricular”,
particularmente las personas mayores con una
enfermedad cardíaca coexistente. En lo posible,
Capítulo 21 • Electrofisiología cardíaca y electrocardiograma
se debe intentar llevar nuevamente a ritmo
sinusal a la mayoría de los pacientes, ya sea por
medios químicos o eléctricos. Si esto no es
posible, se debe intentar disminuir la velocidad de
conducción a través del nodo AV. Por ejemplo, los
compuestos
digitálicos
incrementan
la
estimulación parasimpática y disminuyen la
simpática en el nodo AV, disminuyendo la
velocidad de conducción y así reduciendo la
frecuencia ventricular. Los bloqueantes β
adrenérgicos o los bloqueantes de los canales de
Ca2+ son utilizados para el control de la frecuencia
ventricular.
La fibrilación ventricular (Fig. 21-14I) es una
emergencia médica que amenaza la vida. El
corazón, bajo esta condición, es incapaz de
eyectar sangre, ya que los ventrículos no pueden
bombear si no tienen una despolarización
adecuada.
Las alteraciones del automatismo
pueden originarse en el nodo
sinusal o en focos ectópicos
El automatismo de cualquier tejido cardíaco
puede cambiar. Las células marcapasos pueden
experimentar alteraciones e incluso desaparición
de la automaticidad. Contrariamente, otras
células
que
normalmente
no
poseen
automaticidad (el músculo ventricular, por
ejemplo) pueden volverse marcapasos ectópicos.
Estas alteraciones de la automaticidad
representan la segunda categoría de arritmias
cardíacas.
Figura 21-16 Automaticidad anormal en el músculo ventricular. Los registros en esta figura son ideales. En A, el
potencial de acción prolongado mantiene la INa inactiva, pero permite que la ICa y la IK interactúen produciendo así una
despolarización espontánea –la posdespolarización temprana. En B, la posdespolarización alcanza el umbral, gatillando
una secuencia de potenciales de acción marcapasos lentos que generan extrasístoles.
Actividad gatillada dependiente de la
despolarización Si el potencial diastólico máximo
se hace menos negativo, el Vm se acerca más al
potencial umbral y puede generarse actividad
marcapasos en tejidos cardíacos que de otra
manera no expresarían actividad marcapasos. El
desarrollo de la actividad gatillada dependiente
de la despolarización depende de la interacción
de la corriente de Ca2+ (ICa) y la corriente
repolarizante de K+ (IK). Este mecanismo puede
producir una actividad marcapasos más rápida en
el nodo SA o AV, provocando que se acelere su
frecuencia de descarga. También puede
incrementar la frecuencia marcapasos intrínseca
de las células de Purkinje, que normalmente
tienen una frecuencia muy baja.
La actividad gatillada dependiente de la
despolarización es particularmente importante en
los tejidos no-marcapasos (el músculo ventricular,
por ejemplo), que normalmente no exhiben
102
Sección IV • El sistema cardiovascular
despolarización diastólica espontánea. Los
factores que normalmente producen la
prolongación del potencial de acción pueden
provocar arritmias por actividad gatillada.
Durante la fase de repolarización, INa se mantiene
inactivada debido que la célula está despolarizada
(Fig. 21-16A). Por otro lado, la ICa ya tuvo
suficiente tiempo para recuperarse desde su
inactivación y –dado que la célula sigue
despolarizada- provoca una lenta deflexión
conocida
como
positiva
en
el
Vm
posdespolarización precoz. Eventualmente, la IK
se incrementa y retorna el Vm a su potencial de
reposo. Estas posdespolarizaciones precoces, si
son mayores que la mostrada en la figura 21-16A,
pueden disparar una extrasístole. Las extrasístoles
ventriculares aisladas (conocidas por varios
nombres, como contracciones ventriculares
prematuras) pueden aparecer en individuos
normales. Las alteraciones en el metabolismo
celular del Ca2+ (discutido en la próxima sección)
pueden aumentar la tendencia a que aparezcan
potenciales de acción prolongados y que estos
produzcan una extrasístole. Irónicamente, una
clase de fármacos utilizados para tratar las
arritmias, puede volverse arritmogénico al
producir posdespolarizaciones precoces. Por
ejemplo, la quinidina puede producir este efecto
adverso peligroso, presumiblemente al inhibir los
canales de Na+ y algunos de K+, prolongando así el
potencial de acción muscular.
Más de una extrasístole –una secuencia de
extrasístoles (Fig. 21-16B)- es patológica. Una
secuencia de tres o más extrasístoles
ventriculares es el requerimiento mínimo para el
diagnóstico de taquicardia ventricular. Esta
arritmia amenaza la vida dado que puede
degenerar en fibrilación ventricular (Fig. 21-14I),
la cual está asociada a un gasto cardíaco nulo. La
frecuencia cardíaca en la taquicardia ventricular
es mucho más rápida que la normal, usualmente
entre 120 y 150 (o más) latidos por minuto. El
marcapasos que dirige la taquicardia se encuentra
en los propios ventrículos. La frecuencia
ventricular durante este tipo de taquicardias
puede ser tan alta que el corazón pierde
eficiencia como bomba.
Síndrome del QT largo (SQTL) Los pacientes con
SQTL tienen potenciales de acción ventriculares
103
largos y son propensos a arritmias ventriculares.
En particular, estos pacientes son susceptibles a
una taquicardia ventricular llamada torsades de
pointes, o “torsión de puntas”, en la cual los
complejos QRS parecería que siguen un espiral
alrededor de la línea de base, cambiando
continuamente sus ejes y su amplitud. El SQTL
puede ser congénito o adquirido. La forma
congénita puede involucrar mutaciones de los
canales de Na+ o K+. La forma adquirida, que es
mucho más frecuente, puede resultar de varias
alteraciones
electrolíticas
(especialmente
hipopotasemia e hipocalcemia) o de distintos
fármacos
(algunas
drogas
antiarrítmicas,
antidepresivos
tricíclicos
y
algunos
antihistamínicos cuando son tomados en
conjunto con ciertos antibióticos, en particular
con eritromicina).
La sobrecarga de Ca2+ y los
cambios metabólicos también
pueden causar arritmias
Sobrecarga de Ca2+ La sobrecarga de Ca2+ en el
corazón puede tener muchas causas potenciales.
Un factor frecuente es la intoxicación digitálica.
Otra es la despolarización celular asociada a la
injuria. La sobrecarga de Ca2+ ocurre cuando la
[Ca2+]i se incrementa, provocando que el retículo
sarcoplasmático (RS) almacene demasiado Ca2+.
Con esta sobrecarga, el RS comienza cíclicamente
–y espontáneamente- a liberar y luego recaptar al
Ca2+. La liberación puede ser lo suficientemente
grande como para estimular al canal no selectivo
de cationes activado por Ca2+ y al intercambiador
Na-Ca. Estas fuentes de corriente se combinan
para producir Iti, una corriente transitoria hacia
adentro que produce una posdespolarización
tardía. Cuando es lo suficientemente grande, la Iti
puede despolarizar a la célula hasta su umbral y
producir un potencial de acción espontáneo.
Cambios en la conducción dependientes del
metabolismo Durante la isquemia y la anoxia
tienen lugar muchos eventos celulares,
incluyendo una caída en los niveles de ATP
intracelular. Esta disminución del [ATP]i activa los
canales de K+ sensibles al ATP (KATP), los cuales son
abundantes en los miocitos cardíacos. Entonces,
Capítulo 21 • Electrofisiología cardíaca y electrocardiograma
cuando la [ATP]i cae lo suficiente, los KATP se
desinhiben y la célula se vuelve menos excitable
(i.e., los KATP ayudan a mantener el Vm cerca del
EK). La activación de estos canales quizás explique,
en parte, el enlentecimiento o el bloqueo de la
conducción que suele ocurrir durante la isquemia
cardíaca.
Disociación electromecánica Rara vez, los
pacientes que fueron reanimados de un paro
cardíaco exhiben un fenómeno denominado
disociación electromecánica, en el cual la
actividad eléctrica del corazón no está
acompañada de actividad mecánica. En muchos
casos, la base de la disociación electromecánica
no se entiende. Sin embargo, en otros casos, la
causa es obvia. Por ejemplo, el corazón de un
paciente con un gran derrame pericárdico puede
presentar actividad eléctrica normal, pero el
líquido entre el corazón y el pericardio presiona al
corazón (taponamiento cardíaco) y evita un
bombeo eficaz.
104
Capítulo 22 • El corazón como bomba
CAPÍTULO
22
EL CORAZÓN COMO BOMBA
Emile L. Boulpaep
EL CICLO CARDÍACO
La secuencia de eventos mecánicos y eléctricos
que se repite en cada latido se denomina ciclo
cardíaco. La duración del ciclo cardíaco es
recíproca a la frecuencia cardíaca (FC):
𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷𝐷ó𝑛𝑛 (𝑠𝑠/𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙) =
(22-1)
60 (𝑠𝑠/𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚𝑚 )
𝐹𝐹𝐹𝐹 (𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙𝑙 /min )
Por ejemplo, para una frecuencia cardíaca de 75
latidos/min, la duración del ciclo cardíaco es de
0,8 s (800 ms).
El cierre y la apertura de las
válvulas cardíacas determinan
cuatro fases en el ciclo cardíaco
La bomba cardíaca es una bomba de dos tiempos.
Como una bomba con un pistón, el corazón
alterna entre una fase de llenado y otra de
vaciado. En ausencia de enfermedad, la
frecuencia de descarga del nodo sinusal
determina la duración del ciclo cardíaco; y las
propiedades eléctricas del sistema de conducción
cardíaco y de la membrana de los miocitos
determinan la duración de la contracción y la
relajación.
La aurícula derecha recibe la sangre con baja
concentración de oxígeno desde el retorno
venoso sistémico por las venas cavas. La aurícula
izquierda recibe la sangre oxigenada desde los
pulmones, a través de las venas pulmonares.
Ambas aurículas operan más como reservorios
que como bombas. Sin embargo, igualmente
poseen capacidad contráctil y contribuyen
activamente al llenado ventricular (ver la
cardiobox “La importancia (y no importancia) de
la contracción auricular”).
Las válvulas de entrada a los ventrículos se llaman
válvulas auriculoventriculares (válvulas AV).
Permiten que la sangre fluya en una única
dirección, desde las aurículas a los ventrículos. La
válvula que se localiza entre la aurícula derecha y
el ventrículo derecho se llama válvula tricúspide,
ya que tiene tres valvas. La que se localiza entre la
aurícula izquierda y el ventrículo izquierdo se
denomina válvula mitral, ya que sólo tiene dos
valvas y se asemeja a la mitra de los obispos.
Las válvulas de salida de los ventrículos se llaman
válvulas semilunares. Sólo permiten que la
sangre fluya en una única dirección, desde cada
ventrículo hacia su arteria de salida. Tanto la
válvula pulmonar, localizada entre el ventrículo
derecho y la arteria pulmonar, como la válvula
aórtica, localizada entre el ventrículo izquierdo y
la aorta, tienen tres cúspides.
Las válvulas cardíacas se abren pasivamente
cuando la presión río arriba (proximal) excede a la
presión río abajo (distal); y se cierran
pasivamente cuando la presión río abajo excede a
la río arriba. El movimiento de las valvas puede
ser detectado mediante ecocardiografía; su cierre
genera los ruidos cardíacos que pueden ser
escuchados con un estetoscopio. El estetoscopio
también puede detectar fugas en las válvulas que
permiten que la sangre fluya a “contramano” (i.e.,
regurgitación) o lesiones estenóticas que
estrechan la apertura de la válvula, haciendo que
la sangre pase por un orificio patológicamente
estrecho (i.e., estenosis). Durante ciertas partes
del ciclo cardíaco, cuando la sangre pasa por
lesiones estenóticas o regurgitantes produce
ciertos sonidos, llamados soplos cardíacos.
El ciclo cardíaco puede dividirse artificialmente de
diversas maneras en fases, sin embargo, desde el
punto de vista de los ventrículos y sus válvulas,
consideramos cuatro fases:
Fase de llenado. La válvula de entrada
(auriculoventricular) está abierta y la de salida
(sigmoidea) cerrada.
Contracción isovolumétrica. Ambas válvulas
están cerradas, no hay flujo sanguíneo.
105
Sección IV • El sistema cardiovascular
Fase eyectiva. La válvula de salida está abierta, y
la de entrada cerrada.
Relajación isovolumétrica. Ambas válvulas están
cerradas, no hay flujo sanguíneo.
La tabla 22-1 resume estas cuatro fases y los
eventos claves del ciclo cardíaco. Nótese que los
mismos eventos ocurren tanto del lado derecho
como del izquierdo del corazón.
Es común separar estas fases en dos partes. La
sístole incluye las fases 2 y 3, cuando los
ventrículos se están contrayendo; la diástole
Evento valvular
incluye las fases 4 y 1, cuando los ventrículos
están relajados. Para una frecuencia cardíaca de
75 (duración del ciclo = 800 ms), la sístole ocupa
~300 ms y la diástole ~500 ms. Con incrementos
de la frecuencia cardíaca –y así, con la
disminución de la duración del ciclo cardíaco- la
diástole se acorta relativamente más que la
sístole.
Por conveniencia, la enumeración de los eventos
de la tabla 22-1 comienza apenas después del
inicio de la diástole, con la apertura de las
válvulas AV y el consecuente llenado ventricular.
Evento en cámara cardíaca
Apertura de las válvulas AV (tricúspide y mitral)
Llenado ventricular rápido
Disminución del llenado; diastasis
Contracción auricular
Cierre de las válvulas AV (tricúspide y mitral)
Contracción ventricular isovolumétrica (con
todas las válvulas cerradas)
Apertura de las válvulas semilunares (pulmonar y aórtica)
Eyección ventricular rápida
Disminución de la eyección ventricular
Cierre de las válvulas semilunares (pulmonar y aórtica)
Relajación ventricular isovolumétrica (con todas
las válvulas cerradas)
Apertura de las válvulas AV (tricúspide y mitral)
Fase
1
Diástole
1
Diástole
1
Diástole
2
Sístole
3
3
Sístole
Sístole
4
Diástole
Tabla 22-1 Eventos del ciclo cardíaco
Cambios en el volumen, presión y
flujo ventricular acompañan a las
cuatro fases del ciclo cardíaco
La figura 22-1 muestra los cambios de presión y
volumen que ocurren durante un ciclo cardíaco.
Las cuatro líneas verticales indican los eventos
valvulares, los cuales delimitan el final las cuatro
fases definidas anteriormente.
El cierre de la válvula AV termina la fase 1.
La apertura de la válvula semilunar termina la
fase 2.
El cierre de la válvula semilunar termina la fase 3.
106
La apertura de la válvula AV termina la fase 4.
La forma de los trazados de presión para el lado
derecho del corazón (Fig. 22-1A) y para el lado
izquierdo (Fig. 22-1B) son similares, excepto que
las presiones del lado derecho son menores. En
ambos casos, el registro comienza a mitad de la
fase 1, esto es, cuando el llenado va
disminuyendo al final de la diástole, período
llamado diastasis. Nótese que los cambios de
volumen en el ventrículo izquierdo son
exactamente los mismos que los del ventrículo
derecho, lo que determina que el gasto cardiaco
de ambos coincida. Con fines didácticos, nos
enfocaremos en los registros del ventrículo
izquierdo.
Capítulo 22 • El corazón como bomba
Período de diastasis (Mitad de fase 1) Durante la
diastasis, la válvula mitral está abierta, pero existe
poco flujo entre la aurícula y el ventrículo; el
volumen ventricular aumenta muy de a poco y
llega casi a una meseta. La presión en la aurícula y
el ventrículo aumenta lentamente. La presión en
la aurícula, dada la baja resistencia de la válvula
auriculoventricular, es muy similar a la presión del
ventrículo mientras que esta se encuentre
abierta. La onda P del ECG, que representa la
despolarización auricular, ocurre al final de esta
fase.
Contracción auricular (Final de fase 1)
Inmediatamente luego de la onda P sucede la
contracción auricular, que causa que una cantidad
variable de sangre ingrese al ventrículo. En una
persona en reposo, la contracción auricular
transfiere ~20% del volumen de sangre que luego
va a ser eyectado por el ventrículo (es decir, la
descarga sistólica). Durante el ejercicio, puede
aumentar a un 40%. La contracción auricular
causa un ligero aumento de presión en la aurícula
al igual que en el ventrículo. Durante éste
período, la presión aórtica va disminuyendo, a
medida que la sangre fluye hacia la periferia.
Contracción isovolumétrica (Fase 2) Cuando el
ventrículo comienza a despolarizarse, tal como se
evidencia por el complejo QRS en el
electrocardiograma, la sístole comienza. El
ventrículo se contrae, y pronto la presión en su
interior supera la de la aurícula (primer cruce de
las líneas azul y naranja en el registro de presión
de la figura 22-1B).Como resultado la válvula
mitral se cierra. La válvula aórtica sigue cerrada
aún. Así, el ventrículo se contrae con sus dos
válvulas cerradas. El resultado es una contracción
isovolumétrica con un aumento muy rápido de la
presión intraventricular, la cual, eventualmente,
supera a la de la aorta (primer cruce de las líneas
azul y roja en el registro de presión) y causa que
la válvula aórtica se abra.
Eyección ventricular (Fase 3) Cuando la válvula
aórtica se abre, la fase de eyección comienza.
Durante la primera parte de la fase 3 (eyección
rápida), la presión ventricular continúa
elevándose, junto con la presión aórtica, la cual al
principio es apenas menor. Acompañando a este
aumento en la presión aparece una caída
importante en el volumen ventricular a medida
que la sangre fluye hacia la aorta. La presión
aórtica sigue aumentando y eventualmente
excede a la ventricular (segundo cruce entre las
líneas azul y roja en el registro de presión), luego
de ese momento, ambas presiones comienza a
disminuir. A pesar de que la presión aórtica
supera la ventricular, la válvula aórtica continúa
abierta y existe algo de flujo; esto es así por la
inercia de la sangre. Durante la última parte de la
fase 3 (diminución de la eyección), el descenso
del volumen ventricular disminuye en intensidad
y tanto la presión ventricular como aórtica, caen.
Durante toda la fase de eyección, alrededor de 70
mL de sangre son eyectados hacia la aorta,
quedando unos 50 mL en el ventrículo (volumen
residual).
Relajación isovolumétrica (Fase 4) Al final de la
fase de eyección, el flujo a través de la válvula
aórtica cae a valores extremadamente bajos hasta
que incluso, durante un período muy breve de
tiempo antes de que se cierre la válvula aórtica,
revierte su dirección (i.e., flujo negativo o
retrógrado). En éste punto, la válvula aórtica se
cierra, definiendo el inicio de la diástole. A
medida que el flujo sanguíneo en la aorta se
vuelve apenas positivo de nuevo, aparece una
pequeña deflexión en el registro de presión
aórtica. El resultado es la incisura aórtica
(“dicrotic notch”) (del griego dikrotos, “doble
latido”) el cual interrumpe la caída gradual de la
presión aórtica. Debido a que tanto la válvula
mitral como la aórtica están cerradas, y la sangre
no puede ingresar ni abandonar el ventrículo,
este período se llama relajación isovolumétrica.
La presión cae rápidamente en el ventrículo.
Llenado ventricular rápido (Comienzo de la fase
1) Cuando la presión ventricular cae por debajo
de la presión auricular (segundo cruce entre las
líneas azul y naranja en el trazado de presión de la
figura 22-1B), la válvula mitral se abre.
Inmediatamente después, el volumen ventricular
comienza a aumentar rápidamente (Fig. 22-1B,
parte inferior). Durante éste periodo de llenado
ventricular rápido, la presión auricular y
ventricular
evolucionan
en
paralelo.
107
Sección IV • El sistema cardiovascular
Figura 22-1 Presiones y volúmenes ventriculares durante un ciclo cardíaco. En A, el lado derecho del corazón. En B, el
lado izquierdo. El recuadro a la izquierda muestra el sitio donde se localizan los catéteres para los registros del lado
derecho del corazón.
El llenado comienza a enlentecerse, llegando a la
diastasis nuevamente, con la cual comenzamos la
descripción. Así, la diástole incluye tanto al
período de llenado rápido como a la diastasis.
Como se mencionó previamente, la duración de la
diástole se acorta a medida que aumenta la
frecuencia cardíaca, al principio a expensas de
acortar el período de llenado “lento” (i.e.,
diastasis).
Durante el llenado ventricular rápido, la válvula
aórtica continúa cerrada. Como la sangre fluye
hacia la periferia debido en parte al retroceso
elástico de la aorta, la presión en ella disminuye y
continúa haciéndolo durante el resto de la
diástole.
108
El
electrocardiograma,
fonocardiograma y ecocardiograma
siguen el patrón cíclico del ciclo
cardíaco
Acompañando al patrón cíclico básico de cambios
de presión y volumen también suceden cambios
mecánicos,
eléctricos,
acústicos
y
ecocardiográficos. La figura 22-2 ilustra éstos
eventos para el lado izquierdo del corazón y la
circulación sistémica. Nótese que la presión
registrada en la parte superior de la figura 22-2
comienza con la contracción auricular, éstos es,
ligeramente más tarde que en la figura 22-1.
Capítulo 22 • El corazón como bomba
La importancia (y no importancia)
de la contracción auricular
La importancia relativa de la contracción auricular para
la función cardíaca es evidente en pacientes que
desarrollan fibrilación auricular, una arritmia asociada a
la pérdida de la “patada auricular”. En la fibrilación
auricular, una actividad eléctrica caótica bombardea a la
aurícula con una frecuencia de unos 500 impulsos por
minuto o más en todas las direcciones, evitando que el
músculo auricular pueda contraerse de manera adecuada.
Como consecuencia, la aurícula fibrila –se ve como una
bolsa de gusanos retorciéndose. En personas sin otros
problemas cardíacos, la pérdida de la contracción
auricular usualmente no causa signos ni síntomas en
reposo, más allá de la sensación de latidos irregulares y
rápidos. De todos modos, si el paciente ya tiene un
corazón comprometido (como por ejemplo, por
compromiso isquémico, hipertensión prolongada o
estenosis mitral), o si el paciente tiene otras
enfermedades (por ejemplo enfisema crónico), la pérdida
de
la
contracción
auricular
puede
reducir
significativamente el gasto cardíaco. Los médicos pueden
tratar a los pacientes con una función cardíaca por demás
normal de una manera no muy agresiva, o sí –teniendo
en mente que los pacientes con fibrilación auricular
tienen alto riesgo de desarrollar trombosis auricular y
embolismos que pueden provocar un ACV. En los
pacientes con el corazón comprometido, la cardioversión
eléctrica o farmacológica de emergencia puede ser
necesaria.
Flujo sanguíneo aórtico El flujo sanguíneo desde
el ventrículo hacia la aorta ascendente aumenta
rápidamente durante la fase de eyección rápida
del ventrículo izquierdo. El pico del flujo aórtico
define el comienzo de la fase de flujo decreciente.
Ver figura 22-2, segundo panel.
Pulso venoso yugular El tercer panel de la figura
22-2 muestra el pulso venoso yugular,
comparándolo en el tiempo con los demás
eventos. Discutiremos el pulso venoso yugular
más adelante en éste capítulo.
Electrocardiograma El ECG comienza justo a la
mitad de la onda P (despolarización de las
aurículas). El complejo QRS (despolarización de
los ventrículos) es el preludio del aumento de la
presión en los ventrículos. La onda T
(repolarización de los ventrículos) ocurre durante
la fase de flujo decreciente. Ver figura 22-2,
cuarto panel.
Fonocardiograma y ruidos cardíacos La apertura
y el cierre de las válvulas es acompañado por
sonidos llamados ruidos cardíacos, que puede ser
escuchados fácilmente con un estetoscopio o
registrado con un estetoscopio digital y
almacenados como un fonocardiograma (Tabla
22-2). Las frecuencias de los sonidos cardíacos
son bajas generalmente (110 a 180 Hz),
comparadas con las frecuencias más altas (180 a
500 Hz) de los soplos cardíacos, que resultan de la
turbulencia. Cada una de las líneas punteadas
verticales de la figura 22-2 indica el movimiento
de un par de válvulas, uno del lado derecho y otro
del izquierdo. Así, dos válvulas pueden contribuir
para generar un único ruido cardíaco, aunque los
dos componentes pueden ser eventualmente
escuchados por separado. El fonocardiograma de
la figura 22-2 muestra como ocurren en el tiempo
los dos ruidos cardiacos fisiológicos (S1 y S2), así
también otro sonidos (S3 y S4) que son escuchados
ocasionalmente. Ver figura 22-2, quinto panel.
Los ruidos fisiológicos S1 y S2 se escuchan luego
del cierre de las válvulas cardíacas: La mitral y
tricúspide para S1, y la aórtica y pulmonar para S2.
Sin embargo, la aposición de las valvas durante el
cierre (i.e., “portazo de la válvula”), no es lo que
genera el sonido. En su lugar, son las vibraciones
producidas por el aumento repentino de tensión
en las válvulas AV y en la pared ventricular
adyacente lo que produce el primer ruido
cardíaco, S1. De forma similar son las vibraciones
de la pared de los grandes vasos y la columna lo
que produce el segundo ruido cardíaco, S2, luego
del cierre las válvulas semilunares. Estas
vibraciones se propagan a lo largo del tejido
adyacente hacia la pared torácica donde uno
puede normalmente oír el primer y segundo ruido
usando un estetoscopio. S1 es generalmente más
fuerte, largo y de menor frecuencia que S2.
Aunque las cuatro líneas verticales que definen
las cuatro fases del ciclo cardíaco son similares a
cada lado del corazón, no coinciden
perfectamente una con otra, como podemos ver
si comparamos la figura 22-1 A y B. Por ejemplo,
la válvula aórtica se cierra antes que la pulmonar.
109
Sección IV • El sistema cardiovascular
Figura 22-2 Eventos mecánicos, eléctricos, acústicos y ecocardiográficos durante el ciclo cardíaco. En la parte superior
se repite la figura 22-1B pero con tres modificaciones: (1) El ciclo cardíaco comienza con la contracción auricular; (2) la
fase 1 del ciclo cardíaco tiene tres partes, llenado ventricular rápido, lento y sístole auricular; y (3) la fase tiene dos
partes, eyección ventricular rápida y decreciente.
Esta diferencia es la que produce el
desdoblamiento fisiológico de A2 (i.e., aórtica) y
P2 (i.e., pulmonar), componentes del segundo
ruido cardíaco. Como veremos más adelante, la
inspiración acentúa el desdoblamiento de S2.
También cambios patológicos pueden exagerar
las diferencias entre el lado derecho e izquierdo
del corazón (por ejemplo, el bloqueo de de rama
derecha puede desdoblar el primer ruido en sus
dos componentes, M1y T1).
Con el aumento de rigidez de la válvula mitral,
visto en la estenosis mitral, la apertura de esta
válvula puede producir un sonido adicional, un
chasquido de apertura (CA), en la diástole
temprana (i.e., protodiástole) justo después del
S2.
En algunos individuos normales, particularmente
niños, se puede escuchar un tercer ruido
fisiológico (S3). S3 ocurre en la diástole temprana
cuando el rápido llenado de los ventrículos
110
produce una vibración en las paredes que tienen
una distensibilidad limitada. El S3 también puede
ser escuchado en adultos cuando el ventrículo
está tan sobrecargado de volumen al final de la
sístole que el volumen de ~70 mL que ingresa
durante la diástole lleva al ventrículo a un
volumen en el cual su complacencia es muy baja.
El S3 puede originarse tanto en el ventrículo
izquierdo como el derecho. Un ritmo de galope
está compuesto por tres ruidos cardíacos que
juntos suenan como el galope de un caballo. Así,
la suma de un S3 a los ruidos fisiológicos S1 y S2
crea una secuencia de tres ruidos, S1-S2-S3, que es
llamado galope protodiastólico o galope
ventricular.
Cuando está presente, el cuarto ruido, S4,
coincide con la contracción auricular. Es
usualmente escuchado en condiciones en las
cuales una contracción auricular inusualmente
vigorosa se combina con un ventrículo izquierdo
Capítulo 22 • El corazón como bomba
con baja complacencia. La adición de un S4
produce otra secuencia de tres sonidos, S4-S1-S2,
que también genera un ritmo de galope conocido
como galope presistólico o galope auricular.
anterior y posterior de la válvula mitral aumenta
durante la contracción auricular. Las valvas se
juntan al principio de la fase 2 y permanecen
unidas hasta que la fase de llenado ventricular
rápido ocurra en la protodiástole, cuando la
separación entre las valvas es máxima. Durante la
fase de llenado ventricular lento, las valvas
vuelven a juntarse hasta la próxima contracción
auricular.
Ecocardiograma
Ya
hemos
discutido
ecocardiograma en el capítulo 17. El
ecocardiograma en el panel 6 de la figura 22-2
muestra que la separación entre las valvas
Ruido
S1
Evento asociado
Primer ruido (suena como lub)
Cierre de las válvulas mitral y tricúspide
Dos componentes: mitral M1 y tricuspídeo T1
S2
Segundo ruido cardíaco (suena como dub)
Cierre de las válvulas aórtica y pulmonar
Dos componentes: aórtico (A1) y pulmonar (P2)
CA
Chasquido de apertura
Apertura de válvula mitral estenosada
S3
Tercer ruido cardíaco
Galope de llenado diastólico
protodiastólico ventricular
S4
Cuarto ruido cardíaco
Ruido auricular que genera un galope auricular
o presistólico
o
galope
Tabla 22-2 Los ruidos cardíacos
El ciclo cardíaco causa ondas de
flujo en la aorta y los vasos
periféricos
Con el cierre y la apertura de las válvulas de salida
del corazón, el flujo sanguíneo y la velocidad de la
sangre a través de estas válvulas oscila desde un
número cercano al cero cuando las válvulas están
cerradas, hasta valores altos cuando las válvulas
están abiertas. El flujo sanguíneo en el arco
aórtico oscila entre valores ligeramente negativos
y altamente positivos (Fig. 22-3A, panel 1). La
presión en el arco aórtico oscila prácticamente
entre 80 y 120 mmHg (Fig. 22-3B, panel 1) aunque
estos valores varían entre los individuos. Los
cambios fásicos entre la presión y el flujo ocurren
también en las arterias periféricas. La presión
arterial es usualmente medida en una arteria
grande, como la arteria braquial. Debido a que
una caída de presión muy pequeña ocurre entre
la aorta y dicha arteria, la presión sistólica y
diastólica medidas, así como la presión de pulso,
se aproximan mucho a la aórtica.
Si los vasos sanguíneos fueran tubos rígidos, su
resistencia (R) sería entonces constante y, si
además, la presión impulsora (∆P) también fuera
constante durante el ciclo, podríamos describir el
ciclo cardíaco por una simple relación, muy
similar a la ley de Ohm. Sin embargo, debido a
que los vasos sanguíneos son distensibles (de
modo que la R varía con la presión) y debido a
que tanto la presión aórtica como el flujo varían
durante el ciclo cardíaco, no podemos describir al
sistema de esta manera. En el campo de la
hidráulica, los flujos y presiones oscilantes no
tienen sólo una amplitud sino también una fase.
111
Sección IV • El sistema cardiovascular
Figura 22-3 Perfiles de flujo (A) y presión (B) en la aorta y vasos más pequeños.
112
Capítulo 22 • El corazón como bomba
Como resultado, la relación ∆P/F no es más
resistencia –una cantidad simple, independiente
del tiempo- sino una impedancia mecánica que
depende de la clásica “resistencia” así como
también de la complacencia y las propiedades
inerciales de los vasos y la sangre. 1
Debido a estas propiedades resistivas,
complacientes e inerciales, las ondas de presión y
flujo en los vasos distales a la aorta no son las
mismas que en la aorta. En su lugar, cuanto más
lejos se encuentra un vaso desde la aorta,
mayores diferencias se encuentran en las ondas
de flujo y presión.
Arco aórtico Durante la fase de eyección rápida,
el flujo pico a través del arco aórtico es
marcadamente alto, ~30 L/min (franja beige
oscura en la figura 22-3A, panel 1). La velocidad
lineal pico es de ~100 cm/s, la cual es probable
que alcance el número crítico de Reynolds para la
turbulencia. La rápida eyección de sangre
también causa un rápido aumento de la presión
en la aorta que supera a la del ventrículo (Fig. 223B, panel 1). A pesar de que el gradiente de
presión a través de la válvula se revierte, la
válvula no se cierra, como se evidencia por el flujo
continuo de sangre del ventrículo hacia la aorta.
La razón de que el flujo continúe en dirección
hacia adelante es el componente inercial del flujo
sanguíneo, que representa considerable energía
cinética. Eventualmente, la sangre en la aorta se
desacelera lo suficiente como para que el flujo se
vuelva cero y finalmente negativo (produciendo
un reflujo a través de la válvula). Cuando la
válvula aórtica se cierra produce la incisura
aórtica en el trazado de presión.
Aorta toraco-abdominal y grandes arterias
Apenas distal al arco aórtico, comienza a ocurrir
una transformación de las curvas de flujo y
presión. Los registros de los paneles 2 a 4 de la
figura 22-3A muestran curvas de flujo para la
aorta abdominal y algunas de sus grandes
ramificaciones. El flujo pico sistólico se vuelve
menor a medida que nos movemos desde la aorta
hacia la periferia, como se predice debido a la
ramificación de los vasos. De todas maneras, en la
1
NdT: Ver Cardiobox “Impedancia mecánica del flujo
sanguíneo” del capítulo 17.
aorta abdominal un nuevo fenómeno ocurre. A
medida que la aorta elástica –que almacena
sangre durante la sístole- libera sangre durante la
diástole, un segundo pico de flujo aparece.
Nótese que este componente diastólico de flujo
es mayor en la aorta abdominal que en las
arterias ilíacas más distales y está casi ausente en
la arteria femoral. De particular importancia es el
considerable flujo diastólico en las arterias
carótidas y renales (paneles 5 y 6).
El ciclo cardíaco también provoca
ondas de presión en la aorta y
vasos periféricos
Las curvas de presión en la Figura 22-3B muestran
que con el incremento de la distancia desde el
corazón (paneles 1-4), la porción ascendente de la
onda se vuelve más empinada y el pico más
estrecho. Debido a que la presión pico
gradualmente se incrementa y la presión mínima
gradualmente disminuye, la presión de pulso se
vuelve mayor. Con el incremento de la distancia
desde el corazón, una importante oscilación de
presión secundaria aparece durante la diástole
(Fig. 22-3B, cuarto panel). Así, aunque las ondas
de presión están distorsionadas, no están
disminuidas. Aunque pareciese contraintuitivo
que la presión arterial pico se incremente a
medida que nos alejamos del corazón (i.e., ¿está
la sangre fluyendo en contra de un gradiente de
presión?), resulta que la presión arterial media
cae ligeramente a medida que nos alejamos de
este.
Arterias y arteriolas terminales En las arterias
más pequeñas el flujo debe ser pequeño. Aquí, la
tendencia hacia el incremento de la presión pico
se revierte. En su lugar, la presión de pulso
disminuye por dos razones. Primero, porque se
trata de muchos vasos en paralelo con un área
total muy grande, la complacencia total se
incrementa, aplanando la onda de pulso.
Segundo, debido a que estas arterias pequeñas
tienen un radio pequeño y una gran resistencia, la
presión arterial media debe caer en proporción a
su gran resistencia. Así, en contraste a la situación
de las arterias grandes, el aplanamiento
predomina sobre la distorsión.
113
Sección IV • El sistema cardiovascular
Efecto de la distensibilidad aórtica en
el flujo sanguíneo
Hay un gran componente diastólico del flujo sanguíneo total
en las grandes arterias cercanas a la aorta, como las arterias
carótidas y renales. Este componente diastólico medible es
mayormente el resultado de la alta complacencia de los
vasos y la expansión radial que ocurre durante la eyección
ventricular. Podemos alcanzar una comprensión intuitiva de
la contribución radial al flujo en la aorta y las grandes
arterias examinando la capacidad de la aorta de almacenar y
entregar energía durante la aceleración y desaceleración del
flujo.
La figura 22-4 compara dos ramificaciones de un sistema
hidráulico que son idénticos en radio y longitud. Una
ramificación (la 1) es rígida y hecha de vidrio, la otra (la 2) es
elástica y hecha de goma. Ambas ramificaciones terminan en
un caño con una resistencia que es análoga a la resistencia
arteriolar. Asumimos que la resistencia del caño final es
mucho mayor que la del tubo de vidrio o de goma, así
podemos ignorar los pequeños cambios en el radio del tubo
de goma en la resistencia total. Si aplicamos una presión
estable a las dos ramificaciones, el flujo a través de ambas es
idéntico (Fig. 22-4A.).
Si aplicamos la presión en pulsos cuadrados, el flujo a través
de las dos ramas es bastante diferente (Fig. 22-4B). El flujo a
través del tubo de vidrio se incrementa instantemente a un
valor máximo en el inicio de la onda de presión y luego
instantemente cae a cero cuando la presión también lo hace.
Así, el gráfico del flujo a través del caño de vidrio refleja
perfectamente el gráfico de presión. El flujo a través del tubo
de goma tiene un perfil completamente diferente. Durante
el intervalo de presión pico, el vaso de goma se dilata
gradualmente, almacenando un volumen de fluido. De esta
manera, el flujo se incrementa lentamente hasta su máximo
valor. Durante el intervalo del ciclo cuando la presión
impulsora cae a cero, el vaso de goma expandido entrega su
volumen almacenado río abajo, resultando en la existencia
de flujo a pesar de la ausencia de la presión impulsora que lo
generaba anteriormente. El flujo promediado en el tiempo
del tubo de goma es mayor que el del tubo de vidrio.
La aorta y los grandes vasos se comportan como el tubo de
goma como en la figura 22-4B. La presión oscilante en
nuestro modelo (i.e., entre cero y el valor pico) representa la
presión ventricular. El mantenimiento del flujo durante la
interrupción de la presión inicial es equivalente al flujo
continuo de la aorta durante la diástole.
La figura 22-4C muestra un modelo mecánico alternativo,
esto es Windkessel (del alemán “cámara de viento”), en el
cual reemplazamos el tubo de goma con una cámara
compresible de aire por encima de la sangre.
Ambos modelos ilustrados en la figura 22-4B y C muestran
como los vasos sanguíneos distensibles pueden convertir un
flujo discontinuo en uno continuo. El también llamado efecto
Windkessel del sistema arterial mejora considerablemente la
eficiencia de la bomba (i.e., el corazón) porque los vasos son
capaces de convertir los picos del flujo fásico de la bomba en
un flujo más continuo.
114
Figura 22-4 En A y B, efectos de flujo y presión
pulsátiles a través de un vaso complaciente. En C las
flechas doradas indican los movimientos análogos a la
sístole, y las flechas violetas a la diástole.
Capítulo 22 • El corazón como bomba
Capilares Cuando la sangre alcanza los capilares,
el aplanamiento es tan grande que las pulsaciones
normalmente (i.e., oscilaciones de presión) no
ocurren–el flujo sanguíneo es continuo. Los
capilares pulmonares son una excepción; sus
vasos río arriba son cortos y tienen una baja
resistencia y alta complacencia. La pulsación de
los capilares sistémicos ocurre sólo en casos de
un incremento marcado de la presión de pulso
como es el caso de pacientes con insuficiencia
aórtica o hipertiroidismo, o en casos de
vasodilatación periférica generalizada.
La distorsión de las ondas de
presión es el resultado de su
propagación a lo largo del árbol
arterial
Imaginemos que estamos escuchando el corazón
de un paciente con un estetoscopio mientras
simultáneamente sentimos el pulso radial cerca
de la muñeca. Por cada latido que escuchamos
sentimos un pulso. Se sabe que la presión pico en
el ventrículo izquierdo ocurre a la mitad entre el
primer y el segundo sonido cardíaco pero el
retraso entre el punto medio de ambos sonidos y
el pico del pulso radial es de ~0,1 s. Las células
sanguíneas tardan varios segundos en fluir desde
el corazón hasta la muñeca. ¿Por qué, entonces,
somos capaces de sentir el pulso tan pronto luego
del latido?
La respuesta es que los vasos sanguíneos
conducen el pulso palpable como una onda de
presión. La velocidad lineal de las células
sanguíneas –transportadas por la corriente
sanguínea- varía entre un metro por segundo en
la aorta para hacerse muy pequeña en los
capilares. De todas maneras la onda de presión
viaja a una velocidad de 5 a 6 m/s en la aorta,
incrementándose a 15 m/s en las arterias
pequeñas.
El siguiente ejemplo ilustra la diferencia entre la
onda de presión y la convección. Imaginemos que
dos personas están sumergidas en un río, en un
momento la persona río arriba emite un sonido
abajo del agua. La onda de sonido (como un
ejemplo de onda de presión) viaja hacia la
persona río abajo con una velocidad que es
mucho mayor que la velocidad del agua del río.
Podemos ilustrar como las ondas de presión se
propagan a lo largo de las arterias al graficar los
perfiles de presión arterial de la Figura 22-3B y
superponiéndolas una sobre la otra. Las cuatro
ondas de presión de la figura 22-5 representan los
datos obtenidos simultáneamente en un perro
con cuatro catéteres, el primero puesto en el arco
aórtico y los otros tres cada diez centímetros río
abajo. La propagación río abajo por las grandes
arterias está acompañada por una importante
distorsión del perfil de presión: la onda se vuelve
más estrecha y más alta a medida que nos
movemos río abajo.
Figura 22-5 Ondas de presión arterial. Estos registros
de presión arterial simultáneos son de un perro con los
catéteres puestos a 0, 10, 20 y 30 cm desde el arco
aórtico. A medida que la onda se mueve río abajo por
el vaso, la subida es retrasada, pero el pico es más alto.
Efecto de la frecuencia en la velocidad y
aplanamiento de la onda La onda de presión
moviéndose desde la aorta hacia la periferia es
realmente el ensamblado de muchas ondas
individuales cada una con su propia frecuencia.
Ondas de frecuencia mayor se mueven más
rápido y se vuelven más aplanadas que las ondas
de baja frecuencia (Fig. 22-6A). La recombinación
de estas ondas en un sitio más periférico produce
una nueva onda con una forma que es distinta a
la onda aórtica original.
Efecto de la rigidez de la pared vascular en la
velocidad de la onda Si la onda de presión se
encuentra con vasos que tienen una pared más
rígida, la velocidad de la onda se incrementa (Fig.
22-6B). Contrariamente, con un vaso más
complaciente, algo de la energía del pulso de
presión se “gasta” en la dilatación del vaso,
entonces la onda de presión se esparce y
enlentece. Debido a que el envejecimiento causa
115
Sección IV • El sistema cardiovascular
una disminución en la complacencia vascular (i.e.,
distensibilidad), la velocidad de la propagación se
incrementa.
Las ondas de presión en las venas
no se originan desde las ondas
arteriales
Hemos visto antes en este capítulo que el flujo en
los capilares no es pulsátil usualmente. A pesar de
eso, el flujo sanguíneo en los capilares puede
exhibir pequeñas oscilaciones, no relacionadas
con el ciclo cardíaco. El control vasomotor en las
arteriolas y esfínteres precapilares puede causar
estas fluctuaciones. Sumado a esto, los cambios
en la presión tisular (por ejemplo los causados
por la contracción muscular) pueden comprimir
los capilares y ayudar a que se produzcan dichas
fluctuaciones. Los capilares pulmonares son
particularmente susceptibles a los cambios en la
presión alveolar que los rodea.
Aunque las venas sistémicas tienen ondas de
presión, estas ondas no se originan por la
propagación de las ondas arteriales a través de
los lechos capilares, que no son pulsátiles. Tres
mecanismos contribuyen a la existencia del pulso
venoso: (1) la acción retrógrada de cada latido
cardíaco durante el ciclo; (2) el ciclo respiratorio;
y (3) la contracción del músculo esquelético.
Efectos del ciclo cardíaco Las grandes venas,
cerca del corazón, como la vena yugular, tienen
ondas de pulso complejas (Fig.22-7A) que están
sincronizadas con el ciclo cardíaco. Los tres picos
en el pulso yugular se denominan a, c y v. Los tres
valles se denominan av, x e y. Estos cambios en la
presión son reflejo de diferentes eventos del ciclo
cardíaco:
El pico a es causado por la contracción de la
aurícula derecha.
El valle av es debido a la relajación de la aurícula
derecha y al cierre de la válvula tricúspide.
116
El pico c refleja el aumento de presión en el
ventrículo derecho durante la sístole temprana y
el resultante abultamiento de la válvula tricúspide
–que se acaba de cerrar- hacia la aurícula
derecha.
El valle x ocurre como resultado de la contracción
y acortamiento del ventrículo derecho durante la
fase de eyección. El acortamiento del corazón –
con la válvula tricúspide todavía cerrada- tira y
por lo tanto estira las venas disminuyendo su
presión.
El pico v está relacionado con el llenado de la
aurícula derecha mientras la válvula tricúspide
está cerrada, lo que causa un aumento de la
presión en esta. La apertura de la válvula
tricúspide determina el punto máximo del pico v,
ya que una vez que se abre, la presión comienza a
disminuir.
El valle y representa la caída de presión en la
aurícula derecha durante la fase de llenado rápido
ventricular, donde la sangre abandona
rápidamente la aurícula e ingresa al ventrículo. El
incremento de la presión venosa después del
valle “y” ocurre como consecuencia de que el
retorno venoso se enfrente a un ventrículo cuya
velocidad de llenado es más lenta.
Efectos del ciclo respiratorio Poiseuille fue el
primero en observar que la presión en la vena
yugular se vuelve negativa durante la inspiración
(Fig. 22-7B). Durante la inspiración, el diafragma
desciende causando que la presión intratorácica
(y por lo tanto la presión dentro de los vasos
torácicos) descienda y la presión intraabdominal
aumente. En consecuencia, el retorno venoso de
la cabeza y las extremidades superiores aumenta
transitoriamente porque lo vasos de baja presión
literalmente “chupan” la sangre hacia la cavidad
torácica. Simultáneamente, el retorno venoso
desde las extremidades inferiores disminuye por
el aumento de la presión en las venas
abdominales durante la inspiración. De esta
manera, durante la inspiración, la presión en las
venas yugulares disminuye mientras que en las
venas femorales aumenta.
Capítulo 22 • El corazón como bomba
Figura 22-6 Propagación de ondas de presión. En A y B, el flujo proviene de izquierda a derecha. El par de ondas de
presión de la izquierda fueron medidas en el mismo instante al comienzo, mientras que el par de ondas de presión de
la derecha fueron registradas simultáneamente pero más tarde. Si a la derecha (i.e., al final de los vasos) sumamos las
ondas de diferentes frecuencias al mismo instante de tiempo, la onda que se forma está distorsionada (como la curva
verde de la arteria femoral en la Fig. 22-5).
Efecto de la contracción del músculo esquelético
(“Bomba muscular”) La contracción del músculo
esquelético también puede afectar la presión y el
flujo en las venas. Las grandes venas de los
miembros inferiores están equipadas con válvulas
que previenen el flujo retrógrado. Cuando una
persona está en reposo y acostada, todas las
válvulas venosas están abiertas y el flujo
sanguíneo hacia el corazón es continuo. El estar
parado causa que la presión venosa en el pie
aumente gradualmente debido a la presión
hidrostática generada por la columna de sangre
desde el pie al corazón (Fig. 22-7C). Si la persona
comienza a caminar, la combinación de la acción
de la “bomba muscular” de las piernas sobre las
grandes venas, y de las válvulas venosas, que
actúan como estaciones de relevo, causan que la
presión en las piernas disminuya. Cada paso causa
una pequeña oscilación en la presión sanguínea
en el pie, así como también una pequeña
disminución de esta. Caminar causa una
disminución neta en la presión tanto de las venas
superficiales como profundas, así como también
en los capilares correspondientes. Cuando el
ejercicio cesa, la presión sanguínea aumenta de
nuevo.
117
Sección IV • El sistema cardiovascular
inician la excitación cardíaca. Cuando el corazón
tiene ritmo sinusal normal, las células marcapasos
se encuentran en el nodo sinusal (SA) en la
aurícula derecha. Los potenciales de acción se
conducen hacia los miocitos auriculares y luego
por el sistema especializado de conducción
ventricular. El impulso no puede cruzar de las
aurículas a los ventrículos si no es por el nodo
auriculoventricular (AV). El nodo AV retrasa la
conducción, lo cual es esencial para permitir que
los ventrículos se llenen de sangre antes de que la
contracción ocurra. Desde el nodo AV el impuso
se conduce a través del haz de His, sus ramas
derecha e izquierda y finalmente hacia el sistema
de fibras de Purkinje, el cual excita directamente
a los miocitos ventriculares. El impuso se propaga
célula a célula por medio de uniones GAP.
El ventrículo derecho se contrae
como un fuelle, mientras que el
izquierdo lo hace como un tubo de
pasta dental siendo apretado
Figura 22-7 Cambios en la presión venosa. En A, la
escala de tiempo se reduce a un único ciclo cardíaco.
La atura relativa de los picos y valles es variable. En B y
C la escala temporal se corresponde a una inspiración
prolongada (i.e., varios latidos); el eje Y muestra la
presión yugular media.
DINÁMICA CARDÍACA
El corazón es un sistema de dos bombas
conectadas en serie. La pared muscular del
ventrículo izquierdo es más gruesa y más potente
que la del derecho. El septum interventricular une
las dos bombas y es aún más grueso. La pared
muscular de los ventrículos es la responsable de
la acción de bomba de estos.
El corazón no depende de un generador de ritmo
en el cerebro, como los “generadores de
patrones” centrales que controlan otros sistemas
rítmicos como la respiración, locomoción,
masticación y los escalofríos. En lugar de esto, las
células marcapaso dentro del corazón mismo,
118
Los dos ventrículos comparten una espiral
envolvente y circular de capas musculares. La
organización de esta espiral asegura que la
contracción ventricular “exprima” la sangre fuera
del corazón, aunque incompletamente. El ápice se
contrae antes que las porciones basales del
ventrículo, una secuencia que expulsa la sangre
hacia la aorta o hacia la arteria pulmonar.
La acción mecánica del ventrículo derecho se
asemeja a un fuelle usado para avivar el fuego
(Fig.22-8A). Aunque la distancia entre la pared
libre y el septum es pequeña, la pared libre tiene
una gran área por lo que un pequeño movimiento
hacia el septum eyecta un gran volumen.
El mecanismo de vaciado del ventrículo derecho
involucra tres movimientos. Primero, el eje
longitudinal se acorta a medida que el músculo en
espiral tira la válvula tricúspide hacia el ápice.
Segundo, la pared libre del ventrículo derecho se
mueve hacia el septum, en un movimiento muy
parecido al de un fuelle. En tercer lugar, la
contracción de las fibras circulares más profundas
del ventrículo izquierdo fuerza al septum a una
forma convexa, por lo que se abulta hacia el
derecho.
ventrículo
Capítulo 22 • El corazón como bomba
Figura 22-8 Comparación de la dinámica del ventrículo izquierdo y derecho.
119
Sección IV • El sistema cardiovascular
Este abultamiento del septum lo acerca hacia la
pared libre del ventrículo derecho. Estos tres
movimientos están bien optimizados para la
eyección de un gran volumen de sangre, pero no
para el desarrollo de alta presión. El ventrículo
derecho eyecta la misma cantidad de sangre que
el ventrículo izquierdo, pero lo hace a una presión
mucho menor.
La acción mecánica del ventrículo izquierdo
ocurre en un movimiento dual (Fig.22-8B).
Primero, la contracción de las capas musculares
circulares reduce el diámetro de la cámara,
progresando desde el ápice hacia la base,
parecido al movimiento de un tubo de pasta
dental siendo apretado. Segundo, la contracción
de los músculos en espiral tira el anillo de la
válvula mitral hacia la base, acortando el eje
mayor. El primer mecanismo es más poderoso y
es el responsable de las grandes presiones
desarrolladas por el ventrículo izquierdo. La
forma cónica de la luz le da al ventrículo izquierdo
una relación superficie-volumen más pequeña
que la del ventrículo derecho., contribuyendo de
esta manera a la habilidad del ventrículo
izquierdo para generar altas presiones.
La contracción de las aurículas normalmente
aporta una pequeña contribución al llenado de
los ventrículos cuando el sujeto está en reposo
(ver la cardiobox “La importancia (y no
importancia) de la contracción auricular”). De
todas maneras, la contracción de las aurículas es
un factor de seguridad útil en al menos dos
circunstancias. Durante la taquicardia, cuando el
intervalo diastólico –y entonces el tiempo de
llenado pasivo- es corto, la contracción auricular
puede proveer un apoyo necesario.
La
contracción auricular también es útil en
determinadas condiciones patológicas. Por
ejemplo cuando la válvula AV se encuentra
estrecha (i.e., estenosada), esta ofrece una
importante resistencia al flujo de la aurícula hacia
el ventrículo. En este caso, la bomba auricular
puede lograr una importante contribución al
llenado ventricular.
La aurícula derecha se contrae
antes que la izquierda, pero el
120
ventrículo izquierdo se contrae
antes que el derecho
Cuando introducimos el ciclo cardíaco antes en
este capítulo, asumimos que los eventos en el del
lado derecho y el izquierdo del corazón sucedían
simultáneamente. De todas maneras ya hemos
notado en la discusión anterior el desdoblamiento
de los sonidos cardíacos, el “timing” de los dos
lados del corazón es ligeramente diferente
(Fig.22-8C).
Contracción auricular Debido a que el nodo SA
está localizado en la aurícula derecha, la
contracción auricular comienza y termina antes
en la aurícula derecha que en la izquierda (Fig. 228C, contracción).
Iniciación de la contracción ventricular La
contracción ventricular comienza antes en el lado
izquierdo, y la válvula mitral se cierra antes que la
tricúspide. De todas maneras, esta diferencia en
el cierre de las válvulas AV (Fig. 22-8C,
movimientos valvulares) es tan pequeña que es
inusual que se escuche como un desdoblamiento
de S1. Por otro lado el ventrículo derecho tiene un
período isovolumétrico de contracción más
pequeño debido a que no necesita elevar
demasiado la presión para abrir su válvula
semilunar e iniciar la eyección. Así, la válvula
pulmonar se abre ligeramente antes que la
válvula aórtica.
Eyección ventricular La eyección desde el
ventrículo derecho dura más que la del izquierdo.
Las
válvulas
semilunares
no
cierran
simultáneamente. La válvula aórtica, con su gran
presión rio abajo, se cierra antes que la válvula
pulmonar. Así, la válvula pulmonar –con su baja
presión rio abajo- se abre primero y se cierra
última. Esta diferencia en el cierre de las válvulas
semilunares explica el desdoblamiento normal y
fisiológico de S2 (Fig. 22-8C, ruidos). Durante la
inspiración, la presión intratorácica relativamente
negativa potencia el llenado del lado derecho del
corazón, causando que tenga un mayor volumen
al final de la diástole y por lo tanto eyecte más
sangre. El tiempo adicional requerido para la
eyección ventricular derecha pospone el cierre de
Capítulo 22 • El corazón como bomba
la válvula pulmonar
desdoblamiento de S2.
(P2)
ampliando
el
Relajación
ventricular
La
relajación
isovolumétrica es más breve en el ventrículo
derecho que en el izquierdo. La válvula pulmonar
se cierra después que la válvula aórtica, y la
válvula tricúspide se abre antes que la mitral. Así,
el ventrículo derecho comienza a llenarse antes
que el izquierdo.
Las medidas de los volúmenes
ventriculares, presiones y flujos
permiten a los médicos evaluar el
desempeño cardíaco
Definición de los volúmenes cardíacos El gasto
cardíaco es el producto de la frecuencia cardíaca
y el volumen sistólico. El volumen sistólico (VS) es
la diferencia entre el volumen al final de la
diástole (VFD) y el volumen al final de la sístole
(VFS), esto es, la diferencia entre el volumen
ventricular máximo y mínimo. El VFD es
típicamente 120 mL y el VFS de 50 mL, así:
𝑉𝑉𝑉𝑉 = 𝑉𝑉𝑉𝑉𝑉𝑉 − 𝑉𝑉𝑉𝑉𝑉𝑉
𝑉𝑉𝑉𝑉 = 120 𝑚𝑚𝑚𝑚 − 50 𝑚𝑚𝑚𝑚
𝑉𝑉𝑉𝑉 = 70 𝑚𝑚𝑚𝑚
(22-2)
La fracción de eyección (Fey) es un valor
adimensional, definido como el volumen sistólico
normalizado al volumen al final de la diástole:
𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹 =
𝑉𝑉𝑉𝑉
𝑉𝑉𝑉𝑉𝑉𝑉
(22-3)
En nuestro ejemplo, la Fey es (70 mL) / (120 mL) o
~0,6. El valor debería exceder el 55% en una
persona sana. Mientras que la Fey del ventrículo
izquierdo y la del derecho por regla son iguales,
los médicos normalmente miran la Fey del
ventrículo izquierdo. 2
2
NdT: Las fracciones de eyección no son iguales. Como
el VFD del ventrículo derecho es mayor, a igual VS (i.e.,
VSVI = VSVD), la Fey del VD es necesariamente menor:
Medidas de los volúmenes cardíacos Los médicos
miden rutinariamente el volumen de las cámaras
cardíacas por angiografía o ecocardiograma. El
modo unidimensional de la ecocardiografía (o
modo M) permite a uno conocer el desempeño
ventricular proveyendo medidas de la velocidad
de la pared posterior del ventrículo izquierdo,
acortamiento fraccional de la circunferencia
ventricular izquierda. El ecocardiograma de dos
dimensiones permite determinar los volúmenes
ventriculares:
-Volumen ventricular izquierdo al final de la
diástole (VFD)
-Volumen ventricular izquierdo al final de la
sístole (VFS o volumen residual)
-Volumen sistólico (VS = VFD – VFS)
-Fracción de eyección del ventrículo izquierdo
(Fey = VSVI/VFDVI)
Medidas de las presiones ventriculares Para las
cateterizaciones del lado derecho, los médicos
usan un catéter de Swan-Ganz el cual consiste en
tres tubos paralelos de diferentes longitudes, el
más largo es un catéter con un balón inflable que
se introduce en dirección al flujo sanguíneo. Los
otros dos tubos son catéteres que tienen orificios
laterales que terminan en dos puntos próximos a
la punta. Los médicos avanzan el catéter en forma
percutánea a través de una vena sistémica hacia
el lado derecho del corazón, y luego hacia la
circulación pulmonar donde la punta del catéter
más largo literalmente se enclava en una rama
pequeña de la arteria pulmonar. Debido a que
una columna de sangre continua comunica la
punta del catéter con la aurícula izquierda, la
presión de enclavamiento es tomada como un
índice de la presión auricular izquierda. Para las
cateterizaciones del lado izquierdo, los médicos
insertan un catéter en forma percutánea en una
arteria y avanzan la punta hacia el lado izquierdo
del corazón. La tabla 22-3 muestra algunos de los
valores de presión más importante para el
corazón derecho e izquierdo.
↑ 𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝑉𝑉𝑉𝑉 =
𝑉𝑉𝑉𝑉𝑉𝑉𝑉𝑉
↓ 𝑉𝑉𝑉𝑉𝑉𝑉𝑉𝑉𝑉𝑉
↓ 𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝐹𝑉𝑉𝑉𝑉
121
Sección IV • El sistema cardiovascular
Medida de flujos Los cardiólogos pueden calcular
el flujo por los cambios en el volumen ventricular
medido por ecocardiografía, y por la técnica de
ultrasonido Doppler. Ambos miden el flujo de
sangre en el tracto de salida (i.e., aorta). La figura
22-8D y E muestran los perfiles de presión y
velocidad a la salida de los dos ventrículos.
Aunque los dos ventrículos expelen la misma
cantidad de sangre en el mismo ciclo cardíaco, el
pico de velocidad es mucho mayor en el
ventrículo izquierdo. Sumado a esto, la velocidad
sube más rápidamente en el ventrículo izquierdo,
indicando la gran aceleración de la sangre
durante la eyección. La onda de presión es
alrededor de 5 veces más grande en el ventrículo
izquierdo que en el derecho, y la tasa a la cual la
presión aumenta (ΔP/Δt) es mucho mayor en el
ventrículo izquierdo.
Presión (mmHg)
Aurícula derecha
Aurícula izquierda
Media
2
Ventrículo derecho
Valor sistólico
máximo
30
Valor diastólico
mínimo
6
25
Valor diastólico
mínimo
8
Onda c
12
Onda v
15
Ventrículo izquierdo
130
10
Media
Valor
sistólico
máximo
Valor
diastólico
mínimo
Capilares pulmonares
Media
13
Aorta
15
Valor sistólico
máximo
8
Onda a
Valor
sistólico
máximo
Valor
diastólico
mínimo
Arteria pulmonar
Media
Media
10
95
130
80
Capilares sistémicos
Media
25
Tabla 22-3 Comparación de las presiones en la
circulación derecha e izquierda.
122
El “loop” presión-volumen de un
ventrículo muestra el trabajo
durante la eyección de ese
ventrículo
En la figura 22-1 vimos por separado los gráficos
de presión ventricular en función del tiempo, y
volumen ventricular en función del tiempo. Si a
cada punto en el tiempo, graficamos la presión en
función del volumen, el resultado es el “loop”
presión-volumen, que se muestra en la figura 229 para el ventrículo izquierdo. Este “loop” es un
gráfico que describe la relación entre la presión y
el volumen del ventrículo izquierdo durante un
ciclo cardíaco. Nótese que el tiempo no está
explícito en este gráfico, a medida que hacemos
una vuelta completa contrarreloj alrededor del
“loop”, estamos graficando secuencialmente la
presión y el volumen a cada punto en el tiempo
del ciclo cardíaco. De todas maneras, la distancia
entre dos puntos en el “loop” no es proporcional
al tiempo transcurrido.
Para la descripción de este “loop” presión
volumen, podemos comenzar desde un punto A
elegido arbitrariamente (Fig-22-9) y definir
diferentes segmentos (por ejemplo, AB, BC, etc.).
Aunque usamos de ejemplo al ventrículo
izquierdo, un examen similar se puede aplicar al
ventrículo derecho.
Segmento AB El punto A representa el instante
en el cual la válvula mitral se abre. Este punto, el
volumen ventricular está en su valor mínimo de
~50 mL y la presión del ventrículo izquierdo en un
valor bajo de ~7 mmHg. Cuando la válvula mitral
se abre, el ventrículo empieza a llenarse
pasivamente debido a que la presión auricular es
mayor que la del ventrículo. Durante el intervalo
AB, la presión ventricular cae ligeramente a ~5
mmHg debido a que el músculo ventricular
continúa relajándose durante la diástole. Así, a
pesar de la rápida entrada de sangre, la presión
ventricular sigue disminuyendo hacia su valor
mínimo del ciclo cardíaco.
Segmento BC Durante la segunda fase del llenado
ventricular, el volumen aumenta marcadamente
desde ~70 a ~120 mL acompañado de un
Capítulo 22 • El corazón como bomba
modesto aumento de la presión desde ~5 mmHg
hasta ~10 mmHg. Este aumento moderado de la
presión, a pesar de que el volumen ventricular
aumenta mucho, refleja la alta complacencia
(C=ΔV/ΔP) del ventrículo durante la diástole. La
relación entre presión y volumen en el segmento
BC es similar a la que existe en los vasos
sanguíneos.
Segmento CD El punto C representa el cierre de la
válvula mitral. A este punto, el llenado ventricular
ha terminado y la contracción isovolumétrica –
representada por la línea vertical CD- está a punto
de comenzar. Así, por la definición de
isovolumétrica, el volumen ventricular se
mantiene constante a 120 mL mientras que la
presión ventricular aumenta hasta alrededor de
~80 mmHg, igual a la presión diastólica aórtica
Segmento EF El punto E representa el instante en
el cual el músculo ventricular comienza a
relajarse. Durante este período de eyección
decreciente, la presión ventricular cae desde ~130
mmHg hasta ~100 mmHg. De todas maneras la
sangre continúa abandonando el ventrículo, y el
volumen ventricular disminuye desde ~75 mL en
el punto E hasta ~50 mL en el punto F. El punto F
representa la presión y el volumen al fin de la
sístole. Nótese que el ventrículo no llega hasta un
volumen cero al final de la sístole. En total, 120 50 mL o 70 mL de sangre abandonan el ventrículo
izquierdo durante la sístole. Por lo tanto, el
volumen sistólico es sustancialmente menor que
el volumen ventricular máximo (i.e., VFD). La
fracción de eyección en este ejemplo es de ~60%,
la cual está en el rango normal. La eyección
ocurre contra la presión aórtica que varía en el
rango de 80 a 130 mmHg. Así, la eyección no es
“isotónica”.
Segmento FA El punto F representa el cierre de la
válvula aórtica. En este punto, la eyección ha
terminado y la relajación isovolumétrica está
punto de comenzar. El volumen ventricular se
mantiene en 50 mL mientras que la presión
ventricular comienza a caer desde ~100 mmHg en
el punto F hasta ~7 mmHg en el punto A. Al final
de la relajación isovolumétrica, la válvula mitral se
abre y el ciclo cardíaco comienza nuevamente con
el llenado ventricular.
Los 6 segmentos del “loop” presión-volumen
corresponden a las diferentes fases del ciclo
cardíaco:
Figura 22-9 “Loop” presión-volumen para el ventrículo
izquierdo.
Segmento DE El punto D representa la apertura
de la válvula aórtica. Con esta apertura, el
músculo ventricular ahora puede acortarse y
eyectar sangre. Durante este período de rápida
eyección, el volumen ventricular disminuye desde
~120 mL a ~75 mL. Nótese que mientras que la
contracción continúa durante el intervalo DE, la
presión ventricular aumenta incluso más,
alcanzando su pico sistólico a un valor de ~130
mmHg en el punto E.
-Fase 1, la fase de llenado, incluye los segmentos
AB y BC.
-Fase 2, la contracción isovolumétrica incluye el
segmento CD.
-Fase 3, la fase de eyección, incluye los segmentos
DE y EF.
-Fase 4, relajación isovolumétrica incluye el
segmento FA.
El segmento CDEF representa la sístole, mientras
que el segmento FABC representa la diástole.
123
Sección IV • El sistema cardiovascular
El “trabajo de bombeo” del corazón
es sólo una pequeña fracción del
total de energía que consume
El corazón realiza su trabajo como bomba
impartiendo impulso a la sangre y propulsándola
a través de la resistencia periférica.
El trabajo, en su definición más simple es el
producto de la fuerza aplicada a un objeto y la
distancia en la que ese objeto se mueve (W =
fuerza x distancia). Considerando al trabajo en
términos de presión y volumen, debemos revisar
esta definición. Imaginemos que tenemos un
volumen de sangre en una jeringa. Si aplicamos
una fuerza constante al émbolo, esto es, si
aplicamos una presión constante a la sangre, el
émbolo se moverá una cierta distancia a medida
que la sangre se eyecta por la aguja, reduciendo
así el volumen, ΔV. ¿Cuánto trabajo hemos
realizado? Para una presión que moviliza un
fluido, el trabajo externo es
𝑊𝑊 = 𝑃𝑃 . 𝛥𝛥𝛥𝛥
(22-4)
Figura 22-10 Trabajo externo del ventrículo izquierdo.
Si la presión aórtica fuera constante, el trabajo
hecho en cada latido sería simplemente el
producto de la presión aórtica (P) por el volumen
sistólico (ΔV = VS = VFD-VFS)
La relación presión-volumen de la figura 22-10
muestra el trabajo del ventrículo izquierdo. La
superficie debajo del segmento ABC (i.e., fase de
llenado) es el trabajo realizado por la sangre
(previamente contenida en el reservorio venoso y
las aurículas a baja presión) en el ventrículo (Fig.
22-10A). La superficie debajo de DEF (i.e., fase de
eyección) es el trabajo hecho por el corazón
durante la eyección (Fig. 22-10B). La diferencia de
las áreas en la parte A y B de la figura 22-10 es el
trabajo cardíaco externo (Fig. 22-10C)
124
El “loop” presión-volumen para el ventrículo
derecho tiene la misma forma general. De todas
maneras, el área (i.e., el trabajo cardíaco externo)
es de alrededor de 1/5 comparada con el área
del ventrículo izquierdo, debido a que su presión
es mucho menor.
El área del “loop” en la figura 22-10C ignora a la
velocidad a la cual la sangre es bombeada (i.e., la
aceleración que el corazón le imparte a la sangre,
o el tiempo que le lleva completar un ciclo
cardíaco). Así, el trabajo por latido debería incluir
la energía cinética (0,5 x m x v2) que el corazón le
da a la sangre que eyecta:
Capítulo 22 • El corazón como bomba
𝑊𝑊 = 𝑃𝑃 . 𝑉𝑉 + 1/2 . 𝑚𝑚 . 𝑣𝑣 2
(22-5)
Trabajo
externo
total
Trabajo Energía
presión
cinética
volumen
Del total de este trabajo externo, el corazón sólo
entrega una pequeña fracción como energía
cinética. Es más, el trabajo externo útil es sólo
una pequeña fracción del total de energía que el
corazón consume. Como otros músculos, el
corazón no sólo se acorta y produce trabajo
clásico (como por ejemplo en la contracción
isotónica) sino que también mantiene una tensión
activa sin acortamiento (como por ejemplo
durante la contracción isovolumétrica). Durante
la contracción isovolumétrica el corazón
desarrolla y mantiene altas presiones sin realizar
nada de trabajo externo –como cuando nosotros
realizamos “trabajo no útil” al sostener un peso
sin moverlo. De todas maneras, durante el
ejercicio isométrico los músculos catabolizan ATP
todo el tiempo que mantienen la tensión
isométrica; la energía se transforma en calor. Este
tipo de energía en términos cardíacos es llamada
tension heat (calor de tensión), la cual es
proporcional al producto de la tensión de la pared
ventricular (T) y el tiempo en el cual se mantiene
esta tensión (Δt). En el caso del corazón, la
presión contra la cual el ventrículo debe bombear
es el principal determinante de la tensión
parietal. La energía total transformada en un ciclo
cardíaco es la suma del trabajo total externo y la
tension heat (calor de tensión):
𝑊𝑊 = 𝑃𝑃 . 𝑉𝑉 + 1/2 . 𝑚𝑚 . 𝑣𝑣 2 + 𝑘𝑘 . 𝑇𝑇 . 𝛥𝛥𝛥𝛥
(22-6)
Trabajo
presión
volumen
Energía
cinética
Tension
heat
k es proporcional a una constante que convierte T
x Δt en unidades de energía. La tension heat
(calor de tensión) es el principal determinante de
la energía total requerida por el corazón. El
trabajo externo representa una pequeña fracción
(3%) de la energía que necesita el corazón en
reposo, aumentando como mucho hasta el 10%
durante el ejercicio. Incluso durante el ejercicio,
la mayor parte de la energía consumida por el
corazón se disipa como calor.
La tension heat (calor de tensión), más costosa
energéticamente para el corazón que el trabajo
volumen-presión, tiene un considerable interés
práctico para los pacientes con enfermedad
coronaria cuando estos aumentan su gasto
cardíaco durante la actividad física. La mayor
carga para estos individuos no es el trabajo
cardíaco externo utilizado en bombear sangre
adicional a través de la circulación (i.e., aumentar
el gasto cardíaco) sino incrementar la tension
heat (calor de tensión) (k x T x Δt). Así, es
ventajoso para estos pacientes tener una baja
tensión en la pared ventricular –esto es una baja
presión sanguínea. También es ventajoso no
pasar mucho tiempo (Δt) en sístole. El corazón
gasta una gran fracción de su tiempo en sístole
cuando su frecuencia cardíaca es alta. Por lo
tanto, para los pacientes cardiópatas, es mejor
aumentar el gasto cardíaco a presiones y
frecuencias cardíacas bajas (i.e., disminuir el
producto T x Δt). La única opción es incrementar
el volumen sistólico.
La relación del trabajo externo cardíaco y la
energía total consumida se denomina eficiencia
mecánica. Nótese que la eficiencia mecánica no
tiene nada que ver en qué tan efectivo es el
ventrículo expeliendo sangre.
DESDE
FILAMENTOS
CONTRACTILES HASTA UNA
BOMBA REGULADA
Se discutieron anteriormente las características
generales de la contracción muscular y se
compararon las propiedades del músculo
esquelético, cardíaco y liso. En éste capítulo
veremos cómo algunas de estas características
subyacen al desempeño cardíaco.
La entrada de Ca2+ desde el exterior
dispara la liberación de Ca2+
inducida por Ca2+ desde el retículo
125
Sección IV • El sistema cardiovascular
sarcoplasmático,
contracción de
cardíacos
iniciando
la
los miocitos
El acoplamiento excitación-contracción del
músculo cardíaco es similar al del músculo
esquelético. Una gran diferencia es que en el caso
del músculo esquelético el evento que da inicio a
la contracción es la llegada de un potencial de
acción a la placa neuromuscular con la
consecuente liberación de acetilcolina. En los
cardiomiocitos, los potenciales de acción de las
células vecinas se conducen de una a otra por
medio de las uniones GAP, produciéndose la
despolarización de todas las células.
Como en la fibra muscular esquelética, la
despolarización de la membrana de la célula
cardíaca invade los túbulos T que se disponen
radialmente a lo largo del eje mayor del miocito.
A diferencia de las células musculares
esqueléticas, los cardiomiocitos también tienen
túbulos T axiales que se dirigen en forma paralela
al eje mayor de la célula.
Otra gran diferencia en el acoplamiento exitocontráctil entre las células musculares
esqueléticas y las células cardíacas es que en
estas últimas existen los canales de Ca2+ tipo L
(Cav1.2, receptor de dihidropiridinas) en la
membrana del túbulo T, los cuales activan a los
canales de liberación de Ca2+, constituidos por
cuatro moléculas RYR2, en la membrana del
retículo sarcoplasmático. En el músculo
esquelético, la interacción entre ambos canales es
mecánica y no requiere la entrada de Ca2+. Si
ponemos una célula muscular esquelética en una
solución sin Ca2+, el músculo puede continuar
contrayéndose hasta que sus reservas
intracelulares de Ca2+ se agoten. En contraste, el
músculo cardíaco no puede contraerse en
absoluto en la misma solución. ¿Por qué?
En el músculo cardíaco, la entrada de Ca2+ a través
de los canales de Ca2+ tipo L es esencial para el
aumento de [Ca2+]i en las cercanías de RYR2 en el
retículo sarcoplasmático. Éste aumento de Ca2+
dispara la liberación del Ca2+almacenado en el
retículo (liberación de Ca2+ inducida por Ca2+)
hacia el citoplasma. Cada evento individual de
liberación de Ca2+ inducida por Ca2+ puede
aumentar la [Ca2+]i tanto como 10 μM en los
126
microdominios de ~1 μm de diámetro. Éstos
incrementos localizados de la [Ca2+]i aparecen
como “espigas de calcio” cuando son registradas
con un colorante sensible al Ca2+ por microscopía
confocal. Si muchos canales de Ca2+ tipo L se
abren al mismo tiempo, cada una de estas
“espigas” se suma logrando un aumento global de
la [Ca2+]i.
La estructura básica de los filamentos finos y
gruesos en el músculo cardíaco es la misma que
en el músculo esquelético. Luego de que el [Ca2+]i
se incrementa, este se une a la isoforma cardíaca
de la troponina C y es el complejo Ca2+-troponina
C el que libera la inhibición de la troponina I sobre
la actina. Como resultado, los filamentos de
tropomiosina se unen a la troponina T del
filamento fino y se desplazan, permitiendo que la
miosina pueda interactuar con los sitios activos
de la actina. Debido a que el corazón nunca
descansa, los cardiomiocitos cuentan con una alta
densidad de mitocondrias que son capaces de
mantener niveles altos de síntesis de ATP.
Los puentes cruzados entre actina y miosina
causan que ambos filamentos se deslicen,
generando tensión. Ya hemos introducido el
gráfico tensión-longitud, el cual muestra la
tensión desarrollada en función de la longitud de
la fibra. Esta longitud puede ser la de la fibra
entera o la de un único sarcómero. Para el
músculo cardíaco, el cual forma el ventrículo, la
“longitud” puede ser el volumen de la cámara. El
sarcómero es la unidad funcional de ambos
músculos estriados, tanto el esquelético como el
cardíaco.
La fosforilación de la Fosfolamban y
la Troponina I acelera la relajación
cardíaca
A medida que termina la fase 2 del potencial del
acción cardíaco, la entrada de Ca2+ a través del
canal de Ca2+ tipo L disminuye, lo que mengua la
liberación
de
Ca2+ desde
el
retículo
sarcoplasmático. Detener la entrada y liberación
de Ca2+ sólo puede frenar el aumento de la
[Ca2+]i. La relajación propiamente dicha depende
de tres procesos: (1) la extrusión de Ca2+ desde el
citosol hacia el líquido extracelular, (2) la
hacia el retículo
recaptación del Ca2+
Capítulo 22 • El corazón como bomba
sarcoplasmático (SR) y (3) la disociación del Ca2+
de la troponina C. Los últimos dos procesos están
altamente regulados.
La extrusión de Ca2+ desde el citosol hacia el
líquido extracelular Incluso durante la meseta del
potencial de acción, el miocito saca algo de Ca2+.
Después de que el potencial de membrana
retorna a sus valores negativos, la extrusión de
Ca2+ domina y la [Ca2+]i disminuye. En estado
estacionario (i.e., durante varios potenciales de
acción), la célula debe eliminar todo el Ca2+ que
entró al citosol desde el medio extracelular por
los canales de Ca2+ tipo L. Como en la mayoría de
las otras células, la eliminación de Ca2+ puede
seguir dos vías: (1) el intercambiador del
sarcolema (membrana plasmática de la célula
muscular) (NCX1), el cual opera a niveles altos de
[Ca2+]i; y (2) la bomba de Ca2+ del sarcolema que
puede incluso funcionar a bajos niveles de [Ca2+]i.
De todas maneras, la bomba contribuye sólo
modestamente a la relajación debido a que está
concentrada en la cavéolas. Su rol puede ser
principalmente la transducción de señales.
Recaptación hacia el RS Incluso durante la
meseta del potencial de acción, algo del Ca2+
acumulado en el citosol es secuestrado dentro del
RS por un subtipo cardíaco de bomba de Ca2+
llamada SERCA2a. Fosfolamban (PLN), una
proteína integral de la membrana del RS con un
único segmento transmembrana, es un regulador
muy importante de SERCA2a. En las membranas
del RS de las células musculares esqueléticas,
cardíacas y lisas, PLN en su estado no-fosforilado
actúa inhibiendo a SERCA2a. Sin embargo, su
fosforilación por alguna quinasa libera esta
inhibición, permitiendo que la recaptación de Ca2+
se acelere. El efecto neto de la fosforilación es
incrementar la velocidad de relajación. Los
ratones knock-out para el gen que codifica a PLN
tienen completamente desinhibida a la bomba
SERCA2a y exhiben una alta velocidad de
relajación muscular.
La fosforilación de PLN por la proteína quinasa A
(PKA) explica porque los agonistas β1 (por
ejemplo, adrenalina), que actúan a través de la
vía de PKA, aceleran la relajación del músculo
cardíaco.
Disociación del Ca2+ de la troponina C A medida
que la [Ca2+]i disminuye, el Ca2+ se disocia de la
troponina C, bloqueando la interacción entre
actina y miosina y causando la relajación. Los
agonistas β1 aceleran la relajación ya que
promueve la fosforilación de la troponina I, la cual
entonces incrementa la disociación de Ca2+ de la
troponina C
La superposición de los filamentos
finos y gruesos no puede explicar la
forma inusual del gráfico tensión
desarrollada-longitud muscular
Ya hemos discutido los gráficos de tensión pasiva
y activa en función de la longitud muscular para el
músculo esquelético en el capítulo 9. 3 Obtenemos
un gráfico de tensión pasiva-longitud muscular si
sostenemos una pieza muscular totalmente en
reposo y la vamos estirando a diferentes
longitudes; para cada longitud registramos la
tensión que se genera y creamos el gráfico. En
cambio, obtenemos el gráfico tensión activalongitud muscular si para cada una de las
diferentes longitudes a la cual es estirado, lo
estimulamos y provocamos la activación de la
maquinaria contráctil de esa fibra muscular en
estudio (i.e., contracción isométrica). Para cada
longitud se mide el incremento de la tensión
desde su valor de reposo y se grafica.
El gráfico tensión pasiva-longitud muscular para
el músculo esquelético y cardíaco es muy
diferente. La tensión pasiva generada por el
músculo esquelético (Fig. 22-11A, curva verde) es
prácticamente nula hasta que la longitud del
sarcómero supera los 2,6 μm. Más allá de esta
longitud, la tensión aumenta lentamente. Por
otro lado, en el músculo cardíaco (curva violeta),
la tensión comienza a aumentar a longitudes de
sarcómero mucho más bajas y lo hace de manera
mucho más empinada. Como resultado, el
músculo cardíaco puede romperse si sus
sarcómeros se estiran más de 2,6 μm, mientras
que es imposible seguir estirando el músculo
3
NdT: El capítulo 9 trata sobre el músculo esquelético,
el músculo cardíaco y el músculo liso. Decidimos sólo
traducir la sección de fisiología cardiovascular.
127
Sección IV • El sistema cardiovascular
esquelético más allá de una longitud sarcomérica
de 3,6 μm.
La razón para éste comportamiento (desarrollo de
altas tensiones pasivas) reside en que el músculo
cardíaco tiene elementos no contráctiles mucho
menos distensibles. El elemento elástico más
importante es la proteína titina 4, la cual actúa
como un espiral que genera una fuerza opuesta
cuando es estirada.
El gráfico tensión activa-longitud muscular
también difiere entre el músculo cardíaco y
esquelético. La tensión activa desarrollada por el
músculo esquelético (curva turquesa) es alta y
varía sólo modestamente entre las longitudes
sarcoméricas de 1,8 y 2,6 μm (Fig. 22-11A). En el
capítulo 9 ya hemos visto que la forma de esta
curva se debe al grado de superposición entre los
filamentos. En el músculo cardíaco (curva
marrón), la tensión activa tiene un pico agudo
cuando el músculo es pre-estirado a una longitud
inicial de sus sarcómeros de ~2,4 μm. A medida
que el estiramiento lleva a los sarcómeros a una
longitud desde 1,8 a 2,4 μm, la tensión
desarrollada activamente aumenta de manera
importante. No podemos culpar por éste
comportamiento a la superposición de los
miofilamentos, dado que éstos son muy similares
en ambos tipos de músculos. Más bien, el
aumento de la tensión a longitudes mayores del
sarcómeros
en
el
músculo
cardíaco
probablemente se deba a dos causas principales:
(1) El aumento de la longitud por encima de
1,8μm incrementa la sensibilidad al Ca2+ de los
miofilamentos. Quizás uno de los mecanismos
que controlan la sensibilidad al Ca2+ sea el espacio
inter-filamento, es decir, el espacio entre los
filamentos finos y gruesos, el cual varía
inversamente con la longitud muscular. Así, si
estiramos la fibra el espacio disminuye y la
probabilidad de que se cree un puente cruzado
entre actina y miosina se incrementa; es más, la
formación de los puentes cruzados incrementa la
afinidad del Ca2+ por TNNC1, reclutando de esta
manera más puentes cruzados produciendo más
4
NdT: Sólo como curiosidad, la titina es la proteína más
grande y pesada que se conoce, codificada por el gen
con más exones del organismo. Su nombre químico si
bien técnicamente no es una palabra, si lo fuese sería
la más larga, con 189.819 letras. Se tarda más de tres
horas en pronunciarlo.
128
fuerza. Otro mecanismo puede ser que al
aumentar el estiramiento muscular, la tensión
aumentada de la titina altere tanto el espaciado
de los discos cruzados como el empaquetamiento
de la miosina dentro de los filamentos gruesos.
(2) Aumentar la longitud del sarcómero por
encima de 1,8 μm incrementa la tensión en los
canales de Ca2+ activados por estiramiento,
produciendo de esta manera un aumento de la
entrada de Ca2+desde el espacio extracelular y
potenciando la liberación de Ca2+ inducida por
Ca2+.
A medida que la longitud del sarcómero se
incrementa por encima de 2,2 μm, la tensión
activa comienza a declinar de manera precipitada,
comparada con la caída gradual que sucede en el
músculo
esquelético.
De
nuevo,
éste
comportamiento no puede ser explicado por el
grado de superposición de los miofilamentos. En
su lugar, la titina incrementa la rigidez del
músculo cardíaco y seguramente sea la
responsable de que no se pueda desarrollar
tensión a largas longitudes sarcoméricas.
La ley de Starling afirma que cuanto
mayor es el estiramiento de la fibra
muscular (i.e., mayor sea el
volumen ventricular) mayor será la
energía mecánica liberada por el
corazón
Mucho antes del desarrollo de la hipótesis del
deslizamiento de los miofilamentos para
entender por qué la tensión activa desarrollada
depende del estiramiento de los sarcómeros,
Ernest Starling en 1914 anticipó los resultados de
la figura 22-11A usando un preparado de corazónpulmón aislado. La Ley de Starling nos dice que
“la energía mecánica liberada en el pasaje del
estado pasivo al activo es función de la longitud
de la fibra muscular”. De esta manera, la longitud
de los sarcómeros al momento de la contracción
determina el trabajo realizado durante el ciclo
cardíaco. La figura 22-11B expone los resultados
de los experimentos de Starling en el corazón
intacto. Starling asumió que la longitud de las
fibras musculares es proporcional al volumen de
fin de diástole (VFD). Es más, él asumió que la
Capítulo 22 • El corazón como bomba
tensión en las fibras es proporcional a la presión
sistólica. De esta manera, partiendo de un gráfico
presión-volumen, Starling fue capaz de
reconstruir un gráfico equivalente de tensiónlongitud (Tabla 22-4).
Figura 22-11 Diagrama tensión-longitud. Comparada con A, en B volumen de fin de diástole (VFD) en el eje X es
utilizado como un índice de la longitud sarcomérica. (Debido a que el VFD era difícil de medir antes de que surjan las
técnicas ecocardiográficas, Starling usó la presión en la aurícula izquierda como índice del grado de llenado.) La presión
graficada en el eje Y es un índice de tensión. Así, la presión sistólica reemplaza la tensión activa, y la presión diastólica
reemplaza la tensión pasiva. En C, la presión en la aurícula izquierda es usada como índice de la longitud de los
sarcómeros, y el “trabajo sistólico” (presión sistólica x volumen eyectado) es utilizado en el eje Y en lugar de tensión.
129
Sección IV • El sistema cardiovascular
Durante la diástole (Fig. 22-11B, curva violeta), se
muestra que la presión (tensión) se incrementa
con el aumento del VFD (longitud de la fibra). Es
muy similar a la primera parte de la curva del
gráfico tensión pasiva-longitud muscular (Fig. 2211A, curva violeta). En la sístole (Fig. 22-11B,
curva roja), la curva es similar a la fase
ascendente de la curva tensión activa-longitud
muscular (Fig. 22-11A, curva marrón. Así, la curva
sistólica de Starling demuestra que el corazón es
capaz de generar más presión (i.e., expulsar más
sangre) cuanto más se llena.
Una curva de desempeño ventricular (Fig. 2211C) es otra forma de representar el gráfico de
tensión-longitud de Starling, pero representada a
partir de datos que un médico puede obtener de
un paciente. Este gráfico muestra en el eje Y el
trabajo sistólico (P x ΔV, ecuación 22-4), el cual
incluye la presión sistólica que medía Starling
como estimativo de la tensión muscular, y en el
eje X la presión en la aurícula izquierda, la que
corresponde al volumen de fin de diástole que
usaba Starling para estimar la longitud muscular
antes de la contracción. Lo que aprendemos al
estudiar las curvas de desempeño ventricular es
que la ley de Starling no es una relación fija. Por
ejemplo, la norepinefrina liberada durante la
estimulación simpática –la cual incrementa la
contractilidad miocárdica (como veremos más
adelante en éste capítulo)- incrementa la
pendiente de la curva y la desplaza hacia arriba y
a la izquierda (Fig. 22-11C, flecha naranja).
MÚSCULO AISLADO =
LINEAL
Parámetro
Unidad
Longitud
mm
Grado de
acortamiento
Velocidad de
acortamiento
mm
Carga
mm/s
gramos
o fuerza
dinas
o tensión
dinas/cm2
VENTRÍCULO =
ÓRGANO ENTERO
Parámet
Unidad
ro
Volumen
mL
Volumen
sistólico
Velocida
d de
eyección
Presión
mL
mL/s
mmHg
Tabla 22-4 Unidades equivalentes para convertir entre
un músculo lineal y el corazón de tres dimensiones.
130
Desplazamientos similares ocurren con otros
agentes inotrópicos, éstos son, drogas que
incrementan la contractilidad. Nótese que las
curvas de desempeño ventricular no tienen una
fase descendente ya que en corazones sanos el
estiramiento de los sarcómeros no puede
incrementarse por encima de 2,4 μm.
La velocidad del acortamiento
muscular disminuye cuando la
contracción ocurre contra una
fuerza (o presión) opuesta muy
grande, o cuando la longitud (o
volumen) antes de iniciar la
contracción es muy pequeña
Las propiedades funcionales del músculo cardíaco
–qué tanta tensión puede desarrollar, qué tan
rápido se contrae- dependen de muchos factores,
pero especialmente de dos propiedades
intrínsecas al miocito cardíaco.
1. Longitud sarcomérica inicial. Un índice
bastante conveniente de la longitud inicial de
los sarcómeros es el volumen de fin de
diástole (VFD). Tanto el VFD como la longitud
inicial sarcomérica son medidas de la
precarga impuesta al músculo cardíaco justo
antes de que este se contraiga. La ley de
Starling, en la cual la variable independiente
es el VFD, se enfoca en la precarga.
2. Fuerza que los miocitos deben superar.
Por otro lado, un índice acertado de la fuerza
que se opone a la eyección ventricular es la
presión arterial; esto conforma la poscarga
del músculo ventricular, la cual debe ser
vencida para poder eyectar. Los experimentos
con contracciones isotónicas se enfocan en la
poscarga, la cual el ventrículo sólo puede
“sensar” luego de que la contracción haya
comenzado.
La figura 12-12 muestra como uno puede medir la
velocidad de acortamiento en una manera
relevante para un músculo cardíaco enfrentando
tanto un precarga como una poscarga. En la
Capítulo 22 • El corazón como bomba
figura 22-12A, el músculo comienza desde el
reposo, estirado por un soporte fijo de un lado
(en la parte inferior del músculo) y por el lado
izquierdo de una palanca por el otro (parte
superior). Una pesa en el otro extremo de la
palanca, pero soportada por una mesa, aplica
estiramiento al músculo –sólo lo que permita el
tornillo. Así, la combinación de la pesa y el tornillo
determinan el estiramiento inicial de los
sarcómeros (i.e., precarga). De esta manera, el
músculo no puede detectar el peso total de la
pesa. Cuanto más se estira el músculo al
modificar la altura con el tornillo, mayor es la
precarga. Cuando estimulamos al músculo,
comienza a desarrollar tensión (Fig.22-12C, curva
azul de abajo), pero su longitud se mantiene
constante. Esto es, el músculo no puede
acortarse. Entonces, en la primera parte, el
músculo desarrolla una fase llamada contracción
isométrica.
Cuando el músculo desarrolló la suficiente
tensión, puede entonces levantar el peso desde la
mesa (Fig. 22-12B). En esta fase el músculo se
acorta levantando la poscarga. La tensión ahora
se mantiene al mismo valor que la poscarga (i.e.,
el peso de la pesa) (Fig. 22-12, parte plana de la
curva de abajo), y el músculo se acorta
gradualmente. Esta segunda fase es conocida
como contracción isotónica. Por la pendiente de
la curva de acortamiento en el tiempo de la figura
22-12C podemos calcular la velocidad de
acortamiento a una poscarga dada.
Este experimento imita de una manera
aproximada la acción del músculo ventricular
durante la sístole. Inicialmente, durante la
contracción
isométrica,
nuestro
músculo
hipotético incrementó la tensión con una longitud
constante, como sucede durante la contracción
isovolumétrica en el ciclo cardíaco (Fig. 22-9,
segmento CD). El estiramiento inicial corresponde
al VFD o precarga. Después de esto, el músculo se
contrae efectivamente (i.e., disminuye su
longitud) con una tensión constante, como
durante la fase de eyección del ciclo cardíaco 5
5
NdT: Tecnicamente, durante la fase eyectiva del ciclo
cardíaco la tensión no es constante, ya que la presión
aórtica y ventricular van cambiando, así como el
espesor de las paredes y el radio ventricular. Entonces,
en el experimento del músculo aislado sí se ve una
contracción isotónica cuando la pesa es levantada,
(Fig. 22-9, segmento DEF). Esta tensión
corresponde a la presión arterial, la poscarga.
¿Qué sucedería si variamos la poscarga (i.e.,
cambiáramos la pesa)? Claramente es más fácil
levantar una pluma que una pesa. Así, con un
mayor peso, el músculo desarrolla mucha más
tensión pero se acorta más lentamente (Fig. 2212D). De manera contraria, con un peso menor, el
músculo apenas desarrolla tensión y su velocidad
de acortamiento es mucho mayor.
Si graficamos la velocidad de acortamiento
muscular en función de las tres poscargas
diferentes de la figura 22-12D, obtenemos los tres
puntos (violeta, azul y rojo) del gráfico velocidad
de acortamiento-carga de la figura 22-12E. La
velocidad de acortamiento muscular corresponde
con la velocidad a la que el ventrículo eyecta la
sangre. Vemos que cuanto mayor es la presión
arterial que se opone a la descarga ventricular, la
velocidad de expulsión disminuye. La curva negra
de la figura 22-12E corresponde a un músculo que
fue estirado muy poco (i.e., una precarga muy
baja). La curva roja de la misma figura muestra a
un músculo que fue estirado mucho más (i.e., alta
precarga). En ambos casos, la velocidad de
acortamiento se incrementa a medida que la
tensión (i.e., poscarga) disminuye.
Cuando la poscarga es tan grande que no se
registra acortamiento, se produce una
contracción isométrica, como se muestra en el
punto de velocidad cero en el eje X de la figura
22-12E. Como se espera a partir de la ley de
Starling, cuanto mayor sea el estiramiento inicial
(i.e., la precarga), mayor será la fuerza isométrica
desarrollada. De hecho, a cualquier velocidad (Fig.
22-12E, línea punteada horizontal), la tensión que
desarrolló el músculo al contraerse fue mayor
cuanto mayor fue su estiramiento inicial (curva
roja) –tal como lo predice la ley de Starling.
Resumiendo, a una precarga dada (seguir una
curva de la figura 22-12E), la velocidad de
acortamiento se incrementa cuando el músculo
tiene que vencer una poscarga menor.
Contrariamente, a una poscarga dada (es decir,
comparar la curva roja y negra de la figura 22-12E
pero en el corazón expulsando sangre el período de
acortamiento no es isotónico estrictamente hablando.
De todas maneras, la analogía sigue sirviendo
didácticamente.
131
Sección IV • El sistema cardiovascular
para un mismo valor en el eje X), la velocidad de
acortamiento muscular es mayor cuanto mayor es
la precarga (i.e., estiramiento sarcomérico).
Finalmente, las curvas de la Figura 22-12E no
representan relaciones fijas. Los agentes
inotrópicos positivos desplazan todas las curvas
para la derecha y arriba. Entonces, un agente
inotrópico positivo le permite al corazón alcanzar
una determina velocidad de acortamiento pero a
una carga mayor, o “empujar” una carga dada a
una velocidad mayor.
Otra forma de representar como la velocidad de
acortamiento depende del estiramiento muscular
inicial (i.e., precarga) es registrar la velocidad de
acortamiento durante una contracción isotónica.
Si al principio aplicamos una gran precarga y
estiramos la pieza muscular hasta unos 9 mm (Fig.
22-12F) y luego la estimulamos, la velocidad de
acortamiento sube inmediatamente hasta un
valor pico de ~8,5 mm/s; hasta un valor de cero
cuando la longitud muscular está en 7,5 mm. Si
continuamos el experimento aplicando precargas
cada vez menores, la velocidad pico va
disminuyendo. Así, la longitud inicial de la fibra
determina no sólo cuánta tensión es capaz de
desarrollar el músculo, sino también la velocidad
con la que se acorta.
El aumento de la frecuencia
cardíaca
mejora
la
fuerza
miocárdica
La tensión del músculo cardíaco depende de la
frecuencia de contracción. Si estimulamos el
músculo cardíaco aislado pocas veces por minuto
la tensión máxima desarrollada para una
determinada precarga es mucho menor que si lo
hiciéramos a la frecuencia fisiológica de 70 veces
por minuto. El aumento progresivo de la tensión
luego de un aumento de la frecuencia –fenómeno
de escalera- fue observado por primera vez por
Henry Bowditch en 1871. El mecanismo
subyacente a dicho fenómeno consiste en un
incremento en el contenido de Ca2+ del retículo
sarcoplasmático y su consecuente liberación. Este
incremento en la concentración de Ca2+ tiene tres
causas. Primero, en cada meseta del potencial de
acción ingresa más Ca2+ a la célula a través de los
132
canales de Ca2+ tipo L, y como existen más
"mesetas" por minuto (debido al aumento de la
frecuencia cardíaca) el ingreso de Ca2+ es mayor.
Segundo, durante la fase de meseta del potencial
de acción el intercambiador Na-Ca NCX1 opera de
manera inversa, permitiendo que el Ca2+ entre en
la célula. A mayor frecuencia cardíaca la
despolarización ocurre más frecuentemente y por
lo tanto la [Na+]i aumenta, lo que favorece la
operación inversa del intercambiador (i.e., el
intercambiador actúa sacando Na+ de la célula e
ingresando Ca2+). Tercero, el aumento de la
frecuencia cardíaca estimula la SERCA2a y de esta
forma se logra secuestrar en el retículo
sarcoplasmático la mayor cantidad de Ca2+que
ingresó a la célula por los dos primeros
mecanismos. La razón de esta estimulación reside
en que el aumento de la [Ca2+]i estimula la
quinasa II CaM, lo que lleva a la fosforilación de
PLN, potenciando la acción de SERCA2a.
La contractilidad es una medida
intrínseca del desempeño cardíaco
Ahora sabemos que el desempeño del corazón
depende de factores como el grado de llenado
(i.e., precarga), la presión arterial (i.e., poscarga) y
la frecuencia cardíaca; sería útil tener una medida
del desempeño contráctil intrínseco del corazón,
independiente de éstos factores extrínsecos. La
contractilidad es esa medida.
La contractilidad es un término de significado algo
vago, pero clínicamente útil, que permite
distinguir una mejor función cardíaca de una
peor. En un paciente es difícil evaluar la función
cardíaca usando los métodos de las figuras 22-11
y 22-12. Una medida clínicamente útil para esto
es la fracción de eyección (ver antes). Sin
embargo, de acuerdo con la ley de Starling, el
volumen eyectado depende del volumen de fin de
diástole (i.e., precarga), lo que es extrínseco al
corazón. Dos mejores indicadores de la
contractilidad son la razón ∆P/∆t (es decir, cuan
rápidamente aumenta la presión) y la velocidad
de eyección. Ambos se correlacionan bien con la
velocidad de acortamiento de la figura 22-12E y F,
y son parámetros muy sensibles para el uso de
agentes inotrópicos.
Capítulo 22 • El corazón como bomba
Figura 22-12 Efectos de la precarga y la poscarga en la velocidad de acortamiento. En A, la tensión desarrollada no es
suficiente para levantar la pesa (i.e., poscarga). En B, el músculo, el cual ahora sí ha desarrollado la suficiente tensión
para levantar la pesa, se acorta contra una poscarga constante. En C, la pendiente de la curva azul (ΔL/Δt) es la
velocidad de acortamiento. Las velocidades de acortamiento para tres diferentes poscargas en D son graficadas como
los tres puntos coloreados en la curva inferior en E. En F, el eje X tiene la mayor longitud muscular inicial (i.e., precarga)
a la izquierda, por lo que el “tiempo” va de izquierda a derecha (flechas). Nótese que la familia de curvas está
encerrada por la curva que se generó con la mayor longitud inicial.
133
Sección IV • El sistema cardiovascular
Una tercera forma de medir la contractilidad
surge de la relación entre presión y volumen
durante el ciclo cardíaco. En la era de la
ecocardiografía, estos datos son fácilmente
obtenibles. Volvamos al “loop” presión-volumen
de la figura 22-9 y redibujémoslo en violeta (Fig.
22-13A). En éste ejemplo, el volumen de fin de
diástole es 120 mL. El punto D’ representa la
relación entre P-V en el final de la contracción
isovolumétrica cuando la válvula aórtica se abre.
Si hubiésemos prevenido la apertura de la válvula
aórtica, la presión ventricular habría aumentado
hasta que el ventrículo sea incapaz de generar
más presión. En este caso la presión hubiese
aumentado hasta el punto G’, la presión
isovolumétrica teórica máxima. Podríamos repetir
este experimento a diferentes volúmenes de fin
de diástole (VFD), aumentando y disminuyendo el
retorno venoso. El punto G representa la presión
isovolumétrica máxima para un VFD menor a 120
mL (“loop” naranja) y el punto G’’ lo hace para un
VFD mayor a 120 mL (“loop” verde). La línea
punteada dorada muestra la relación entre los
puntos G, G’ y G’’ en la figura 22-13A
describiendo la relación entre la presión y el VFD
en condiciones isovolumétricas (i.e., con la aorta
clampeada) –equivalente a la curva isométrica de
Starling (Fig. 22-11A, curva marrón). Cuanto
mayor pendiente, mayor contractilidad.
Por razones obvias es imposible medir la presión
isovolumétrica máxima en un paciente. Sin
embargo, podemos usar la presión de fin de
sístole del punto F’ en el “loop” P-V normal con
un VFD de 120 mL (“loop” violeta). Para un VFD
menor a 120 mL (“loop” naranja) el punto F
desciende y se desplaza hacia la izquierda (F’) y
con un VFD mayor a 120 mL (“loop” verde)
asciende y se desplaza a la derecha (F’’). Todos
estos puntos que indican la relación P-V a fin de
sístole dibujan una línea –la relación presiónvolumen de fin de sístole- la cual es muy similar a
la generada por los puntos G, G’ y G’’.
Efectos del cambio en la contractilidad La
relación presión-volumen de fin de sístole (RPVFS)
es una medida útil de la contractilidad.
Aumentando la contractilidad se incrementa la
pendiente de la línea que une las diferentes
presiones y volúmenes de fin de sístole, de la
misma manera que se incrementa la pendiente en
134
las curvas de desempeño ventricular (Fig.22-11C,
flecha naranja). Por ejemplo imaginemos que –
con el mismo volumen de fin de diástole y presión
aórtica- incrementamos la contractilidad.
Representamos el incremento de la contractilidad
con un aumento de la pendiente de la línea de
relaciones de presión y volumen de fin de sístole
(desde la línea punteada dorada hacia la
punteada roja en la figura 22-13B). El resultado es
que la eyección continúa desde el punto D’ hacia
el nuevo punto F (“loop” rojo en la figura 22-13B)
hasta que el volumen ventricular izquierdo
alcanza un valor menor que el normal. En otras
palabras aumentar la contractilidad incrementa el
volumen sistólico. Disminuir la contractilidad
disminuye la pendiente de las relaciones presiónvolumen de fin de sístole, reduciendo el volumen
sistólico.
Efectos de los cambios en la precarga (i.e.,
longitud de los sarcómeros antes de iniciar la
contracción) El “loop” presión volumen ilustra
claramente los efectos de aumentar la precarga
(i.e, incrementar el llenado o el volumen de fin de
diástole) sin ningún cambio en la contractilidad.
Comenzando desde una situación control (Fig. 2213C, área violeta), incrementar el volumen de fin
de diástole mueve el segmento isovolumétrico
hacia la derecha (CD en el “loop” rojo). Debido a
que el cambio de volumen a lo largo del
segmento DEF es mayor que en la situación
control, el volumen sistólico aumenta como es
predicho por la ley de Starling.
Efectos de los cambios en la poscarga El “loop”
presión-volumen también muestra los efectos del
incremento de la poscarga (i.e., el aumento de la
presión aórtica). Comenzando desde la situación
control (Fig. 22-13D, área violeta), el incremento
de la presión aórtica mueve la esquina superior
derecha del “loop” desde el punto D’ al D debido
a que el ventrículo no puede abrir la válvula
aórtica hasta que la presión ventricular alcanza la
presión aórtica ahora mayor. Durante la fase de
eyección –asumiendo que la contractilidad no
cambio- el ventrículo necesariamente eyecta
menos sangre, hasta que el segmento DEF
intersecta la línea de las relaciones presiónvolumen de fin de sístole. Así, un incremento en
la poscarga (con contractilidad constante) causa
Capítulo 22 • El corazón como bomba
que el loop sea más alto y estrecho, de esta
manera el volumen sistólico y la fracción de
eyección disminuye. Sin embargo, si hubiésemos
incrementado la contractilidad, podríamos haber
logrado un volumen sistólico normal.
Figura 22-13 Evaluación de la contractilidad usando el “loop” presión volumen. El “loop” violeta es la curva normal (Fig.
22-9). En A, el “loop” naranja está generado con un VFD menor, y el “loop” verde con un VFD mayor. La pendiente la
recta que une los puntos de fin de sístole (F, F’ y F’’) representa la relación presión-volumen de fin de sístole.
135
Sección IV • El sistema cardiovascular
Agentes
inotrópicos
positivos
aumentan
la
contractilidad
miocárdica aumentando la [Ca2+]i
Las modificaciones de la contractilidad pueden
afectar la dinámica de la contracción muscular
cardíaca, independientemente del grado de
precarga o poscarga. Los agentes inotrópicos
tienen en común su capacidad para cambiar la
[Ca2+]i. Cuando estos agentes incrementan la
contractilidad se denominan agentes inotrópicos
positivos y cuando la disminuyen agentes
inotrópicos negativos
Agentes inotrópicos positivos Factores que
incrementan la contractilidad miocárdica
aumentan la [Ca2+]i, tanto abriendo los canales de
Ca2+, inhibiendo el intercambiador Na-Ca, o bien
inhibiendo la bomba de Ca2+ -todos en la
membrana plasmática.
1. Agonistas adrenérgicos. Las catecolaminas
(como por ejemplo epinefrina y norepinefrina)
actúan en los receptores adrenérgicos β1 y activan
la subunidad α de la proteína Gs. La activación de
αs produce su efecto por dos vías. Primero, αs
incrementa los niveles intracelulares de AMPc lo
que estimula la proteína quinasa A (PKA), la cual
actúa por el mecanismo resumido en la tabla 22-2
incrementando la contractilidad y la velocidad de
relajación. Segundo, αs puede abrir directamente
los canales de Ca2+ tipo L en la membrana
plasmática generando un incremento del influjo
de Ca2+ durante los potenciales de acción.
2. Glucósidos cardíacos. Los derivados digitálicos
inhiben la bomba Na-K de la membrana
plasmática y de esta manera se incrementa la
[Na+]i. Esperaríamos que el incremento de la
[Na+]i disminuya el funcionamiento del
intercambiador Na-Ca NCX1, lo cual aumentaría la
[Ca2+]i y así la contractilidad. Evidencias recientes
sugieren que los derivados digitálicos también
incrementarían la [Ca2+]i a través de una vía
novedosa –aumentando la permeabilidad al Ca2+
de los canales de Na+ en la membrana plasmática.
136
Bases celulares de la insuficiencia
cardíaca
La insuficiencia cardíaca se encuentra entre las causas más
comunes de hospitalización en los países desarrollados para
las personas mayores de 65 años, y es la principal causa de su
muerte. Aquellas personas cuyos corazones no pueden
sostener un gasto cardíaco adecuado desarrollan disnea
(debido a que la sangre congestiona a los pulmones por la
mala función del corazón izquierdo) y tienen edematizados los
tobillos y los pies (debido a que se congestiona la circulación
de los miembros inferiores por la mala función del corazón
derecho; ver la cardiobox sobre edema en el capítulo 20). A
nivel celular, la contractilidad disminuida en la insuficiencia
cardíaca podría ser el resultado de la hipertrofia cardíaca (ver
la cardiobox titulada “Hipertrofia cardíaca”), consecuencia de
+2
alteraciones en los incrementos transitorios de la [Ca ]i o de la
expresión de los filamentos contráctiles (o de ambos).
+2
Los cambios en la fisiología de la [Ca ]i pueden reflejar
alteraciones en las propiedades el canal de Ca+2 tipo L Cav1.2
+2
de la membrana plasmática o en el canal liberador de Ca
RYR2 de la membrana sarcoplasmática. En un modelo animal
de hipertrofia cardíaca inducida por hipertensión que conduce
a insuficiencia cardíaca, los canales Cav1.2 muestran una
capacidad alterada para activar los canales RYR2 a través de la
liberación de Ca+2 inducida por Ca+2. Una distorsión en la
microarquitectura de las células hipertróficas y de este modo
un aumento en la distancia entre los Cav1.2 y los RYR2, podría
ser responsable de la alteración en el acoplamiento. Cada una
de las cuatro moléculas de RYR2 se asocia con una molécula de
calstabina 2 (también conocida como la proteína FKBP12.6 de
unión a FK506) que, junto con otras proteínas, forma un
complejo macromolecular que regula el canal de liberación de
+2
Ca . La depleción de calstabina 2 en la insuficiencia cardíaca
tiene como consecuencia la liberación continua de Ca+2 a
través de los canales RYR2 hacia el citosol. Las altas [Ca+2]i
predisponen al corazón a desarrollar posdespolarizaciones
tardías, arritmias ventriculares y muerte súbita (ver capítulo
21).
Los cambios en la expresión de las proteínas contráctiles
pueden reducir la contractilidad. Dos isoformas de la cadena
pesada de la miosina, αMHC y βMHC, están presentas en el
corazón. La velocidad del acortamiento muscular se
incrementa con la expresión de αMHC. En la insuficiencia
cardíaca humana, la cantidad de ARNm de αMHC, relativa al
ARNm de toda las MHC, cae desde ~35% a ~2%.
Un modelo animal interesante de insuficiencia cardíaca animal
es el ratón knockout que carece del gen que codifica a MLP
(muscular lim protein) (ver cardiobox de hipertrofia cardíaca).
Los ratones deficientes en MLP tienen la misma disrupción en
la arquitectura del citoesqueleto que la de los corazones
insuficientes. Sumado a esto, estos ratones desarrollan
miocardiopatía dilatada. Aunque los humanos con corazones
insuficientes generalmente no carecen de MLP, la evidencia
obtenida a partir de los ratones knockout sugiere que el
sistema MLP podría tener un rol en ciertas formas de
miocardiopatía.
Capítulo 22 • El corazón como bomba
3. Alta [Ca2+] extracelular. Actuando por dos vías,
la elevada [Ca2+]o incrementa la [Ca2+]i
conduciendo así a un aumento de la
contractilidad. Primero, disminuye el intercambio
del Na+ externo por el Ca2+ interno. Segundo, más
Ca2+ entra a la célula a través de los canales de
Ca2+ durante el potencial de acción.
4. Baja [Na+] extracelular. Reducir el gradiente de
Na+ disminuye la salida de Ca2+ a través del NCX1,
aumentando la [Ca2+]i y potenciando la
contractilidad.
5. Aumento de la frecuencia cardíaca. Como
describimos al introducir el fenómeno de la
escalera, el incremento de la frecuencia cardíaca
aumenta los depósitos de Ca2+ en el retículo
sarcoplasmático y de esta manera el influjo
durante el potencial de acción.
Agentes inotrópicos negativos Los factores que
disminuyen la contractilidad reducen la [Ca2+]i.
1. Bloqueantes de los canales de Ca2+. Los
inhibidores de los canales de Ca2+ tipo L –como el
verapamilo, diltiazem, nifedipina- reducen la
entrada de Ca2+ durante la meseta del potencial
de acción cardíaco. Esta acción reduce la
contractilidad.
2. Baja [Ca2+] extracelular. La disminución de la
[Ca2+]o también disminuye la [Ca2+]i, tanto por un
incremento en la salida de Ca2+ a través del NCX1
como al reducir la entrada de Ca2+ a través de los
canales de Ca2+ tipo L durante la meseta del
potencial de acción.
3. Alta [Na+] extracelular. La elevada [Na+]o
incrementa la salida de Ca2+ a través del NCX1,
disminuyendo así la [Ca2+]i.
Hipertrofia cardíaca
La sobrecarga de volumen o de presión puede comprometer mecánicamente al corazón. La sobrecarga de volumen se refiere
a un excesivo volumen de fin de diástole (i.e., precarga). Por ejemplo, un gran cortocircuito arteriovenoso podría conducir a
una sobrecarga de volumen tanto para el lado derecho como izquierdo del corazón. El incremento del VFD incrementa el
volumen sistólico (Fig. 22-13C) el cual eleva el gasto cardíaco. La presión arterial sistémica usualmente se mantiene normal.
Una sobrecarga de presión se refiere a una excesiva presión en el tracto de salida ventricular (i.e., poscarga). Para el lado
izquierdo del corazón el problema radicaría en la presión arterial sistémica (i.e., hipertensión). El incremento de la presión
aórtica lleva a una disminución del volumen sistólico (Fig. 22-13D). De todas maneras debido a un incremento
compensatorio en la frecuencia cardíaca, el gasto cardíaco usualmente se mantiene normal. Cuando a lo largo del tiempo el
proceso adaptativo de hipertrofia se vuelve inadecuado para hacer frente a la demanda, el resultado es una disfunción
mecánica y por último una falla cardíaca.
Debido a que las células del corazón adulto están diferenciadas terminalmente, los estímulos que serían mitogénicos en
otras células no pueden disparar la división celular en el corazón pero si causan que los miocitos se hipertrofien y aumente la
masa muscular. Los atletas de elite desarrollan hipertrofia fisiológica, en la cual las células cardíacas incrementan
proporcionalmente su longitud y ancho. La sobrecarga de volumen conduce a una hipertrofia excéntrica caracterizada por el
incremento de la longitud de la célula más que por su ancho. La sobrecarga de presión lleva a una hipertrofia concéntrica
con un aumento mucho mayor del ancho del cardiomiocito.
2+
Una serie de eventos puede disparar la hipertrofia, incluidos varios factores hipertrofiantes, aumentos de la [Ca ]i y las
fuerzas mecánicas.
Factores hipertrofiantes
Los agentes implicados en la hipertrofia cardíaca incluyen la proteína citosólica cardíaca miotropina (MYO/V1) y la citoquina
cardiotropina 1 (CT-1) así como también catecolaminas, angiotensina II, endoltelina 1, factor de crecimiento símil insulina,
TGF β y la interleuquina 1. Las catecolaminas y la angiotensina II, ambas activan la vía MAP quinasa. Más abajo en la cascada
de traducción de la señal, la respuesta al estímulo hipertrofiante incluye al factor de transcripción GATA4 y tal vez a los
factores SRF y TEF-1.
Calcio
2+
La elevada [Ca ]i es tanto un disparador de hipertrofia como también parte de las vías de señalización que conducen a la
hipertrofia. La [Ca2+]i se encuentra probablemente elevada durante el inicio de la sobrecarga de presión y o volumen. La
elevada [Ca2+]i puede activar la calcineurina, una fosfatasa dependiente de Ca2+. Luego de ser desfosforilado por la
calcineurina, el factor de transcripción NF-AT3 puede entrar al núcleo y unirse a GATA4, que activa de forma transcripcional a
los genes responsables de la hipertrofia. Los ratones que expresan constitutivamente la forma activada de la calcineurina
desarrollan hipertrofia y luego falla cardíaca.
(continúa)
137
Sección IV • El sistema cardiovascular
Factores mecánicos
El estiramiento mecánico induce la expresión de genes específicos. El sensor mecánico que gatilla la hipertrofia cardíaca es
quizás MLP, parte del citoesqueleto miocárdico. El estiramiento activa la cascada de fosforilación de las proteínas quinasas:
Raf-1, la quinasa regulada por señales extracelulares y la subfamilia de las MAP quinasas. Todas estas quinasas regulan la
expresión genética activando la transcripción del factor AP-1
Las vías que acabamos de mostrar conducen a grandes cambios en la expresión genética dentro de los miocitos cardíacos
durante la hipertrofia. Sumado a la síntesis de muchas proteínas “housekeeping”, la hipertrofia cardíaca produce otros
cambios que son más específicos para la contracción. Uno de los cambios más llamativos incluye los niveles reducidos del
2+
ARNm que codifica tres proteínas de la membrana del retículo sarcoplasmático: (1) los canales de liberación de Ca , (2)
Fosfolamban y (3) SERCA. También la hipertrofia cardíaca está asociada al incremento de los niveles de ARNm de la α-actina, la
cual es expresada normalmente en fetos pero no en el corazón adulto. Los corazones hipertróficos también poseen una
expresión incrementada del factor angiogénico VEGF.
A pesar de que un miocardio hipertrofiado sea capaz de realizar mayor trabajo que uno no hipertrofiado, posee una menor
contractilidad cuando se normaliza a un área de sección transversal. ¿Por qué un corazón hipertrofiado no es tan bueno como
2+
uno normal? Las posibilidades incluyen alteraciones en el incremento de la [Ca ]i durante el potencial de acción cardíaco y
alteraciones en la expresión de los filamentos contráctiles, particularmente las isoenzimas de miosina.
138
Capítulo 23 • Regulación de la presión arterial y el gasto cardíaco
CAPÍTULO
23
REGULACIÓN DE LA PRESIÓN ARTERIAL Y
EL GASTO CARDÍACO
Emile L. Boulpaep
Cuando los médicos se encuentran con un
paciente que parece seriamente enfermo,
enfocan inmediatamente su atención en los
signos
vitales:
temperatura,
frecuencia
respiratoria, frecuencia cardíaca y presión
sanguínea. 1Estos parámetros son correctamente
llamados “vitales” porque reflejan los aspectos
más fundamentales de la salud; una alteración
significativa en alguno de estos signos indica la
necesidad de atención médica urgente.
En este capítulo nos concentraremos en la
presión sanguínea, un factor hemodinámico
crítico y de fácil medición. Una presión sanguínea
adecuada es necesaria para asegurar una buena
perfusión a los diferentes órganos. Si es
demasiado baja, decimos que el paciente está en
shock. Por el contrario, si es demasiado alta,
decimos que el paciente es hipertenso; una
elevación aguda e importante de la presión
sanguínea puede ser tan peligrosa como una
caída abrupta. Aquí, examinaremos los
mecanismos a corto y largo plazo que utiliza el
organismo para regular su presión arterial.
Debido a que la presión arterial depende en gran
medida del gasto cardíaco, también discutiremos
la regulación de este parámetro crítico.
Finalmente, como el gasto cardíaco depende del
1
NdT: Históricamente, las frecuencias cardíaca y
respiratoria eran los únicos signos vitales, ya que no
requerían ningún instrumento para ser medidos.
Luego, con el invento del termómetro y el
esfigmomanómetro se añadieron dos nuevos signos
vitales: la temperatura y la presión arterial
respectivamente. Recientemente (o no tanto, 1980) se
empezó a utilizar el oxímetro de pulso, el cual sumó un
nuevo signo vital: la saturación de oxígeno de la
hemoglobina arterial.
retorno venoso hacia el corazón, veremos cómo
este coincide, justamente, con el gasto cardíaco.
REGULACIÓN DE LA PRESIÓN
ARTERIAL A CORTO PLAZO
La presión arterial media es la
principal variable que el sistema
cardiovascular controla
Imaginemos que debemos distribuir agua a una
ciudad de 1.000 casas. Podríamos decidir de
antemano que cada casa consume unos 500 L/día
y bombear esa cantidad a cada casa a una tasa
constante. En otras palabras, podríamos entregar
~20 L/hora, independientemente del uso de agua
de cada casa. El equivalente cardiovascular a este
sistema sería una circulación en la cual el gasto
cardíaco y el aporte de sangre a cada órgano
fueran constantes.
Alternativamente, podríamos conectar todas las
casas a una gran y única torre de agua que
proveyera una presión constante. Debido a que la
altura de agua en la torre sería bastante estable,
todas las canillas de las casas “verían” la misma
presión. Este sistema ofrece varias ventajas.
Primero, cada casa puede regular su uso de agua
abriendo las canillas de acuerdo a sus
necesidades. Segundo, el uso intenso de agua por
una casa no afectaría la presión que asegura el
agua a las demás casas. Tercero, la presión en la
torre de agua garantizaría que cada casa reciba la
presión suficiente para enviar agua a pisos
superiores. Este sistema de una torre de agua es
análogo a nuestro sistema circulatorio, el cual
provee la misma flexibilidad para distribuir el flujo
139
Sección IV • El sistema cardiovascular
sanguíneo mediante el control de la presión
arterial sistémica media.
La importancia que se le da al control de la
presión arterial es necesaria debido a la anatomía
del sistema circulatorio. Una red de
ramificaciones arteriales permite que los órganos
reciban una presión media que se aproxima
mucho a la presión media aórtica. Así, todos los
órganos, estén cerca o lejos al corazón, reciben la
misma presión arterial media. Cada órgano
controla su flujo sanguíneo local al incrementar o
disminuir su resistencia arteriolar.
El sistema que acabamos de introducir funciona
debido a que un cambio en el flujo sanguíneo en
un lecho vascular no afecta al flujo en otros
lechos – esto si el corazón puede mantener la
presión arterial media. De todas maneras, el
sistema circulatorio debe mantener la presión
arterial media no solo constante sino lo
suficientemente alta para asegurar la filtración
glomerular que ocurre en los riñones o para
sobreponerse a las altas presiones tisulares de
órganos como el ojo.
Los sistemas de retroalimentación que el cuerpo
usa para controlar la circulación son similares a
los involucrados en la regulación de muchos otros
sistemas fisiológicos. La regulación a corto plazo
de la presión arterial – en una escala de tiempo
de segundos a minutos- ocurre a través de vías
neurales y sus efectores son el corazón, los vasos
sanguíneos y la médula adrenal. Esta regulación a
corto plazo es el tema de la presente discusión. La
regulación a largo plazo de la presión arterial –en
una escala de horas a días- ocurre a través de vías
cuyos efectores son los vasos, así como también
los riñones, en su rol de control del volumen del
fluido extracelular. Esta regulación a largo plazo
es tema de la parte final de este capítulo.
La regulación de la presión arterial
media a corto plazo es llevada a
cabo por reflejos neurales
Los reflejos neurales que regulan la presión
arterial media operan como sistemas de
retroalimentación negativa, y están compuestos
de la siguiente manera:
140
1. Un sensor. Un sensor o receptor que
cuantifique la variable a controlar y la traduzca en
una señal eléctrica.
2. Vías neurales aferentes. Estas vías transmiten
el mensaje desde el sensor hacia el sistema
nervioso central (SNC).
3. Un centro integrador. El centro integrador en
el SNC compara la señal detectada en la periferia
con un “set point” y genera una señal de error,
generando un mensaje que codifica la respuesta
apropiada.
4. Vías neurales eferentes. Estas vías transmiten
el mensaje desde el centro integrador hacia la
periferia.
5. Efectores. Estos elementos ejecutan la
respuesta apropiada modificando la variable a
controlada y corrigiendo la desviación en
dirección al “set point”.
Un sistema dual de sensores y reflejos neurales
controla la presión arterial media. Los sensores
principales son los barorreceptores, los cuales en
realidad son sensores de estiramiento o
mecanorreceptores
que
detectan
el
“estiramiento” de la pared vascular. Los sensores
secundarios son los quimiorreceptores que
detectan cambios en la PO2, PCO2 y pH. Los
centros de control están localizados dentro del
SNC, la mayoría en el bulbo raquídeo, pero
algunos sitios de la corteza cerebral y el
hipotálamo también ejercen control. Los
efectores incluyen las células marcapasos y
miocitos especializados en la contracción del
corazón, el músculo liso vascular de arterias y
venas y la médula adrenal.
Todos sabemos, por experiencia común, que el
SNC influencia al sistema circulatorio. El estrés
emocional puede ruborizarnos, y aumentar la
frecuencia cardíaca. El dolor –o el estrés de tu
primer día en una clase de anatomía- puede
disparar la ruborización debido a una profunda y
generalizada vasodilatación.
Los primeros fisiólogos, como Claude Bernard,
observaron que la estimulación de nervios
periféricos simpáticos causa vasoconstricción y
que el corte de la médula espinal en la región
Capítulo 23 • Regulación de la presión arterial y el gasto cardíaco
cervical baja reduce drásticamente la presión
sanguínea. De todas maneras, la primera idea de
que un reflejo podría estar involucrado en la
regulación del sistema cardiovascular vino de
experimentos en los cuales la estimulación de un
nervio particular (aferente) causaba un cambio en
la frecuencia cardíaca y la presión sanguínea. En
1866, E. de Cyon y Carl Ludwig estudiaron el
nervio depresor, rama del nervio vago. Luego de
que cortaron el nervio, encontraron que al
estimular el extremo craneal, la frecuencia
cardíaca disminuía y se producía hipotensión.
Hering mostró que la estimulación del nervio del
seno (nervio de Hering), el cual inerva el seno
carotideo también causaba bradicardia e
hipotensión. Los dos experimentos sugieren
fuertemente que ambos nervios transmiten
información al cerebro y que este de alguna
manera utiliza esta información para controlar la
función cardiovascular.
Los barorreceptores de alta presión
en el seno carotideo y el arco
aórtico
son
receptores
de
estiramiento que sensan cambios
en la presión arterial
Corneille Heymans fue el primero en demostrar
que los sensores de presión –llamados
barorreceptores-están localizados en las arterias
y son parte de un mecanismo de
retroalimentación que regula la presión arterial
media. Él encontró que la inyección de epinefrina
–también llamada adrenalina- en los perros
aumenta la presión sanguínea y luego disminuye
la frecuencia cardíaca. Heymans hipotetizó que el
incremento de la presión estimula los sensores
arteriales, los cuales envían una señal al cerebro,
y es este quien transmite otra señal al corazón,
resultando en bradicardia.
Para demostrar que la retroalimentación no
depende de sustancias químicas transportadas
por la sangre, Heymans demostró, a través de
experimentos en perros, que el nervio vago
transportaba la señal tanto hacia como desde el
SNC y que los agentes transportados por la sangre
no tenían ningún rol. El usó un enfoque similar
para demostrar el rol de los quimiorreceptores
periféricos en el control de la respiración. Por su
trabajo en el control neural de la respiración,
Heymans recibió el premio Nobel de Fisiología o
Medicina en 1938.
Figura 23-1 Control barorreceptor de la presión
arterial. En este ejemplo asumimos que el incremento
de la presión arterial media (caja violeta) es el insulto
primario.
El proceso de control global, conocido como
control barorreceptor de la presión arterial (Fig.
23-1), consiste en barorreceptores (i.e., los
detectores), vías neurales aferentes, centros de
integración en el tronco del encéfalo, vías
neurales eferentes y el corazón con los vasos
sanguíneos
(i.e.,
los
efectores).
La
retroalimentación negativa implica que el
incremento de la presión arterial causa
vasodilatación y bradicardia, mientras que la
disminución de la presión arterial lleva a la
vasoconstricción y taquicardia.
Los sensores consisten en una serie de
mecanorreceptores localizados en puntos
estratégicos de alta presión dentro del sistema
cardiovascular. Como discutimos antes, el sistema
cardiovascular también posee sensores de baja
presión que detectan cambios en la presión
venosa. Los dos receptores de alta presión más
importantes son el seno carotideo y el sensor
ubicado en el arco aórtico. El estiramiento de la
pared de los vasos en estos sitios causa
vasodilatación y bradicardia. El seno carotideo
(Fig. 23-2A) es una porción muy distensible de la
pared de la arteria carótida interna, localizado
141
Sección IV • El sistema cardiovascular
justo por encima de la ramificación de la carótida
común en la carótida interna y externa. La pared
arterial en el seno carotideo contiene finas capas
de fibras elásticas y poca cantidad de colágeno y
músculo liso. El arco aórtico (Fig. 23-2B) es
también una porción muy distensible del árbol
arterial que se distiende durante cada eyección
ventricular.
Figura 23-2 Vías aferentes de los receptores de alta presión. En B, los quimiorreceptores (i.e., cuerpos aórticos) están
localizados en la pared inferior del arco aórtico, así también como en la bifurcación del tronco braquiocefálico. Del lado
izquierdo, los cuerpos aórticos se encuentran, si están presentes, entre la carótida común y la subclavia izquierda.
Los barorreceptores, tanto en el seno carotideo
como en el arco aórtico, son terminales nerviosas
ramificadas mielinizadas y no mielinizadas, las
cuales se intercalan con las fibras elásticas. Las
terminales expresan varios canales catiónicos no
selectivos de la familia TRP: TRPC1, TRPC3, TRPC4
y TRPC5. Los canales TRPC jugarían un rol tanto
como transductores electromecánicos como
moduladores de la transducción. Un incremento
en la presión transmural deforma los receptores.
Los barorreceptores no son realmente sensores
142
de presión, sino sensores estiramiento. El
estiramiento directo de los receptores resulta en
un incremento en la tasa de disparo del nervio del
barorreceptor. La diferencia entre la sensibilidad
a la presión y la sensibilidad al estiramiento se
vuelve aparente cuando uno evita la expansión
del vaso al rodear la pared arterial con yeso. De
esta manera el incremento de la presión
transmural fracasa en incrementar la tasa de
disparo del nervio barorreceptor. Remover el
yeso restaura la respuesta. Otros tejidos que
Capítulo 23 • Regulación de la presión arterial y el gasto cardíaco
rodean los barorreceptores pueden actuar como
filtros mecánicos, aunque mucho menos que el
yeso.
Como se muestra en los registros rojos en los dos
paneles superiores de la figura 23-3A, un
incremento en la presión transmural (i.e.,
estiramiento) produce una corriente entrante que
despolariza el receptor, generando un potencial
de receptor. El incremento de presión causa una
respuesta bifásica en el voltaje del receptor.
Luego de una gran despolarización inicial (el
componente dinámico), el sensor continúa
despolarizado pero a un nivel de voltaje menor,
aunque estable (componente estático). Este
potencial de barorreceptor, al contrario de un
potencial de acción regenerativo, es una
respuesta gradual en la cual la amplitud es
proporcional al grado de estiramiento (compare
los registros rojos y violetas).
Estos sensores neuronales son neuronas bipolares
cuyos cuerpos están localizados en un ganglio
cerca del tronco del encéfalo. La prolongación
central de estas neuronas se proyecta al bulbo.
Los cuerpos de los barorreceptores aórticos que
están localizados en el ganglio nodoso (un ganglio
sensitivo del nervio vago) expresan varios TRPC.
Aunque estos canales de cationes no selectivos
son sensibles al estiramiento y bloqueables por
Gd3+, probablemente configuren solo la
sensibilidad de la respuesta barorreceptora.
El aumento de la presión arterial
incrementa la tasa de disparo de los
barorreceptores
Si, en la ausencia de un aumento de presión,
despolarizamos el barorreceptor, el resultado es
un incremento de la frecuencia de potenciales de
acción del nervio. Así, no es sorprendente que un
incremento gradual en la presión produzca
despolarizaciones graduales, resultando en
incrementos proporcionales en la frecuencia de
espigas (Fig. 23-3A, los dos paneles inferiores). La
disminución gradual de la presión también
disminuye gradualmente la actividad del receptor,
cuando las presiones rondan los 40 a 60mmHg, la
frecuencia de disparo cae significativamente. De
esta manera, los barorreceptores codifican las
respuestas mecánicas en una señal modulada por
frecuencia.
Figura 23-3 Vías aferentes de los barorreceptores
de alta presión. En A, los registros hacen
referencia a experimentos hipotéticos con un
barorreceptor en el cual uno aumenta de repente
la presión arterial a 75 mmHg (violeta) o a 125
mmHg (rojo). En B, los registros se refieren a
resultados obtenidos del nervio del seno
carotideo.
Un incremento repentino en la presión genera
una gran despolarización inicial, acompañada por
una descarga transitoria de alta frecuencia.
Cuanto menor sea el valor de la despolarización,
menor será la frecuencia de disparo. Debido a
que los barorreceptores tienen tanto una
respuesta dinámica como estática, son sensitivos
tanto a la forma como a la amplitud de las
oscilaciones de presión. Entonces, los potenciales
143
Sección IV • El sistema cardiovascular
de acción que ocurren en fase con el ciclo
cardíaco codifican información de la presión de
pulso (i.e., diferencia entre la presión sistólica
pico y la presión diastólica mínima). La curva de
frecuencia de descarga-presión no pulsátil en la
figura 23-3B –obtenida en una unidad del nervio
del seno- muestra que las frecuencias de espigas
aumentan en una forma sigmoidea con los
incrementos de la presión sanguínea. La curva
pulsátil de la misma figura muestra que cuando la
presión es oscilante la frecuencia de descarga
media a bajas presiones es mayor que cuando la
presión es estable.
No todos los receptores arteriales tienen las
mismas propiedades. A medida que aumentamos
la presión intravascular gradualmente, unidades
individuales diferentes en el seno carotideo
aislado comienzan a disparar a diferentes
presiones. Así, la respuesta global del
barorreceptor que se genera frente a aumentos
de presión incluye tanto el incremento de la
frecuencia de disparo así como al reclutamiento
de más unidades, hasta que finalmente la
saturación se alcanza a los ~200 mmHg. El seno
carotideo en algunos individuos es inusualmente
sensible. Cuando se ponen un collar apretado o
una corbata pueden llegar a desmayarse debido a
que los sensores ordenan al tronco del encéfalo
disminuir la presión sanguínea.
La respuesta de los receptores del seno carotideo
y el arco aórtico son diferentes. En un individuo
dado, un cambio en la presión del seno carotideo
tiene un mayor efecto en el sistema de presión
arterial que si el cambio fuera en el arco aórtico.
Comparado con el receptor del seno carotideo, el
del arco aórtico tiene un umbral mayor para
activarse.
Una vez que el cambio en la presión arterial
produjo cambios en la frecuencia de disparo del
nervio del sensor, la señal viaja hacia el bulbo. La
vía aferente para el seno carotideo es el nervio
del seno, que se une al glosofaríngeo (par craneal
IX). Los cuerpos neuronales del barorreceptor del
seno carotideo están localizados en el ganglio
petroso del nervio glosofaríngeo (Fig. 23-4A). La
vía aferente del arco aórtico son las fibras
sensoriales del nervio vago (par craneal X). Luego
de unirse a los nervios laríngeos superiores, las
fibras ascienden hacia sus cuerpos celulares en el
ganglio nodoso del vago (Fig. 23-4A).
144
El bulbo raquídeo coordina las
señales provenientes desde los
barorreceptores
Los complejos núcleos bulbares involucrados en
la regulación cardiovascular son conjuntamente
llamados centro bulbar cardiovascular. Dentro de
este centro pueden realizarse distinguidas
subdivisiones, con un área vasomotora y un área
cardioinhibitoria. El centro cardiovascular bulbar
recibe toda la información desde los
barorreceptores y es el centro integrador de la
homeostasis cardiovascular.
La mayoría de las fibras aferentes se proyectan
desde los dos barorreceptores de alta presión
hacia el núcleo del tracto solitario, el cual está
localizado a cada lado en el bulbo raquídeo. El
neurotransmisor liberado por los barorreceptores
en el núcleo del tracto solitario (NTS) es
glutamato, el cual se une a la subunidad GluR2
del receptor AMPA. Algunas neuronas en el NTS
poseen receptores purinérgicos que son activados
por ATP.
Interneuronas inhibidoras se proyectan desde el
NTS hacia el área vasomotora del bulbo (Fig. 234b). Esta área vasomotora incluye al área A1 y C1
del bulbo, así como también al complejo olivar
inferior. La estimulación del área C1 produce una
respuesta vasoconstrictora. A menos que las
neuronas del área C1 sean inhibidas por las
interneuronas del NTS, se produce una respuesta
que promueve la vasoconstricción. Entonces, un
incremento en la presión aumenta la tasa de
disparo de los barorreceptores, la cual causa que
las interneuronas del NTS inhiban a las neuronas
C1, resultando en vasodilatación. Esta vía de C1 es
importante para el componente vascular del
reflejo barorreceptor. El patrón de disparo de las
neuronas C1 está en relación con los cambios de
presión que ocurren durante el ciclo cardíaco.
Neuronas exitatorias se proyectan desde el NTS
hacia el área cardioinhibidora, que incluye al
núcleo ambiguo y al núcleo motor dorsal del
vago. Las neuronas del núcleo motor dorsal del
vago son importantes para el componente
cardíaco del reflejo barorreceptor. Algunas
interneuronas
inhibitorias
probablemente
proyecten desde el núcleo del NTS hacia el área
Capítulo 23 • Regulación de la presión arterial y el gasto cardíaco
cardioaceleradora, también en el bulbo raquídeo.
La estimulación de las neuronas en esta área
provoca que la frecuencia cardíaca y la
contractilidad se incrementen.
La vía eferente de la respuesta
barorreceptora incluye tanto al
sistema
simpático
como
al
parasimpático
Luego de que el centro cardiovascular haya
procesado la información desde las diferentes
vías aferentes, este centro envía señales de nuevo
hacia la periferia a través de vías eferentes. La
respuesta barorreceptora tiene dos vías eferentes
principales:
las
divisiones
simpática
y
parasimpática del SNC.
Eferencias simpáticas Como discutimos antes, el
incremento de la actividad de los barorreceptores
induce al NTS a inhibir C1 (i.e., vasomotor) y a las
áreas
cardioaceleradoras
del
bulbo.
Funcionalmente,
diversas
neuronas
bulboespinales en ambas áreas envían axones por
la médula espinal a estimular neuronas
simpáticas preganglionares en el asta intermedio
lateral de la médula espinal. Así, podemos pensar
estas
neuronas
bulboespinales
como
presimpáticas o pre-preganglionares. Las sinapsis
pueden ser adrenérgicas (como en el caso de las
neuronas C1), peptidérgicas o glutamatérgicas.
Las sinapsis glutamatérgicas son las más
importantes para la respuesta vasomotora. El
glutamato liberado actúa tanto en los receptores
NMDA como en los no NMDA de las neuronas
simpáticas preganglionares.
Los cuerpos neuronales de las neuronas
preganglionares simpáticas están ubicados en el
asta intermedio lateral de la sustancia gris de la
médula espinal, entre los segmentos T1 y L3.
Luego de una considerable convergencia y
divergencia, la mayoría de los axones de estas
neuronas preganglionares sinapsan con las
neuronas posganglionares localizadas dentro de
los ganglios de la cadena simpática paravertebral,
así como la prevertebral. El neurotransmisor
liberado en las sinapsis entre las neuronas pre y
posganglionares es la acetilcolina (ACh) la cual se
une al receptor colinérgico nicotínico N2 (nAChR).
Debido a la convergencia y divergencia, la
inervación simpática no se distribuye de acuerdo
a los dermatomas. Las fibras simpáticas
posganglionares controlan un amplio rango de
funciones.
El incremento de la actividad simpática produce
vasoconstricción. El reflejo barorreceptor produce
vasodilatación dado que inhibe la descarga
estimulatoria tónica de las neuronas vasomotoras
C1. Debido a que las neuronas bulboespinales
hacen sinapsis con las neuronas simpáticas
preganglionares entre T1 y L3, un traumatismo
por encima de T1 causa una disminución
importante de la presión arterial y una sección
por debajo de L3 no la produce.
Otro objetivo importante de las neuronas
posganglionares en su “misión cardiovascular” es
el corazón. Las aferencias desde los ganglios
cervicales medios y el ganglio estrellado, se
ramifican y forma los nervios cardíacos. Así, el
corte de la médula espinal por encima de T1
podría bloquear las aferencias a las fibras
simpáticas preganglionares que proyectan hacia
el corazón. Sumado a esto, algunas fibras
preganglionares no realizan sinapsis en los
ganglios simpáticos, sino que directamente
inervan las células cromáfines de la médula
suprarrenal a través de los nervios esplácnicos.
Estas células liberan adrenalina, la cual actúa en
el corazón y los vasos sanguíneos.
Eferencias parasimpáticas Como describimos
antes, el incremento de la actividad de los
barorreceptores instruye al NTS a que estimule
neuronas en el núcleo ambiguo y motor dorsal del
vago (área cardioinhibidora). Las neuronas
objetivo de estos dos núcleos son las fibras
parasimpáticas preganglionares del nervio vago
que se proyectan hacia el corazón. Estas fibras
vagales eferentes siguen a las arterias carótidas
comunes y terminan realizando su sinapsis en un
pequeño ganglio en la pared de las aurículas. Ahí
liberan ACh la cual se une a los nAChRs tipo N2 de
las neuronas parasimpáticas posganglionares. Las
fibras posganglionares cortas luego inervan el
nodo sinusal, la aurícula y los ventrículos, donde
actúan
principalmente
disminuyendo
la
conducción a través del corazón.
145
Sección IV • El sistema cardiovascular
Figura 23-4 Controles centrales medulares del sistema cardiovascular. En A, los núcleos y los nervios craneales están
en negrita. En B, sección a través del bulbo, mostrando las proyecciones de las estructuras que no necesariamente
coexisten en una única sección transversal.
146
Capítulo 23 • Regulación de la presión arterial y el gasto cardíaco
Los principales efectores del control
de la presión arterial son el
corazón, las arterias, las venas y la
médula suprarrenal
El sistema cardiovascular utiliza diferentes
órganos efectores para controlar la presión
arterial: el corazón, las arterias, las venas y la
médula suprarrenal (Fig. 23-5)
Inervación simpática del corazón (nervios
cardíacos) La división simpática del sistema
nervioso autónomo (SNA) influencia al corazón a
través de los nervios cardíacos, los cuales forman
un plexo cerca del corazón (Fig. 23-2). Las fibras
posganglionares, las cuales liberan noradrenalina,
inervan el nodo SA, las aurículas y los ventrículos.
Su efecto es incrementar tanto la frecuencia
cardíaca como la contractilidad. Debido a que el
nervio cardíaco derecho domina la inervación del
nodo SA (que está a la derecha), tiene más efecto
en la frecuencia cardíaca que el nervio cardíaco
izquierdo. Por otro lado la descarga simpática del
nervio cardíaco izquierdo tiene mayor efecto en
la contractilidad que el derecho. En general, los
nervios cardíacos no ejercen una actividad
cardioaceleradora tónica en el corazón. En reposo
la tasa de disparo es menor que la del nervio
vago.
Inervación parasimpática del corazón (nervios
vagos) Los nervios vagos normalmente ejercen
una intensa y tónica actividad parasimpática en el
corazón por medio de la ACh. Cortar el nervio
vago, o administrar atropina (la cual bloquea la
acción de la ACh) incrementa la frecuencia
cardíaca. De hecho, los experimentos de los
efectos del nervio vago en el corazón condujeron
al descubrimiento del primer neurotransmisor
neurohumoral, la ACh. La estimulación vagal
disminuye la frecuencia cardíaca por su efecto en
la actividad marcapasos. Como también sucede
con los nervios cardíacos derechos e izquierdos, el
nervio vago derecho es más efectivo
disminuyendo el nodo SA que el izquierdo. El
vago izquierdo es más efectivo inhibiendo la
conducción a través del nodo AV. La estimulación
vagal, en cierta medida también reduce la
contractilidad cardíaca.
Inervación simpática de los vasos sanguíneos
(respuesta vasoconstrictora) Las fibras simpáticas
vasoconstrictoras están diseminadas a través de
los vasos sanguíneos del cuerpo. Estas fibras son
más abundantes en el riñón y en la piel,
relativamente escasas en la vasculatura coronaria
y los vasos cerebrales y están ausentes en la
placenta. Liberan norepinefrina, la cual se une a
los adrenorreceptores en la membrana de las
células musculares lisas vasculares (CMLV). En la
mayoría de los vasos, la vasodilatación es el
resultado de una disminución de la descarga de
los nervios simpáticos vasoconstrictores.
Inervación parasimpática de los vasos
sanguíneos (respuesta vasodilatadora) Las fibras
parasimpáticas vasodilatadoras son mucho menos
comunes
que
las
fibras
simpáticas
vasoconstrictoras. Las fibras vasodilatadoras
parasimpáticas inervan las glándulas salivales y
algunas glándulas gastrointestinales y
son
cruciales para la vasodilatación de tejidos
eréctiles en los genitales externos. Las fibras
parasimpáticas posganglionares liberan ACh, la
cual como ya vimos causa vasodilatación
indirectamente.
Inervación simpática de los vasos sanguíneos del
músculo esquelético (respuesta vasodilatadora)
Sumado a las ampliamente distribuidas fibras
simpáticas
vasoconstrictoras,
el
músculo
esquelético en los no-primates tiene un sistema
especial de fibras simpáticas que producen
vasodilatación. Estas fibras especiales inervan los
grandes vasos precapilares en el músculo
esquelético. El origen de la vía simpática
vasodilatadora es muy diferente al de la vía
vasoconstrictora, la cual recibe su información del
área vasomotora del bulbo. En su lugar, la fibra
simpática vasodilatadora recibe instrucciones
desde neuronas en la corteza cerebral, las cuales
hacen sinapsis con otras neuronas en el
hipotálamo o el mesencéfalo. Las fibras desde
estas segundas neuronas discurren a través del
bulbo sin interrupción y alcanzan la médula
espinal. Así, estas fibras hacen sinapsis en
neuronas simpáticas preganglionares en el asta
intermedio lateral, de la misma manera que otras
neuronas lo hacen. Las fibras preganglionares
147
Sección IV • El sistema cardiovascular
vasodilatadoras sinapsan en los ganglios
simpáticos con las neuronas posganglionares que
terminan en las CMLV que rodean los vasos
sanguíneos del músculo esquelético. Estas fibras
vasodilatadoras
posganglionares
simpáticas
liberan ACh y quizás otros neurotransmisores.
De esta manera, los vasos sanguíneos dentro del
músculo esquelético reciben tanto inervación
simpática
adrenérgica
como
simpática
colinérgica. El sistema colinérgico, actuando
directamente
a
través
de
receptores
muscarínicos, relaja las CMLV y causa
vasodilatación. Esta vasodilatación en el músculo
Figura 23-5 Control autonómico de órganos cardiovasculares.
148
esquelético ocurre en la respuesta de lucha o
huída, así como también quizás durante la
respuesta anticipatoria al ejercicio. En ambos
casos, la movilización del sistema vasodilatador
simpático es acompañada por una extensa
activación de la división simpática, la cual incluye
los efectos cardíacos (i.e., incremento de la
frecuencia cardíaca y la contractilidad) y la
vasoconstricción generalizada de todos los lechos
vasculares excepto del músculo esquelético. (Una
pequeña vasoconstricción ocurre en el lecho
vascular cerebral y coronario, que tiene una
escasa inervación simpática vasoconstrictora).
Capítulo 23 • Regulación de la presión arterial y el gasto cardíaco
Médula suprarrenal Ya hemos mencionado que
algunas fibras simpáticas preganglionares en los
nervios simpáticos esplácnicos también inervan
las células cromafines de la médula suprarrenal.
Es más, la médula suprarrenal es equivalente a un
ganglio simpático. Las terminales simpáticas de
las fibras preganglionares liberan ACh, la cual
actúa en los nAChR de las células cromafines de
la médula suprarrenal. Las células cromafines son
así neuronas posganglionares modificadas que
liberan sus transmisores –adrenalina y, en un
menor grado, noradrenalina – hacia la sangre más
que hacia un órgano específico. De esta manera,
la médula suprarrenal participa como un efector
global que a través de la liberación de adrenalina
causa efectos generales en la circulación. Como
veremos en la siguiente sección, la adrenalina
liberada por la médula suprarrenal actúa tanto en
el corazón como en los vasos sanguíneos y de
esta forma contribuye al control de la presión
arterial sistémica (PAM).
La combinación de agonistas y
receptores determina la respuesta
final en las células cardíacas y
vasculares efectoras
Receptores adrenérgicos del corazón La
inervación simpática del corazón afecta tanto a la
frecuencia cardíaca como a la contractilidad. La
noradrenalina, liberada por las neuronas
simpáticas posganglionares, actúa en receptores
ẞ1 adrenérgicos postsinápticos de las células
marcapasos en el nodo SA. Así como en
receptores similares de células miocárdicas en las
aurículas y los ventrículos. El receptor ẞ1
adrenérgico, a través de la proteína Gs, actúa por
medio de la vía de la proteinquinasa A para
fosforilar múltiples proteínas efectoras tanto en
las células marcapasos como en los
cardiomiocitos.
En las células marcapasos, los agonistas
ẞ1adrenérgicos estimulan (1) la If (corriente
funny), la corriente de Na+ diastólica a través de
los canales HCN y (2) una corriente de Ca2+ (ICa) a
través de los canales de Ca2+ tipo T. El efecto neto
de estos dos cambios es un incremento en la
frecuencia de despolarización diastólica (i.e., fase
4 del potencial de acción) así como también llevar
al umbral para el potencial de acción hacia un
valor más negativo. Debido a que la diástole se
acorta, la frecuencia cardíaca aumenta.
En las células miocárdicas, los agonistas ẞ1
adrenérgicos generan un efecto inotrópico
positivo a través de varios mecanismos paralelos
mediados a través de la proteinquinasa A.
Además, la activación de la subunidad α5 de la
proteína G puede activar directamente los
canales de Ca2+ tipo L. El efecto neto de estas
distintas vías son contracciones más fuertes y
frecuentes.
Receptores colinérgicos del corazón La
inervación parasimpática del corazón afecta tanto
a la frecuencia cardíaca y, en menor medida, la
contractilidad. La ACh liberada por las neuronas
parasimpáticas postsinápticas se une a los
receptores muscarínicos M2 (i.e., acoplado a
proteína G) en las células marcapasos del nodo
sinusal y a los miocitos ventriculares.
En las células marcapasos, la ACh actúa a través
de tres mecanismos. (1) La ACh gatilla una vía de
señalización limitada a la membrana mediada no
por la subunidad α de la proteína G sino a través
del heterodímero β-γ (beta-gamma). Las
subunidades β-γ liberadas abren directamente
canales de K+ rectificadores (GIRK1 o Kir3.1) en
células marcapasos. La elevación resultante de la
conductancia de K+ genera un potencial diastólico
más negativo durante la fase 4 del potencial de
acción. (2) La ACh también disminuye la If, y de
esta forma reduce la frecuencia de la
despolarización diastólica. (3) ACh disminuye la
ICa, entonces
reduce la frecuencia de la
despolarización diastólica y hace más positivo el
umbral.
En las células musculares cardíacas, la ACh tiene
un efecto inotrópico negativo menor que podría
ocurrir por dos mecanismos. (1) La activación de
los receptores M2, a través de Gi, inhibe la
adelinatociclasa, reduciendo [AMPc]i, y por lo
tanto contrarrestando los efectos de la
estimulación adrenérgica. (2) La activación del
receptor M3, a través de Gq, estimula a la
fosfolipasa C, aumentando [Ca++]i y estimulando
así a la óxido nítrico sintasa (NOS).
149
Sección IV • El sistema cardiovascular
El NO recién formado estimula a la
guanilatociclasa e incrementa [GMPc]i, que de
alguna forma inhibe a los canales de Ca2+ y por lo
tanto disminuye el influjo de Ca2+.
Receptores adrenérgicos de los vasos sanguíneos
La división simpática del SNA puede modular el
tono del músculo liso vascular en arterias,
arteriolas y venas a través de dos rutas distintas –
neuronas simpáticas posganglionares y la médula
suprarrenal. Si el efecto neto de la estimulación
simpática en un vaso particular es la
vasoconstricción (aumentar el tono de las CMLV)
o la vasodilatación (disminución del tono de las
CMLV) depende de cuatro factores: (1) qué
agonista es liberado, (2) a cuál receptor
adrenérgico se va a unir el agonista, (3) si el
receptor tiende a causar vasoconstricción o
vasodilatación y (4) qué subtipo de receptor está
presente en la CMLV.
Las neuronas simpáticas posganglionares liberan
noradrenalina y la médula adrenal libera
principalmente adrenalina.
La noradrenalina y la adrenalina no tienen
afinidad exclusiva por un único tipo de receptor
adrenérgico. La designación α y ẞ surge de la
observación de que la noradrenalina aparenta
tener gran actividad sobre los receptores α, y la
adrenalina sobre los ẞ. Sin embargo, aunque la
noradrenalina se une con mayor afinidad a los
receptores α, también puede activar a los
receptores ẞ. De una manera similar, aunque la
adrenalina se une con mayor afinidad a los ẞ,
también puede activar a los α. Por supuesto,
agonistas sintéticos pueden ser más específicos y
potentes que la noradrenalina y la adrenalina (por
ejemplo, el agonista alfa fenilefrina y el agonista
beta
isoproterenol).
Una
aproximación
farmacológica y molecular más fina revela que
tanto los receptores alfa y beta tienen subgrupos,
incluso los subgrupos tienen subgrupos. Cada uno
de todos estos adrenorreceptores tiene una
farmacología particular. Así, el receptor ẞ1 tiene
alrededor de la misma afinidad por la epinefrina
que por la norepinefrina, pero el ẞ2 tiene una
afinidad mucho más alta por la adrenalina que
por la noradrenalina.
Si la ocupación de un receptor tiende a la
vasoconstricción o a la vasodilatación es sencillo.
La vasoconstricción provocada por las
150
catecolaminas es un efecto α, en particularα1. Así,
la norepinefrina liberada por las terminales
nerviosas actúa en los adrenorreceptores α1, el
cual está acoplado a la proteína Gq. La activación
resultante de la fosfolipasa C y la formación de
inositol 1,4,5-trifosfato (IP3) lleva al incremento
de la [Ca2+]i y a la consecuente contracción del
músculo liso. En contraste, la vasodilatación
producida por la adrenalina liberada desde la
médula suprarrenal, es un efecto ẞ2. La ocupación
de estos adrenorreceptores dispara la vía de la
PKA, conduciendo a la fosforilación de la quinasa
de la cadena liviana de la miosina (MLCK), lo cual
reduce la sensibilidad de esta al complejo Ca2+Calmodulina, resultando en la relajación del
músculo liso.
Qué subtipo de receptor está presente en un
tejido particular es más complejo. Muchos vasos
sanguíneos tienen una mezcla de varios subtipos
de receptores α y ẞ, cada uno estimulado en
diversos grados por la noradrenalina y la
adrenalina. De esta forma, la respuesta de estas
células depende de la dominancia relativa de cada
uno de estos receptores en su superficie.
Afortunadamente los únicos dos subtipos en los
vasos sanguíneos que tienen interés clínico son
los α1 y los ẞ2.
La respuesta final en el tejido diana
(vasoconstricción vs. vasodilatación) depende
tanto de la mezcla de los agonistas (noradrenalina
vs. adrenalina) como también de la heterogénea
mezcla de los receptores en la CMLV (α1 y ẞ2).
Como un ejemplo, consideremos los vasos
sanguíneos de la piel y el corazón. Dado que los
vasos cutáneos sólo tienen receptores α1,
solamente
pueden
vasocontraerse,
independientemente de cuál agonista esté
circulando. Por otra parte, la adrenalina causa
que los vasos coronarios se dilaten debido a que
tienen un número mayor de receptores ẞ2 que de
α1.
Receptores colinérgicos en (o cerca de) los vasos
sanguíneos El agregado de Ach a células
musculares lisas aisladas causa contracción. Así,
en una situación artificial en donde las terminales
nerviosas liberan sólo ACh y en la cual no existen
otros tejidos, la ACh conduce a la
vasoconstricción. En la vida real, la ACh dilata los
vasos sanguíneos al unirse a los receptores
Capítulo 23 • Regulación de la presión arterial y el gasto cardíaco
muscarínicos de células vecinas y generando
otros mensajeros que indirectamente causan
vasodilatación. Por ejemplo, en el músculo
esquelético, la ACh se une a receptores M2 en la
membrana presináptica de las neuronas
simpáticas
posganglionares,
disminuyendo
[AMPc]i e inhibiendo la liberación de
norepinefrina. Así, la inhibición de la
vasoconstricción produce vasodilatación.
En el tejido eréctil, la ACh no sólo se une a los
receptores presinápticos M2 como mencionamos
recién, sino que también se une a los receptores
M3 en las células endoteliales y, a través de la vía
de la fosfolipasa C, libera IP3 y aumenta la [Ca2+]i.
El Ca2+ estimula la NOS a producir NO (óxido
nítrico), el cual difunde desde las células
endoteliales a las CMLV. Dentro de estas, el NO
activa la guanilatociclasa soluble, resultando en la
producción de GMPc y la activación de la
proteinquinasa G. La subsecuente fosforilación de
la MLCK causa relajación.
En las glándulas salivales, las neuronas
parasimpáticas posganglionares liberan ACh, la
cual estimula las células ganglionares a secretar
calicreína, una enzima que corta los quininógenos
en las quininas vasodilatadoras (por ejemplo, la
bradiquinina). Una secuencia similar de eventos
parácrinos puede ocurrir en las glándulas
sudoríparas de la piel no apical, donde las fibras
simpáticas
posganglionares
liberan
ACh,
conduciendo indirectamente a vasodilatación
local.
Receptores no-adrenérgicos y no-colinérgicos en
los vasos sanguíneos Las terminales nerviosas
parasimpáticas posganglionares pueden producir
vasodilatación
al
co-liberar
otros
neurotransmisores además de la ACh, como el
NO, el neuropéptido Y, el péptido intestinal
vasoactivo (PIP) y el péptido relacionado al gen de
la calcitonina. El NO de origen neuronal actúa en
la misma vía que el derivado del endotelio. El
neuropéptido Y actúa al disminuir [AMPc]i; y el
PIP y presumiblemente el péptido relacionado al
gen de la calcitonina, actúen aumentando la
[AMPc]i.
El centro cardiovascular bulbar
mantiene la presión sanguínea y
está bajo control de
cerebrales superiores
centros
El centro cardiovascular bulbar normalmente
ejerce su actividad tónica en las neuronas
preganglionares simpáticas, cuyos cuerpos
celulares están en los segmentos toracolumbares
de la médula espinal. De todas maneras, una
variedad de aferencias somáticas y viscerales
hacen conexiones con estas vías eferentes de la
médula espinal, y cuyas aferencias son
responsables de muchos reflejos que ocurren a
nivel medular.
Neuronas del área C1 del bulbo (Fig. 23-4) son
responsables del mantenimiento de la presión
arterial normal. En general, las neuronas C1 están
activas tónicamente y excitan a las neuronas
preganglionares simpáticas para que produzcan
vasoconstricción. La presencia de neuronas
tónicamente activas en el área C1 lleva a pensar
que estas neuronas probablemente tengan un rol
en
algunas
formas
de
hipertensión.
Interesantemente, la clonidina, un agente
antihipertensivo, actúa al unirse a receptores en
el área neuronal C1.
Además de las aferencias desde los
barorreceptores, el centro cardiovascular bulbar
recibe aferencias desde centros respiratorios y
desde centros superiores del SNC, como el
hipotálamo y la corteza cerebral (Fig. 23-5). El
hipotálamo
integra
muchas
respuestas
cardiovasculares. De hecho, uno puede usar
microelectrodos para estimular sitios particulares
en el hipotálamo y reproducir una variedad de
respuestas fisiológicas. El núcleo hipotalámico
dorsomedial actúa en el bulbo para mediar
respuestas vasomotoras y cardíacas (como por
ejemplo durante el ejercicio y el estrés agudo). La
corteza cerebral influye las áreas de integración
hipotalámicas a través de vías exitatorias e
inhibitorias. Así, una fuerte emoción puede
precipitar hipotensión con síncope (i.e.,
desmayos). Reflejos condicionados también
pueden producir respuestas cardiovasculares. Por
ejemplo, es posible, por recompensas
condicionadoras, entrenar a un animal para que
aumente o disminuya la frecuencia cardíaca.
151
Sección IV • El sistema cardiovascular
Existe una regulación neuronal
secundaria de la presión arterial
que
depende
de
los
quimiorreceptores
Aunque los barorreceptores son los sensores
principales para el control de la presión
sanguínea, un segundo conjunto de receptores,
los quimiorreceptores periféricos, también tienen
un rol. Mientras que los barorreceptores ejercen
un efecto inhibidor en los centros bulbares
vasomotores, causando vasodilatación; los
quimiorreceptores periféricos ejercen un efecto
estimulante en los centros vasomotores,
causando vasoconstricción (Fig. 23-6A). En lo que
compete al corazón, la llegada de información
tanto de los barorreceptores como de los
quimiorreceptores ejerce un efecto estimulante
en los centros cardio-inhibidores; esto es, ambos
disminuyen la frecuencia cardíaca.
Figura 23-6 Control quimiorreceptor del sistema cardiovascular. En este ejemplo, asumimos que una disminución en la
PO2, un incremento en la PCO2 o una disminución del pH es el insulto primario (caja violeta). En A, la bradicardia ocurre
sólo cuando la ventilación está disminuida o ausente (por ejemplo, al aguantar la respiración). En B, los efectos de la
ventilación superan a la respuesta cardiovascular intrínseca, produciendo taquicardia.
Los centros respiratorios bulbares –los cuales
incluyen las áreas que integran la información
desde los quimiorreceptores periféricos- influyen
fuertemente en los centros cardiovasculares
bulbares. Una caída en la PO2 arterial, un
aumento en la PCO2 o una caída del pH estimula
los quimiorreceptores periféricos e induce un
aumento en la frecuencia de disparo de los
nervios aferentes que van hasta el tronco del
encéfalo. En la ausencia de una llegada de
información conflictiva, que discutiremos luego,
la respuesta intrínseca del bulbo a los
quimiorreceptores
periféricos
es
la
vasoconstricción y la bradicardia (Fig. 23-6A).
152
Cambios opuestos en la PO2, PCO2 y pH tienen los
efectos opuestos.
Los quimiorreceptores periféricos –quienes
tienen un rol primario en la regulación de la
ventilación- están cerca de los barorreceptores.
También hay dos tipos de quimiorreceptores
periféricos: los cuerpos carotídeos y los cuerpos
aórticos.
Cuerpos carotideos Los cuerpos carotideos –o
glomus carotideos- están localizados entre la
arteria carótida interna y externa. Aunque los
cuerpos carotideos humanos son pequeños (i.e.,
tienen
un
flujo
sanguíneo
~1mm3)
Capítulo 23 • Regulación de la presión arterial y el gasto cardíaco
extraordinariamente alto por unidad de masa y
una diferencia arteriovenosa de PO2, PCO2 y pH
minúscula, poniéndolos en una excelente posición
para monitorizar la composición de la sangre
arterial. Las células quimiosensitivas en el cuerpo
carotídeo son las células glómicas, las cuales
hacen sinapsis con fibras nerviosas que se unen al
nervio glosofaríngeo (par craneal IX). Una caída
de la PO2 arterial, un aumento de la PCO2 arterial
o una caída del pH incrementan la frecuencia de
espigas en las fibras aferentes del nervio del seno.
Cuerpos aórticos Los cuerpos aórticos están
situados inmediatamente por debajo de la
concavidad del arco aórtico. Las células del
glomus aórtico hacen sinapsis con las fibras
aferentes del nervio vago (par craneal X)
Fibras aferentes que llevan información al bulbo
La señal más importante que afecta las células
glómicas es una baja PO2, la cual dispara un
incremento en las frecuencias de disparo de las
fibras. Como las fibras aferentes de los
barorreceptores, las fibras eferentes de ambos
quimiorreceptores se proyectan al NTS (núcleo
del tracto solitario) en el bulbo raquídeo. De
hecho, la respuesta a la información que llega
desde los quimiorreceptores periféricos se
superpone con la que llega desde los
barorreceptores.
Rol fisiológico de los quimiorreceptores en el
control cardiovascular Las fluctuaciones en la PO2
que normalmente ocurre en humanos no son lo
suficientemente grandes para afectar la presión
sanguínea o la frecuencia cardíaca. Para el
sistema cardiovascular, los quimiorreceptores
periféricos juegan un rol solo durante la hipoxia
severa. Como hemos notado, los efectos
cardiovasculares intrínsecos de la hipoxia incluyen
vasoconstricción y bradicardia (Fig. 23-6A). De
todas maneras, no es fácil demostrar este reflejo
bradicárdico primario. De hecho, sólo se observa
durante la apnea forzada. Bajo condiciones
reales, la hipoxia causa taquicardia. ¿Por qué? La
hipoxia –a través de los quimiorreceptores
periféricos- normalmente estimula el centro
respiratorio bulbar el cual aumenta la ventilación
(Fig. 23-6B). Como discutimos antes, la alta PCO2
que puede acompañar a la hipoxia estimula los
quimiorreceptores
centrales,
los
cuales
independientemente también estimulan la
ventilación. Este incremento de la ventilación
tiene dos efectos. Primero, estira los pulmones, lo
cual lleva al estiramiento de los receptores
pulmonares. Los impulsos aferentes desde estos
receptores de estiramiento pulmonar inhiben el
centro cardio-inhibidor, causando taquicardia
refleja. Segundo, el incremento de la ventilación
alveolar causa que la PCO2 disminuya,
aumentando el pH del fluido extracelular del
cerebro y así inhibiendo el centro cardioinhibidor. De nuevo, el efecto neto es la
taquicardia. Así, la respuesta fisiológica a la
hipoxia es la taquicardia.
Quimiorreceptores centrales Sumado a los
quimiorreceptores
periféricos,
los
quimiorreceptores centrales están presentes en
el bulbo. De todas maneras, en contraste con los
periféricos, los cuales sensan principalmente
PO2 2, los quimiorreceptores centrales sensan
principalmente el pH del LEC cerebral, que
generalmente refleja el nivel de PCO2 central.
Como hemos notado (Fig. 23-4B), la llegada de
información de los barorreceptores al NTS
estimula las interneuronas inhibidoras que se
proyectan al área vasomotora. Esta vía ejerce una
restricción considerable a la eferencia simpática,
que de otra manera causaría vasoconstricción.
Así,
cortando
las
aferencias
de
los
barorreceptores se causa vasoconstricción. Los
quimiorreceptores centrales también influencian
el área vasomotora. De hecho, una alta PCO2
arterial (lo que generalmente implica un bajo pH
cerebral)
estimula
los
quimiorreceptores
2
NdT: Los quimiorreceptores periféricos fueron
tradicionalmente considerados como sensores
primarios de hipoxia. Aunque es correcto en algún
sentido, esta noción es algo engañosa porque implica
que la hipoxia es un estímulo independiente para la
ventilación. En realidad, el efecto particular de la
hipoxia en los quimiorreceptores periféricos es
+
incrementar la sensibilidad de estos a la [H ] (que
generalmente va de la mano a la PCO2). Esto conlleva
dos implicaciones clínicas: si la PO2 es alta, existe una
pequeña (si es que existe) respuesta quimiorreceptora
periférica a la hipercapnia; y si la PCO2 es baja, hay una
pequeña (si es que hay) respuesta quimiorreceptora
periférica a la hipoxia.
153
Sección IV • El sistema cardiovascular
centrales y desinhibe el área vasomotora –al igual
que cortar el nervio aferente de los
barorreceptores. El resultado es el mismo: un
incremento en la descarga simpática y la
consecuente vasoconstricción.
Resumiendo, una baja PO2 actúa en los
quimiorreceptores periféricos y una alta PCO2
actúa en los quimiorreceptores centrales, lo cual
en conjunto potencia la vasoconstricción.
REGULACIÓN
CARDÍACO
DEL
GASTO
Si otras variables se mantienen constantes, el
incremento del gasto cardíaco aumenta la presión
arterial media. Esto no es sorprendente ya que
hemos visto que el corazón es un importante
órgano efector en el “loop” de retroalimentación
que regula la presión arterial media. El gasto
cardíaco es el producto de la frecuencia cardíaca
y el volumen sistólico (ver ecuación 17-6), y
ambos factores están bajo el control dual de (1)
los mecanismos regulatorios intrínsecos del
corazón y (2) las vías hormonales y neurales que
son ajenas al corazón
Mecanismos
intrínsecos
del
corazón regulan la frecuencia
cardíaca y el volumen sistólico
Control intrínseco de la frecuencia cardíaca A
medida que la duración de la diástole se
incrementa,
la
frecuencia
cardíaca
necesariamente disminuye. El intervalo diastólico
está determinado por la naturaleza de los
potenciales de acción disparados por el nodo
sinusal. Estos factores, como el potencial
diastólico
máximo,
la
pendiente
de
despolarización diastólica (fase 4) y el potencial
umbral, influyen en el lapso entre un potencial de
acción y otro (Fig. 21-6). Modificadores
intrínsecos del nodo sinusal, como la [K+]e y
[Ca2+]e, influyen notoriamente en las corrientes
responsables de la actividad marcapasos del
nodo, pero no son responsables de ningún
mecanismo de retroalimentación cardiovascular.
154
Control intrínseco del volumen sistólico El
volumen sistólico es la diferencia entre el
volumen de fin de diástole y el volumen de fin de
sístole. Varios procesos intrínsecos al corazón
afectan ambas variables.
El volumen de fin de diástole (VFD) depende de
lo siguiente:
1. Presión de llenado. La presión de llenado
ventricular depende en gran medida de la presión
de llenado auricular. Cuando el retorno venoso se
incrementa, la presión auricular aumenta y, por lo
tanto, también lo hace el VFD.
2. Tiempo de llenado. A mayor tiempo de
llenado, mayor VFD. A medida que aumenta la
frecuencia cardíaca, la diástole se acorta en
mayor medida que la sístole, de esta manera se
reduce el VFD.
3. Distensibilidad ventricular (la inversa de la
pendiente de la curva diastólica en la Figura 2211B). A medida que la distensibilidad ventricular
aumenta, una presión de llenado dada producirá
un mayor incremento en el volumen ventricular,
resultando así en un mayor VFD.
El volumen de fin de sístole (VFS) depende de lo
siguiente:
1. Precarga (i.e., volumen de fin de diástole). De
acuerdo a la ley de Starling del corazón, los
incrementos del VFD aumentan el estiramiento
del músculo cardíaco y la fuerza de la contracción
(ver la curva sistólica de la Fig. 22-11B) y de esta
manera el volumen sistólico. Sólo cuando la
contracción comienza con muy grandes VFD, las
fibras musculares están demasiado estiradas y
por lo tanto son incapaces de generar la máxima
potencia (ver Fig. 22-11A)
2. Poscarga(la fuerza que el ventrículo debe
vencer para poder eyectar su contenido). La
poscarga del ventrículo izquierdo es la presión
arterial media; la poscarga del ventrículo derecho
es la presión pulmonar media. El incremento de la
poscarga dificulta la capacidad del corazón para
vaciarse y por lo tanto incrementan el VFS.
3. Frecuencia cardíaca. Un incremento de la
frecuencia cardíaca conlleva a que una mayor
cantidad de Ca2+ ingrese en las células cardíacas,
de esta manera se incrementa la contractilidad y
se reduce el volumen de fin de sístole.
Capítulo 23 • Regulación de la presión arterial y el gasto cardíaco
4. Contractilidad. Los agentes inotrópicos
positivos actúan incrementando la [Ca2+]i en las
células miocárdicas, de esta manera potencia la
fuerza de contracción y reduce el VFS
Nótese que una variable particular puede afectar
tanto el VFD como el VFS. Por ejemplo, un
incremento de la frecuencia cardíaca disminuye el
VFD y el VFS. De esta manera, su efecto en el
volumen sistólico –la diferencia entre estos
volúmenes- puede ser difícil de predecir.
Mecanismos extrínsecos al corazón
también regulan la frecuencia
cardíaca y el volumen sistólico
Ya hemos visto que las vías simpática y
parasimpática son los brazos eferentes de
mecanismos de retroalimentación que controlan
la presión arterial media (Fig. 23-5). Estos brazos
eferentes también controlan el gasto cardíaco a
través de la frecuencia cardíaca y el volumen
sistólico. Nos enfocaremos ahora en como estas
vías afectan estas variables.
Regulación de la respuesta barorreceptora La
respuesta barorreceptora afecta tanto la
frecuencia cardíaca como el volumen sistólico,
producto de los cuales surge el gasto cardíaco. De
todas maneras, los barorreceptores no sensan el
gasto cardíaco per se sino que lo hacen a través
de la presión arterial. Así, la respuesta
barorreceptora no corrige alteraciones en el gasto
cardiaco a menos que ellas cambien la presión
arterial media. Por ejemplo, cuando un
incremento en el gasto cardíaco coincide con una
disminución proporcional de la presión resistencia
periférica, manteniendo la presión arterial media
constante, los barorreceptores no responden. Por
otro lado, incluso si el gasto cardíaco no cambia,
la respuesta barorreceptora se enfocará en él si
otros factores (por ejemplo, cambios en la
resistencia periférica) alteran la presión arterial.
Regulación de la respuesta quimiorreceptora En
la figura 23-6B, hemos visto que la respuesta a la
hipoxia y la acidosis respiratoria es la taquicardia.
Esta respuesta taquicárdica resulta ser un
mecanismo de retroalimentación que ayuda a
mantener el gasto cardíaco. Por ejemplo, una
reducción en el gasto cardíaco disminuye la PO2
arterial 3, aumenta la PCO2 arterial y disminuye el
pH arterial. Estos cambios estimulan a los
quimiorreceptores periféricos, que producen
indirectamente taquicardia y, de esta forma,
incrementan el gasto cardíaco. Así, la respuesta
quimiorreceptora corrige cambios en la química
de la sangre que pueden resultar de una
disminución del gasto cardíaco. Una vez más, el
detector (i.e., los quimiorreceptores periféricos)
no sensan cambios en el gasto cardíaco per se
sino que lo hacen a través de las consecuencias
metabólicas que conlleva una alteración en el
gasto cardíaco. Los cambios en el gasto cardíaco
que no afectan la PO2, PCO2 y pH arteriales no
pueden ser sensados por los quimiorreceptores.
Es afortunado que la alta PCO2 arterial
incremente la frecuencia cardíaca (Fig. 23-6B)
debido a que la alta PCO2 tiene un efecto directo
en el corazón, disminuyendo la contractilidad. El
incremento en la PCO2arterial lleva a acidosis
intracelular en los miocardiocitos. La disminución
del pHi desplaza la curva de tensión en función de
[Ca2+] hacia valores mayores de [Ca2+], reflejando
una menor sensibilidad de la TNNC1 a la [Ca2+].
Así, sin el reflejo de la taquicardia, la alta PCO2
disminuiría la fuerza miocárdica y entonces el
gasto cardíaco.
Los barorreceptores de baja presión
en las aurículas responden al
3
NdT: El mecanismo mediante el cual el gasto cardíaco
puede afectar la PaO2 es tal vez un poco complicado,
pero seguramente vale el esfuerzo entenderlo desde la
fisiología.
Una variable que influye en la presión venosa central
de oxígeno (PvO2) es el gasto cardíaco, ya que si el
consumo y la CaO2 son constantes, una disminución
del gasto cardíaco provocará una disminución (por
mayor extracción) en la PvO2. Entonces, ¿De qué
manera los cambios en la PvO2 (consecuencia de
cambios en el gasto cardíaco) afectan la PaO2? Todo
depende del grado de cortocircuito (i.e., shunt)
pulmonar que exista. Si hay un cortocircuito
considerable, cualquier cambio en la PvO2 afectará la
PaO2, ya que la sangre que sí se oxigena en el pulmón
recibirá una cantidad considerable de sangre muy
desaturada, induciendo hipoxemia arterial.
155
Sección IV • El sistema cardiovascular
“llenado” del sistema vascular,
gatillando
taquicardia,
vasodilatación renal y diuresis
Los barorreceptores localizados en sitios de alta
presión (i.e., el seno carotídeo y el arco aórtico)
no son los únicos receptores involucrados en la
regulación por retroalimentación de la
circulación. Los barorreceptores de baja presión
–terminales
libres
de
fibras
nerviosas
mielinizadas- se localizan en sitios estratégicos de
baja presión, incluyendo la arteria pulmonar, la
unión de las aurículas con sus correspondientes
venas, las aurículas en sí y los ventrículos (Fig. 237A). La distensión de estos receptores depende,
principalmente, del retorno venoso al corazón.
Así, estos mecanorreceptores sensan el “llenado”
de la circulación y son parte de un sistema mayor
de sensores de volumen que controlan el
volumen circulante efectivo de sangre. Estos
receptores de baja presión también ayudan en el
control del gastó cardíaco. Regulando tanto el
volumen circulante efectivo como el gasto
cardíaco,
estos
receptores
regulan
indirectamente, la presión arterial media.
Figura 23-7 Receptores de baja presión. En B, los receptores tipo A (naranja), localizados principalmente en el cuerpo
de la aurícula derecha; los receptores tipo B (verde), localizados principalmente en la vena cava superior e inferior.
ECG, electrocardiograma.
Receptores auriculares Los receptores de baja
presión más estudiados son los auriculares. Estos
se localizan al final de las aferencias axonales –
tantos fibras A como B- que discurren por el
nervio vago. Las fibras A disparan en sincronía con
la sístole auricular y de esta manera monitorizan
la frecuencia cardíaca (Fig. 23-7B). Las fibras B
disparan durante la sístole ventricular (Fig. 23-7B)
e incrementan gradualmente su tasa de disparo a
medida que la aurícula se llena, alcanzando la
máxima frecuencia en el pico de la onda V del
pulso auricular (i.e., yugular) (Fig. 23-7A). Las
fibras B controlan el aumento del volumen
156
auricular. Debido a que la presión venosa central
(PVC) –la presión dentro de las grandes venas
sistémicas que llegan al lado derecho del corazónes la principal determinante del llenado auricular
derecho, las fibras B también detectan cambios
en la PVC. Por inferencia, los receptores de
estiramiento auriculares de tipo B controlan,
efectivamente, el volumen circulante efectivo y el
retorno venoso.
Las vías aferentes de los receptores de baja
presión son similares a las de los receptores de
alta presión y los quimiorreceptores periféricos,
viajando a través del nervio vago y proyectándose
al núcleo del tracto solitario y otros núcleos del
Capítulo 23 • Regulación de la presión arterial y el gasto cardíaco
centro cardiovascular bulbar. Hasta cierto punto,
las vías eferentes y los órganos efectores (i.e., el
corazón y los vasos sanguíneos) también son
similares. De todas formas, mientras que el
incremento
del
estiramiento
de
los
barorreceptores de alta presión disminuye la
frecuencia cardíaca, el incremento del
estiramiento de los receptores tipo B auriculares
incrementa la frecuencia cardíaca (el reflejo
Bainbridge, que discutiremos en la próxima
sección). Además, mientras que el incremento del
estiramiento de los receptores de alta presión
causa vasodilatación generalizada, el incremento
del estiramiento de los receptores de baja presión
tipo B auriculares disminuye la descarga
vasoconstrictora simpática sólo en el riñón. El
efecto neto del aumento del estiramiento
auricular (i.e., taquicardia y vasodilatación renal)
es un incremento en el flujo sanguíneo renal y en
la diuresis. La disminución del estiramiento en la
aurícula tiene un pequeño efecto en la frecuencia
cardíaca pero incrementa la descarga simpática al
riñón. Por lo tanto, en lo que concierne a una
respuesta
puramente
cardiovascular,
los
receptores de alta presión responden al
estiramiento (i.e., incrementos en la presión
arterial media) intentando disminuir la presión.
Los receptores de baja presión responden al
estiramiento (i.e., incrementos en el llenado)
intentando eliminar fluido.
Las fibras aferentes de los receptores auriculares
que se proyectan al núcleo del tracto solitario
también hacen sinapsis con neuronas que se
proyectan hacia las neuronas magnocelulares en
el núcleo paraventricular del hipotálamo. Estas
neuronas hipotalámicas sintetizan argininavasopresina (AVP) –también conocida como
hormona antidiurética (ADH)- y la transportan por
sus axones hacia la región posterior de la glándula
pituitaria para luego ser liberada en la sangre. El
incremento en el estiramiento de los receptores
celulares disminuye la secreción de AVP,
aumentando la diuresis acuosa y disminuyendo
así el agua corporal total.
Sumado a la estimulación de las terminales
nerviosas, el estiramiento auricular provoca una
respuesta no neural al estirar los miocitos en sí
mismos. Al ser estirados, los miocitos liberan
péptido natriurético auricular (ANP). El ANP es
un potente vasodilatador. También provoca
diuresis, incrementando la excreción renal de Na+
(i.e., causa natriuresis). Por esta vía, disminuye el
volumen circulante efectivo y la presión
sanguínea.
Así, el aumento del llenado auricular, con el
consecuente
estiramiento
de
los
mecanorreceptores auriculares, estimula la
diuresis por al menos tres mecanismos diferentes,
de los cuales los dos primeros están mediados
neuralmente. (1) La taquicardia en combinación
con una disminución en la descarga simpática
vasoconstrictora renal, incrementa el flujo
sanguíneo renal. (2) Los barorreceptores
auriculares causan una disminución en la
secreción de AVP. (3) El estiramiento de los
miocitos auriculares por si mismos potencian la
liberación de ANP.
Receptores ventriculares El estiramiento de los
receptores de estiramiento de baja presión
ventriculares causa bradicardia y vasodilatación,
haciendo su respuesta similar a la de los
barorreceptores arteriales de alta presión. De
esta manera, estos receptores ventriculares no
contribuyen apreciablemente a la homeostasis
del gasto cardíaco.
El
gasto
cardíaco
es
aproximadamente proporcional al
volumen circulante efectivo
El reflejo Bainbridge es el nombre dado a la
taquicardia desencadenada por un incremento en
el retorno venoso. Un incremento en el volumen
sanguíneo lleva a un incremento en la descarga
de las fibras de baja presión tipo B (Fig. 23-7B)
durante el llenado auricular. La rama eferente de
este reflejo Bainbridge está limitada por las
instrucciones llevadas por vías tanto simpáticas
como parasimpáticas hacia el nodo sinusal, las
cuales determinan la frecuencia cardíaca.
El reflejo Bainbridge actúa como un
contrabalance al reflejo barorreceptor en el
control de la frecuencia cardíaca. La curva
naranja en el cuadrante superior derecho de la
figura 23-8 ilustra el reflejo Bainbridge: un
incremento en el volumen circulante efectivo
(i.e., incrementos del retorno venoso y
estimulación de receptores de baja presión)
157
Sección IV • El sistema cardiovascular
aumentan la frecuencia cardíaca. Por otro lado,
ya hemos visto que una disminución del
estiramiento auricular tiene poco efecto en la
frecuencia cardíaca por el efecto Bainbridge. La
curva naranja en el cuadrante superior izquierdo
de la figura 23-8 muestra la intervención de los
barorreceptores de alta presión. Esto es, una
disminución en el volumen sanguíneo no causa
una caída en la frecuencia cardíaca sino que, en
cambio, causa un aumento en la misma. De
hecho, una reducción significativa del volumen
sanguíneo conduce a una caída en la presión
arterial media, reduciendo así el disparo de los
barorreceptores de alta presión, y –a través de las
áreas cardioinhibitorias y cardioaceleradoras en el
bulbo (Fig. 23-4B)- estimulando el nodo sinusal.
Consecuentemente, al examinar completamente
la curva naranja en la figura 23-8, notamos que
los cambios en el volumen sanguíneo o en el
retorno venoso tienen un efecto bifásico sobre la
frecuencia cardíaca. Por distintos mecanismos, el
agregado de volumen y la depleción del mismo
causan un incremento gradual en la frecuencia
cardíaca. En general, durante la carga de
volumen, prevalece el efecto Bainbridge,
mientras que durante la depleción de volumen,
domina el reflejo de barorreceptores de alta
presión. La frecuencia cardíaca está en su mínimo
cuando el volumen circulante efectivo es normal.
Como la frecuencia cardíaca (Fig. 23-8, curva
naranja), el volumen sistólico también muestra
una dependencia bifásica con el volumen
circulante efectivo (curva azul) que es el resultado
de dos efectos antagónicos. En el caso del
volumen sistólico, los competidores son la ley de
Starling y el reflejo barorreceptor. De acuerdo con
la ley de Starling, a medida que se incrementa el
volumen sanguíneo, el llenado ventricular
aumentado incrementa el VFD, mejorando el
desempeño cardíaco y así el volumen sistólico
(ver capítulo 22). La relación de Starling refleja las
propiedades intrínsecas del músculo cardíaco. Sin
embargo, en una persona real, el reflejo
barorreceptor tiene una influencia mayor en la
dependencia del volumen sistólico sobre el
volumen sanguíneo. A bajos volúmenes
sanguíneos, el reflejo barorreceptor produce
grandes descargas simpáticas, incrementando la
contractilidad y potenciando la relación de
Starling (curva azul en el cuadrante inferior
158
izquierdo de la figura 23-8). Con altos volúmenes
sanguíneos, la relación de Starling normalmente
tiende a ser menos “empinada”. Es más, el reflejo
barorreceptor reduce su descarga simpática,
disminuyendo así la contractilidad y aplanando
aun más la curva azul en la mitad derecha de la
figura 23-8.
Figura 23-8 Efecto del volumen sanguíneo en el gasto
cardíaco. Los investigadores modificaron el volumen
circulante efectivo (eje X) alterando el volumen
sanguíneo.
En contraste con la respuesta bifásica de la
frecuencia cardíaca y el volumen sistólico a los
cambios en el volumen circulante efectivo, el
gasto cardíaco se incrementa monótonamente
(Fig. 23-8, curva roja). La razón para este
incremento del gasto cardíaco es el producto de
entre la frecuencia cardíaco y el volumen
sistólico.
Comenzando
desde
volúmenes
sanguíneos bajos (ver el extremo izquierdo de la
fig. 23-8), incrementos en el volumen sanguíneo
causan un aumento gradual en el volumen
sistólico (curva azul), contrarrestado por un caída
Capítulo 23 • Regulación de la presión arterial y el gasto cardíaco
en la frecuencia cardíaca (curva naranja),
resultando en un aumento del gasto cardíaco
(curva roja) hasta que el volumen sanguíneo y el
volumen sistólico alcanzan valores normales.
Mayores aumentos en el volumen sanguíneo no
tienen efectos en el volumen sistólico (curva azul)
pero incrementan la frecuencia cardíaca (curva
naranja), incrementando como resultado, el gasto
cardíaco (curva roja). En consecuencia, la
dependencia del gasto cardíaco del volumen
circulante efectivo es el resultado de un complejo
interjuego entre tres respuestas: (1) el efecto
Bainbridge, (2) el reflejo barorreceptor y (3) la ley
de Starling.
CONCORDANCIA DEL GASTO
CARDÍACO Y DEL RETORNO
VENOSO
El retorno venoso es la sangre que regresa al
corazón. Más a menudo el término es usado para
referirse al retorno venoso sistémico, esto es, la
sangre que llega al lado derecho del corazón.
Debido a que el retorno venoso al lado derecho
del corazón debe ser el mismo que su descarga
(en estado estacionario), y debido a que el gasto
cardíaco del corazón derecho es casi el mismo
que el del corazón izquierdo, el retorno al lado
derecho del corazón debe ser el mismo que la
descarga del lado izquierdo del corazón. De esta
manera, el retorno venoso sistémico es igual al
gasto cardíaco.
El aumento del gasto cardíaco
causa que la presión en la aurícula
derecha caiga
La presión en la aurícula derecha (PAD) determina
el grado de llenado ventricular y, de hecho, fue el
primero de los tres determinantes del volumen
de fin de diástole discutidos anteriormente en
este capítulo. En cambio, la PAD depende del
retorno
venoso
sanguíneo
al
corazón.
Imaginemos que reemplazamos el corazón y los
pulmones por una simple bomba –con flujo
ajustable- que entrega sangre a la aorta y
simultáneamente la toma de nuevo desde la
Figura 23-9 Función vascular. En A, una máquina
corazón-pulmón reemplaza el lado derecho del
corazón, la circulación pulmonar, y el lado izquierdo
del corazón. Podemos determinar el flujo de la bomba
a valores predeterminados y observar como el gasto
cardíaco determina la presión venosa central (PVC) y la
presión en la aurícula derecha (PAD). CV y CA son las
complacencias vasculares. B muestra la variable
dependiente (PAD) en el eje Y mientras que C muestra
PAD en el eje X.
159
Sección IV • El sistema cardiovascular
aurícula derecha (Fig. 23-9A). Usando esta simple
bomba podemos estudiar los factores que
gobiernan el retorno venoso desde la circulación
sistémica periférica hacia el lado derecho del
corazón al cambiar el flujo (la variable
independiente) mientras registramos la PAD (la
variable dependiente).
Empezamos nuestro experimento con la bomba
generando un gasto cardíaco normal de 5 L/min;
la PAD es de 2 mmHg. Esta situación está
representada en el punto A de la figura 23-9B,
que es un gráfico de la PAD en función del
retorno venoso (i.e., nuestra tasa de bombeo).
Cuando cambiamos los ejes, el gráfico se conoce
como curva de función vascular. Nótese que
expresamos el retorno venoso en las mismas
unidades que el gasto cardíaco. Ahora
apagaremos la bomba, una situación análoga a la
parada cardíaca. Durante algunos segundos, la
sangre continuará fluyendo desde las arterias y
capilares al sistema venoso debido a que la
presión arterial seguirá excediendo a la presión
venosa. Recordemos que la presión aórtica no cae
a cero durante la diástole debido a la energía
potencial almacenada en el retroceso elástico de
las paredes arteriales. De manera similar, luego
de la parada cardíaca, la energía potencial
continuará empujando la sangre hacia el lado
venoso hasta que las presiones a lo largo de todo
el sistema vascular se igualan y el flujo se detenga
en todos lados.
Cuando el flujo sanguíneo finalmente cese luego
de la “parada cardíaca”, la presión en las arterias,
capilares, venas y aurícula derecha será uniforme.
Esta presión es llamada presión media de llenado
sistémico (PMLS) y es de ~7 mmHg (punto B en la
Fig. 23-9).
¿Por qué la PMLS no es 0? Cuando un continente
elástico (por ejemplo, un globo) se llena con un
fluido, la presión en el interior depende de cuánto
fluido introduzcamos, así como también de la
distensibilidad del continente. En el caso del
sistema cardiovascular, la PMLS depende del
volumen sanguíneo y de la distensibilidad total
del sistema cardiovascular. Ahora que el flujo
cesó, ya no hay obviamente ninguna fuerza (i.e.,
no hay ΔP) que empuje la sangre desde las venas
160
hacia la bomba. Entonces, la PAD es igual a la
PMLS.
Ahora, empezando con el sistema en esta
situación (punto B en la figura 23-9B)
comenzamos a incrementar la tasa de bombeo,
medimos la PAD en estado estacionario y
repetimos este procedimiento muchas veces a
diferentes valores de caudal. A medida que la tasa
de bombeo se incrementa, la PAD cae (Fig. 23-9B)
debido a que la entrada de fluido en la bomba le
quita volumen a la aurícula derecha, el sitio más
cercano a la entrada de la bomba. Debido a que la
PVC río arriba excede la PAD, la sangre fluye de
las grandes venas hacia la aurícula derecha. A una
tasa de bombeo de 5 L/min, la PAD tiene un valor
de a alrededor de +2 mmHg, su valor original. A
tasas de bombeo mayores, la PAD eventualmente
alcanza valores negativos.
Los fisiólogos cardiovasculares usualmente
trabajan con la curva de función vascular con los
ejes inversos a los que se muestran en la figura
23-9B, usando la PAD como la variable
independiente y graficándola en la abscisa (Fig.
23-9C). A medida que la PAD se vuelve menos
positiva, provee una mayor presión impulsora
(i.e., mayor ΔP=PVC-PAD) para el retorno de
sangre desde la periferia hacia la aurícula
derecha, como debe ser para que aumente el
gasto cardíaco. Así, el gasto cardíaco aumenta
establemente a medida que la PAD disminuye. De
todas maneras, a medida que la PAD se vuelve
negativa, la presión transmural de las grandes
venas se vuelve negativa, así las grandes venas
que alimentan la aurícula derecha colapsan. A
partir de este punto no puede incrementarse el
retorno venoso, a pesar de que la presión
impulsora (ΔP) se incremente. Por lo tanto, la
curva de función vascular muestra una meseta a
valores negativos de PAD, alrededor de -1 mmHg
(Fig. 23-9C).
Dos teorías diferentes intentan explicar la forma
de la curva de función ventricular de la figura 239C. Una explicación para la pendiente de la curva
enfatiza en la alta complacencia de los vasos de
capacitancia venosos; la otra se enfoca en su
pequeña resistencia viscosa. En realidad, tanto la
complacencia
como
la
resistencia
son
responsables de la pendiente de dicha curva.
Capítulo 23 • Regulación de la presión arterial y el gasto cardíaco
Figura 23-10 Efectos del cambio del volumen sanguíneo y el tono vasomotor en la curva de función vascular. Las curvas
púrpuras son las mismas que las curvas de función vascular de la figura 23-9C. En B, la dilatación de las arteriolas
incrementa la PVC aumentando la fuerza impulsora (PVC – PAD) para el retorno venoso. La vasoconstricción de las
arteriolas tiene el efecto opuesto.
Cambios en la volemia desplazan la
curva de función vascular hacia
diferentes presiones de la aurícula
derecha, mientras que cambios en
el tono arteriolar alteran la
pendiente de la curva
Dado que la curva de función vascular depende
de cuán llenos estén los vasos de capacitancia, los
cambios en el volumen sanguíneo afectan la curva
de función vascular. Un incremento en el
volumen sanguíneo (por ejemplo, una
transfusión) mueve la curva hacia la derecha. En
el ejemplo de la figura 23-10A, la intersección con
el eje X (i.e., PMLS) se mueve de 7 a 9 mmHg,
como sería esperable si más sangre se pone en un
continente distensible, tanto si es el globo o el
sistema circulatorio. La disminución en el
volumen sanguíneo (por ejemplo, una
hemorragia) mueve la curva y la intersección en el
eje X hacia la izquierda. Así, la PMLS se
incrementa con transfusiones y disminuye con
hemorragias. De todas maneras, los cambios en el
volumen sanguíneo no afectan la pendiente de la
parte lineal de la curva de función vascular si eso
no conlleva cambios en la distensibilidad vascular
o la resistencia.
Los cambios en el tono venomotor, por
constricción o dilatación de las venas, son
equivalentes a los cambios en el volumen
sanguíneo. Volviendo a nuestra analogía con el
globo, incluso si mantenemos la cantidad de
sangre constante, podemos incrementar la
presión dentro del globo al incrementar la presión
de la pared. Debido a que la mayoría de la sangre
se encuentra en las venas, un incremento puro en
el tono venomotor equivaldría a una transfusión
sanguínea (Fig. 23-10A). Contrariamente, una
disminución en el tono venomotor puro reduciría
la tensión parietal del continente, desplazando la
curva hacia la izquierda, al igual que en una
hemorragia.
Los cambios en el tono arteriolar tienen un efecto
muy diferente en las curvas de función vascular
Debido a que las arteriolas contienen sólo una
pequeña fracción del volumen sanguíneo, los
cambios en el volumen arteriolar tienen poco
efecto en la PMLS y por ende en la intersección
con el eje X. En cambio, las modificaciones del
tono arteriolar tienen un impacto en la PVC, la
cual junto con la PAD determinan la fuerza
impulsora que retorna la sangre al corazón. La
constricción arteriolar aplana la curva de función
vascular; la dilatación arteriolar tiene el efecto
161
Sección IV • El sistema cardiovascular
opuesto (Fig. 23-10B). Podemos entender este
efecto al examinar la línea vertical a través de las
tres curvas en el valor de una PAD de 2 mmHg.
Para la curva normal, la diferencia entre una PVC
de, digamos, 5 mmHg y una PAD de 2 mmHg
(ΔP=PVC-PAD=3 mmHg) produce un retorno
venoso de 5 L/min. La constricción arteriolar
puede disminuir la PVC de 5 a 4 mmHg,
reduciendo así el ΔP de 3 a 2 mmHg. Debido a
que la presión impulsora (ΔP) cae a 2/3 de su
valor normal, el retorno venoso también cae a
2/3 de lo normal. Así, la constricción arteriolar
aplana la curva de función vascular. De una
manera similar, la dilatación arteriolar puede
aumentar la PVC de 5 a 6 mmHg, entonces el ΔP
se incrementa de 3 a 4 mmHg, produciendo un
retorno venoso que es 4/3 de lo normal. Así, la
dilatación arteriolar aumenta la pendiente de la
curva de función vascular.
En el análisis precedente, asumimos cambios
puros en el volumen sanguíneo o en el tono
vascular. En la vida real, las cosas pueden ser más
complicadas. Por ejemplo, las hemorragias son
seguidas típicamente por una vasoconstricción
para mantener la presión arterial sistémica. Así,
las situaciones reales pueden mover tanto la
intersección con el eje X como cambiar la
pendiente de la curva vascular.
Dado que la función vascular y la
cardíaca dependen una de otra, el
gasto cardíaco y el retorno venoso
coinciden exactamente en un valor
único de presión auricular derecha
Como existe una curva de función vascular,
también existe una curva de función cardíaca que
en efecto es la ley de Starling. La clásica relación
de Starling (ver la curva roja en la fig. 22-11B), la
cual es válida para ambos ventrículos, es un
gráfico de la presión desarrollada en función del
VFD. De todas formas, ya hemos expresado a la
ley de Starling como una curva de desempeño
cardíaco en la figura 22-11C, graficando el trabajo
cardíaco en el eje “Y” y la presión auricular en el
eje X. Dado que el trabajo cardíaco –con una
presión arterial y una frecuencia cardíaca
constantes- es proporcional al gasto cardíaco,
162
podemos reemplazar al trabajo cardíaco por el
gasto cardíaco en el eje X de la curva de
desempeño. El resultado es la curva de función
cardíaca roja de la figura 23-11A. Nótese que la
curva de función cardíaca es un gráfico de gasto
cardíaco en función de la PAD, y tiene las mismas
unidades que la curva de función vascular.
Podemos graficar ambas relaciones en el mismo
gráfico (Fig. 23-11A). De todas maneras, el eje Y
de la curva de función cardíaca es el gasto
cardíaco mientras que el eje Y de la curva de
función vascular es el retorno venoso. Por
supuesto, el gasto cardíaco y el retorno venoso
serán iguales en estado estacionario.
Ahora podemos preguntarnos, ¿el gasto cardíaco
y el retorno venoso dependen de la PAD? ¿La PAD
depende del gasto cardíaco y el retorno venoso?
La respuesta a ambas preguntas es un enfático
¡SÍ! Ambas dependen una de otra. No hay
variables dependientes o independientes
absolutas en este circuito cerrado dado que, en
estado estacionario, el retorno venoso y el gasto
cardíaco deben ser iguales. El retorno venoso (de
la curva de función vascular) y el gasto cardíaco
(de la curva de función cardíaca) pueden
corresponderse sólo en un único punto donde
ambas curvas se interceptan (punto A de la Fig.
23-11A). Sólo desviaciones pequeñas y
transitorias en estas curvas son posibles, hasta
que una o ambas curvas cambien su forma.
Imaginemos que pasaría si la PAD se incrementa
transitoriamente de 2 a 4 mmHg (Fig. 23-11A). La
ley de Starling establece que el incremento del
llenado ventricular aumentara el gasto cardíaco
desde el punto A (5 L/min) hasta el punto B (7,3
L/min). Simultáneamente, el incremento en la
PAD causará una disminución en la presión
impulsora (ΔP) para el retorno venoso. Esto es, la
diferencia PVC – PAD. Así, el incremento en la
PAD reduciría inicialmente el retorno venoso
desde el punto A (5 L/min) hasta el punto B’(3
L/min). Este desequilibrio entre el gasto cardíaco
y el retorno venoso no puede durar mucho más.
El gasto cardíaco elevado transitoriamente tendrá
dos efectos. Primero, al succionar la aurícula
derecha, la PAD tenderá a disminuir. Segundo, al
bombear sangre fuera del corazón y hacia las
venas,
aumentará
la
PVC.
Capítulo 23 • Regulación de la presión arterial y el gasto cardíaco
Figura 23-11 Concordancia del gasto cardíaco con el retorno venoso. Las curvas púrpuras son las mismas que las de la
curva de función vascular en la figura 23-9C. La curva de función cardíaca roja representa la ley de Starling. En A, el
punto A es la PAD en la cual el retorno venoso y el gasto cardíaco coinciden. Un incremento transitorio en la PAD de 2
a 4 mmHg causa una discordancia inicial entre el gasto cardíaco (punto B) y el retorno venoso (punto B’), que
eventualmente se resuelve (B’C’A y BCA). En B, el incremento permanente del volumen sanguíneo (transfusión) mueve
la curva de función vascular hacia la derecha (como en la figura 23-10A), así una concordancia entre el gasto cardíaco y
el retorno venoso ocurre ahora a un valor mayor de PAD (punto B). En C, un incremento permanente de la
contractilidad cardíaca desplaza la curva de función cardíaca hacia arriba, así la concordancia entre gasto cardíaco y
retorno venoso ocurre ahora a menores valores de PAD (punto B).
163
Sección IV • El sistema cardiovascular
Como resultado, la diferencia (↑) PVC-PAD (↓) se
incrementa, y el retorno venoso se mueve desde
el punto B’ hacia el C’. Dado que la PAD en el
punto C’ es menor que en el B’, el gasto cardíaco
también debe ser menor en el punto C que en el
B. Este desbalance entre C y C’ (6,5 vs. 4L/min) es
menor que el existente entre B y B’ (7,3 vs.
3L/min). De esta manera, el retorno venoso
gradualmente se incrementa, el gasto cardíaco
gradualmente disminuye, y la PAD gradualmente
disminuye hasta que todo se balancea
nuevamente en el punto A. Así, el sistema
cardiovascular posee un mecanismo intrínseco
para contrarrestar pequeños y transitorios
desbalances entre el gasto cardiaco y el retorno
venoso.
La única forma de producir un cambio
permanente en el gasto cardíaco, retorno venoso
y PAD es cambiar al menos una de las dos curvas
de función. La curva de función vascular puede
ser una de la gran familia de dichas curvas (Fig.
23-10A y B), dependiendo del volumen
sanguíneo, tono venomotor y tono arteriolar. Así,
una transfusión sanguínea mueve la curva de
función vascular hacia la derecha, estableciendo
un nuevo estado estacionario que opera a niveles
mayores de PAD (punto A al punto B en la Fig. 2311B). De manera similar, la vasodilatación
cambiaría la curva de función vascular hacia una
con pendiente mayor, estableciendo otro estado
estacionario que opera en un punto de mayor
PAD.
La curva de función cardíaca también puede ser
una de la gran familia de curvas que existen (ver
Fig. 22-11C), dependiendo de la poscarga,
frecuencia cardíaca y sobre todo, el estado
inotrópico del corazón. Así, aumentos de la
contractilidad por el agregado de glucósidos,
como la digital, desplazan la curva de función
cardíaca hacia arriba y a la izquierda,
estableciendo otro estado estacionario (punto A
al punto B en la Fig. 23-11C). Tanto condiciones
fisiológicas como patológicas pueden reiniciar las
curvas de función cardíaca y vascular, resultando
en un amplio rango de puntos operativos para la
concordancia entre el gasto cardíaco y el retorno
venoso.
164
CONTROL DE LA CIRCULACIÓN
A INTERMEDIO Y LARGO PLAZO
Sumado a los rápidos mecanismos neurales que
controlan la resistencia periférica y el gasto
cardíaco, el control humoral contribuye a la
homeostasis de la circulación. En la mayor parte
de las veces, estos sistemas de control operan en
una escala de tiempo de horas o días, mucho más
lentamente que los reflejos mediados por
neurotransmisores controlado por el SNC.
Dos clases de control humoral influyen en la
circulación.
1. Sustancias vasoactivas liberadas en la sangre, o
en la proximidad del musculo liso vascular,
modulan el tono vasomotor de arterias y venas,
afectando la presión sanguínea y la distribución
del flujo.
2. Sustancias no vasoactivas, que actúan en otros
blancos distintos al sistema cardiovascular,
controlan el volumen circulante efectivo al
modular el volumen del líquido extracelular. Al
determinar el grado de llenado de los vasos
sanguíneos, estos agentes no vasoactivos
también pueden modular la presión arterial
media y el gasto cardíaco.
Compuestos
vasoactivos
endócrinos y parácrinos controlan
el sistema circulatorio a intermedio
y largo plazo
Las sustancias vasoactivas, tanto endócrinas
como parácrinas, causan que los vasos
sanguíneos se contraigan o se relajen. En muchas
instancias, el control parácrino domina por sobre
el endócrino. Los mensajeros químicos que
controlan los vasos sanguíneos pueden ser
aminas, péptidos o proteínas; derivados del ácido
araquidónico o gases como el NO.
Aminas biológicas Las monoaminas pueden ser
tanto vasoconstrictoras (adrenalina o serotonina)
o vasodilatadoras (histamina).
Capítulo 23 • Regulación de la presión arterial y el gasto cardíaco
1. Adrenalina. La fuente de esta hormona es la
médula adrenal. La adrenalina se une a
receptores α1 en las CMLV causando
vasoconstricción, y a los receptores β2 causando
vasodilatación. Debido a que los receptores β2 se
encuentran mayormente confinados a los vasos
sanguíneos del músculo esquelético, el corazón,
el hígado y médula adrenal, la adrenalina no es
un vasodilatador sistémico. La adrenalina también
se une a los receptores β1 en el corazón
incrementando así la frecuencia cardíaca y la
contractilidad. Para el sistema cardiovascular, los
efectos originados por las catecolaminas
provenientes de la médula adrenal son
usualmente menores comparados con aquellos
provocados por la noradrenalina liberada por las
terminales nerviosas simpáticas.
2. Serotonina. También conocida como 5hidroxitriptamina, esta monoamina es sintetizada
por los nervios serotoninérgicos, células
enterocromáfines y las células cromáfines
adrenales. La 5-HT también está presente en las
plaquetas y los mastocitos. La serotonina se une
los receptores 5-HT2A y 5-HT2B en las CLMV,
causando vasoconstricción. La serotonina
circulante no está, generalmente, involucrada en
el control sistémico de la circulación, sino más
bien en el control local. La serotonina es
particularmente importante cuando hay daño
vascular, ya que contribuye a la hemostasia.
3. Histamina. Como la serotonina, la histamina
también se encuentra presente en las terminales
nerviosas. Sumado a esto, los mastocitos pueden
liberar histamina en respuesta al daño tisular y a
la inflamación. La histamina se une a los
receptores H2 de las CMLV, causando
vasodilatación. Aunque la histamina provoca que
el músculo liso se relaje, también causa que el
músculo liso visceral (por ejemplo, músculo liso
bronquial) se contraiga.
Péptidos Los péptidos vasoactivos pueden ser
tanto vasodilatadores como vasoconstrictores
1. Angiotensina II (ANG II). 4 Parte de la cascada
del sistema renina-angiotensina-aldosterona, la
ANG II, como su nombre lo indica, es un potente
vasoconstrictor.
El
hígado
libera
angiotensinógeno en la sangre. La enzima renina,
liberada en la sangre por el riñón, convierte el
angiotensinógeno en el decapéptido ANG I.
Finalmente, la enzima convertidora de
angiotensina (ECA), la cual está presente
principalmente en las células endoteliales,
particularmente aquellas del pulmón, cliva a la
ANG I y forma el octapéptido ANG II. Luego,
aminopeptidasas
escinden
la
ANG
II
transformándola en el heptapéptido ANG III, el
cual es menos vasoactivo que la ANG II. En las
CMLV, la angiotensina II se une al receptor
asociado a proteína G AT1A, activando la
fosfolipasa C, aumentando la [Ca2+]i y causando
vasoconstricción. De todas maneras, la ANG II no
está presente normalmente en concentraciones
plasmáticas lo suficientemente altas como para
producir vasoconstricción sistémica. En contraste,
la ANG II juega un rol principal en el sistema
cardiovascular en una pérdida sanguínea,
ejercicio y circunstancias similares que reducen el
flujo sanguíneo renal. La reducción en la presión
4
NdT: Resulta interesante conocer la historia del
sistema
renina-angiotensina-aldosterona,
particularmente el papel de la Facultad de Medicina de
la UBA y más aún de su Cátedra de Fisiología a cargo
de Bernardo Houssay (1887-1971). Lo más breve
posible, la historia comienza en 1898, con Robert
Tigerstedt y Per Bergman quienes inyectaban conejos
con extractos de riñón y notaban que los animales se
hipertensaban. Decidieron llamar a esta responsable e
hipotética sustancia “renina”. Más adelante, Harry
Goldbatt generó modelos de hipertensión en animales
al ocluir las arterias renales, demostrando el claro
papel de los riñones en la presión arterial.
En 1939, el grupo de investigación del Dr. Eduardo
Braun-Menéndez en el Instituto de Fisiología de la
Facultad de Medicina de la UBA, descubrió que no era
la renina la responsable directa de la hipertensión, sino
otra sustancia que denominaron hipertensina.
Simultáneamente, en Estados Unidos, el Dr. Irvin Page
y su grupo llegaron a las mismas conclusiones, solo
que denominaron a la misma sustancia como
angiotonina. Lejos del conflicto, ambos grupos de
investigadores llegaron a un acuerdo sobre la
nomenclatura, así surge el nombre angiotensina. Un
final digno de caballeros.
165
Sección IV • El sistema cardiovascular
de perfusión del riñón provoca la liberación de
renina. Los niveles plasmáticos de ANG II se
incrementan causando una vasoconstricción
intensa en la circulación renal y esplácnica. La
reducción del flujo sanguíneo renal resultante
conduce a un aumento aún mayor de renina y,
consecuentemente, a mayores niveles de ANG II,
un sistema de retroalimentación positivo que
puede llevar a la falla renal aguda. Un modelo
ampliamente estudiado de la hipertensión que
demuestra la importancia de este mecanismo es
el modelo de Goldblatt para la hipertensión (ver
la cardiobox de hipertensión).
La ANG II tiene otro rango de efectos –más allá
del efecto vasoactivo directo- que incrementan
indirectamente la presión arterial media: (1) la
ANG II incrementa la contractilidad cardíaca; (2)
reduce el flujo plasmático renal, potenciando así
la reabsorción de Na+ en el riñón; (3) como
discutiremos en la próxima sección, la ANG II y la
ANG III también estimulan la corteza renal para
que libere aldosterona; (4) en el SNC, la ANG II
estimula la sed y conduce a la liberación de otro
vasoconstrictor, la AVP; (5) la ANG II facilita la
liberación de norepinefrina por las terminales
nerviosas posganglionares simpáticas; y (6)
finalmente, la ANG II también actúa como un
factor de crecimiento cardíaco.
2. Arginina vasopresina (AVP).La parte posterior
de la glándula pituitaria libera AVP, también
conocida como hormona antidiurética. La AVP se
une a los receptoresV1aen las CMLV, causando
vasoconstricción. Solo a concentraciones mayores
se vuelve fuertemente antidiurética. El shock
hipovolémico provoca una intensa liberación de
AVP y una gran vasoconstricción que contribuye a
la compensación de la presión arterial.
3. Endotelinas (ETs). Las células endoteliales
producen ETs que se unen a los receptores ETa en
las CMLV, provocando vasoconstricción. Aunque
las ETs son los vasoconstrictores más potentes, no
está claro si estos agentes parácrinos juegan un
rol importante en el control global de la presión
sanguínea.
4. Péptido natriurético auricular (ANP).Liberado
por los miocitos auriculares en respuesta a su
estiramiento, este péptido de 28 aminoácidos se
166
une al receptor A de ANP (NPR1) en las CMLV,
dicho receptor está acoplado a una
guanilatociclasa de membrana y desencadena la
vasodilatación. Aunque el ANP disminuye la
presión, su rol en el control global de la presión
arterial media es dudoso. Debido que el ANP
tiene un potente efecto diurético y natriurético,
en última instancia disminuye el volumen
plasmático y consecuentemente la presión
arterial.
5. Quininas. Al menos tres tipos diferentes de
quininas existen: (1) el nonapéptido bradiquinina,
el cual se forma en el plasma; (2) el decapéptido
lisil-bradiquinina, que es liberado desde los
tejidos; y (3) la metionil-lisil-bradiquinina, que se
encuentra presente en la orina. Estas quininas
son el producto del clivaje de los quininógenos, a
cargo de las calicreínas –enzimas presentes en el
plasma y los tejidos como las glándulas salivales,
el páncreas, las glándulas sudoríparas, el intestino
y los riñones. Las calicreínas se forman en el
plasma a través de la siguiente cascada. La
plasmina actúa lisando al factor XII, el cual libera
fragmentos con actividad proteolítica. Estos
fragmentos del factor XII convierten al precursor
precalicreína en calicreínas. Las quininas
formadas por la acción de estas calicreínas son
eliminadas por las quininasas (quininasa I y II). La
quininasa II es la misma que la enzima
convertidora de angiotensinógeno (ECA). Así, la
misma enzima (ECA) que genera un
vasoconstrictor (ANG II) también elimina un
vasodilatador (bradiquinina). La bradiquinina se
une a los receptores B2 de las células
endoteliales, provocando la liberación de NO y
prostaglandinas, causando así vasodilatación. Al
igual que la histamina, las quininas relajan el
músculo liso vascular pero contraen el músculo
listo visceral.
Prostaglandinas Muchos tejidos sintetizan estos
derivados
del
ácido
araquidónico.
Las
prostaciclinas (PGI2) se unen al receptor
prostanoide IP en las CMLV, provocando intensa
vasodilatación. La prostaglandina E (PGE2) se une
al receptor prostanoide EP2y EP4 en las CMLV,
también provocando vasodilatación. Es dudoso
que las prostaglandinas tengan un rol en el
control sistémico en el control vascular. En las
venas y en algunas arterias, el ácido araquidónico
Capítulo 23 • Regulación de la presión arterial y el gasto cardíaco
y los ionóforos de Ca2+ provocan vasoconstricción
dependiente del endotelio. Dado que los
inhibidores de la ciclooxigenasa previenen esta
respuesta
vasoconstrictora,
las
células
endoteliales venosas probablemente metabolicen
el ácido araquidónico en un producto
vasoconstrictor, presumiblemente el tromboxano
A2.
Óxido nítrico La óxido nítrico sintasa (NOS)
produce NO a partir de la arginina en las células
endoteliales. El NO activa la guanilatociclasa
soluble en las CMLV, causando vasodilatación.
Aunque el NO es un poderoso vasodilatador
parácrino, no está claro su rol en la homeostasis
de la presión sanguínea.
Las vías renales de control del
líquido
extracelular
son
las
principales reguladoras de la
presión arterial media a largo plazo
El volumen del líquido extracelular(LEC) incluye
tanto al plasma como al líquido intersticial. Los
pequeños solutos del plasma y del líquido
intersticial se intercambian libremente a través de
la pared capilar, así la totalidad del LEC es un
compartimento osmótico único. Dado que el
compartimento plasmático es un parte más o
menos constante (~20%) del volumen del LEC,
cambios en este volumen producen cambios
proporcionales en el volumen del plasma. Así,
asumiendo que la complacencia de la vasculatura
es constante, tal aumento del volumen
plasmático llevaría a un incremento en la presión
arterial transmural.
Hemos visto en el capítulo 20 que las fuerzas de
Starling (i.e., las diferencias de presión
hidrostática y coloidosmótica) determinan el
pasaje de fluido entre el plasma y el espacio
intersticial. Así, las alteraciones en las fuerzas de
Starling pueden afectar el volumen plasmático y
así la presión sanguínea.
Debido a la importancia del volumen del LEC y las
fuerzas de Starling en la determinación del
volumen plasmático, uno podría esperar que el
organismo tuviera sensores específicos para el
volumen del LEC, del líquido intersticial y del
volumen sanguíneo. De todas maneras, el
parámetro que el cuerpo controla en la
regulación a largo e intermedio plazo de la
presión arterial no es ninguno de los anteriores,
sino una variable llamada volumen circulante
efectivo. El volumen circulante efectivo no es un
volumen anatómico sino más bien funcional, que
refleja el grado de perfusión tisular, sensado
como presión o llenado de los vasos. Los
mecanismos de control que regulan el volumen
circulante efectivo incluyen las dos clases de
receptores de estiramiento descriptos en este
capítulo. Primero, los receptores de alta presión
en el seno carotídeo y la aorta cumplen una doble
función. En el corto plazo, estos barorreceptores
regulan la presión sanguínea por sus efectos
cardiovasculares directos, como ya fue discutido.
En el largo plazo, regulan el volumen circulante
efectivo. Segundo, los receptores de baja presión
-localizados en la arteria pulmonar, la unión de las
aurículas con sus correspondientes venas, las
aurículas en sí mismas y los ventrículos- regulan
el volumen circulante efectivo por efectos
directos e indirectos en el sistema cardiovascular.
Sumado a estos receptores involucrados en el
control neuronal de la circulación, otros sensores
monitorean el volumen circulante efectivo: los
barorreceptores en la arteria renal, receptores de
estiramiento en el hígado y los miocitos
auriculares así como también –en cierto gradolos osmorreceptores del SNC.
Estos sensores del volumen circulante efectivo
envían señales al órgano efector –los riñonespara cambiar la tasa de excreción de Na+ en la
orina. Estas señales hacia el riñón siguen cuatro
vías efectoras paralelas: (1) el sistema reninaangiotensina-aldosterona, (2) el sistema nervioso
autónomo, (3) la parte posterior de la pituitaria
que libera AVP, y (4) los miocitos auriculares que
liberan ANP. Entre estas cuatro vías, la más
importante es el sistema renina-angiotensinaaldosterona. Al regular el contenido de Na+
corporal total, los riñones determinan el volumen
del LEC. Así, son los riñones quienes en última
instancia gobiernan el volumen sanguíneo y por
ende son los principales agentes en el control a
largo plazo de la presión arterial.
167
Sección IV • El sistema cardiovascular
Hipertensión
La hipertensión se encuentra en ~20% de la población adulta. Puede dañar las células endoteliales, producir
respuestas proliferativas y aterosclerosis. A largo plazo, la hipertensión puede llevar a la enfermedad
coronaria, infarto de miocardio, falla cardíaca, accidente cerebrovascular y falla renal. En la gran mayoría de
los casos, la hipertensión es el resultado de la disfunción de los mecanismos que utiliza la circulación para el
control a largo plazo de la presión arterial. De hecho, los pacientes hipertensos crónicos pueden tener la
sensibilidad disminuida de sus barorreceptores arteriales.
La mayoría de las personas con presión sanguínea elevada tienen “hipertensión primaria”, en la cual no es
posible identificar una única causa específica. La estenosis de la arteria renal, que compromete el flujo hacia
el riñón, es la causa más común de hipertensión secundaria. Un equivalente experimental de la estenosis de
la arteria renal, es el modelo “un clip, dos riñones” de la hipertensión, descripto por primera vez por
Goldblatt. Este modelo no explica la mayoría de los casos de hipertensión, pero nos da nuestra mejor
descripción sobre los mecanismos fisiopatológicos involucrados en al menos algunos pacientes con presión
sanguínea elevada. La causa más común de la estenosis de la arteria renal es el estrechamiento de la misma
por una placa aterosclerótica. La enfermedad fibromuscular de la pared de la arteria renal también puede ser
responsable, usualmente en mujeres jóvenes, así como cualquier lesión ocupante de espacio (por ejemplo,
metástasis o quistes benignos). Si la estenosis es removida por angioplastia o cirugía, y si los resultados de los
test preliminares mostraron que la estenosis es la causa más probable de la elevación de la presión sanguínea,
un gran porcentaje de los pacientes resolverán su cuadro hipertensivo.
La obstrucción acumulativa de pequeñas arterias y arteriolas también puede producir hipertensión, como se
ve a menudo en enfermedades del parénquima renal o en enfermedades renales en estadíos tardíos.
Asimismo, la constricción de grandes vasos proximales a los riñones también puede provocar hipertensión,
como se ve en el caso de la coartación de la aorta, una malformación congénita que disminuye el flujo de la
aorta hacia las partes bajas del cuerpo. Otra causa de hipertensión secundaria es la sobrecarga de volumen
crónica. La sobrecarga de volumen puede ser adquirida, como en el caso del hiperaldosteronismo primario
(causado tanto por un adenoma benigno o por hiperplasia bilateral) y el feocromocitoma (un tumor de la
médula adrenal que libera grandes cantidades de catecolaminas en la circulación). La sobrecarga de volumen
también puede ser genética como en raras formas mendelianas de hipertensión, como la enfermedad de
Liddle y el pseudohiperaldosteronismo tipo II.
168
Capítulo 24 • Circulaciones especiales
CAPÍTULO
24
CIRCULACIONES ESPECIALES
Steven S. Segal
En los capítulos anteriores, consideramos al flujo
sanguíneo periférico como si “periférico” fuese
una única entidad. En éste capítulo,
descompondremos a esa entidad. Como cada
órgano tiene sus requerimientos particulares, la
circulación especial dentro de cada órgano ha
evolucionado con sus propias características y
mecanismo regulatorios. Cada órgano posee
adaptaciones circulatorias que le permiten hacer
cambios con un impacto mínimo en el resto del
organismo. Aquí nos concentraremos en el
sistema circulatorio del cerebro, corazón,
músculo esquelético, vísceras abdominales y piel.
El flujo sanguíneo hacia cada
órgano debe ajustarse para
satisfacer las sus necesidades
particulares
El flujo sanguíneo a cada tejido debe suplir las
necesidades individuales de de sus células
parenquimatosas, permitiendo al mismo tiempo
que jueguen su rol en la homeostasis del
organismo entero. La forma en la cual el sistema
circulatorio distribuye el flujo sanguíneo debe ser
flexible, así los cambios en la demanda pueden
ser satisfechos. Consideremos los cambios
circulatorios que acompañan al ejercicio. El flujo
sanguíneo hacia el músculo esquelético activo se
incrementa
sustancialmente
tanto
por
redistribución como por aumento del gasto
cardíaco. El flujo sanguíneo de la circulación
coronaria también debe aumentar para satisfacer
las demandas del ejercicio. Es más, para disipar el
calor generado durante el ejercicio, los vasos
sanguíneos de la piel se dilatan, permitiendo así la
transferencia de calor hacia el ambiente. A
medida que el gasto cardíaco se incrementa, la
circulación esplácnica y renal disminuye mientras
que el flujo sanguíneo cerebral es preservado.
Este capítulo se enfoca en la perfusión de lechos
vasculares sistémicos seleccionados, pero
tengamos en mente que los pulmones reciben el
total del gasto cardíaco y también deben ser
capaces de adaptarse a cualquier cambio en el
flujo sanguíneo total.
Mecanismos de control regional del
flujo
sanguíneo
neurales,
miogénicos,
metabólicos
y
endoteliales
Varios mecanismos controlan las resistencias
vasculares, y así la distribución de la sangre a
través del cuerpo. Cada órgano utiliza
principalmente uno de los tantos mecanismos de
control de flujo sanguíneo. Ya hemos discutido
esos mecanismos en capítulos anteriores, por lo
que aquí haremos una breve revisión.
La interacción entre estos cuatro mecanismos
establece el tono vasomotor de reposo. Las
células musculares lisas vasculares (CMLV) y las
células endoteliales utilizan uniones GAP para la
señalización química y eléctrica entre ellas,
coordinando así su actividad durante el control
vasomotor.
Sumado a estos mecanismos, los cuales son parte
de un sofisticado sistema de control por
retroalimentación (feedback), otros factores –que
no son regulatorios por naturaleza- pueden
afectar la circulación local. Estos otros factores
son todas las fuerzas mecánicas externas a los
vasos sanguíneos que los tienden a colapsar o
abrir. Por ejemplo en el corazón y en el músculo
esquelético
la
contracción
detiene
transitoriamente el flujo sanguíneo al comprimir
los vasos dentro del tejido.
Mecanismos neurales Los vasos de resistencia de
casi todos los órganos están inervados por fibras
169
Sección IV • El sistema cardiovascular
del sistema nervioso autónomo (SNA),
particularmente de su división simpática. Sumado
a su rol crítico en el control de la presión
sanguínea y el gasto cardíaco, el SNA modula el
flujo sanguíneo local de acuerdo a las necesidades
metabólicas de cada tejido.
Mecanismos
miogénicos
Muchos
vasos,
particularmente las arterias musculares y
arteriolas que gobiernan la resistencia vascular,
tienen respuestas inherentes a los cambios de la
presión transmural. El incremento de la presión
que acompaña el estiramiento de las CMLV
dispara una vasoconstricción mientras que la
disminución de la presión desencadena una
vasodilatación. Esta respuesta miogénica juega un
rol importante en la autorregulación que ocurre
en los vasos del cerebro, corazón, músculo
esquelético y riñones.
Mecanismos metabólicos En todo el cuerpo, los
vasos son sensibles a las necesidades metabólicas
de las células parenquimatosas. Una disminución
en la PO2 o el pH promueve la relajación de las
CMLV causando vasodilatación. En respuesta a la
actividad, las células excitables incrementan la
concentración extracelular de K+ ([K+]o) lo cual
también causa vasodilatación. Los tejidos con alta
demanda energética –como el cerebro, corazón y
el músculo esquelético durante el ejerciciodependen fuertemente de los mecanismos de
control local.
Mecanismos endoteliales Las células endoteliales
liberan una variedad de sustancias vasoactivas.
Por ejemplo, las fuerzas de cizallamiento (shear
stress) ejercidas por el movimiento de sangre a
través de la luz de los vasos, estimula la liberación
de óxido nítrico, el cual relaja las CMLV y previene
la adhesión leucocitaria.
EL CEREBRO
Las anastomosis del polígono de
Willis y la distribución de las ramas
arteriales protege la irrigación del
cerebro, que es aproximadamente
15% del gasto cardíaco
170
Si bien el cerebro constituye solo el ~2% del peso
corporal, este recibe ~15% del gasto cardíaco en
reposo. De todos los órganos del cuerpo, el
cerebro es el menos tolerante a la isquemia.
Depende enteramente de la producción de
energía a través de sustratos oxidables. Cada día
el cerebro humano oxida ~100g de glucosa lo cual
es aproximadamente equivalente a la cantidad
almacenada de glucógeno en el hígado. La
interrupción del flujo sanguíneo cerebral por solo
unos segundos causa inconsciencia, y si la
isquemia persiste por unos minutos aparece daño
celular irreversible.
Arterias La sangre alcanza el cerebro a través de
cuatro arterias principales –las dos carótidas
internas y las dos arterias vertebrales (Fig. 24-1).
Las arterias vertebrales se unen para formar la
arteria basilar la cual se divide para formar las dos
arterias cerebrales posteriores, que son parte del
polígono de Willis en la base del cerebro. Las
carótidas internas son la principal fuente de
sangre del polígono. Tres pares bilaterales de
arterias de distribución (arterias cerebrales
anterior, media y posterior) surgen del polígono
de Willis y envuelven los hemisferios cerebrales.
Pequeñas ramificaciones de las arterias basilar y
vertebral distribuyen sangre al tronco del
encéfalo y al cerebelo. Las arterias de distribución
dan origen a las arterias piales que transcurren
por la superficie del cerebro, formando
anastomosis, y luego ramificándose en arteriolas
que penetran el tejido en ángulo recto. Estas
arteriolas penetrantes se ramifican en capilares.
Las anastomosis en la superficie cortical proveen
circulación colateral que es muy importante por si
alguna de las arterias se ocluye. Si se desarrolla
una estenosis en una arteria principal, las otras
arterias del polígono pueden proveer flujo
alternativo. De todas maneras si el flujo a través
de una carótida se ve comprometido, puede
ocurrir isquemia en el hemisferio ipsilateral con el
deterioro de su función.
Capítulo 24 • Circulaciones especiales
radialmente en una dirección centrífuga. Las
venas intracerebrales convergen en el plexo
superficial pial, que yace debajo de las arterias. El
plexo drena en las venas de colección, que
transcurren sobre las arterias de distribución y se
vacían en los senos durales. La excepción a este
patrón radial es la materia blanca profunda de los
hemisferios cerebrales y los ganglios de la base.
Estas regiones drenan centralmente en las venas
que discurren a lo largo de la pared de los
ventrículos laterales para formar un sistema
venoso profundo, que también se vacía en los
senos durales. Casi todos los vasos venosos
abandonan el cráneo a través de las venas
yugulares internas.
Figura 24-1 Anatomía vascular del cerebro. La figura B,
con el lóbulo temporal retirado representa las
ramificaciones principales de la arteria cerebral media
izquierda, una de las arterias de distribución. Las
arterias piales discurren sobre la superficie cerebral y
dan origen a las arteriolas penetrantes que forman la
microcirculación dentro del cerebro.
Venas Las venas del cerebro son anchas, de
paredes finas, con escaso músculo liso y sin
válvulas. En general, las venas drenan el cerebro
Capilares Una de las características principales de
la vasculatura cerebral es la barrera
hematoencefálica (BHE) la cual previene que los
solutos en la luz de los capilares tengan acceso
directo al líquido extracelular cerebral. Por esta
razón muchas drogas que actúan en otros
órganos no tienen efecto en el cerebro.
Componentes solubles en agua y polares
atraviesan la BHE lentamente, y la capacidad de
las proteínas para cruzarla es extremadamente
limitada. Solo el agua, O2 y CO2 (u otros gases)
pueden difundir libremente a través de los
capilares cerebrales. La glucosa cruza más
lentamente por difusión facilitada. Ninguna
sustancia es totalmente excluida del cerebro; la
variable crítica es la tasa de transferencia. La BHE
protege al cerebro de cambios abruptos en la
composición sanguínea. De una manera similar, la
barrera hematotesticular protege el epitelio
germinal de los hombres. La BHE puede dañarse
en algunas regiones del cerebro que fueron
lastimadas, infectadas u ocupadas por tumores.
Dicho daño puede ser útil para localizar los
tumores porque los marcadores son excluidos del
sistema nervioso central sano y sí pueden
ingresar al tumor. En áreas especializadas del
cerebro –los órganos circunventriculares- los
capilares son fenestrados y tienen características
de permeabilidad similares a los de la circulación
intestinal.
Linfáticos El cerebro carece de vasos linfáticos.
171
Sección IV • El sistema cardiovascular
Volumen vascular El cráneo encierra toda la
vasculatura cerebral, así como también al cerebro
y al líquido cefalorraquídeo (LCR). Debido a que el
cráneo es rígido y posee un volumen total fijo, la
vasodilatación y el incremento del volumen
vascular en una región del cerebro debe ser
acompañada por un cambio recíproco del
volumen en cualquier otro lugar del cráneo. Un
control fino del volumen sanguíneo cerebral es
esencial para prevenir la elevación de la presión
intracraneal (PIC). Cuando existe edema cerebral,
hemorragias o una masa tumoral que crece, los
signos neurológicos pueden deberse a la
restricción del flujo sanguíneo por la compresión
de los vasos. Una situación análoga puede ocurrir
en los ojos de pacientes con glaucoma. La presión
aumentada dentro del ojo comprime al nervio
óptico y a la arteria retiniana, generando
isquemia en las células de la retina y causando
ceguera.
Figura 24-2 Cambios en el flujo sanguíneo regional. Los investigadores usaron el lavado de 133Xe, medido por
detectores ubicados a ambos lados de la cabeza del paciente, como un índice del flujo sanguíneo regional en el
hemisferio cerebral dominante. Los “puntos calientes” turquesas representan regiones donde el flujo es un 20% mayor
que el promedio en el resto del cerebro. En reposo, el flujo sanguíneo es mayor en las regiones frontal y promotora. El
patrón de flujo cambia en una forma característica en las otras 7 formas de actividad cerebral.
Mecanismos de control del flujo
sanguíneo
cerebral
neurales,
miogénicos y metabólicos
El flujo sanguíneo cerebral es aproximadamente
50 mL/min cada 100 g de tejido cerebral y debido
a la autorregulación, es relativamente constante.
De todas maneras, cambios regionales en la
distribución de la sangre ocurren como respuesta
a cambios en el patrón de actividad neuronal (Fig.
24-2).
Control neural Las fibras nerviosas simpáticas que
inervan la vasculatura cerebral se originan de
neuronas posganglionales en el ganglio cervical
172
superior y viajan con la carótida interna y las
arterias
vertebrales
hacia
el
cráneo,
ramificándose al igual que las arterias. Las
terminales simpáticas liberan norepinefrina, lo
que causa la contracción del músculo liso
vascular.
La inervación parasimpática de los vasos
cerebrales se origina de las ramificaciones del
nervio facial; lo que provoca una vasodilatación
cuando se activa. Los vasos cerebrales también
están inervados por terminales sensitivas, estos
cuerpos neuronales están localizados en el
ganglio del trigémino, y en su actividad está
involucrada la sustancia P y el péptido
relacionado a la calcitonina, los cuales son
neurotransmisores
vasodilatadores.
Capítulo 24 • Circulaciones especiales
Perturbaciones locales pueden estimular los
nervios sensitivos y provocar la liberación de
estos vasodilatadores, un ejemplo de reflejo
axonal.
A pesar de esta inervación, el control neural de la
vasculatura cerebral es relativamente débil. En su
lugar, es el requerimiento metabólico local el que
gobierna principalmente la actividad vasomotora
en el cerebro.
Control metabólico La actividad neuronal
conduce a la “ruptura” de ATP y la producción
local de adenosina, un potente vasodilatador. El
incremento local del metabolismo del cerebro
también disminuye la PO2, el pH y aumenta la
PCO2. Estos cambios disparan la vasodilatación y
un cambio compensatorio en el flujo sanguíneo.
Las CMLV del cerebro se relajan principalmente
en respuesta a la caída del pH extracelular; estas
células son insensibles al incremento de la PCO2
per se, y la disminución del pH intracelular causa
una débil vasoconstricción.
¿Cómo cambia el flujo sanguíneo cerebral en
respuesta a cambios en el pH sistémico?
Disminuir el pH arterial a una PCO2 constante
(acidosis metabólica) tiene un pequeño efecto en
el flujo sanguíneo cerebral debido a que los H+
arteriales no pueden penetrar fácilmente la
barrera hematoencefálica y de esta manera
alcanzar las CMLV cerebrales. Por otro lado,
disminuir el pH arterial por incrementos de la
PCO2 (acidosis respiratoria) conduce rápidamente
a una caída del pH alrededor de las CMLV debido
a que el CO2 rápidamente cruza la BHE. Esta caída
en el pH produce una pronunciada vasodilatación
de la vasculatura cerebral, con un incremento en
el flujo sanguíneo que ocurre en segundos. El
aumento de la PCO2 arterial causado por la
inhalación de 7% CO2 puede causar que el flujo
sanguíneo cerebral se duplique. Contrariamente,
la caída de la PCO2 arterial causada por la
hiperventilación aumenta el pH y produce
vasoconstricción cerebral, disminución del flujo
sanguíneo cerebral y mareos. Clínicamente la
hiperventilación es usada para disminuir el flujo
sanguíneo cerebral en el tratamiento de
emergencia del edema cerebral y el glaucoma.
Una caída en la PO2 sanguínea y tisular –por una
hipoxemia o un gasto cardíaco inadecuadotambién puede contribuir a la vasodilatación
cerebral. De todas maneras estos efectos son
menos importantes que los producidos por la
hipercapnia. Los efectos vasodilatadores de la
hipoxia quizás sean directos o quizás sean
mediados por la liberación de adenosina, K+ o NO
(óxido nítrico).
Control miogénico La resistencia vascular
cerebral es muy sensible a cambios en la presión
transmural. Incrementos en la presión externa al
vaso conducen a vasoconstricción, mientras que
la disminución produce vasodilatación.
La unidad neurovascular ajusta el
flujo sanguíneo según la actividad
cerebral regional
Las neuronas, glía y los vasos sanguíneos
cerebrales funcionan como una unidad integrada
que distribuye el flujo sanguíneo de acuerdo a la
actividad local dentro del cerebro (Fig. 24-2). Este
“acoplamiento neuromuscular” involucra varias
vías de señalización que complementan el control
metabólico discutido anteriormente. Algunos
neurotransmisores y neuromoduladores son
vasoactivos
(por
ejemplo,
acetilcolina,
catecolaminas,
neuropéptidos)
y
pueden
controlar los vasos sanguíneos en las regiones de
actividad sináptica. Los pies “chupadores” de los
astrocitos están en contacto directo con el
músculo liso de las arteriolas y las células
endoteliales de los capilares. La liberación de
neurotransmisores desde las neuronas genera
ondas de [Ca2+]i en los astrocitos así como en las
dendritas de las neuronas adyacentes. Estas
ondas de [Ca2+]i estimulan la liberación de
potentes vasodilatadores incluidos NO, y
metabolitos del ácido araquidónico. Así, la
actividad
simpática
genera
mediadores
vasoactivos en neuronas y astrocitos que pueden
generar vasodilatación. La activación concurrente
de interneuronas locales con proyecciones
vasculares ayuda en la respuesta vasomotora. La
señal vasodilatadora se conduce a través de
uniones GAP desde una célula a otra a lo largo del
endotelio y el músculo liso de las arteriolas
penetrantes, retrógradamente hacia las arterias
piales, las cuales son la principal resistencia
vascular. Esta reducción en la resistencia proximal
173
Sección IV • El sistema cardiovascular
incrementa el flujo sanguíneo a la región con
mayor actividad neuronal.
La autorregulación mantiene un
flujo sanguíneo bastante constante
en un rango de presión de
perfusión
La presión de perfusión cerebral es la diferencia
entre la presión arterial sistémica (presión arterial
media, ~95 mmHg) y la presión venosa
intracraneal, la cual es muy similar a la presión
intracraneal (<10 mmHg). Una disminución del
flujo sanguíneo cerebral puede ocurrir como
resultado de una caída en la presión arterial o un
aumento en la intracraneal (o venosa). De todas
maneras, el control local del flujo sanguíneo
cerebral mantiene bastante constante el flujo en
un rango de presiones que varía desde ~70 a 150
mmHg. Esta constancia del flujo sanguíneo –
autorregulación- mantiene un aporte constante
de O2 y nutrientes. En pacientes con hipertensión
arterial, el flujo sanguíneo cerebral se mantiene
normal debido a que las resistencias vasculares
cerebrales se incrementan. Contrariamente la
resistencia cae en la hipotensión arterial. Esta
autorregulación comprende tanto al componente
miogénico como al metabólico.
Los incrementos en la presión intracraneal (PIC)
comprimen la vasculatura cerebral y tienden a
reducir el flujo sanguíneo a pesar de la
vasodilatación generada por la autorregulación.
En estos casos, el cerebro regula su flujo por
cambios reflejos en la presión arterial sistémica.
Este principio es ejemplificado por el reflejo de
Cushing 1, un incremento en la presión arterial
que ocurre en respuesta al incremento de la PIC.
Aparentemente la compresión intracraneal causa
una isquemia local que estimula los centros
vasomotores en tronco del encéfalo. El
incremento de la actividad neural simpática en la
circulación sistémica dispara un aumento en la
1
NdT: El Reflejo de Cushing incluye una tríada
compuesta por: aumento de la presión arterial media,
bradicardia e irregularidades en la ventilación. El
reflejo se puede observar en estadíos terminales de
lesiones cerebrales y generalmente anuncia una
herniación inminente.
174
resistencia total. El reflejo de Cushing puede
ocurrir agudamente por la inflamación que sigue
a una lesión en la cabeza o más gradualmente con
el crecimiento de un tumor cerebral. En un rango
considerable de presión, el reflejo de Cushing
asegura que la presión de perfusión pueda
superar los efectos de la compresión vascular y de
esta manera mantener el flujo sanguíneo
cerebral.
EL CORAZON
La circulación coronaria recibe el
5% del gasto cardíaco del ventrículo
izquierdo y lo devuelve al lado
derecho del corazón
El corazón recibe ~5% del gasto cardíaco en
reposo, aunque representa menos del 0,5% del
peso corporal total. El corazón normalmente usa
la fosforilación oxidativa para generar el ATP
requerido para bombear sangre. De todas
maneras, de todo el O2 que el corazón consume,
no más del 40% corresponde a la oxidación de
carbohidratos. Más del 60% del consumo
miocárdico de O2 en ayuno es debido a la
oxidación de ácidos grasos. El miocardio puede
fácilmente oxidar cuerpos cetónicos, los cuales
pueden proveer una considerable fuente de
energía durante la inanición o durante la
cetoacidosis diabética. Cuando la provisión de O2
es adecuada, el corazón toma y oxida tanto
lactato como piruvato, al igual que lo hacen las
fibras musculares esqueléticas, aunque la
concentración arterial de piruvato sea
usualmente baja. Cuando la demanda energética
de ATP excede el aporte de O2 el corazón ya no
puede tomar lactato y lo libera al utilizar sus
reservas de glucógeno. De esta manera, el
corazón puede continuar su función por un corto
tiempo cuando es deprivado de O2. Si la hipoxia
se desarrolla en las fibras nociceptivas
miocárdicas, comienza una sensación de dolor
referido conocido como angina de pecho. Si el
insulto es más grave o prolongado aparece el
daño al tejido miocárdico, el cual eventualmente
se vuelve necrótico (infarto de miocardio).
Capítulo 24 • Circulaciones especiales
Toda la sangre que irriga al miocardio deriva de
las arterias coronarias tanto derecha como
izquierda, las cuales se originan en la raíz de la
aorta por detrás de las cúspides de la válvula
aórtica (Fig. 24-3). Aunque la anatomía está
sujeta a variaciones individuales, la arteria
coronaria derecha irriga a la aurícula y al
ventrículo derecho, y la arteria coronaria
izquierda irriga a la aurícula y al ventrículo
izquierdo. La arteria coronaria izquierda se divide
cerca de su origen en dos ramas principales: la
arteria circunfleja que envía ramificaciones hacia
la aurícula y ventrículo izquierdo, y la arteria
descendente anterior que desciende hacia el
ápice del corazón y se ramifica para irrigar el
septum interventricular y una porción del
ventrículo izquierdo y el derecho. Estas arterias
discurren a través del corazón ramificándose en
segmentos que penetran el tejido y se dividen en
redes capilares. La densidad capilar en una
sección histológica del corazón humano excede
los 3000/mm2 (el músculo esquelético solo tiene
~400/mm2). El pequeño diámetro de las fibras
musculares cardíacas (<20 µm), menos de la
mitad que las del músculo esquelético (~50 µm),
facilita la difusión de O2 hacia ellas, las cuales
tienen una demanda energética mucho mayor
que las esqueléticas.
Una vez que la sangre pasa a través de los
capilares, es colectada en las vénulas que drenan
fuera del miocardio y convergen en las venas
epicárdicas. Estas venas se vacían en la aurícula
derecha a través del seno coronario. Otros
canales vasculares drenan directamente en las
cámaras cardíacas, estos incluyen las venas de
Tebesio. Debido a que la sangre desoxigenada
transportada por las venas de Tebesio se vuelca
dentro de los ventrículos, este flujo saltea la
circulación
pulmonar.
Numerosos
vasos
colaterales entre las ramificaciones de los vasos
arteriales y el sistema venoso actúan como
anastomosis; proveen una ruta alternativa para el
flujo sanguíneo si un vaso principal se ocluye.
Figura 24-3 Circulación coronaria.
175
Sección IV • El sistema cardiovascular
La compresión extravascular de las
arterias coronarias durante la
sístole compromete su flujo
sanguíneo
En otros lechos vasculares, el flujo sanguíneo
sigue al perfil de presión de la aorta, aumentando
en sístole y disminuyendo en diástole. Sin
embargo, en la circulación coronaria el flujo es
algo paradójico. Aunque el corazón es la fuente
de su propia presión de perfusión, la contracción
miocárdica comprime sus estructuras vasculares.
Así, el perfil de flujo a través de las arterias
coronarias depende tanto de la presión en la
aorta (Fig. 24-4, panel superior) como de la
compresión extravascular que resulta de la
contracción de los ventrículos, particularmente el
izquierdo.
El flujo sanguíneo en la arteria coronaria izquierda
puede incluso revertirse transitoriamente en el
comienzo de la sístole (Fig. 24-4, panel del
medio), a medida que la fuerza de la contracción
isovolumétrica del ventrículo izquierdo comprime
los vasos coronarios izquierdos, mientras que la
presión en la aorta todavía no ha comenzado a
aumentar (i.e., la válvula aórtica se mantiene aún
cerrada). A medida que la presión aórtica se
incrementa durante la sístole el flujo sanguíneo se
incrementa pero nunca alcanza valores pico. De
todas maneras, durante la diástole temprana
cuando los ventrículos relajados ya no comprimen
los vasos coronarios izquierdos y la presión
aórtica sigue siendo alta, el flujo coronario
izquierdo aumenta rápidamente a sus valores
más altos. Aproximadamente el 80% del flujo
coronario ocurre durante la diástole.
En contraste, el perfil de flujo de la arteria
coronaria derecha (Fig. 24-4 panel inferior) es
muy similar al perfil de presión de la arteria que la
suple, la aorta. Aquí, la sístole contribuye en
mayor proporción al flujo sanguíneo total y la
reversión sistólica del flujo no ocurre. La razón
para esta diferencia es que la tensión
desarrollada por el ventrículo derecho es mucho
menor.
El impacto de la contracción sistólica en la
perfusión de los vasos coronarios izquierdos es
potenciado por el efecto de la fibrilación
ventricular. Al inicio de esta arritmia letal, la
176
perfusión coronaria izquierda se incrementa
transitoriamente, reflejando la pérdida de la
compresión mecánica de la vasculatura.
Los cambios en la frecuencia cardíaca también
afectan el flujo coronario, debido a que afectan la
duración de la diástole más que de la sístole.
Durante la taquicardia, la fracción del ciclo
cardíaco usada en la diástole disminuye,
minimizando el tiempo disponible para la
perfusión coronaria izquierda. Si el corazón es
sano, los vasos coronarios pueden dilatarse
adecuadamente en respuesta a las señales
metabólicas generadas por el incremento del
trabajo cardíaco, lo cual neutraliza el efecto
negativo de una diástole más corta. Por otro lado,
una alta frecuencia cardíaca puede ser peligrosa
cuando los vasos coronarios izquierdos restringen
el flujo sanguíneo.
Figura 24-4 Flujo sanguíneo coronario. Las bandas al
comienzo de la sístole y la diástole reflejan la
contracción
y
relajación
isovolumétrica,
respectivamente.
El flujo sanguíneo coronario no solo varía en el
tiempo durante el ciclo cardíaco, sino que
también varía con la profundidad de la pared del
corazón. La sangre fluye desde el epicardio al
endocardio. Durante la sístole, la presión
intramuscular es mayor cerca del endocardio y
menor cerca del epicardio. Si todas las demás
variables se mantienen constantes la perfusión
Capítulo 24 • Circulaciones especiales
del endocardio será menor que la del epicardio.
De todas formas, el flujo sanguíneo total hacia el
endocardio y epicardio son aproximadamente
iguales debido a que el endocardio tiene una
resistencia vascular intrínsecamente menor.
Cuando la presión diastólica en la raíz de la aorta
es patológicamente baja (por ejemplo en la
insuficiencia aórtica) o cuando la resistencia
arterial coronaria es muy alta (por ejemplo en la
oclusión coronaria), el flujo sanguíneo al
endocardio es menor que en el epicardio. Así la
pared interna del ventrículo izquierdo a menudo
experimenta el mayor daño cuando existe
enfermedad aterosclerótica coronaria.
El flujo sanguíneo coronario se
correlaciona con el metabolismo
cardíaco
Una característica sorprendente de la circulación
coronaria es la relación lineal entre el consumo
miocárdico de O2 y el flujo sanguíneo miocárdico.
Esta relación persiste en las preparaciones
aisladas de corazón, enfatizando que las señales
metabólicas son las principales determinantes del
aporte de O2 al corazón. En un individuo en
reposo cada 100 g de tejido cardíaco recibe de 60
a 70 mL/min de flujo sanguíneo. Normalmente el
corazón extrae 70% a 80% del contenido de O2 de
la sangre arterial (generalmente ~20 mL de
O2/dL), de esta manera produciendo un
contenido de O2 venoso extremadamente bajo
(~5 mL de O2/dL). Así, el corazón no puede
responder a sus demandas metabólicas
extrayendo más O2 del que extrae normalmente
en reposo. El corazón puede aumentar su aporte
de O2 solo incrementando el flujo sanguíneo
coronario, el cual puede exceder los 250 mL/min
cada 100 g de músculo en ejercicio.
Debido a que la presión sanguínea normalmente
varía dentro de límites estrechos, la única forma
de aumentar sustancialmente el flujo sanguíneo a
través de la circulación coronaria durante el
ejercicio es mediante la vasodilatación. El corazón
depende
primariamente
de
mecanismos
metabólicos para aumentar el calibre de los vasos
coronarios. La adenosina ha recibido particular
interés en este propósito. El incremento de la
actividad metabólica del corazón, un flujo
coronario insuficiente, o una caída de la PO2
resulta en la liberación de adenosina. La
adenosina se difunde hacia las CMLV activando
los receptores purinérgicos que inducen
vasodilatación al disminuir la [Ca2+]i. Así, una
perfusión inadecuada a una región eleva los
niveles intersticiales de adenosina, causando
vasodilatación y restaurando el flujo hacia la
región afectada.
Cuando la demanda cardíaca supera la irrigación,
un incremento transitorio en el [K+]o puede
contribuir al incremento inicial de la perfusión
coronaria. De todas maneras, es poco probable
que el K+ sea el mediador de un incremento
sustancial en el flujo coronario. Cuando la
demanda de O2 excede el aporte, un aumento en
la PCO2 y una caída en la PO2 pueden contribuir a
disminuir la resistencia vascular coronaria.
El flujo coronario es relativamente estable a una
presión de perfusión que varía entre ~70 y 150
mmHg. Así, como en el cerebro, el flujo sanguíneo
coronario presenta autorregulación. Sumado a la
respuesta miogénica, las fluctuaciones en la
adenosina y la PO2 contribuyen a la
autorregulación coronaria.
Aunque la estimulación simpática
contrae directamente los vasos
coronarios,
los
cambios
metabólicos
concomitantes
predominan
generando
vasodilatación
Los nervios simpáticos penetran el corazón
siguiendo la trama vascular. La estimulación de
estos nervios causa que el corazón lata con mayor
frecuencia y con más fuerza. Los receptores
adrenérgicos β1 median estas respuestas
cronotrópicas e inotrópicas. Como discutimos en
la sección precedente, el aumento del trabajo
miocárdico conduce a la vasodilatación
miocárdica a través de vías metabólicas. De todas
formas, si se inhiben farmacológicamente los
receptores β1 de los miocitos cardíacos se
previene el incremento del metabolismo, así la
estimulación
simpática
causa
una
vasoconstricción coronaria. Esta respuesta es el
177
Sección IV • El sistema cardiovascular
efecto directo de los nervios simpáticos en los
receptores adrenérgicos α en las CMLV de los
vasos de resistencia coronarios. Así, bloqueando
se “desenmascara” la
lo receptores β1
vasoconstricción adrenérgica. De esta manera,
bajo circunstancias normales, la tendencia de la
vía metabólica para vasodilatar supera
ampliamente la tendencia vasoconstrictora de las
vía simpática.
La activación del nervio vago tiene un efecto
vasodilatador medio en los vasos de resistencia
coronarios. Esta pequeña respuesta no es debida
a la insensibilidad de los vasos de resistencia a la
acetilcolina, la cual provoca una pronunciada
vasodilatación
cuando
se
administra
directamente. Más bien, la liberación de
acetilcolina desde el nervio vago se restringe a la
vecindad del nodo sinusal. Así, el nervio vago
tiene un efecto mucho mayor en la frecuencia
cardíaca que en la resistencia coronaria.
El crecimiento de vasos colaterales
puede aportar flujo sanguíneo a
regiones isquémicas de miocardio
Cuando una arteria coronaria se ocluye
abruptamente, la isquemia consecuente puede
producir necrosis (i.e., infarto de miocardio) en la
región deprivada de flujo sanguíneo. Pero si una
arteria coronaria se estrecha a lo largo del
tiempo, vasos colaterales pueden desarrollarse
para aminorar, aunque sea parcialmente, la
reducción del aporte de O2 y nutrientes al área
comprometida, previniendo (o al menos
disminuyendo) el daño tisular. Los vasos
colaterales se originan desde ramificaciones
existentes que se remodelan por la proliferación
de células endoteliales y musculares lisas. Los
estímulos para el desarrollo de vasos colaterales
incluyen moléculas angiogénicas liberadas por el
tejido isquémico y además por cambios en el
estrés mecánico en las paredes de los vasos que
irrigan la región afectada.
Las drogas vasodilatadoras pueden
alterar la irrigación del miocardio
por “robo coronario”
178
Una variedad de drogas puede promover la
vasodilatación de las arterias coronarias. Estas
son típicamente prescriptas a pacientes que
sufren angina de pecho, el dolor de pecho
asociado a un inadecuado flujo sanguíneo al
corazón. Si el desarrollo de la placa
aterosclerótica –la cual subyace a la angina de
pecho- ocurre en arterias epicárdicas grandes, el
incremento de la resistencia disminuye la presión
rio abajo en la microvasculatura. Bajo estas
condiciones los médicos deben tener cuidado en
usar agentes farmacológicos que dilaten las
arterias coronarias. En el área miocárdica
isquémica rio debajo de la estenosis, los
estímulos metabólicos ya dilataron al máximo las
arteriolas. La administración de un vasodilatador
puede solo incrementar el diámetro de los vasos
en lechos vasculares no isquémicos que son
paralelos a los isquémicos. El resultado es el robo
coronario, lo que implica una reducción en la
presión rio abajo del sitio de la estenosis y un
compromiso en el flujo sanguíneo de la región
isquémica. Cuando una terapia vasodilatadora
resuelve la angina, el resultado es más probable
que sea atribuible a la vasodilatación de los vasos
sistémicos no coronarios, los cuales reducen la
resistencia periférica reduciendo la poscarga del
ventrículo durante la sístole y de esta manera el
trabajo cardíaco.
EL MÚSCULO ESQUELÉTICO
Quizás la característica más impresionante del
flujo sanguíneo del músculo esquelético es su
rango extremo. El flujo sanguíneo muscular en
reposo es de 5 a 10 mL/min por cada 100 g de
tejido. Durante el ejercicio aeróbico máximo
puede incrementar hasta 50 veces, alcanzando los
250 mL/min o más por cada 100 g de músculo
activo. La correspondencia lineal entre la tasa de
trabajo, el oxígeno consumido y el flujo sanguíneo
implica un “acoplamiento” entre la fibra muscular
en actividad y el aporte de oxígeno. Aquí
discutiremos los puntos clave de la organización
de la vasculatura del músculo esquelético y la
integración con los mecanismos de control.
Capítulo 24 • Circulaciones especiales
Una unidad microvascular es el
lecho capilar dependiente de una
arteriola terminal
El aporte vascular al músculo esquelético
comienza afuera del tejido en las arterias de
alimentación. Estos vasos musculares son las
últimas ramificaciones del aporte arterial,
localizados justo antes de entrar al tejido. De un
30% al 50% del total de la resistencia al flujo
sanguíneo en el músculo esquelético reside en
estas arterias de alimentación. De esta manera,
un importante sitio del control del flujo sanguíneo
se encuentra localizado proximal a los micro
vasos que están en contacto directo con las fibras
esqueléticas.
La red arteriolar se origina en el sitio en el cual las
arterias de alimentación entran al músculo.
Dentro del músculo las arteriolas se ramifican
varios órdenes (Fig. 24-5A) hasta alcanzar las
arteriolas terminales (Fig. 24-5B), que son las
últimas ramificaciones que contienen músculo
liso y por lo tanto las únicas en las cuales es
posible el control del flujo sanguíneo. Así, las
arteriolas terminales son el equivalente funcional
del esfínter precapilar. El grupo de capilares
suplidos por una arteriola terminal representa
una unidad microvascular, la cual es la unidad
funcional más pequeña de control de flujo
sanguíneo en el músculo esquelético. Cada
unidad consiste en 15 a 20 capilares que
discurren paralelos a las fibras musculares
finalizando en una vénula de colección. Debido a
las grandes diferencias de longitud entre capilares
(<1 mm) y fibras musculares (cm), varias unidades
microvasculares son requeridas para abarcar la
distancia de una fibra muscular. Cuando una fibra
muscular se contrae, el flujo sanguíneo se
incrementa a través de todas las unidades
microvasculares que aportan O2 a la fibra y
remueven los metabolitos.
Figura 24-5 Unidades microvasculares en el músculo esquelético. En A, una arteria de alimentación se ramifica en las
arteriolas primarias la cual luego de dos o tres órdenes de ramificación da las arteriolas transversas, las cuales dan las
arteriolas terminales. En B, la arteriola terminal suple la unidad microvascular.
179
Sección IV • El sistema cardiovascular
Los metabolitos liberados por la
actividad
muscular
gatillan
vasodilatación y un incremento en
el flujo sanguíneo
Cuando el músculo esquelético está en reposo, su
resistencia vascular es alta, el flujo sanguíneo es
bajo y el contenido venoso de O2 es solo unos
mililitros por decilitro menor que el contenido de
O2 arterial. Cuando el ejercicio comienza, las
arteriolas terminales se dilatan primero. Esta
vasodilatación incrementa el flujo a través de los
capilares que ya estaban conduciendo sangre y
también abre otros capilares quiescentes,
incrementando el número de capilares
perfundidos y disminuyendo la distancia
intercapilar. Si el flujo sanguíneo no se
incrementa lo suficiente, el aumento de la
demanda muscular por O2 produce un gran
incremento en la extracción de O2. Si la demanda
metabólica continúa aumentando, un incremento
en el aporte de O2 es requerido. La vasculatura
responde
a
esta
demanda
dilatando
progresivamente las arteriolas terminales, luego
las arteriolas más proximales y por último las
arteriolas de alimentación.
Una coordinada vasodilatación a través de la red
de resistencias es esencial cuando los segmentos
están organizados en serie uno con otro. La
dilatación de las arteriolas rio abajo sin la
dilatación de las proximales resultaría en una
habilidad limitada para incrementar el flujo
sanguíneo debido a la alta resistencia de los vasos
rio arriba. De esta manera cuando las arterias de
alimentación se dilatan en conjunto con las
arteriolas, el incremento del flujo sanguíneo es
intenso.
El estímulo primario que dispara la vasodilatación
es la liberación de sustancias vasodilatadoras (por
ejemplo, adenosina, CO2, K+) desde fibras
musculares activas en proporción a la energía
utilizada.
180
Tratamiento de la enfermedad
coronaria
Para muchos pacientes con estrechamiento gradual de sus
arterias coronarias por placas ateroscleróticas, el primer signo
de la enfermedad puede ser la aparición de angina de pecho. El
dolor aparece cuando las demandas metabólicas de una región
del miocardio exceden la capacidad del flujo sanguíneo
comprometido para satisfacer las demandas metabólicas del
tejido. La angina es acompañada usualmente por cambios
característicos en el electrocardiograma. Si el diagnóstico está
en duda –el dolor de pecho o la angina pueden ser
mimetizados a veces por reflujo gastroesofágico,
hiperventilación, costocondritis y otras entidades clínicas- un
test durante el ejercicio (i.e., ergometría) puede estresar el
corazón lo suficiente para que desarrolle dolor, inducir
cambios electrocardiográficos o alterar el flujo sanguíneo que
puede ser monitorizado por un escaneo con talio. Algunos
pacientes con estrechamiento arterial coronario significativo
nunca desarrollan angina y padecen lo que se denomina
isquemia silente. En estos pacientes, solo un médico astuto
puede detectar enfermedad coronaria.
Muchos pacientes con un patrón de angina estable responden
bien a la medicación. Los nitratos inducen la vasodilatación
mediante la liberación de óxido nítrico, también dilatan las
venas periféricas reduciendo el retorno venoso y así la
precarga del corazón; y dilatan las arterias y arteriolas
disminuyendo de esta manera la poscarga. Finalmente, los
nitritos pueden incrementar el flujo sanguíneo colateral. Los β
bloqueantes previenen que el sistema nervioso simpático,
mediante la estimulación de los receptores β1 aumente la
frecuencia cardíaca y la contractilidad, disminuyendo así las
demandas metabólicas. Los bloqueantes de los canales de
calcio reducen la contractilidad del músculo cardíaco y del
músculo liso vascular. Todas estas intervenciones reducen las
demandas metabólicas del corazón.
En los pacientes en los que la medicación no puede controlar la
angina o que desarrollan patrones de angina inestable, la
revascularización mecánica puede ser requerida. Por un largo
tiempo, la única opción era el by-pass coronario, pero ahora la
angioplastia percutánea coronaria puede ser muy exitosa. Un
cardiólogo efectúa este procedimiento al mismo tiempo que
realiza el diagnóstico de la enfermedad coronaria. El médico
avanza un catéter a través de una arteria periférica hacia el
ventrículo izquierdo y una vez en las coronarias el inflado del
balón en el sitio de la obstrucción aplasta la placa contra la
pared del vaso, restaurando el flujo sanguíneo. La recurrencia
de la obstrucción puede deberse a la proliferación de las
CMLV. Refinamientos de la técnica, la colocación de stents en
el sitio tratado, y el uso de anticoagulantes agresivos
contribuyeron al éxito de la técnica. Una variante de esta
técnica, en la cual se utiliza un láser, está bajo creciente
estudio.
Dada la gran prevalencia de la enfermedad coronaria, una gran
meta de la investigación es el desarrollo de medicación
alternativa y revascularización mecánica. Una de las grandes
promesas es promover la angiogénesis, promoviendo el
desarrollo de nuevos vasos sanguíneos.
Capítulo 24 • Circulaciones especiales
Estos metabolitos difunden localmente y –
actuando directamente en el CMLV e
indirectamente en las células endoteliales
adyacentes- relajan las CMLV de los vasos de
resistencia, incrementando el flujo en proporción
a la demanda local. Aunque una variedad de
sustancias liberadas por las fibras musculares
pueden contribuir a la hiperemia, ningún estímulo
individual alcanza para explicar la respuesta
integrada del control del flujo sanguíneo en el
músculo. Es más, la respuesta hiperémica al
aumento de la actividad muscular comienza uno o
dos segundos luego del ejercicio. En contraste,
lleva varios segundos para que estas sustancias
sean producidas por las fibras musculares,
alcancen el intersticio y difundan a las CMLV en
suficiente concentración para disparar la
vasodilatación.
El inicio de la contracción de la fibra muscular
produce la liberación de K+ que puede
hiperpolarizar las CMLV cercanas 2. Una vez
disparada, esta hiperpolarización causa que las
pequeñas arteriolas se dilaten. La señal eléctrica
se conduce célula a célula a través de uniones
GAP en el endotelio y las propias CMLV, llevando
la hiperpolarización río arriba hacia los grandes
vasos y provocando que se dilaten en conjunto.
Este mecanismo de vasodilatación conducida, en
conjunto con la acción de la bomba muscular,
probablemente contribuya al rápido inicio de la
hiperemia discutido más adelante. El incremento
de los niveles de otros metabolitos (por ejemplo
adenosina y CO2) o la disminución de la PO2
contribuyen y sostienen la respuesta hiperémica.
La inervación simpática incrementa
la resistencia vascular
Las fibras nerviosas simpáticas abarcan el total de
la red de resistencias, desde las arterias de
alimentación hasta las arteriolas terminales. La
liberación de norepinefrina por estas terminales
nerviosas conduce a la vasoconstricción. El
incremento de la presión transmural resulta en el
aumento del tono miogénico, produciendo
también vasoconstricción. Por otro lado, las
2
NdT: El incremento de la [K+]o provoca una
hiperpolarización transitoria al cerrar canales de Ca2+
dependientes de voltaje.
fuerzas de cizallamiento de la sangre fluyendo a
través de las células endoteliales producen
sustancias vasodilatadoras como el NO. La
interacción entre los factores vasoconstrictores y
vasodilatadores mantiene el tono basal intrínseco
de los CMLV. Las vénulas también se contraen en
respuesta a la estimulación de los nervios
simpáticos pero no están directamente inervadas
y responden a la norepinefrina que difunde desde
las arteriolas cercanas.
Como aproximadamente un tercio de la masa
corporal es músculo esquelético, el control
simpático del tono vasomotor es un componente
integral de la regulación tanto de la presión
arterial sistémica (a través de la resistencia
periférica total) y el llenado cardíaco (a través de
la capacitancia y el retorno venoso). Este principio
es particularmente significativo durante el
ejercicio aeróbico máximo, donde más del 80%
del gasto cardíaco se dirige hacia el músculo
esquelético activo.
La tasa de disparo basal en los nervios simpáticos
del músculo esquelético es de 1 a 2 Hz, que
contribuye solo modestamente al tono
vasomotor de reposo. De todas maneras, cuando
los barorreceptores detectan una caída en la
presión arterial, el disparo de los nervios
simpáticos en los nervios periféricos puede
incrementarse de 8 a 16 Hz. Este grado de
actividad simpática puede cerrar la luz de las
arteriolas por completo en el músculo
esquelético. Durante el ejercicio la proporción del
gasto cardíaco que fluye a través del músculo
esquelético se incrementa. Esta redistribución del
flujo sistémico ocurre por dos razones. Primero,
un incremento en el tono simpático contrae la
circulación esplácnica (ver luego), la circulación
renal y los vasos del músculo esquelético inactivo.
De hecho, solo el cerebro y el corazón están
exentos de esta vasoconstricción. Segundo, los
metabolitos liberados por el músculo esquelético,
superan la vasoconstricción que produciría la
actividad simpática. Sumado a esto, las sustancias
liberadas por la contracción de la fibra muscular
pueden inhibir la liberación de norepinefrina.
A pesar de los efectos vasodilatadores de los
metabolitos, la vasoconstricción simpática puede
dominar, particularmente cuando otra gran masa
muscular esta activa simultáneamente y requiere
una porción sustancial del gasto cardíaco. Así,
181
Sección IV • El sistema cardiovascular
durante el ejercicio de “cuerpo entero”, cada
grupo muscular recibe solo una fracción del flujo
sanguíneo que recibiría si solo él estuviera activo
en ese momento. Es al nivel de las arterias de
alimentación –las cuales son externas al músculo
y ajenas a las influencias de los productos
liberados por la actividad muscular- donde la
vasoconstricción simpática pone el límite superior
al flujo sanguíneo durante el ejercicio aeróbico
intenso. Al mismo tiempo, la dilatación de las
arteriolas dentro del músculo activo maximiza la
extracción de O2 al promover la perfusión capilar.
incrementa la presión de conducción que impulsa
la sangre a través de los capilares. Sumado a esto,
el pico de flujo arterial ocurre durante la
relajación entre las contracciones. Esta acción
“bombeante” del músculo esquelético le imparte
suficiente energía cinética a la sangre, reduciendo
el trabajo del corazón. Es de notar que la bomba
muscular puede generar hasta la mitad de la
energía requerida para hacer circular la sangre,
una contribución esencial para alcanzar los altos
flujos sanguíneos experimentados durante el
ejercicio aeróbico máximo. En contraste, el uso de
drogas que dilatan los vasos sanguíneos del
músculo inactivo puede aumentar el flujo
sanguíneo en menor grado que el observado con
las contracciones rítmicas.
LA CIRCULACIÓN ESPLÁCNICA
La circulación esplácnica incluye el flujo
sanguíneo a través del estómago, intestino
delgado y grueso, páncreas, bazo e hígado (Fig.
24-7A). La mayor parte del flujo hacia el hígado
proviene de la vena porta, que trae el drenaje
venoso de todos estos órganos excepto del
hígado mismo.
La red vascular del intestino está
altamente interconectada
Figura 24-6 Bomba muscular.
La contracción rítmica promueve el
flujo sanguíneo a través de la
bomba muscular
Durante el ejercicio, el músculo esquelético se
somete a cambios rítmicos en longitud y tensión
dando origen a fuerzas mecánicas dentro del
tejido, análogas a las que existen en el corazón
cuando late. La contracción fuerza a la sangre
venosa a fluir fuera del músculo (Fig. 24-6).
Debido a que las válvulas en las venas previenen
el flujo retrógrado, cada contracción muscular
comprime y vacía las venas, conduciendo la
sangre hacia el corazón. Durante la relajación
subsecuente, la reducción en la presión venosa
182
La arteria celíaca es la fuente primaria de sangre
al estómago, páncreas y bazo. Las arterias
mesentéricas superior e inferior irrigan a todo el
intestino, tanto grueso como delgado así como
también parte del estómago y páncreas. La
arteria mesentérica superior es la más grande de
las ramificaciones esplácnicas de la aorta,
llevando más del 10% del gasto cardíaco. Las
interconexiones extensas entre los arcos
arteriales proveen múltiples vías colaterales
mediante las cuales la sangre puede alcanzar cada
porción del intestino. Este arreglo disminuye el
riesgo de que el intestino se torne isquémico si
alguna de las arterias se ocluye.
La red microvascular en el intestino delgado (Fig.
24-7C) es representativa de todo el tracto
gastrointestinal. Después de penetrar la pared del
intestino, las arterias pequeñas discurren a través
Capítulo 24 • Circulaciones especiales
de varias capas musculares hasta alcanzar la
submucosa, donde se ramifican en arteriolas.
Algunas arteriolas se mantienen en la submucosa
para formar el plexo vascular submucoso. Otras
se proyectan hacia la mucosa y las vellosidades.
Las vénulas emergen desde la mucosa, las
vellosidades y la capa muscular para converger en
las venas. Estas salen de la pared intestinal
paralelas a las arterias.
La disposición de la microvasculatura dentro de
las vellosidades es como una “fuente” (Fig. 247D). La arteriola discurre hacia arriba por el
centro de la vellosidad, ramificándose en muchos
capilares hacia la punta. Los capilares convergen
en una vénula y traen de vuelta la sangre hacia la
base de la vellosidad. Los capilares también se
interconectan con las arteriolas y las vénulas
dentro de la vellosidad. Estos microvasos son
permeables a los solutos de bajo peso molecular
o alta solubilidad.
Esta disposición recién descripta puede formar un
intercambio contracorriente que permite a los
solutos permeables moverse desde la arteriola a
la vénula sin atravesar la vellosidad en toda su
extensión, particularmente en condiciones de
bajo flujo. Con tiempos de transito vascular
prolongados, el O2 transportado por la sangre
puede difundir desde la arteriola a la vénula antes
de alcanzar la punta de la vellosidad, lo que la
vuelve susceptible al daño hipóxico. Esta situación
es justamente la opuesta a la de solutos (como el
Na+ que la vellosidad absorbe durante la
digestión). Estos solutos entran a los capilares y
luego pasan a las vénulas. A medida que la sangre
venosa viaja hacia la base de la vellosidad, el
soluto puede difundir hacia el intersticio y luego
hacia dentro de la arteriola. De esta manera la
concentración del soluto en la sangre arterial se
incrementa a medida que la sangre fluye hacia la
punta. Este proceso de “atrapamiento”
incrementa la osmolaridad intersticial de la
vellosidad de una manera análoga al mecanismo
que mantiene una alta osmolaridad en la médula
renal.
En contraste, cuando la mucosa intestinal esta
adecuadamente perfundida, las puntas de las
vellosidades están bien oxigenadas (como en la
fig. 24-7D), los efectos del intercambio
contracorriente están reducidos y la osmolaridad
dentro de la vellosidad cae.
Debido a que los capilares en las vellosidades son
fenestrados y tienen una gran superficie, están
bien preparados para la absorción de nutrientes
desde la luz intestinal. La sangre venosa retira la
mayor parte de los nutrientes hidrosolubles
absorbidos para luego llevarlos hacia la vena
porta. Los nutrientes lipofílicos se dirigen hacia el
centro de la vellosidad e ingresan hacia el vaso
quilífero de la vellosidad. La linfa lleva estas
sustancias hacia el torrente sanguíneo a través
del conducto torácico.
El flujo sanguíneo del tracto
gastrointestinal se incrementa
hasta ocho veces luego de una
comida (hiperemia postprandial)
El flujo sanguíneo intestinal en reposo es
típicamente de 30 mL/min cada 100 g de tejido.
De todas maneras puede alcanzar los 250 mL/min
durante el pico de la hiperemia luego de una
comida. Este incremento del flujo luego de la
ingesta refleja la compleja interacción de diversos
factores.
Primero, el SNC inicia una respuesta
“anticipatoria “que incrementa el flujo sanguíneo
esplácnico con el solo hecho de pensar en comida
–lo que corresponde a la fase cefálica de la
secreción gástrica y pancreática.
Segundo, la actividad metabólica de la mucosa
durante la digestión y absorción depende
principalmente de la tasa de transporte activo de
sustancias a través del epitelio. Estas actividades
producen
metabolitos
consumen
O2 y
vasodilatadores (por ejemplo, adenosina y CO2)
que incrementan el flujo sanguíneo local.
Tercero, la absorción de nutrientes genera
hiperosmolaridad en la sangre y el vaso linfático,
lo que por sí misma incrementa el flujo
sanguíneo.
Cuarto, durante la digestión el tracto
gastrointestinal libera varias hormonas, algunas
de las cuales son vasoactivas. De estas, la
colecistoquinina y la neurotensina pueden
alcanzar suficiente concentración en la circulación
local como para promover el aumento de flujo.
183
Sección IV • El sistema cardiovascular
Figura 24-7 Circulación esplácnica.
184
Capítulo 24 • Circulaciones especiales
El intestino epitelial también puede liberar varias
quininas (como por ejemplo, bradiquinina), las
cuales son poderosos vasodilatadores. La
magnitud de la hiperemia postprandial depende
de la naturaleza del contenido luminal. Los ácidos
biliares y las grasas parcialmente digeridas son
particularmente efectivas al promover la
hiperemia al actuar en quimiorreceptores de la
mucosa intestinal.
El sistema circulatorio no distribuye igualmente el
incremento del flujo sanguíneo esplácnico hacia
diferentes órganos. Luego de una comida el flujo
sanguíneo se incrementa secuencialmente a lo
largo del sistema gastrointestinal, primero en el
estómago y luego en los segmentos más distales.
En todos los segmentos el flujo sanguíneo a
través de las capas musculares provee
principalmente nutrición a las células musculares
lisas. Así, el flujo a través de la vellosidad y los
vasos submucosas interviene en la absorción de
los alimentos, la secreción de electrolitos, fluidos
y enzimas. Después de comer, el flujo sanguíneo
esplácnico se eleva de 2 a 4 horas reflejando la
vasodilatación de la capa mucosa. Como en el
corazón y el músculo esquelético, la contracción
del músculo del intestino (i.e., peristaltismo)
disminuye el flujo sanguíneo, probablemente
como resultado de la presión aplicada por la capa
muscular.
La actividad simpática contrae
directamente los vasos esplácnicos,
mientras que la parasimpática los
dilata
El tracto gastrointestinal está dotado con su
propia división del sistema nervioso autónomo
(SNA), el sistema nervioso entérico (SNE). El SNE
es independiente del SNC, con neuronas
sensitivas, la capacidad de integrar y procesar la
información y neuronas motoras. Uno de los
componentes del SNE, el plexo mientérico o de
Auerbach, libera neurotransmisores vasoactivos.
De todas maneras, este plexo alcanza su mayor
influencia en el flujo sanguíneo al controlar la
actividad peristáltica del músculo liso intestinal.
La división entérica manda la información hacia
los ganglios periféricos y el SNC. El SNE también
recibe información desde la división simpática y
parasimpática
del
SNA.
Las
neuronas
posganglionares simpáticas se originan en el
ganglio celíaco y los ganglios mesentéricos, los
que envían fibras nerviosas que viajan junto con
las arterias hacia todos los órganos esplácnicos.
Con excepción de los capilares, todos los vasos
sanguíneos reciben inervación simpática. La
influencia predominante es la vasoconstricción
simpática, mediada por la norepinefrina y los
receptores α adrenérgicos del músculo liso. La
vasoconstricción ocurre tanto en la capa muscular
como en la mucosa. La vasoconstricción disparada
por los ganglios simpáticos puede disminuir el
flujo sanguíneo a menos de 10 mL/min cada 100 g
de tejido (i.e., ~25% del valor de reposo).
Las fibras preganglionares parasimpáticas viajan
hacia el intestino a través de los nervios pélvicos
o vagos, que contactan con las neuronas
simpáticas posganglionares ubicadas en la pared
intestinal. El efecto de la actividad parasimpática
sobre el flujo sanguíneo es indirecto, estimulando
la motilidad intestinal y la secreción glandular la
cual eventualmente incrementa el metabolismo
intestinal y así el flujo sanguíneo.
Cambios
en
la
circulación
esplácnica regulan la resistencia
total periférica y la distribución del
volumen sanguíneo
La circulación esplácnica actúa tanto como un
sitio de resistencia ajustable o como un reservorio
de sangre. Durante el ejercicio, cuando el flujo
sanguíneo se incrementa hacia el músculo
esquelético en actividad la vasoconstricción
simpática de los vasos de resistencia esplácnicos
disminuye la proporción del gasto cardíaco que se
dirige hacia las vísceras. Así, los calambres
abdominales pueden resultar del intento de hacer
el ejercicio demasiado rápido luego de comer,
cuando el tracto gastrointestinal continúa
demandando flujo sanguíneo para sustentar sus
actividades digestivas y absortivas.
La circulación esplácnica contiene ~15% del
volumen sanguíneo total, con la mayor parte
contenida en el hígado, la vasoconstricción
simpática de los vasos de capacitancia puede
rápidamente movilizar alrededor de la mitad de
este volumen sanguíneo. Durante el aumento del
185
Sección IV • El sistema cardiovascular
tono simpático, la vasoconstricción arteriolar
esplácnica reduce la perfusión, dando como
resultado el colapso pasivo de las venas
esplácnicas. La sangre contenida en estas venas
se mueve a través de la vena cava inferior,
incrementando el volumen sanguíneo circulante.
Con un incremento mayor de la actividad
simpática, como ocurriría durante un ejercicio
intenso o una hemorragia severa, la
vasoconstricción activa movilizaría aún más
sangre ayudando a mantener la presión arterial.
El ejercicio y las hemorragias
pueden reducir sustancialmente el
flujo sanguíneo esplácnico
Una reducción del flujo sanguíneo lleva a la
producción de metabolitos vasodilatadores (como
por ejemplo adenosina y CO2), los cuales
estimulan la vasodilatación arteriolar e
incrementan el aporte de O2. De todas maneras,
durante el ejercicio máximo o en una hemorragia
grave, el flujo sanguíneo hacia el intestino puede
llegar a disminuir hasta un 25% de su valor de
reposo.
Afortunadamente,
reducciones
temporarias en el flujo sanguíneo esplácnico
pueden ocurrir sin una grave deprivación de O2.
En reposo las vísceras extraen solo un ~20% del
O2 transportado por la sangre, así esta extracción
puede incrementarse varias veces. De todas
maneras, largos períodos de tiempo con
compromiso del flujo sanguíneo esplácnico
pueden dañar irreversiblemente el parénquima
intestinal.
Luego de una hemorragia severa y de una
sostenida vasoconstricción esplácnica, el epitelio
de la mucosa esplénica muere, incluso aunque se
restaure el flujo sanguíneo. El eventual recambio
celular ocurre particularmente en la punta de las
vellosidades donde las células epiteliales son más
susceptibles a la isquemia. A medida que esto
ocurre, parecería que las enzimas pancreáticas
generan “activadores” que entran a la circulación
y generan falla multiorgánica. Por ejemplo, estos
factores pueden llevar a una caída irreversible en
la función cardíaca.
En una situación
experimental, uno puede evitar el daño al
corazón al juntar la sangre que drena desde el
intestino durante los primeros minutos de la
186
reperfusión, previniendo el acceso de estas
sustancias hacia el corazón. Otra consecuencia
importante del daño epitelial es el shock
endotóxico, el cual resulta de la disrupción de la
barrera que normalmente previene que las
bacterias y toxinas escapen de la luz intestinal y
entren a la circulación sistémica y la cavidad
peritoneal.
El hígado recibe sangre desde la
circulación sistémica y portal
El hígado recibe aproximadamente un cuarto del
gasto cardíaco en reposo. De este flujo ~25% es
sangre arterial que le llega por la arteria hepática,
el restante 75% viene de la vena porta, que drena
el estómago, intestino, páncreas y bazo (Fig. 247A). Debido a que la sangre venosa portal ya
entregó la mayor parte de su O2, la arteria
hepática aporta ~75% del O2 llevado por el
hígado.
Las ramificaciones pequeñas de la vena porta dan
origen a las vénulas portales terminales, y las
ramificaciones de la arteria hepática dan origen a
las arteriolas hepáticas. Estas dos fuentes
independientes que llevan sangre al hígado
entran por la parte periférica de los lobulillos
hepáticos. La sangre fluye hacia los sinusoides, los
cuales forman la red capilar del hígado. Los
sinusoides convergen en el centro de los lóbulos
para formar las vénulas hepáticas (i.e., vénula
centrolobulillar), las cuales convergen para
formar la vena hepática y finalmente descargar su
sangre en la vena cava inferior. Dentro de los
sinusoides, ocurre un rápido intercambio entre la
sangre y los hepatocitos debido a que las células
endoteliales tienen grandes fenestraciones. Así,
los sinusoides hepáticos son mucho más
permeables a las proteínas que los capilares de
cualquier otro lugar del cuerpo. El flujo sanguíneo
desde el tracto gastrointestinal pasa por las
células reticuloendoteliales del hígado que
remueven bacterias y partículas, previniendo el
acceso de material potencialmente dañino hacia
la circulación general.
La presión arterial media en la vena porta es
normalmente de 10 a 12 mmHg. En contraste, la
presión en la arteria hepática promedia los 90
mmHg. Estos dos sistemas con grandes
Capítulo 24 • Circulaciones especiales
diferencias de presión irrigan los sinusoides (8 a 9
mmHg). Estos drenan en las venas hepáticas (~5
mmHg) las cuales terminan en la vena cava (2 a 5
mmHg). Estos valores nos llevan a tres
conclusiones. Primero, debe haber una gran
resistencia “precapilar” entre la arteria hepática
(90 mmHg) y los sinusoides (8 a 9 mmHg), que
cause la caída de la presión arterial. Si la presión
sinusoidal fuera alta como en un capilar típico (25
mmHg), la sangre fluiría desde la arteria hepática
por los sinusoides y luego hacia la vena porta.
Segundo, debido a que la presión en la vena porta
(10 a 12 mmHg) es apenas mayor que la que hay
en los sinusoides (8 a 9 mmHg), la resistencia
precapilar debe ser muy baja. Tercero, debido a
que la presión en los sinusoides es apenas mayor
que en la vena hepática, la resistencia de los
sinusoides también debe ser extremadamente
baja.
Como resultado de la hemodinamia particular del
hígado, los cambios de presión dentro de la vena
hepática llevan a efectos profundos en el
intercambio de fluidos en la pared de los
sinusoides. Por ejemplo, en la falla cardíaca
congestiva derecha, la presión elevada de la vena
cava puede llevar al a trasudación de fluidos del
hígado al a cavidad peritoneal, condición
conocida como ascitis.
Un cambio en el flujo sanguíneo de una de las
fuentes que lleva sangre al hígado conduce a un
cambio reciproco en el flujo de la otra fuente. De
todas formas, estos ajustes no estabilizan
completamente el flujo sanguíneo hepático. Por
ejemplo, si el flujo a través de la arteria hepática
disminuye, la presión dentro de los sinusoides cae
ligeramente, llevando a un incremento del flujo
desde la vena porta hacia los sinusoides. Cuando
el flujo a través de la vena porta disminuye,
factores metabólicos disparan un incremento en
el flujo desde el sistema arterial hepático. El
aporte arterial hepático posee autorregulación el
cual está ausente en el sistema venoso portal.
Con cambios en el aporte de O2, el hígado
compensa con los correspondientes cambios en la
tasa de extracción de O2. De esta manera el
hígado tiende a mantener constante su consumo
de O2.
Hipertensión portal
Los hígados cirróticos se encuentran encogidos, duros, con cicatrices y atravesados por bandas de tejido fibrótico. La causa más
común de cirrosis en los Estados Unidos es el alcoholismo crónico, pero en el mundo, la hepatitis B y C son también causas muy
comunes. De manera menos frecuente, enfermedades heredadas como la hemocromatosis (sobrecarga de hierro), y la
enfermedad de Wilson (alteraciones en el metabolismo del cobre), pueden ser responsables, así como enfermedades de
etiología poco clara como la cirrosis biliar y la colangitis esclerosante.
Cuando el daño al hígado se vuelve grave, las consecuencias clínicas de la cirrosis pueden ser amenazantes para la vida. La tasa
de supervivencia a 5 años es la misma que para los pacientes que tienen cáncer de pulmón primario –menos del 10%. Las tres
complicaciones principales de la cirrosis son las anormalidades metabólicas, la hipertensión portal y la encefalopatía hepática.
Anormalidades metabólicas
La incapacidad del hígado para mantener sus actividades sintéticas normales resulta en un amplio rango de problemas
metabólicos. Tanto los niveles de albúmina como los de colesterol caen, y el tiempo de protrombina aumenta, indicando la falla
+
+
del hígado para producir las proteínas de la cascada de la coagulación. La disminución de los niveles plasmáticos de K y Na
anuncian el inicio de la falla renal, una consecuencia del síndrome hepatorrenal.
Hipertensión portal
Las cicatrices que acompañan a la cirrosis provocan un incremento en la resistencia al flujo sanguíneo a través del hígado.
Cuando la presión venosa portal se incrementa, los signos y síntomas de la hipertensión portal pueden aparecer. El incremento
en la presión venosa portal lleva al incremento en la presión de capilares esplácnicos. Las fuerzas de Starling (ver capítulo 20)
promueven, así, la filtración y extravasación de fluido. El edema abdominal resultante (i.e., la acumulación de fluido en el
intersticio), puede progresar hacia una ascitis (i.e., fluido en la cavidad peritoneal). A medida que la presión portal continua
aumentando, una porción de la sangre portal comienza a fluir a través de las anastomosis portosistémicas y, de esta manera,
dilatándolas. Estas anastomosis están presentes en la porción inferior del esófago, en la zona umbilical, en el recto y en el
retroperitoneo. La dilatación de los vasos en el esófago inferior puede conducir al desarrollo de várices esofágicas. Estas venas, y
venas similares del estómago, pueden romperse y provocar hemorragias amenazantes para la vida.
(continúa)
187
Sección IV • El sistema cardiovascular
Cuando las várices se asocian a sangrados recurrentes, los médicos pueden inyectar agentes esclerosantes directamente en estos
vasos, un procedimiento llamado escleroterapia. Sin embargo, luego de la escleroterapia, los resangrados no son infrecuentes, así
como las complicaciones, incluida la perforación, las estenosis fibróticas, las infecciones y la aspiración. Es posible prevenir la
ruptura de las várices en algunos pacientes al colocarles una derivación intrahepática portosistémica. Se introduce un catéter a
través de la vena yugular hacia el hígado y luego se coloca un stent entre las ramificaciones de la vena hepática y de la vena portal,
permitiendo a la sangre portal derivar directamente hacia la vena cava.
En algunos casos de hipertensión portal, la intervención quirúrgica es necesaria. Las derivaciones portocava (i.e., aquellas que unen
la vena portal con la vena cava inferior) pueden detener los resangrados y reducir la hipertensión portal, pero la encefalopatía
hepática (ver luego) puede ocurrir y la mortalidad global no disminuye. La derivación esplenorrenal distal es ahora la opción más
popular de tratamiento. Es eficaz en la prevención de los resangrados, y dado que deriva solo una porción de la sangre que va al
hígado (i.e., solo la sangre que sale del bazo; Fig. 24-7A), está asociada a una incidencia mucho menor de encefalopatía.
Encefalopatía hepática
Aunque las cicatrices fibrosas del hígado incrementan su resistencia vascular, la perfusión se mantiene estable durante un tiempo.
Sin embargo, como hemos visto recién, eventualmente parte del flujo sanguíneo portal se deriva del hígado dañado hacia las venas
sistémicas, a través de las anastomosis preexistentes. Dado que el hígado es un órgano crítico para la remoción e inactivación de
sustancias tóxicas generadas por el propio metabolismo o por agentes farmacológicos, estas toxinas se desvían de la circulación
hepática e ingresan directamente en las venas sistémicas aumentando su concentración sistémica. Si estas toxinas (como el NH3,
por ejemplo) cruzan la barrera hematoencefálica pueden provocar encefalopatía.
LA PIEL
La piel es el órgano más grande del
cuerpo
La piel es la barrera principal entre el medio
interno y el ambiente no regulado del mundo
exterior.
La
piel
normalmente
está
sobreperfundida en relación a sus requerimientos
nutricionales. Así, el control metabólico local del
flujo sanguíneo de la piel tiene poca importancia
funcional. Sin embargo, cambios en el flujo
sanguíneo hacia la piel juegan un rol central en la
regulación de la temperatura corporal.
En términos de flujo sanguíneo, podemos dividir a
la piel en una parte apical (Fig. 24-8A), la cual está
presente en la nariz, labios, oídos y pies, y una
parte no apical (Fig. 24-8B). Así, como en otros
lechos vasculares, las arteriolas se transforman en
capilares, los cuales se reúnen para formar las
vénulas. Los capilares solo llegan hasta la dermis;
la epidermis no tiene aporte sanguíneo. Las
vénulas que son parte de un plexo vascular cerca
del borde dermoepidérmico pueden tener un
volumen apreciable de sangre, impartiéndole a la
piel un matiz rosado en personas con piel clara.
Cuando el flujo cutáneo disminuye, este volumen
de sangre también lo hace, disminuyendo el
componente rojizo del color de piel (palidez). El
flujo nutricional local a través de los esfínteres
188
precapilares y capilares está bajo control de
metabolitos vasodilatadores locales y estímulos
sensoriales (por ejemplo, temperatura, dolor).
Por ejemplo, los lechos vasculares pueden
responder
a
los
cambios
térmicos
independientemente de la actividad nerviosa
simpática: los vasos sanguíneos se dilatan cuando
la piel es calentada directamente y se contraen
cuando es enfriada. Sumado a los efectos de los
metabolitos locales y el enfriamiento y
calentamiento local, el flujo sanguíneo hacia la
piel está bajo control neural simpático.
Incrementos en la temperatura central
incrementan el flujo hacia la piel, llevando a una
pérdida de calor. La disminución de la
temperatura central resulta en un efecto opuesto,
conservando el calor. En contraste a otros lechos
vasculares, este control neural es mucho más
importante que el control metabólico local en la
regulación global del flujo sanguíneo hacia la piel.
Anastomosis
arteriovenosas
especializadas ayudan a controlar la
pérdida de calor
Piel Apical La piel apical en las extremidades del
cuerpo tiene una relación superficie-volumen
muy alta que favorece la pérdida de calor. La
circulación a estas regiones tiene una
característica inusual- anastomosis arteriovenosas
Capítulo 24 • Circulaciones especiales
llamadas cuerpos glómicos. (Estos cuerpos
glómicos no están relacionados con las células
glómicas de los quimiorreceptores periféricos.)
Los cuerpos glómicos son nódulos pequeños que
se encuentran en muchas partes del cuerpo,
incluyendo las orejas, almohadillas de los dedos y
en los lechos ungueales. A medida que la arteriola
aferente ingresa a la cápsula de tejido conectivo
del cuerpo glómico, se vuelve un vaso con una
pequeña luz y una pared muscular gruesa que
comprime las múltiples capas de células
mioepitelioides. Estos vasos –que poseen una rica
inervación simpática- se conectan con venas
cortas y de pared fina que eventualmente drenan
en las grandes venas de la piel. Las anastomosis av, las cuales se encuentran involucradas en el
intercambio de calor, están dispuestas en
paralelo con los capilares de la piel, los cuales
están involucrados en el intercambio nutricional
(Fig. 24-8A).
Figura 24-8 Flujo sanguíneo hacia la piel. A, en la piel apical, los cuerpos glómicos (anastomosis arteriovenosas) pueden
alcanzar una densidad de ~500 por cm2 en los lechos ungueales. B, la piel no apical carece de cuerpos glómicos. Las
fibras simpáticas posganglionares liberan norepinefrina (NE) causando vasoconstricción. Las fibras simpáticas
preganglionares liberan acetilcolina (ach) y causan vasodilatación, quizás mediada por la formación de bradiquinina.
Los vasos anastomóticos están más bien bajo
control neural que bajo control de los metabolitos
locales, y juegan un rol crítico en la regulación de
la temperatura. En estas regiones apicales, el flujo
sanguíneo está bajo el control de las fibras
simpáticas que liberan norepinefrina y de esa
forma contrae las arteriolas, las anastomosis y las
vénulas. De esta forma, el incremento del tono
simpático que ocurre en respuesta a la
disminución de la temperatura central genera
vasoconstricción en las anastomosis a-v, una
caída del flujo sanguíneo y una reducción de la
pérdida de calor.
La máxima estimulación
simpática puede obliterar completamente la luz
de los vasos anastomóticos reduciendo
inmensamente el flujo total hacia la piel. Por otro
lado, cuando la temperatura central aumenta, la
caída del tono simpático conduce a una
189
Sección IV • El sistema cardiovascular
vasodilatación pasiva; es decir no hay
vasodilatación activa en la piel apical. De hecho,
bloquear la inervación simpática de una mano en
un ambiente térmico neutral puede incrementar
el flujo cuatro veces por encima del nivel basal.
Entonces, el tono simpático de la vasculatura de
la piel apical es esencial en reposo.
Piel no apical El cuerpo usa distintas formas para
regular el flujo sanguíneo en la piel no apical. Una
diferencia importante es que la vasculatura de
esta piel carece casi completamente de
anastomosis a-v. Una segunda diferencia es que
aquí hay dos tipos de inervación simpática.
Algunas liberan norepinefrina y otras acetilcolina.
La vasoconstricción ocurre en respuesta a la
liberación de norepinefrina. En contraste con la
situación con la piel apical, el bloqueo de la
inervación simpática de la piel no apical en un
ambiente térmico neutral produce pequeños
cambios en el flujo sanguíneo de la piel,
demostrando poca actividad vasoconstrictora en
reposo.
La vasodilatación en la piel no apical ocurre en
respuesta a la liberación simpática de acetilcolina.
De hecho el bloqueo de la inervación simpática
hacia la piel no apical en un ambiente cálido
produce vasoconstricción y un descenso en el
flujo sanguíneo de la piel, demostrando
vasodilatación neural directa antes del bloqueo.
El mecanismo preciso de la vasodilatación es poco
claro. Uno de los mecanismos propuestos es que
la acetilcolina estimula las glándulas sudoríparas
ecrinas, causando la secreción de sudor, así como
de enzimas que llevan a la formación de
moléculas vasoactivas. Por ejemplo, las células
glandulares liberan calicreina, una proteasa que
convierte quininógenos en quinina, uno de los
cuales es la bradiquinina. Estas quininas pueden
actuar de forma parácrina en los vasos
sanguíneos cercanos para relajar las CMLV y de
esta forma incrementar la perfusión local. Las
neuronas simpáticas colinérgicas pueden causar
vasoconstricción por una segunda vía que
involucra la coliberación de neurotransmisores
vasodilatadores (por ejemplo, el péptido
relacionado a la calcitonina, péptido vasoactivo
intestinal) que actúan directamente en las CMLV
independientemente
de
las
glándulas
sudoríparas. Pruebas de esta segunda vía es que
190
la vasodilatación no puede ser bloqueada por la
atropina.
Estímulos mecánicos provocan
respuestas vasculares locales en la
piel
La reacción blanca Si la piel es acariciada
suavemente con un instrumento puntiagudo, una
línea blanca aparece en el camino marcado por el
instrumento. La respuesta inmediata se atribuye a
la expulsión pasiva de sangre por la fuerza
mecánica externa. Durante los siguientes 15 a 60
segundos la reacción blanca que sobreviene es
causada por la contracción del CMLV y los
podocitos en respuesta al estímulo mecánico.
Esta respuesta activa tiene el efecto de vaciar los
“loops” capilares, las vénulas de colección y los
plexos venosos subpapilares siguiendo el trazo de
la línea marcada.
La triple respuesta Si el instrumento puntiagudo
es apretado con más fuerza sobre la piel, una
serie de respuestas sobrevienen que se conocen
colectivamente como la triple respuesta. Dentro
de algunos segundos aparece una banda rojiza
debido a la vasodilatación local y el incremento
en la perfusión de los capilares y vénulas aparece
en el área perturbada. Esta reacción roja es
independiente de la inervación y puede persistir
por unos minutos. La causa presumida es la
liberación local de una sustancia vasodilatadora
(por ejemplo histamina) desde células que fueron
perturbadas por la agresión mecánica.
Si el estímulo es suficientemente fuerte o
repetido el enrojecimiento de la piel no se
restringe solo a la línea, sino que se extiende a las
regiones circundantes. Esta reacción “en
llamarada” aparece varios segundos después que
el enrojecimiento localizado y se debe a la
dilatación de las arteriolas. La reacción en
llamarada depende de mecanismos nerviosos
locales, conocidos como reflejo axonal, que
depende de la ramificación de una fibra nerviosa
única. Un estímulo aplicado a una ramificación
(que contiene el receptor sensorial) da origen a
un potencial de acción que viaja centralmente
hasta el punto de origen de la ramificación. Desde
este punto, la señal aferente viaja tanto
Capítulo 24 • Circulaciones especiales
anterógradamente hacia la médula espinal como
retrógradamente a lo largo de las ramificaciones
colaterales. Como resultado, estas ramificaciones
colaterales liberan los neurotransmisores
vasodilatadores. Cortar la fibra nerviosa en el sitio
de ramificación colateral que viaja hacia la
médula elimina la consciencia del estímulo, pero
no elimina la reacción en llamarada hasta que la
fibra degenere. Cuando el estímulo es incluso más
intenso, como un latigazo, la piel a lo largo de la
línea de daño desarrolla inflamación localizada
conocida como eritema. Este edema local resulta
del incremento de la permeabilidad capilar (por
ejemplo, en respuesta a la histamina) a medida
que la filtración excede a la reabsorción. La
roncha está precedida y finalmente remplaza a la
reacción roja, apareciendo a los pocos minutos y
está usualmente rodeada por la reacción en
llamarada.
191
Capítulo 25 • Control integrado del sistema cardiovascular
CAPÍTULO
25
CONTROL INTEGRADO DEL SISTEMA
CARDIOVASCULAR
Emile L. Boulpaep
En los capítulos anteriores estudiamos la
regulación del sistema cardiovascular a diferentes
niveles. Poderosos mecanismos sistémicos
operan en el control a corto y largo plazo de la
presión arterial y el gasto cardíaco. De manera
independiente a estos, operan mecanismos
locales de control, que regulan el flujo sanguíneo
a nivel de la microcirculación. Sumado a esto,
cada órgano tiene sus propias herramientas para
regular su flujo en función de sus requerimientos
específicos. En este capítulo, integraremos todo y
aprenderemos cómo el sistema cardiovascular
integra los complejos sistemas de regulación
sistémicos, locales e individuales en respuesta a
las demandas de la vida diaria.
INTERACCIÓN
ENTRE
LOS
DIFERENTES SISTEMAS DE
CONTROL
DEL
SISTEMA
CARDIOVASCULAR
El
control
del
sistema
cardiovascular
involucra
interacciones lineales, ramificadas y
conectadas
En los capítulos precedentes hemos presentado
las respuestas fisiológicas en una secuencia lineal
o en un gráfico de líneas. Por ejemplo, podemos
representar la retroalimentación del sistema
barorreceptor carotídeo como una secuencia
lineal de eventos (Fig. 25-1A). De todas maneras,
los parámetros cardiovasculares y la respuesta
fisiológica asociada están a menudo relacionados
por múltiples factores, requiriendo una forma
más compleja de organización denominada
diagrama de árbol. Por ejemplo, en nuestra
discusión sobre el control del gasto cardíaco,
comenzamos con el dato de que el gasto cardíaco
depende de dos parámetros –volumen sistólico y
frecuencia cardíaca. Así, con nuestro primer paso,
llegamos a una bifurcación en el camino –un
ejemplo de diagrama de árbol (Fig. 25-1B). En el
siguiente nivel, encontramos un par de
bifurcaciones más debido a que el volumen
sistólico y la frecuencia cardíaca dependen de dos
parámetros. Finalmente, en un tercer nivel,
vemos que cada uno de los determinantes del
volumen sistólico y la frecuencia cardíaca
dependen de múltiples factores.
El
control
de
algunos
parámetros
cardiovasculares es aún más complejo,
requiriendo que grafiquemos ramificaciones aún
más pequeñas. Por ejemplo, sabemos por la ley
de Ohm que la presión arterial media depende
del gasto cardíaco (y de todos los elementos del
diagrama de árbol de la Fig. 25-1B) y de la
resistencia periférica, lo cual requiere un
diagrama de árbol propio (Fig. 25-1C). Además, a
veces un elemento en una parte del “bosque”
interactúa con otro elemento que está más lejos.
Un sistema fisiológico con estas interacciones
complejas es mejor representado por un
diagrama conectado, el cual puede incluir “loops”
de retroalimentación (Fig. 25-1C, flechas rojas),
parámetros que aparecen más de una vez en el
árbol (conectados por una línea discontinua roja),
o factores que modulan parámetros en dos
ramificaciones diferentes del árbol (conectados
por líneas marrones). Aunque no se muestra en la
figura 25-1C, varios sistemas de retroalimentación
pueden afectar a un solo elemento, y algunos
“loops” son más dominantes que otros.
192
Sección IV • El sistema cardiovascular
Figura 25-1 Patrones del control cardiovascular. A, el reflejo barorreceptor está representado como si el incremento
de la presión afectara a un único receptor de estiramiento, el cual afecta en última instancia a un único efector (i.e., el
músculo liso vascular). B, el gasto cardíaco depende de muchos parámetros, los cuales dependen también de muchos
parámetros y así sucesivamente. De todas maneras, ignoramos interacciones potenciales entre los parámetros. C, un
árbol ramificado representa el control de la presión arterial media. En la rama izquierda se repite B. Superpuesto a este
simple árbol hay tres interacciones más complejas: (1) los “loops” de retroalimentación (flechas rojas), (2) la aparición
del mismo parámetro dos veces (conectado por la línea intermitente roja), y (3) ejemplos de parámetros ejerciendo su
efecto en dos diferentes ramas del árbol (flechas marrones). ANS, sistema nervioso autónomo.
193
Capítulo 25 • Control integrado del sistema cardiovascular
Las complejas interacciones entre los distintos
parámetros hacen difícil la distinción entre
factores de importancia primordial y aquellos de
menor peso. También, cuando se altera un único
parámetro de un sistema fisiológico complejo, el
estado inicial de los demás parámetros determina
el estadío final del sistema. En capítulos
anteriores, hemos aislado artificialmente una
porción del sistema cardiovascular (por ejemplo,
el corazón, o la microcirculación) para explicar de
una forma simple los mecanismos de control
homeostático que gobiernan ese subsistema. Sin
embargo, el aislamiento de las condiciones de los
subsistemas raramente se aplica a las personas.
¿Cómo podemos evaluar cuales parámetros son
cruciales? Como un ejemplo, consideremos un
subsistema como el corazón. Asumamos que
podemos analizar rigurosamente todos los
determinantes de la función cardíaca –como la
ley de Starling, las relaciones fuerza-velocidad, los
efectos de la frecuencia cardíaca en la
contractilidad y muchos más. Este análisis toma la
forma de expresiones matemáticas, a las cuales
podemos combinar por análisis de sistemas para
crear un modelo que describa el comportamiento
del corazón entero –al menos teóricamente.
¿Cómo podemos probar si nuestro modelo es
razonable? Podemos comparar las respuestas
fisiológicas del corazón in vivo con las respuestas
predichas por una simulación computada de
nuestro modelo. Usando esta aproximación,
podemos ser capaces de establecer si estamos
usando los “loops” de retroalimentación
correctos, si asignamos los valores apropiados a
varios elementos y si le asignamos el peso
adecuado a cada interacción. De esta forma,
podemos usar cualquier concordancia entre los
datos experimentales y el desempeño de nuestro
modelo como prueba –pero no como certeza- de
que los conceptos contenidos en nuestro modelo
son razonables.
La
regulación
del
sistema
cardiovascular depende de la
acción integrada de múltiples
subsistemas de control así como de
controles no-cardiovasculares
En el análisis global del sistema cardiovascular,
debemos considerar las interrelaciones entre los
distintos subsistemas descriptos en el recuadro
amarillo de la figura 25-2. No es sorprendente
que no podamos entender completamente cómo
una alteración particular afecta la circulación
completa a menos que consideremos todos los
subsistemas de una manera integrada. Por
ejemplo, consideremos los efectos de administrar
norepinefrina, la cual tiene una alta afinidad por
los adrenorreceptores α1, menor por los β1, y
mucho menor por los β2. Estos receptores están
presentes, en distintos grados, tanto en los vasos
sanguíneos como en el corazón. Un árbol
diagrama de árbol predeciría lo siguiente. Porque
los receptores α1 aderenérgicos (de alta afinidad)
están presentes en la mayoría de los lechos
vasculares, esperamos una vasoconstricción
generalizada. Porque los receptores β2 (de baja
afinidad) están presentes solo en algunos lechos
vasculares, predecimos poca vasodilatación.
Porque los receptores β1 (de afinidad intermedia)
están presentes en las células marcapasos y
miocárdicas del corazón anticipamos un
incremento tanto de la frecuencia cardíaca como
de la contractilidad y, en consecuencia, un
incremento del gasto cardíaco.
Aunque nuestros análisis predicen que la
frecuencia cardíaca debería incrementarse, en la
mayoría de los casos el efecto predominante de la
inyección intravenosa de norepinefrina es la
bradicardia. La explicación, la cual recae en un
diagrama conectado, es que la resistencia
periférica aumentada (por la estimulación de los
receptores α1) y el gasto cardíaco aumentado (por
la estimulación de los receptores β1) se combinan
para causar un incremento sustancial en la
presión arterial media. El reflejo barorreceptor
(ver flecha roja en la derecha de la Fig. 25-1C)
interviene instruyendo al corazón para disminuir
su frecuencia (ver capítulo 23). Sin embargo, la
bradicardia puede no ocurrir si muchos lechos
vasculares son dilatados antes de administrar la
norepinefrina; en este caso, el aumento en la
presión sanguínea sería modesto, la bradicardia
puede no ocurrir tampoco si el reflejo
barorreceptor fuera menos sensible, como es el
caso en los pacientes hipertensos crónicos (ver
194
Sección IV • El sistema cardiovascular
capítulo 23, en la cardiobox sobre este tema). Así,
el efecto de la administración intravenosa de
norepinefrina depende del estado preexistente
de varios subsistemas.
Al tratar de entender la respuesta integrada del
sistema cardiovascular a un insulto, debemos
incluir en nuestro análisis no solo a todos los
subsistemas del sistema cardiovascular, sino
también a los pertinentes sistemas de control
externos a la circulación (ver cajas azules en la
Fig. 25-2):
venoso. Un tercer ejemplo es que la perdida de
agua por evaporación durante la exhalación
reduce el agua corporal total y, en última
instancia, el volumen sanguíneo.
3. Órganos hematopoyéticos e hígado. Estos
sistemas controlan la composición de la sangre en
términos de los elementos formes y las proteínas
plasmáticas. El hematocrito y las proteínas
grandes (por ejemplo, fibrinógeno) son los
mayores determinantes de la viscosidad
sanguínea y por lo tanto del flujo sanguíneo.
Porque las proteínas plasmáticas también
influyen en la presión coloidosmótica, son un
componente importante de las fuerzas de
Starling, las cuales determinan la distribución del
líquido extracelular entre el intersticio y el plasma
sanguíneo (Ver capítulo 20).
4. Sistemas urinario y gastrointestinal. Debido a
que el tracto gastrointestinal y los riñones son los
principales órganos que determinan la entrada y
salida de agua y electrolitos, estos son los
responsables primordiales del control del
volumen y la composición electrolítica del líquido
extracelular (LEC). El LEC juega un rol central en el
control de la presión sanguínea a largo plazo.
Figura 25-2 Interacción de los subsistemas
cardiovasculares y los sistemas no cardiovasculares. GI,
gastrointestinal.
1. Sistema nervioso autónomo. Parte del sistema
nervioso autónomo (SNA) está íntimamente
involucrado en el control cardiovascular (por
ejemplo, la respuesta de los barorreceptores de
alta presión). Por otro lado, una activación del
SNA, tal como ocurre con la respuesta de lucha o
huída, también afecta a la circulación.
2. Sistema respiratorio. Hemos visto que la
actividad ventilatoria convierte la respuesta
bradicárdica intrínseca en taquicardia durante la
estimulación
de
los
quimiorreceptores
periféricos. Sumado a esto, la actividad de los
músculos respiratorios durante la inspiración
provoca que la presión intratorácica se vuelva
más negativa, incrementando así el retorno
195
5. Sistema endocrino. Parte del sistema
endocrino está íntimamente involucrado en el
control cardiovascular (por ejemplo, la liberación
de epinefrina por la médula adrenal). Otras
hormonas influyen al sistema cardiovascular por
ser tanto agentes vasoactivos como por regular el
volumen y la composición electrolítica del LEC al
actuar en los riñones y en el sistema
gastrointestinal.
6. Sistema de control de la temperatura. El
sistema cardiovascular es un importante órgano
efector de la termorregulación llevando sangre
desde la parte más interna del cuerpo hacia la
piel, donde la pérdida de calor ocurre. En parte,
esta pérdida de calor ocurre cuando las glándulas
sudoríparas secretan fluido que luego se evapora.
Así, la pérdida de líquido extracelular reduce el
volumen circulante efectivo.
La inclusión de elementos de control por fuera de
la circulación (Fig. 25-2) en nuestro diagrama
conectado del sistema cardiovascular (Fig. 25-1C)
Capítulo 25 • Control integrado del sistema cardiovascular
expandiría el modelo computacional para incluir
cientos
de
variables
independientes
y
dependientes. En lugar de tratar de comprender
un modelo tan exhaustivo, trabajaremos aquí la
respuesta cardiovascular integrada para cuatro
estresantes circulatorios: (1) ortostásis (i.e,
pararse), (2) estrés emocional, (3) ejercicio y (4)
hemorragia.
RESPUESTA ANTE LA POSTURA
ERECTA
Debido a la gravedad, pararse
tiende a mover la sangre desde la
cabeza y el corazón hacia las venas
de las piernas
Alrededor de dos tercios del volumen sanguíneo
total reside en el sistema venoso (ver capítulo
19). Cuando un sujeto recostado asume una
posición vertical, la sangre se mueve desde los
reservorios centrales y otras venas hacia las
grandes venas en los lechos inferiores. Al discutir
la figura 17-8B, asumimos que el sistema
cardiovascular de alguna manera realizó los
ajustes necesarios para mantener la presión de la
aurícula derecha (PAD) constante en valores
aproximados a +2 mmHg. De hecho, a menos que
intervengan los mecanismos regulatorios, la
redistribución
sanguínea
causaría
una
disminución de la presión arterial y del retorno
venoso; generando una caída del gasto cardíaco.
Para ilustrar el efecto de la redistribución
sanguínea en el retorno venoso, representaremos
el sistema circulatorio entero mediante un
cilindro horizontal y distensible de 180 cm de
longitud (la altura de nuestra persona) y 3 cm de
radio (Fig. 25-3A). Este cilindro tiene ~5000 mL de
sangre (la volemia normal). Sabemos que
inmediatamente después de un paro cardíaco, el
sistema vascular completo va a tener una presión
media de llenado sistémico (PMLS) de ~7 mmHg
(ver capítulo 23). La PMLS es la presión que
tendría el sistema cardiovascular en ausencia de
una bomba o efectos gravitatorios. Así, si un
sujeto está recostado y no tiene latidos cardíacos,
y si el sistema cardiovascular se llena con un
volumen de 5000 mL, la complacencia del sistema
producirá una presión uniforme de ~7 mmHg. Si
fuéramos a transfundir 100 mL adicionales a
nuestro cilindro, la PMLS se incrementaría ~1
mmHg. Podemos concluir que la complacencia,
expresada como una distensibilidad normalizada
(ver capítulo 19), es:
𝜟𝜟𝜟𝜟�
𝑽𝑽𝟎𝟎
𝑫𝑫𝑫𝑫𝑫𝑫𝑫𝑫𝑫𝑫𝑫𝑫𝑫𝑫𝑫𝑫𝑫𝑫𝑫𝑫𝑫𝑫𝑫𝑫𝑫𝑫𝑫𝑫𝑫𝑫 𝒓𝒓𝒓𝒓𝒓𝒓𝒓𝒓𝒓𝒓𝒓𝒓𝒓𝒓𝒓𝒓 =
𝜟𝜟𝜟𝜟
=
𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝟏𝒎𝒎𝒎𝒎�
𝟓𝟓𝟓𝟓𝟓𝟓𝟓𝟓𝒎𝒎𝒎𝒎
𝟏𝟏𝒎𝒎𝒎𝒎𝒎𝒎𝒎𝒎
= 𝟎𝟎. 𝟎𝟎𝟎𝟎
𝒎𝒎𝒎𝒎
𝒎𝒎𝒎𝒎 𝒙𝒙 𝒎𝒎𝒎𝒎𝒎𝒎𝒎𝒎
= 𝟎𝟎. 𝟎𝟎𝟎𝟎�𝐦𝐦𝐦𝐦𝐦𝐦𝐦𝐦
(25-1)
Así, por cada 2% de incremento en el volumen
sanguíneo, la PMLS del cilindro se incrementa en
1 mmHg.
¿Qué le pasaría a nuestro cilindro si lo ponemos
en posición vertical? Esta posición se llama
ortostásis (del Griego ortos [parado] + histani
[permanecer]). Dado que tenemos una columna
vertical de sangre de 180 cm de altura, ahora
debemos considerar a la gravedad (Fig. 25-3B).
Las mayores presiones se encontrarán en el fondo
del cilindro. (La figura 17-8B muestra que la
ortostásis cusa que la presión venosa en el tobillo
aumente de 5 a 100 mmHg.) De esta manera,
nuestro cilindro se distenderá máximamente en
su fondo, y esta distensión representará un
cambio en el volumen del sistema. El fondo del
cilindro
(correspondiente
a
las
“áreas
dependientes” de una persona) gana volumen,
mientras que su parte superior (i.e., la
correspondiente a la parte craneal de una
persona) lo pierde. De hecho, no habría sangre en
la parte superior del cilindro.
¿Cuánto caería la columna de sangre en nuestro
cilindro de 180 cm de altura? Si la distensibilidad
vascular global fuera de 0,02/mmHg, la altura de
la columna de sangre dentro del cilindro sería de
solo 100 cm. Si el corazón se encontrara 50 cm
debajo de la parte superior del cilindro, la parte
superior del líquido estaría ~30 cm por debajo del
196
Sección IV • El sistema cardiovascular
corazón. Así, no existiría retorno venoso al
corazón. Es más, la PAD sería negativa (-30 CmH2O, o unos -22 mmHg). Dado que el corazón no
puede crear un vacío de esta magnitud que
“succione” la sangre –de hecho, el corazón debe
ser llenado con una PAD positiva- el gasto
cardíaco caería a cero.
El sistema nervioso autónomo
media una “respuesta ortostatica”
que aumenta la frecuencia cardíaca
y la resistencia periférica, lo que
tiende a aumentar la presión
sanguínea
Si nuestro modelo predice que pararse causa que
la presión auricular derecha (PAD) caiga a -22
mmHg, ¿cómo se las arregla el organismo para
mantener una PAD de +2 mmHg en una persona
de pié? La respuesta es que la sangre que se
“acumula” durante la ortostásis en los vasos
dependientes es mucho menor que la que predice
la figura 25-3B, donde ~2,2 L desaparecen de la
parte superior del cilindro. La cantidad que
realmente es secuestrada en las piernas de una
persona parada es tan solo ~500 mL. Cuatro
factores principales ayudan a reducir este
secuestro y a mantener la PAD.
Figura 25-3 Modelo de la redistribución ortostatica de
sangre. A, un tubo horizontal (3 cm de radio, 180 cm
de altura) contiene la volemia completa (5 L). Sin flujo
sanguíneo, la presión dentro del tubo es uniforme y
corresponde a la presión media de llenado sistémico
de 7 mmHg. B, con el cilindro parado (ortostasis), la
presión se incrementa gradualmente hacia el fondo
provocando la distensión del mismo. Debido a que el
volumen sanguíneo se desplazó hacia el fondo, el nivel
superior de la sangre se encuentra 30 cm por debajo
del corazón, impidiendo el retorno venoso. C, la
reducción de la complacencia del tubo a la mitad causa
que su distensión también se reduzca a la mitad. Con
una disminución en el desplazamiento de la sangre, el
nivel superior de sangre ahora sí alcanza al corazón.
197
Distribución inicial no uniforme de la sangre En
nuestro ejemplo, la sangre se encuentra
distribuida de manera uniforme en todo el
cilindro. En un humano recostado, la mayor parte
de la sangre venosa se encuentra en el volumen
sanguíneo central (ver capítulo 19), esto es, los
vasos cercanos al corazón. Si una gran fracción de
sangre se encontrara en la cabeza, el cambio
ortostatico de sangre tendría un impacto aún más
dramático, como en la figura 25-3B. La mayor
parte de la sangre que se “acumula” en las
piernas de esos 500 mL proviene del
compartimiento vascular intratorácico. ¿Cómo es
la secuencia de eventos que ocurre cuando la
sangre se redistribuye durante la ortostasis?
Cuando uno se para, la descarga del corazón por
un par de latidos excede al retorno venoso al
compartimiento vascular torácico. Esta diferencia
de sangre es la que llena los vasos de las regiones
dependientes del organismo. El resultado es una
transferencia neta de sangre –por medio del
corazón- del compartimiento vascular torácico
hacia los vasos dependientes.
Distensibilidad no uniforme de los vasos En la
figura 22-3B asumimos una distensibilidad
relativa de 0.02/mmHg. Si en su lugar usamos una
Capítulo 25 • Control integrado del sistema cardiovascular
de 0.01/mmHg –esto es, si los vasos fueran
menos distensibles- pararse causaría un impacto
menos dramático en el desplazamiento de sangre
hacia los vasos dependientes, ~1,4 L (Fig. 25-3C)
en lugar de los ~2,2 L (Fig. 25-3B). Como
resultado, la altura de la columna sanguínea
caería desde los iniciales 180 cm a 130 cm (Fig.
25-3C) cuando la persona se pusiera de pié, en
lugar de caer hasta los 100 cm (Fig. 25-3B).
Asumir una distensibilidad menor para las venas
de las piernas es razonable dado que los vasos
pequeños son más rígidos que los grandes, como
la aorta o las venas cava. Con una distensibilidad
menor de 0.01/mmHg, la columna de sangre
alcanzaría justo a la altura del corazón. De hecho,
cuando un sujeto permanece parado y quieto, el
nivel de presión cero –la altura del cuerpo en la
que la presión vascular se equipara con la presión
atmosférica- se encuentra alrededor de la altura
de la aurícula derecha. Obviamente, si el sistema
circulatorio reduce su distensibilidad aún más a
través de la contracción del músculo liso vascular
(discutido luego), la altura de la columna de
sangre se incrementaría y mejoraría el retorno
venoso.
Bomba muscular Una compensación importante
ante la “acumulación” de sangre durante el
ortostatismo proviene de las contracciones del
músculo esquelético. Cuando una persona se
para, los músculos de las piernas y el abdomen se
contraen. La presencia de válvulas en las venas,
así como los movimientos musculares
intermitentes, contribuyen al flujo de sangre a lo
largo de las venas (ver figuras 22-7C y 24-6). Los
vasos de la región abdominal se mantienen casi
inafectados por la ortostasis debido que las
vísceras abdominales están contenidas por el
tono de los músculos abdominales.
Reflejo autonómico Debido a la disminución del
retorno venoso, el gasto cardíaco tiende a caer un
~20% cuando uno asume una postura erecta. De
todas maneras, la caída en el gasto cardíaco sería
aun mayor en la ausencia de un reflejo
autonómico. La disminución del retorno venoso
lleva a que la PAD caiga, la cual luego conduce a
una disminución en el volumen sistólico y en
consecuencia de la presión arterial. Los
barorreceptores de alta presión (ver capítulo 23)
sensan esa disminución en la presión, lo que
incrementa la descarga simpática que aumenta el
tono vascular, la frecuencia cardíaca y la
contractilidad. Juntos, la vasoconstricción
arteriolar (la cual aumenta la resistencia
periférica) y el aumento de la frecuencia cardíaca
restauran la presión arterial media, a pesar de la
reducción en el volumen sistólico. 1 En las partes
dependientes del cuerpo, la respuesta simpática
incrementa el tono de las venas, disminuyendo
así su diámetro y su capacidad (comparar B y C en
la Fig. 25-3).
En resumen, de los cuatro factores que
contribuyen a la estabilidad de la PAD durante la
ortostasis, dos son anatómicos (i.e., las
heterogeneidades en la distribución sanguínea y
en la distensibilidad) y dos son fisiológicos (i.e. la
bomba muscular y el reflejo autonómico). Los dos
mecanismos fisiológicos son más importantes. De
hecho, luego de una simpatectomía lumbar, los
pacientes tienden a desmayarse cuando se paran.
Sin embargo, luego de unos meses, son capaces
de compensar, quizás por un uso más eficiente de
la bomba muscular o por potenciar la respuesta
simpática cardíaca.
El grado de respuesta ortostatica –cuanto se
incrementa la frecuencia cardíaca o la resistencia
periférica por el control del SNC- depende de una
variedad de factores (Tabla 25-1), lo cual
involucra a todo el sistema cardiovascular. Dado
que estos factores pueden variar de persona a
persona, o incluso en un mismo individuo de
acuerdo a las circunstancias, la respuesta
ortostatica es muy variable. Ahora discutiremos
dos ejemplos de esta variabilidad.
Hipotensión postural En sujetos muy sensibles
acostados en una camilla inclinable, un cambio
brusco hacia la posición de parado puede
provocar una gran caída en la presión arterial que
puede llevar a que el individuo se sienta mareado
o incluso se desmaye. El desmayo es provocado
por una caída transitoria de la presión, lo que
lleva a una perfusión cerebral inadecuada.
1
NdT: De hecho, es tan importante esta respuesta
autonómica, que si a una persona al pararse la
frecuencia cardíaca no le aumenta ~15 latidos/min o
no le sube ~10 mmHg la presión arterial diastólica, se
sospecha una disfunción del sistema nervioso
autónomo.
198
Sección IV • El sistema cardiovascular
Efecto de la temperatura En un ambiente frío,
donde las arteriolas de las extremidades
inferiores están contraídas, la caída inicial de la
presión arterial puede ser pequeña, incluso ante
la diminución del volumen sistólico. La explicación
es que la alta resistencia arteriolar retrasa la
transferencia de sangre desde el compartimiento
torácico hacia las piernas. Como resultado, la
respuesta simpática ante una caída pequeña de la
presión ya estaría en curso antes de que la
“acumulación” de sangre en las piernas ocurra. En
un ambiente cálido, en el que las arteriolas de la
piel están más dilatadas, la ortostasis produce un
rápido desplazamiento de sangre desde el
compartimiento torácico hacia las piernas,
entonces –antes de que pueda desarrollarse la
respuesta simpática- la caída del volumen
sistólico y de la presión arterial media puede ser
más intensa. Así, cuando los soldados están
parados y quietos en un clima caluroso, la
probabilidad de que se desmayen es mayor que si
estuvieran marchando en un ambiente frío, esto
se da por las diferencias en la actividad de la
bomba muscular y el grado de vasoconstricción.
•
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•
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Volemia
Distribución de la volemia
Tamaño de los vasos en las regiones dependientes
Distensibilidad vascular
Presión media de llenado sistémico (PMLS)
Nivel al cual se localiza la “presión cero” en un individuo
particular
Grado de inclinación
Tono del músculo esquelético; fuerza y frecuencia de las
contracciones de los músculos esqueléticos
Suficiencia vascular
Tono muscular abdominal
Temperatura
Respuesta de los receptores de baja presión
Respuesta de los receptores de alta presión
Actividad del sistema simpático
Frecuencia cardíaca inicial
Contractilidad inicial
Sensibilidad del músculo liso vascular a la estimulación
simpática
Tabla 25-1 Factores que influyen en el grado de
respuesta ortostatica.
199
RESPUESTA
AL
EMOCIONAL AGUDO
ESTRÉS
La reacción de lucha o huida es una
respuesta simpática que está
controlada centralmente en la
corteza y el hipotálamo
Las respuestas emocionales varían ampliamente
entre las personas. Una reacción emocional
fuerte puede asemejarse a la respuesta de lucha
o huída en animales. Esta reacción de defensa
provoca un incremento generalizado en el tono
del músculo esquelético y en la atención a los
estímulos sensoriales.
El comportamiento de lucha o huída es un
ejemplo extremo de respuesta al estrés agudo
que se origina enteramente en el sistema
nervioso central (SNC), sin involucrar a sensores
periféricos ni arcos reflejos. La respuesta se debe
a la activación de centros en la corteza (Fig. 25-4),
los que activan a una parte del sistema límbico
llamada amígdala. La amígdala luego activa al
locus coeruleus, el cual se encuentra en la
protuberancia, así como también a los núcleos
hipotalámicos. Las neuronas noradrenérgicas del
locus coeruleus se proyectan a casi todo el SNC,
incluyendo los núcleos paraventriculares
hipotalámicos (NPV), los que producen tanto una
respuesta endocrina como nerviosa. La respuesta
endocrina de los NPV incluye (1) la liberación de
arginina vasopresina (AVP) por las neuronas
magnocelulares en los NPV, reduciendo así la
emisión de orina; y (2) la liberación de hormona
liberadora de corticotropina por las neuronas
parvocelulares de los NPV, activando al eje
hipotálamo-hipofisario-adrenal
y
liberando
cortisol, el cual es importante para la respuesta
metabólica a estrés. La respuesta nerviosa de los
NPV involucra proyecciones a (1) los núcleos
autonómicos en el tronco del encéfalo (núcleo
motor dorsal del vago, bulbo y NTS) los cuales son
parte del centro cardiovascular bulbar (ver
capítulo 23) y (2) proyecciones directas a la
columna intermedio lateral (Fig. 25-4).
La respuesta de lucha o huída global incluye lo
siguiente:
Capítulo 25 • Control integrado del sistema cardiovascular
1. Flujo sanguíneo al músculo esquelético. En
animales –pero quizás no en humanos- la
activación
de
las
neuronas
simpáticas
posganglionares
colinérgicas
directamente
provoca un rápido incremento en el flujo
sanguíneo hacia el músculo esquelético. En
humanos, así como en otros mamíferos, el flujo
también se incrementa pero más lentamente, de
forma secundaria y no tan dramática debido a
que la medula adrenal libera norepinefrina en la
circulación, la cual actúa en los receptores β2 de
los vasos sanguíneos del músculo esquelético. El
resultado es una vasodilatación y un incremento
en el flujo sanguíneo. En una respuesta de lucha o
huída completa, el músculo en ejercicio genera
metabolitos que incrementan aún más el flujo
sanguíneo (ver capítulo 24). Por supuesto, los
humanos no ejercitamos el músculo esquelético
en respuesta al estrés interno (por ejemplo, la
ansiedad o el pánico).
2. Flujo sanguíneo a la piel. La respuesta
simpática provoca un pequeño cambio en el flujo
sanguíneo cutáneo, a menos que estimule la
sudoración. La vía nerviosa involucra neuronas
simpáticas colinérgicas, las cuales liberan
acetilcolina y quizás también neurotransmisores
vasodilatadores
(por
ejemplo,
péptido
relacionado al gen de la calcitonina o péptido
vasoactivo intestinal). La acetilcolina provoca la
secreción de sudor y probablemente también la
formación local de quininas (ver capítulo 23).
Estas quininas incrementan la permeabilidad
capilar y presumiblemente también dilaten a las
arteriolas y contraigan las vénulas (i.e.,
incrementen la presión mediocapilar). El
resultado sería un aumento en la filtración de
fluido desde los capilares de la piel hacia el
intersticio, provocando edema cutáneo.
3. Médula adrenal. Las neuronas preganglionares
simpáticas estimulan a las células cromafines para
que liberen epinefrina, lo que causa
vasodilatación en el músculo (a través de los
adrenorreceptores β2) y vasoconstricción en los
riñones y lechos esplácnicos (a través de los
adrenorreceptores α1).
4. Flujo sanguíneo renal y esplácnico. En
prácticamente todos los lechos vasculares, el
incremento de la descarga simpática provoca
vasoconstricción y consecuentemente disminuye
el aporte sanguíneo. La liberación sistémica de
epinefrina lleva a la vasoconstricción a los lechos
vasculares ricos en receptores α1.
5. Venas. La mayoría de las venas aumentan su
tono en respuestas a la descarga simpática.
6. El corazón. El aumento de la descarga
simpática y la disminución del tono vagal
provocan un incremento de la frecuencia cardíaca
y la contractilidad, lo que lleva a que el gasto
cardíaco aumente.
7. Volumen sanguíneo. Los niveles plasmáticos
altos de AVP reducen la emisión de orina y
mantienen la volemia.
8. Presión arterial media. Dependiendo del
balance entre vasodilatación y vasoconstricción,
el resultado global de los cambios en la
resistencia determinará un aumento o una
disminución en la resistencia vascular periférica.
De todas maneras, como el gasto cardíaco se
incrementa, el resultado neto del aumento del
gasto cardíaco y el cambio de la resistencia es el
aumento de la presión arterial.
El
síncope
común
refleja
principalmente
una
respuesta
parasimpática causada por el estrés
emocional repentino
Alrededor de un quinto de los humanos
experimentan uno o más episodios de síncopes
durante la adolescencia. Este tipo de síncope es
conocido como síncope vasodepresor o síncope
vasovagal (SVV). Cerca de un 40% de los síncopes
extra hospitalarios son de naturaleza vasovagal. El
SVV puede ocurrir en respuesta a un estrés
emocional agudo, flebotomías, la visión de sangre
o dolor agudo.
200
Sección IV • El sistema cardiovascular
Figura 25-4 Respuesta de lucha o huída.
201
El
Capítulo 25 • Control integrado del sistema cardiovascular
síncope generalmente ocurre en personas que
están paradas o sentadas, muy raramente
aparece si el individuo está recostado. La pérdida
de la consciencia es debida a la disminución
transitoria de la presión de perfusión cerebral. El
equivalente en los animales al síncope vasovagal
aparece cuando “simulan la muerte”.
El SVV se origina con la activación de diferentes
áreas en la corteza cerebral. De hecho, la
estimulación de áreas en el giro cingulado
anterior puede gatillar un síncope. Aunque el
desencadenante exacto no se conoce, el SVV
puede atribuirse a la activación del reflejo de
Bezold-Jarisch. Este reflejo –originalmente
descripto como la respuesta cardiorrespiratoria a
la administración intravenosa de alcaloides de
veratrum- causa bradicardia, hipotensión y
apnea. En animales de experimentación, la
estimulación de los barorreceptores arteriales o
ventriculares (ver capítulo 23) por algunos
químicos -alcaloides de veratrum, nicotina,
capsaicina, histamina, serotonina, venenos de
serpiente u insectos- puede disparar el reflejos de
Bezold-Jarisch. En pacientes, la inyección
coronaria de material de contraste o de agentes
trombolíticos puede provocar un SVV,
probablemente por la estimulación de receptores
ventriculares. Es posible que estos estímulos
químicos activen los mismos canales TRPC
sensibles al estiramiento de los barorreceptores
arteriales (ver capítulo 23) que son usualmente
activados por la alta presión sanguínea. En
humanos,
desencadenantes
claramente
diferentes a los conocidos que inician el reflejo de
Bezold-Jarisch pueden también gatillar un SVV.
Independientemente del desencadenante, las
aferencias vagales conducen las señales a centros
superiores del SNC, los cuales actúan por medio
de núcleos autonómicos en el bulbo para causar
una
estimulación
masiva
del
sistema
parasimpático y una abolición del tono simpático.
El SVV involucra cambios en varios parámetros
(Fig. 25-5):
Figura 25-5
vasopresina.
1.
Resistencia
vascular
periférica.
La
vasodilatación masiva resulta de la remoción del
tono simpático de los vasos de resistencia del
músculo esquelético y las circulaciones
esplácnicas, renal y cerebral. La resultante caída
2. Gasto cardíaco. La descarga vagal intensa al
corazón provoca bradicardia y disminuye el
volumen sistólico, resultando en la caída del gasto
cardíaco. Debido que la atropina, un bloqueante
muscarínico, no previene el síncope, la
en la presión arterial es incapaz de desencadenar
el reflejo barorreceptor.
Síncope
vasovagal.
AVP,
arginina
202
Sección IV • El sistema cardiovascular
disminución del tono simpático al corazón
también tiene un rol en la bradicardia.
3. Presión arterial. La combinación de una
disminución súbita en la resistencia periférica y
en el gasto cardíaco provoca una intensa caída en
la presión arterial media.
4. Flujo sanguíneo cerebral. La caída en la presión
arterial media provoca isquemia cerebral global.
Si esta isquemia persiste más allá de unos
segundos, el resultado son mareos y/o debilidad.
De la misma manera, si esta condición se
mantiene por ~10 segundos, el sujeto pierde la
consciencia. El estrés que subyace al síncope
también puede provocar hiperventilación, la cual
disminuye PCO2. La vasoconstricción cerebral
resultante (ver capítulo 24) también impide el
flujo sanguíneo al cerebro.
5. Otras manifestaciones de alteraciones en el
SNA. La palidez cutánea y la sudoración son
signos que usualmente aparecen previos a la
pérdida de consciencia. La estimulación vagal
intensa del tracto gastrointestinal puede causar
dolor epigástrico que es interpretado como
nauseas. Como resultado de la estimulación
parasimpática también puede aparecer midriasis
(dilatación pupilar) y visión borrosa. 2
El síncope es más probable que ocurra en una
habitación caliente, luego de una pérdida de
volumen (por ejemplo, deshidratación o
hemorragia), o luego de estar parado u otras
maniobras que bajen la presión arterial media.
Podríamos pensar que estos estresores deberían
disparar la respuesta barorreceptora que
incrementa el gasto cardíaco y la resistencia
periférica, haciendo que la probabilidad de
síncope disminuya. De todos modos, el mismo
patrón de actividad que orquesta al SVV también
parecería suprimir la esperada respuesta
barorreceptora que contrarrestaría al síncope.
2
NdT: La oración es la traducción de “Mydriasis
(pupillary dilation) as well as visual blurring can also
result from parasympathetic stimulation.” Si bien es lo
que dice el Boron, es conocido que el músculo esfínter
de la pupila tiene inervación parasimpática y el
músculo dilatador de la pupila simpática. Por lo que,
en realidad, una descarga parasimpática llevará a
miosis.
203
Luego de recuperar la consciencia, el paciente
puede notar oliguria (reducción en la emisión de
orina), provocada por un aumento en los niveles
de AVP (hormona antidiurética). Los niveles
elevados de AVP pueden ser consecuencia, en
parte, de los bajos niveles de presión en la
aurícula derecha por la disminución del retorno
venoso. La palidez y las nauseas que persisten
luego del síncope podrían ser causados de la
misma forma por los niveles aumentados de AVP
en sangre.
RESPUESTA ANTE EL EJERCICIO
La adaptación al ejercicio probablemente sea una
de las mayores demandas a la función
cardiovascular. La principal característica de la
respuesta cardiovascular al ejercicio es el
aumento de gasto cardíaco de 4 a 5 veces su valor
de reposo. Este incremento es el resultado de una
mayor
frecuencia
cardíaca
(~3
veces,
aproximadamente) más que del aumento del
volumen sistólico (~1,5 veces). La respuesta
cardiovascular al ejercicio tiene un componente
temprano y otro tardío, originados en centros
superiores del SNC (el temprano) y en cambios
mecánicos y químicos gatillados por la
contracción del músculo esquelético, así como
también por varios reflejos (el tardío).
Los primeros fisiólogos sugirieron
que la contracción muscular lleva a
cambios mecánicos y químicos que
disparan el incremento del gasto
cardíaco
La contracción del músculo esquelético produce
cambios cardiovasculares que mimetizan muchos
de los cambios que ocurren durante el ejercicio.
De hecho, los primeros fisiólogos creyeron que
estos efectos del músculo esquelético disparaban
todos los cambios cardiovasculares asociados al
ejercicio. Nosotros ahora sabemos que los efectos
del músculo esquelético son importantes solo
para la respuesta cardiovascular tardía. La
contracción muscular afecta directamente al
sistema cardiovascular por dos vías (Fig. 25-6) –
una respuesta mecánica que aumenta el retorno
Capítulo 25 • Control integrado del sistema cardiovascular
venoso y una respuesta química que dilata los
vasos sanguíneos en el músculo en actividad.
Figura 25-6 Un viejo modelo de cómo el ejercicio
afecta la función cardiovascular. EDV, volumen de fin
de diástole.
Respuesta mecánica: incremento del retorno
venoso La acción bombeante del músculo
esquelético al contraerse mejora el retorno
venoso. Como resultado, la presión auricular
derecha, la presión ventricular de fin de diástole y
el volumen ventricular de fin de diástole
aumentan. De acuerdo al mecanismo de Starling
(ver capítulo 22), el resultado debe ser un
aumento en el volumen sistólico.
Respuesta química: vasodilatación local del
músculo activo El aumento del metabolismo en el
músculo esquelético produce múltiples cambios
en la química del fluido intersticial. La PO2 y el pH
caen, mientras que otros metabolitos (CO2, acido
láctico, K+ y adenosina) se acumulan. También, la
acumulación de estos metabolitos provoca que la
osmolaridad intersticial se incremente. Luego de
un pequeño retraso que sigue al inicio de la
actividad muscular, los cambios químicos que se
desarrollaron gatillan la vasodilatación arteriolar
(ver capítulos 20 y 24), lo que lleva a una caída
inicial en la presión arterial. De todas maneras,
esta caída es transitoria dado que interviene la
respuesta barorreceptora (ver capítulo 23), la cual
incrementa la frecuencia cardíaca y el volumen
sistólico. Al mismo tiempo, el reflejo
barorreceptor vasocontrae regiones musculares
inactivas así como también las circulaciones
esplácnica, renal y cutánea.
Los fisiólogos cardiovasculares creyeron por un
largo tiempo que los “brazos” mecánicos y
químicos de la figura 25-6, ambos originados por
el músculo activo, eran los responsables del
aumento del gasto cardíaco durante el ejercicio.
Hoy sabemos que la figura 25-6 no solo está
incompleta sino que también sus predicciones
son incorrectas o no ocurren en el orden
predicho. En lo que concierne al efecto mecánico
y el retorno venoso, el modelo predice un
aumento en la presión y el volumen ventricular
de fin de diástole. Con respecto al cambio
químico, el modelo predice que debería pasar un
tiempo hasta que los metabolitos del músculo en
actividad produzcan vasodilatación local. Así,
debería existir un retraso entre el inicio del
ejercicio y la caída de la presión arterial que
dispara la respuesta barorreceptora.
En la década de 1950, Rushmer puso a prueba las
predicciones en perros anestesiados. Con
respecto al brazo mecánico de la figura 25-6, él
encontró que al comienzo del ejercicio la presión
ventricular de fin de diástole no aumentaba y que
el volumen ventricular de fin de diástole
disminuía en lugar de aumentar. Estos
descubrimientos pusieron en duda el rol primario
del mecanismo de Starling en el aumento del
volumen sistólico durante el ejercicio. Por otro
lado, con respecto al brazo químico de la figura
25-6, Rushmer no encontró una disminución en la
presión arterial media, así poniendo en duda la
importancia del reflejo barorreceptor. Es más, él
no encontró retraso entre el inicio del ejercicio y
204
Sección IV • El sistema cardiovascular
el aumento de la frecuencia cardíaca, lo que puso
en duda la idea de que la vasodilatación inducida
químicamente era el origen de la taquicardia.
La explicación para la discrepancia entre lo
predicho y los descubrimientos es la presencia de
un control central que rápidamente aumenta
activa a la división simpática del SNA.
Un comando central organiza la
respuesta
cardiovascular
al
ejercicio
Durante el ejercicio, un control central regula la
activación paralela de tanto la corteza motora
como de los centros cardiovasculares. Este
control central incluye tanto áreas cerebrales
como la corteza prefrontal medial (involucrada
en el planeamiento del ejercicio) así como
también al giro cingulado anterior, el cual es
parte cortical del sistema límbico. De hecho, la
corteza prefrontal medial recibe múltiples
aferencias límbicas. Es más, ambos centros
corticales modulan la descarga simpática
relacionada al estrés así como también a la
descarga simpática relacionada al ejercicio.
Rushmer y sus colegas exploraron varios sitios en
el diencéfalo de perros para determinar si la
estimulación de alguno de ellos mimetizaba la
respuesta simpática relacionada al ejercicio. En la
década de 1950, Rushmer encontró que la
estimulación del campo H2 de Forel en el tálamo
ventral, o de las neuronas de la sustancia gris
periventricular del hipotálamo reproduce con
detalles la respuesta cardiovascular al ejercicio,
incluso si los músculos de los perros están
completamente quiescentes. El control central se
proyecta hacia el hipotálamo lateral, bulbo rostral
ventrolateral y NTS para hacer las adaptaciones
autonómicas apropiadas para el ejercicio (Fig. 257):
1. Incremento del gasto cardíaco. El aumento de
la descarga simpática hacia el corazón causa
taquicardia e incrementa la contractilidad,
resultando esto en un rápido aumento del gasto
cardíaco.
2. Vasoconstricción. La descarga simpática desde
el bulbo raquídeo provoca vasoconstricción en las
205
regiones musculares inactivas, así como también
en la circulación renal, esplácnica y cutánea. El
efecto neto es que haya mayor cantidad de
sangre disponible para derivar a los músculos en
actividad. Excepto durante el máximo ejercicio, el
incremento en la resistencia vascular esplácnica y
renal no provoca una caída del flujo local a las
vísceras abdominales y los riñones. Mas bien,
como la presión arterial media aumenta al igual
que las resistencias esplácnica y renal, el flujo
absoluto se mantiene relativamente constante en
estos tejidos, incluso aunque el flujo al músculo
esquelético aumente significativamente. De todas
maneras, el flujo fraccional (i.e., el flujo
sanguíneo local normalizado al gasto cardíaco)
cae en estas regiones. En la fase temprana del
ejercicio, el flujo sanguíneo a la piel disminuye.
Luego, el flujo cutáneo aumenta, reflejando el
intento del sistema regulador de la temperatura
de prevenir que la temperatura corporal se eleve
demasiado.
3. Vasodilatación temprana en los músculos
activos. En perros –aunque no en humanos ni
otros primates- al inicio del ejercicio, el control
central estimula las neuronas hipotalámicas cuyos
axones, evitando los centros cardiovasculares
bulbares, sinapsan con las neuronas simpáticas
preganglionares de la médula espinal (ver
capítulo 23). Las neuronas posganglionares hacen
sinapsis con las fibras simpáticas colinérgicas
vasodilatadoras que inervan el músculo liso
vascular del músculo esquelético, gatillando la
respuesta vasodilatadora temprana en el músculo
esquelético activo. Como discutiremos en la
próxima sección, la respuesta tardía química local
luego refuerza esta vasodilatación.
El incremento de la vigilia que acompaña a la
anticipación del ejercicio puede disparar todos los
componentes de la respuesta temprana al mismo.
Esta respuesta se asemeja a la reacción de lucha o
huída. En humanos, la respuesta cardiovascular
anticipatoria prepara al organismo para el
incremento del metabolismo del músculo
esquelético. En los corredores de velocidad al
comienzo de una carrera de 100 metros, la
respuesta anticipatoria los prepara para entregar
un gasto cardíaco mayor y simultáneamente, para
derivarlo de los tejidos que no lo requieran
Capítulo 25 • Control integrado del sistema cardiovascular
Figura 25-7 Respuesta cardiovascular al ejercicio. El hipotálamo orquesta la respuesta temprana, la cual incluye la
vasodilatación de los músculos activos (el mecanismo es controversial en humanos), la vasoconstricción de ciertos
tejidos inactivos y el aumento del gasto cardíaco. Sumado a las respuestas mostradas en la figura 25-6, las respuestas
tardías (resaltadas en amarillo) incluyen la liberación de histamina, calicreínas y epinefrina; lo que conduce a
vasodilatación. Las respuestas locales químicas desencadenadas por la contracción de los músculos sostienen la
respuesta cardiovascular. Los termorreceptores cutáneos gatillan la vasodilatación en la piel.
206
Sección IV • El sistema cardiovascular
Los reflejos barorreceptor y
muscular, los metabolitos, el
retorno venoso, la histamina, la
epinefrina y el incremento de la
temperatura refuerzan la respuesta
al ejercicio
Sumado a los eventos orquestados por el control
central, la respuesta cardiovascular global al
ejercicio incluye lo siguiente.
1. Reflejo presor del ejercicio. Un reflejo nervioso
llamado reflejo presor del ejercicio se origina
dentro del músculo en actividad. La contracción
activa receptores de estiramiento que detectan la
tensión muscular y también quizás activa
quimiorreceptores que sensan metabolitos. Las
señales a través de estos receptores viajan por
fibras mielinizadas (Aδ) o desmielinizadas (C)
desde el músculo esquelético hasta la médula
espinal, para luego llegar a los centros de control
cardiovascular. Esta información refuerza a los
demás estímulos en el centro de control
cardiovascular y así sostiene la descarga
simpática.
2. Barorreflejo arterial. La presión arterial
elevada, resultante del alto gasto cardíaco y la
vasoconstricción, normalmente enlentecería al
corazón. De todos modos, durante el ejercicio, el
control central reinicia la sensibilidad del reflejo
barorreceptor. De esta manera, el corazón se
enlentecerá solo a niveles mucho más altos de
presión. Contrariamente, si una vasodilatación
masiva del músculo esquelético en actividad
disminuyera la resistencia periférica, el reflejo
barorreceptor mantendría la presión arterial
media.
3. Vasodilatación gatillada por metabolitos en el
músculo esquelético. Los metabolitos liberados
localmente (Fig. 25-7) dilatan los vasos de
resistencia y reclutan capilares que en reposo no
reciben flujo sanguíneo (ver capítulo 24). Como
resultado de esta disminución de la resistencia, y
junto al incremento del gasto cardíaco, el flujo
sanguíneo hacia el músculo esquelético en
actividad puede ser hasta 20 veces mayor que en
207
reposo. El efecto vasodilatador de los metabolitos
supera cualquier tendencia vasoconstrictora
producida por la norepinefrina.
4. Incremento del retorno venoso. El control
central, discutido previamente, explica el
incremento temprano del gasto cardíaco. Luego la
parte mecánica como química de la figura 25-6
sostienen el aumento del gasto cardíaco.
Mecánicamente, la bomba muscular incrementa
el retorno venoso, y por ende el volumen sistólico
se incrementa por el mecanismo de Starling. Por
el otro lado, los mediadores químicos provocan
vasodilatación de los lechos vasculares del
músculo activo, lo que resulta en la rápida
movilización de la sangre desde el reservorio
central hacia el músculo en actividad.
5. Liberación de histamina. Células cercanas a las
arteriolas
pueden
liberar
sus
reservas
intracelulares de histamina, un potente
vasodilatador. Aunque estas células que
contienen histamina están quiescentes cuando
los nervios liberan norepinefrina, la liberan
cuando el tono simpático disminuye. Debido a la
relajación de los esfínteres arteriolares y
precapilares, la presión en los capilares
musculares ahora se incrementa, aumentando la
extravasación de fluido y el flujo linfático.
6. Liberación de epinefrina. Durante el ejercicio
intenso, las fibras simpáticas preganglionares que
llegan a la médula suprarrenal estimulan la
liberación de epinefrina. Los efectos sistémicos de
esta en los adrenorreceptores cardíacos β1
potencian los ejercidos por vía nerviosa. La
epinefrina circulante también actúa en los
adrenorreceptores vasculares β2, promoviendo la
vasodilatación principalmente en vasos del
músculo esquelético y corazón.
7. Regulación de la temperatura corporal central.
A medida que el ejercicio continúa, el aumento
del metabolismo provoca que la temperatura
central del organismo aumente, activando células
sensibles a la temperatura en el hipotálamo. Esta
activación tiene dos efectos, los cuales
promueven la pérdida de calor a través de la piel
como parte de la respuesta reguladora de la
temperatura. Primero, el hipotálamo indica al
Capítulo 25 • Control integrado del sistema cardiovascular
bulbo
disminuir
la
descarga
simpática
vasoconstrictora hacia la piel, incrementando así
el flujo sanguíneo cutáneo (recordemos que la
vasoconstricción es parte de la respuesta
temprana al ejercicio). Segundo, el hipotálamo
activa las fibras colinérgicas simpáticas que
inervan las gandulas sudoríparas, provocando un
incremento en la producción de sudor y una
vasodilatación cutánea indirecta que quizás
involucre la producción de quininas. Sumado a
esto, estas neuronas pueden co-liberar
neurotransmisores que causen dilatación cutánea
directa (ver capítulo 24).
RESPUESTA
ANTE
HEMORRAGIA
UNA
Si una persona pierde rápidamente más del 10% o
20% de su volumen sanguíneo total (volemia)
desde una vena, el volumen intravascular
inadecuado causa una disminución secuencial del
volumen sanguíneo central, retorno venoso,
llenado ventricular, volumen sistólico, gasto
cardíaco, y así, de la presión arterial media. De
otro modo, si la pérdida sanguínea proviene
desde una arteria, la presión arterial media no
cae hasta que el gasto cardíaco disminuye como
consecuencia de la caída del retorno venoso. Por
supuesto, si el sangrado ocurre por la ruptura de
un aneurisma aórtico, la presión arterial media va
a caer inmediatamente.
En las grandes hemorragias, en las cuales hay una
pérdida sanguínea de 30% o más de la volemia, se
produce
una condición llamada shock
hipovolémico. El shock es un estado de falla en la
circulación periférica que es caracterizado por
una inadecuada perfusión de los tejidos
periféricos. Durante el shock, la presión arterial
sistólica está usualmente por debajo de 90
mmHg, y la presión arterial media por debajo de
70 mmHg. Por razones que quedarán claras, al
momento en que uno detecta la caída en la
presión arterial media, otros signos de shock son
evidentes. El primer signo puede ser el
estrechamiento de la presión de pulso y la
sensación de debilidad al estar parado o sentado.
El individuo con shock hipovolémico tiene la piel
fría y húmeda (pegajosa), así como un pulso
rápido y débil. También la producción urinaria cae
a menos de 25 mL/h, incluso si la ingestión de
fluidos ha sido normal.
Luego de la caída inicial abrupta, la presión
arterial media tiende a volver a la normalidad
(Fig. 25-8, curva roja), aunque en algunos casos la
presión disminuye irreversiblemente (curva azul
punteada). Bajo circunstancias favorables, el
organismo restaura la presión a valores normales
al movilizar dos líneas de defensa. Primero, los
mecanismos de control cardiovascular actúan en
el corazón y los vasos sanguíneos para restaurar
el gasto cardíaco y aumentar la resistencia
periférica. Segundo, los mecanismos de
intercambio capilar y conservación de fluidos
restauran el volumen intravascular.
Figura 25-8 Cambios en la presión sanguínea causados
por una hemorragia. En el tiempo cero, los
investigadores quitaron suficiente sangre como para
disminuir la presión arterial media a 45 mmHg.
Luego de una hemorragia, los
reflejos cardiovasculares restauran
la presión arterial media
Varios reflejos cardiovasculares cooperan para
compensar la caída en la presión arterial media.
Estos reflejos se originan desde cuatros grupos
principales de receptores (numerados del 1 al 4
en la figura 25-9).
1. Barorreceptores de alta presión. La caída en la
presión arterial conduce a una disminución en la
tasa de disparo de las aferencias de los
barorreceptores de alta presión carotídeos y
aórticos (ver capítulo 23). El incremento
208
Sección IV • El sistema cardiovascular
resultante en la descarga simpática junto con la
disminución de la descarga vagal, aumenta la
frecuencia cardíaca, produce venoconstricción y
vasoconstricción arteriolar selectiva. Estas
respuestas cooperan para restablecer la presión
arterial.
2. Barorreceptores de baja presión. La reducción
de la volemia disminuye directamente el volumen
circulante efectivo, lo cual también disminuye la
actividad de los receptores de estiramiento de
baja presión (ver capítulo 23). El incremento
resultante de la descarga simpática provoca
vasoconstricción en varios lechos vasculares,
particularmente en el riñón, reduciendo el
filtrado glomerular y la emisión de orina. En
respuesta al bajo grado de estiramiento, los
receptores de baja presión de diferentes sitios
tienen diferentes efectos en la frecuencia
cardíaca. Los receptores de estiramiento
auriculares instruyen al hipotálamo a que libere
AVP, la cual reduce la excreción renal de agua
libre.
Durante
el
shock,
los
efectos
vasoconstrictores de la AVP parecerían ser
importantes para mantener la resistencia vascular
periférica. La reducción del estiramiento auricular
también disminuye los niveles circulantes del
péptido natriurético auricular (ver capítulo 23),
reduciendo así la pérdida renal de agua y sal.
3. Quimiorreceptores periféricos. A medida que
la presión sanguínea disminuye, la perfusión hacia
los quimiorreceptores aórticos y carotídeos
disminuye, provocando hipoxia local cerca de las
células glómicas y así un aumento de su tasa de
disparo. El aumento de la descarga de los
quimiorreceptores lleva a un aumento de la
frecuencia
de
disparo
de
las
fibras
vasoconstrictoras
simpáticas
y
cambios
ventilatorios que indirectamente aumentan la
frecuencia cardíaca (ver capítulo 23).
4. Quimiorreceptores centrales. Una hipotensión
grave resulta en isquemia cerebral, lo que
conduce a una caída en la PO2 del fluido
extracelular cerebral, así como un aumento en la
PCO2 y una disminución del pH. La acidosis tiene
un profundo efecto en los quimiorreceptores
centrales del bulbo, lo que conduce a una
respuesta simpática mucho más intensa que la
209
generada por los barorreceptores (ver capítulo
23).
Estas cuatro vías tienen en común la activación de
una respuesta simpática masiva que resulta en la
liberación de norepinefrina por las neuronas
simpáticas posganglionares. Sumado a esto, la
respuesta simpática induce a la médula adrenal a
que libere epinefrina y norepinefrina en
proporción a la gravedad hemorragia. La
disminución de la presión arterial media a 40
mmHg provoca que los niveles de epinefrina
aumenten 50 veces, y los de norepinefrina 10
veces. Las consecuencias de estos cuatro reflejos
combinados son las siguientes respuestas (Fig. 259).
Taquicardia y aumento de la contractilidad El
incremento de la actividad simpática aumenta la
frecuencia cardíaca en proporción al volumen de
la pérdida sanguínea. Así, el grado de taquicardia
es un índice de la gravedad de la hemorragia. El
aumento del tono simpático también aumenta la
contractilidad miocárdica, que solo puede
incrementar el volumen sistólico en la medida
que el retorno venoso mejore.
Vasoconstricción arteriolar La vasoconstricción
simpática de los vasos de resistencia es más
pronunciada en los vasos sanguíneos de las
extremidades, piel, músculo esquelético y vísceras
abdominales. Aunque tanto las resistencias pre y
poscapilares aumentan, la respuesta precapilar
domina inicialmente. Como resultado, la presión
capilar disminuye precipitosamente, conduciendo
al ingreso de líquido en el capilar, fenómeno que
discutiremos en la próxima sección. El flujo
sanguíneo renal cae rápidamente luego de una
hemorragia como resultado de la disminución en
la presión arterial, pero luego de unos minutos se
recobra por el fenómeno de autorregulación. La
respuesta de los receptores arteriales de alta y
baja
presión
potencia
la
respuesta
vasoconstrictora hacia los vasos renales.
Eventualmente, la vasoconstricción simpática
supera a la autorregulación renal si la presión
arterial se mantiene baja o si sigue bajando. En el
shock hipovolémico, el flujo sanguíneo renal cae
en mayor proporción de lo que lo hace el gasto
cardíaco, lo que explica por qué a veces las
Capítulo 25 • Control integrado del sistema cardiovascular
hemorragias graves conducen a lesión renal
aguda. El flujo sanguíneo en la médula renal se
compromete menos que el de la corteza, lo que
lleva a un “lavado medular” del intersticio
hipertónico de la médula renal y se pierde así la
capacidad de producir orina concentrada. Tanto
el flujo sanguíneo cerebral como el coronario
disminuyen en una hemorragia, pero la
autorregulación puede restaurarlo hasta niveles
normales.
Figura 25-9 Respuesta integrada ante una hemorragia. La pérdida sanguínea activa cuatros tipos diferentes de
receptores (numerados del 1 al 4) para producir un respuesta integral orquestada por el bulbo. ANG, angiotensina;
ECF, líquido extracelular.
210
Sección IV • El sistema cardiovascular
Vasoconstricción venosa La disminución del
volumen sanguíneo por una hemorragia ocurre
primariamente en los grandes vasos de
capacitancia, especialmente en aquellos que
contienen el volumen sanguíneo central. Estos
vasos son muy sensibles a la estimulación
simpática (que causa constricción), y menos
sensibles a la estimulación por los metabolitos
locales
(que
causan
dilatación).
La
vasoconstricción venosa simpática disminuye
tanto la capacidad como la complacencia de las
grandes venas, tendiendo a restaurar la presión
venosa
central.
Sumado
a
esto,
la
vasoconstricción venosa simpática incrementa la
resistencia precapilar, la cual es importante para
el llenado capilar (ver luego).
Agonistas vasoactivos circulantes Como ya
discutimos, la estimulación simpática de la
médula adrenal provoca que los niveles
circulantes de epinefrina se incrementen. Es más,
la estimulación simpática de las células del
aparato yuxtaglomerular del riñón lleva a un
aumento de la liberación de renina y, en última
instancia, al aumento de los niveles plasmáticos
de angiotensina II (ANG II, ver capítulo 23). En el
shock hipovolémico, la ANG II aumenta hasta
niveles en la que es vasoconstrictora. La
activación de este sistema simpático también
gatilla la estimulación colinérgica simpática de las
glándulas sudoríparas (ver capítulo 24),
provocando que el paciente se vuelva “pegajoso”.
Con pérdidas sanguíneas moderadas (10% al
20%), estas cuatro respuestas pueden
incrementar la resistencia periférica lo suficiente
como para mantener la presión arterial en niveles
normales. De todos modos, el gasto cardíaco se
mantiene disminuido.
Luego de una hemorragia, el pasaje
de fluido desde el intersticio, la
conservación de agua y la sed
restauran el volumen sanguíneo
Los reflejos discutidos anteriormente compensan
la principal consecuencia de la pérdida de sangre
–disminución de de la presión arterial y del gasto
cardíaco. Las respuestas que discutiremos aquí
211
compensan el insulto primario, la perdida de la
volemia.
Pasaje de fluido desde el intersticio El
movimiento de fluido desde el intersticio hacia la
sangre es la mejor defensa contra la reducción de
la volemia. Las fuerzas de Starling (ver capítulo
20) son críticamente importantes durante una
hemorragia y durante el shock hipovolémico.
Inmediatamente luego de una hemorragia, se
desarrolla una fase de hemodilución, como fue
observado durante la Primer Guerra Mundial,
cuando los médicos notaron que los soldados
lesionados que arribaban a las estaciones de
primeros auxilios estaban con la sangre diluida
(i.e., bajo hematocrito). En una hora, el fluido
extracelular reemplaza el ~75% de la pérdida
sanguínea. Estudios desarrollados alrededor de la
Segunda Guerra Mundial mostraron que la
dilución de la hemoglobina es más pronunciada
que la dilución de las proteínas plasmáticas luego
de una hemorragia. Así, no solo líquido y
electrolitos fluyen desde el espacio intersticial
hacia la sangre, sino también proteínas.
El pasaje transcapilar involucra dos pasos. El
primero es el movimiento de fluido desde el
intersticio hacia el compartimiento vascular. La
presión hidrostática capilar (Pc) (Fig. 25-10A)
depende de las presiones arteriales y venosas así
como también de la relación entre las resistencias
precapilar y poscapilar (ver capítulo 19).
Inmediatamente después de una hemorragia, la
presión arteriolar río arriba y la presión venular
río abajo caen, llevando también a una caída en la
Pc (Fig. 25-10B). Las fuerzas de Starling entonces
producen que el líquido intersticial se desplace
hacia el capilar. A medida que se desarrolla la
compensación, la resistencia periférica se
incrementa, restaurando en parte la presión
arterial media (Fig. 25-10C). De todos modos,
dado que la resistencia precapilar aumenta en
mayor proporción que la poscapilar, la Pc se
mantiene relativamente baja, lo que permite que
el movimiento de fluido continúe hacia los
capilares. Normalmente, muy pocas proteínas
pueden ingresar con el líquido, ya que las paredes
capilares no fenestradas reflejan muy bien a estas
(ver capítulo 20). El ingreso capilar de líquido libre
de proteínas modifica las otras tres fuerzas de
Starling. Primero, el volumen del fluido intersticial
Capítulo 25 • Control integrado del sistema cardiovascular
disminuye bajando la presión hidrostática
intersticial (Pfi). Segundo, las proteínas
plasmáticas se diluyen, entonces la presión
coloidosmótica capilar (πc) se reduce. Finalmente,
la remoción de líquido libre de proteínas desde el
intersticio, incrementa la presión oncótica del
mismo (πfi) y del subglucocálix (πsg; ver capítulo
20). El resultado de la alteración en las fuerzas de
Starling es que el “llenado capilar” vaya
disminuyendo y eventualmente cese.
Figura 25-10 Efecto de la hemorragia en la presión
hidrostática capilar. En A, (la cual es similar a la Fig. 194A) Rpre y Rpost son las resistencias precapilar y
poscapilar, respectivamente. Acá, la relación Rpost/Rpre
= 0.35. En B, la caída de la presión capilar invierte las
fuerzas de Starling, provocando un movimiento de
fluido neto desde el intersticio hacia la luz capilar. En
C, la estimulación simpática incrementa la resistencia
periférica total (Rpost/Rpre = 0.25 en este ejemplo). En D,
la presión capilar aumenta (Rpost/Rpre = 0.45).
El segundo paso en el pasaje transcapilar es la
aparición de proteínas plasmáticas en la sangre.
Estas proteínas probablemente entren a la sangre
a través de las fenestras de los capilares
mesentéricos y hepáticos, dos regiones en la cual
el intersticio tiene un alta presión coloidosmótica.
Sumado a esto, las hemorragias estimulan
rápidamente la síntesis de albúmina en el hígado.
La plasmaféresis (remoción artificial del plasma),
tiene el mismo efecto en la síntesis de albúmina,
sugiriendo que la reducción en la concentración
de las proteínas plasmáticas per se estimula al
hígado para sintetizar más albúmina.
El agua del compartimiento intracelular, en
última instancia, reemplaza las pérdidas desde el
compartimiento intersticial. Cuál es la fuerza que
lleva a que el agua abandone las células y entre al
intersticio es algo todavía controversial. La
osmolaridad sanguínea a menudo se incrementa
luego
de
una
hemorragia,
reflejando
probablemente la hiperosmolaridad intersticial.
Los osmoles intersticiales adicionales provienen
desde tejidos isquémicos que liberan productos
de proteólisis, glucólisis y lipólisis. Así, la
hiperosmolaridad intersticial quizás provea el
impulso osmótico que mueve al agua desde el
interior de las células hacia el compartimiento
intersticial.
Conservación renal de sodio y agua La
hipotensión arterial y el bajo flujo sanguíneo renal
reducen la tasa de filtrado glomerular y en
consecuencia la excreción urinaria de sal y agua.
Sumado a los efectos hemodinámicos directos, la
reducción del volumen circulante efectivo
promueve la retención de Na+ por cuatro
mecanismos. Primero, la reducción del volumen
circulante efectivo activa el eje reninaangiotensina-aldosterona.
Los
niveles
de
aldosterona se incrementan y así aumenta la
reabsorción de agua y sal en la nefrona distal.
Segundo, el aumento de la actividad nerviosa
simpática promueve la retención de Na+ al alterar
la hemodinamia renal, potenciando la liberación
de renina y estimulando la reabsorción de Na+ por
las células tubulares renales. Tercero, la
liberación de AVP reduce la excreción de agua
libre. Finalmente, la reducción del volumen
circulante efectivo inhibe la liberación del péptido
natriurético auricular y así se promueve la
212
Sección IV • El sistema cardiovascular
retención de Na+. De esta manera, la respuesta
global del riñón ante un pérdida de sangre es
reducir la excreción de sal y agua, contribuyendo
a la conservación del volumen del líquido
intersticial De todos modos, la respuesta renal
solo conserva fluido; por sí mismo, no agrega
nada de líquido al intersticio.
Sed La hiperosmolaridad causada por una
hemorragia (discutida dos párrafos antes)
estimula los osmorreceptores. Un estímulo aún
más potente para la sed –así como para el apetito
por la sal- es la reducción del volumen circulante
efectivo y la caída de la presión arterial por la
hemorragia. Estas ambiciones (por la sal y el
agua), si son cumplidas, proveen la “materia
prima” para reemplazar la sangre ante una
pérdida.
Mecanismos de feedback positivo
pueden
causar
un
shock
hipovolémico irreversible
En algunos casos, el shock hipovolémico puede
ser irreversible. Luego de una caída inicial en la
presión arterial media, y hasta quizás luego de
una pequeña recuperación, la presión arterial y la
perfusión de los tejidos periféricos puede
deteriorarse inexorablemente (Fig. 25-8, curva
punteada azul). Además, en estos casos, la caída
de la presión arterial no se revierte incluso si los
médicos intervienen y reemplazan el volumen de
sangre perdido.
El mejor modelo experimental para el shock
hipovolémico irreversible es la hipotensión
prolongada. Típicamente, el investigador
remueve de manera aguda sangre de un animal
de experimentación –reduciendo la presión
arterial hasta algún valor objetivo- y luego
clampea la presión en ese valor, ya sea agregando
o quitando sangre a medida que la respuesta
fisiológica normal se desarrolla. Estudios de este
tipo revelan que el shock hipovolémico puede
volverse irreversible como resultado de la falla de
múltiples componentes: (1) la respuesta
vasoconstrictora, (2) la respuesta de pasaje
transcapilar, (3) la respuesta cardíaca y (4) la
respuesta del SNC.
213
Falla en la respuesta vasoconstrictora Con una
hipotensión
hemorrágica
prolongada,
la
resistencia periférica total –que al principio se
incrementa en respuesta a la estimulación
simpática- tiende a llevar a la presión a sus
valores pre hemorragia. La falla en mantener la
vasoconstricción tiene múltiples orígenes.
Primero,
la
desensibilización
de
los
adrenorreceptores vasculares o la depleción de
neurotransmisores en las terminales nerviosas
pueden causar el “escape simpático”. Segundo,
los tejidos isquémicos liberan metabolitos y otros
componentes vasodilatadores que actúan
localmente
en
los
vasos
sanguíneos,
contrarrestando al estímulo vasoconstrictor. En
las fases más tardías del shock irreversible, los
humanos se vuelven completamente no
respondedores a las drogas vasoconstrictoras.
Tercero, los niveles plasmáticos de AVP caen
sustancialmente desde su valor pico durante la
fase temprana de la hemorragia –quizás
revelando una disminución en la habilidad de los
receptores de baja presión para estimular a las
neuronas hipotalámicas a que liberen AVP, o a la
depleción de la AVP almacenada. Bajo estas
condiciones, la restauración de los niveles de AVP
hacia sus valores pico iniciales puede incrementar
marcadamente la presión arterial.
Falla en el pasaje de fluido desde el intersticio
hacia el espacio intravascular Algunos vasos
sanguíneos son capaces de sostener el
incremento inicial de la resistencia mejor que
otros. A medida que pasa el tiempo, los esfínteres
precapilares fallan primero, seguidos por los
vasos de resistencia precapilar (i.e., arteriolas), los
vasos de resistencia poscapilar y los vasos de
capacitancia. La figura 25-10D muestra en
ejemplo en el cual, tras una hipotensión
prolongada, la respuesta vasoconstrictora
precapilar ha fallado completamente, mientras
que la respuesta poscapilar se mantiene
parcialmente. Debido a que la relación Rpost/Rpre
ha aumentado, la presión mediocapilar (ver
capítulo 19) se incrementa desde 16 mmHg (Fig.
25-10C) hasta 21 mmHg (Fig.25-10D). Debemos
recordar que durante la etapa temprana de una
hemorragia, las fuerzas de Starling se invierten,
favoreciendo el movimiento de fluido desde el
intersticio hacia la sangre. El incremento gradual
Capítulo 25 • Control integrado del sistema cardiovascular
de la relación Rpost/Rpre (Fig. 25-10D) revierte esta
inversión y el líquido vuelve a abandonar los
capilares, incluso si el volumen sanguíneo no fue
restaurado. De esta manera, luego de un
importante flujo de agua y electrolitos hacia la luz
capilar, no solo el pasaje transcapilar hacia el
compartimiento vascular se detiene, sino que una
pérdida neta ocurre. Este fenómeno contribuye a
la
hemoconcentración
que
ocurre
ocasionalmente en estadios hemorrágicos
prolongados.
Falla del corazón Muchos factores pueden
contribuir a que la respuesta cardíaca se debilite.
La acidosis reduce la [Ca2+]i en el miocardio y así la
disminuye la contractilidad. En muchos casos,
hemorragias subendocárdicas y la necrosis del
músculo cardíaco llevan a la disfunción
miocárdica. Por otro lado, muchos órganos
pueden liberar factores cardiotóxicos, los cuales
ejercen efectos inotrópicos negativos (ver
capítulo 22). Al final, el shock hipovolémico se
convierte en shock cardiogénico.
Depresión del SNC La isquemia moderada, por su
efecto en los quimiorreceptores, estimula los
centros de control cardiovascular en el cerebro.
Sin embargo, la isquemia cerebral prolongada
deprime la actividad neuronal en el cerebro, lo
que debilita la descarga simpática y lleva a una
disminución de la respuesta cardíaca y vascular.
La disminución progresiva de los niveles
circulantes de catecolaminas de origen adrenal
empeora luego el resultado.
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