UNIDAD 6: FISIOLOGÍA CARDIOVASCULAR
Stefano Biancardi
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CLASE 1: SISTEMA CARDIOVASCULAR Los organismos pluricelulares están realizando un constante intercambio de sustancias con el medio que lo rodea, a través de 4 epitelios generales: • • • •
Epitelio pulmonar (barrera alevéolo-capilar) Epitelio gastrointestinal. Piel. Riñones.
Todas las células están interactuando. Las células que forman tejidos están rodeadas de líquido intersticial y las células que están dentro del aparato circulatorio están rodeadas por plasma. Incluso, las células epiteliales van a ser capaces de intercambiar con el medio interno a través de su membrana basolateral. Lo que entra, desde el medio externo, a través del epitelio llega al medio interno, el cual está compuesto por dos compartimientos: uno en el plasma y otro extracelular (entre las células), correspondiente al líquido intersticial. Cada célula va a intercambiar con el medio interno, de manera que todos los componentes que esta utiliza son repuestos por el medio interno y lo que ellas producen es enviado de vuelta a este o hacia otras células. La importancia de tener un medio interno es que, a largo plazo, la composición se mantiene debido al recambio continuo, lo cual constituye la capacidad de mantenerse constante, es decir, homeostasis. Un individuo conserva una serie de variables relativamente constantes en el tiempo, a pesar de que está constantemente recambiándose (por ejemplo H2O, solutos, glucosa, etc). La homeostasis nos permite vivir en ambientes muy variables, los cuales deben ser favorables para que el organismo subsista.
Intercambios 1) Nivel de barrera alvéolo-capilar: Hay una difusión de O2 desde el alvéolo hacia la sangre. Tenemos una solución con O2 disuelto, donde se coloca un trozo de tejido nervioso que va a tener un cierto radio. Supongamos un radio relativamente pequeño y un tejido que viene sin O2, si este es sumergido, en un primer instante la PO2 en la solución va a ser alta y, dentro del tejido la PO2 va a ser 0, y luego comenzará a subir hasta que las PO2 se igualen. Sin embargo, el tiempo que demoran en equipararse las presiones varía según el tamaño del tejido, así un cilindro con 7!m de radio se demora 0,054 segundos en alcanzar el 90% de la PO2 de la dilución, es decir, en forma muy rápida el O2 difunde al interior del tejido, igualándose las presiones. Si aumentamos el radio a 10 milímetros, a las 3 horas va a alcanzar el 90% de la PO2 que hay en la
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CLASE 1: SISTEMA CARDIOVASCULAR Los organismos pluricelulares están realizando un constante intercambio de sustancias con el medio que lo rodea, a través de 4 epitelios generales: • • • •
Epitelio pulmonar (barrera alevéolo-capilar) Epitelio gastrointestinal. Piel. Riñones.
Todas las células están interactuando. Las células que forman tejidos están rodeadas de líquido intersticial y las células que están dentro del aparato circulatorio están rodeadas por plasma. Incluso, las células epiteliales van a ser capaces de intercambiar con el medio interno a través de su membrana basolateral. Lo que entra, desde el medio externo, a través del epitelio llega al medio interno, el cual está compuesto por dos compartimientos: uno en el plasma y otro extracelular (entre las células), correspondiente al líquido intersticial. Cada célula va a intercambiar con el medio interno, de manera que todos los componentes que esta utiliza son repuestos por el medio interno y lo que ellas producen es enviado de vuelta a este o hacia otras células. La importancia de tener un medio interno es que, a largo plazo, la composición se mantiene debido al recambio continuo, lo cual constituye la capacidad de mantenerse constante, es decir, homeostasis. Un individuo conserva una serie de variables relativamente constantes en el tiempo, a pesar de que está constantemente recambiándose (por ejemplo H2O, solutos, glucosa, etc). La homeostasis nos permite vivir en ambientes muy variables, los cuales deben ser favorables para que el organismo subsista.
Intercambios 1) Nivel de barrera alvéolo-capilar: Hay una difusión de O2 desde el alvéolo hacia la sangre. Tenemos una solución con O2 disuelto, donde se coloca un trozo de tejido nervioso que va a tener un cierto radio. Supongamos un radio relativamente pequeño y un tejido que viene sin O2, si este es sumergido, en un primer instante la PO2 en la solución va a ser alta y, dentro del tejido la PO2 va a ser 0, y luego comenzará a subir hasta que las PO2 se igualen. Sin embargo, el tiempo que demoran en equipararse las presiones varía según el tamaño del tejido, así un cilindro con 7!m de radio se demora 0,054 segundos en alcanzar el 90% de la PO2 de la dilución, es decir, en forma muy rápida el O2 difunde al interior del tejido, igualándose las presiones. Si aumentamos el radio a 10 milímetros, a las 3 horas va a alcanzar el 90% de la PO2 que hay en la
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solución, y en el caso de 170 cm se demoraría 50 años en alcanzarlo.
La difusión funciona dentro de distancias del orden del tamaño de la célula. Para movilizar el O2 de un lugar a otro (1 cm) se requeriría algo que acelere este proceso, y este es justamente el rol del aparato circulatorio, el de movilizar los distintos componentes desde donde ingresan al organismo hacia donde estos serán usados.
2) Transporte de gases respiratorios: Hay un ingreso neto de O2 hacia la sangre y un egreso neto de CO2 hacia el exterior. El viaje del O2, vía hemoglobina, desde el pulmón hasta la célula, demora menos de 1 minuto. 3) Transporte de agua: Cada vez que respiramos estamos eliminando H2O en forma de vapor hacia el medio ambiente, al igual que a nivel de la piel y por la orina. A su vez, el H2O ingresa al organismo vía epitelio gastrointestinal. La pérdida de H2O va a depender de cuánta hay en el plasma, la cual depende de la cantidad de H2O evaporada, pero también se obtiene un pequeño porcentaje mediante el propio metabolismo. A diario tenemos un ingreso y/o producción de H2O de 2 a 3 litros y, a pesar de que estamos ingiriendo y produciendo esa cantidad de volumen de H2O, el volumen del plasma se conserva, lo que significa que existe un equilibrio entre el volumen ingerido y el volumen excretado. En teoría, el H2O se renueva en un tiempo infinitamente largo. 4) Materia: Los alimentos que ingerimos contienen sales (principalmente NaCl) que conservan su concentración en el organismo, viajando por el torrente circulatorio y siendo excretadas a nivel renal. A nivel intestinal ingresan los hidratos de carbono, lípidos, proteínas y vitaminas, que se dirigirán a las células que requieran de la utilización de dichos solutos. Sin embargo, las células también pueden producir materia, la cual será utilizada o eliminada. En el organismo no sólo se produce H2O, sino que también calor. Este se pierde a través de la piel, pulmones y orina. Por lo tanto, el aparato circulatorio sirve para desplazar este calor hacia las distintas vías de eliminación. A través del torrente sanguíneo también se transporta información (hormonas) hacia las células blanco.
Funciones del sistema circulatorio •
Transporte de materia: Se corrobora su función en medida que aporta a cada tejido un flujo de sangre adecuado, es decir, un flujo que traiga todos los componentes que las células requieren, de manera que la composición del medio interno de cada tejido se conserve para que este pueda llevar a cabo la función que realiza.
• •
Transporte de energía, principalmente calor. Transporte de Información.
El flujo que sale del ventrículo izquierdo es del orden de 5L/min y se distribuye a través de los tejidos de manera heterogénea. Los riñones reciben más del 25% del total, continuando con el cerebro e hígado, con el 15%.
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Distribución del flujo sanguíneo El flujo está en pos de la actividad metabólica, es decir, dependiendo de la función del tejido, este recibirá mas o menos flujo. Asimismo, según la función, ciertos tejidos consumirán mas O2 que otros. Cuando el organismo comienza la actividad física, el consumo de oxígeno aumenta hacia los músculos, aumentando a su vez el gasto cardíaco. El gasto cardíaco puede aumentar 6 veces (si alguien sube 6 veces significa que es una persona que está muy bien entrenada). En el cerebro, el flujo no cambia,
aumenta en el músculo y miocardio y disminuye en el riñón y abdomen. En el caso de la piel, el flujo aumenta con el nivel del ejercicio (liberación de calor) hasta un cierto punto, y en ejercicio muy intenso el flujo disminuye (debido a que hay una redistribución del flujo, favoreciendo a los músculos).
A mayor actividad, requiere más flujo y viceversa. Modificación del flujo El flujo se produce por una diferencia entre la presión de las arterias y de las venas, siendo directamente proporcional a esta diferencia e inversamente proporcional a la resistencia que ponen las arterias y las venas. Si se requiere un aumento del flujo, se podría aumentar la presión arterial, lo que aumenta el flujo hacia todos los territorios, que no se da en forma pareja. Sin embargo, en general, la presión en el aparato circulatorio tiende a mantenerse constante, por lo que la diferencia de presión es la misma tanto en reposo como en ejercicio. Entonces ¿Cómo en algunos territorios aumenta el flujo y en otros disminuye? Esto se realiza modificando la resistencia en los territorios donde queremos que cambie el flujo. Por lo tanto, si se desea aumentar el flujo en un lugar, la resistencia tiene que disminuir. Esta modificación de la resistencia logra modificando el diámetro de las arteriolas, lo que está determinado tanto por factores que tengan que ver con la actividad local del tejido como por mecanismos más generales (con el propósito de mantener la presión arterial constante).
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Corazón Bomba capaz de generar una presión alta, de manera que la sangre salga del corazón con gran fuerza para llegar a todo el lecho vascular. Se compone de tres capas principales: el endocardio, el miocardio y el pericardio.
Miocardio Constituido por células musculares y se subdivide en miocardio contráctil y miocardio específico (sistema excitoconductor). Una propiedad que tienen todas las células miocárdicas, sean del miocardio contráctil o del sistema excitoconductor, es que son células excitables, es decir, células que son capaces de dar origen a potenciales de acción frente a un estímulo, en forma de todo o nada, los cuales son diferentes dependiendo de la célula que se observe. Estos potenciales de acción tienen una propiedad que es llamativa: los más cortos (sincicio auricular) duran alrededor 150 milisegundos, en cambio los más largos (sincicio ventricular) duran entre 250 a 350 milisegundos. El ventrículo se va a contraer unas 70 veces/min en personas que están en reposo. Si una persona tiene una frecuencia de 60 lat/min, cada ciclo cardíaco de esa persona durará cerca de 1 segundo. De ese tiempo, 1/3 estará en potencial de acción y 2/3 estarán en potencial de reposo. Otra propiedad de las células miocárdicas es su conductividad, es decir, que
pueden conducir el potencial de acción hacia la célula vecina a través de vías de baja resistencia. Estas vías de baja resistencia son los conexones, formados por 2 hemiconexones (6 subunidades cada uno), uno de cada célula, que permiten el flujo iónico de una célula a otra, por lo que si en la primera se produce un potencial de acción, se generará un flujo de corriente que se transmitirá a la célula vecina. Este tipo de sinapsis es de tipo eléctrica, por lo que se despolarizan en forma simultánea. Esto permite que, en el caso del miocardio, estas células funcionen como un sincicio, es decir, como si fueran una única gran célula. Por consiguiente, el conjunto de células del miocardio contráctil se organiza en 2: • •
Sincicio auricular. Sincicio ventricular.
ambas aurículas y ambos ventrículos se contraen simultáneamente. En el sistema excitoconductor o específico, hay una continuidad ente el nódulo sinusal (NS) y las aurículas, una continuidad entre el nodo sinusal y el nodo aurículoventricular (NAV), una continuidad entre el nodo aurículoventricular y el haz de His, una continuidad entre el haz de His y la red de Purkinje y, finalmente, una continuidad entre el haz de his y el sincicio ventricular. Este sistema, a través del nódulo sinusal, compuesto por células automáticas, es el marcapasos del corazón. Por
lo
tanto,
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CLASE 2: ELECTROFISIOLOGÍA CARDIACA En el miocardio, la morfología de los potenciales de acción depende de la célula donde se produce. Con esto podemos decir que existen 2 tipos de potenciales de acción: •
•
Potencial de acción automático: Se caracteriza por producirse de forma espontánea. Está presente en el nodo sinusal y en el nodo aurículoventricular. Potencial de acción no automático: Se produce en respuesta a los potenciales de acción automáticos. Presente en el sincicio ventricular y en el sincicio auricular.
Potencial de acción de células no automáticas Las células no automáticas son células que están muy bien polarizadas y tienen un potencial de reposo de -90 mV que es estable en el tiempo gracias a que, en reposo, tienen mayor permeabilidad para el K + respecto de los otros iones. Los potenciales de acción de este tipo de células son muy prolongados en comparación a un potencial de acción normal, duran hasta entre 150 y 300 milisegundos.
En la imagen anterior se puede observar el potencial de automática ventricular. En este, se pueden distinguir 5 fases:
acción de una célula no
1) Fase 0 o despolarización rápida: Es una característica particular de estas células. Se debe a la apertura de canales de Nav que permiten la entrada de Na+, lo que aumenta el potencial eléctrico y, por ende, despolariza a la célula, de manera que el potencial eléctrico se acerca al Veq del Na+. Esta despolarización rápida, hasta valores cercanos a +50 mV, se produce debido a un feedback positivo que abre más canales de Nav a medida que el potencial eléctrico aumenta. Luego de esta fase viene la repolarización, que ocurre en las 3 fases siguientes.
2) Fase 1 o repolarización inicial: Ocurre una pequeña repolarización hasta aproximadamente los 0 mV. Para que se produzca esto ocurren 2 fenómenos: el primero es la inactivación de los canales de Nav y el segundo es la apertura transitoria de canales de K +, denominados canales K to, lo que provoca una corriente de salida de K + que
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favorece la repolarización. Debido a que la apertura de los canales de K + es transitoria, el potencial eléctrico disminuye hasta cierto punto.
3) Fase 2 o meseta: Se caracteriza por un lento descenso del potencial eléctrico. Esto ocurre porque, frente a la despolarización rápida, se abren canales de Ca+2 tipo L (dependientes de potencial), cuya cinética es tan lenta que no influyen en el proceso de despolarización. Debido a la apertura de estos canales, se producirá un ingreso de Ca+2 que mantendrá la despolarización y contrarrestará el flujo de salida de K +, lo que implica que la célula se repolarizará muy lentamente. +2
En el inicio se produce un aumento de potencial relacionado con el ingreso de Ca a la +2 célula. Luego, la meseta disminuye lentamente debido a que la corriente de entrada de Ca + es levemente menor que la corriente de salida de K .
4) Fase 3 o repolarización final: Se inicia con la inactivación de los canales de Ca+2 tipo L. En ese caso, la corriente de entrada de Ca+2 desaparece, predominando la corriente de salida de K +, por lo que la repolarización de la célula es más rápida. 5) Fase 4 o potencial de reposo: estas células tienen un potencial de reposo estable, + alrededor de los -90 mV. Esto se explica por la presencia de canales de K , denominados canales K1, que llevan a la célula a potenciales de reposo cercanos al Veq del K +. característica esencial de este potencial de acción es su gran duración, entre 250 y 300 ms. Además, mientras ocurre este potencial de acción, la capacidad de responder a un nuevo estímulo depende de canales de Nav, los que luego de la fase 0 se inactivan. Sin embargo, los canales de Nav salen de la inactivación durante la segunda mitad de la fase 3, por lo que la célula no automática podrá volver a responder, frente a un estímulo, durante la fase 4. Por consiguiente, esta característica de los c anales de Nav La
establecen 2 periodos bien definidos: •
Periodo refractario absoluto, durante el cual no existe ninguna posibilidad de que
•
ocurra un nuevo potencial de acción. Esto ocurre desde la fase 0 hasta la primera mitad de la fase 3. Periodo refractario relativo, durante el cual se obtiene una respuesta de una menor intensidad siempre y cuando se aplique un estímulo mayor que lo habitual. Esto se observa en la segunda mitad de la fase 3 y toda la fase 4.
No se puede obtener una respuesta por parte de estas células mientras la respuesta anterior no desaparezca. Desde el punto de vista mecánico significa que esta célula no se va a contraer nuevamente mientras no se relaje. Esto tiene que ver con que el miocardio, en general, no va a tener el proceso que se conoce como tetanización, por muchos estímulos que se le aplique. La mayor parte de las células tendrán potenciales de este tipo, en algunas células durará más, como en las del sincicio ventricular, y en otras durará menos, como en las células del sincicio auricular, pero no van a despolarizarse automáticamente.
Esto ocurrirá solamente cuando reciban un estímulo suficiente de alguna célula vecina con la que esté conectada. En cambio, tenemos algunas células que son capaces de
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dar origen a un potencial de forma espontánea sin mediar ningún estimulo exógeno, las denominadas células automáticas.
Potencial de acción de células automáticas Estas células se están activando en forma permanente y automática, y son las que comandan o dan el estímulo para que las células no automáticas se despolaricen. Estas células no necesitan un estímulo de una célula vecina para despolarizarse, no hay una influencia nerviosa en su excitación. Las células automáticas más importantes se encuentran en el nodo sinusal. Además, estas células tienen 2 características importantes: •
•
El potencial de reposo es inestable. De hecho, el potencial de mayor polaridad que se alcanza es de -60 mV y progresivamente irá perdiendo esta polaridad hasta llegar a valores cercanos a -40 mV, donde se dispara el potencial de acción. La velocidad de elevación de la fase de ascenso es baja.
El potencial medido en estas células se caracteriza por tener 2 etapas:
A) Prepotencial No es reposo propiamente tal debido a que no existe ningún momento en que la célula conserve un potencial estable. El valor más negativo que alcanza es -60 mV y es conocido como potencial diastólico máximo (PDM), a partir del cual el potencial va subiendo progresivamente. El potencial de reposo es inestable y este aumento progresivo del potencial se conoce como prepotencial. El potencial diastólico máximo alcanza valores de solo -60 mV porque, a diferencia de las células no automáticas, cuyo potencial de reposo está dado por una corriente de K +, en las células automáticas existen muy pocos canales de K +, por lo que la permeabilidad a K + es menor que en las células no automáticas y el potencial no llega a valores tan negativos.
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Hay 3 canales responsables del prepotencial: •
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•
Canal de K v: Responsable de la leve hiperpolarización al inicio del prepotencial, es decir, del potencial diastólico máximo, debido a que la corriente de salida del K + es mayor a la corriente de entrada de Na+ que se produce a través de los canales tipo f . Canal tipo f: Es inespecífico para cationes, tanto K + como Na+. Como estos canales se abren con potenciales negativos cercanos a -55 mV, cuando estos canales están abiertos la célula tiene potenciales aún más negativos, favoreciéndose el ingreso de Na+ a la célula, a favor de su gradiente eléctrico. Así, cuando este canal se abre, ingresa Na+ y sale K +, pero predominará la entrada de Na+ debido a que el potencial de membrana se encuentra más cercano al Veq del K + que del Na+, de manera que producirán una pequeña despolarización cuando el flujo de entrada de Na+ supere al flujo de salida de K +, lo que ocurre principalmente por inactivación de los canales de K v alrededor de los -60 mV, es decir, en el potencial diastólico máximo. Canal de Ca+2 tipo T: Luego de la entrada de Na+ por los canales tipo f, se abren estos canales que permiten el ingreso de Ca+2. Sin embargo, estos canales se abren sucesivamente por periodos muy breves, de manera que el potencial de membrana aumenta lentamente gracias a que el aumento progresivo del potencial de membrana estimula mayor apertura de estos canales. Esto ocurre hasta aproximadamente los -40 mV, potencial equivalente al umbral mecánico, donde se abren canales de Ca+ tipo L para disparar el potencial de acción.
El prepotencial o despolarización automática lenta es el marcapasos debido a que de ella depende cuánto se demore el potencial de membrana en llegar al umbral mecánico.
B) Potencial de acción Se puede subdividir en 2 etapas principales: la despolarización la repolarización o fase de descenso.
o fase de ascenso y
1) Despolarización o fase de ascenso: Cuando el potencial de membrana alcanza los -40 mV, se abren canales de Ca+2 tipo L (dependientes de potencial). Esto se traduce en un ingreso de Ca+2 a la célula, despolarizándola hasta aproximadamente los +20 mV. La despolarización de las células automáticas tiene menor pendiente que la de las células no automáticas debido a que en estas células existen pocos canales de Nav y, como el potencial diastólico máximo no es tan negativo, se encuentran inactivados. 2) Repolarización o fase de descenso: Al llegar a los +20 mV se abren canales de K v, lo que se traduce en un descenso del potencial de membrana en una pequeña meseta, hasta los +15 mV, momento en el cual se inactivan los canales de Ca+ tipo L y se produce una repolarización más rápida que llega hasta el potencial diastólico máximo.
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Mecanismos de cambio de la frecuencia sinusal Hay 3 mecanismos por los cuales las células cardiacas automáticas aumentan su frecuencia de potenciales de acción. La mayoría son cambios a nivel del prepotencial: •
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Modificación de la pendiente del prepotencial: Si aumenta la pendiente del prepotencial, es decir, el ingreso neto de cargas positivas por unidad de tiempo es mayor, aumenta la rapidez con que se despolariza la célula, por lo que la despolarización ocurre antes y, por ende, aumenta la frecuencia. Inversamente, podría ser que la pendiente disminuya, con lo que se demoraría bastante tiempo en llegar el umbral y, por lo tanto, la despolarización es más lenta, con lo que disminuye la frecuencia. Para realizar esto, se puede modificar la corriente de los canales tipo f cambiando el potencial de membrana al cual hay mayor probabilidad de apertura de estos canales.
Modificación del potencial diastólico máximo: Si se modifica el potencial diastólico máximo se pueden lograr 2 efectos, es decir, que sea más fácil o más difícil disparar el potencial de acción. Si el potencial diastólico máximo es más positivo, a una pendiente constante del prepotencial, será más fácil llegar al umbral mecánico. En cambio, si el potencial diastólico máximo es más negativo, será más difícil disparar el potencial de acción. Modificación del potencial umbral: Si el umbral disminuyera, la estimulación sería alcanzada más rápidamente y la frecuencia aumentaría. Para esto habría +2 que modificar el potencial al cual se abren los canales de Ca tipo L.
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Mecanismos fisiológicos para modificar la frecuencia 1) Mecanismo de acción de las catecolaminas La epinefrina y norepinefrina pueden variar la frecuencia de los potenciales de acción de las células automáticas. Esto lo consiguen aumentando la pendiente del prepotencial, de manera que aumentan la frecuencia cardiaca. Para que la pendiente del prepotencial aumente, la corriente de ingreso de cargas positivas, mediada por canales tipo f , debe ser superior a la corriente de salida de estas, proceso mediado por los canales de K v. Las catecolaminas logran esto aumentando la corriente de los canales tipo f , debido a que se unen a receptores !1 acoplados a proteína Gs. Por lo tanto, aumentan los niveles de AMPc que, en este caso, se une directamente a los canales tipo f , provocando que estos canales se activen a potenciales menos negativos, aproximadamente -50 mV. Debido a esto, cuando se alcanza el potencial diastólico máximo hay más canales tipo f abiertos, de manera que predomina mucho mas la corriente de entrada de Na+ sobre la corriente de salida de K + y, por ende, la pendiente del prepotencial es mayor, lo que provoca una despolarización apresurada con respecto a situaciones normales. Por otro lado, las catecolaminas reducen el umbral ya que el AMPc activa a la proteína quinasa A, la cual fosforila a los canales de Ca+2 tipo L provocando que respondan mejor a potenciales menores. De esta forma, se produce el mismo efecto de aumento de la frecuencia cardiaca.
2) Mecanismo de acción de la acetilcolina El efecto de la acetilcolina es antagónico al de las catecolaminas. El nervio vago, a través de este neurotransmisor, produce una disminución de la frecuencia cardiaca mediante 2 mecanismos: •
•
Proteína Gi: Los receptores muscarínicos M2 se encuentran acoplados a este tipo de proteína G, la cual reduce los niveles de AMPc de tal manera que este no se unirá a los canales tipo f , por lo que se abrirán a potenciales más negativos y aumentará la pendiente del prepotencial. Apertura de canales de K +: La acetilcolina activa directamente unos canales de K + que se mantendrán abiertos independiente del potencial eléctrico de la célula. Esto permitirá la salida de K +, lo que llevará a una modificación del potencial diastólico máximo hacia valores más negativos, de manera que le costará más llegar al umbral y desencadenar el potencial de acción.
Propagación de potenciales de acción Los potenciales de acción se inician a nivel del nodo sinusal, desde el cual se dirigen hacia el sincicio auricular y al nodo aurículoventricular. Desde este último, la actividad eléctrica se dirige por las ramas aurículoventriculares y haz de His para terminar en la red de Purkinje, la cual se conectará eléctricamente con el sincicio ventricular.
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Velocidad de conducción La magnitud de la velocidad de la corriente que pasa de una célula se puede expresar a través de la siguiente ecuación:
I = "V/R 1) Amplitud del potencial de acción o "V amplitud del potencial de acción es la diferencia entre el potencial de membrana en acción y el potencial de reposo, por lo tanto "V = (Vacción – Vreposo). La
De esta forma podemos calcular la amplitud del potencial de acción de las células automáticas y no automáticas: • •
"V Células automáticas = +20-(-60) = 80 mV. "V Células no automáticas = +50-(-90) = 140 mV.
Cuanto mayor sea la diferencia entre el potencial de reposo y el máximo potencial despolarizado, mayor será la velocidad de conducción o propagación. Es por esto que las células ventriculares tienen mayor velocidad de conducción, porque su "V es mayor que el del nodo sinusal. 2) Resistencia (R) La resistencia depende del diámetro o tamaño de la célula. A mayor tamaño hay menor resistencia y, por lo tanto, mayor velocidad de propagación. Aquí también importan las ramificaciones de la corriente. Si las células se ramifican, la corriente va a tener que dividirse y se va a encontrar con células de menor diámetro. Mientras menos ramificaciones la velocidad es mayor. Las células de los nodos sinusal y aurículoventricular son mucho más pequeñas que las células ventriculares y sufren muchas ramificaciones. Es por esto que se produce un retardo de 0,08 segundos en el nodo aurículoventricular, lo que hace posible que las aurículas se contraigan antes que los ventrículos.
Nodo sinusal: 5 cm/seg. Sincicio auricular: 0,5-1 cm/seg. Nodo aurículoventricular: <5 cm/seg. Haz de His y Red de Purkinje: 3-4 m/seg. Sincicio ventricular: 1 m/seg.
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CLASE 3: ELECTROCARDIOGRAFÍA Antes de explicar el electrocardiograma propiamente tal, hay que entender cómo se producen los potenciales de acción las células del miocardio contráctil. Tenemos un trozo de músculo cardíaco en reposo y vamos a aplicarle un estímulo en la zona A, de tal forma que se propague un potencial de acción hacia la zona B.
Los electrodos colocados en las zonas A y B miden las cargas del medio extracelular Por lo tanto, si la célula está despolarizada el medio extracelular estará negativo con respecto al interior, debido a que ingresa Na+ a la célula, y, por el contrario, si la célula está en reposo, el medio extracelular estará positivo con respecto al interior, debido a que la célula cardiaca no automática tiene un potencial de reposo de -90 mV. En la medida que se inicia la despolarización, las primeras células que se van a despolarizar son aquellas que están más cerca del estímulo eléctrico para luego propagarse de célula a célula a través de los conexones. Secuencialmente en el tiempo se van a tener más y más células en potencial de acción debido a que, en estas células, es muy prolongado. A partir de esto, es importante recalcar que cuando se aplica un estímulo en un punto, se generará una diferencia de potencial (VB – VA) entre el punto estimulado y aquel que está más alejado del estímulo. Por lo tanto, se generarán diferentes momentos con distintas diferencias de potencial:
En la imagen se puede observar un voltímetro conectado a 2 puntos. El punto
A mide la mitad izquierda de las células musculares y el punto B hace lo mismo pero desde la derecha. 1) Todas las células se encuentran en reposo, por lo que no hay diferencia de potencial entre los puntos A y B.
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2) Comienza la despolarización en el punto A, de manera que # de las células está en potencial de acción y $ está en reposo. En esta situación el potencial externo de las células despolarizadas es más negativo que el de adentro debido a que ingresa Na+ y el potencial externo de las células en reposo es más positivo que el de adentro, por lo que entre los electrodos A y B se genera una diferencia de potencial que es detectada por el voltímetro. Por decirlo de alguna manera, el punto B ve todas las células con potencial de reposo y el punto A ve la mitad de las células con potencial de reposo y la mitad de las células con potencial de acción. Entonces, el electrodo A lee que no hay nada, ya que hay tantas cargas positivas como negativas, mientras que el electrodo B ve todo positivo; por lo tanto, si a “todo positivo” le restamos “nada”, nos quedamos con la mitad del máximo, es decir, VB – VA = [+]-[0] = +. 3) Cuando la propagación ha alcanzado la mitad de la masa muscular, el electrodo B ve todo positivo y el electrodo A ve todo negativo, por lo que la magnitud de la diferencia de potencial entre A y B es máxima, es decir, VB – VA = [+]-[-] = ++. 4) Luego, cuando la despolarización es casi completa, el electrodo A obtendrá un registro negativo y el electrodo B obtendrá un registro poco positivo ya que quedan pocas células en reposo. Por lo tanto, la diferencia de potencial entre los electrodos A y B resultará positiva, pero muy cercana a 0. 5) Finalmente, cuando toda la masa muscular está despolarizada, el registro es 0. Pero cuando comienza la repolarización desde la zona A, el electrodo A medirá la mitad positiva y la mitad negativa, y el electrodo B medirá todo negativo, de manera que la diferencia de potencial será negativa y equivalente a la mitad del mínimo, lo que se puede expresar como VB – VA = [-]-[0] = -, de manera que la curva de lectura será hacia abajo durante la repolarización. En base a lo anterior se hace la lectura del electrocardiograma (ECG), donde las curvas positivas son despolarizaciones y las curvas ne gativas son repolarizaciones.
Magnitud de una onda del electrocardiograma (ECG) La magnitud de una onda del ECG depende de varios factores, los cuales serán explicados a continuación: •
•
Momento dipolar: Producto entre la masa muscular, que corresponde a la cantidad de células que se despolarizan al mismo tiempo y nos da una idea del número de cargas que se están movilizando, y la separación de cargas, también denominada asimetría de cargas. Por lo tanto, el momento dipolar se refiere a cuánto se ha propagado la despolarización y, por ende, la magnitud será mayor mientras más asimetría haya. Distancia de los electrodos con la masa que se despolariza: Mientras más cerca estén los eletrodos de la fuente del potencial de acción, mayor será la magnitud de la diferencia de potencial de acción.
•
Coseno del ángulo formado por la dirección de propagación con el eje de la derivación: Otra cosa importante es en qué dirección se produce la
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despolarización en relación con la línea que une los electrodos. Si se tiene el electrodo positivo en B y el electrodo negativo en A, la línea que une los electrodos es horizontal, por lo que la dirección en que se propaga es de izquierda a derecha y, por ende, también es horizontal. Considerando esto, el ángulo que se forma entre ambos ejes es cero. Es así que cuando la propagación es paralela al eje de derivación, la diferencia es máxima, ya que el coseno de cero es 1.
Componentes del ECG La despolarización empieza en el nodo sinusal, entonces la primera parte donde va a haber potencial de acción es en la zona que rodea a este nodo. En algún momento la mitad de la masa va a estar despolarizada y la otra mitad estará en reposo, y, en ese momento, se registrará la mayor diferencia de potencial en la medida en que se está propagando la despolarización por el sincicio auricular. La despolarización de los sincicios auricular y ventricular se puede representar a través de vectores que van cambiando su magnitud (dependiendo de la masa muscular que se despolarice) y su dirección (el vector final es la sumatoria neta de los vectores) dependiendo del grado de despolarización del miocardio. Los electrodos se colocan en distintas partes del cuerpo: •
Derivación bipolar 1: El electrodo negativo se ubica en el brazo derecho y el electrodo positivo en el brazo izquierdo. Entonces, se va a ver un signo positivo si el vector apunta hacia el brazo izquierdo y un signo negativo si lo hace hacia el brazo derecho. Esta derivación es la que utilizaremos principalmente para explicar el ECG.
•
Derivación bipolar 2: Un electrodo en el brazo derecho y el otro en la pierna izquierda.
•
Derivación bipolar 3: Un electrodo en el brazo izquierdo y el otro en la pierna izquierda.
Despolarización auricular células automáticas del nodo sinusal son las primeras en despolarizarse y transmiten esa despolarización a toda la aurícula en el sentido de derecha a izquierda, de cefálico a caudal y de dorsal a ventral. Por otro lado, la propagación no pasa a los ventrículos debido a que están aislados de la aurícula a través del anillo fibroso. La línea diagonal roja de la imagen representa el vector medio de despolarización de la aurícula. En este caso el brazo derecho (inicio flecha azul) es como el electrodo A del ejemplo del trozo de músculo y el brazo izquierdo (fin fecha azul) correspondería al electrodo B, de manera que cuando se despolariza la aurícula se observará una curva de convexidad superior que se denominar onda P. Las
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Antes de ver la onda de la despolarización del nodo aurículoventricular hay un periodo en el cual todo el sincicio auricular está despolarizado, mientras que todo el sincicio ventricular aún se encuentra en reposo. En este momento la
diferencia de potencial es 0 y se debe al retardo que se produce en el nodo aurículoventricular por la gran resistencia que presenta gracias a la ramificación de sus células. Esto se denomina segmento isoeléctrico PQ.
Despolarización ventricular Secuencialmente, la despolarización del ventrículo se produce mediante 3 vectores diferentes.
1) Despolarización del tabique interventricular Después del retraso a nivel del nodo aurículoventricular, pasado un cierto tiempo, la conducción va ir rápido por el haz de His. La primera parte que se va a despolarizar en el ventrículo es la región del tabique interventricular, de izquierda a derecha, debido a que la rama izquierda del haz de His es más gruesa y opone menos resistencia, de cefálico a caudal y de dorsal a ventral. De esta forma se da origen a un vector cuya dirección es desde el brazo izquierdo al derecho, se obtiene una curva de convexidad inferior denominada onda Q, como se observa en la imagen inferior.
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2) Despolarización de la pared libre ventricular Se sigue despolarizando el tabique completo y la parte más interna de ambas cavidades, lo que correspondería a la despolarización de la pared libre. Sin embargo, toda la región que queda más
cercana al pericardio queda con potencial de reposo. Entonces vamos a tener un conjunto de vectores que van de la cavidad al pericardio en todas direcciones. Por otro lado, si representamos todos los vectores anteriores en uno solo, el vector resultante de la despolarización de la pared libre del ventrículo es el que se observa en la figura y va de cefálico a caudal, de derecha a izquierda y de ventral a dorsal. Además, como este vector tiene una dirección desde el brazo derecho al izquierdo, en el ECG se observa esta despolarización como una gran onda de convexidad superior denominada onda R .
3) Despolarización de la pared póstero-basal ventricular Lo último en despolarizarse es la zona de la pared que se ubica hacia el pericardio y hacia el surco aurículoventricular. En general, el conjunto de vectores que componen esta despolarización apuntan hacia arriba, hacia la derecha, hacia la izquierda y hacia adelante. Ahora, si todos estos vectores son reunidos en uno solo, se obtiene un vector cuya dirección es casi horizontal y de izquierda a derecha. Entonces, como este vector tiene una dirección desde el
brazo izquierdo al derecho, en el ECG se observará
una
importante onda de convexidad inferior denominada onda S.
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Repolarización La repolarización no es un fenómeno tan ordenado ni sincrónico. La despolarización ocurre rápidamente a lo largo del corazón porque tiene al sistema excitoconductor que la lleva a toda la superficie endocárdica. En cambio, la repolarización ocurre cuando cesa el potencial de acción de las células, lo que no es sincronizado ni ordenado debido a que es un proceso individual de cada célula de los sincicios.
1) Repolarización auricular La repolarización de las aurículas ocurre conjuntamente con la despolarización de los ventrículos. Si analizamos solamente la repolarización de las aurículas, observaríamos una curvatura de convexidad inferior, pero en realidad, en el ECG, esta curva se encuentra enmascarada por la despolarización ventricular, el complejo QRS. Es por esto que en el ECG no se puede observar la repolarización auricular.
2) Repolarización ventricular La repolarización ventricular si es registrada en el ECG y se denomina onda T. Se puede suponer que, si la despolarización ventricular tuvo una curva con convexidad superior, la repolarización debiera ser una curvatura con convexidad inferior. Sin embargo, hay que recordar que la despolarización ventricular ocurre desde el endocardio hacia el pericardio, de manera que la repolarización ocurre al revés. Esto ocurre porque en las
células más externas de la pared ventricular el potencial de acción es más breve que en las internas, de manera que en esas células el potencial de acción empieza después y termina antes, dando como resultado un vector de repolarización equivalente al de despolarización. Entonces el vector, o el cambio de potencial, al que da origen esta repolarización apunta hacia la izquierda, por lo tanto da una onda de convexidad superior. Sin embargo, la onda T tiene una mayor duración que las ondas del complejo QRS debido a que la repolarización es más lenta. Cuando la mitad de las células está en potencial de
reposo se observa el máximo de la onda T y cuando todas están repolarizadas se llega a cero.
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Electrocardiograma propiamente tal Onda P: Corresponde a la propagación de la despolarización auricular. Segmento isoeléctrico PQ: Periodo en el cual no hay diferencia de potencial debido a que los sincicios auriculares se encuentran completamente despolarizados y los sincicios ventriculares están completamente en reposo. Complejo QRS: Conjunto de ondas que corresponden a la propagación de la despolarización ventricular. La onda Q corresponde a la despolarización del tabique interventricular, la onda R corresponde a la despolarización de la pared libre ventricular y la onda S corresponde a la despolarización de la pared póstero-basal ventricular. Segmento isoeléctrico ST: Periodo comprendido entre la onda S y la onda T durante el cual los sincicios ventriculares están completamente despolarizados y los sincicios auriculares se encuentran completamente en reposo. no se registran diferencias de potencial. Este periodo es el denominado segmento isoeléctrico ST. Segmento isoeléctrico TP: Corresponde al periodo en que todo el miocardio se encuentra en reposo.
Eventos contráctiles asociados al ECG El ECG es la representación de la actividad eléctrica del corazón y significará la contracción diferencial de las aurículas con respecto a los ventrículos.
Para que un sincicio comience a generar una contracción más de la mitad de este debe estar despolarizado, lo que en las aurículas ocurre pasado el punto máximo de la onda P y en los ventrículos sucede pasado el punto máximo de la onda R . Sin embargo, esto no puede quedar eternamente contraído. Para la relajación de un sincicio más de la mitad de este debe estar repolarizado, lo que en las aurículas
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sucede pasado el punto máximo de la onda R y en los ventrículos ocurre pasado el punto máximo de la onda T. De esta forma podemos decir que la sístole auricular ocurre desde pasada la onda P hasta pasada la onda R y la sístole ventricular comprende desde pasada la onda R hasta pasada la onda T. Además, podemos deducir que existe una coordinación entre los sincicios auriculares y ventriculares, ya que las aurículas se relajan cuando los ventrículos se contraen.
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CLASE 4: CICLO CARDIACO El ciclo cardiaco se divide en dos grandes partes, la sístole y la diástole, las que se definen para cada sincicio. El ciclo cardiaco se puede definir como una serie de eventos que se producen en el corazón entre 2 sístoles. La contracción por sístole auricular se produce como consecuencia de la despolarización de las aurículas y la sístole ventricular lo hace como consecuencia de la despolarización de los ventrículos. En cambio, las diástoles auricular y ventricular se producen como consecuencia de la repolarización de ambos sincicios, respectivamente. Hay que tener presente que primero se produce la actividad eléctrica y, como consecuencia de ella, posteriormente se produce la actividad mecánica. Ambos procesos están sucediendo paralelamente en el lado izquierdo y derecho del miocardio. En el miocardio, los sincicios auricular y ventricular están separados eléctricamente por un anillo fibroso, lo que evita el acoplamiento eléctrico innecesario entre ambas zonas. El ciclo cardíaco dura alrededor de 0,8 segundos para una frecuencia cardiaca de 75 latidos por minuto. Este tiempo se divide en forma inequitativa entre sístole y diástole, siendo esta última la de mayor duración. En las aurículas la sístole dura 0,15 segundos y la diástole dura 0,65 segundos. En cambio, en los ventrículos la sístole dura 0,3 segundos y la diástole dura 0,5 segundos. Por lo tanto, en reposo, 2/3 del ciclo cardiaco corresponden a diástole y 1/3 corresponde a la sístole. Además, el ciclo cardiaco puede variar su duración dependiendo si nos encontramos en reposo o ejercitando. Cuando hacemos ejercicio nuestra frecuencia cardiaca aumenta a expensas de la diástole, es decir, la relajación de los sincicios dura menos tiempo. De esta forma, de modo general, se generan 3 estados funcionales de los sincicios durante el ciclo cardiaco: •
•
•
La sístole auricular ocurre antes que la sístole ventricular, por lo tanto una forma funcional en que podemos encontrar a ambos sincicios es aurículas en sístole y ventrículos en diástole.
Cuando se inicia la diástole auricular paralelamente se inicia la sístole ventricular, por lo tanto otra forma funcional en que se pueden encontrar a ambos sincicios es aurículas en diástole y ventrículos en sístole. Cuando termina la sístole ventricular hay un periodo en que ambos sincicios se encuentran en diástole.
Estos 3 estados funcionales de los sincicios ventricular y auricular se repiten en forma cíclica en el tiempo, y a esto es lo que llamamos ciclo cardiaco. A raíz de lo anterior, podemos decir que nunca el sincicio auricular se contrae al mismo tiempo que el sincicio ventricular. Siempre la sístole auricular precede a la sístole ventricular debido a que primero se despolarizan las aurículas y posteriormente esta despolarización se propaga a los ventrículos.
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Etapas básicas del ciclo cardiaco El ciclo cardíaco, dependiendo si las válvulas cardiacas están abiertas o cerradas, se divide en 4 periodos básicos que se definen según la actividad del sincicio ventricular. Principalmente nos referiremos al corazón izquierdo, encargado de expulsar la sangre hacia la circulación sistémica.
1) Llenado del ventrículo En este periodo se observa la válvula aurículoventricular abierta y la válvula sigmoidea cerrada. En este periodo, inicialmente la presión intraventricular es muy baja debido a que el ventrículo está en diástole y el volumen dentro del ventrículo aumenta porque este se está llenando de sangre. Para esto es necesario que la válvula aurículoventricular se encuentre abierta, lo que ocurre debido a que la presión en el ventrículo es menor que la presión en la aurícula. El ventrículo se llena principalmente en forma pasiva, es decir, sin que la aurícula se esté contrayendo ya que la sístole auricular ocurre en la parte final de la diástole ventricular y sirve para completar el llenado del ventrículo. A medida que el ventrículo se llena de sangre la presión intraventricular sube levemente y cuando alcanza su volumen máximo, o volumen diastólico final (VDF), el ventrículo se comienza a contraer y, cuando la presión del ventrículo supera a la presión de la aurícula, se cierra la válvula aurículoventricular y se inicia el siguiente periodo.
2) Contracción isovolumétrica del ventrículo En este periodo se observan las válvulas aurículoventricular y sigmoidea cerradas, que, al estar cerradas, el volumen del ventrículo no cambia y, como el ventrículo se está contrayendo, la presión ventricular aumenta rápidamente. Por lo tanto, en este periodo el ventrículo no expulsa la sangre que contiene. Por consiguiente,
cuando la presión del ventrículo supera a la presión de la aorta se abre la válvula sigmoidea, con lo cual comienza la siguiente fase. 3) Vaciamiento del ventrículo En este periodo se observa la válvula aurículoventricular cerrada y la válvula sigmoidea abierta. Debido a esta condición, la única vía de escape de la sangre es hacia la arteria aorta, por lo tanto, en este periodo el ventrículo expulsa la sangre a la circulación sistémica a través de esta arteria. Como el ventrículo expulsa sangre, su volumen disminuye. Sin embargo, durante
la primera parte de este periodo expulsivo la presión del ventrículo sigue aumentando debido a que el ventrículo se está contrayendo con gran energía, en cambio, en la segunda parte de este periodo la presión ventricular comienza a decaer, por lo que hay un cambio bifásico de la presión ventricular. Cuando la presión del ventrículo se hace inferior a la presión de la aorta se cierra la válvula sigmoidea, con lo cual empieza la siguiente etapa.
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4) Relajación isovolumétrica del ventrículo En este periodo se observan las válvulas aurículoventricular cerradas. Debido a esto, el volumen del ventrículo no cambia y, como el está relajando, la presión ventricular disminuye.
y sigmoidea ventrículo se
Cuando la presión del ventrículo se hace menor a la presión de la aurícula se abre la válvula aurículoventricular, lo que reinicia el ciclo cardiaco con el llenado del ventrículo.
Presión aórtica
Presión ventricular Volumen ventricular
Etapas y subetapas de la sístole y diástole ventricular La sístole y la diástole ventricular se pueden subdividir en distintas etapas que facilitan la comprensión de los fenómenos que ocurren en cada una de ellas. Para entender esto de una forma integral, se mostrará lo que sucede con la presión aórtica, presión auricular, presión ventricular y volumen ventricular en cada fase del ciclo cardiaco.
A) Sístole ventricular 1) Contracción isovolumétrica inicia con el cierre de la válvula aurículoventricular, momento en el cual la válvula sigmoidea ya está cerrada. En esta etapa el ventrículo se está contrayendo, lo que se traduce en un aumento brusco de la presión ventricular. Sin embargo, durante este periodo, la presión ventricular no supera a la presión de la aorta, por lo tanto la válvula sigmoidea se mantiene cerrada todo el tiempo. Debido a lo anterior, el volumen del ventrículo no cambia ya que la sangre no puede ser expulsada por ninguna vía de Se
comunicación ventricular.
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Además, la presión auricular aumenta bruscamente hasta llegar a su máximo al final de esta fase, fenómeno que se explicará con detalles más adelante. En esta etapa, la presión aórtica desciende levemente y alcanza su punto más bajo justo antes de la apertura de la válvula sigmoidea, lo que ocurre cuando la presión ventricular supera a la presión aórtica, momento en el cual comienza el siguiente periodo.
2) Vaciamiento ventricular se inicia con la apertura de la válvula sigmoidea, de manera que se caracteriza por la expulsión del contenido ventricular hacia la arteria aorta. La capacidad máxima de almacenamiento de sangre dentro del ventrículo es de aproximadamente 160 ml. Sin embargo, de este volumen, el ventrículo expulsa más o menos la mitad, quedando con un volumen de unos 80 ml. Durante el vaciamiento asociado a la sístole ventricular, el ventrículo expulsa la gran mayoría de estos aproximados 80 ml, quedando un resto que será expulsado durante la primera etapa de la diástole ventricular y que se denomina volumen residual o volumen sistólico final (VSF). La expulsión que ocurre durante la sístole ventricular se puede dividir en 2 subfases: Esta fase
•
Expulsión rápida: Se vacía la gran mayoría del volumen expulsivo del ventrículo. Debido a esto, la presión aórtica aumenta rápidamente desde su mínimo hasta su máximo. Asimismo, la presión ventricular sigue aumentando debido a la enérgica contracción del ventrículo. Además, la presión auricular disminuye bruscamente (recordar que había aumentado bruscamente durante la contracción isovolumétrica).
•
Expulsión lenta: Se vacía un volumen mucho menor que en la fase anterior. En esta etapa la capacidad contráctil del ventrículo ha disminuido ya que, a medida que el músculo se acorta, disminuye el número de puentes que se pueden formar entre los filamentos de actina y miosina de tal forma que la velocidad de acortamiento del músculo disminuye y, si esto sucede, la sangre es expulsada lentamente y las presiones ventricular y aórtica disminuyen. Además, durante este periodo se observa que la presión auricular aumenta lenta y gradualmente debido a que la aurícula se encuentra en diástole y se está llenando.
B) Diástole ventricular 1) Protodiástole Es un periodo muy breve y corresponde al inicio de la diástole ventricular. En esta etapa el ventrículo se empieza a relajar, con lo cual aumenta la velocidad con que la presión ventricular disminuye. Sin embargo, por inercia el ventrículo sigue expulsando sangre hacia la aorta debido a que la válvula sigmoidea permanece abierta. Por otro lado, la presión auricular continúa aumentando lentamente debido a que la sangre que sale del ventrículo da más espacio para el llenado auricular. Finalmente, la válvula sigmoidea se cierra cuando la presión ventricular se hace menor a la presión aórtica, fenómeno que marca el fin de esta etapa y el inicio de la siguiente.
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2) Relajación isovolumétrica Este periodo se inicia cuando se cierra la válvula sigmoidea, de tal forma que ahora las válvulas aurículoventricular y sigmoidea se encuentran cerradas durante toda esta etapa. Debido a esto, la relajación del ventrículo se traduce en una rápida disminución de la presión ventricular porque el volumen ventricular no cambia debido a que este no recibe ni expulsa sangre. Por otro lado, la presión aórtica aumenta levemente debido a la devolución de la sangre a través de esta arteria. Este aumento de la presión aórtica se conoce como la incisura dicrota. Además, la aurícula continúa llenándose y, por ende, la presión auricular sigue aumentando. Ya cuando la presión ventricular llega a ser menor a la presión auricular, alcanzando niveles subatmosféricos, se abre la válvula aurículoventricular y comienza el siguiente periodo.
3) Llenado rápido Comienza cuando se abre la válvula aurículoventricular, lo que permite el paso rápido de sangre desde la aurícula al ventrículo que corresponde al 70% del volumen diastólico final. Esto ocurre debido a la diferencia de presión existente entre ambos compartimientos. Mientras el ventrículo se llena rápidamente, las presiones auricular y ventricular se mantienen constantes, siendo en todo momento la presión auricular mayor a la presión ventricular. Además, obviamente el volumen ventricular aumenta. Por otro lado, la presión aórtica disminuye lenta y gradualmente debido a que el flujo de sangre se encuentra interrumpido.
4) Diástasis o llenado lento Esta es la última etapa en que la diástole ventricular coincide con la diástole auricular. Se caracteriza por un lento paso de sangre desde la aurícula al ventrículo que corresponde al 5% del volumen diastólico final. Esto ocurre porque la gradiente de presiones entre la aurícula y el ventrículo disminuye, aunque la presión auricular sigue siendo mayor que la presión ventricular. Una de las cosas más importantes de esta etapa es que el corazón aumenta su frecuencia a expensas de esta etapa, acortándola. Para dejarlo explícito, obviamente el volumen ventricular aumenta en relación a la etapa anterior. Además, la presión aórtica continúa disminuyendo. Finalmente, esta etapa culmina cuando ya no hay diferencia de presión entre la aurícula y el ventrículo, momento que comienza la sístole auricular.
5) Sístole auricular última etapa del llenado del ventrículo. Como se dijo anteriormente, las presiones auricular y ventricular son equivalentes, de manera que el ventrículo termina su llenado hasta el volumen diastólico final gracias a la contracción de la aurícula, que se traduce en un aumento de la presión auricular y ventricular, pero esta última en menor Es la
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medida. Debido a esta gran diferencia de presión, este periodo es responsable del ingreso del 25% del volumen diastólico final. Lógicamente, como en las 2 etapas anteriores, la presión aórtica continúa disminuyendo por la ausencia de flujo desde el ventrículo hacia ella. Finalmente, cuando comienza la diástole auricular y la sístole ventricular, la presión auricular se hace menor que la presión ventricular, lo que provoca el cierre de la válvula aurículoventricular y el inicio de un nuevo ciclo cardiaco.
Presión venosa La presión venosa se registra a través de la vena yugular y posee cambios atribuibles a las variaciones de la presión auricular. La presión auricular y venosa se puede observar mediante la generación de diferentes ondas, denominadas a, c y v, y valles, x e y. Hay que tener en cuenta que se produce un desfase entre la aparición de las ondas y valles en la vena yugular respecto a cuando aparecen en la aurícula, debido a que esta onda tiene que viajar hacia atrás hasta llegar a la vena. Los cambios en la presión auricular generan los mismos cambios en la presión yugular debido a que no existen válvulas entre la aurícula y las venas cavas, de manera que hay una especie de continuidad.
1) Onda a: Se origina por el aumento de la presión auricular durante la sístole auricular. En la aurícula y en la vena yugular esta onda se observará después de la despolarización de las aurículas, es decir, posterior a la onda P del ECG, aunque se encontrará más cercana a la onda P en la aurícula que en la vena yugular.
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2) Onda c: Se origina por el abombamiento de la válvula aurículoventricular hacia la cavidad auricular durante el gran aumento de presión ventricular que se produce en la contracción isovolumétrica. Por lo tanto, en la aurícula esta onda coincidirá con esta etapa del ciclo cardiaco. Sin embargo, en la vena yugular esta onda se observará cuando el corazón se encuentre en la etapa de expulsión rápida del vaciamiento ventricular, porque, cuando el ventrículo expulsa sangre, late la arteria carótida y comprime levemente a la vena yugular, aumentando la presión en ella. 3) Valle x: En ambos lugares, aurícula y vena yugular, el valle coincide con la expulsión rápida ventricular. Esto se produce porque el ventrículo, al contraerse, acelera la sangre y la expulsa hacia la arteria aorta, de manera que, por el fenómeno de acción y reacción, el ventrículo es traccionado en dirección opuesta y desciende, provocando que la aurícula se agrande y disminuya su presión. En la vena yugular este valle está interrumpido por la onda c, que ocurre más tarde que la onda c auricular, por lo que tanto x como x’ (imagen de abajo) corresponden al mismo fenómeno.
4) Onda v: La presión auricular aumenta debido a que se está llenando. Esto da origen a la onda v, cuyo punto máximo se observa durante la relajación isovolumétrica, tanto en la aurícula como en la vena yugular. Por lo tanto, esta onda se observa después de la onda T, aunque en la aurícula ocurrirá antes que en la vena yugular. 5) Valle y: Viene inmediatamente después de la onda v. Este valle coincide con el llenado rápido del ventrículo ya que, cuando se abre la válvula aurículoventricular, la presión de la aurícula y de la vena yugular disminuye.
Presión vena yugular
Fonocardiograma
ECG
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Fonocardiograma y ruidos cardiacos El fonocardiograma registra los ruidos cardiacos. Son dos los ruidos audibles por el oído humano.
Primer ruido: Es un ruido complejo debido a que tiene varios componentes. Sin embargo, el principal componente de este ruido es la vibración producida por el cierre de la válvula aurículoventricular cuando finaliza la sístole auricular y comienza la sístole ventricular, específicamente la contracción isovolumétrica. También intervienen en este ruido la generación de tensión en la pared del ventrículo y la distensión de las arterias aorta y pulmonar. Como se produce en la contracción isovolumétrica, este ruido se ubica luego del punto máximo de la onda R del ECG y nos indica que la aurícula comenzó su diástole y que el ventrículo hizo lo propio con la sístole. Este ruido se caracteriza por ser de baja tonalidad, es decir, de baja frecuencia, lo que se debe a que las estructuras que vibran son grandes. Es un ruido ancho y prolongado que dura 0,15 segundos y se ausculta con mayor intensidad en la punta del corazón.
Segundo ruido: Es un ruido más simple, lo causa la vibración producida por el cierre de la válvula sigmoidea aórtica cuando finaliza la sístole ventricular, específicamente en la relajación isovolumétrica. Se ubica después de la despolarización ventricular, es decir, luego del punto máximo de la onda T del ECG y nos indica el fin de la sístole ventricular, independiente de que ocurra en la relajación isovolumétrica. Este ruido tiene tonalidad más alta que el primero, por lo tanto su frecuencia es mayor porque las estructuras que vibran son más pequeñas. Es más breve, dura 0,12 segundos y se ausculta con mayor intensidad hacia la base del corazón. Tercer ruido: Se puede escuchar en jóvenes, pero en adultos es patológico. Se produce entre el llenado rápido y el llenado lento, y se escucha en ventrículos poco distensibles (corazón fuerte en jóvenes y patológico en adultos).
tiempo que transcurre entre el primer y segundo ruido es menor que el que pasa entre el segundo ruido de un ciclo y el primero del otro ya que la sístole ventricular dura menos que la diástole ventricular. El
Por otro lado, si hay un aumento de la frecuencia cardiaca el primer ruido de un ciclo cardiaco se acerca al segundo ruido del ciclo anterior porque la diástole es más corta que en condiciones de reposo.
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CLASE 5: HEMODINAMIA Y FUNCIÓN VASCULAR Introducción En el lecho vascular existen dos circulaciones claramente definidas, una que sale del ventrículo izquierdo, la circulación sistémica, y otra que sale del ventrículo derecho, la circulación pulmonar. La sangre que sale por la aorta va a retornar a la aurícula derecha, luego pasará al ventrículo derecho y saldrá por las arterias pulmonares. El flujo que sale por la arteria pulmonar volverá a la aurícula izquierda, luego al ventrículo izquierdo y saldrá por la aorta. La pregunta es entonces ¿el flujo es constante a lo largo del flujo vascular sistémico? La respuesta es si, en cualquier región del lecho vascular en que se haga una sección transversal habrá el mismo flujo. Es decir, si se toma el conjunto de todos los vasos de un mismo tipo, en cualquier punto de la circulación se observará una mantención del flujo. Esto quiere decir que el flujo que sale por la aorta es igual al que hay en las
ramificaciones de la aorta y así sucesivamente en cada ramificación desde arterias a capilares y de capilares a venas, hasta que finalmente el flujo que llegue a través de las venas cavas a la aurícula derecha será el mismo también. En otras palabras el gasto cardiaco es igual al retorno venoso. Flujo El flujo
es el volumen de sangre que pasa por una sección transversal en una unidad de tiempo, lo que se puede representar como Q = volumen/tiempo. El flujo se puede analizar en función de la velocidad y área de sección transversal de los vasos y en función de la diferencia presión.
1) Flujo en función de la velocidad y área de sección transversal de los vasos En este esquema se observa un volumen que se desplaza desde X a Y en 1 segundo. Si se consideran 2 frentes de un flujo, el líquido en X y el líquido en Y, ha transcurrido un tiempo entre que el líquido pase de X a Y. El flujo que se produjo al pasar desde X a Y va a ser igual al volumen del cilindro que se ubica entre ambos puntos, el cual es igual al producto entre la base del cilindro y la altura del cilindro. Si la velocidad es v cm/s, la altura es v cm, y si entre X e Y hay 1 segundo de diferencia, entonces tenemos que el área multiplicada por v cm, en 1 segundo, es v cm3/s. La velocidad es igual al largo por unidad de tiempo, es decir, v cm/s, y si la multiplicamos por el área, da el flujo, equivalente a cm3/tiempo.
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Entonces, Q = cm3/tiempo = volumen/tiempo 2 Q = (largo/tiempo) " cm Q = velocidad % área Esta es la ecuación de continuidad de flujo, que dice que el flujo es igual al producto entre área de sección transversal y la v elocidad media de la sangre. Por lo tanto, el
flujo en un vaso dependerá del área de sección transversal y de la velocidad media de la sangre en dirección al flujo. - Ramificación de los vasos 2
Si el área de sección transversal en un vaso es igual a 1 cm y el flujo corresponde a 3 5 cm /s, la velocidad de la sangre en este vaso, que mantiene su área de sección transversal constante, es de 5 cm/s. Esto significa que la distancia entre X e Y es de 5 cm y que por 3 esta distancia avanzó un volumen de 5 cm en 1 segundo. 2 Si ahora distendemos este vaso a un área de 5 cm , el flujo se mantiene constante, pero la velocidad va a ser de 1 cm/s, es decir, la velocidad de la sangre disminuyó en el vaso que aumentó su área de sección transversal para mantener el flujo constante. Este es el caso de la ramificación de los vasos, donde siempre el área de sección
transversal del vaso de origen será menor que la suma de las áreas de los vasos resultantes, es decir, el área de sección transversal va a ir creciendo a medida que los vasos se ramifican y, por ende, la velocidad disminuirá y el flujo se mantendrá constante. - Ensanchamiento de los vasos Cuando los vasos aumentan de diámetro, la velocidad del flujo disminuirá al
pasar por la zona ensanchada y aumentará cuando se acerque a la zona de diámetro original. De esta forma, la variación de velocidad mantiene el flujo en zonas de distinta área de sección transversal. - Área y velocidad en la circulación sistémica aorta, al ir dando ramas para irrigar todos los órganos, aumenta su sección transversal total hasta los capilares, para después volver a reunirse en vasos más grandes que tienen una sección transversal menor que en los capilares pero ligeramente mayor a la aorta. Entonces ¿qué debe ocurrir con la velocidad? En la aorta la velocidad tiene un valor promedio de 30 cm/s y al llegar a los capilares tiene una velocidad de un milésimo de la original, es decir, 0,5 mm/s. Sin embargo, cuando la sangre llega a las venas cavas, la velocidad debe volver a subir hasta velocidades de 20 cm/s. La
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Para comparar el área de los diferentes vasos debemos considerar que las arterias y venas tienen un largo similar mientras los capilares son mas cortos, pero muchos se encuentran en paralelo dentro de los órganos, por lo que su área de sección transversal es mucho mayor. Para terminar la idea, en los vasos arteriales y venosos la velocidad es muy alta mientras que en los vasos de la microcirculación la velocidad es muy baja.
2) Flujo en función de la diferencia de presión Para que haya flujo hay que entregarle energía al vaso, por lo que el flujo irá desde zonas con mayor energía hasta zonas con menor energía, por ende, el corazón, al ser esencialmente una bomba, le entrega energía a la sangre en forma de presión. Así, la sangre sale por las arterias a alta presión y, en general, va disminuyendo cuando uno se aleja del corazón, de manera que la sangre retorna a la aurícula con muy baja presión. Por lo tanto, el flujo sanguíneo será directamente proporcional a la diferencia de presiones arterial y venosa e inversamente proporcional a la resistencia de los vasos:
Q = (Pi – Pf )/R = (Parterial – Pvenosa)/R Supongamos ahora una cañería rígida donde provocamos
un flujo por diferencia de presión entre el inicio y el final de esta. Se podrá observar que el aumento del flujo es directamente proporcional al aumento de la diferencia de presión. Obviamente, no existe flujo si no hay diferencia de presión debido a que no hay diferencia de energía. Además, mientras no varíe la pendiente (gráfico), la capacidad de que el líquido fluya dentro del tubo (conductancia) será la misma, la cual equivale al recíproco de la resistencia. Esta relación lineal entre flujo y resistencia sólo se cumple dentro de cierto rango de diferencia de presión, es decir, cuando la diferencia de presión alcanza cierto valor, la pendiente comienza a disminuir. Cuando el flujo es proporcional a la diferencia de presión, este se mueve silenciosa y ordenadamente dentro del vaso, por lo que se denomina flujo laminar; en cambio, cuando se sobrepasa la relación lineal entre el flujo y la diferencia de presión, este se mueve ruidosa y desordenadamente, por lo que se denomina flujo turbulento, y se caracteriza por formar torbellinos dentro del vaso y
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gastar energía en dar vueltas sobre si mismo, siendo esta pérdida de energía la causa de la disminución del flujo. Si comparamos ambos tipos de flujo, la ventaja del flujo laminar
sobre el turbulento es que el primero tiene una conversión de energía en calor mucho menor que el segundo. El número de Reynolds nos permite estimar hasta qué punto el flujo será laminar, multiplicando la velocidad promedio, la densidad y el diámetro del vaso, y dividiendo por el coeficiente de viscosidad. Al realizar este cálculo, las unidades se cancelan por lo que se obtiene un numero adimensional. Además, se observa que si el número es menor que 1000 el flujo es laminar y si el número supera los 2000 el flujo se vuelve turbulento. Simplificando, la ecuación queda:
Q el flujo y r el radio . Así, el número de Reynolds variará cuando la viscosidad y la densidad cambien (propiedades intrínsecas del fluido) y también variará con el flujo y el radio del vaso. Analizando las variables, el flujo y el radio los podemos controlar, por lo que tienen gran importancia biológica. Por su parte, la densidad depende de la masa por volumen y la viscosidad es inversa a la densidad (el Siendo
aceite es menos denso que el agua, pero mas viscoso). Los factores que tienden aumentar el número de Reynolds y, por ende, que tienden a causar turbulencia son el aumento de la velocidad (aumenta el flujo), el aumento del radio de los vasos y la disminución de la viscosidad de la sangre. En general, este número aumenta cuando se trata de hacer pasar un flujo grande a través de un radio muy pequeño o cuando se hace circular un líquido muy poco viscoso.
- Factores que determinan el flujo laminar El flujo laminar se rige por la Ley de Poiseuille. Descrita de la siguiente forma:
flujo va a ser inversamente proporcional al largo del vaso y a la viscosidad del fluido y será directamente proporcional al radio del vaso. Luego, para saber la resistencia se calcula el inverso de lo anterior ya que la conductancia es el inverso de la resistencia al flujo, por lo tanto el flujo laminar es directamente proporcional a la diferencia de presión e inversamente proporcional a la resistencia. Así, el
Lo más característico de esto es que el flujo varía enormemente con variaciones mínimas del radio del vaso, o, dicho de otra manera, la resistencia es afectada por el radio elevado a su cuarta potencia. Por lo tanto, el factor más importante en la modificación del flujo es el radio del vaso, por dos motivos principales:
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elevado a la cuarta potencia, lo que significa que mínimos cambios en el radio producirán cambios muy importantes en la resistencia y, por ende, en el flujo. Por ejemplo, si el radio disminuye a la mitad, la resistencia aumentará 16
Está
veces, lo que se traducirá en una disminución del flujo 16 veces. El radio es el único factor que fisiológicamente se puede modificar en los vasos. El rol de las arteriolas es mantener una contracción permanente por descarga simpática. Esto trae como consecuencia que las arteriolas mantengan su tono o radio y lo varíen según ordene el sistema simpático.
Finalmente, para aumentar el flujo laminar se puede aumentar arterial, aumentar el radio y disminuir la longitud del vaso (insignificante).
la presión
El flujo laminar se denomina así debido a que se mueve como un grupo de láminas, de las cuales, las que están hacia el eje del vaso avanzan mas rápido y las de la periferia mas lento. La velocidad máxima se alcanza en el eje del vaso y la velocidad se hace cero al contacto con las paredes; de esta manera, una lámina se desliza sobre la otra aplicando una fuerza que se relaciona con la viscosidad (a mayor viscosidad, mayor fuerza), con la superficie de contacto entre las dos láminas y con una gradiente de velocidad en relación al ancho del vaso.
Esto quiere decir que, al centro del vaso x = 0 y la velocidad es máxima, mientras que en la periferia del vaso y x = r y la velocidad es cero . Esta fuerza que se aplica entre láminas es la fuerza de roce.
Viscosidad de la sangre La sangre no es un líquido homogéneo, sino una suspensión de elementos figurados en una solución hidroeléctrica (plasma). El plasma tiene una viscosidad de alrededor de 1,6 veces la viscosidad del agua. Los factores que determinan la viscosidad de la sangre son el hematocrito, que aumenta la viscosidad de la sangre, la velocidad con que circula la sangre y el radio de los vasos. Normalmente la sangre tiene un hematocrito de aproximadamente 45%, teniendo alrededor de 4 veces la viscosidad del agua. A medida que aumenta el hematocrito, la viscosidad aumenta cada vez más. La viscosidad aparente de la sangre es de 2 a 100 veces la del agua (sangre con hematocrito normal de 45%). Esto depende esencialmente del flujo que es capaz de moverse por los vasos. Si existe un flujo pequeño (baja velocidad), la sangre tiende a ir a valores de viscosidad de alrededor de 100 veces la del agua; en cambio, si el flujo es
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mayor, se produce la acumulación axial de elementos figurados, es decir, los elementos figurados se ubicarán hacia el centro o eje del vaso, dejando más espacio periférico para que sea ocupado por plasma y la viscosidad de la sangre es solo 2 veces la del agua. Cuando este fenómeno ocurre, el hematocrito aumenta en el centro del vaso, donde también aumenta la viscosidad y el roce. Sin embargo, en la periferia el hematocrito es igual a 0 debido a que solamente hay plasma, por lo que en esta zona del vaso la viscosidad disminuye, disminuyendo el roce. Por lo tanto, la consecuencia de la acumulación axial de los elementos figurados es que la viscosidad aumenta en el centro del vaso y disminuye en la periferia, lo que genera que el roce promedio entre las capas disminuya, derivando en que la sangre se comporte como si tuviese una menor viscosidad. Esta acumulación axial de los elementos figurados se produce a velocidades mayores a 1 mm/s, por lo tanto en los capilares no se producirá este efecto ya que en ellos la sangre circula a unos 0,5 mm/s.
vasos se ramifican, como el plasma se ubica en la periferia, lo primero que pasa a la nueva arteria es plasma, siendo mayor que la proporción de glóbulos rojos que pasan. Por esto, en las sucesivas ramificaciones va a haber cada vez un menor hematocrito. Así, si se saca sangre de una arteria y de un capilar de un dedo, el A medida que los
hematocrito es menor en el capilar.
Cuando el radio de los vasos es mayor a 1 mm, la viscosidad aparente de la sangre es alta y constante, pero cuando el radio de los vasos es menor a 1 mm, la viscosidad aparente de la sangre comienza a disminuir rápidamente. Esta disminución de la viscosidad aparente en vasos de radio pequeño se debe a que, en los capilares, los elementos figurados no tienen la capacidad de desplazarse en sentido lateral, por lo tanto no tienen la libertad de formar infinitas capas. Debido a esto, los elementos figurados se disponen en un número de capas finitas y se forma un cilindro central de glóbulos rojos de espesor finito e infinitas capas de plasma en la periferia que se deslizan unas sobre otras a distintas velocidades, lo que significa que en la zona central del vaso prácticamente no hay roce y, por ende, la viscosidad aparente disminuye mucho. Lo anterior es el denominado efecto sigma.
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Presión arterial media (PAM) PAM se define como el promedio ponderado de presión sistólica (PS) y de presión diastólica (PD), de acuerdo a la duración del ciclo cardiaco. Así, para una La
frecuencia cardiaca normal se calcula como:
PAM = PS + 2PD / 3 Esto, debido a que la sístole dura 1/3 del ciclo cardiaco y la diástole dura 2/3 del ciclo cardiaco.
Como muestra la imagen anterior, la PAM varía a lo largo del lecho vascular , de manera que en las arterias la presión disminuye levemente y a medida que el flujo se acerca a las arterias terminales, la presión comienza a decaer más rápidamente. Sin embargo, la mayor caída de la PAM se produce en las arteriolas, aunque en los capilares también se produce un descenso importante. Finalmente, a nivel de las venas la PAM cae poco y lentamente. Lo anterior se puede explicar porque las arterias y venas son vasos de gran calibre y, por ende, ofrecen baja resistencia. En cambio, las arteriolas y capilares son vasos de pequeño diámetro y, por lo tanto, ofrecen una alta resistencia.
Resistencia de una red vascular radio es el factor más importante para determinar la resistencia que oponen los vasos al flujo. Esta relación El comportamiento de la presión se debe a que el
se encuentra en la ecuación de Poiseuille, previamente analizada.
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La ecuación de Poiseuille funciona muy bien para medir la resistencia en un vaso, pero la situación es más compleja cuando se piensa en una red vascular, como en el esquema anterior. La forma más simple de medir la resistencia en esta red de vasos es medir la presión al inicio y al final de la red y dividirla por el flujo, que corresponde al gasto cardiaco. El problema es que se necesita conocer la resistencia combinada del
circuito: •
Elementos en serie: La resistencia total de los elementos en serie es la suma de las resistencias individuales.
•
Elementos en paralelo: La resistencia total de los elementos en paralelo es igual a la suma del recíproco de cada resistencia individual.
los vasos que están en paralelo poseen una menor resistencia que los vasos que están en serie. Esto explica por qué el sistema arteriolar, a pesar de tener un Por lo tanto,
área de sección transversal menor que el sistema capilar, otorgue una mayor resistencia al flujo de sangre, ya que por cada arteriola hay 9 capilares en paralelo y solo 1 en serie. De esta forma, las arteriolas representan el 41% de la resistencia periférica total (RPT) y los capilares equivalen al 27%, por lo tanto si sumamos las resistencias obtenemos que las arteriolas y capilares ofrecen el 68% de la resistencia periférica total. La disminución de la presión será mayor en zonas con mayor resistencia. Esta es la razón por la que en las arterias y venas la caída de la presión es mínima, ya que poseen un gran radio que opone una pequeña resistencia al paso de la sangre y, por lo tanto, no provoca una disminución significativa de la presión.
Relación entre el flujo de la sangre y la presión flujo es directamente proporcional a la diferencia de presión, solo si el flujo es laminar. Se
dijo
anteriormente
que
el
Consideremos tubos de diámetro constante durante todo el experimento. Entonces, si tenemos plasma a una diferencia de presión de 2 cm H2O, habrá un flujo de casi 140 ml/s. Si después se agregan glóbulos rojos, de tal forma de lograr un hematocrito de 36% y 66%, la pendiente disminuye inmediatamente, lo que quiere decir que
aumenta la resistencia o disminuye la conductancia. Así, la viscosidad (aumento de hematocrito) será la causa del aumento de la resistencia. Cabe destacar que cuando la presión baja mas allá de los 2 cm H2O, la resistencia aumenta debido a que, al disminuir tanto el flujo, la viscosidad aparente aumenta considerablemente. En conclusión, mientras mayor es el número de glóbulos rojos, mayor es la fuerza que se debe aplicar (diferencia de presión) para que deje de cambiar la pendiente. Lo anterior ocurre en los vasos no distensibles o rígidos, en los cuales, a menor presión, la sangre se mueve con poca velocidad, lo que hace que los elementos
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figurados vayan poniéndose de a poco en posición axial y el flujo comience a aumentar lentamente. Luego de que todos los elementos están en posición axial, el flujo aumentará proporcionalmente a la presión. Sin embargo, en los vasos distensibles el flujo depende del diámetro del vaso, el cual generalmente es modificado por la actividad simpática. Por lo tanto, a una misma presión, el flujo del vaso variará dependiendo de la distensibilidad de este. Cuando existe un tono simpático alto (curva 4, imagen derecha), el diámetro del vaso disminuye, por lo que aumenta la resistencia del vaso, lo que se traduce en un aumento lento del flujo a medida que aumenta la presión. Cuando la presión aumenta en un vaso distensible, éste aumenta su diámetro, disminuyendo la resistencia y aumentando el flujo. La sangre circula a través de vasos distensibles, pero además tiene elementos figurados, es por esto que, dentro de las arterias, hay una presión mínima bajo la cual no hay flujo, lo que se conoce como presión crítica de cierre. La
presión crítica de cierre es a la cual el vaso está en una distensión mínima que permite que los glóbulos rojos pasen a través del vaso. Fuerzas en un vaso El radio de un vaso depende del equilibrio entre las fuerzas que aumentan su radio y las fuerzas que disminuyen su radio. La fuerza que tiende a aumentar el radio es la presión luminal (Pl) y las fuerzas que tienden a disminuir el radio son la presión externa (Pe) y la tensión (T). Por lo tanto, cuando estas fuerzas están en equilibrio, el vaso mantiene su radio. El equilibrio entre estas fuerzas es descrito por la ecuación de Laplace, que dice que la tensión es igual al producto entre presión luminal menos la presión externa y el radio del vaso:
diferencia entre la presión luminal y la presión externa se denomina presión transmural (PTM) y, como la presión externa casi siempre es 0, la presión transmural generalmente es equivalente a la presión luminal. Por lo tanto, la tensión será igual al producto entre la PTM y el radio. Para que se llegue a un equilibrio en las arterias, tiene que haber una gran cantidad de fibras elásticas, pues el vaso no es distensible. Cuando el radio aumenta en arterias, la tensión crece por la fuerza que ejercen las fibras elásticas. Si las arterias La
no tuvieran fibras elásticas y aumentara la presión, reventarían debido a que no aumentaría la tensión en la pared, por lo que no habría una fuerza que disminuya el calibre; en cambio, si hubiera una disminución de presión, la arteria colapsaría, porque no habría tensión negativa que implique que la arteria vuelva a tener calibre.
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Modificación del calibre arterial En las arterias elásticas, como no tienen fibras musculares lisas, el calibre es modificado por la tensión de las fibras elásticas de la pared de estos vasos. Así, cuando existe una presión máxima de aproximadamente 120 mmHg, la presión transmural es alta y supera a la tensión existente en la pared. Entonces se produce un desequilibrio, ya que la fuerza que tiende a disminuir el radio se hace menor que la fuerza que tiende a aumentarlo. Como gana la fuerza que tiende a aumentar el radio, el vaso se distiende, es decir, aumenta su radio y las fibras de la pared se estiran, lo que provoca un aumento de la tensión hasta que las fuerzas se igualen y se llegue a un nuevo equilibrio. Por el contrario, si existe una presión mínima de aproximadamente 80 mmHg, la presión transmural es baja y es superada por la tensión existente en la pared. Entonces se produce un desequilibrio en que la fuerza que tiende a disminuir el radio es mayor que la fuerza que tiende a aumentarlo, de manera que el vaso se achica, es decir, disminuye su radio y las fibras de la pared se acortan, lo que provoca una diminución de la tensión hasta que las fuerzas se igualen y se llegue a un nuevo equilibrio.
Función de las arterias elásticas elasticidad arterial y a la resistencia arteriolar, cumplen la función de amortiguar los cambios de presión en el lecho arterial. Con esto, amortiguan los cambios de flujo, el cual pasa de ser intermitente o pulsante en las arterias a continuo en las arteriolas. Finalmente, las arterias elásticas son excelentes conductores del flujo sanguíneo gracias a la baja resistencia que poseen, con lo que logran una velocidad de flujo muy alta. Debido a la
Función de las venas distensibilidad de las venas, a baja presión, es muchísimo mayor que la de las arterias. Esto es porque las venas trabajan en un rango de presión en que no están llenas de sangre, sino que se encuentran semicolapsadas. Por lo tanto, su distensibilidad es debido a que está cambiando el radio de la vena, pero no su perímetro, es decir, la La
longitud de sus fibras no está variando. Sin embargo, a muy altas presiones su forma pasa a ser circular y pueden seguir aumentando su volumen estirando las fibras colágenas de la pared, momento en que se vuelven poco distensibles. Gracias a esto, pueden conservar un nivel de presión constante a pesar del cambio del flujo.
reservorio de sangre ya que son capaces de acumular sangre sin que la presión suba mucho y de entregarla sin que la presión baje Además, funcionan como un
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mucho, lo que permite la amortiguación de los cambios de la volemia. Asimismo, esto permite que la distribución de la sangre sea de forma heterogénea, ya que, de los 5 litros de sangre que tiene una persona normal, la mitad está en las venas de la circulación sistémica. Finalmente, al igual que las arterias elásticas, las venas son muy buenos conductores del flujo sanguíneo debido a que presentan una baja resistencia, permitiendo un flujo a alta velocidad. Modificación del calibre arteriolar arteriola en equilibrio, en la cual aumenta la tensión por acción del sistema simpático en el músculo liso. Si la tensión es mayor a la presión por el radio, el vaso disminuirá su calibre, llegando a un nuevo equilibrio. La tensión en el nuevo equilibrio será menor que la que había en el equilibrio inicial debido a que las fibras están menos tensas. Además, la presión externa será igual que la anterior, mientras que la que está dentro del vaso será menor, pues el radio disminuye y la resistencia aumenta (para mantener el flujo, si la resistencia aumenta la presión disminuye). Al ser el radio menor y la presión menor se explica la menor tensión. Consideremos una
Si, a la inversa, el músculo liso se relaja, todo ocurre al revés. La tensión es menor que la presión transmural por el radio. Esto hace que la tensión final sea mayor que la tensión antes de la relajación muscular (por el estiramiento de las fibras elásticas). La presión externa será igual, mientras que la interna habrá subido, por el aumento del radio y la consecuente disminución de la resistencia. Al ser el radio mayor y la presión mayor se explica la mayor tensión.
Función de las arteriolas alta resistencia, lo que permite disminuir la presión con que la sangre llega a los capilares. Además, modifican activamente su resistencia gracias a la Son vasos de
acción del sistema nervioso simpático. Estas características permiten que las arteriolas
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distribuyan el flujo, la resistencia periférica total y la presión arterial media, por lo que son esenciales para regular de manera eficiente la circulación sanguínea. Por otro lado, amortiguan los cambios de presión y de flujo gracias a esta modificación activa de la resistencia, de manera de asegurar que, en los capilares, la presión sanguínea será la óptima para el intercambio de nutrientes con los tejidos. También ayudan a transformar el flujo pulsátil en flujo continuo.
Movimiento de la sangre sangre se mueve a favor de una diferencia de presión. El flujo será mayor mientras menor sea la resistencia del circuito. La sangre está también influida por la presión atmosférica. La energía gravitacional también afecta al movimiento de la sangre. La energía de presión atmosférica y la energía gravitacional actúan de forma opuesta. Además, en el movimiento de la sangre también participa la energía cinética. La
Energía de presión = PV Energía gravitacional = mgh Energía cinética = mv2/2 ET = PV + mgh + mv2/2 ET/V = P + mgh/V + mv2/2/V ET/V = P + #gh + #v2/2 arterias sistémicas, al haber presión alta, el porcentaje de energía cinética que afecta a la sangre es menor al 0,5%. En cambio, en las venas sistémicas, al haber presión tan baja, el porcentaje de energía cinética que afectará a la sangre en estos vasos será de alrededor de un 12%. En un individuo que realiza ejercicio, aumentando su gasto cardíaco al triple, la velocidad con que saldrá la sangre aumentará tres veces. Al aumentar la velocidad, la energía cinética aumentará al cuadrado, aumentando la energía cinética de 0,4 a 3,8 en arterias sistémicas. Esto hace que un 2,6% de la energía total sea energía cinética. Siempre en las arterias la energía cinética es la energía minoritaria de la total. Por su parte, en las venas sistémicas la velocidad también aumenta tres veces, haciendo que la energía cinética aumente en 9 veces. Aquí, un poco más de la mitad de la energía total es energía cinética. En las venas la energía cinética en reposo es alrededor del 10% y en ejercicio puede llegar a ser más de la mitad. En un individuo en reposo, en las
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La energía cinética puede transformarse en otras formas de energía, y viceversa. La
energía total con la que sale la sangre del corazón se divide en un 99% de energía de presión y alrededor de un 1% de energía cinética. La energía gravitacional es nula, pues tiene que ver con la relación que tiene la sangre con el corazón (la sangre está saliendo del corazón, por lo que está al mismo nivel). A medida que la sangre se mueve se va transformando en calor. En una
arteria con calibre disminuido se produce una resistencia al flujo, por lo que la velocidad aumentará, lo que determinará un aumento al cuadrado de la energía cinética y el roce, que se asocia a la resistencia, hace que una parte de la energía se transforme en calor. Volviendo al área normal, la energía cinética disminuye al aumentar el área y disminuir la velocidad. La energía cinética volverá a su valor inicial, pero la
presión será menor por la pérdida de calor. Ya sabemos que podemos transformar una energía en otra. En un individuo acostado, la presión gravitacional será muy parecida en todo el cuerpo. En una persona de pie, la energía gravitacional varía en todo el cuerpo. En el corazón se toma la referencia para medir la energía gravitacional, siendo en este punto igual a cero. Al subir la sangre, la energía gravitacional aumenta, es por esto que la presión en la cabeza disminuye con respecto a la del corazón. Desde el corazón hacia el cerebro equivale a 44 mmHg, en presión negativa. En cambio, cuando la sangre baja, la energía gravitacional disminuye, aumentando la presión. Hay una diferencia de 88 mmHg positivos desde el corazón hacia los pies. Lo importante de esto, es que la enorme diferencia de presión, existente entre los pies y la cabeza, ayuda a que la sangre retorne al corazón. Cuando una persona está acostada y se para, las venas se distienden y retorna menos sangre al corazón. Al poder bombear menos sangre, llega menos sangre al cerebro y se produce un mareo. Es por eso que hay que levantarse lentamente para que se produzca un llenado venoso mientras nos levantamos.
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Compartimiento arterial conjunto de arterias que llevan la sangre desde el ventrículo izquierdo al lecho arteriolar. Este compartimiento tiene un El compartimiento arterial está definido como el
flujo de entrada y un flujo de salida:
A) Flujo de entrada (Qe): Es el volumen de sangre que recibe la aorta por unidad de tiempo. Corresponde al gasto cardiaco (GC) y es un flujo intermitente que se genera con la expulsión de sangre durante la sístole ventricular, es decir, en cierto momento hay flujo y en otro no lo hay. El gasto cardiaco está determinado por 2 factores: •
•
Volumen expulsivo (VE): Es el volumen que sale del ventrículo hacia la aorta y, por ende, a mayor volumen expulsivo mayor será el flujo de entrada. Frecuencia cardiaca.
B) Flujo de salida (Qs): Es el flujo arteriolar, es decir, el volumen de sangre que pasa desde las arterias terminales a las arteriolas por unidad de tiempo. Es un flujo continuo, lo que significa que son vías siempre abiertas, es decir, que están constantemente recibiendo sangre. Obviamente, el Qs es la suma de todos los flujos que salen de las arteriolas. Qs = (Parterial – Pcapilar)/R arteriolar La diferencia de presión entre arterias y capilares es constante porque es regulada.
Lo que determina el Qs es la resistencia arteriolar debido a que es variable porque se modifica de manera activa a través del sistema nervioso simpático. Variación de los flujos de entrada y de salida del compartimiento arterial
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flujo de entrada es 0 durante la mayor parte del tiempo porque durante 2/3 del ciclo cardiaco el ventrículo se encuentra en diástole. Por su parte, el flujo de salida es continuo. Esto se debe a que durante el periodo de expulsión rápida el flujo de entrada es mayor que el flujo de salida. Lo que sucede es que la arteria aorta, al recibir el volumen expulsivo, aumenta su presión y se distiende, de manera que puede acumular un cierto volumen que será necesario para entregar sangre de manera continua a El
las arteriolas cuando el ventrículo se encuentre relajado. Este mecanismo es posible gracias a la elasticidad de la aorta ya que, a medida que transcurre la diástole ventricular, la
aorta va disminuyendo su volumen y se comienza a retraer para poder entregar el flujo continuo a los capilares. Por consiguiente, los componentes elásticos permiten que la aorta siempre entregue sangre, independiente de si está o no recibiendo. Presión diferencial La arteria aorta se maneja con presiones bastante altas por ser un vaso de paredes ricas en fibras elásticas. Debido a su calibre, opone muy poca resistencia al flujo de la sangre y puede, por lo tanto, distender sus paredes y después recuperar su diámetro original. La aorta posee 2 presiones, una máxima o sistólica y una mínima o diastólica, y la diferencia entre ambas se conoce como presión diferencial, que refleja como está funcionando el ventrículo a través del pulso que genera en la arteria. Es decir, la presión diferencial depende directamente del volumen expulsivo durante el ciclo. Por lo tanto, podemos decir que la presión diferencial es el aumento de presión que se produce en una arteria debido a la expulsión de sangre del ventrículo hacia esta. "P = "V/Distensibilidad
La presión diferencial depende de 3 factores: •
• •
Cambio de volumen debido a la expulsión: El $V depende de cuánto volumen es expulsado por el ventrículo, de manera que será mayor cuando el flujo de entrada sea mayor que el flujo de salida. Este aumento del flujo de entrada por sobre el de salida ocurre cuando aumenta la resistencia arteriolar, que disminuye el flujo de salida, y cuando aumenta el flujo de entrada, lo que se traduce en un mayor volumen expulsado que genera una mayor distensión de la aorta. Rapidez con que se expulsa la sangre. Distensibilidad de la aorta (D): Mientras mayor sea la distensibilidad, mayor será la capacidad de acumular mucho volumen sin variar mucho la presión.
Otra forma de entender la presión diferencial es a través de la siguiente ecuación que relaciona las presiones sistólica y diastólica: "P = PS – PD
Si despejamos presión sistólica son quedará que PS = PD + "P = PD + ( "V/D), lo que nos dice que la presión sistólica depende de cuánto se distiende la aorta y de cuánta sangre se expulse.
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Aneurisma Un aneurisma es la dilatación de la pared de una arteria por disminución de los componentes elásticos debido a una degeneración de las fibras elásticas o a una maña irrigación de la pared de la arteria. En condiciones normales, la tensión en las paredes de la arteria va a estar en equilibrio con la presión transmural y el radio del vaso. En el caso del aneurisma, las
paredes de los vasos pierden elasticidad y fuerza debido al debilitamiento de los componentes elásticos, lo que repercute en la tensión que es capaz de generar ante las diferencias de presión entre el interior y el exterior del vaso. Si el vaso se ve sometido a un aumento de la presión luminal, el equilibrio se pierde y se genera una presión transitoria que es menor al producto entre la presión transmural y el radio del vaso, lo que trae como consecuencia la expansión del radio del vaso para lograr un nuevo equilibrio. De esta forma, al aumentar el radio del vaso, las pocas fibras se estiran aumentando nuevamente la tensión de la pared de la arteria. Ahora, debido a que en la zona dilatada hay poca resistencia, la presión es mayor, lo que se traduce en que la nueva tensión será menor que el producto entre la nueva presión transmural y el nuevo radio, de manera que el vaso aumenta más su radio para formar un nuevo equilibrio, lo que trae consigo aún menos resistencia y más presión, repitiendo el ciclo hasta que la tensión en el vaso es tan alta que la pared del vaso se rompe.
Presión diastólica aórtica La presión
diastólica aórtica es la presión que se alcanza en la aorta justo antes de iniciarse el periodo expulsivo. Esto ocurre al inicio de la sístole ventricular, específicamente durante la contracción isovolumétrica, porque en ese momento la aorta ya entregó toda la sangre que podía entregar y, además, no está recibiendo sangre desde el ventrículo, de manera que el volumen que contiene es el mínimo. De esta forma, podemos decir que la presión diastólica depende de 2 factores principales: •
Distensibilidad de la aorta: Si la aorta aumenta su distensibilidad, puede acumular un mayor volumen sin alterar tanto la presión.
•
Volumen aórtico al final de la contracción isovolumétrica, que depende de otros factores: 1. Frecuencia
cardiaca: La frecuencia cardiaca aumenta a expensas de la duración de la diástole ventricular, acortándola. Debido a esto, el tiempo durante el cual la aorta entrega sangre es menor y, por ende, el volumen que contiene al final de la contracción isovolumétrica es mayor, lo que se traduce en un aumento de la presión diastólica aórtica. 2. Resistencia periférica total: Si disminuye la RPT, principalmente por dilatación de las arteriolas, fluirá más sangre hacia los capilares y, por ende, el volumen que contiene la aorta al final de la contracción isovolumétrica es menor, lo que se traduce en una disminución de la presión diastólica aórtica.
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Por su parte, la rapidez
con que disminuye el volumen en las arterias durante la diástole depende del flujo de salida, ya que si es mayor que el de entrada, va a disminuir más rápido el volumen de las arterias y, por ende, la presión decaerá. Modificación de la volemia La volemia es el volumen total de sangre circulante. Sin embargo, cuando esta se modifica puede traer una serie de consecuencias. Las encargadas de amortiguar lo cambios en la volemia son las venas. Cuando la volemia disminuye menos de un 10% (500 ml de sangre) la presión venosa no se modifica. Esto es debido a que el retorno venoso no se ve afectado ya que las venas tienen mecanismos para compensar estas variaciones de volumen. El hecho de ser distensibles les permite entregar parte de su sangre sin modificar su presión, cosa que realizan en condiciones normales. Por lo tanto, al haber variaciones del volumen sanguíneo, no tendrán problema en entregar parte de su sangre, de manera que no cambiará lo que entregan normalmente. Sin embargo, cuando la volemia disminuye más de un 10% se observará una disminución de la presión venosa que se traducirá en un descenso del retorno venoso, ya que el retorno venoso varía proporcionalmente a la variación de la presión venosa. La
disminución del retorno venoso produce una disminución del volumen diastólico final (VDF), lo que va a producir una disminución del volumen expulsivo (VE) y, por lo tanto, del gasto cardiaco (GC), produciendo finalmente un descenso de la presión arterial. Retorno venoso retorno venoso (RV) es el flujo que vuelve al corazón en el tiempo y está determinado por la diferencia de presión entre la aurícula derecha y las venas. En condiciones normales, el retorno venoso es equivalente al gasto cardiaco debido a la continuidad del flujo. El
El retorno venoso se calcula como la diferencia de presión que hay entre la presión venosa y la presión de la aurícula derecha, todo eso dividido por la resistencia venosa, que es mínima, por lo que no influye mucho.
RV = GC = (P venosa – Paurícula derecha)/R venosa Para desglosar la ecuación anterior, se puede analizar que el retorno venoso depende de la gradiente de presión. A su vez, la gradiente de presión depende de 3 factores: •
Presión venosa, que depende de: 1. Volemia: Si disminuye más de un 10% va a haber una disminución de la presión venosa que disminuirá el retorno venoso. 2. Distensibilidad de las venas: Es controlada por el sistema simpático, de manera que si la distensibilidad cambia, la presión venosa y el retorno venoso lo hacen inversamente, es decir, si la distensibilidad aumenta, la presión venosa y el retorno venoso disminuirán.
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3.
•
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Presión externa: La presión externa que reciben las venas aumenta principalmente por el masaje muscular. Cuando hacemos ejercicio y nuestra musculatura esquelética se contrae, las venas se comprimen, disminuyendo su distensibilidad y aumentando la presión venosa y el retorno venoso.
Presión en la aurícula derecha: Esta presión es equivalente a la presión intratorácica, que es subatmosférica y varía en 2 situaciones: 1. Inspiración: La presión en la aurícula derecha disminuye, de manera que aumenta la gradiente de presión, con lo que aumenta el retorno venoso. 2. Espiración: La presión en la aurícula derecha aumenta, por lo que la gradiente de presión disminuye y el retorno venoso también.
•
Resistencia venosa: Es demasiado baja, por lo que no influye mayormente.
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CLASE 6: MICROCIRCULACIÓN La microcirculación corresponde a aquella que pasa entre los vasos de menor tamaño, y puede ser en serie o en paralelo: • • • •
Arteriolas. Metaarteriolas. Capilares. Vénulas
La arteriola se divide en metaarteriolas, las cuales poseen una capa discontinua de músculo liso en su pared. Las metaarteriolas se comunican con las vénulas a través de los capilares arteriovenosos, a partir de los cuales nacen los capilares verdaderos, que tienen una disposición en paralelo. Además, en el inicio de los capilares verdaderos existen esfínteres precapilares que poseen 3 o 4 células musculares lisas que regulan el flujo sanguíneo. El intercambio de sustancias se realiza fundamentalmente en los capilares verdaderos y capilares arteriovenosos, ya que el intercambio es bueno sólo donde existe endotelio y membrana basal. Sin embargo, la superficie de intercambio es depende del diámetro arteriolar y del número de esfínteres precapilares abiertos, lo que es controlado por cambios metabólicos locales.
1) Hay flujo en los capilares cuando se relajan las arteriolas y los esfínteres se abren, lo que se produce cuando: • • • • •
Disminuye la PO2. Aumenta la PCO2. Aumenta la concentración de adenosina. + Aumenta la concentración de K extracelular. Aumenta la osmolaridad.
2) No hay flujo en los capilares cuando se contraen las arteriolas y los esfínteres se cierran, lo que ocurre cuando: • • • • •
Aumenta la PO2. Disminuye la PCO2. Disminuye la concentración de adenosina. + Disminuye la concentración de K extracelular. Disminuye la osmolaridad.
De esta forma, dependiendo de las siguientes situaciones las arteriolas se relajan o se contraen y, junto con ellas, los esfínteres se cierran o se abren, modificando el flujo en los capilares. Esto nos dice que en los capilares verdaderos el flujo es intermitente, pero el de toda la red es continuo.
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apertura y cierre rítmico se denomina vasomotricidad o vasomotilidad, que depende de la actividad metabólica. Por lo tanto, si la actividad metabólica no cambia se La
obtendrá un ritmo de variación, pero si aumenta se verá un aumento del ritmo. Estos cambios metabólicos locales modifican el diámetro arteriolar y el número de esfínteres abiertos, por lo que ambos efectos producen un aumento o disminución de la resistencia, lo que se traduce en un cambio del flujo en esta unidad microcirculatoria.
Características de los diferentes vasos 1) Arteriolas Posee un lumen pequeño en relación al grosor de su pared, ya que tienen un lumen de 30 µm de diámetro y una pared de 50 µm. Poseen musculatura lisa y fibras elásticas, lo que significa que su radio es variable debido a que modifican su tensión en forma activa, por relajación o contracción del músculo liso, lo que llevará a las fibras elásticas a un equilibrio dentro del cual el diámetro del vaso cambiará junto con su resistencia. Además, aún conservan la túnica adventicia de los vasos más grandes.
2) Metaarteriolas Poseen una pared de musculatura discontinua que forma anillos. Tienen escasas fibras elásticas, de manera que habitualmente están abiertas y gradúan muy poco su calibre. Esto significa que el lumen sea grande en relación al grosor de su pared. Además, aún conservan la adventicia de los vasos más grandes.
3) Esfínteres precapilares Poseen 3 a 4 células musculares lisas. Su lumen es parecido al grosor de su pared, lo que los hace parecidos a las arteriolas. Poseen pocas fibras elásticas, lo que conlleva a un cierre o apertura total del esfínter. Lo que ocurre es que cuando hay contracción del músculo liso se produce una reducción del calibre que lleva a un aumento de la tensión en la pared que no es capaz de ser reducido por las pocas fibras elásticas, por lo tanto el esfínter se cerrará. Inversamente, cuando hay relajación del músculo liso se produce una apertura máxima del esfínter determinada por el tejido fibroso de la adventicia. Por lo tanto, la diferencia entre la arteriola y el esfínter, es que en la arteriola podemos graduar su diámetro, en cambio el esfínter se encuentra abierto o cerrado.
4) Capilares No poseen tejido muscular, fibras elásticas y adventicia, de manera que la pared está compuesta por endotelio y membrana basal. Debido a esto, el diámetro sólo depende de cambios en la PTM, de manera que las modificaciones del calibre de los capilares se realiza de forma pasiva. Tienen el calibre más pequeño de todos los vasos del sistema circulatorio, lo que significa una gran resistencia. Sin embargo, el área de sección transversal que abarcan los capilares es muy grande y, además, se ubican en paralelo, lo que se traduce en que la resistencia capilar es menor a la resistencia arteriolar.
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Por otro lado, la presión varía desde el inicio hasta el final del capilar, observándose, en condiciones normales, una presión de 40 mmHg en el inicio y de 15 mmHg en el final. Entonces, en el inicio de los capilares existe una presión equivalente a la mitad de la presión existente en la aorta, sin embargo esto no representa problemas debido a que, como el radio del capilar es tan pequeño, la tensión que se genera en la pared no es tan importante. En ellos ocurre el mayor intercambio, que dependerá de cuánta sangre pase por los capilares y cuántos esfínteres precapilares estén abiertos.
5) Vénulas reaparece la adventicia fibrosa que limita la capacidad de difusión o intercambio entre la sangre y el tejido, lo que explica por qué en los capilares ocurre el En ellas
mayor intercambio. Por otro lado, ya tienen diámetros mayores, pero en su pared casi no hay fibras musculares ni elásticas, de manera que la pared es delgada. Como se esbozó anteriormente, estas características tienen una razón fundada. En los capilares, la barrera que separa la sangre del tejido es muy delgada, por lo que se convierte en la zona de intercambio, aunque algo de difusión puede haber también en las vénulas. Por otro lado, no hay intercambio en arteriolas, metaarteriolas o vénulas colectoras debido a que las características del intercambio tienen que ver con el cambio de diámetro pasivo del vaso. En cualquier caso, el paso de sangre a la mayor parte de los capilares está controlado por los esfínteres precapilares. Cuando todos los esfínteres están cerrados, la sangre circula por los capilares arteriovenosos que unen a las metaarteriolas con las vénulas, por lo tanto así se disminuye el área de intercambio. Los esfínteres precapilares están costantemente abriéndose y cerrándose, alternadamente en el tiempo, lo que depende de la actividad metabólica del tejido. Asimismo, la propiedad de apertura y cierre de los esfínteres precapilares se conoce como vasomotricidad o vasomotilidad, y permite derivar el flujo entre los distintos capilares verdaderos en el tiempo. Una de las ventajas de la actividad de los esfínteres precapilares es que la difusión de oxígeno y otras sustancias va alternando en el tiempo para asegurarse de llegar a todas las células.
Regulación del flujo Si observamos una unidad microcirculatoria en su conjunto, nos daremos cuenta de
en la medida que este tejido aumenta su actividad metabólica los esfínteres de esta red tienden a estar más tiempo abiertos, de manera que el flujo se distribuye en la red capilar y la sangre pasa mas cerca de las células, difundiendo una menor distancia. Si la se observa una baja actividad metabólica, la mayor parte del flujo que viene pasa desde las metaarteriolas a los capilares arteriovenosos hasta las vénula, haciendo un corto circuito entre las arteriolas y las vénulas casi sin pasar por los capilares. que,
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Intercambio transcapilar El intercambio transcapilar depende de varios factores: •
•
•
Fuerzas motrices: Corresponden a gradientes que favorecen el intercambio, es decir, diferencias de concentración, de presiones y de potenciales eléctricos. Área de intercambio: Depende de cuántos esfínteres están abiertos. A mayor superficie hay mejor intercambio. Permeabilidad: Depende del tipo de capilar.
Tipos de capilares A) Capilares continuos: Son capilares en los cuales el endotelio y la membrana basal son continuos. Las células se encuentran separadas por uniones celulares, de manera que entre ellas se produce una hendidura intercelular que permite la difusión de moléculas desde la sangre a los tejidos y viceversa. Por lo tanto, existe una vía paracelular de intercambio, a través de la cual se produce un intercambio de sustancias hidrosolubles y de agua por difusión pasiva a través de la hendidura intercelular, y una vía transcelular de intercambio, a través de la cual se produce un intercambio de moléculas liposolubles e hidrosolubles acopladas a transportadores de membrana atravesando la membrana apical y luego la membrana basal de la célula endotelial. Estos tipos de capilares poseen una permeabilidad relativa baja, lo que favorece el intercambio de moléculas liposolubles pos sobre las hidrosolubles. Los capilares continuos se pueden encontrar en el músculo esquelético, músculo cardiaco, piel y barrera hematoencefálica. En esta última las hendiduras intercelulares se encuentran ocluidas, de manera que las moléculas liposolubles la atraviesan fácilmente, no así las hidrosolubles, que requieren transportadores.
B) Capilares fenestrados: Poseen un endotelio discontinuo y una membrana basal continua, de manera que son caracterizados como capilares intermedios. Debido a esto, los capilares fenestrados son mucho más permeables que los continuos y el intercambio se realiza a través de la membrana basal, permitiendo el paso de agua y de moléculas hidrosolubles. Estos tipos de capilares se ubican en los túbulos renales e intestino delgado. C) Capilares discontinuos: Se caracterizan por poseer tanto el endotelio como la membrana basal discontinuos. Además, tienen las uniones intercelulares abiertas, por lo que son los capilares con mayor permeabilidad y el intercambio se realiza por dichas discontinuidades, que permiten el paso de sustancias hidrosolubles, macromoléculas e incluso células. Estos capilares están preferentemente en el hígado, bazo y médula ósea roja. los tres tipos de capilares son bastante permeables para las sustancias liposolubles, pero tienen permeabilidades muy distintas para las sustancias hidrosolubles. En general,
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Mecanismos de intercambio de solutos •
•
•
•
Difusión simple: Solutos liposolubles como gases respiratorios, ácidos grasos y vitaminas liposolubles. Difusión facilitada: Gracias a transportadores ubicados en la membrana para aumentar la permeabilidad para sustancias hidrosolubles como iones y glucosa. Transporte activo: Se produce en contra de la gradiente de concentración. Puede ser primario cuando la energía proviene directamente de la hidrólisis de ATP o secundario cuando la energía proviene del acoplamiento a otro proceso. En este caso puede ser cotransporte o contratransporte. Pinocitosis: Es un transporte activo a través de vesículas. Las vesículas que han absorbido algo viajan por el endotelio haciendo una endocitosis apical y una exocitosis basolateral. Este es un mecanismo que permite el transporte de macromoléculas
Es importante destacar que el alcohol puede comportarse como una sustancia hidrosoluble o como una sustancia liposoluble. Además, en general, los solutos se
intercambian por diferencias de concentración y los gases por diferencias de presión parcial. Mecanismos de intercambio de agua o solventes El agua se intercambia por una fuerza que la mueve, como a todas las sustancias, y que en este caso se denomina fuerza de Starling, basándose en 2 aspectos: • •
Gradiente de presiones. Permeabilidad hidráulica del endotelio, es decir, cuán permeable al agua es el endotelio capilar.
Para que el agua pase de un lado a otro influyen distintas fuerzas, las cuales se describen como la presión dentro del vaso y la presión que hay fuera del capilar. La presión del capilar se llama presión hidrostática luminal (Pl) y la presión que existe fuera del tejido se denomina presión hidrostátoca tisular o externa (Pe). Por lo tanto, la diferencia entre la presión luminal y la presión tisular se denomina presión transmural (PTM), que tiende a favorecer la salida de agua desde el plasma hacia los tejidos. Por lo tanto, si PTM aumenta, la filtración de agua aumenta.
PTMcapilar = Pl - Pe La otra fuerza capaz de mover el agua que fue descrita por Starling es la presión coloidoosmótica u oncótica, ejercida la concentración de solutos que no atraviesan el endotelio, tanto desde la sangre como desde los tejidos. Algunos iones como el Na+, Cl-, + bicarbonato y K no ejercen presión osmótica activa, sino que está dada principalmente por las proteínas debido a que son tan grandes que no pueden atravesar el endotelio. De esta manera, si hay mayor concentración de proteínas tienden a atraer más agua hacia donde ellas se encuentren. Por otro lado, si la presión que atrae agua es ejercida por
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macromoléculas, se denomina presión coloidoosmótica, pero si lo hace una micromolécula se denomina presión osmótica. Como en el plasma las proteínas tienen mayor concentración, la presión coloidoosmótica del plasma es de 26 mmHg y la del líquido intersticial es de 1 mmHg, por lo que esta diferencia de presión coloidoosmótica tiende a mover agua hacia dentro del capilar. Por lo tanto, el agua se mueve a favor de la gradiente de dos tipos de presiones, la presión hidrostática y la coloidoosmótica u oncótica. La diferencia entre la presión hidrostática y oncótica es la fuerza de Starling. Ahora, si se le asigna un signo positivo a aquellas fuerzas que hagan pasar agua desde el capilar hacia el intersticio, lo que se denomina filtración, y signo negativo a aquellas que hagan pasar agua desde el intersticio al capilar, lo que se denomina absorción, obtendremos: • • • •
Presión hidrostática luminal (+). Presión hidrostática tisular (-). Presión oncótica luminal (-). Presión oncótica tisular (+).
De esta forma podemos obtener la ecuación de (PEF), que es la suma algebraica de todas estas fuerzas:
presión efectiva de filtración
PEF = Pl – Pe – (Poncótica luminal – Poncótica tisular) Filtración en el capilar La sangre sale del corazón a la aorta con una presión promedio de 90 mmHg y, a medida que se mueve, su presión va disminuyendo, llegando al final de las arteriolas con una presión promedio de 40 mmHg, ya que la energía de presión se transforma en calor. Luego, la energía de presión se sigue transformando en calor porque los capilares igual presentan una alta resistencia (27% de la RPT). A nivel arteriolar es donde se produce la mayor caída de presión, la que fluctúa entre 75 y 80 mmHg al inicio del lecho arteriolar. Luego, la sangre ingresa al capilar con una presión hidrostática de 35 mmHg, la que disminuye a lo largo del capilar debido al roce entre las capas del flujo laminar, llegando a 10 mmHg al final del capilar. Por otro lado, en el tejido hay una presión hidrostática baja, cercana a la presión atmosférica, que es constante a lo largo del capilar, pues no hay nada que se oponga a la salida lateral de agua. Por ello, la presión transmural depende principalmente de la presión hidrostática luminal, que va cambiando desde arterias a vénulas; en cambio la presión hidrostática tisular es muy baja y no cambia. Asimismo, las proteínas, en general, no pueden salir del capilar, estando muy concentradas dentro de este y muy diluidas afuera. Entonces, la presión oncótica luminal equivale a 26 mmHg y la presión oncótica tisular equivale a 1 mmHg . Además la presión oncótica luminal debería aumentar cuando sale agua desde el capilar y debería disminuir cuando entra agua al capilar debido a que la concentración de proteínas en el plasma debería variar. Sin embargo, en promedio, el agua que sale y entra del capilar es una fracción muy pequeña en comparación con el agua que pasa por el
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capilar, de manera que no hay cambios apreciables de la concentración de proteínas. Por lo tanto, la presión oncótica luminal se conserva, aunque esto es válido en capilares cuyo endotelio mueve poca agua.
De este modo, podemos calcular capilar de la siguiente forma:
la presión efectiva de filtración al inicio del
PEFinicio capilar = Pl – Pe – (Poncótica luminal – Poncótica tisular) = (35 – 5) – (26 – 1) = 5 mmHg Ahora, sabemos que la presión hidrostática luminal disminuye a lo largo del capilar debido al roce entre las capas del flujo laminar, por lo que podemos calcular la presión efectiva de filtración al final del capilar:
PEFfinal capilar = Pl – Pe – (Poncótica luminal – Poncótica tisular) = (15 – 5) – (26 – 1) = - 15 mmHg Con lo anterior podemos concluir que al inicio del capilar , por haber una PEF positiva, se favorece la filtración, y que al final del capilar, por haber una PEF negativa, se favorece la reabsorción. La presión promedio, en condiciones normales, puede simplificarse porque tanto la presión oncótica tisular como la presión hidrostática tisular pueden despreciarse, por lo tanto la presión promedio dependerá de la presión hidrostática luminal y de la presión oncótica luminal. Así, la presión hidrostática luminal disminuye a lo largo del capilar, por lo que en algún punto las presiones hidrostática y oncótica luminales se igualan, momento en el cual la presión efectiva de filtración es igual a 0, lo que implica que no hay filtración ni reabsorción neta. Desde este punto hacia el inicio del capilar la presión efectiva de filtración es positiva, de manera que habrá filtración, y desde ese punto hacia el final del capilar la presión efectiva de filtración es negativa, de manera que habrá reabsorción.
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El equilibrio, es decir, el momento en el cual la presión efectiva de filtración es igual a 0, se alcanza un mas allá de la mitad entre el inicio y el final del capilar , por lo que en condiciones promedio la filtración, equivalente a 16 ml/minuto, es mayor que la reabsorción, equivalente a 14 o 15 ml/minuto, produciéndose una filtración neta de 1 o 2 ml/minuto.
No solo importa la presión efectiva de filtración para ver el flujo de agua transmural, sino que también dependerá de la conductividad hidráulica del endotelio, que corresponde al recíproco de la resistencia. Entonces, el flujo de agua transmural dependerá del producto entre la presión efectiva de filtración y la conductividad hidráulica del endotelio, lo que de manera simplificada queda así: Q = PEF / R Perfil de variación de fuerzas de Starling en diferentes condiciones normal en los capilares de la circulación sistémica, excluyendo al riñón, es que se filtra más agua de lo que se reabsorbe, pero esto dependerá de cada tejido y cada lugar Lo
en particular. Con una resistencia arteriolar aumentada, es decir, una o varias arteriolas se contraen, la sangre llega
al final de las arterias con la misma presión de siempre, pero al llegar a las arteriolas la presión disminuye más, por lo que al inicio del capilar la presión será menor, de manera hay menor diferencia entre la presión hidrostática y la presión oncótica, lo que se traduce en que la presión efectiva de filtración se hace negativa antes y, por lo tanto, se favorece la reabsorción. Algo similar ocurre si hay una presión arterial disminuida junto con una resistencia arteriolar conservada, ya que la sangre llegará con menor presión al inicio del capilar, produciendo el mismo efecto que favorece la reabsorción. Esto sirve como mecanismo de compensación de la presión arterial, ya que aumenta el retorno venoso generalizado.
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Por otro lado, en una situación donde existe una resistencia arteriolar disminuida, se perderá menos energía de presión como calor, de manera que la sangre
llega con mayor presión al inicio del capilar favoreciéndose la filtración. Asimismo, si se encuentra la presión arterial aumentada y se mantiene la resistencia arteriolar constante, la energía de presión se transformará en calor de manera similar porque la resistencia arteriorlar no se ha modificado. Esto se traduce en una mayor presión al inicio del capilar y, por ende, se favorece la filtración.
Sin embargo, las condiciones dentro del capilar no sólo son afectadas por factores que se modifican antes de este, como la resistencia arteriolar o la presión arterial, sino que también son condicionadas por factores que se modifican luego de este, como la presión venosa y la resistencia venular. Cuando la presión venosa o la resistencia venular se encuentran aumentadas, se observará que hay una mayor presión al final del capilar y la salida de sangre hacia las vénulas se dificulta más. Debido a esto, se favorece la filtración.
Por otro lado, las características del plasma también participan en estas variaciones. Cuando existe una presión oncótica aumentada, debido a un aumento de la concentración de proteínas, la presión efectiva de filtración se hace más negativa y, por lo tanto, se favorece la reabsorción. Por el contrario, si disminuye la presión oncótica, debido a una disminución de la concentración de proteínas, la presión efectiva de filtración se hace más positiva y, por ende, se favorece la filtración.
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Sistema linfático Los vasos linfáticos cumplen la función de devolver hacia el plasma el exceso de agua que pasa los tejidos. Los vasos conectores de mayor tamaño tienen músculo liso que, al contraerse, impulsa la linfa de vuelta al plasma, en la dirección que permitan las válvulas existentes en estos vasos. Cuando disminuye la presión en los vasos linfáticos, las válvulas se cierran impidiendo el flujo retrógrado de la linfa. Por lo tanto, la linfa viaja en solo una dirección, hacia el sistema venoso, desembocando en la vena subclavia izquierda para reincorporar este líquido al sistema circulatorio. Esto es útil porque si no existiera el sistema linfático, perderíamos agua constantemente debido a que siempre se filtra más de lo que se reabsorbe en los capilares. El aumento de la presión hidrostática tisular hace que se abran las válvulas, permitiendo así el paso de líquido desde el tejido al vaso linfático. Al disminuir la presión hidrostática tisular, las válvulas se cierran impidiendo el paso de líquido desde el tejido al vaso y viceversa.
Flujo linfático en relación a la presión hidrostática tisular presión hidrostática tisular es generalmente subatmosférica. Si se filtra mucha agua aumenta la presión hidrostática tisular, lo que se traduce en un mayor flujo linfático que crece hasta que la presión hidrostática tisular llega a valores cercanos a La
0 mmHg, momento en el cual el aumento de flujo se hace mínimo a medida que aumenta la presión hidrostática tisular. Esto indica que el flujo linfático puede aumentar hasta 20 veces.
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CLASE 7: FUNCIÓN VENTRICULAR La sangre fluye desde lugares con mayor energía hacia lugares con menor energía. Dicha energía se va modificando en su trayecto, de modo que en las zonas de alta resistencia se produce un rápido descenso de presión, la que disminuye aún más en las venas, tendiendo a cero. La energía de presión se transforma en calor y es el corazón el encargado de devolver la energía a la sangre para removilizarla. La sangre sale con alta presión desde el ventrículo izquierdo, pero retorna a la aurícula derecha con muy poca presión debido a que la energía de presión se fue transformando en calor. Para que la sangre vuelva a circular, el ventrículo derecho le entrega nuevamente energía, la cual va a generar presión para que la sangre llegue al sistema pulmonar; luego, a través de la aurícula izquierda, llegará al ventrículo izquierdo para recibir la energía necesaria para circular por el lecho vascular sistémico. La función de los ventrículos es entregar energía a la sangre, la misma cantidad que se perdió a lo largo del recorrido que sigue desde el ventrículo izquierdo hasta la aurícula derecha. Entonces, si a la energía con que sale la sangre del ventrículo izquierdo le restamos la energía con que llega la sangre a la aurícula derecha, obtendremos el trabajo realizado por el ventrículo izquierdo. La sangre tiene 3 formas de energía: • • •
Energía de presión (EP). Energía cinética (EC). Energía gravitacional (EG).
energía gravitacional en las aurículas y en la aorta es la misma, por lo que las diferencias de energía se deben solo a la energía de presión, ya que la energía cinética también es muy similar debido a que la velocidad máxima se alcanza en las La
arterias a la salida de los ventrículos, la cual disminuirá con el aumento del área de sección transversal para luego aumentar al pasar al sistema venoso. De este modo:
(EC + EP)aorta – (EC + EP)vena pulmonar & EPaorta energía cinética en la aorta es comparable con la energía cinética en la vena pulmonar, de tal manera que, en la práctica, el trabajo del corazón va a depender de la energía de presión en la aorta menos la energía de presión en la vena pulmonar. La energía de presión corresponde al producto entre la presión y el cambio de volumen, y este último corresponde a la cantidad de sangre que expulsa el corazón, es decir, el volumen expulsivo (VE). De esta manera, el trabajo que realiza el ventrículo izquierdo, en cada sístole, es: Cuantitativamente, la
EPaorta = Paorta % VE & Trabajo expulsivo
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Trabajo expulsivo Corresponde a la energía que el ventrículo que se puede observar en la siguiente imagen:
izquierdo le entrega a la sangre, lo
A) Muestra la relación volumen/presión durante el periodo de llenado o diástole ventricular. El ventrículo no trabaja durante el llenado, por lo que el área bajo la curva corresponde a la energía con que retorna la sangre al corazón. En este periodo el ventrículo duplica su volumen, pero es al final donde se produce un leve aumento de presión que se corresponde con la sístole auricular y el fin del llenado ventricular. B) En esta parte se observa lo que ocurre con la presión y el volumen del ventrículo durante la contracción isovolumétrica. El volumen se conserva y la presión aumenta bruscamente hasta alcanzar la presión diastólica de la aorta. C) Esta imagen se corresponde con el periodo de vaciamiento ventricular. Se puede observar que la presión sigue aumentando, pero en forma más paulatina, y el volumen desciende. El área bajo la curva corresponde a la energía de salida de la sangre desde el ventrículo. D) En esta imagen ya nos encontramos en la relajación isovolumétrica, en la cual hay una brusca caída de la presión sin variación del volumen. E) Finalmente este gráfico corresponde a la diferencia entre las áreas bajo las curvas de C y A, vale decir, nos muestra el trabajo expulsivo. El ventrículo obtiene la energía para realizar este trabajo a partir del metabolismo. En reposo, 1/3 de la energía la obtiene del catabolismo de la glucosa, 1/3 la obtiene a partir de los ácidos grasos y 1/3 a partir de la creación de ácido láctico. En cambio, durante el ejercicio cerca del 60% de la energía se obtiene a partir del ácido láctico. La cantidad de energía que el corazón ocupa o libera es mucho mayor que la energía que le entrega a la sangre. El trabajo expulsivo que realiza el corazón representa entre el 3 y 10% de la energía total que utiliza, es decir, el 90% de la energía que usa se transforma en calor.
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Generación de presión El ventrículo está formado por fibras contráctiles dispuestas circular y diagonalmente. Al contraerse disminuyen el diámetro del corazón y la distancia desde la punta a la base, de tal manera que generarán tensión y aumentarán la presión. Esta tensión generada dependerá de 3 factores: •
Postcarga: Tensión que el músculo cardiaco tiene que generar para expulsar la sangre.
• •
Precarga: Longitud que tienen los sarcómeros antes de contraerse. Inotropismo: Concentración de calcio libre en el citoplasma que da origen a la contracción. Es la fuerza contráctil.
aumento de la precarga y el inotropismo aumentan la cantidad de puentes formados, lo que aumenta el trabajo expulsivo. El
1) Postcarga postcarga se considera como la tensión necesaria para expulsar la sangre del ventrículo y depende de la presión aórtica y del volumen diastólico final (VDF). La ecuación de Laplace considera la relación entre la presión transmural, la tensión de las fibras de la pared y el inverso de los radios de un objeto con volumen, siendo r1 la sección transversal y r2 la sección longitudinal: La
PTM = T % (1/r1 % 1/r2) Ahora bien, si se considera que el ventrículo es esférico, r 1 será igual a r 2, de manera que la ecuación se simplifica a:
PTM = T % 2/r Lo anterior significa que la tensión que genera el ventrículo va a ser directamente proporcional a su radio (considerando que es una esfera) y a su presión transmural:
T = (PTM % r)/2 Comparándola con la ecuación de Laplace para un cilindro (T = PTM % r), la diferencia se debe a que r2, en un vaso, posee una magnitud infinita, por lo que no está determinado. Durante el periodo de contracción isovolumétrica las fibras elásticas se tensan, generándose diferencia de presión entre la cavidad ventricular y el pericardio, lo que corresponde a la presión transmural del ventrículo. Entonces, asociada al aumento de la presión de la cavidad, aumenta la presión transmural.
Cuando la tensión es suficiente para que la presión de la cavidad ventricular sea mayor que la presión aórtica, se abre la válvula sigmoidea y la contracción pasa de isométrica a isotónica, acortándose las fibras elásticas. Por lo tanto, la tensión necesaria
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para producir la diferencia de presión que permita la expulsión del contenido del ventrículo depende de: •
•
•
Presión aórtica diastólica: Mientras mayor sea esta, mayor tensión se tendrá que generar debido a la mayor diferencia de presión. Presión del pericardio: Generalmente es subatmosférica. Si por alguna patología llegara a aumentar, se necesitaría generar más tensión para que la presión ventricular sea mayor que la aórtica. Volumen diastólico final (VDF): Esto hace referencia a cuán lleno está el ventrículo. Mientras más dilatado esté, su radio al fin de la diástole (r DF) va a ser mayor y, por ende, mayor tensión se tendrá que generar.
Tnecesaria = (Paorta – Ppericardio) % rDF/2 Por lo tanto, para que comience la expulsión se necesita que la tensión sea mayor o igual al producto entre la diferencia de presión y el radio al final de la diástole, como se expresa aquí:
Inicio de expulsión = T ' (Paorta – Ppericardio) % rDF/2 De esta forma, podemos decir que la postcarga del ventrículo, por lo tanto:
tensión durante la expulsión es igual a la
Inicio de expulsión = Postcarga ' (Paorta – Ppericardio) % rDF/2 Curso temporal de la postcarga Durante la contracción isovolumétrica la tensión en la pared va subiendo, lo que se traduce en un aumento de la presión ventricular hasta que alcanza al valor de presión que hay en la aorta. El radio tiende a conservarse porque el volumen contenido no cambia. Durante la expulsión ocurren dos fenómenos: •
•
El radio disminuye porque el volumen ventricular está disminuyendo. De esta forma se podría esperar una disminución de la tensión, pero lo que realmente ocurre es que la presión sube más rápido que lo que disminuye el radio, de manera que, en un principio, la tensión aumenta lentamente. Esto ocurre principalmente durante la expulsión rápida. Cuando la tensión alcanza un valor máximo, la presión comienza a disminuir y, unida a la disminución del radio, se genera un descenso de la tensión. Esto ocurre durante la expulsión lenta.
durante la relajación isovolumétrica la tensión continúa disminuyendo rápidamente debido a que sigue disminuyendo la presión, aunque el radio se mantiene porque el volumen no varía. Finalmente,
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Consumo de oxígeno Esto es importante entender porque el consumo de oxígeno ventricular dependerá de la tensión que el músculo genera. A partir del catabolismo asociado al oxígeno consumido se obtendrá la energía que el ventrículo le entregará a la sangre para expulsarla. Así, el consumo de oxígeno está relacionado con: •
•
Postcarga, que depende de la presión aórtica diastólica y del volumen diastólico final. El consumo de oxígeno aumentará si la presión aórtica diastólica es mayor debido a que se necesita generar mayor tensión para romper la diferencia de presión. Asimismo, el consumo de oxígeno se incrementará si el volumen diastólico final es mayor debido a que se debe generar mayor tensión para mover una carga más grande. Por lo tanto, el consumo de oxígeno es directamente proporcional a postcarga. Tiempo sistólico, que se refiere a cuánto tiempo se está contrayendo el ventrículo. Por un lado importa cuánta tensión genera y durante cuánto tiempo se está contrayendo y manteniéndola. Al aumentar la frecuencia cardiaca el tiempo que dura la diástole es menor, de manera que el tiempo total que el ventrículo está en sístole, a lo largo de 1 minuto, aumenta. Debido a lo anterior, el músculo se contrae más, genera más tiempo de tensión, por lo que el requerimiento metabólico es mayor y, por ende, el consumo de oxígeno aumenta. Por lo tanto, el tiempo sistólico dependerá de la duración de la sístole y de la cantidad de sístoles que hay por unidad de tiempo.
Volumen expulsivo Llamamos postcarga a la tensión que debe generar el ventrículo para que su presión supere a la presión arterial, y esa tensión será mayor cuando el ventrículo se encuentre más lleno. Los miocardiocitos se ponen tensos formando puentes de actina/miosina. Mientras más puentes puedan formarse, más enérgica será la contracción del ventrículo, lo que se traducirá en un rápido aumento de la tensión y en una velocidad de acortamiento menor. Sin embargo, la velocidad de contracción es inversamente proporcional a la carga que necesita mover, que es el volumen diastólico final. Cuando la carga es mayor o igual a la carga máxima que el músculo puede soportar, todos los puentes actina/miosina se forman al mismo tiempo y el músculo no va a acortarse, ya que la fuerza producida es equivalente a la fuerza que se resiste al movimiento. Por ende, la velocidad de acortamiento es nula y la contracción es isovolumétrica, de manera que no hay expulsión de sangre. Por el contrario, si la tensión que el músculo tiene que generar es menor que la que se obtiene con el máximo de los puentes formados, el músculo se acorta. Mientras menor sea el número de puentes que se necesiten formar, más rápido ocurrirá el acortamiento. De este modo, la tensión que se genera depende de cuántos puentes se están formando al mismo tiempo. Mientras menos puentes se estén formado, es decir, la tensión requerida es menor, el acortamiento del sarcómero ocurre más rápido. En cambio, la generación de mayor tensión requerirá mayor formación de puentes, lo que llevará a un acortamiento más lento.
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Si el ventrículo tiene que trabajar contra una presión arterial aumentada, significa que tiene que ponerse más tenso para abrir la válvula sigmoidea. Cuando la tensión generada produce un aumento de la presión ventricular por sobre la presión aórtica diastólica, la válvula sigmoidea se abre, pero, debido a que la tensión es mayor, la velocidad de acortamiento es menor y, por lo tanto, el volumen expulsivo es menor. Entonces, existe
una relación inversa entre el nivel de presión que se debe alcanzar para abrir la válvula sigmoidea y el volumen expulsivo. Por otro lado, si el ventrículo está muy dilatado es porque el volumen diastólico final es mayor, de manera que el radio es mayor y, por ende, se debe generar mayor tensión, lo que se traduce en una menor velocidad de acortamiento y la consecuente disminución del volumen expulsivo. Trabajo expulsivo Si tenemos una presión arterial aumentada significa que el ventrículo, al iniciar su contracción, se pone cada vez más tenso para subir la presión ventricular. Sin embargo, la válvula se abrirá cuando la presión de la cavidad alcance el nivel de presión que hay en la aorta, pero como en este caso la presión aórtica diastólica es más alta, la presión ventricular necesaria para lograr abrir la válvula será mayor. De esta forma, la velocidad de acortamiento de ventrículo será menor y el volumen expulsivo también será menor,
cerrándose la válvula con un volumen ventricular residual mayor. El aumento de la presión arterial produce un aumento de postcarga, sin embargo el trabajo que realiza el ventrículo es el mismo (áreas bajo la curva son iguales). Esto es porque el trabajo expulsivo es directamente proporcional a la presión arterial y al volumen expulsivo, de manera que:
Trabajo expulsivo = Paorta % VE disminución de la presión arterial produce un descenso de la postcarga, de manera que la válvula se abre antes, la sangre se expulsa antes y el ventrículo queda con un volumen residual menor, pero aún así el trabajo expulsivo es el mismo Por lo tanto, el trabajo expulsivo es directamente proporcional a la cantidad de puentes actina/miosina que se forman. A su vez, la formación de puentes depende de: A la inversa, la
• •
Precarga. Inotropismo.
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2) Precarga La precarga corresponde a cuán lleno de sangre se encuentra el ventrículo en el instante en que inicia su ciclo.
Relación entre la presión y el volumen ventricular curva inferior muestra que a volúmenes pequeños la presión ventricular es relativamente baja. Sin embargo, a volúmenes mayores la presión ventricular aumenta mucho más rápido, por lo que el ventrículo es muy distensible para volúmenes pequeños y muy poco distensible para grandes volúmenes. Es decir, el ventrículo puede contener En la imagen, la
volúmenes pequeños sin cambiar mucho su presión, pero cuando el volumen se hace mayor, la presión aumenta en forma brusca. Por su parte, la curva superior se obtiene al ligar la aorta, por lo que en el ventrículo solo se produce contracción isovolumétrica, sin expulsión de sangre. La curva muestra la capacidad del ventrículo para generar tensión. Si tenemos el ventrículo vacío, su capacidad de contracción es pequeña. Sin embargo, a volúmenes mayores la capacidad de generar tensión aumenta hasta un máximo, que se corresponde con alrededor de 30 ml de volumen, y luego esta capacidad de generar tensión decrece con volúmenes aún mayores. De este modo, la presión es un reflejo de la tensión generada. El descenso de la presión se explica porque la cantidad de puentes actina/miosina que se pueden formar es menor debido a que los sarcómeros se estiran más de lo óptimo, es decir, existe una longitud óptima de contracción. *Los valores del volumen en el gráfico son menores porque corresponden a un corazón de un perro.
Ley de Starling el corazón posee una capacidad intrínseca de adaptarse a volúmenes crecientes de flujo sanguíneo, es decir, cuanto mas se llene de sangre el ventrículo durante la diástole, mayor será el volumen de sangre expulsado durante la subsecuente sístole. Esto es equivalente a decir que el trabajo que realiza el corazón es proporcional al volumen diastólico final. Mientras mayor sea la precarga, La ley de Starling establece que
mayor será el volumen expulsivo, pero esta linealidad se interrumpe luego de alcanzar la longitud óptima del sarcómero.
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capacidad de formar puentes actina/miosina y, con ello, la capacidad de generar tensión, nos daremos cuenta que aumenta a medida que el ventrículo se llena, pero hasta cierto volumen ya que luego comienza a disminuir. Esto quiere decir que hay una relación bifásica entre el llenado ventricular y la capacidad de generar tensión. La capacidad de generar tensión se relaciona con cuantos puentes actina/miosina se forman simultáneamente para dar origen a la tensión en la cavidad. Para un cierto llenado, el ventrículo puede formar una cierta cantidad de puentes actina/miosina, pero si la presión a la cual tiene que llegar es más alta (debido a un aumento de la presión arterial), genera más tensión, menor velocidad de acortamiento y menor volumen expulsivo, pero el trabajo sigue igual. La única manera de aumentar el trabajo es que se formen más puentes actina/miosina y una de las maneras de hacerlo es modificando el llenado. En los sarcómeros se pueden distinguir las líneas Z como límite y, unidas a ellas se encuentran los filamentos delgados de actina. Entre estos últimos se encuentran los filamentos gruesos con las cabezas de miosina. Mientras exista superposición entre filamentos delgados, de manera que un filamento delgado interfiera entre la cabeza de miosina y el filamento delgado del otro lado, menos puentes actina/miosina se pueden formar, de manera que a longitudes sarcoméricas muy pequeñas la capacidad de formar puentes tiende a ser nula. A medida que el ventrículo se llena esta interferencia entre filamentos delgados desaparece, lo que se traduce en mayor capacidad de formar puentes y generar tensión en la pared. Una de las formas de aumentar la capacidad de formar puentes es aumentando la precarga, lo que puede mejorar la forma en que interactúan los filamentos de actina y miosina. Esto tiene algo de verdad para el miocardio ya que normalmente funciona dentro de un rango en el cual el cambio de longitud del sarcómero provoca menos cambio en la tensión que el ventrículo puede generar en comparación con el músculo esquelético. Si analizamos la
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curva café muestra la relación entre la capacidad de generar tensión y la longitud sarcomérica en el miocardio. Podemos observar que esta relación es bifásica, es decir, a medida que el sarcómero se estira, la tensión aumenta hasta un máximo que se corresponde con una longitud sarcomérica de 2,4 µm, pero al sobrepasar esta longitud la tensión que el músculo genera desciende bruscamente. Por otro lado, a longitudes sarcoméricas menores a 1,9 µm la capacidad de generar tensión es nula en el miocardio. Ahora, si observamos la curva celeste, que nos muestra la relación entre la capacidad de generar tensión y la longitud sarcomérica en el músculo esquelético, podemos apreciar que a longitudes sarcoméricas de 1,4 µm la tensión es nula. Sin embargo, a longitudes sarcoméricas de 1,9 µm, donde en el miocardio la tensión es nula, el músculo esquelético genera casi el 100% de su tensión máxima, la cual obtiene al llegar a una longitud sarcomérica de entre 2 y 2,2 µm. Por otro lado, la tensión que es capaz En la imagen anterior, la
de generar el músculo esquelético desciende cuando la longitud sarcómerica supera los 2,2 µm. Con lo anterior se entiende que en el miocardio la curva esta totalmente desplazada. Entre 2 y 2,2 µm la geometría no mejora porque la parte central del filamento grueso no tiene cabeza, de manera que la actina se ubica en un lugar donde la miosina no tiene cabeza. El músculo esquelético, entre 2 y 2,2 µm, prácticamente no cambia su tensión, en cambio el miocardio experimenta un cambio de tensión del 40% entre estas longitudes, aumentando su capacidad de generar tensión desde el 20% al 60% de la tensión máxima. La gran diferencia entre ambos tipos de músculo es que en el miocardio el sistema contráctil no se activa completamente, a diferencia del músculo esquelético que se activa completamente con cada potencial de acción. Por lo tanto, este desplazamiento
de la curva hacia longitudes mayores tiene que ver con que no solo importa la geometría de los filamentos de actina y miosina, sino que también importa cuánto se activa el sistema contráctil. Esta activación del sistema contráctil tiene que ver con la unión de Ca+2 con la troponina C, que depende de la concentración de Ca+2 en el citoplasma. Obviamente, durante la despolarización la concentración de Ca+2 aumenta, pero en el músculo cardiaco lo hace en menor medida que en el músculo esquelético . El miocardio normalmente se activa muy poco para una longitud óptima para el músculo esquelético. Lo mas importante del cambio en la precarga es que, a medida que el ventrículo se llena se produce un aumento en la afinidad de la troponina C por el Ca+2, de manera que, aunque no cambie la concentración citoplasmática de Ca+2, en los potenciales de acción asociados con una longitud mayor se logrará un mayor nivel de activación del sistema contráctil y, por ende, se forman más puentes actina/miosina. Precarga y trabajo expulsivo aumento de la precarga tiene dos vías por las cuales aumenta la formación de puentes: Un
•
Cambio geométrico: A medida que el sarcómero se acerca a su longitud óptima, la geometría entre los filamentos de actina y miosina es mejor, de manera que aumenta la capacidad de formar puentes y, con esto, aumenta la tensión y el
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•
trabajo generado por el miocardio. En el miocardio este cambio se nota a longitudes mayores que el músculo esquelético porque, a medida que cambiamos la longitud, la afinidad de la troponina C por Ca+2 va a aumentar. Esto se nota en el miocardio y no en el músculo esquelético porque los niveles de Ca+2 en el corazón son mucho más bajos que los niveles de Ca+2 en el músculo esquelético. El momento óptimo para formar puentes y tensión se produce en una longitud que, desde el punto de vista geométrico, es mayor a la óptima. Podemos tener mayor formación de puentes y tensión para longitudes a las cuales ya hay cabezas de miosina que no pueden formar puentes en la parte central del filamento grueso, y eso es porque la activación del miocardio depende mucho de la longitud del sarcómero. Cambio en la afinidad de troponina C por Ca+2: Si aumenta la longitud sarcomérica se activa más el sistema contráctil, con el consecuente aumento de la formación de puentes y de la generación tensión o una mayor velocidad de acortamiento. De esta manera aumenta el trabajo expulsivo.
De lo anterior se pueden obtener varias situaciones, dependiendo de la arterial y del volumen diastólico final: •
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presión
aumento de la presión aórtica diastólica genera una diferencia de presión mayor entre el ventrículo y la aorta, de manera que la postcarga aumenta. Esto puede ocurrir por un aumento de la frecuencia cardiaca, lo que se traducirá en un mayor volumen sanguíneo en la aorta al final de la diástole y el consecuente aumento de la presión aórtica diastólica. Debido a esto, la precarga no se modifica porque el volumen diastólico final se mantiene, de manera que la capacidad de generar tensión se mantiene. Entonces, como se necesita generar tensión y el músculo no es capaz de generarla rápidamente, la velocidad de contracción disminuye provocando una disminución del volumen expulsivo. El
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•
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El aumento del volumen diastólico final genera una distensión del ventrículo, de manera que aumenta la precarga. Debido a esto, el ventrículo adquiere una mayor capacidad contráctil y de formación de puentes. Además, la postcarga aumenta ya que se necesita generar más tensión para poder expulsar la sangre, pero, como la capacidad de generar tensión aumenta, la velocidad de acortamiento es mejor y el volumen expulsivo aumenta.
3) Inotropismo El inotropismo corresponde habitualmente, en condiciones fisiológicas, a un cambio de concentración de Ca+2 citoplasmático durante la sístole ventricular. Los
cambios del inotropismo implican cambios en el grado de activación del sistema contráctil. El grado de activación de la fibra muscular cardiaca depende de 2 factores principales, estos son: • •
Concentración de Ca+2 citoplasmático. Afinidad de la troponina C por Ca+2.
El inotropismo depende de:
depende de cuántos puentes puedan formarse, lo que a su vez
•
Precarga: Mientras más se llene el ventrículo dentro del rango fisiológico, más
•
puentes se podrán formar, y, para la misma postcarga, habrá un mayor volumen expulsivo. Grado de activación del sistema contráctil: No solo depende de la afinidad de la +2 +2 troponina C por Ca , sino que también depende de la concentración de Ca libre en el citoplasma.
Regulación de la concentración citoplasmática de Ca+2 concentración de Ca+2 que se alcanza generalmente en el citoplasma no activa completamente al sistema contráctil, es decir, no alcanza para ocupar todas las troponinas C y, por lo tanto, no se forman todos los puentes disponibles. En reposo, la concentración citoplasmática de Ca+2 es de 10-7 M , lo cual es muy bajo debido a la acumulación de este ión en el retículo sarcoplásmico gracias a la actividad de la bomba del retículo sarcoplásmico, que bombea Ca+2 en contra de su gradiente utilizando ATP. También influye la salida de Ca+2 al medio extracelular gracias a la acción del intercambiador Na+/Ca+2 y el ingreso de Ca+2 a la mitocondria. La
+2
Por lo tanto, generalmente el Ca se puede encontrar en el retículo sarcoplásmico, en la mitocondria y en el medio extracelular. Durante el potencial de acción la concentración citoplasmática de Ca+2 aumenta debido a la despolarización del sarcolema que produce la apertura de los receptores de dihidropiridinas, que son canales de Ca+2 tipo L (dependientes de potencial). Esta entrada de Ca+2 inducirá la apertura de los receptores de ryanodina, ubicados en el retículo sarcoplásmico, de manera que se produzca una salida de Ca+2 desde el retículo sarcoplásmico, lo que se denomina liberación de Ca+2 inducida por Ca+2. Sin embargo,
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alza de Ca+2 durante el potencial de acción no alcanza para ocupar todas las troponinas C, de manera que para lograr esto se utilizan mecanismos mediados por catecolaminas. esta
Regulación simpática del inotropismo Se dice que las catecolaminas, sean epinefrina o norepinefrina, tienen un efecto inotrópico. Esto lo logran uniéndose a receptores !1, que están acoplados a proteína Gs y, por ende, producirán un aumento de la concentración del AMPc, el cual activa a PKA para fosforilar a 4 proteínas: •
•
•
•
Receptor de dihidropiridinas: Es un canal de Ca+2 dependiente de potencial que se ubica en el sarcolema del túbulo T. Este canal, cuando es fosforilado, responde mejor al potencial de membrana, permitiendo así un aumento de la corriente de entrada de Ca+2 que, a su vez, activará más a los receptores de ryanodina. Fosfolambano (PLB): Es una proteína que inhibe a la bomba del retículo sarcoplásmico. Sin embargo, cuando el fosfolambano está fosforilado se separa de la bomba, lo que permite una mayor captación de Ca+2 hacia el retículo sarcoplásmico. Esto tiene el efecto de que aumenta la concentración de Ca+2 dentro del retículo, de manera que el Ca+2 que se encuentra en el retículo estimula más al receptor de ryanodina, de manera que, cuando llegue un potencial de membrana, se liberará más Ca+2 hacia el citoplasma. Troponina I: Es una proteína inhibitoria del filamento delgado que, al estar fosforilada, reduce la afinidad del sistema contráctil por Ca+2, lo que se denomina efecto lusitrópico. Sin embargo, el aumento de la concentración citoplasmática de Ca+2 es tan brusco que este efecto se anula. Por otro lado, este cambio en la afinidad colabora con una disociación más rápida entre el Ca+2 y la troponina C en la relajación, de manera que la contracción se hace más breve. Receptor de ryanodina: Su efecto no se tiene muy claro.
las más importantes son la del receptor de dihidropiridinas y la del fosfolambano debido a que la capacidad que tiene el receptor De las 4 fosforilaciones,
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de ryanodina para liberar Ca+2 depende de el Ca+2 que ingrese a través del receptor de dihidropiridinas y de la acumulación de Ca+2 dentro del retículo sarcoplásmico. De esta forma las catecolaminas logran una mayor concentración citoplasmática de Ca , con lo que aumenta la capacidad de formar puentes. +2
Trabajo expulsivo e inotropismo Las catecolaminas, como se dijo anteriormente, incrementan la capacidad contráctil del ventrículo. De esta forma, hay una mayor capacidad de formar puentes para una misma postcarga, lo que se traduce en una mayor velocidad de acortamiento y, por ende, en un mayor volumen expulsivo. Debido a que se forman más puentes, el trabajo expulsivo aumenta. Ahora, lo que ocurre realmente es que, como el ventrículo tiene su capacidad contráctil aumentada, en cada sístole queda un volumen residual o sistólico final menor, de manera que en cada sístole el músculo expulsa más sangre que en condiciones normales. No hay que confundirse con el volumen diastólico final, ya que este se mantiene, por lo que el aumento de volumen
expulsivo no se produce porque el ventrículo se llene más, sino que se produce porque el ventrículo se vacía más.
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Gasto cardiaco Para entender de manera completa cómo funciona el corazón no basta con saber cuánta sangre expulsa cada vez que se contrae, sino que también es necesario conocer cuántas veces lo hace por unidad de tiempo, lo que en otras palabras es el gasto cardiaco (GC). Al inicio ya se analizó la siguiente imagen, pero ahora se verá con detalle los 4 puntos críticos:
A) Se tiene el volumen diastólico final y la presión ventricular al fin de la diástole, por lo que el ventrículo aún está relajado. B) Aún se tiene el volumen diastólico final, pero el ventrículo ha alcanzado la presión aórtica diastólica, por lo que la válvula sigmoidea está a punto de abrirse. Esto sucede durante la contracción isovolumétrica. C) Se produce el cierre de la válvula sigmoidea al final de la protodiástole y se inicia la relajación isovolumétrica. D) La presión ventricular descendió a su punto mínimo y el volumen que queda dentro del ventrículo es el volumen residual. Como se explicó al principio, el área que encierran los puntos de este gráfico corresponde al trabajo expulsivo. Sin embargo, el trabajo expulsivo no es constante, sino que puede variar en diferentes situaciones. •
•
•
Aumento de la presión aórtica: Cuando esto ocurre, la postcarga aumenta debido a que se necesita generar mayor tensión para alcanzar la presión aórtica, lo que se traduce en una velocidad de expulsión menor. Aumento del volumen diastólico final: Significa una mayor precarga, de manera que, cuando comienza la contracción isovolumétrica, la tensión que genera el músculo será mayor, por lo que la velocidad de expulsión es mayor. Además, como la presión es la misma, el trabajo expulsivo es mayor. Aumento del inotropismo: Si disminuye el volumen residual, el trabajo expulsivo aumenta a expensas del mayor volumen expulsado, ya que al haber mayor formación de puentes durante la sístole, la contracción es mayor.
Con la información anterior se puede entender mejor lo que es el gasto cardiaco, que corresponde al volumen de sangre expulsado en un minuto. Sin embargo, el gasto cardiaco depende de 2 factores:
GC = FC % VE
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•
•
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Volumen expulsivo: Si aumenta el volumen expulsivo quiere decir que la cantidad de sangre expulsada en cada sístole es mayor, de manera que, a una misma frecuencia cardiaca, el volumen expulsado en un minuto también es mayor. Frecuencia cardiaca: El aumento de la frecuencia cardiaca podría significar la ocurrencia de 3 situaciones diferentes: 1. Mantención del gasto cardiaco por disminución del volumen expulsivo. 2. Aumento del gasto cardiaco por conservación del volumen expulsivo. 3. Disminución del gasto cardiaco.
En condiciones en que aumenta la frecuencia cardiaca ocurre una mezcla de estas 3 opciones ya que el volumen expulsivo podría disminuir si se acorta mucho la diástole, sin embargo el periodo de llenado lento es el que más se ve afectado en esta situación y, como solo aporta el 5% del llenado, el volumen expulsivo no se ve mayormente afectado. Por otro lado, si llegara a disminuir el volumen expulsivo, la aurícula quedaría con más sangre, de manera que, por la ley de Starling, a mayor sangre hay mayor expulsión, por lo que la sístole auricular compensa la menor duración de la diástole. En el situaciones: 1.
gráfico
adjunto
se
observan
3
Aumento de la frecuencia cardiaca y del gasto cardiaco ya que el volumen expulsivo es independiente.
2.
Aumento de la frecuencia cardiaca y disminución del gasto cardiaco debido a
variaciones del volumen expulsivo. Lo que ocurre primero es un aumento del gasto cardiaco y luego una disminución de este. 3. Esto es lo que ocurre en realidad. En un principio hay un aumento proporcional entre el gasto cardiaco y la frecuencia cardiaca. Luego, por acción del sistema simpático, aumenta el gasto cardiaco con cambios menores de la frecuencia cardiaca. Finalmente, al llegar a cierta frecuencia cardiaca, el gasto cardiaco disminuye porque el volumen expulsivo es menor.
Entre 50 y 120 latidos por minuto el volumen expulsivo se conserva gracias a la compensación de la sístole auricular, de manera que el gasto cardiaco aumenta proporcionalmente al aumento de la frecuencia cardiaca. Esto se produce generalmente por disminución del tono parasimpático. Luego, el volumen expulsivo puede aumentar debido a que a 120 latidos por minutos hay aumento del inotropismo por aumento del tono simpático, de este modo el gasto cardiaco aumenta más rápido. Por último, cuando se sobrepasan los 180 latidos por minuto, el volumen expulsivo disminuye porque la diástole se acorta demasiado y la disminución del volumen residual no es compensado ni por la sístole auricular ni por el inotropismo, disminuyendo el gasto cardiaco.
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CLASE 8: REGULACIÓN CARDIOVASCULAR función del sistema cardiovascular es aportar el flujo adecuado a los distintos territorios. El flujo local depende de la diferencia entre la presión arterial y la presión venosa, todo esto dividido por la resistencia de dicho circuito local. El flujo es controlado en la resistencia local ya que la presión tiende a mantenerse constante, por lo tanto lo que importará para que el flujo sea adecuado para cada territorio son los cambios de esa resistencia, los que se producen a través de factores generales, que afectan a la mayor parte de las arteriolas, y cambios locales, que afectan sólo al territorio particular. Por lo tanto, estos factores actúan modificando el radio de las arteriolas. La
Q = (Pi – Pf ) / R GC = (Parterial – Pvenosa) / RPT Qlocal = (Parterial – Pvenosa) / R local Regulación del flujo local Existen 3 territorios capaces de regular su presión arterial a partir de cambios en el flujo, estos son el tejido cerebral, el tejido cardiaco y el tejido renal. En ellos se modifica la resistencia para permitir que el flujo sea suficiente dependiendo de las necesidades del momento. Hay 3 tipos de factores locales que regulan la presión arterial, que se dividen en factores metabólicos, factores miogénicos y factores endoteliales.
A) Control metabólico del tono arteriolar Son tres mecanismos diferentes que regulan el tono arteriolar a nivel local. Estos se clasifican en hiperemia activa, hiperemia reactiva y autorregulación del flujo.
- Hiperemia activa Si hay aumento de la actividad del tejido se produce un aumento del flujo. Hay distintos mecanismos que participan en este proceso y el que predomina es el de tipo metabólico. Para aumentar el flujo se debe disminuir la resistencia arteriolar para ese tejido, lo que en este caso ocurre porque al aumentar la actividad del tejido se producen
cambios metabólicos que finalizan en la formación de ciertas sustancias que dilatan a las arteriolas, de manera que, en este caso, se produce lo siguiente: • • • • •
Disminución de la PO2. Aumento de la PCO2. Disminución del pH. Disminución de la osmolaridad. Aumento de la concentración de K + extracelular.
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En todos estos casos se observa una vasodilatación arteriolar y, por ende, un aumento del flujo local. En muchos casos existen mediadores entre el metabolismo y el flujo, como la adenosina. La adenosina es producto de la degradación de ATP y se forma cuando la cantidad de O2 que requiere el tejido es menor que la que recibe, es decir, se produce cuando disminuye la PO2. Cuando aumenta la actividad metabólica se utiliza ATP, generándose ADP. Sin embargo, el ATP se regenera a partir de 2 ADP que dan origen a un ATP y a un AMP, siendo este último degradado por la enzima 5’-nucleotidasa para dar origen a la adenosina, que sale de la célula. La adenosina tiene receptores en las arteriolas que provocan una importante vasodilatación. Por otro lado, la concentración de adenosina variará de acuerdo a la cantidad que se produce, por la cantidad que es arrastrada por el flujo sanguíneo y por la cantidad que es degradada por enzimas en las arteriolas. Por lo tanto, a medida que el flujo se adapta al metabolismo la adenosina va a tender a disminuir porque será trasladada por el flujo y comenzará a ser degradada. Ya cuando la adenosina disminuye y el flujo trae el O2 requerido, se llega nuevamente a un grado de vasocontricción arteriolar recuperando el estado de equilibrio donde el aporte de oxígeno es igual a lo que se está utilizando.
- Hiperemia reactiva Cuando se produce una oclusión del flujo en algún territorio durante un cierto tiempo, al momento de restablecerse el flujo hay una vasodilatación que producirá un flujo aumentado hacia ese tejido. Durante el tiempo en el cual se suspendió el flujo, el metabolismo del tejido permaneció funcionando, de manera que se gastó oxígeno y probablemente se acumuló algún mediador químico capaz de producir vasodilatación arteriolar. Luego, el flujo decrece mientras las concentraciones locales del mediador químico también lo hacen, hasta que, transcurrido cierto tiempo, el flujo vuelve a ser el que había antes de la oclusión.
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En este caso la actividad del tejido no cambió, sino que sólo se impidió el flujo de sangre hacia ese tejido.
El área bajo la línea horizontal es el tiempo que no hubo flujo hacia el tejido y el área por sobre la horizontal y por debajo de la curva es la fase en que hay un gran aumento transitorio del flujo. Entonces, se puede observar que el pago de la deuda es mayor que la misma deuda de oxígeno. Por su parte, si el flujo se suspende por un tiempo más prolongado la deuda será mayor. Debido a esto, se produce un aumento del flujo de magnitud similar al anterior, pero de mayor duración, lo que se explica porque hay un máximo de dilatación que las arteriolas pueden alcanzar, de manera que para restablecer la deuda de oxígeno se debe tener un flujo aumentado por mayor tiempo.
- Autorregulación del flujo En la clase de hemodinamia se estudió que si se tienen tubos rígidos y se hace circular un líquido homogéneo se obtiene una recta cuya pendiente, correspondiente a la conductancia, es igual en todos los puntos, pero en la medida que se tienen glóbulos rojos esta curva ya no es una recta sino que tiene una parte inicial curva donde la pendiente primero es muy pequeña y luego va creciendo, lo que tiene que ver con la acumulación axial de elementos figurados. Además, se analizó que en los vasos distensibles se observan curvas donde a mayor presión se obtiene un flujo mayor, pero sólo a partir de un cierto valor mínimo que corresponde a la presión crítica de cierre.
Cuando aumenta la presión arterial media debería aumentar el flujo ya que la diferencia de presión entre arterias y venas aumenta. Inicialmente el flujo aumenta debido a que la resistencia no ha cambiado, lo que corresponde un cambio agudo, pero luego se produce una disminución del flujo porque hay una respuesta al cambio de flujo, lo que denota un cambio retrasado. Lo que realmente ocurre es que el flujo disminuye porque la resistencia periférica aumenta debido a que, como no cambia la actividad metabólica de los tejidos, los mediadores químicos vasodilatadores se diluyen, lo que se traduce un una disminución del grado de vasodilatación y, por ende, en un aumento de la resistencia. Esto se observa generalmente cuando la presión arterial alcanza valores entre 50 y 180 mmHg.
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B) Control miogénico del tono arteriolar mecanismo propio de la pared de los vasos, no es nervioso ni hormonal. Cuando se produce un aumento de la presión arterial también aumenta la presión transmural, lo que desencadena un estiramiento de las fibras de la pared. Inicialmente, aumenta el diámetro de las arteriolas de forma pasiva, pero luego el diámetro disminuye llegando a un radio menor que al comienzo, lo que se traduce en un aumento de la resistencia. Esto ocurre porque existe una relación directa donde a mayor presión hay un aumento en el potencial de membrana del músculo liso arteriolar. Por ejemplo, Es un
a una presión arterial de 10 mmHg se observa un potencial de membrana de -65 mV en la célula muscular lisa y, a medida que la presión sube el potencial de membrana aumenta de forma prácticamente lineal. Esto ocurre porque el aumento de presión promueve la apertura de canales despolarizantes, principalmente de Na+, y el cierre de canales hiperpolarizantes, principalmente de K +.
despolarización, causada por el aumento de la presión arterial, provoca la apertura de canales de Ca+2 tipo L en la célula muscular, los cuales permiten el ingreso de Ca+2 a la célula y, por ende, promueven la contracción muscular, lo que tiende a reducir el diámetro arteriolar. Por lo tanto, ante un alza de presión el músculo liso reacciona contrayéndose más, mientras a una baja de presión el músculo liso responde contrayéndose menos. Esta
C) Factores endoteliales que modifican el tono arteriolar El endotelio es capaz de sintetizar sustancias que provocan vasodilatación o vasoconstricción para mantener el flujo constante:
- Prostaglandinas A partir de la degradación de fosfolípidos de membrana se produce ácido araquidónico, el cual será expuesto a una serie de enzimas según los distintos tipos de prostaglandinas a los que dará origen. Principalmente las prostaglandinas son vasodilatadoras, como la prostacilina, aunque también hay algunas prostaglandinas vasoconstrictoras.
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- Óxido nítrico (NO) El endotelio es capaz de producir oxido nítrico a partir de arginina, gracias a la acción de la óxido nítrico sintasa, la cual se activa por aumento de la concentración intracelular de Ca+2 y por cambios en el flujo dentro de la arteriola. El óxido nítrico activa a la guanidil ciclasa y, por ende, produce un aumento de los niveles de GMPc, el que corresponde al mensajero que media la vasodilatación arteriolar.
- Endotelina La endotelina es un activación de 2 receptores: •
•
poderoso vasoconstrictor. Su actividad está asociada a la
Receptor A: Se puede encontrar acoplado a proteína Gq y G s. Cuando se activa el receptor acoplado a proteína Gq, se estimula una cascada de mensajeros que culminan en el aumento de la concentración intracelular de Ca+2, produciendo vasoconstricción. En cambio, cuando se activa el receptor acoplado a proteína Gs, se estimula una cascada de mensajeros que producen un aumento del inotropismo, estimulación del crecimiento celular y aumento de la retención de fluidos. Receptor B: Se puede encontrar acoplado a proteínas Gq y Gi. Cuando se activa el receptor acoplado a proteína Gq se produce vasoconstricción. Por su parte, cuando se activa el receptor acoplado a proteína Gi se produce una inhibición de la apoptosis, disminución del inotropismo y vasodilatación por estimulación de óxido nítrico y prostaglandinas.
Regulación del flujo general Se refiere a cómo se regula, de forma general, el flujo que hay en la circulación sistémica. Esta regulación también se realiza modificando el tono arteriolar de manera generalizada, lo que puede ocurrir por actividad de 2 factores controladores, el sistema simpático y el sistema endocrino.
A) Control simpático del tono arteriolar El sistema simpático, mediante sus tono arteriolar de la siguiente forma:
ramas colinérgicas y adrenérgicas, regula el
•
Sistema simpático colinérgico: Inerva al 10% de las arteriolas, especialmente
•
aquellas asociadas a músculo esquelético. Se activa esencialmente cuando se va a realizar ejercicio, produciendo vasodilatación debido a que estimula la síntesis óxido nítrico. Sistema simpático adrenérgico: Inerva a las arteriolas restantes. Es el más importante en cuanto a la regulación del tono arteriolar general. Actúa mediante la liberación de norepinefrina, que ejercerá su acción, a nivel del músculo liso arteriolar, sobre receptores (1, que producen vasoconstricción, y !2, que producen
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vasodilatación. Además, la norepinefrina tiene mayor afinidad por los receptores (1, de manera que el principal efecto es de vasoconstricción. Así, la norepinefrina redistribuye el flujo sanguíneo y cambia la resistencia dependiendo del tipo y cantidad del receptor presente en el territorio. B) Control endocrino del tono arteriolar El tono arteriolar también puede variar por acción de hormonas o factores hormonales que circulan por el organismo, que son 5 básicamente.
- Prostaglandinas. - Catecolaminas suprarrenales: La principal catecolamina liberada por las glándulas suprarrenales es la epinefrina, que actúa de forma bifásica. A bajas concentraciones de epinefrina hay un efecto vasodilatador mediado por receptores !2, pero a altas concentraciones hay un efecto vasoconstrictor mediado por receptores (1. Este efecto se produce diferencialmente en distintos tejidos dependiendo del tipo de receptor predominante en los vasos de ese sector. Por otro lado, como se muestra en la imagen inferior, la epinefrina tiene mayor afinidad por los receptores (1, de manera que si se
aplica una gran cantidad de epinefrina en un vaso donde predominan los receptores !2, igualmente se producirá el efecto vasoconstrictor.
- Angiotensina II: La angiotensina II se produce por una cadena de reacciones que comienzan con la conversión del angiotensinógeno en angiotensina I, gracias a la estimulación que ejerce la renina liberada a nivel renal. Esta angiotensina I, al pasar por los pulmones, es convertida en angiotensina II por la enzima convertasa. La angiotensina II tiene 2 efectos importantes: el primero es que produce vasoconstricción y el segundo es que estimula la liberación de vasopresina (ADH), la cual actuará sobre receptores V1a para producir vasoconstricción.
- Atriopeptinas: Péptidos producidos por los cardiomiocitos que son liberados a la sangre. Son conocidos también como hormonas natriuréticas. Desde el punto de vista del tono arteriolar son vasodilatadoras, pero desde el punto de vista de la regulación de la
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volemia son antialdosteronas a nivel renal porque provocan una aumento del flujo sanguíneo debido a que inhiben a la renina y, por ende, al eje renina-angiotensinaaldosterona. El estímulo para que cada cardiomiocito secrete atriopeptinas es la dilatación auricular, lo que ocurre cuando aumenta el retorno venoso. - Cininas: Derivan del cininógeno. El gen del cininógeno codifica para proteínas, una de gran peso molecular, la bradicinina, y otra de bajo peso molecular, la calidina, ambas vasodilatadoras. Estas tienen 2 receptores, el !1, que es mediador de la inflamación, y el !2, que es mediador de la vasodilatación utilizando óxido nítrico, prostaglandinas o AMPc. Relación entre flujo y presión arterial media Si se suman todos los flujos locales obtendremos el retorno equivalente al gasto cardiaco y se puede expresar de la siguiente forma:
venoso, que es
GC = (PAM – Paurícula derecha) / RPT De esta forma, si despejamos factores que influyen en ella:
la presión arterial media podemos obtener los
PAM = (GC % RPT) + Paurícula derecha 1) Gasto cardiaco GC = VE % FC Como se muestra en la ecuación anterior, el gasto cardiaco depende del volumen expulsivo y de la frecuencia cardiaca. El volumen expulsivo depende de varios factores regulados por cambios en otras variables: •
•
•
Postcarga: Es inversamente proporcional al volumen expulsivo. Depende de la presión arterial y de la precarga. Precarga: Es directamente proporcional al volumen expulsivo. Depende del volumen diastólico final, que está influido por el retorno venoso. A su vez, el retorno venoso depende de la presión venosa, la cual se relaciona con la volemia. Inotropismo: Es directamente proporcional al volumen expulsivo. Depende del tono simpático. Además, el tono simpático produce un efecto inverso sobre la distensibilidad venosa, de manera que si aumenta el tono simpático disminuye la distensibilidad venosa, lo que se traduce en un aumento de la presión venosa y, por ende, del retorno venoso, produciendo finalmente un aumento de la precarga.
Por su parte, la frecuencia cardiaca depende de los tonos simpático y parasimpático. El aumento del tono simpático produce un aumento de la frecuencia cardiaca y, por ende, del gasto cardiaco. Al revés, el aumento del tono parasimpático genera una disminución de la frecuencia cardiaca y, con ella, del gasto cardiaco.
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A raíz de lo anterior, podemos modificar nuestra ecuación inicial incluyéndole algunas de estas nuevas variables:
PAM = (VE % FC % RPT) + Paurícula derecha 2) Variables reguladas Existen variables reguladas, que son aquellas que el organismo intenta mantener constantes durante el tiempo. Estas corresponden a la presión arterial media y la volemia, que se mantienen reguladas debido a que el organismo modifica otras variables, denominadas variables manipuladas. Esta variables manipuladas son: •
•
•
Inotropismo: Como se dijo anteriormente, depende del tono simpático. Si aumenta el tono simpático, aumenta el inotropismo, lo que se traduce en un incremento del volumen expulsivo. Esto significa que el gasto cardiaco aumentará y, por ende, también lo hará la presión arterial media. Frecuencia cardiaca: Explicada anteriormente, depende de los tonos simpático y parasimpático. Si la frecuencia cardiaca aumenta, por mayor tono simpático, se producirá un aumento del gasto cardiaco, lo que significa una mayor presión arterial media. Distensibilidad venosa: Depende exclusivamente del tono simpático, que la regula inversamente. Si el tono simpático aumenta, la distensibilidad venosa disminuye, lo que significa un aumento de la presión venosa y del retorno venoso. Esto producirá un aumento del volumen diastólico final y, por lo tanto, habrá mayor precarga, lo que significa un mayor volumen expulsivo y, por ende, mayor gasto cardiaco y presión arterial media.
Para realizar estos efectos se debe actuar a través de efectores, entre los cuales se encuentran el miocardio contráctil y específico, y la musculatura lisa venosa.
3) Resistencia periférica total En ella actúan todos los mecanismos locales y generales explicados anteriormente, con participación del tono simpático, del sistema endocrino y de mediadores locales vasoconstrictores y vasodilatadores.
4) Mecanismos de regulación Los sistemas de regulación contemplan sensores que detectan cambios en las variables, enviando una señal a un centro integrador que elabora una respuesta hacia un órgano efector, en el cual se modifica algo para volver la variable regulada a su nivel original. Los mecanismos de regulación que modifican la presión arterial media son nerviosos, físicos y neuroendocrinos.
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- Mecanismos nerviosos: Existen varios mecanismos nerviosos, entre los que se encuentran los barorreceptores, quimiorreceptores y reflejo de isquemia cerebral. Las variables manipuladas que se pueden cambiar son la frecuencia cardiaca, el inotropismo, la distensibilidad venosa, y el tono arteriolar. - Mecanismos físicos: Ocurren a nivel del intercambio transcapilar. Cuando cambia la presión arterial media, la presión hidrostática capilar es diferente, de manera que se favorece la filtración en el lado arteriolar del capilar o se favorece la reabsorción en el lado venular del capilar. Esto contribuye en la mantención de la volemia y, por ende, del retorno venoso. - Mecanismos neuroendocrinos: Se basan en la regulación de la volemia por cambios en la resistencia y/o en la regulación de la reabsorción de Na+ y de agua. Hay receptores auriculares en las venas pulmonares, de manera que si aumenta la volemia, la frecuencia de descarga aumenta, y viceversa. Por ejemplo, si la volemia disminuye en más de un 10%, se libera ADH, que es vasoconstrictora y promueve la reabsorción de agua. Entonces, por un lado aumenta la resistencia periférica total y por otro aumenta la volemia, lo que se traduce en un aumento de la presión arterial media. Por otro lado, si aumenta la volemia se activan otro tipo de receptores que estimulan la secreción de natriuréticos, los cuales son vasodilatadores y promueven la excreción renal de Na+ y agua, de manera que disminuyen la volemia. Resumen
* Flechas azules: Relación inversa. * Flechas rojas: Relación directa.
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CLASE 9: REGULACIÓN DE LA PRESIÓN ARTERIAL La hipertensión arterial (HTA) es la enfermedad más común en Chile, tenemos aproximadamente cinco millones de hipertensos en nuestro país. Así que cualquier médico debe ser un experto en presión arterial ya que es seguro que verá pacientes hipertensos. En el contexto de la presión arterial, existen dos grandes sistemas que se encargan de regularla: •
Sistema nervioso: Regulación rápida y a corto plazo. Permite adaptación al estrés,
•
al ejercicio, cambios posturales, cambios de temperatura, etc. Sistema endocrino: Ofrece una regulación más lenta y a largo plazo. Actúa principalmente a nivel renal y secundariamente en los vasos sanguíneos y corazón.
En condiciones de ejercicio, la presión arterial de todo el organismo sufrirá un alza debido a que habrán tejidos que necesitarán una mayor irrigación, como los músculos y la piel, otros tejidos a los cuales no puede variar el flujo, como el corazón y el cerebro, y algunos tejidos que pueden recibir un menor flujo ya que su actividad en estas condiciones es basal, como las vísceras. Toda esta regulación es posible gracias a la modificación de la presión arterial. En esta clase se analizarán los mecanismos nerviosos que regulan la presión arterial. Estos lo hacen principalmente a través de reflejos nerviosos que se activan y actúan de diferente manera. Se necesita un nervio que sensa una variable (variable sensada), la información viaja por la vía aferente a un centro integrador, se produce una respuesta que se dirige por la vía eferente para producir una acción en el tejido efector, el cual actúa sobre la variable (variable regulada). En un ejemplo burdo, podríamos pensar en la presión arterial como una variable sensada por los nervios y la frecuencia cardiaca como la variable regulada que aumentaría la presión arterial finalmente. Los mecanismos que componen la regulación nerviosa comprenden los barorreceptores, quimiorreceptores y el reflejo de isquemia cerebral.
1) Barorreceptores Los barorreceptores están ubicados principalmente a nivel de las grandes arterias, especialmente aquellas que se dirigen hacia la cabeza. Así, hay barorreceptores a nivel del seno carotídeo, arco aórtico, carótidas primitivas, arteria subclavia, etc; siendo los dos primeros los más importantes. Los barorreceptores aórticos son inervados por el nervio vago, en cambio los barorreceptores del seno carotídeo están inervados por el nervio glosofaríngeo. De esta forma, estas vías nerviosas constituyen las vías aferentes que viajarán a los centros reguladores. Para entender la estructura de los barorreceptores nos centraremos en aquellos ubicados en el seno carotídeo. El seno carotídeo es una dilatación de la pared arterial
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que se caracteriza por estar constituida exclusivamente por fibras elásticas en su porción más proximal. Es en esta zona donde su ubican los barorreceptores, que son estructuras encapsuladas rodeadas por láminas concéntricas en torno a esta, teniendo una estructura similar a los corpúsculos de Paccini. Estas terminaciones nerviosas son capaces de
cambiar su potencial de membrana en respuesta a cambios en la tensión del vaso donde se encuentran. Debido a que la tensión depende de la presión transmural, y a que la presión externa no varía, los barorreceptores son capaces de identificar alzas o disminuciones de la presión arterial dependiendo de cómo varía la tensión. Entonces, si aumenta la presión arterial se generará mayor tensión en la pared, lo que se traduce en una deformación de los barorreceptores que gatillará una despolarización que significará un cambio en la frecuencia de potencial de acción en el nervio o fibra que nace de esa terminación nerviosa. Para entender mejor cómo estos barorreceptores miden la presión arterial hay que recordar la ecuación de Laplace:
T = (Pi – Pe) % r = PTM % r Como en la ubicación de los barorreceptores no hay musculatura lisa, la tensión que ejerce la pared del vaso estará determinada solo por la presión transmural de la arteria carótida o aorta. Además, como se mencionó anteriormente, la presión externa de los vasos es atmosférica, de tal manera que la presión transmural será equivalente a la presión interna. De esta forma, la presión arterial será la responsable de los cambios de tensión registrados por los barorreceptores y, por lo tanto, si aumenta la presión arterial, aumentará la presión transmural y, con esto, habrá mayor tensión e, inversamente, si disminuye la presión arterial, disminuirá la presión transmural y, por ende, habrá menor tensión.
Transducción y codificación de los barorreceptores barorreceptores funcionan con canales de Na y Ca+2 que se abren y despolarizan la célula ante cambios en la tensión. Esto se puede ver en un +
Los
animal de experimentación donde se han hecho dos cambios de presión, desde una presión normal de 95
o 100 mmHg se baja a 75 mmHg o se sube a 125 mmHg. Cuando aumenta la tensión asociada a la presión, la frecuencia de disparo y la amplitud del cambio de potencial de membrana de los barorreceptores aumenta. Al revés, cuando la presión baja, la frecuencia de descarga y la amplitud del cambio del potencial de membrana disminuye.
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Finalmente, los barorreceptores se hiperpolarizan por el cierre de los canales de Na y Ca+2, predominando canales de K + abiertos. Por otro lado, los barorreceptores también detectan la velocidad de cambio de la presión, hecho que explica que al inicio se observe una tasa alta de descarga que luego se normaliza. +
Respuesta de los barorreceptores aórticos En la siguiente imagen se observa la descarga de barorreceptores aórticos a diferentes presiones. Se puede notar que la descarga es pulsátil y sigue a los pulsos de presión, es decir, los barorreceptores miden cuando la presión cambia de diastólica a sistólica. Además, se advierte que la frecuencia de descarga en cada pulso es mayor cuando la presión es más alta y es menor cuando la presión es más baja.
Frecuencia de potenciales de acción de los barorreceptores carotídeos En la imagen inferior se puede observar la función de los barorreceptores del seno carotídeo. Se realizan dos experimentos en los cuales se observa el aumento de la
frecuencia de descarga de los barorreceptores frente a un aumento de presión pulsátil o estático. Lo que se hace es inflar un globo de manera pulsátil o de forma progresiva para aumentar la tensión en el seno carotídeo. Lo que se concluye es que al haber un
aumento pulsátil de la presión los barorreceptores aumentan su frecuencia de descarga en forma prácticamente lineal, en cambio cuando se realiza un aumento estático de la presión los barorreceptores aumentan su frecuencia de descarga notablemente en cierto rango de presión. Esto nos muestra que los barorreceptores están diseñados para funcionar de forma pulsátil, que es como realmente ocurre de manera fisiológica. Además, se puede observar que los barorreceptores
modifican su frecuencia de descarga proporcionalmente a la presión en un cierto rango que corresponde a presiones de entre 60 mmHg y 160 mmHg, ya que bajo 60 mmHg la frecuencia de descarga es baja y estable y sobre 160 mmHg la frecuencia de descarga es alta y tiende a estabilizarse. Por lo tanto, fuera de este rango de presiones los barorreceptores informan que la frecuencia está alta o baja, pero no informan cuán alta o baja está. En cambio, dentro de este rango de presiones los barorreceptores informan exactamente el cambio de presión arterial.
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Centros integradores cardiovasculares del tronco encefálico Los centros integradores cardiovasculares reciben información proveniente desde barorreceptores y quimiorreceptores, que viaja a través de los nervios glosofaríngeo y vago. Estos son el centro vasomotor (CVM) y el centro cardioinhibidor (CCI), que se ubican en la formación reticular del bulbo y del puente.
- Centro vasomotor (CVM): Se ubica en posición rostral y lateral. Este centro se encarga de modificar la actividad simpática que se transmite a los vasos y al corazón, ya que la vía eferente de este centro es la cadena simpática. El cambio en el tono simpático influye a nivel de 4 efectores: el miocardio específico, miocardio contráctil, músculo liso arteriolar y músculo liso venoso. De esta forma, ejerce los cambios más importantes en el sistema cardiovascular, teniendo como principal función aumentar la presión.
- Centro cardioinhibidor (CCI): Se ubica hacia caudal y medial del CVM. Este centro modifica solamente la actividad parasimpática que recibe el corazón, ya que su vía eferente es el nervio vago. Para ejercer su acción, el CCI actúa sobre solo un efector, el miocardio específico. De esta forma, ejerce cambios menos relevantes que el CVM que se relacionan con la disminución de la frecuencia cardiaca, lo que además se traduce en una disminución de la presión arterial. Algo importante de estos centros es que también reciben información de otras modalidades: •
• •
•
Corteza motora: Reciben su información para integrar la función cardiovascular a la actividad motora que se está realizando. Amígdala: Con ciertas emociones la presión arterial cambia. Dolor: El dolor visceral aumenta el tono parasimpático y disminuye la presión, en cambio el dolor superficial aumenta el tono simpático y aumenta la presión. Hipotálamo: Esto sirve para relacionar la temperatura con la presión arterial y, por otro lado, para regular variaciones de la presión según ritmos circadianos. Por ejemplo, la presión arterial es mayor en la mañana pero disminuye en la noche.
Reflejo barorreceptor El reflejo barorreceptor comprende la estimulación de los barorreceptores con la consecuente formación de una respuesta que produce una modificación de la presión arterial. Si se produce un aumento de la presión arterial, aumenta la frecuencia de descarga de los barorreceptores, lo que a nivel del bulbo y puente se traduce en una
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estimulación del CCI y en una inhibición del CVM. Debido a esto, aumenta el tono parasimpático y disminuye el tono simpático. El aumento del tono parasimpático ejerce su acción sobre el miocardio específico, de manera que produce una disminución de la frecuencia cardiaca y, por ende, una disminución de la presión diastólica y del gasto cardiaco. Ahora, la disminución del tono simpático tiene 4 efectos. Primero, la disminución del tono simpático produce un descenso de la frecuencia cardiaca ya que el sistema simpático produce el efecto de aumentar la frecuencia cardiaca haciendo que la pendiente del prepotencial de las células del miocardio específico sea mayor. Segundo, se produce una disminución del inotropismo a nivel del miocardio contráctil, lo que se traduce en un menor volumen expulsivo y, por ende, en un descenso del gasto cardiaco y de la presión sistólica. Tercero, se desencadena un aumento de la distensibilidad venosa ya que el sistema simpático produce venoconstricción, de manera que si disminuye el tono simpático obtendremos venodilatación por acción en el músculo liso venoso. Esto se traduce en una disminución de la presión venosa y, con esto, en un descenso del retorno venoso, produciéndose un menor volumen diastólico final, lo que significa que la precarga disminuye y, por ende, hay un menor volumen expulsivo que genera una caída del gasto cardiaco y de la presión sistólica. Cuarto, hay una disminución del tono arteriolar debido a que disminuye el efecto vasoconstrictor del simpático sobre el músculo liso arteriolar, lo que conlleva una menor resistencia periférica total y disminución de la presión diastólica. Por lo tanto, si unimos todos los efectos producidos por el aumento del tono parasimpático y la disminución del tono simpático obtendremos que disminuye la frecuencia cardiaca y el volumen expulsivo, lo que se traduce en una menor presión diastólica y un menor gasto cardiaco y presión sistólica; desciende el retorno venoso, por lo que hay menor presión en la aurícula derecha; y ocurre un descenso de la resistencia periférica total, lo que genera una caída de la presión diastólica. Por lo tanto, se produce un descenso de la presión arterial media, que se puede entender mejor revisando las siguientes ecuaciones y el esquema adjunto:
PAM = GC % RPT + Paurícula derecha PAM = (Psistólica + 2%Pdiastólica) / 3
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Hay dos formas en las que se monitoriza la presión en los pacientes. Una es por la presión arterial media y la otra es por la presión diferencial. Por lo general, si todo lo demás sigue igual, cuando la frecuencia cardiaca disminuye, la presión diferencial tiende a aumentar porque baja la presión diastólica. Sin embargo, en la condición anterior, si bien baja la frecuencia cardiaca, también baja, y mucho más, la presión sistólica debido a que el volumen expulsivo está disminuido, de manera que el reflejo barorreceptor frente a un aumento de la presión arterial desencadena una disminución de la presión diferencial. Ahora, si se produce una disminución de la presión arterial media se observarán los efectos contrarios a los antes descritos, con la diferencia de que este sistema tiene mucha menor posibilidad de modificar una baja de presión que un alza, ya que el rango de acción es menor. Los barorreceptores descargan potenciales de acción a menor frecuencia, lo que produce una inhibición del CCI y una estimulación del CVM, de manera que se produce una disminución del tono parasimpático y un aumento del tono simpático. La disminución del tono parasimpático tiene el efecto inverso al anterior, es decir, genera un aumento de la frecuencia cardiaca, lo que se traduce en una aumento de la presión diastólica y del gasto cardiaco. Por su parte, el aumento del tono simpático genera los 4 efectos anteriores, pero a la inversa. Primero, se produce un aumento de la frecuencia cardiaca por su acción sobre receptores !1 en el miocardio específico, lo que significa una aumento de la presión diastólica y del gasto cardiaco. Segundo, se desencadena un aumento del inotropismo a nivel del miocardio contráctil, lo que significa un mayor volumen expulsivo y, por lo tanto, un aumento del gasto cardiaco y de la presión sistólica. Tercero, se genera una disminución de la distensibilidad venosa por su acción sobre receptores (1 en el músculo liso venoso, lo que se traduce en un aumento de la presión venosa, que provoca un mayor retorno venoso y, por ende, un incremento del volumen diastólico final, por lo que hay mayor precarga y volumen expulsivo, produciéndose un alza del gasto cardiaco y de la presión sistólica. Cuarto, aumenta el tono arteriolar por su acción con mayor afinidad sobre los receptores (1 que por los receptores !2, de manera que aumenta la resistencia periférica total y, por lo tanto, se genera un aumento de la presión diastólica. Finalmente, si unimos todos los efectos producidos por la disminución del tono parasimpático y el aumento del tono simpático obtendremos un aumento de la frecuencia cardiaca y del volumen expulsivo, lo que se traduce en una mayor presión diastólica y en un mayor gasto cardiaco y presión sistólica; aumenta el retorno venoso, por lo que hay una mayor presión en la aurícula derecha; y ocurre un aumento de la resistencia periférica total, por lo que hay un aumento de la presión diastólica. Por lo tanto, se produce un aumento de la presión arterial media que se puede entender mejor revisando las siguientes ecuaciones y el esquema de la siguiente página:
PAM = GC % RPT + Paurícula derecha PAM = (Psistólica + 2%Pdiastólica) / 3
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Ahora bien, se aclarará de mejor forma lo que ocurre con la presión regulación de la presión arterial media en ambas situaciones: •
•
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sistólica en la
Aumento de la presión arterial media: Se produce un aumento del tono parasimpático y una disminución del tono simpático. El aumento del tono parasimpático produce una disminución de la frecuencia cardiaca, lo que concluye en una disminución de la presión diastólica y, por ende, en una menor postcarga, lo que en un caso normal tendería a aumentar el volumen expulsivo y, por consiguiente, a elevar la presión sistólica. Sin embargo, la disminución del tono simpático genera una disminución del inotropismo que desencadena una caída del volumen expulsivo. Por otro lado, la disminución del tono simpático también produce una disminución del volumen diastólico final y, por ende, una menor precarga, lo que también se traduce en un menor volumen expulsivo. Por lo tanto, como disminuye el inotropismo, la precarga y levemente la postcarga, se produce un efecto neto de disminución del volumen expulsivo, de manera que hay un gran descenso de la presión sistólica. Finalmente, esto conlleva a una disminución de la presión arterial media y de la presión diferencial. Disminución de la presión arterial media: Se produce una disminución del tono parasimpático y un aumento del tono simpático. La disminución del tono parasimpático produce un aumento de la frecuencia cardiaca, lo que concluye en un aumento de la presión diastólica y, por ende, en una mayor postcarga, lo que en un caso normal tendería a disminuir el volumen expulsivo y, por consiguiente, a bajar la presión sistólica. Sin embargo, el aumento del tono simpático genera un aumento del inotropismo que desencadena un mayor volumen expulsivo. Por otro lado, el aumento del tono simpático también produce un aumento del volumen diastólico final y, por ende, una mayor precarga, lo que también se traduce en un aumento del volumen expulsivo. Por lo tanto, como aumenta el inotropismo, la precarga y levemente la postcarga, se produce un efecto neto de aumento del volumen expulsivo, de manera que hay un gran aumento de la presión sistólica. Finalmente, esto conlleva a un aumento de la presión arterial media y de la presión diferencial.
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2) Quimiorreceptores Los quimiorreceptores son los otros tipos de receptores que participan en la regulación de la presión arterial. Se ubican en un lugar distinto pero muy cercano a los barorreceptores; en la aorta se ubican a nivel del cuerpos aórticos y en las carótidas se ubican a nivel del cuerpo carotídeo. Los cuerpos carotídeo y aórticos son estructuras extravasculares que se ubican en la parte más proximal de la pared de los vasos. Son los órganos más vascularizados del organismo debido a que se encargan de sensar los componentes de la sangre. Como se dijo anteriormente, las vías aferentes de los quimiorreceptores son las mismas que las de los barorreceptores, es decir, los nervios glosofaríngeo y vago. La función de los quimiorreceptores es responder frente a cambios químicos en la composición de la sangre de las arterias, de manera que responden frente a cambios de: • •
PO2. pH, que varía dependiendo de la PCO2. Esta relación entre pH y PCO2 es inversa, es decir, cuando aumenta la PCO2 disminuye el pH.
Los quimiorreceptores aórticos responden solo a variaciones de la PO2, en cambio los quimiorreceptores carotídeos responden a variaciones de la PO2 y del pH. De esta forma podemos decir que el estímulo más eficaz para activar el reflejo quimiorreceptor es el cambio de la PO2. En el gráfico de abajo se puede apreciar que a medida que disminuye la PO2 aumenta la descarga de los quimiorreceptores, pero también se observa que la frecuencia de descarga es máxima cuando la PO2 cae entre 50 y 60 mmHg. Por otro lado, se puede notar que la frecuencia de descarga de los quimiorreceptores carotídeos es mayor mientras más disminuido está el pH en la sangre arterial, lo que es consecuencia de un aumento de la PCO2. Entonces, frente a una misma PO2, mientras más bajo esté el pH los quimiorreceptores carotídeos presentan una mayor frecuencia de descarga y viceversa.
Por otro lado, los quimiorreceptores responden a cambios en el flujo sanguíneo, por lo que la frecuencia de descarga aumenta a medida que disminuye el flujo.
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Reflejo quimiorreceptor Cuando existe una situación en que la presión arterial media está disminuida, los quimiorreceptores reciben un flujo menor debido a que el flujo es directamente proporcional a la diferencia entre las presiones arterial y venosa. Esta disminución del flujo es detectada como un descenso de la PO2 y del pH porque efectivamente está recibiendo menos O2 de lo normal, por lo que se producirá un aumento de la frecuencia de descarga de los quimiorreceptores. Por lo tanto, los quimiorreceptores, a diferencia de los barorreceptores, solamente responden frente a bajas de la presión arterial, en un rango de presión arterial media de entre 40 mmHg y 100 mmHg. De esta forma, la
máxima frecuencia de descarga se alcanza a los 40 mmHg y la mínima se alcanza a los 100 mmHg o más, momento en que la frecuencia es baja y estable. Entonces, el aumento de frecuencia de descarga gatillado por la disminución de la presión arterial se traduce en una estimulación del CVM y del centro respiratorio (CR ). La estimulación del CR produce un aumento de la ventilación alveolar gracias a que promueve el aumento de la frecuencia y amplitud respiratoria, es decir, la ventilación alveolar aumenta porque se inspira más aire y más rápido. Además, el aumento de la ventilación alveolar inhibe al CCI. Ahora, la estimulación del CVM produce un aumento del tono simpático que se traduce en un aumento generalizado de la resistencia periférica total, excepto en vasos cerebrales, pulmonares y coronarios, que produce un alza de la presión diastólica; y en un mayor retorno venoso e inotropismo, lo que significa un mayor volumen expulsivo y gasto cardiaco, de manera que aumenta la presión sistólica. Debido a esto, el reflejo quimiorreceptor produce un aumento de la presión arterial media. 3) Reflejo de isquemia cerebral El reflejo de isquemia cerebral es mediado por quimiorreceptores ubicados a nivel del sistema nervioso central. Recordemos que la presión arterial media en la cabeza es un poco menor, de alrededor de 70 mmHg. Por lo tanto, al igual que el reflejo quimiorreceptor, el reflejo de isquemia cerebral solo responde frente a bajas de la presión arterial media. Además, este reflejo se activa con cualquier cosa que haga que el cerebro reciba menos flujo del necesario: •
•
Caída de la presión arterial media a un rango entre 15 mmHg y 50 mmHg, lo que produce una disminución del flujo a nivel cerebral que es interpretado por los quimiorreceptores como una menor PO2, lo que desencadena un aumento de la frecuencia de descarga. Aumento de la presión intracraneana, que comprimirá a los vasos cerebrales. Debido a esto, habrá una caída del flujo a nivel cerebral y por lo tanto se detecta como un descenso de la PO2, de manera que los quimiorreceptores aumentan su frecuencia de descarga.
De esta forma, como habíamos visto anteriormente, el aumento de la frecuencia de descarga de los quimiorreceptores lleva a la activación del CVM e inhibición del CCI, lo que significa una disminución del tono parasimpático y un aumento del tono simpático,
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con el principal efecto de aumento de la resistencia periférica total, excepto en los vasos cerebrales y coronarios debido a que los territorios de irrigación de esos vasos requieren un alto flujo.
4) Regulación de la volemia La volemia puede ser regulada por diversos factores:
- Receptores auriculares Son receptores que se ubican en la aurícula derecha. Se activan cuando aumenta la distensión de la pared, es decir, son tensorreceptores. A medida que aumenta la tensión de la pared auricular, principalmente debido a un aumento del retorno venoso o de la volemia, también aumenta la frecuencia de descarga de estos receptores.
Estos
tensorreceptores se comunican con el hipotálamo e hipófisis a través del
nervio vago, de manera que el vago informa en los centros superiores lo que está ocurriendo con la volemia. Si disminuye la volemia habrá un cambio conductual que nos estimulará a beber agua, pero además los tensorreceptores tendrán menor frecuencia de descarga, lo que se traduce en un estímulo en el hipotálamo e hipófisis para aumentar la secreción de ADH y con esto disminuir la excreción renal de agua. De esta forma, la volemia aumenta y con ella también hay un alza de la presión arterial. Por otro lado, el aumento de la distensión auricular inhibe al sistema simpático, de manera que al haber una disminución de la volemia se estimula la actividad simpática renal, lo que tiene como consecuencia el aumento de la actividad del sistema renina-angiotensina-aldosterona. De esta forma, hay mayor secreción de aldosterona y, por ende, mayor retención de sodio y agua, lo que claramente significa un aumento de la volemia y de la presión arterial. - Atriopeptinas u hormonas natriuréticas Se secretan en la aurícula cuando hay un mayor retorno venoso y, por ende, cuando aumenta la distensión auricular. Tienen varios efectos a nivel renal, donde inhiben a la renina y, por ende, disminuyen la secreción de aldosterona, lo que se traduce en una disminución de la volemia y del retorno venoso. A nivel de arteriolas producen vasodilatación, con lo que disminuye la resistencia periférica total y la presión arterial. A nivel de la corteza suprarrenal inhiben la secreción de aldosterona.
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Finalmente, a nivel
del encéfalo producen disminución de la secreción de ACTH y de la ingesta de agua y sal. Intercambio transcapilar Otra forma de regular la volemia es regulando el intercambio transcapilar. Cuando hay un alza de la presión arterial media o una disminución de la resistencia periférica total, se produce un aumento de la presión hidrostática en los capilares, lo que promueve la filtración por sobre la reabsorción y, por ende, se genera una disminución de la volemia. Inversamente, cuando disminuye la presión arterial media o amenta la resistencia periférica total se produce una menor presión hidrostática en los capilares, lo que favorece la reabsorción por sobre la filtración, de manera que aumenta la volemia. De esta forma, en el siguiente esquema podemos agrupar los diversos factores que influyen en la regulación de la presión arterial:
Centros nerviosos superiores Como se ha esbozado anteriormente, a los centros reguladores cardiovasculares llegan aferencias desde el hipotálamo, tálamo, centros respiratorios y otros centros superiores. La comunicación con los centros respiratorios no es rara ya que la actividad de regulación de la presión arterial está relacionada con la ventilación y ejercicio, así que no es extraño que se comuniquen. Incluso con el aumento de la caja torácica ya estamos modificando el volumen del ventrículo.
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CLASE 10: REGULACIÓN DE LA CIRCULACIÓN REGIONAL Para hacer un pequeño resumen de la clase anterior, el control del tono vascular se da de dos formas: • •
Control local: Se adapta a los requerimientos de los tejidos. Control general: Actúa sobre la musculatura lisa vascular, principalmente por medio del tono simpático adrenérgico.
En algún momento estos dos factores entran en conflicto, generando lo que se ha visto en regulación cardiovascular y de la presión arterial. Esta clase trata de la circulación cerebral y coronaria, de las cuales anteriormente solo se ha mencionado que ante alzas y bajas de la presión arterial media es necesario mantener estos dos tejidos con un flujo constante. El flujo de un órgano depende de varios factores expresados en la siguiente ecuación:
Q = (PAM – Paurícula derecha) / R órgano Como se explicó en clases anteriores, la resistencia arteriolar se manipula a través de mecanismos locales, relacionados con el metabolismo del tejido, y mecanismos generales, que contribuyen a la regulación global de la presión arterial media. La regulación de la presión arterial en distintos territorios, mediante los cambios de resistencia periférica, usa estos mecanismos con distinta intensidad. En el caso de la circulación renal y de la piel, la
mayor parte de la resistencia es controlada por el sistema nervioso simpático y minoritariamente controlada por los mecanismos locales. Por el contrario, el cerebro y corazón tienen poco efecto simpático y predomina el control local. Por su parte, el resto de las vísceras y músculo esquelético tiene compartido el control simpático y local.
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1) Circulación cerebral tejido cerebral tiene un alto metabolismo y obtiene energía mediante la oxidación de la glucosa, sin embargo, no tiene reservas ni de oxígeno ni de glucosa, por lo que requiere un flujo continuo que supla estas necesidades, dado que: El
• •
• •
Tiene un alto consumo de O2, de 3,3 ml/min cada 100g de tejido. La concentración de O2 en las arterias es de 20 ml cada 100 ml de sangre, y la mayor parte está unido a hemoglobina. La concentración de O2 en las venas es de 13,8 ml cada 100 ml de sangre. La diferencia de concentración arteriovenosa es de 6,2 ml por cada 100 ml de sangre.
Gracias a los datos anteriores podemos obtener el flujo que necesita el cerebro para funcionar:
Qcerebral = Consumo O2 / ([O2]arterial – [O2]venosa) Qcerebral = 3,3 ml/100g/min / 6,2 ml/100ml = 3,3 / 0,062 = 54 ml/min/100g Por lo tanto, el cerebro necesita un flujo muy alto, correspondiente a 1/5 del gasto cardiaco. Debido a esto, el cerebro debe tener un flujo constante para mantener su óptimo funcionamiento. El consumo de O2 por el cerebro es estable en el tiempo, pero a nivel local, es decir, en cada zona del cerebro el consumo varía dependiendo de la actividad que el individuo está realizando. Por lo tanto, el flujo se distribuye transitoriamente para satisfacer estos cambios locales.
Por otro lado, en ciertas condiciones el consumo global de O2 cambia, como en la anestesia general, que disminuye a la mitad, o en episodios convulsivos, donde se duplica.
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Flujo en la red vascular cerebral Como se dijo anteriormente, el cerebro requiere un flujo global constante, de manera que se obtiene porque, en general, la diferencia de presión arteriovenosa es constante debido a que la presión arterial media y la presión de la aurícula derecha también lo son, y porque no se requiere modificar la resistencia local. Por lo tanto:
Qcerebral[cte] = "P[cte] / R cerebral[cte] cerebro se protege ante las variaciones de presión gracias a que es capaz de independizarse en un rango amplio, mediante mecanismos metabólicos y de regulación miogénica del tono arteriolar. Cada vez que se eleva la presión arterial media el flujo cerebral no se modifica, lo que trae efectos en la circulación general. Un individuo hipertenso tiene un flujo cerebral constante aumentando su resistencia arteriolar (contracción), entonces el cerebro se defiende a expensas de contribuir a un aumento mayor de la resistencia periférica, afectando al corazón y el resto de los vasos de la circulación. El
Autorregulación del flujo cerebral El cerebro presenta 2 tipos de autorregulación del flujo local, mediante mecanismos metabólicos y mecanismo miogénicos.
A) Autorregulación metabólica En el cerebro es muy importante la presión parcial de CO2 (PCO2) para modificar el flujo sanguíneo. La PCO2 arterial es de 40 mmHg y eso implica tener un flujo del orden 50-60 ml/min/100g tejido. Si aumenta la PCO2, se obtiene un flujo cada vez mayor que, en teoría, puede duplicarse. A la inversa, si la sangre tiene una PCO2 baja, el flujo disminuye. Por otro lado, la PO2 tiene una relación inversa con el flujo. Si se comparan los cambios producidos por las variaciones de presión parcial, los cambios en la PO2, en un rango bastante amplio, provocan cambios no tan importantes en la resistencia y, por ende, en el flujo. Sin embargo, en función del PCO2
hay una modificación importante de la resistencia y, por lo tanto, del flujo.
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Los efectos sobre el músculo liso vascular de la PCO2 y PO2 son indirectos y ocurren mediante cambios de pH. En la medida que aumenta la actividad metabólica, sube la PCO2 y, por lo tanto, disminuye el pH. La disminución del pH significa que aumentó la concentración extracelular de protones, los cuales estimulan canales de K + en el músculo liso, de manera que se produce una polarización de la célula muscular lisa. Esta disminución del potencial de membrana genera una inhibición de los canales de Ca+2, lo que se traduce +2 una menor concentración intracelular de Ca y, por ende, en una vasodilatación que disminuye la resistencia y aumenta el flujo. Por otro lado, dentro del tejido cerebral se produce óxido nítrico (NO), también frente a una disminución del pH extracelular, es decir, frente a un aumento de la PCO2. Esto podría estar mediado por células de la glía o por neuronas, aunque no está del todo claro. Entonces, el óxido nítrico, por medio de GMPc, activa canales de K +, generando el mismo efecto anterior, es decir, una vasodilatación con la consecuente caída de la resistencia y el aumento del flujo. Esto ocurre en los animales adultos. En animales recién nacidos los protones activan a la ciclooxigenasa endotelial y se producen prostaglandinas, las que, a través de AMPc, activan los canales de K +. Finalmente, si disminuye la PO2 se produce
adenosina localmente como producto de la degradación de ATP. Como se explicó en la clase de regulación cardiovascular, la adenosina produce una vasodilatación y, por ende, un aumento del flujo. En un tejido
donde la PO2 está disminuida, la energía se obtiene de la glucólisis, aumenta la concentración de protones lo que acarrea las consecuencias anteriormente mencionadas. Además las células del parénquima producen NO. De esta forma se puede entender que, cuando ocurre un aumento sostenido de la presión arterial media, se producirá una disminución de la PCO2 en el tejido cerebral debido a que inicialmente habrá un aumento del flujo que retirará el CO2. Para compensar, el cerebro sensa una menor PCO2 debido a que hay un aumento del pH, lo que se traducirá en una inhibición de los canales de K + porque se produce menos óxido nítrico y prostaglandinas, de manera que la célula se despolariza, activa canales de Ca+2 y produce una vasoconstricción que aumenta la resistencia y disminuye el flujo. De esta forma se logra mantener el flujo constante. Esto es útil porque un aumento de la presión arterial media es necesario realizarlo por distintas razones. Por lo tanto, la compensación que realiza la autorregulación
metabólica cerebral contribuye al aumento de la resistencia periférica total haciendo que no fluya más sangre de la necesaria hacia el cerebro.
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B) Autorregulación miogénica Si sube la presión luminal, aumenta el radio y cae la resistencia, lo que provoca un aumento del flujo. Posteriormente actúa el control miogénico, en el cual se produce una vasoconstricción para contrarrestar la caída de la resistencia e, incluso, la aumenta. Entonces, la función de la autorregulación miogénica es mantener el flujo constante frente a cambios transitorios de la presión arterial media. Lo que ocurre en este caso es lo mismo que se estudió sobre el control miogénico en la clase de regulación vascular. El aumento de la presión promueve la apertura de canales despolarizantes, principalmente de Na+, y el cierre de canales hiperpolarizantes, principalmente de K +. Esto genera una despolarización que estimula la apertura de canales de Ca+2 tipo L en la célula muscular, los cuales permiten el ingreso de Ca+2 a la célula y, por ende, promueven la contracción muscular, lo que tiende a reducir el diámetro arteriolar. Por lo tanto, ante un alza de presión el músculo liso reacciona contrayéndose más, mientras a una baja de presión el músculo liso responde contrayéndose menos. En el siguiente gráfico se puede observar que sobre 60 mmHg de presión arterial media, el flujo se mantiene constante por aumento progresivo del tono arteriolar. Sin embargo, cuando la presión desciende bajo los 60 mmHg se produce una disminución del flujo ya que a los 60 mmHg la musculatura lisa está 100% relajada, por lo que a valores menores de presión arterial media no puede disminuir más la resistencia de las arteriolas cerebrales.
Para entender mejor los efectos producidos por las autorregulaciones miogénica se puede analizar el siguiente esquema:
metabólica y
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Control neural de la resistencia de la circulación cerebral •
•
•
•
El óxido nítrico actúa como neurotransmisor liberado desde neuronas hacia las celulas musculares lisas vasculares, donde produce vasodilatación. Las sinapsis serotoninérgicas también influye, pero secundariamente, ejerciendo un efecto vasoconstrictor. La norepinefrina actúa como neurotransmisor y ejerce efectos locales en los receptores !2, de manera que produce vasodilatación. El sistema simpático, como factor general, es capaz de aumentar en menor medida la resistencia de la circulación cerebral debido a que sólo regula a los vasos más superficiales y grandes de la piamadre, mientras que los vasos más internos no están sometidos a estos efectos.
Factores mecánicos que modifican el flujo de la circulación cerebral El cerebro está dentro de la duramadre, y de una caja craneana inextensible que le proporciona protección mecánica. Por lo tanto, como el volumen total no puede cambiar, si algún compartimiento aumenta de volumen eso implica que otro deba ceder el espacio. Dentro del cerebro, lo más compresible es el sistema venoso; por lo tanto, si aumenta la presión endocraneana por un edema o un tumor, se producirá una compresión venosa que provocará un aumento de la presión capilar, lo que favorecerá la filtración. Esto significa que los tejidos acumularán más agua, lo que produce un mayor aumento de la presión endocraneana, lo que finalmente disminuye el retorno venoso y, por ende, reduce el flujo cerebral
2) Circulación coronaria La circulación coronaria obtiene la mayor parte de su energía del metabolismo aeróbico. Sin embargo, su eficiencia es de un 3% a un 12%, por lo que un 88% a 97% de la energía que produce se transforma en calor. Por su parte, el requerimiento de O2 es variable y dependerá de cuánta tensión desarrolle el miocardio y del tiempo sistólico, por lo tanto, el requerimiento energético cambia de acuerdo a la actividad que realice el corazón. En reposo, 1/3 de la energía la obtiene de los ácidos grasos, 1/3 del lactato y 1/3 de la glucosa. Sin embargo, en ejercicio más del 50% de la energía la obtiene a partir del lactato. En el corazón, tal como se explicó en la circulación cerebral, existen los mismos elementos: • • • •
Tiene un alto consumo de O2, de 30 ml/min. La concentración de O2 en las arterias es de 20 ml cada 100 ml de sangre. La concentración de O2 en las venas es de 5 ml cada 100 ml de sangre. La diferencia de concentración arteriovenosa es de 15 ml por cada 100 sangre.
De esta forma, podemos decir que el flujo coronario ml/min, correspondientes a casi el 50% del gasto cardiaco.
ml de
es altísimo, de unos 200
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La variable que más modifica el aporte de O2 al corazón, a diferencia del cerebro, es el flujo. El flujo coronario se puede expresar de la siguiente forma:
Qcoronario = (Parterial – Pvenosa) / R coronaria De los 3 factores que influencian el flujo coronario, el único que se puede modificar para regular el flujo es la resistencia.
Regulación de la resistencia coronaria La resistencia coronaria está influenciada por 3 factores: parasimpáticos.
metabólicos, simpáticos y
A) Regulación metabólica de la resistencia coronaria El aporte de O2 debe ser equivalente a lo que consume. Si esto no ocurre y la PO2 local cambia, se modifica el gasto de ATP, con la mayor o menor producción de adenosina. Por ejemplo, si disminuye la PO2 se producirá un aumento de la producción de adenosina, lo que conlleva a una vasodilatación que aumentará el flujo para promover mayor llegada de O2 al corazón.
B) Regulación simpática de la resistencia coronaria En el gráfico adjunto se puede observar que la norepinefrina disminuye el flujo coronario medio. Sin embargo, la presión es constante, lo que significa que la noradrenalina produce vasoconstricción y, por lo tanto, aumenta la resistencia coronaria y disminuye el flujo. Asimismo, esta reducción del flujo trae como consecuencia la disminución de la PO2, de manera que se producirá más adenosina, lo que provoca una vasodilatación que eleva el flujo incluso más allá de su valor anterior. Entonces, por un lado la norepinefrina actúa directamente contrayendo el músculo liso y, por otro,
aumenta el metabolismo, la frecuencia cardíaca y el inotropismo del músculo cardíaco, finalmente el flujo crece, llegando a un valor superior al inicial. El efecto de la adenosina dependiente del metabolismo, en las arterias coronarias, es más enérgico que el efecto vasoconstrictor de la norepinefrina en el músculo liso arteriolar principalmente porque la densidad de receptores y de inervación adrenérgica es menor que en otros vasos de la circulación sistémica. Por su parte, la epinefrina produce vasoconstricción y un aumento de la frecuencia cardiaca, pero cuando se encuentra en baja concentración, por medio de receptores !1, produce vasodilatación. Como aumenta el consumo de O2, favorece indirectamente la relajación de las arteriolas.
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Regulación parasimpática de la resistencia coronaria El parasimpático libera acetilcolina, y esta actúa sobre el endotelio induciendolo a producir óxido nítrico, el cual tiene un efecto vasodilatador. Sin embargo, el parasimpático inerva pobremente a los vasos de la circulación coronaria. Su principal efecto es disminuir la frecuencia cardiaca, de manera que hay un menor consumo de O2 en el corazón. Esto, por menor producción de adenosina produce una vasoconstricción que reduce el flujo coronario.
Por todo lo anterior podemos decir que el efecto que los otros efectos alternativos.
metabólico predomina mucho más
Factores mecánicos que modifican la resistencia coronaria También podemos encontrar factores mecánicos que modificarán la presión externa de las arteriolas, de manera que indirectamente regulan la resistencia coronaria. Durante la contracción isovolumétrica, el flujo coronario desciende a cero por la compresión de los vasos en el miocardio. Se produce una contracción sin flujo porque la presión externa es mayor, de manera que hay una compresión intrínseca de los vasos que impide el flujo. Luego, cuando el ventrículo expulsa la sangre, la presión interna en las coronarias aumenta, por lo que se recupera el flujo. Al final de la sístole ventricular el flujo tiende a disminuir porque comienza a bajar la presión aórtica y la presión externa se mantiene aumentada. Ahora, al comienzo de la relajación isovolumétrica, hay un aumento brusco del flujo porque durante la contracción recibió menos flujo que el que necesitaba para el trabajo que estaba realizando. Entonces, ocurre una hiperemia reactiva porque disminuyó la PO2 y aumentó la adenosina, lo que se traduce en una vasodilatación que genera un mayor flujo que el normal. Luego, el flujo disminuye durante
