17 Jul
Fisiología Básica del Corazón
Conceptos Fundamentales
La ritmicidad cardíaca se refiere a los mecanismos especiales del corazón que producen una sucesión continua de contracciones cardíacas.
El músculo cardíaco posee miofibrillas típicas que contienen filamentos de actina y miosina.
El sincitio cardíaco es una característica funcional donde las células musculares cardíacas están interconectadas, permitiendo que un potencial de acción iniciado en cualquier punto se propague rápidamente por todo el tejido, actuando como una unidad funcional.
Potencial de Acción Cardíaco
Mecanismo del Potencial de Acción Prolongado y la Meseta
En el músculo cardíaco, el potencial de acción está producido por la apertura de dos tipos de canales:
- Canales rápidos de sodio.
- Canales lentos de calcio (tipo L).
Los canales de calcio tipo L se abren con mayor lentitud y permanecen abiertos por más tiempo, contribuyendo a la fase de meseta del potencial de acción, donde se produce una entrada sostenida de iones sodio y calcio.
Velocidad de Conducción de las Señales
- La velocidad de conducción de las señales en el músculo cardíaco es de unos 0,3 a 0,5 m/s.
- La velocidad de conducción de las fibras de Purkinje es de 4 m/s, lo que permite una rápida propagación del impulso a los ventrículos.
Acoplamiento Excitación-Contracción y Duración
El acoplamiento excitación-contracción se refiere al mecanismo mediante el cual el potencial de acción provoca la contracción de las miofibrillas del músculo. Este mecanismo es similar al analizado para el músculo esquelético, pero con particularidades cardíacas.
La duración de la contracción depende principalmente de la duración del potencial de acción, incluyendo la meseta: aproximadamente 0,2 s en el músculo auricular y 0,3 s en el músculo ventricular.
Ciclo Cardíaco y Función de las Cámaras
Fases del Ciclo Cardíaco
El ciclo cardíaco comprende todos los fenómenos cardíacos que se producen desde el comienzo de un latido cardíaco hasta el comienzo del siguiente.
- La diástole es el periodo de relajación del corazón.
- La sístole es el periodo de contracción del corazón.
Efecto de la Frecuencia Cardíaca en la Duración del Ciclo
El aumento de la frecuencia cardíaca reduce la duración del ciclo cardíaco. Para una frecuencia cardíaca normal de 72 latidos/min, la sístole comprende aproximadamente el 40% del ciclo cardíaco completo. Para una frecuencia cardíaca triple de lo normal, la sístole supone aproximadamente el 65% del ciclo cardíaco completo.
Función de las Aurículas como Bombas de Cebado
Aproximadamente el 80% de la sangre fluye directamente a través de las aurículas hacia los ventrículos. La contracción auricular habitualmente produce un llenado de un 20% adicional de los ventrículos.
- Las aurículas actúan como bombas de cebado que aumentan la eficacia del bombeo ventricular en un 20%.
- Las aurículas pueden bombear más sangre de lo necesario, con una capacidad de 200-400% de su volumen normal.
Función de los Ventrículos como Bombas
Los ventrículos se llenan de sangre durante la diástole. Durante la sístole ventricular, se acumulan grandes cantidades de sangre en las aurículas derecha e izquierda porque las válvulas auriculoventriculares (AV) están cerradas.
Periodo de Llenado Rápido de los Ventrículos
Este periodo dura aproximadamente el primer tercio de la diástole. Durante el tercio medio de la diástole, normalmente solo fluye una pequeña cantidad de sangre hacia los ventrículos, contribuyendo a un llenado del 20%.
Válvulas Cardíacas
Las válvulas cardíacas evitan el flujo inverso de la sangre durante la sístole.
Función de los Músculos Papilares
Los músculos papilares se unen a los velos de las válvulas AV por medio de cuerdas tendinosas. Los músculos papilares se contraen cuando las paredes ventriculares se contraen, pero no ayudan a que las válvulas se cierren; su función principal es evitar la protrusión de las válvulas hacia las aurículas durante la sístole ventricular.
Válvulas Aórtica y Pulmonar
Debido al cierre rápido y a la eyección de alta velocidad, los bordes de las válvulas aórtica y pulmonar están sometidos a una abrasión mecánica mucho mayor que las válvulas AV.
Estado de las Válvulas en Diástole y Sístole
- En diástole: las válvulas aórtica y pulmonar están cerradas; las válvulas mitral y tricúspide están abiertas.
- En sístole: las válvulas mitral y tricúspide están cerradas; las válvulas aórtica y pulmonar están abiertas.
Regulación del Gasto Cardíaco y Flujo Sanguíneo
Retorno Venoso y Gasto Cardíaco
La cantidad de sangre que bombea el corazón cada minuto (gasto cardíaco) está determinada casi en su totalidad por la tasa de flujo de sangre que regresa al corazón desde las venas (retorno venoso).
Efecto de los Iones Calcio
El exceso de iones de calcio causa contracción espástica, mientras que la deficiencia de iones de calcio causa debilidad cardíaca.
Carga de Presión Arterial y Gasto Cardíaco
El incremento de la carga de presión arterial (hasta un límite) no disminuye el gasto cardíaco.
El Corazón Humano: Una Máquina Asombrosa
El corazón humano tiene un sistema especial para la autoexcitación rítmica y la contracción repetitiva, latiendo aproximadamente 100.000 veces al día o 3.000 millones de veces en una vida humana promedio.
Sistema de Excitación Rítmica del Corazón
Este impresionante logro es realizado por un sistema que:
- Genera impulsos eléctricos para iniciar la contracción rítmica del músculo cardíaco.
- Conduce estos estímulos rápidamente por todo el corazón.
Coordinación Aurículo-Ventricular
Cuando este sistema funciona normalmente, las aurículas se contraen aproximadamente 1/6 de segundo antes de la contracción ventricular. Esto permite un llenado eficaz de los ventrículos antes de que bombeen la sangre.
Tipos de Arritmias Cardíacas
Ejemplos comunes de arritmias cardíacas incluyen la fibrilación ventricular y la fibrilación auricular.
Mecanismo de la Ritmicidad del Nódulo Sinusal
Entre descargas, el potencial de membrana en reposo de la fibra del nódulo sinusal es aproximadamente de –55 a –60 milivoltios, en comparación con –85 a –90 milivoltios para la fibra del músculo ventricular.
Control de la Frecuencia del Latido
El nódulo sinusal es el marcapasos natural que controla la frecuencia del latido en todo el corazón.
Vías Internodulares
Las vías internodulares anterior, media y posterior son pequeñas bandas que se curvan a través de las paredes auriculares (anterior, lateral y posterior) y terminan en el nódulo AV.
Control Nervioso del Ritmo Cardíaco
Los nervios simpáticos y parasimpáticos controlan el ritmo cardíaco y la conducción de impulsos a través de los nervios cardíacos.
- Los nervios parasimpáticos (vagos) se distribuyen principalmente a los nódulos SA y AV, y su estimulación disminuye la frecuencia cardíaca y la conducción.
- Los nervios simpáticos se distribuyen en todas las regiones del corazón, y su estimulación aumenta la frecuencia cardíaca y la fuerza de contracción.
Efectos de la Estimulación Parasimpática (Vagal)
La estimulación parasimpática (vagal) ralentiza el ritmo y la conducción cardíacos. Hace que se libere la hormona acetilcolina en las terminaciones nerviosas.
La estimulación parasimpática (vagal) tiene dos efectos principales sobre el corazón:
- Reduce la frecuencia del ritmo del nódulo sinusal.
- Reduce la excitabilidad de las fibras de la unión AV entre la musculatura auricular y el nódulo AV.
La acetilcolina, liberada en las terminaciones nerviosas vagales, aumenta mucho la permeabilidad de las membranas de las fibras a los iones potasio, lo que permite la salida rápida de potasio desde las fibras del sistema de conducción, hiperpolarizando las células y disminuyendo su excitabilidad.
Factores que Afectan Directamente al Gasto Cardíaco
El gasto cardíaco es influenciado por:
- El nivel básico del metabolismo del organismo.
- El ejercicio físico.
- La edad.
- El tamaño del organismo.
Valores Normales del Gasto Cardíaco en Reposo
En los hombres, el gasto cardíaco en reposo alcanza los 5,6 l/min, y en las mujeres, los 4,9 l/min.
Reflejo de Bainbridge
El reflejo de Bainbridge se inicia por el estiramiento de la aurícula derecha, lo que activa un reflejo nervioso que llega al centro vasomotor del cerebro y regresa al corazón a través de los nervios simpáticos y vagos, aumentando la frecuencia cardíaca.
Determinantes del Gasto Cardíaco
El gasto cardíaco es la suma de los flujos sanguíneos en todos los tejidos y se encuentra determinado normalmente por la suma de todos los factores que controlan el flujo sanguíneo local en todo el cuerpo.
Ejemplos de Aumento y Disminución del Gasto Cardíaco
Aumento del gasto cardíaco puede observarse en:
- Beriberi.
- Hipertiroidismo.
- Cortocircuitos (shunt).
- Neumopatía.
Disminución del gasto cardíaco puede observarse en:
- Amputaciones (por reducción de la masa tisular).
- Hipotiroidismo.
Distribución del Gasto Cardíaco de la Aorta
La distribución porcentual del gasto cardíaco a diferentes órganos es:
- Encéfalo: 14%
- Corazón: 4%
- Esplácnico: 27%
- Riñones: 22%
- Músculo (inactivo): 15%
- Piel y otros tejidos: 18%
El gasto cardíaco también puede calcularse como: Presión Arterial / Resistencia Periférica Total.
Hipertrofia Cardíaca
La hipertrofia cardíaca (aumento del tamaño del músculo cardíaco) puede aumentar la eficacia de la bomba.
Dinámica del Flujo Sanguíneo y Microcirculación
Superficies Transversales y Velocidades del Flujo Sanguíneo
La superficie transversal de las venas es mucho mayor que la de las arterias, lo que resulta en una menor velocidad de flujo en las venas.
Presión Sanguínea
La presión sanguínea se mide casi siempre en milímetros de mercurio (mmHg). La presión arterial mide la fuerza ejercida por la sangre contra una unidad de superficie de la pared del vaso.
Resistencia al Flujo Sanguíneo
La resistencia es el impedimento al flujo sanguíneo en un vaso y no se puede medir por medios directos, sino que se calcula a partir de la presión y el flujo.
Velocidad del Flujo Sanguíneo Circulatorio
La velocidad del flujo sanguíneo a través de todo el sistema circulatorio es igual a la velocidad de la sangre que bombea el corazón, es decir, es igual al gasto cardíaco.
Resistencia Periférica Total (RPT)
La resistencia de toda la circulación sistémica o resistencia periférica total (RPT) es de 100/100 o 1 PRU (Unidad de Resistencia Periférica) en condiciones normales.
Resistencia en el Sistema Pulmonar
En el sistema pulmonar, la presión arterial media es de 16 mmHg y la presión media en la aurícula izquierda es de 2 mmHg.
Hematocrito
El hematocrito es la proporción de sangre compuesta por eritrocitos. El hematocrito de un hombre adulto alcanza un promedio de 42%, mientras que en las mujeres es de 38%.
Autorregulación del Flujo Sanguíneo
La autorregulación del flujo sanguíneo es la capacidad de los tejidos de ajustar su resistencia vascular y mantener un flujo sanguíneo normal durante los cambios en la presión arterial entre aproximadamente 70 y 175 mmHg.
Microvasculatura
Las metaarteriolas o las arteriolas terminales no tienen una capa muscular continua, sino fibras musculares lisas rodeando el vaso en puntos intermitentes.
El esfínter precapilar es el punto en el que cada capilar verdadero se origina de una metaarteriola, y hay una fibra muscular lisa que rodea el capilar, regulando el flujo sanguíneo hacia el capilar.
Estructura de la Pared Capilar
La pared capilar está compuesta por una capa unicelular de células endoteliales. El grosor total de la pared capilar es de solo unas 0,5 μm, y el diámetro interno del capilar es de 4-9 μm.
Poros en la Membrana Capilar
El espacio de los poros en la membrana capilar suele tener un tamaño uniforme, con una anchura de 6-7 nm (60-70 angstroms), que es algo menor que el diámetro de una molécula de albúmina.
Sustancias de Mayor Difusión
Las sustancias que más se difunden a través de la membrana capilar son:
- Agua.
- NaCl (cloruro de sodio).
- Urea.
Efecto de la Diferencia de Concentración en la Difusión
La velocidad neta de difusión a través de la membrana capilar es proporcional a la diferencia de concentración de la sustancia entre los dos lados de la membrana.
La concentración de CO₂ es mayor en los tejidos que en la sangre, lo que facilita su difusión hacia la sangre.
Intersticio y Líquido Intersticial
Una sexta parte del volumen total del organismo consiste en espacios entre las células, que colectivamente se conoce como el intersticio. El líquido presente en estos espacios es el líquido intersticial.
Fuerzas que Determinan el Movimiento del Líquido a Través de la Membrana Capilar (Fuerzas de Starling)
Las fuerzas hidrostáticas y coloidosmóticas determinan el movimiento del líquido a través de la membrana capilar:
- La presión hidrostática capilar (Pc) tiende a forzar la salida del líquido a través de la membrana capilar.
- La presión hidrostática del líquido intersticial (Pif) tiende a forzar la entrada del líquido a través de la membrana capilar cuando la Pif es positiva.
- La presión coloidosmótica del plasma capilar (πp) tiende a provocar ósmosis de líquido hacia el interior del capilar.
- La presión coloidosmótica del líquido intersticial (πif) tiende a provocar ósmosis de líquido hacia el exterior del capilar.
Sistema Linfático
El sistema linfático representa una vía accesoria a través de la cual el líquido puede fluir desde los espacios intersticiales hacia la sangre.
Los tejidos tienen canales prelinfáticos diminutos a través de los cuales puede fluir el líquido intersticial.
Formación de la Linfa
La linfa deriva del líquido intersticial que entra en los capilares linfáticos.
Factores que Determinan el Flujo Linfático
El flujo linfático está determinado por:
- La presión del líquido intersticial.
- La actividad de la bomba linfática (contracción de los vasos linfáticos y compresión externa).
Fisiopatología: Shock y Hemorragia
Lugares Peligrosos de Hemorragia Interna
Lugares peligrosos que pueden causar la muerte por una hemorragia interna incluyen:
- Fractura de fémur (puede causar una pérdida significativa de sangre).
- Traumas directos en el abdomen.
- Lesión hepática.
Efectos de los Reflejos Simpáticos en el Shock
Los reflejos que estimulan el sistema vasoconstrictor simpático en la mayoría de los tejidos del organismo tienen tres efectos importantes:
- Las arteriolas se contraen en la mayor parte de la circulación sistémica.
- Las venas y los reservorios venosos se contraen, movilizando sangre hacia el corazón.
- La actividad cardíaca aumenta en gran medida, de 72 latidos/min hasta 160-180 latidos/min.
Los reflejos simpáticos están más dirigidos al mantenimiento de la presión arterial que al mantenimiento del gasto cardíaco.
Protección del Flujo Sanguíneo Coronario y Cerebral
El flujo sanguíneo que llega al corazón y al cerebro se mantiene esencialmente en niveles normales mientras que la presión arterial no cae por debajo de los 70 mmHg, gracias a mecanismos de autorregulación y redistribución del flujo.
Shock Progresivo
El shock progresivo es provocado por un círculo vicioso de deterioro cardiovascular.
En el shock, lo primero que cae es el gasto cardíaco, luego la presión arterial, y finalmente hay depresión cardíaca.
Depresión Cardíaca en Shock
La depresión cardíaca ocurre cuando la presión arterial cae lo suficiente, el flujo sanguíneo coronario disminuye por debajo de lo necesario para la nutrición adecuada del miocardio y debilita el músculo cardíaco, disminuyendo aún más el gasto cardíaco.
Una característica importante del shock progresivo es el deterioro progresivo que sufre finalmente el corazón.
Bloqueo de Vasos Pequeños: Estasis Sanguínea
La causa que inicia el bloqueo de vasos muy pequeños es la lentitud del flujo sanguíneo en la microvasculatura, lo que lleva a la estasis sanguínea.
Aumento de la Permeabilidad Capilar
La hipoxia capilar no aumenta la permeabilidad capilar hasta las etapas finales del shock prolongado.
Liberación de Toxinas desde el Tejido Isquémico
La liberación de toxinas como histamina, serotonina y enzimas tisulares desde el tejido isquémico provoca el deterioro adicional del sistema circulatorio.
Depresión Cardíaca Provocada por Endotoxina
La endotoxina tiene un papel importante en algunos tipos de shock, en especial en el shock séptico.
Deterioro Celular Generalizado
A medida que se agrava el shock, aparecen muchos signos de deterioro celular generalizado en todo el organismo. Un órgano especialmente afectado es el hígado.
Efectos Celulares Perjudiciales en el Shock
Los efectos celulares perjudiciales que se producen en la mayoría de los tejidos del organismo incluyen:
- Disminución importante del transporte activo de sodio y potasio a través de la membrana celular.
- Descenso importante de la actividad mitocondrial en los hepatocitos y también en muchos otros tejidos del organismo.
- Los lisosomas de las células de muchos tejidos comienzan a romperse en todo el cuerpo, liberando enzimas destructivas.
- Alteración del metabolismo celular de los nutrientes.
Tipos Específicos de Shock
Shock Hipovolémico
La pérdida importante de plasma por shock hipovolémico se produce en las siguientes situaciones:
- La obstrucción intestinal (por secuestro de líquido).
- Las quemaduras graves u otras afecciones en las que se elimina la piel (causa más común).
El shock hipovolémico provocado por traumatismos es consecuencia, sencillamente, de la hemorragia provocada por el traumatismo, pero también puede producirse sin hemorragia (por ejemplo, por pérdida de plasma o líquido intersticial).
Shock Neurógeno
El shock neurógeno (aumento de la capacidad vascular) es una de las causas principales de esta afección, caracterizada por la pérdida súbita del tono vasomotor en todo el cuerpo, lo que da paso a una dilatación masiva de las venas y una disminución del retorno venoso.
Shock Anafiláctico e Histamínico
La anafilaxia es una afección alérgica grave en la que el gasto cardíaco y la presión arterial a menudo disminuyen drásticamente debido a una vasodilatación generalizada y aumento de la permeabilidad capilar, mediada en gran parte por la histamina.
Shock Séptico
El shock séptico es la causa más frecuente de muerte relacionada con el shock en un hospital moderno, provocado por una infección sistémica grave.
Ventilación Pulmonar y Transporte de Oxígeno
Mecanismos de la Ventilación Pulmonar
Según el mecanismo de la ventilación pulmonar, los pulmones se pueden expandir y contraer de dos maneras:
- Mediante el movimiento hacia abajo y hacia arriba del diafragma para alargar o acortar la cavidad torácica.
- Mediante la elevación y el descenso de las costillas para aumentar y reducir el diámetro anteroposterior de la cavidad torácica.
Músculos de la Expansión y Contracción Pulmonar
La respiración tranquila normal se consigue casi totalmente por el movimiento del diafragma.
Los músculos más importantes que elevan la caja torácica (inspiración) son los intercostales externos, aunque otros músculos que contribuyen son:
- Los músculos esternocleidomastoideos, que elevan el esternón.
- Los serratos anteriores, que elevan muchas de las costillas.
- Los escalenos, que elevan las dos primeras costillas.
Los músculos que tiran hacia abajo de la caja costal durante la espiración forzada son principalmente:
- Los rectos del abdomen.
- Los intercostales internos.
Volúmenes Pulmonares
Los principales volúmenes pulmonares son:
- El volumen corriente: es el volumen de aire que se inspira o se espira en cada respiración normal (aproximadamente 500 ml).
- El volumen de reserva inspiratoria: es el volumen adicional de aire que se puede inspirar desde un volumen corriente normal y por encima del mismo (aproximadamente 3.000 ml).
- El volumen de reserva espiratoria: es el volumen adicional máximo de aire que se puede espirar mediante una espiración forzada (aproximadamente 1.100 ml).
- El volumen residual: es el volumen de aire que queda en los pulmones después de la espiración más forzada (aproximadamente 1.200 ml).
Transporte de Oxígeno en la Sangre Arterial
Los vasos, ramas de la arteria aorta, se encargan de nutrir al pulmón en un 2% y no realizan intercambio gaseoso. El 98% de la sangre llega del ventrículo derecho (sangre desoxigenada que se oxigena en los pulmones). Este proceso es conocido como flujo de derivación o shunt fisiológico.
El flujo de derivación es aquella sangre que no realiza intercambio gaseoso efectivo en los pulmones.
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