¿POR QUÉ NECESITAMOS UN SISTEMA CIRCULATORIO?
La vida surgió en el mar. El mar no sólo engendró diminutas gotas de materia viva, sino que las nutrió. El mar primitivo, un caldo orgánico diluido, suministró a las células primitivas las materias primas para sostener su metabolismo. Las células recibieron alimento y, si eran aerobias, oxígeno del medio líquido donde estaban suspendidas. Los desechos metabólicos –dióxido de carbono y compuestos nitrogenados-, elementos naturales de la actividad celular, se desarrollaron en el mar. Para los seres primitivos, de tamaño diminuto, el intercambio con el medio era un asunto sencillo: a través de la membrana plasmática de la célula, por el proceso de difusión introducía lo que se necesitaba y extraía lo que no era necesario. La difusión funcionaba bien porque la superficie de intercambio, la plataforma de carga y de descarga, nunca estaba demasiado lejos del interior de la célula. Aún hoy en día, las plantas y animales unicelulares o multicelulares dependen de mecanismos similares (Fig. 12-1a).
Al aumentar los organismos de tamaño y volverse estructuralmente más complejos con comunidades de células cada vez más grandes, surgieron los problemas de transporte. La superficie de intercambio se alejó mucho de las células que estaban en el interior ¿Cómo podían el alimento y el oxígeno que había en el mar circundante llegar a células interiores “Tierra adentro”, y cómo podían sus desechos ser extraídos para ser depositados fuera de la superficie del cuerpo?
Un mecanismo para proporcionar un paseo marítimo a las células rodeadas de tierra, fue ahuecar el cuerpo en la forma de un tubo y mover el líquido circundante hacia adentro y hacia fuera. Ésta es la situación en organismos que tienen una forma semejante a un saco, cuyos representantes modernos son las esponjas, las hidras, las anémonas de mar y las medusas (Fig. 12-1b). Sin embargo, cuando el tamaño del animal siguió aumentando, el simple conducto de agua salada (o agua dulce) ya no fue suficiente para intercambios eficientes entre el animal y su medio. Para que el alimento y el oxígeno pudieran llegar a las células que se encontraban a una distancia considerable de la superficie corporal, el conducto que
contenía el líquido circundante se ramificó y creó un complicado sistema de conductos que asegurara que fuera posible el intercambio con el líquido ambiental, si no para todas, el menos para la mayor parte de las células (Fig.
12-1c). Las células internas tuvieron de nuevo contacto con la “costa”.
Ahora se desarrollaron otros problemas. Tener un sistema de conductos llenos con agua de mar podría bastar para seres pequeños, moderadamente activos, como los platelmintos, pero no lo sería para organismos voluminosos y más activos. La eficiencia del intercambio y conservación de un medio interno más o menos constante es de capital importancia para esos organismos; la difusión sencillamente no es eficaz en grandes distancias, y el flujo y el reflujo en una red tubular reducen la eficacia. Con el tiempo el problema se resolvió: el mar interno quedó encerrado en la red tubular, el flujo y el reflujo fueron reemplazados por una corriente rápida de un solo sentido, y un mecanismo regulador evolucionó gradualmente para conservar una constancia interna. El líquido permaneció en movimiento mediante un dispositivo de bombeo: un vaso palpitante o corazón. Al circular el líquido junto a las plataformas de carga de alimento y oxígeno en la superficie corporal, los elementos nutritivos y el oxígeno se difunden en él para ser llevados luego alas células, donde son recibidos; las células, a su vez, ceden sus desechos al líquido circulante y son expulsados en la plataforma de descarga de la superficie. El líquido circulante se convierte en una ruta comercial para efectuar rápidos intercambios entre el exterior y el interior del cuerpo.
Así pues, en casi todos los animales activos más grandes, incluidos los humanos, las regiones especializadas para obtener elementos nutritivos, intercambio de gases y expulsión de desechos, restringidas más o menos a la superficie corporal, estaban vinculadas a las innumerables células de las capas más profundas mediante un sistema de tubos llenos de líquido: el sistema circulatorio. Una vez que esto había ocurrido, las células corporales eran bañadas desde dentro, y tales seres eran en cierto grado independientes del medio ambiente acuoso del que habían surgido. Estos organismos podían salir a tierra, y algunos de ellos lo hicieron. Nosotros no somos sino uno de esos muchos seres terrestres que emergieron hace siglos del primitivo hábitat acuoso.
FIGURA 12-1 Intercambio de materiales entre las células y el medio ambiente. a) La unicelular Amoeba. B) La hidra. C) El platelminto Dugesia.
FIG. 12-2 Una vista simplificada del sistema circulatorio humano. (Tomado de Carl J. Wiggers,
“The Herat”. Copyright 1957 by Scientific American, Inc. All rights reserved)
¿QUÉ FUNCIONES DESEMPEÑA EL SISTEMA CIRCULATORIO?
El sistema circulatorio, con el corazón, los vasos sanguíneos y la sangre, es el mayor órgano del cuerpo y, en total, tienen dos veces el tamaño del hígado. Si los conductos tubulares del sistema circulatorio humano se unieran uno tras otro, medirían una cuarta parte de la distancia que hay entre la Tierra y la Luna: 60 000 millas.
El corazón muscular bombea la sangre a las arterias, y éstas se ramifican como un árbol para distribuir la carga de sangre a todas las partes del cuerpo (Fig. 12-2). Cuando la sangre sale por el lado izquierdo del corazón, entra a la gran arteria19 del cuerpo: la aorta.
La aorta tiene aproximadamente una pulgada de ancho; se dobla hacia arriba en un arco cuando sale del corazón y luego corre hacia abajo, a lo largo de la columna vertebral, hacia el abdomen. Derivadas de la aorta, hay otras grandes arterias que suministran sangre a la cabeza, a los órganos internos, a los brazos y a las piernas. Éstas se ramifican en arterias cada vez más pequeñas del sistema arterial son las arteriolas microscópicas. Las arterias son conductos con paredes relativamente gruesas que contienen tejidos muscular y elástico (Fig. 12-3a). La fortaleza y elasticidad de las paredes evita que se rompan por la presión, y el músculo permite controlar su diámetro. Las ramificaciones más delgadas, las arteriolas, están formadas casi totalmente por músculos lisos y pueden ensanchar o estrechar su amplitud tubular.
Las arteriolas más pequeñas se ramifican a su vez en diminutos capilares, compuestos de una sola capa de células planas (Fig. 12-3b).
Esta capa no sólo forma las paredes de los capilares, sino que recubre los otros vasos sanguíneos y el corazón, de modo que toda la sangre del cuerpo está contenida dentro de un solo recubrimiento continuo. Hay miles de millas de capilares en una persona adulta, y bañan a todos los tejidos corporales; además, ninguna célula se encuentra a más de unas cuantas milésimas de pulgada de un capilar.
En el capilar ocurre la función primaria del sistema circulatorio: la continua carga y descarga para las células y la eliminación de los productos del metabolismo celular. En cierto sentido, los otros componentes del sistema circulatorio son el bombeo secundario
19 Hay que notar que una arteria saca la sangre del corazón y que una vena lleva sangre al corazón o entre otros órganos (venas portales, figura 11-5). Aunque la mayor parte de las arterias llevan sangre oxigenada y casi todas las venas llevan sangre desoxigenada, el contenido de oxígeno no puede tomarse como base para distinguir una arteria de una vena.
para llevar sangre a los capilares y traerla de ellos. Desde los capilares la sangre entra en las venas más pequeñas, las vénulas, y éstas se combinan para formar las venas más grandes. Las venas devuelven la sangre al corazón. Se diferencian de las arterias en que sus paredes no son tan ricas en tejidos elásticos o muscular, sino que están formadas principalmente por tejido conjuntivo (Fig. 12- 3c). Como resultado, estos vasos son más extensos y menos elásticos que las arterias;
además, las venas están provistas de válvulas de una sola dirección de modo que se evita el reflujo de sangre hacia los capilares. El corazón, las arterias, los capilares ylas venas forman un sistema cerrado de conductos a través de los cuales el río interno de la sangre circula una y otra vez.
En resumen, el sistema circulatorio es un sistema dinámico lleno de líquido que permite que la comunidad de células desempeñe sus papeles individuales, pero interconectados, y proporciona un ambiente estable para las células del cuerpo.
EL CORAZÓN: UNA BOMBA NOTABLE La doble bomba
El corazón de una persona adulta tiene aproximadamente el tamaño y la forma de un uño (Fig. 12-4). Tiene unas 5 pulgadas de largo por 3.5 pulgadas de ancho y pesa menos de una libra (de 12 a 13 onzas). El corazón es una bomba muscular que conserva la sangre en circulación, y sin su constante palpitación la vida pronto cesaría. Si la sangre que fluye al cerebro se interrumpe por más de 5 segundos, perdemos el conocimiento; luego de 15 a 20 segundos, los músculos se convulsionan, y después de 8 minutos de circulación interrumpida las células cerebrales sufren un daño irreparable.
El corazón se halla exactamente detrás del esternón entre los pulmones y arriba del diafragma. Rodeando al corazón hay un saco de paredes dobles; el pericardio. El líquido que hay en el pericardio actúa como lubricante, de modo que con cada latido las superficies se deslizan suavemente una sobre otra. Aunque está localizado en un punto central, el eje de simetría del corazón no se encuentra a lo largo de la línea media, y la porción cónica del órgano está inclinada hacia la izquierda; es en esta parte donde el latido se siente y se escucha con mayor facilidad (lo que origina la popular, pero equivocada impresión de que el corazón se encuentra al lado izquierdo del cuerpo).
FIGURA 12-3 La estructura de los vasos sanguíneos: a) Arteria. b) Capilar. c) Vena.
Cuando el cuerpo está en reposo, el corazón bombea 2 onzas de sangre por latido, 5 qt por minuto, 75 galones por hora. Cada mitad de corazón tiene un depósito superior o cámara colectora: la aurícula (atrium = vestíbulo, aulis = oreja; L.) y una cámara de bombeo inferior, el ventrículo (Fig. 12-5a). La sangre que regresa del cuerpo entra en la aurícula derecha y luego pasa al ventrículo derecho.
Entre la aurícula y el ventrículo derechos hay tres aletas o cúspides de tejido que actúan como una válvula (la válvula tricúspide) que dirige el flujo de sangre de la aurícula al ventrículo. Las aletas de la válvula están unidas mediante ligamentos (“las fibras sensibles”) con pequeños músculos que hay en la superficie interna del ventrículo. Cuando la sangre pasa de la aurícula al ventrículo, la válvula no ofrece resistencia, pero cuando el ventrículo se contrae, las aletas de la válvula tricúspide se mueven una hacia las otras, cerrando la abertura y evitando el reflujo. Los ligamentos evitan que las aletas de la válvula sean impulsadas hacia la aurícula (Fig. 12- 5b). Del ventrículo derecho, la sangre pasa a la arteria pulmonar. La abertura está guardada por la válvula pulmonar o semilunar, constituida por tres aletas en forma de media luna dispuestas de modo que se evita el reflujo de la arteria hacia el ventrículo (Fig. 12-5b). La arteria pulmonar conduce la sangre a los pulmones. El lado derecho del corazón se llama bomba pulmonar, puesto que interviene en un circuito que lleva la sangre a los pulmones y la regresa al lado izquierdo del corazón. La sangre oxigenada que viene de los pulmones regresa al lado izquierdo del corazón mediante las venas pulmonares. Entra en la aurícula izquierda y de ahí pasa al ventrículo izquierdo.
El paso de la aurícula izquierda al ventrículo está guardado por una válvula de un solo sentido que consta de dos aletas, la válvula bicúspide o mitral. Esta válvula evita el reflujo de sangre del ventrículo izquierdo hacia la aurícula cuando las gruesas paredes musculares del ventrículo se contraen para llevar la sangre a la aorta. La abertura que va del ventrículo izquierdo a la aorta contiene la válvula aórtica, que asegura una sola dirección al flujo que sale del corazón (Fig.
12-5b). El lado izquierdo del corazón es la bomba sistémica, puesto que interviene en el movimiento de la sangre desde el corazón a los sistemas de órganos del cuerpo (excepto los pulmones) y en su regreso al lado derecho del corazón.
La abertura y cierre de las válvulas del corazón son pasivas, y sólo dependen de la forma en que están ordenadas las aletas de
tejido. Gracias a esto, es posible reemplazar una válvula enferma, descompuesta o dañada, con otra normal extraída de un cadáver, o por una artificial, del tipo de bola y anillo. La válvula artificial se cierra cuando una bolita de plástico (de silástic) se asienta en un anillo de acero; se evita que la bolita ande de un lado al otro, encerrándola en una red sobre el lado en el que baja la corriente (Fig. 12-6).
Algunas de estas válvulas artificiales duran hasta siete años sin presentar ningún problema. Sin embargo, informes recientes indican que a veces se recubren de materiales grasos que causan la formación de una costra;
con miras a reducir esta tendencia, se ha intentado modificar sus diseños.
La pared del corazón consta de tres capas: la externa, el epicardio, compuesta de tejido conjuntivo y frecuentemente infiltrado de grasa; la interna el endocardio, que recubre la cavidad del corazón, cubre las válvulas y se continúa con la mucosa de los vasos sanguíneos, y la capa intermedia, o miocardio, que consta de una compleja red de músculos. El miocardio permite las contracciones cardiacas.
- La forma en que están ordenados los grupos de músculos en la pared del corazón es tal que, cuando las células auriculares son estimuladas, las dos aurículas se contraen juntas y, en forma similar, los dos ventrículos se contraen al mismo tiempo cuando son estimulados. Las gruesas paredes ventriculares tienen los músculos dispuestos en anillos, espirales y aros conectados unos con otros. Esta disposición es mecánicamente muy eficiente; la contracción ventricular no sólo impulsa la sangre fuera de los ventrículos, sino que la exprime con un movimiento de torsión; las cámaras ventriculares son los elementos primarios de la bomba cardiaca. Antes de una contracción, los ventrículos se llenan casi completamente de sangre mediante la relación elástica de la contracción previa; no como se podría esperar, mediante la contracción de las aurículas mismas. La contracción de éstas completa la transferencia de sangre, por así decirlo, exprimiendo las últimas gotas.
FIGURA 12-5 A) Vista Del corazón. B) Válvulas del corazón, su estructura y función: 1) llenado de los ventrículos, 2) Contracción de los ventrículos, 3) corte transversal a través de las válvulas.
FIGURA 12-6 a) Válvula cardiaca artificial Starr Edwards. (Cortesía de Edwards Laboratories, Santa Ana, California). B) Radiografía que muestra dos válvulas artificiales implantadas en un
paciente. (Cortesía de la World Health Organization).
Actividad eléctrica del corazón
Un corazón extraído completamente del cuerpo, pero provisto de una nutrición adecuada, continuará latiendo rítmicamente casi en forma indefinida. El latido se origina en el músculo mismo y, por tanto, se dice que es miogénico (myo = músculo; gennao = producir; Gr.) El compás empieza en una región denominada marcapaso cardiaco, o nudo sino auricular (SA), que es un grupo de células especializadas localizadas en la parte superior de la aurícula derecha (Fig. 12- 5a). Estas células generan un breve impulso eléctrico, aproximadamente 72 veces por minuto, y este impulso se extiende con rapidez por las aurículas y las excita para que se contraigan al mismo tiempo. El impulso también llega a otro nudo de células musculares especializadas situadas entre las aurículas y los ventrículos: el nudo aurículo- ventricular (AV). Aquí el impulso se demora brevemente (0.07 segundos) y luego es conducido a través de un anillo aislante que está entre las aurículas y ventrículos mediante un sistema especial de conducción llamado el haz Avn. Las fibras de este haz son células musculares cardiacas modificadas que transmiten los impulsos seis veces más rápido que los músculos cardiacos ordinarios. El haz AV se divide en dos ramificaciones principales, que a su vez se ramifican por ambos ventrículos en muchas finas ramificaciones llamadas fibras de Purkinje. El impulso cardiaco se extiende por las fibras de Purkinje y, como resultado, los ventrículos se contraen casi simultáneamente, convirtiendo al corazón en una bomba eficaz.
En un corazón normal, no puede generarse o ser conducido un segundo impulso al menos durante 0.3 segundos, durante este intervalo se dice que el corazón es refractario. Sin embargo, si la vía de conducción se alarga debido al crecimiento del corazón, hay una reducción del periodo refractario a causa de una enfermedad o de la administración de algún fármaco (por ejemplo, adrenalina), o si el sistema de Purkinje deja de ser conductor, entonces el impulso sigue su viaje alrededor del músculo cardiaco indefinidamente y causa una agitación muscular, o fibrilación. La fibrilación ventricular se inicia con facilidad mediante un choque eléctrico, especialmente de corriente alterna de 60 ciclos, razón ésta por la que tocar una toma eléctrica con corriente en la casa, es peligroso.
Un corazón aislado late a su propia velocidad sin conexión nerviosa. Aún cuando se aíslen pequeñas partes de tejido cardiaco y se coloquen en una caja de Petri que contenga
un medio nutriente artificial, continúan palpitando en forma rítmica. Sin embargo, como todos sabemos, dentro del cuerpo el latido del corazón se modifica de acuerdo con la carga de trabajo o el estado de ánimo.
Durante el descanso, el corazón late con lentitud; durante un ejercicio pesado o debido a la excitación, su paso se acelera. Cuando dormimos, el corazón bombea un galón de sangre por minuto; pero si hacemos un ejercicio vigoroso, aumenta su rendimiento a 5 galones por minuto.
La regulación de los latidos del corazón ocurre mediante el sistema nervioso. El nudo SA está formado por dos series de nervios, simpáticos y parasimpáticos (Fig. 12-7). La estimulación de las fibras nerviosas parasimpáticas aumenta la actividad del corazón; la frecuencia cardiaca se incrementa, las contracciones de los músculos cardiacos son más fuertes y fluye más sangre hacia las arterias coronarias, que abastecen al mismo músculo del corazón. El latido más frecuente, cuando se hace ejercicio o se está excitado, se debe a la descarga de nervios simpáticos y es claramente una respuesta a la demanda del cuerpo (real o anticipada) de un rápido tránsito de sangre por el sistema circulatorio.
Las fibras del sistema parasimpático son inhibitorias y reducen la actividad del corazón.
Aunque los principales mecanismos reguladores de la frecuencia cardiaca son nerviosos, otros factores modifican su acción.
La adrenalina actúa directamente sobre el músculo cardiaco, lo mismo que sobre las fibras nerviosas, para acelerar el corazón; el dióxido de carbono aumenta la velocidad de bombeo. Los factores mecánicos, como la presión de la sangre dentro del corazón, afectan las palpitaciones.
FIGURA 12-7 Control de la frecuencia cardiaca. El nervio parasimpático (vago) es inhibidor, y en condiciones normales reduce las pulsaciones del corazón mediante una corriente continua de impulsos nerviosos. La excitación, el
ejercicio o la emoción ponen en funcionamiento impulsos del centro vasomotor para acelerar los latidos del corazón mediante el nervio simpático.
FIGURA 12-8 A) Un electrocardiograma (ECG). b) La propagación de la actividad eléctrica en el corazón.
El ciclo cardiaco y el electrocardiograma Los médicos escuchan los ruidos del ciclo cardiaco colocando un estetoscopio sobre el lado izquierdo del tórax, aproximadamente una pulgada abajo del pezón. Los sonidos oídos pueden representarse como lub-dupp, pausa, lubb, dupp, pausa. El sonido lubb es agudo y resonante, y representa el “portazo”
de las válvulas auriculoventriculares y la contracción de los ventrículos; el sonido dupp es simultáneo con el cierre de las válvulas semilunares y aórticas. A través del estetoscopio pueden oírse ruidos peculiares llamados soplos, y muchos de ellos no tienen importancia clínica. Sin embargo, ciertos soplos representan un mal funcionamiento de las válvulas, como un cierre incompleto debido a un orificio agrandado o a que las aletas de las válvulas están demasiado extendidas, en cuyo caso hay un reflujo de sangre. En otros casos, el soplo indica una restringida apertura valvular a causa de que la aleta valvular se ha endurecido.
El registro de la actividad eléctrica del corazón durante un ciclo cardiaco se denomina electrocardiograma (ECG). Puesto que el músculo del corazón actúa como un sistema de conducción eléctrico, su actividad se detecta colocando electrodos sobre el cuerpo (un buen conductor de la electricidad). Los electrodos están conectados a un instrumento que registra la actividad eléctrica del corazón.
Un registro semejante de actividad puede verse en la figura 12-8. Como puede observarse por la figura 12-8a, el primer componente del ECG, la onda P, representa la actividad eléctrica de las aurículas antes de la contracción (sístole); después de ésta hay un pico triangular agudo, la onda QRS, que representa los potenciales eléctricos de los ventrículos exactamente antes de la contracción; luego hay una larga onda lenta, la onda T, que representa la actividad eléctrica antes de la relajación ventricular (diástole).
Los aspectos más importantes de un electrocardiograma son las relaciones de tiempo entre las diversas ondas. En la figura 12-9 se muestran algunos ejemplos anormales.
LA RED CARDIOVASCULAR EN ACCIÓN La presión arterial
Una de las mediciones que se toman durante un examen médico sistemático es la presión sanguínea arterial. El instrumento para tal
medición, un esfingomanómetro, consta de una faja inflable (la manga), una bombilla de hule con un conducto y un tubo de vidrio con mercurio (el manómetro) (Fig. 12-11). La manga se enrolla en la parte superior del brazo y luego se infla mediante la bombilla de hule. El médico coloca el diafragma del estetoscopio sobre un vaso sanguíneo en la parte anterointerna del codo y lentamente reduce la presión en la manga. En menos de un minuto el doctor dice: “Bastante normal.
Su presión arterial es 120-80” ¿Qué indica esta lectura en forma de una fracción? ¿Cómo se mide la presión arterial? ¿Por qué se indican dos presiones?
Cada latido del corazón envía 2 onzas de sangre desde los ventrículos a las elásticas arterias. La contracción (sístole) del ventrículo que actúa sobre la sangre causa una elevación en la presión. En tanto el ventrículo se llena de sangre, está relajado (diástole) y la presión arterial en el ventrículo es cero. En la arteria que recibe la sangre durante la sístole, la presión baja (aunque no a cero). Así, con cada latido del corazón hay una elevación y un descenso en la presión de la arteria y una expansión y contracción correspondientes en la pared arterial.
Cuando la manga de la presión arterial se infla, la arteria de la parte superior del brazo se colapsa al ser mayor la presión aplicada externamente a la arteria que la ejercida por la sangre dentro del vaso. Cuando la presión en la manga se reduce gradualmente, los primeros chorros de sangre pasan por la arteria y causan un sonido intermitente que puede oírse con el estetoscopio. Una mirada al manómetro en este momento muestra la máxima presión en la arteria –la presión sistólica- y ésta se registra en milímetros de mercurio. Cuando la presión de la manga se reduce aún más, la presión es suficientemente baja de modo que la sangre fluye por la arteria sin ninguna intermitencia (los sonidos palpitantes ya no se oyen mediante el estetoscopio). Esta lectura en el manómetro corresponde a la presión diastólica, cuando el corazón está en reposo entre las contracciones, y las arterias se están contrayendo por retroceso elástico. Las presiones diastólica y sistólica se registran en forma de fracciones, en las que el numerador es la presión sistólica y el denominador, la diastólica. Así, si la presión diastólica es 80 y la presión sistólica es 120 mm de Hg, el valor se escribe 120/80. Hay una amplia gama de presiones normales: de 100 a 140 para la sistólica, y de 60 a 90 para la diastólica.