El mantenimiento del volumen total y la composición de los líquidos corporales es relativamente constante en la mayoría de procesos fisiológicos, algo esencial para la homeostasis. No obstante, algunos de los problemas más importantes que aparecen en la medicina clínica se deben a anomalías en los sistemas de control que mantienen dicha constancia. En este capítulo analizamos la regulación global del volumen del líquido corporal, el control de los constituyentes del líquido extracelular, el control del intercambio de líquido entre los compartimientos extracelular e intracelular y la regulación del equilibrio acidobásico.

LA INGESTIÓN Y LA PÉRDIDA DE LÍQUIDO ESTÁN EQUILIBRADAS DURANTE LAS SITUACIONES ESTABLES

La ingestión total de agua y electrólitos debe coincidir minuciosamente con iguales pérdidas corporales para prevenir que las concentraciones de volúmenes y electrólitos aumenten o disminuyan.

En la mayoría de los casos, la forma más importante de controlar las pérdidas es alterando la excreción renal. El volumen de orina puede ser de tan solo 0,5 l/día en una persona deshidratada, o hasta de 201/día en una persona que ha bebido grandes cantidades de líquidos. Esta capacidad de los riñones para ajustar las pérdidas hasta ese extremo para coincidir con la ingesta también afecta a los electrólitos corporales, como el sodio, el cloruro y el potasio.

EL LÍQUIDO CORPORAL SE DISTRIBUYE ENTRE EL LÍQUIDO EXTRACELULAR Y EL LÍQUIDO INTRACELULAR

En el hombre adulto medio de 70 kg, el agua corporal total supone alrededor del 60% del peso corporal o unos 42 l. Debido a que las mujeres tienen normalmente un mayor porcentaje de grasa corporal que los hombres, sus promedios totales de agua en el organismo son aproximadamente de un 50% del peso corporal. En bebés prematuros y neo natos, el agua total en el organismo está situada en el 70- 75% del peso corporal. Así, cuando se analicen los compartimientos «medios» de líquido corporal, deberemos tener en cuenta que existen variaciones dependiendo de la edad, el sexo y el porcentaje de grasa corporal.

El líquido corporal total se distribuye en dos compartimientos principales: 1) el líquido intracelular, que supone el 40% del peso corporal o 28 1 en un hombre que pese 70 kg, y 2) el líquido extracelular, que supone el 20% del peso corporal, o 141 en un hombre de 70 kg. Los dos compartimientos más grandes del líquido extracelular son el líquido intersticial, que supone unas tres cuartas partes del líquido extracelular, y el plasma, que supone casi una cuarta parte del líquido extracelular, o unos 3 l. El plasma es la parte no celular de la sangre que intercambia sustancias continuamente con el líquido intersticial a través de los poros de las membranas capilares.

La sangre contiene líquido extracelular e intracelular.

El volumen sanguíneo medio de los adultos es del 8% del peso corporal, o unos 5 l. Alrededor del 60% de la sangre es plasma, y alrededor del 40%, eritrocitos. El hematocrito, la fracción de la sangre compuesta de eritrocitos, es normalmente de alrededor de 0,42 y, en las mujeres, de alrededor de 0,38. En la anemia grave, el hematocrito puede reducirse hasta tan solo 0,1, un valor que apenas es suficiente para mantener la vida. Cuando hay una producción excesiva de eritrocitos, lo que provoca una policitemia, el hematocrito puede aumentar hasta 0,65.

Los constituyentes de los líquidos extracelular e intracelular son diferentes.

El plasma y el líquido intersticial están separados por membranas capilares muy permeables, por lo que su composición iónica es similar. La diferencia más importante entre estos dos compartimientos es la mayor concentración de proteínas en el plasma; debido a que los capilares tienen una permeabilidad baja a las proteínas plasmáticas, solo pequeñas cantidades de proteínas pasan a los espacios intersticiales en la mayoría de los tejidos. El líquido intracelular está separado del líquido extracelular por una membrana celular muy permeable al agua, pero no a la mayoría de los electrólitos del cuerpo. Por este motivo, la concentración de agua y la osmolaridad de los líquidos intracelular y extracelular son aproximadamente iguales en condiciones de equilibrio, aunque las concentraciones de varios solutos son muy diferentes en estos compartimientos líquidos.

EL PRINCIPIO DE DILUCIÓN DEL INDICADOR PUEDE MEDIR LOS VOLÚMENES DE LOS COMPARTIMIENTOS HÍDRICOS DEL CUERPO

El volumen de un líquido en un compartimiento del cuerpo puede medirse colocando una sustancia indicadora en el compartimiento, permitiendo que se disperse de forma homogénea y, después, analizando la proporción en que se ha diluido. Este método se basa en la suposición de que la canti- t dad total de sustancia que se mantiene en el compartimiento después de la dispersión es la misma que la cantidad total de sustancia que fue inyectada en el compartimiento. Por ·s tanto, cuando se inyecta una pequeña cantidad de sustancia, contenida en la jeringa A, en el compartimiento B y se deja que esa sustancia se disperse a través del compartimiento hasta que se mezcle en concentraciones iguales en todas las áreas, se puede aplicar la siguiente expresión:

VoIumen B= (Volumen A) (Concentración A) / Concentración B

Este método puede usarse para medir el volumen de prácticamente cualquier compartimiento corporal, si: 1) se conoce la cantidad total de indicador inyectado en el compartimiento (el numerador de la ecuación); 2) se conoce la concentración del indicador en el compartimiento; 3) el indicador se dispersa homogéneamente por todo el compartimiento, y 4) el indicador solo se dispersa en el compartimiento que se está midiendo.

Los volúmenes de los dos compartimientos, los líquidos intersticiales intracelular y extracelular, no pueden medirse directamente, por lo que se calculan a partir de los valores de los volúmenes de otros líquidos corporales.

LA DISTRIBUCIÓN DEL LÍQUIDO ENTRE LOS COMPARTIMIENTOS INTRACELULAR Y EXTRACELULAR SE DETERMINA, PRINCIPALMENTE, POR EL EFECTO OSMÓTICO DE LOS ELECTRÓLITOS A TRAVÉS DE LA MEMBRANA CELULAR

Dado que las membranas celulares son muy permeables al agua, pero relativamente impermeables incluso a iones pequeños como el sodio y el cloro, la distribución de líquidos entre los compartimientos intracelular y extracelular está determinada, principalmente, por los efectos osmóticos de dichos iones. Los principios básicos de la ósmosis y la presión osmótica se presentan en el capítulo 4. Por tanto, en esta sección solo se comentarán los principios más importantes aplicables a la regulación del volumen.

La ósmosis es la difusión neta de agua a través de una
membrana con una permeabilidad selectiva.

Cuando se añade un soluto al agua pura, se reduce la concentración de agua en la mezcla y el agua se desplaza hacia la región con concentración alta de solutos. El término de concentración que se utiliza para medir el número total de partículas de soluto en la solución es el osmol: 1 osmol es igual a 1 mol (6,02 X 1023) de partículas de soluto. En las soluciones biológicas, se utiliza habitualmente el milíosmol (mOsm), que es igual a 1/1.000 osmoles. La concentración osmolar de una solución se denomina osmolalidad cuando la concentración se expresa en osmoles por kilogramo de agua; se llama osmolaridad cuando se expresa en osmoles por litro de solución. La cantidad de presión necesaria para evitar la ósmosis de agua a través de una membrana semipermeable se denomina presión osmótica. Expresada matemáticamente, la presión osmótica (x) es directamente proporcional a la concentración de partículas osmóticamente activas en esa solución.

n = CRT

donde C es la concentración de solutos en osmoles por litro, Res la constante de gas ideal y Tes la temperatura absoluta en grados Kelvin. Si 7t se expresa en milímetros de mercurio (la unidad de presión utilizada habitualmente para los líquidos biológicos), se calcula un valor de rt de 19,3 mmHg para una solución con una osmolaridad de 1 mOsm/l. Por tanto, por cada miliosmol de gradiente de concentración de soluto que atraviese la membrana celular, se requiere una fuerza de 19,3 mmHg para evitar la difusión del agua a través de la membrana. Por tanto, diferencias muy pequeñas de la concentración de solutos en la membrana celular provocan una ósmosis rápida de agua.

Líquidos isotónicos, hipotónicos e hipertónicos.

Se dice que una solución es isotónica si no se desarrolla ninguna fuerza osmótica a través de la membrana celular cuando se introduce una célula normal en la solución. Una solución isotónica tiene la misma osmolaridad que la célula, y las r,l células no encogen ni se hinchan cuando se introducen en la solución. Ejemplos de soluciones isotónicas son la solució de cloruro de sodio al 0,9% o la solución de glucosa al 5%. t Se dice que una solución es hipertónica cuando contiene una concentración mayor de sustancias osmóticas que la célula. En este caso, se desarrolla una fuerza osmótica que ·s hace que el agua salga de la célula hacia la solución, reduciendo el volumen del líquido intracelular y aumentando la concentración del -líquido intracelular.

Se dice que una solución es hipotónica si la concentración osmótica de sustancias en la solución es menor que la concentración de la célula. La fuerza osmótica se desarrolla inmediatamente, cuando la célula se expone a la solución, haciendo que el agua entre en la célula por ósmosis hasta que el líquido intracelular tenga la misma concentración que el líquido extracelular, o hasta que la célula estalle como consecuencia de una tumefacción excesiva.

VOLUMEN Y OSMOLALIDAD DE LOS LÍQUIDOS INTRACELULAR Y EXTRACELULAR EN ESTADOS ANORMALES

Algunos de los factores que pueden hacer que los volúmenes extracelular e intracelular cambien significativamente son la ingestión de grandes cantidades de agua, la deshidratación, la infusión intravenosa de diferentes tipos de soluciones, la pérdida de grandes cantidades de líquido a través del aparato digestivo y la pérdida de cantidades anómalas de líquido a través del sudor o de los riñones. Uno puede calcular los cambios en los volúmenes de líquido extracelular e intracelular y los tipos de tratamiento que deben instituirse si se tienen en mente los siguientes principios básicos:
– El agua se mueve rápidamente a través de las membranas celulares; por tanto, las osmolaridades de los líquidos intracelular y extracelular permanecen casi exactamente
iguales, excepto durante unos minutos después de un cambio en uno de los compartimientos.
– Las membranas celulares son casi completamente impermeables a la mayoría de solutos; así, el número de osmoles en el líquido extracelular e intracelular permanece relativamente constante salvo que se añadan o retiren solutos en el compartimiento extracelular.

Efecto de la adición de una solución salina isotónica, hipertónica o hipotónica al líquido extra celular

Si se añade una solución salina isotónica al compartimiento líquido extracelular, la osmolaridad del líquido extracelular no cambia, luego no se produce ninguna ósmosis a través de las membranas celulares. El único efecto es un aumento del volumen de líquido extra celular. El sodio y el cloro permanecen en gran medida en el líquido extracelular porque las membranas celulares se comportan como si fueran casi impermeables al cloruro de sodio. Si se añade una solución hipertánica al líquido extracelular, la osmolaridad extracelular aumenta y provoca la ósmosis del agua fuera de las células hacia el compartimiento extracelular. El efecto neto es un aumento del volumen extracelular (mayor que el volumen de líquido añadido), una reducción del volumen intracelular y un aumento de la osmolaridad en los dos compartimientos. Si se añade una solución hipotónica al líquido extracelular, la osmolaridad del líquido extracelular disminuye y parte del agua extracelular difunde al interior de las células hasta que los compartimientos extracelular e intracelular tienen la misma osmolaridad. Los volúmenes extracelular e intracelular aumentan al añadir líquido hipotónico, aunque el volumen intracelular lo hace en mayor grado.

EDEMA: EXCESO DE LÍQUIDO EN LOS TEJIDOS

Edema intracelular: aumento del líquido
intracelular

Tres procesos causan especialmente tumefacción intracelular: 1) la hiponatremia; 2) la depresión de los sistemas metabólicos de los tejidos, y 3) la falta de una nutriciócelular adecuada. Cuando los sistemas metabólicos de la célula están deprimidos o reciben nutrición inadecuada, los iones sodio que normalmente se filtran hacia el interior de las células ya no pueden salir bombeados de ellas y el exceso de sodio intracelular causas por ósmosis el paso del agua a interior de las células.

El edema intracelular también puede producirse en lo tejidos inflamados. La inflamación suele aumentar la permeabilidad de las membranas celulares, lo que permite al sodio y a otros iones difundir hacia el interior de la célula, con la posterior entrada del agua por ósmosis al interior de las células.

Edema extracelular: aumento del líquido
en los espacios intersticiales

Hay dos causas generales de edema extracelular: 1) la fuga anormal de líquido del plasma hacia los espacios intersticiales a través de los capilares, y 2) la imposibilidad de los linfáticos de devolver el líquido a la sangre desde el intersticio, lo que a menudo se conoce por linfedema.

Factores que pueden aumentar la filtración capilar y provocan edema del líquido intersticial.

Para conocer las causas de la filtración capilar excesiva resulta útil revisar los determinantes de la filtración capilar expuestos en el capítulo 16. La filtración capilar puede expresarse mediante la siguiente fórmula matemática: Filtración = Kt X (Pe – P¡f – 1tc + 7t¡¡) donde K, es el coeficiente de filtración capilar (el producto de la permeabilidad y el área superficial de los capilares), P¡f es la presión hidrostática del líquido intersticial, 1tc es la presión coloidosmótica del plasma capilar y 1t¡f es la presión coloidosmótica del líquido intersticial. A partir de esta ecuación, podemos ver que cualquiera de los siguientes cambios puede aumentar la filtración capilar:

• Aumento del coeficiente de filtración capilar, que permite una mayor fuga de líquidos y proteínas plasmáticas a través de las membranas capilares como consecuencia, por ejemplo, de reacciones alérgicas, infecciones bacterianas y sustancias tóxicas que lesionan las membranas capilares y aumentan su permeabilidad a las proteínas plasmáticas.

• Aumento de la presión hidrostática capilar, que puede ser consecuencia de la obstrucción venosa, de un flujo excesivo de sangre desde las arterias hacia los capilares o del fracaso de la función de bomba del corazón para manejar con rapidez el aferente venoso (insuficiencia cardíaca).

• Reducción de la presión coloidosmótica del plasma, que puede ser consecuencia del fracaso del hígado para producir cantidades suficientes de proteínas plasmáticas (cirrosis), de la pérdida de grandes cantidades de proteínas en la orina en algunas enfermedades renales (síndrome nefrótico) o de la pérdida de grandes cantidades
  de proteínas a través de las áreas de la piel quemadas u otras lesiones con denudación.

• Aumento de la presión coloidosmática en el líquido intersticial, que extrae líquido del plasma hacia los espacios tisulares. Esta situación es más frecuente como consecuencia del bloqueo linfático, que previene el retorno de las proteínas desde los espacios intersticiales hacia la sangre (como se comenta en las secciones siguientes).

La obstrucción linfática causa edema.

Cuando se produce una obstrucción, el edema puede ser especialmente intenso porque no hay otra forma de extraer las proteínas plasmáticas que salen al intersticio. El aumento de la concentración de proteínas eleva la presión coloidosmótica del líquido intersticial, lo que arrastra incluso más líquido fuera de los capilares. La obstrucción del flujo linfático puede ser especialmente intensa con las infecciones de los ganglios linfáticos, como ocurre en la infección por los nematodos filarias. Los vasos linfáticos también pueden obstruirse en ciertos tipos de cáncer o después de una cirugía en que se eliminen u obstruyan.

Mecanismos de seguridad que normalmente impiden el edema

Aunque muchos trastornos pueden causar acumulación de fluidos en los espacios intersticiales, la anomalía debe ser acentuada antes de que aparezca un edema clínicamente
significativo. Tres mecanismos de seguridad importantes impiden normalmente la acumulación de líquido en los espacios intersticiales:
– La distensibilidad de los tejidos es baja mientras la presión hidrostática del líquido intersticial es negativa. Una baja distensibilidad (definida como el cambio del volumen por milímetro de mercurio que cambie la presión) significa que pequeños aumentos del volumen
del líquido intersticial se asocian a aumentos relativamente importantes de la presión hidrostática en el líquido intersticial. Cuando aumenta el volumen del líquido intersticial, la presión hidrostática también aumenta mucho, oponiéndose a una filtración capilar excesiva.
El factor de seguridad que protege frente al edema para este efecto es de unos 3 mmHg en muchos tejidos como la piel.
– El flujo de linfa puede aumentar 10-50 veces. Los vasos linfáticos transportan grandes cantidades de líquido y proteínas en respuesta a un aumento de la filtración capilar. Se ha calculado que el mecanismo de seguridad del aumento del flujo linfático es de unos 7 mmHg. – Se produce un «lavado» de las proteínas del líquido al intersticio a medida que aumenta el flujo de linfa. La presión en el líquido intersticial aumenta a medida que ·s aumenta la cantidad de líquido filtrado hacia el intersticio, aumentando el flujo linfático. Este efecto reduce la concentración de proteínas en el intersticio debido a la eliminación de una mayor cantidad de proteínas que pueden filtrarse desde los capilares. El descenso de la concentración de proteínas en el líquido tisular reduce la fuerza de filtración neta a través de los capilares y tiende a evitar una mayor acumulación de líquido. Se ha calculado que el factor de seguridad para este efecto es de unos 7 mmHg en la mayoría de los tejidos.
Cuando se combinan todos estos factores de seguridad, el factor de seguridad total que protege frente al edema es de 17 mmHg. Por tanto, en teoría, la presión capilar en los tejidos periféricos podría aumentar 17 mmHg antes de que se produzca un edema importante.

Cuando el impulso cardíaco atraviesa el corazón, la corriente eléctrica también se propaga desde el corazón hacia los tejidos adyacentes que lo rodean y una pequeña parte de la corriente se propaga hacia la superficie corporal. Si se colocan electrodos en la piel, en lados opuestos del corazón, se pueden registrar los potenciales eléctricos que se generan por la corriente; el registro se conoce como electrocardiograma.

El electrocardiograma normal contiene los siguientes elementos:
– La onda P está producida por los potenciales eléctricos que se generan cuando se despolarizan las aurículas antes del comienzo de la contracción auricular.
– El complejo QRS está formado por los potenciales que se generan cuando se despolarizan los ventrículos antes de su contracción.
– La onda T está producida por los potenciales que se generan cuando los ventrículos se recuperan del estadode despolarización.

La contracción auricular y ventricular está relacionada con las ondas del electrocardiograma.

-La onda P precede inmediatamente a la contracción auricular.
– El complejo QRS precede inmediatamente a la contracción ventricular.
– Los ventrículos siguen contraídos unos milisegundos después del final de la onda T de repolarización.
– Las aurículas siguen contraídas hasta que son repolarizadas, pero en el electrocardiograma normalmente no puede verse la onda de repolarización auricular porque queda oculta por el complejo QRS.
– El intervalo P-Q o P-R del electrocardiograma tiene un valor normal de 0,16 s entre la primera detección de la onda P y el comienzo del complejo QRS, y representa el tiempo entre el inicio de la contracción auricular y el inicio de la contracción ventricular.
– El intervalo Q-T tiene un valor normal de 0,35 s, que es el tiempo transcurrido desde el comienzo de la onda Q y el final de la onda T, aproximadamente el tiempo que dura la contracción ventricular.
– La frecuencia cardíaca es el recíproco del intervalo de tiempo entre dos latidos cardíacos sucesivos.

Durante el proceso de despolarización, la corriente eléctrica media fluye desde la base hacia la punta del corazón. El corazón se encuentra suspendido en un medio altamente conductor, y cuando una porción de los ventrículos se despolariza, la corriente eléctrica fluye desde esta zona hacia la zona polarizada. La primera zona que se despolariza es el tabique ventricular y la corriente fluye con rapidez desde aquí hacia otras superficies endocárdicas del ventrículo. Después, la corriente fluye desde las superficies interiores electronegativas hacia las superficies exteriores electropositivas, con la corriente media fluyendo desde la base del corazón hacia la punta, siguiendo un patrón elíptico. Durante la despolarización, un electrodo situado cerca de la base del corazón será electronegativo, y otro situado cerca de la punta será electropositivo.

DERIVACIONES ELECTROCARDIOGRÁFICAS

Las derivaciones bipolares de las extremidades permiten obtener un electrocardiograma a partir del registro de los electrodos en dos extremidades. Hay tres derivaciones bipolares en las extremidades.
– Para registrar la derivación 1, el terminal negativo del electrocardiógrafo está conectado al brazo derecho y el terminal positivo al brazo izquierdo. Durante el ciclo de despolarización, el punto en el que el brazo derecho se conecta con el tórax es electronegativo respecto al punto en el que se conecta el brazo, y el electrocardiógrafo registra una señal positiva cuando se usa esta derivación.
– Para registrar la derivación JI de las extremidades, el terminal negativo del electrocardiógrafo se conecta al brazo derecho y el terminal positivo a la pierna izquierda. Durante la mayor parte del ciclo de despolarización, cuando el brazo derecho es negativo respecto a la pierna izquierda, el electrocardiógrafo registra una señal positiva.
– Para registrar la derivación 111 de las extremidades, el terminal negativo del electrocardiógrafo se conecta al brazo izquierdo y el terminal positivo a la pierna izquierda. Durante la mayor parte del ciclo de despolarización, el electrocardiógrafo registra una señal positiva cuando el brazo izquierdo es negativo respecto a la pierna izquierda.

Según la ley de Einthoven, el potencial eléctrico de la derivación de una extremidad es igual a la suma de potenciales de las otras dos derivaciones. Se deben observar los signos positivos y negativos de las diferentes derivaciones cuando se aplique la ley de Einthoven. Esta ley establece que si los electrocardiogramas se registran simultáneamente con las tres derivaciones de las extremidades, la suma de los potenciales registrados en las derivaciones I y III será igual al potencial en la derivación 11 .

Potencial derivación 1 + Potencial derivación 111 = Potencial derivación 11

Las derivaciones torácicas (precordiales) pueden usarse para detectar las anomalías eléctricas leves de los ventrículos.

Las derivaciones torácicas, denominadas V1, V2, V3, V4, V5 y V6, se conectan al terminal positivo del electrocardiógrafo y el electrodo indiferente o electrodo negativo se conectasimultáneamente al brazo izquierdo, la pierna izquierda y el brazo derecho. Los registros del QRS de las derivaciones V 1 y V 2, que se colocan sobre el corazón cerca de su base, normalmente son negativos, mientras que son positivos los procedentes de las derivaciones V 4, V 5 y V 6, que se colocan más cerca de la punta. Como esas derivaciones registran el potencial eléctrico producido inmediatamente por debajo del electrodo, se pueden detectar pequeños cambios en el potencial eléctrico del músculo cardíaco, como el generado por un pequeño infarto de miocardio.

Las derivaciones unipolares ampliadas de las extremidades también se usan para registrar electrocardiogramas.

Otro sistema de derivaciones que se utiliza mucho es la derivación unipolar ampliada de las extremidades. En este tipo de registro, dos de las extremidades se conectan mediante resistencias eléctricas al terminal negativo del electrocardiógrafo y la tercera extremidad, al terminal positivo. Cuando el terminal positivo está en el brazo derecho, la derivación se conoce como derivación aVR; cuando el terminal positivo está en el brazo izquierdo, es la derivación aVL; y cuando está en la pierna izquierda (o en el pie), es la derivación aVF.

El corazón tiene un sistema especial para la autoexcitación de los impulsos rítmicos para provocar la contracción repetitiva del corazón. Este sistema conduce los impulsos por todo el corazón y hace que las aurículas se contraigan un sexto de segundo antes que los ventrículos, lo que permite completar el llenado ventricular antes de la contracción.

SISTEMA DE EXCITACIÓN ESPECIALIZADO Y DE CONDUCCIÓN DEL CORAZÓN

Los componentes del sistema de conducción rítmica y sus funciones son los siguientes:
– Nódulo sinusal (o nódulo sinoauricular), que inicia el impulso cardíaco.
– Vía internodular; que conduce los impulsos desde el nódulo sinusal al nódulo auriculoventricular (AV).
– Nódulo A V, que retrasa los impulsos originados en las aurículas antes de penetrar en los ventrículos.
– Haz A V, que retrasa los impulsos y los conduce desde el nódulo AV a los ventrículos.
– Ramas izquierda y derecha del haz de fibras de Purkinje, que conducen los impulsos por todo el tejido de los ventrículos.

El nódulo sinusal controla la frecuencia de los latidos de todo el corazón. El potencial de membrana de la fibra del nódulo sinusal es de -55 a -60 mV, en comparación con -85 a -90 mV para la fibra muscular ventricular.
El potencial de acción del nódulo sinusal es consecuencia de lo siguiente:
– Los canales rápidos de sodio están inactivados en el potencial de membrana en reposo normal, pero con una pérdida de sodio menor en la fibra para este potencial.
– Entre los potenciales de acción, el potencial en reposo aumenta gradualmente por su pérdida lenta de sodio, hasta que el potencial alcanza los -40 mV.
– Para este potencial, los canales de sodio-calcio se activan, permitiendo la entrada rápida de sodio y calcio, pero especialmente calcio, causando el potencial de acción.
– En un período de 100 a 150 ms después de la apertura de los canales de calcio-sodio, se abren una gran cantidad de canales de potasio, dejando que el potasio escape de las células. Estos dos efectos hacen que el potencial de membrana vuelva a su potencial en reposo y el ciclo de autoexcitación comienza de nuevo, perdiéndose lentamente el sodio en las fibras del nódulo sinusal.

Las vías internodulares e interauriculares transmiten los impulsos en la aurícula. La vía ínternodular consta de la vía ínternodular anterior, la vía ínternodular medía y la vía ínternodular posterior, que transportan los impulsos desdeel nódulo sinoauricular al nódulo A V. Haces pequeños de fibras musculares auriculares transmiten los impulsos más rápidamente que el músculo auricular normal, y uno de ellos, la banda ínteraurícular anterior, conduce los impulsos desde la aurícula derecha a la parte anterior de la aurícula izquierda.
El nódulo AV retrasa el impulso desde las aurículas a los ventrículos. Este retraso permite que las aurículas vacíen su sangre hacia los ventrículos antes de que comience la contracción ventricular.

Se produce un retraso de 0,09 s entre el nódulo AV y el haz A V. La velocidad de conducción de este sistema es de solo 0,02-0,05 m/s, la doceava parte que en el músculo cardíaco normal. El motivo para esta conducción lenta en el nódulo y el haz AV es que: 1) el potencial de membrana es mucho menos negativo en el nódulo y el haz A V que en el músculo cardíaco normal, y 2) que hay pocas uniones de hendidura entre las células del nódulo y el haz AV, de manera que la resistencia al flujo de iones es grande.
La transmisión de impulsos a través del sistema de Purkinje y del músculo cardíaco es rápida. Los haces AV se encuentran inmediatamente debajo del endocardio y reciben primero el impulso cardíaco. El haz AV se divide en las ramas izquierda y derecha. Normalmente, las fibras de Purkínje transportan el impulso cardíaco a los ventrículos.
El sistema de Purkinje tiene las siguientes características:
– Los potenciales de acción viajan a una velocidad de 1,5 a 4 m/s, una velocidad seis veces mayor que la del músculo cardíaco.
– La rápida transmisión está producida por un gran aumento del nivel de permeabilidad de las uniones en hendidura de los discos intercalados entre las células de
las fibras de Purkinje.
– Los sincitios auricular y ventricular están separados y aislados entre sí. Los métodos de esta separación son los siguientes: las aurículas y ventrículos están separados por una barrera.fibrosa que actúa como aislante, obligando a los impulsos a entrar en los ventrículos a través del haz A V.
La transmisión de impulsos a través del músculo cardíaco viaja a una velocidad de 0,3 a 0,5 m/s. Como las fibras de Purkinje se encuentran inmediatamente debajo del endocardio, el potencial de acción se propaga desde aquí por el resto del músculo ventricular. Desde allí, los impulsos cardíacos se desplazan en espiral, siguiendo el músculo cardíaco y, finalmente, llegan a la superficie epicárdica. El tiempo de tránsito endocardio-epicardio es de 0,03 s. La última parte del corazón en ser estimulada es la superficie epicárdica del ventrículo izquierdo en la base del corazón. El tiempo de transmisión desde las ramas iniciales del haz hasta esta superficie epicárdica es de 0,06 s aproximadamente.

CONTROL DE LA EXCITACIÓN Y LA CONDUCCIÓN EN EL CORAZÓN

El nódulo sinusal es el marcapasos normal porque su frecuencia de descarga es considerablemente mayor que la de otros tejidos del sistema de conducción cardíaco. Cuando el nódulo sinusal produce una descarga, envía sus impulsos al nódulo AV y a las fibras de Purkinje y, por tanto, provoca su descarga antes de que descarguen por sí solos. Los tejidos y el nódulo sinusal se repolarizan al mismo tiempo, pero el nódulo sinusal pierde su hiperpolarización más rápidamente y vuelve a descargar, antes de que el nódulo AV y las fibras de Purkinje sufran una autoexcitación. En ocasiones, algunos tejidos cardíacos desarrollan una frecuencia rítmica más rápida que la del nódulo sinusal; es lo que se conoce como marcapasos ectópico. La localización más frecuente de este nuevo marcapasos es el nódulo AV o la porción penetrante del haz AV.
El bloqueo AV se produce cuando los impulsos no pueden pasar de las aurículas a los ventrículos. Durante el bloqueo A V, las aurículas siguen latiendo con normalidad, pero el marcapasos ventricular se encuentra en el sistema de Purkinje, que normalmente descarga a una frecuencia de 15 a 40 latidos/min. Después de un bloqueo súbito, el sistema de Purkinje no emite sus impulsos rítmicos durante 5-30 s, porque ha sido superado por el ritmo sinusal. Por tanto, durante ese tiempo los ventrículos no pueden contraerse y la persona puede desvanecerse por la ausencia de flujo sanguíneo cerebral. Esta situación se denomina síndrome de Stokes-Adams.

Los nervios simpáticos y parasimpáticos controlan el ritmo cardíaco y la conducción de impulsos por los nervios cardíacos

La estimulación parasimpática (vagal) frena el ritmo y la conducción cardíacos. La estimulación de los nervios parasimpáticos cardíacos libera el neurotransmisor acetilcolina desde las terminaciones nerviosas vagales. La acetilcolina causa los siguientes efectos:
– La frecuencia de descarga del nódulo sinusal disminuye.
– La excitabilidad de las fibras entre el músculo auricular y el nódulo A V disminuye.

La frecuencia cardíaca disminuye a la mitad de lo normal con una estimulación vagal leve o moderada, pero una estimulación intensa podría detener temporalmente el latido cardíaco, dando lugar a la ausencia de impulsos que atraviesan los ventrículos. En esas condiciones, las fibras de Purkinje desarrollan su propio ritmo de 15-40 latidos/min.
Este fenómeno se denomina escape ventricular. Los mecanismos de los efectos vagales en la frecuencia
cardíaca son los siguientes:

1. La acetilcolina aumenta la permeabilidad del nódulo sinusal y las fibras de la unión AV al potasio, lo que provoca la hiperpolarización de esos tejidos y los hace menos excitables.

Control local del flujo sanguíneo en respuesta a las necesidades tisulares

Un principio fundamental de la función circulatoria es que la mayoría de los tejidos tienen la capacidad de controlar su propio flujo sanguíneo local en proporción a sus necesidades metabólicas concretas. Algunas de las necesidades específicas de flujo sanguíneo en los tejidos incluyen aspectos como:

1. Aporte de oxígeno a los tejidos.
2. Aporte de otros nutrientes, como glucosa, aminoácidos y ácidos grasos.
3. Eliminación de dióxido de carbono de los tejidos.
4. Eliminación de iones hidrógeno de los tejidos.
5. Mantenimiento de las concentraciones adecuadas de iones en los tejidos.
6. Transporte de varias hormonas y otras sustancias a los distintos tejidos.
   

Algunos órganos tienen necesidades especiales. Por ejemplo, el flujo sanguíneo de la piel determina la pérdida de calor corporal y, de esta forma, se controla la temperatura. Además, el aporte de cantidades adecuadas de plasma sanguíneo a los riñones permite que estos filtren y excreten los productos de desecho del organismo y regulen los volúmenes de líquidos y electrólitos.

Importancia del control del flujo sanguíneo por los tejidos locales

Puede plantearse una pregunta sencilla: ¿por qué no se proporciona un flujo sanguíneo muy importante a cada tejido del organismo, que sea siempre suficiente para cubrir las necesidades de los tejidos, con independencia de que la actividad tisular sea pequeña o grande? La respuesta es igualmente sencilla: dicho mecanismo requeriría muchas más veces el flujo sanguíneo que el corazón puede bombear.
En estudios experimentales se ha demostrado que el flujo sanguíneo que llega a un tejido está regulado por la concentración mínima que cubrirá las necesidades tisulares, ni más, ni menos. Por ejemplo, en los tejidos en los que la necesidad más importante es la administración de oxígeno, el flujo sanguíneo siempre está controlado a un nivel que solo es ligeramente mayor de lo necesario para mantener la oxigenación tisular plena, pero nada más. Al controlar el flujo sanguíneo local de una forma tan exacta, los tejidos casi nunca padecen una deficiencia nutricional de oxígeno y, a pesar de ello, la carga de trabajo del corazón se mantiene al mínimo.

Mecanismos de control del flujo sanguíneo

El control del flujo sanguíneo local se puede dividir en dos fases: 1) control a
corto plazo, y 2) control a largo plazo. El control a corto plazo se consigue con
cambios rápidos de la vasodilatación o vasoconstricción local de las arteriolas,
metaarteriolas y esfínteres precapilares, que se producen en segundos o minutos para proporcionar con gran rapidez el mantenimiento del flujo sanguíneo tisular local apropiado.
El control a largo plazo significa cambios controlados lentos del flujo en un período de días, semanas o incluso meses. En general, estos cambios a largo plazo proporcionan un control aún mejor del flujo en proporción a las necesidades de los tejidos. Estos cambios se producen como consecuencia del incremento o descenso del tamaño físico y del número de vasos sanguíneos que nutren los tejidos.

Control a corto plazo del flujo sanguíneo local

La disponibilidad reducida de oxígeno incrementa el flujo sanguíneo tisular

Uno de los nutrientes metabólicos más necesarios de los tejidos es el oxígeno. El flujo sanguíneo tisular aumenta mucho siempre que disminuye la disponibilidad de oxígeno en los tejidos, por ejemplo: 1) a una gran altitud, en la cima de una montaña alta; 2) en caso de neumonía; 3) en el envenenamiento por monóxido de carbono (que deteriora la capacidad de la hemoglobina de transportar el oxígeno), o 4) en el envenenamiento por cianuro (que deteriora la capacidad del tejido de usar oxígeno).

El mecanismo por el cual los cambios en el metabolismo tisular o en la disponibilidad de oxígeno modifican el flujo sanguíneo en los tejidos no se comprende totalmente, si bien se han propuesto dos teorías principales: la teoría vasodilatadora y la teoría de la falta de oxígeno.

Teoría de la demanda de oxígeno para el control del flujo sanguíneo local

Aunque la teoría vasodilatadora es la más aceptada, hay varios hechos críticos que fundamentan otra teoría más expuesta por otros fisiólogos, que podríamos denominar la teoría de la demanda de oxígeno o, más exactamente, la teoría de la demanda de nutrientes (porque están implicados otros nutrientes, además del oxígeno). El oxígeno es uno de los nutrientes metabólicos necesarios para provocar la contracción muscular (con la necesidad también de otros nutrientes). Por tanto, es razonable creer que los vasos sanguíneos simplemente se relajarían en ausencia de una cantidad adecuada de oxígeno, dilatándose de forma natural. Además, el aumento de la utilización de oxígeno en los tejidos como consecuencia del aumento delmetabolismo podría, en teoría, disminuir la disponibilidad de oxígeno hacia las fibras musculares lisas de los vasos sanguíneos locales, lo cual también provocaría la vasodilatación local.

Autorregulación del flujo sanguíneo durante los cambios en la presión arterial: mecanismos «metabólicos» y «miógenos»

En algunos tejidos, como el encéfalo y el corazón, esta autorregulación es todavíacmás precisa. Durante casi un siglo se han mantenido dos opiniones que explicarían el mecanismo de autorregulación a corto plazo, la teoría metabólica y la teoría miógena. La teoría metabólica se puede entenderfácilmente si se aplican los principios básicos de regulación del flujo sanguíneo local que hemos comentado en las secciones previas. Es decir, cuando la presión arterial es demasiado elevada, el exceso de líquido proporciona demasiado oxígeno y demasiados nutrientes de otro tipo hacia los tejidos y
«lava» los vasodilatadores liberados por los tejidos. Estos nutrientes (en especial, el oxígeno), junto con el descenso en los niveles tisulares de vasodilatadores, provocan entonces la constricción de los vasos sanguíneos y el retorno del flujo casi a la normalidad, a pesar de que aumente la presión. No obstante, según esta teoría miógena habría otro mecanismo no relacionado con el metabolismo tisular que explicaría el fenómeno de la autorregulación. Esta teoría se basa en la observación de que el estiramiento brusco de los vasos sanguíneos pequeños provoca la contracción del músculo liso de la pared vascular durante unos segundos. Por tanto, se ha propuesto que cuando una presión arterial elevada estira el vaso se provoca, a su vez, una constricción vascular reactiva que reduce el flujo sanguíneo casi a la normalidad. Por el contrario, con presiones bajas el grado de estiramiento del vaso es menor, por lo que el músculo liso se relaja, reduce la resistencia vascular y ayuda a recuperar la normalidad del flujo.

La respuesta miógena es inherente al músculo liso vascular y puede producirse en ausencia de influencias nerviosas u hormonales. Es más pronunciada en las arteriolas, pero se puede ver también en arterias, vénulas, venas e incluso en vasos linfáticos. La contracción miógena se inicia por la despolarización vascular inducida por el estiramiento, que tiende a aumentar rápidamente la entrada de ion calcio desde el líquido extracelular hacia las células, provocando su contracción. Los cambios de la presión vascular también pueden abrir o cerrar otros canales iónicos que influyen en la contracción vascular. Se desconocen los mecanismos por los cuales los cambios de la
presión provocan la apertura o el cierre de los canales iónicos vasculares, pero es probable que consistan en efectos mecánicos de la presión sobre las proteínas extracelulares que están ancladas en los elementos del citoesqueleto de la pared vascular o en los propios canales iónicos. El mecanismo miógeno parece ser importante para prevenir el estiramiento excesivo de los vasos sanguíneos cuando aumenta la presión sanguínea. No obstante, también se desconoce la importancia de este mecanismo en la regulación del flujo sanguíneo porque este mecanismo de detección de la presión no puede detectar directamente los cambios del flujo sanguíneo en el tejido. En realidad, los factores metabólicos anulan el mecanismo miógeno cuando las demandas metabólicas de los tejidos están significativamente aumentados, como durante el ejercicio muscular enérgico, lo que provoca un incremento espectacular del flujo sanguíneo en el músculo esquelético.

Mecanismos especiales del control a corto plazo del flujo sanguíneo en
tejidos específicos

Aunque los mecanismos generales de control del flujo sanguíneo local que hemos comentado hasta ahora actúan en la mayoría de los tejidos del organismo, en algunos territorios especiales actúan otros mecanismos totalmente diferentes. Todos los mecanismos se comentarán en este texto en relación con cada órgano específico, pero hay dos que merecen una atención especial:

1. En los riñones, el control del flujo sanguíneo se basa en gran medida en un mecanismo denominado retroalimentación tubuloglomerular, en el que una estructura epitelial del túbulo distal, la mácula densa, detecta la composición del líquido al inicio de dicho túbulo. Esta estructura se sitúa en la zona en que el túbulo distal se encuentra cerca de las arteriolas aferente y eferente del aparato yuxtaglomerular de la nefrona. Cuando se filtra demasiado líquido de la sangre a través del glomérulo hacia el sistema tubular, las señales de retroalimentación de la mácula densa provocan constricción de las arteriolas aferentes, reduciendo de esta forma tanto el flujo sanguíneo renal como la tasa de filtración glomerular a valores casi normales.

2. En el cerebro, además del control del flujo sanguíneo dependiente de la concentración de oxígeno tisular, las concentraciones de dióxido de carbono y de iones hidrógeno tienen una gran importancia. El aumento de cualquiera de ellos dilata los vasos cerebrales y permite el lavado rápido del exceso de dióxido de carbono o de iones hidrógeno de los tejidos cerebrales. Este mecanismo es importante porque el nivel de excitabilidad del propio cerebro depende en gran medida del control exacto de las concentraciones de dióxido de carbono y del ion hidrógeno.

3. En la piel, el control del flujo sanguíneo está relacionado estrechamente con la regulación de la temperatura corporal. El flujo cutáneo y subcutáneo regula la pérdida de calor del cuerpo mediante la determinación del flujo de calor desde el centro a la superficie del organismo, donde se pierde calor hacia el medio exterior. El flujo sanguíneo en la piel está controlado en gran medida por el sistema nervioso central a través de los nervios simpáticos.

Control del flujo sanguíneo tisular por medio de factores de relajación y
contracción de origen endotelial

Las células endoteliales que recubren los vasos sanguíneos sintetizan varias sustancias que, cuando se liberan, afectan al grado de relajación o contracción de la pared arterial. Para muchos de estos factores de relajación o contracción de origen endotelial, las funciones fisiológicas apenas se están empezando a comprender y, en la mayoría de los casos, todavía no se han desarrollado aplicaciones clínicas.

Óxido nítrico: un vasodilatador liberado por células endoteliales sanas

El más importante de los factores de relajación de origen endotelial es el óxido nítrico (NO), un gas lipófilo que es liberado por las células endoteliales como respuesta a diversos estímulos químicos y físicos. Las enzimas óxido nítrico sintasa de origen endotelial (eNOS) sintetizan el NO a partir de arginina y oxígeno y por reducción de nitrato inorgánico. Después de la difusión fuera de la célulaendotelial, el NO tiene una semivida en sangre de solo 6 s, aproximadamente, y actúa principalmente en los tejidos locales en los que es liberado.

El flujo de sangre a través de las arterias y arteriolas provoca fuerzas de cizallamiento sobre las células endoteliales por el arrastre viscoso de la sangre contra las paredes vasculares. NO relaja entonces los vasos sanguíneos, lo que es una ventaja porque los mecanismos metabólicos locales para el control del flujo sanguíneo tisular dilatan principalmente las arterias y arteriolas muy pequeñas en cada tejido.

Regulación a largo plazo del flujo sanguíneo

El flujo sanguíneo se ajusta solo en las tres cuartas partes de las necesidades adicionales de los tejidos, incluso después de la activación completa de estos mecanismos agudos. Por ejemplo, el flujo sanguíneo aumenta casi instantáneamente en un 100% cuando la presión arterial aumenta bruscamente desde 100 a 150 mmHg. En los 30 s a 2 min siguientes el flujo vuelve a disminuir hasta un 10-15% por encima del valor de control original.

Regulación del flujo sanguíneo por cambios en la «vascularización tisular»

Un mecanismo clave para la regulación del flujo sanguíneo local a largo plazo consiste principalmente en cambiar la cantidad de vascularización de los tejidos. Por ejemplo, la vascularización aumenta si el metabolismo de un tejido dado aumenta durante un período prolongado, en un proceso denominado generalmente angiogenia; si el metabolismo disminuye, la vascularización también lo hace. Se produce una reconstrucción física real de la vasculatura tisular para cubrir las necesidades de los tejidos. Esta reconstrucción es rápida (en días) en los animales muy jóvenes y también en un tejido de nuevo crecimiento, como en el tejido cicatricial o el tejido canceroso, pero es mucho más lenta en los tejidos antiguos y bien establecidos.

Función del oxígeno en la regulación a largo plazo

El oxígeno es importante no solo para el control a corto plazo del flujo sanguíneo local, sino también para el control a largo plazo. Un ejemplo es el aumento de la vascularización de los tejidos en los animales que viven en altitudes elevadas, donde el oxígeno atmosférico es bajo. En los recién nacidos prematuros que son tratados en tiendas de oxígeno con fines terapéuticos, el exceso de oxígeno provoca la interrupción casi inmediata del crecimiento vascular nuevo en la retina e incluso la degeneración de algunos de los vasos pequeños que ya se han formado. Cuando el niño es sacado de la tienda de oxígeno se produce un sobrecrecimiento explosivo de los vasos nuevos para
compensar el descenso brusco del oxígeno disponible. En realidad, el sobrecrecimiento es tal que los vasos retinianos sobrepasan la retina hacia el humor vítreo del ojo, lo que terminará por provocar ceguera (afección que se conoce con el nombre de fibroplasia retrolental).

Sustancias vasoconstrictoras

Noradrenalina y adrenalina

La noradrenalina es una hormona vasoconstrictora especialmente potente; la adrenalina es menos potente y en algunos tejidos provoca incluso una vasodilatación leve. (Un ejemplo especial de vasodilatación provocada por la adrenalina es el que tiene lugar para la dilatación coronaria durante el aumento de la actividad cardíaca.)
Cuando se estimula el sistema nervioso simpático en el cuerpo durante el estrés o el ejercicio, las terminaciones nerviosas simpáticas de cada tejido liberan noradrenalina, que excita al corazón y contrae las venas y las arteriolas.
Además, los nervios simpáticos de la médula suprarrenal provocan la secreción de noradrenalina y adrenalina en la sangre. Estas hormonas circulan entonces por todo el cuerpo y provocan casi los mismos efectos en la circulación que la estimulación simpática directa, con lo que se consigue un sistema de control doble: 1) estimulación nerviosa directa, y 2) efectos indirectos de la} noradrenalina y/o de la adrenalina en la sangre circulante.

Angiotensina II

La angiotensina II es otra sustancia vasoconstrictora potente. Tan solo una millonésima de gramo puede aumentar la presión arterial de un ser humano en 50 mmHg o más.
El efecto de angiotensina II contrae potentemente las pequeñas arteriolas. Si esta contracción sucede en un tejido aislado, el flujo sanguíneo de esa zona disminuirá mucho, aunque la importancia real de la angiotensina II es que normalmente actúa sobre muchas de las arteriolas del organismo al mismo tiempo, para aumentar la resistencia periférica total y reducir la excreción de sodio y agua en los riñones, lo que aumenta la presión arterial. Es decir, esta hormona tiene un papel fundamental en la regulación de la presión arterial.

Vasopresina

La vasopresina, que también se conoce como hormona antidiurética, es aún más potente que la angiotensina II como vasoconstrictora, por lo que se convierte en una de las sustancias constrictoras más potentes del organismo. Se forma en las células nerviosas del hipotálamo pero después es transportada distalmente a través de los axones nerviosos hacia la neurohipófisis, donde es finalmente segregada a la sangre.
Es evidente que la vasopresina podría tener efectos muy importantes sobre la función circulatoria. Sin embargo, dado que en la mayoría de las condiciones fisiológicas solo se segregan cantidades mínimas de vasopresina, se ha demostrado que la concentración de vasopresina en sangre circulante puede aumentar después de una hemorragia intensa, lo suficiente como para elevar la presión arterial hasta en 60 mmHg. En muchos casos, esta acción puede elevar por sí sola la presión arterial hasta la normalidad. La vasopresina tiene una función importante de aumentar la reabsorción de agua de los túbulos renales hacia la sangre (como se comenta en el capítulo 29) y ayuda, por tanto, a controlar el volumen de líquido corporal. De ahí viene el nombre de hormona antidiurética.

Sustancias vasodilatadoras

Bradicinina

Hay un grupo de sustancias denominadas cininas que provocan una vasodilatación potente cuando se forman en la sangre y en los líquidos tisulares de algunos órganos. Las cininas son pequeños polipéptidos que se escinden por enzimas proteolíticas a partir de α2- globulinas del plasma o los líquidos tisulares. Una enzima proteolítica de particular importancia para tal fin es la calicreína, que se encuentra en la sangre y los líquidos tisulares en una forma inactiva. Esta calicreína inactiva se activa por la maceración de la sangre, por la inflamación tisular o por otros efectos químicos o físicos similares. A medida que se va activando la calicreína actúa inmediatamente sobre la α2-globulina para liberar una cinina llamada calidina, que después se convierte en bradicinina gracias a las enzimas tisulares. Una vez formada, la bradicinina persiste durante solo unos minutos, porque se inactiva por la enzima carboxipeptidasa o por la enzima convertidora, la misma que participa en la activación de la angiotensina. La enzima calicreína activada se destruye por un inhibidor de la calicreína que también está presente en los líquidos corporales. La bradicinina provoca una dilatación arteriolar potente y aumenta la permeabilidad capilar. Por ejemplo, la inyección de 1 μm de bradicinina en la arteria braquial de una persona aumenta el flujo sanguíneo a través del brazo hasta en seis veces, e incluso cantidades menores inyectadas localmente en los tejidos pueden provocar un edema local importante como consecuencia del aumento de tamaño de los poros capilares.

Histamina

La histamina se libera esencialmente en todos los tejidos del organismo cuando sufren daños o se inflaman, o cuando se sufre una reacción alérgica. La mayor parte de la histamina deriva de los mastocitos en los tejidos dañados y de los basófilos en sangre. La histamina tiene un efecto vasodilatador potente sobre las arteriolas y, como la bradicinina, puede aumentar en gran medida la porosidad capilar permitiendo la pérdida tanto de líquidos como de proteínas plasmáticas hacia los tejidos. En muchas situaciones patológicas la dilatación arteriolar intensa y el aumento de la porosidad capilar producida por la histamina provoca la pérdida de cantidades enormes de líquido desde la circulación hacia los tejidos, induciendo el edema. Los efectos locales vasodilatadores y productores de edema de la histamina son especialmente prominentes durante las reacciones alérgicas.

El principal objetivo de la microcirculación es el transporte de nutrientes hacia los tejidos y la eliminación de los restos celulares. Las arteriolas pequeñas controlan el flujo sanguíneo hacia cada tejido y, a su vez, las condiciones locales de los tejidos controlan los diámetros de las arteriolas; es decir, que cada tejido controla, en la mayoría de los casos, su propio flujo sanguíneo dependiendo de sus necesidades individuales.

Las paredes de los capilares son finas, construidas con una sola capa de células endoteliales muy permeables, por lo que el agua, los nutrientes de la célula y los restos celulares pueden intercambiarse con rapidez y fácilmente entre los tejidos y la sangre circulante.
La circulación periférica de todo el organismo tiene alrededor de 10.000 millones de capilares con una superficie total estimada de 500-700 m2 (una octava parte de la superficie total de un campo de fútbol). En realidad, es muy raro que cualquier célula funcionante aislada del organismo esté alejada más de 20-30 μm de un capilar.

Las paredes de los capilares son finas, construidas con una sola capa de células endoteliales muy permeables, por lo que el agua, los nutrientes de la célula y los restos celulares pueden intercambiarse con rapidez y fácilmente entre los tejidos y la sangre circulante.
La circulación periférica de todo el organismo tiene alrededor de 10.000 millones de capilares con una superficie total estimada de 500-700 m2 (una octava parte de la superficie total de un campo de fútbol). En realidad, es muy raro que cualquier célula funcionante aislada del organismo esté alejada más de 20-30 μm de un capilar.

Estructura de la microcirculación y del sistema capilar

La microcirculación de cada órgano está organizada para atender sus necesidades específicas. En general, cada arteria nutricia que entra en un órgano se ramifica seis u ocho veces antes de que las arterias sean suficientemente pequeñas para denominarse arteriolas, que, en general, tienen diámetros internos de solo 10-15 μm. Entonces las arteriolas se ramifican entre dos y cinco veces, alcanzando diámetros de 5 a 9 μm en sus extremos cuando aportan la sangre a los capilares. Las arteriolas son vasos muy musculares y sus diámetros son muy variables. Las metaarteriolas (las arteriolas terminales) no tienen una capa muscular continua, sino fibras musculares lisas rodeando el vaso en puntos intermitentes.

En el punto en el que cada capilar verdadero se origina de una metaarteriola hay una fibra muscular lisa que rodea el capilar. Esta estructura se conoce como esfínter precapilar. Este esfínter abre y cierra la entrada al capilar. Las vénulas son mayores que las arteriolas y tienen una capa muscular mucho más débil. A pesar de ello, la presión de las vénulas es mucho menor que la de las arteriolas, por lo que las vénulas aún pueden contraerse considerablemente, a pesar de su capa muscular débil. Esta distribución típica del lecho capilar no se encuentra en todas las partes del cuerpo, aunque algunas distribuciones similares pueden servir para el mismo objetivo. Más importante aún es que las metaarteriolas y los esfínteres precapilares están en íntimo contacto con los tejidos a los que atienden, por lo que las condiciones locales de los tejidos, sus concentraciones de nutrientes, los productos finales del metabolismo, los iones hidrógeno, etc., pueden tener un efecto directo sobre los vasos para controlar el flujo sanguíneo local de cada pequeño territorio tisular.

Estructura de la pared capilar

la pared está compuesta por una capa unicelular de células endoteliales y rodeada por una membrana basal muy fina en el exterior del capilar. El grosor total de la pared capilar es de solo unas 0,5 μm, el diámetro interno del capilar es de 4-9 μm, apenas suficiente para el paso de los eritrocitos y otras células sanguíneas exprimidas.

«Poros» en la membrana capilar

Uno de los pasos es un espacio intercelular, un canal curvo a modo de hendidura fina que descansa en la parte superior de la figura entre células endoteliales adyacentes. Cada espacio está interrumpido periódicamente por pliegues cortos de inserciones de proteínas que mantienen unidas las células endoteliales, pero entre esos pliegues puede filtrarse libremente el líquido a través del espacio. El espacio suele tener un tamaño uniforme, con una anchura de 6-7 nm (60-70 angström), que es algo menor que el diámetro de una molécula de albúmina. Como los espacios intercelulares se sitúan solo en los bordes de las células endoteliales, habitualmente no representan más de 1/1.000 de la superficie total de la pared capilar. A pesar de ello, la velocidad de movimiento térmico de las moléculas de agua, así como de la mayoría de los iones hidrosolubles y de los pequeños solutos, es tan rápida que todas estas sustancias difunden con facilidad entre el interior y el exterior de los capilares a través de estas «hendiduras-poros» que componen los espacios intercelulares.
En las células endoteliales también hay muchas vesículas de plasmalema, denominadas asimismo cavéolas (pequeñas cuevas). Las vesículas de plasmalema se forman a partir de oligómeros de proteínas llamadas caveolinas que están asociadas con moléculas de colesterol y esfingolípidos.
Aunque siguen sin estar claras las funciones exactas de las cavéolas, se cree que tienen una función en la endocitosis (el proceso por el cual la célula atrapa material del exterior de la misma) y en la transcitosis de macromoléculas en el interior de las células endoteliales. Las cavéolas en la superficie de la célula parecen embeber pequeños paquetes de plasma o líquido extracelular que contiene proteínas plasmáticas. Estas vesículas se pueden desplazar lentamente a través de la célula endotelial.

Tipos especiales de «poros» en los capilares de algunos órganos

Los «poros» de los capilares de algunos órganos tienen unas características especiales para cumplir las necesidades peculiares de los órganos. Algunas de estas características son las siguientes:

1. En el cerebro, las uniones entre las células endoteliales capilares son principalmente uniones «estrechas» que permiten la entrada y salida de moléculas muy pequeñas como agua, oxígeno y dióxido de carbono en los tejidos cerebrales.

2. En el hígado sucede lo contrario. Los espacios entre las células endoteliales capilares son aperturas amplias, por lo que casi todas las sustancias disueltas en el plasma, incluidas las proteínas plasmáticas, pueden pasar de la sangre a los tejidos hepáticos.

3. Los poros de las membranas capilares gastrointestinales tienen un tamaño intermedio entre las de los músculos y las del hígado.

4. En los capilares glomerulares del riñón se abren numerosas membranas ovales, denominadas fenestraciones, que atraviesan en todo su trayecto las células endoteliales, por lo que pueden filtrarse cantidades enormes de moléculas pequeñas e iones (pero no las moléculas grandes de las proteínas plasmáticas) a través de los glomérulos sin tener que pasar a través de los espacios situados entre las células endoteliales.

Flujo de sangre en los capilares: vasomotilidad

La sangre no fluye continuamente a través de los capilares, sino que lo hace de forma intermitente apareciendo y desapareciendo cada pocos segundos o minutos. La causa de esta intermitencia es el fenómeno conocido como vasomotilidad, lo que significa la contracción intermitente de las metaarteriolas y esfínteres precapilares (y, a veces, también de las arteriolas muy pequeñas).

Regulación de la vasomotilidad

El factor más importante que afecta al grado de apertura y cierre de las metaarteriolas y de los esfínteres precapilares, y que se ha descubierto hasta la fecha, es la concentración de oxígeno en los tejidos. Cuando la velocidad de utilización del oxígeno por el tejido es mayor, de forma que la concentración de oxígeno tisular disminuye por debajo de lo normal, se activan los períodos intermitentes del flujo sanguíneo capilar más a menudo y la duración de cada período del flujo es más prolongada, con lo que se permite que la sangre capilar transporte mayores cantidades de oxígeno (y de otros nutrientes) hacia los tejidos. Este efecto, junto con muchos otros factores que controlan el flujo sanguíneo tisular local.

Intercambio de agua, nutrientes y otras sustancias entre la sangre y el líquido intersticial

Difusión a través de la membrana capilar

Con mucho, el medio más importante por el cual se transfieren las sustancias entre el plasma y el líquido intersticial es la difusión. El flujo sanguíneo recorre la luz del capilar y la gran cantidad de moléculas de agua y partículas disueltas que entran y salen a través de la pared capilar, permitiendo la mezcla continua entre el líquido intersticial y el plasma. La difusión es consecuencia del movimiento térmico de las moléculas de agua y de otras sustancias disueltas en el líquido, con las distintas moléculas e iones desplazándose primero en una dirección y luego en otra, rebotando aleatoriamente en cada una de ellas.

Las sustancias liposolubles difunden directamente a través de las
membranas celulares del endotelio capilar

Si una sustancia es liposoluble, difunde directamente a través de las membranas celulares del capilar sin tener que atravesar los poros. Estas sustancias son el oxígeno y el dióxido de carbono. Como estas sustancias pueden atravesar todas las zonas de la membrana capilar, sus velocidades de transporte a través de la membrana capilar son muchas veces más rápidas que las de las sustancias insolubles en lípidos, como los iones sodio y la glucosa, que solo pueden pasar a través de los poros.

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 de estos espacios se denomina líquido intersticial.

Contiene dos tipos principales de estructuras sólidas: 1) haces de fibras de colágeno, y 2) filamentos de proteoglucano. Los haces de las fibras de colágeno recorren largas distancias en el intersticio. Son muy fuertes, por lo que proporcionan la mayor parte de la fuerza tensional de los tejidos. Por el contrario, los filamentos de proteoglucano son moléculas muy finas enrolladas o retorcidas compuestas por un 98% de ácido hialurónico y un 2% de proteínas. Estas moléculas son tan finas que no pueden verse con el microscopio óptico y son difíciles de demostrar incluso con el microscopio electrónico. No obstante, forman una esterilla de filamentos reticulares muy finos que se describen, acertadamente, como un «borde en cepillo».

«Gel» en el intersticio

El líquido del intersticio deriva por filtración y difusión de los capilares. Contiene casi los mismos componentes que el plasma, excepto por concentraciones mucho más bajas de proteínas, porque las proteínas no atraviesan los poros de los capilares. El líquido intersticial queda atrapado principalmente en los diminutos espacios que hay entre los filamentos de proteoglucanos. Esta combinación de filamentos de proteoglucano y líquido atrapado dentro de ellos tiene las características de un gel y, por tanto, se conoce como gel tisular.
Debido al gran número de filamentos de proteoglucano, es difícil que el líquido fluya fácilmente a través de este gel tisular. Por el contrario, el líquido se difunde principalmente a través del gel, es decir, se desplaza molécula a molécula de un lugar a otro por un movimiento cinético térmico y no por el gran número de moléculas que se desplazan juntas.
La difusión a través del gel se produce con una rapidez del 95 al 99% de la que se desplaza a través de un líquido libre. Para las distancias cortas entre los capilares y las células tisulares esta difusión permite el transporte rápido a través del intersticio, no solo de las moléculas de agua, sino también de los electrólitos, de los nutrientes de pequeño peso molecular, de las excretas celulares, del oxígeno, del dióxido de carbono, etc.

Líquido «libre» en el intersticio

Aunque casi todo el líquido del intersticio está atrapado dentro del gel tisular, a veces también hay pequeños riachuelos de líquido «libre» y pequeñas vesículas de líquido libre, lo que significa que carece de moléculas de proteoglucano y, por tanto, puede fluir libremente. Cuando se inyecta un colorante en la sangre circulante, a menudo puede verse fluir a través del intersticio en los riachuelos pequeños que circulan habitualmente por las superficies de las fibras de colágeno o en las superficies de las células. La cantidad de líquido «libre» presente en los tejidos normales es pequeña, mucho menor del 1%. Por el contrario, cuando se desarrolla edema en los tejidos, estos bolsillos y riachuelos pequeños de líquido libre se expanden mucho hasta que la mitad o más del líquido del edema comienza a fluir libremente, independientemente de los filamentos de proteoglucano.

La filtración de líquidos a través de los capilares se encuentra determinada por las presiones hidrostática y coloidosmótica y por el coeficiente de filtración capilar

La presión hidrostática en los capilares tiende a empujar el líquido y a las sustancias disueltas a través de los poros capilares dentro de los espacios intersticiales. Por el contrario, la presión osmótica provocada por las proteínas plasmáticas (lo que se conoce como presión coloidosmótica) tiende a provocar el movimiento del líquido por ósmosis desde los espacios intersticiales hacia la sangre.
Esta presión osmótica ejercida por las proteínas plasmáticas normalmente previene la pérdida significativa de volumen de líquido desde la sangre hacia los espacios intersticiales.
El sistema linfático también tiene su importancia, al devolver a la circulación las pequeñas cantidades del exceso de proteína y líquido que se pierde desde la sangre hacia los espacios intersticiales. En el resto de este capítulo comentaremos los mecanismos que controlan a la vez la filtración capilar y el flujo linfático para regular los volúmenes respectivos de plasma y líquido intersticial.

Presión hidrostática capilar

Se han usado varios métodos experimentales para estimar la presión hidrostática capilar: 1) canulación directa de los capilares con la micropipeta, que da una presión capilar media de 25 mmHg en algunos tejidos como el músculo esquelético y el aparato digestivo, y 2) determinación funcional indirecta de la presión capilar, que da una presión capilar media en torno a 17 mmHg en estos tejidos.

Presión hidrostática del líquido intersticial

Hay varios métodos que permiten medir la presión hidrostática del líquido intersticial, cada uno de los cuales da valores ligeramente distintos, en función del método utilizado y del tejido en el que se mide la presión. En tejido subcutáneo poco compacto, la presión del líquido intersticial determinada por los diferentes métodos es normalmente unos milímetros de mercurio menor que la presión atmosférica; en consecuencia, los valores se designan como presión negativa del líquido intersticial.
En otros tejidos que están rodeados por cápsulas, como los riñones, la presión intersticial suele ser positiva (es decir, mayor que la atmosférica). Los métodos más usados han sido: 1) medida directa de la presión con una micropipeta introducida en los tejidos; 2) determinación de la presión desde cápsulas perforadas implantadas, y 3) determinación de la presión desde una mecha de algodón insertada en el tejido. Estos distintos métodos proporcionan valores diferentes de la presión hidrostática intersticial, incluso en los mismos tejidos.

Presión del líquido intersticial en tejidos firmemente encapsulados

Algunos tejidos del organismo están rodeados por una carcasa rígida, como la bóveda craneal alrededor del cerebro, la cápsula fibrosa fuerte que rodea el riñón, las vainas fibrosas de los músculos y la esclerótica que rodea el ojo. En la mayoría de estos tejidos, e independientemente del método usado para la determinación, la presión del líquido intersticial suele ser positiva. No obstante, la presión del líquido intersticial así medida casi invariablemente es aún menor que las presiones ejercidas en el exterior de los tejidos por sus carcasas. Por ejemplo, la presión del líquido cefalorraquídeo que rodea el cerebro de un animal que está en decúbito lateral alcanza un promedio de +10 mmHg, mientras que la presión del líquido intersticial en el cerebro es de +4 a +6 mmHg.
En los riñones, la presión capsular que rodea el riñón alcanza una presión media de +13 mmHg, mientras que la presión descrita del líquido intersticial renal alcanza un promedio de +6 mmHg. Es decir, si recordamos que la presión ejercida por la piel es la presión atmosférica, que se considera una presión cero, se podría formular una regla general de que la presión normal del líquido intersticial es varios milímetros de mercurio negativa con respecto a la presión que rodea a cada tejido.
Las presiones que se han podido medir en la mayoría de las cavidades naturales del organismo en las que hay líquido libre en equilibrio dinámico con los líquidos intersticiales circundantes son negativas. Algunas de estas cavidades y las determinaciones de las presiones son las siguientes:
• Espacio intrapleural: –8 mmHg.
• Espacio sinovial articular: –4 a –6 mmHg.
• Espacio epidural: –4 a –6 mmHg.

Presión coloidosmótica del plasma

solo aquellas moléculas o iones que no atraviesan los poros de una membrana semipermeable ejercen una presión osmótica.
Como las proteínas son los únicos componentes disueltos en el plasma y en el líquido intersticial que no atraviesan fácilmente los poros capilares, son las responsables de las presiones osmóticas a ambos lados de la membrana capilar. Para distinguir esta presión osmótica que se produce en la membrana celular se denomina presión coloidosmótica o presión oncótica. El término
presión osmótica «coloide» se debe a que la solución de proteínas se parece a una solución coloidal, a pesar de que realmente es una solución molecular verdadera.

La presión coloidosmótica del plasma humano normal alcanza un promedio de 28 mmHg, de los que 19 mm se deben a los efectos moleculares de las proteínas disueltas y 9 mm al efecto de Donnan, es decir, a la presión osmótica extra causada por el sodio, el potasio y los demás cationes que las proteínas mantienen en el plasma.

Presión coloidosmótica del líquido intersticial

Aunque el tamaño del poro capilar habitual es menor que los tamaños de las moléculas de proteínas plasmáticas, no es así en todos los poros. Por tanto, se pierden cantidades pequeñas de proteínas plasmáticas en los espacios intersticiales a través de los poros por transcitosis en las vesículas pequeñas. La cantidad total de proteínas en los 12 l de líquido intersticial del organismo es ligeramente mayor que la cantidad total de proteínas en el propio plasma, pero, como su volumen es cuatro veces mayor que el volumen del plasma, la concentración media de proteínas en el líquido intersticial de la mayoría de los tejidos solo es del 40% de la plasmática, unos 3 g/dl. Cuantitativamente, la presión coloidosmótica media del líquido intersticial para esta concentración de proteínas es de 8 mmHg.

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. Es más, los vasos
linfáticos transportan las proteínas y las macropartículas de los espacios
tisulares, ya que ninguna de estas podrá ser eliminada por absorción
directamente hacia los capilares sanguíneos. Este retorno de las proteínas a la
sangre desde los espacios intersticiales es una función esencial sin la cual
moriríamos en 24 h.

Vasos linfáticos del organismo

Casi todos los tejidos del organismo tienen vasos linfáticos especiales que drenan el exceso de líquido directamente desde los espacios intersticiales. Hay algunas excepciones, como las porciones superficiales de la piel, el sistema nervioso central y el endomisio de músculos y huesos. Sin embargo, incluso estos tejidos tienen canales intersticiales diminutos que se denominan canales prelinfáticos, a través de los cuales puede fluir el líquido intersticial; este líquido se vacía finalmente en los vasos linfáticos o, en caso del cerebro, en el líquido cefalorraquídeo, y después directamente de vuelta a la sangre. Todos los vasos linfáticos de la mitad inferior del organismo se vaciarán en el conducto torácico, que a su vez se vacía en el sistema venoso en la unión de la vena yugular interna con la vena subclavia izquierda.

La linfa de la mitad izquierda de la cabeza, el brazo izquierdo y algunos territorios del tórax entra en el conducto torácico antes de que se vacíe en las venas. La linfa del lado derecho del cuello y la cabeza, el brazo derecho y algunos territorios del tórax derecho entra en el conducto torácico derecho (mucho menor que el conducto torácico izquierdo), que se vacía en el sistema venoso en la unión de la vena subclavia derecha y la vena yugular interna.

Formación de la linfa

La linfa deriva del líquido intersticial que fluye en los linfáticos, por lo que la linfa que entra primero en los vasos linfáticos terminales tiene casi la misma composición que el líquido intersticial. La concentración de proteínas en el líquido intersticial de la mayoría de los tejidos alcanza un promedio de 2 g/dl y la concentración de proteínas del flujo linfático que procede de estos tejidos es aproximada a este valor. La linfa formada en el hígado tiene una concentración de proteínas hasta de 6 g/dl y la linfa formada en el intestino tiene una concentración de proteínas hasta de 3-4 g/dl. Como aproximadamente dos tercios de toda la linfa procede normalmente del hígado y los intestinos, la linfa del conducto torácico, que es una mezcla de linfa de todas las áreas del organismo, tiene una concentración de proteínas en torno a 3-5 g/dl.
El sistema linfático también es una de las vías principales de absorción de los nutrientes del aparato digestivo, en especial de la absorción de prácticamente todas las grasas del alimento.

Trascendencia de la presión negativa del líquido intersticial como medio para mantener unidos los tejidos del organismo

Tradicionalmente se ha supuesto que los distintos tejidos del organismo se mantienen unidos por fibras del tejido conjuntivo. No obstante, en muchos lugares del organismo estas fibras son muy débiles, o incluso están ausentes, principalmente en aquellos puntos en los que los tejidos se deslizan unos sobre otros (p. ej., en la piel que se desliza sobre el dorso de la mano o sobre la cara).
Pero incluso en estos lugares los tejidos se mantienen unidos por la presión negativa del líquido intersticial, que realmente ejerce un vacío parcial. El líquido se acumula en los espacios cuando los tejidos pierdan su presión negativa, y se presenta una afección conocida como edema.

Distensibilidad vascular

Una característica muy importante del aparato vascular es que todos los vasos sanguíneos son distensibles. La naturaleza distensible de las arterias las permite acomodarse al gasto pulsátil del corazón y superar las pulsaciones de la presión. Esta capacidad proporciona un flujo de sangre continuo y homogéneo a través de los vasos sanguíneos muy pequeños de los tejidos.
Con diferencia, los vasos más distensibles del cuerpo son las venas, capaces de almacenar 0,5-1 l de sangre extra con incrementos incluso leves de la presión venosa. Por tanto, las venas ejercen de reservorio para almacenar grandes cantidades de sangre extra que puede utilizarse siempre que se requiera en cualquier otro punto de la circulación.

Las venas son mucho más distensibles que las arterias

Las paredes de las arterias son más gruesas y bastante más fuertes que las de las venas, por lo que, como media, las venas son unas ocho veces más distensibles que las arterias. Es decir, un incremento dado de la presión provoca un incremento de sangre ocho veces mayor en una vena que en una arteria de tamaño comparable.

Compliancia vascular (o capacitancia vascular)

En los estudios hemodinámicos es mucho más importante conocer la cantidad total de sangre que se puede almacenar en una porción dada de la circulación por cada milímetro de mercurio que aumente la presión que conocer la distensibilidad de cada vaso en particular. Este valor se conoce como compliancia o capacitancia del lecho vascular respectivo, es decir: Compliancia y distensibilidad son dos conceptos muy diferentes. Un vaso muy distensible que tiene un volumen pequeño puede tener una compliancia mucho menor que un vaso mucho menos
distensible que tenga un volumen grande, porque compliancia es igual a distensibilidad por volumen.
La compliancia de una vena sistémica es 24 veces mayor que la de su arteria correspondiente porque es 8 veces más distensible y tiene un volumen 3 veces mayor (8 × 3 = 24).

Pulsaciones de la presión arterial

Una oleada de sangre llena las arterias con cada latido cardíaco. Si no fuera por la distensibilidad del sistema arterial, toda esta sangre nueva tendría que fluir a través de los vasos sanguíneos periféricos casi instantáneamente, solo en la sístole cardíaca, y no se produciría flujo durante la diástole. No obstante, la compliancia del árbol arterial reduce las pulsaciones de la presión hasta que prácticamente desaparecen en el momento en que la sangre alcanza los capilares, por lo que el flujo sanguíneo tisular es principalmente continuo con un escaso carácter pulsátil.

Hay dos factores importantes que afectan a la presión de pulso: 1) el volumen sistólico del corazón, y 2) la compliancia (distensibilidad total) del árbol arterial. Hay un tercer factor, algo menos importante, que es la característica de la eyección del corazón durante la sístole.
En general, cuanto mayor sea el volumen sistólico, más cantidad de sangre deberá acomodarse en el árbol arterial con cada latido y, por tanto, mayores serán el aumento y el descenso de la presión durante la diástole y la sístole, con lo que la presión de pulso será mayor. Por el contrario, cuanto menor sea la compliancia del sistema arterial, mayor será el aumento de la presión para un volumen sistólico dado que se bombee hacia las arterias.

Perfiles anormales de la presión de pulso

Algunas situaciones fisiopatológicas de la circulación provocan perfiles anormales de la onda de pulso de presión, además de alterar la presión de pulso. Entre ellas, son particularmente importantes la estenosis aórtica, el conducto arterioso permeable y la insuficiencia aórtica.

En personas con estenosis valvular aórtica el diámetro de apertura de esta válvula está significativamente reducido y la presión de pulso
aórtica disminuye también significativamente porque disminuye el flujo sanguíneo que sale por la válvula estenótica.
En personas con conducto arterioso permeable, la mitad o más de la sangre que bombea el ventrículo izquierdo hacia la aorta fluye inmediatamente hacia atrás a través del conducto muy abierto hacia la arteria pulmonar y los vasos sanguíneos pulmonares, con lo que se produce un gran descenso de la presión diastólica antes del siguiente latido cardíaco.
En casos de insuficiencia aórtica esta válvula está ausente o no se cierra por completo, por lo que después de cada latido la sangre que se acaba de bombear hacia la aorta fluye inmediatamente hacia atrás, hacia el ventrículo izquierdo. En consecuencia, la presión aórtica cae hasta cero entre los latidos y además no se produce la escotadura del perfil del pulso aórtico, porque no hay ninguna válvula aórtica que cerrar.

Transmisión de los pulsos de presión hacia las arterias periféricas

Cuando el corazón expulsa la sangre hacia la aorta durante la sístole, primero se distiende solo la porción proximal de la aorta porque la inercia de la sangre impide el movimiento brusco de la sangre hacia la periferia. No obstante, el aumento de la presión en la aorta proximal supera rápidamente esta inercia y el frente de onda de distensión se va extendiendo a lo largo de la aorta.

La velocidad de la transmisión del pulso de la presión en la aorta normal es de 3 a 5 m/s, de 7 a 10 m/s en las ramas arteriales grandes y de 15 a 35 m/s en las pequeñas arterias. En general, cuanto mayor sea la compliancia de cada segmento vascular, más lenta será la velocidad, lo que explica la transmisión lenta en la aorta y mucho más rápida en las arterias distales pequeñas, mucho menos } distensibles. En la aorta, la velocidad de transmisión del impulso de la presión es 15 veces mayor, o más, que la velocidad del flujo sanguíneo porque el impulso de la presión simplemente es una onda de presión que se desplaza con un escaso movimiento anterógrado del volumen de sangre total.

Métodos clínicos para medir las presiones sistólica y diastólica

No resulta práctico usar registradores de presión que requieran la inserción de la aguja dentro de una arteria para obtener determinaciones sistemáticas de la presión arterial en nuestros pacientes, aunque estos tipos de registradores se utilizan a veces cuando se requieren estudios especiales. Por el contrario, el médico determina las presiones sistólica y diastólica por medios indirectos, habitualmente por un método de auscultación.

Método de auscultación

Se coloca el estetoscopio sobre la arteria antecubital y se infla un manguito de presión arterial en la parte alta del brazo. Mientras el manguito comprima el brazo con una presión insuficiente para cerrar la arteria braquial no oiremos el latido de la arteria antecubital con el estetoscopio, pero cuando la presión sea suficientemente elevada para cerrar la arteria durante parte del ciclo de presión arterial se oirá un sonido con cada pulsación.

Al determinar la presión arterial por este método con auscultación, la presión del manguito primero se eleva por encima de la presión sistólica. Mientras que la presión del manguito sea mayor que la presión sistólica, la arteria braquial se mantiene colapsada hasta que no haya ningún chorro de sangre hacia la parte distal de la arteria en ningún momento del ciclo de presión, por lo que no se oirán ruidos de Korotkoff en la parte distal. Entonces se reduce gradualmente la presión del manguito y la sangre comienza a fluir en la arteria distal al manguito en cuanto la presión del manguito cae por debajo de la presión sistólica durante el pico de presión sistólica y se comienzan a oír los ruidos secos en la arteria antecubital en sincronía con el latido cardíaco. El nivel de presión que indica el manómetro conectado al manguito en cuanto se comienza a oír el ruido es aproximadamente igual a la presión sistólica. A medida que la presión del manguito continúa descendiendo irá cambiando la calidad de los ruidos de Korotkoff, disminuyendo la calidad del ruido y haciéndose más rítmico y duro. Por último, cuando la presión del manguito desciende casi a los valores de la presión diastólica, los ruidos adquieren súbitamente una calidad amortiguada.

Cuando la presión del manguito desciende unos milímetros de mercurio más, la arteria ya no se cierra durante la diástole, lo que significa que ya no está presente el factor básico que provoca los ruidos (el chorro de sangre a través de una arteria oprimida). Por tanto, los ruidos desaparecen por completo.

El método de auscultación para la determinación de las presiones sistólica y diastólica no es totalmente exacto, pero proporciona unos valores dentro de un intervalo del 10% de los valores determinados con un catéter directo desde el interior de las arterias.

Presión arterial media

La presión arterial media es la media de las presiones arteriales medidas milisegundo a milisegundo en un período de tiempo y no es igual a la media de las presiones sistólica y diastólica, porque, para frecuencias cardíacas normales, se invierte una mayor fracción del ciclo cardíaco en la diástole que en la sístole; así pues, la presión arterial sigue estando más cercana a la presión diastólica que a la presión sistólica durante la mayor parte del ciclo cardíaco. Por tanto, la presión arterial media está determinada en un 60% por la presión diastólica y en un 40% por la presión sistólica.

Las venas y sus funciones

Las venas proporcionan vías de paso para el flujo de sangre hacia el corazón, pero también realizan otras funciones que son necesarias para el funcionamiento de la circulación. Especialmente importante es que son capaces de disminuir y aumentar su tamaño, con lo cual pueden almacenar cantidades de sangre pequeñas o grandes y mantener la sangre disponible para cuando la necesite el resto de la circulación. Las venas periféricas también pueden impulsar la sangre mediante la denominada bomba venosa e incluso ayudan a regular el gasto cardíaco.

Presiones venosas: presión en la aurícula derecha (presión venosa central) y presiones venosas periféricas

La sangre de todas las venas sistémicas fluye hacia la aurícula derecha del corazón, por lo que la presión del interior de esta cámara se denomina presión venosa central.
La presión en la aurícula derecha está regulada por el equilibrio entre: 1) la capacidad del corazón de bombear la sangre hacia el exterior de la aurícula y el ventrículo derechos hacia los pulmones, y 2) la tendencia de la sangre a fluir desde las venas periféricas hacia la aurícula derecha. Si el corazón derecho bombea con fuerza, la presión en la aurícula derecha disminuye, mientras que, por el contrario, la presión aumenta si el corazón derecho es más débil. Además, cualquier efecto que cause una entrada rápida de sangre en la aurícula derecha desde las venas periféricas eleva la presión en la aurícula derecha. Algunos de estos factores que aumentan este retorno venoso (y, por tanto, aumentan la en la aurícula derecha) son: 1) aumento del volumen de sangre; 2) aumento del tono de los grandes vasos en todo el organismo, con el incremento resultante de las presiones venosas periféricas, y 3) dilatación de las arteriolas, lo que disminuye la resistencia periférica y permite que el flujo de sangre entre las arterias y las venas sea más rápido.

El límite inferior de la presión en la aurícula derecha es de –3 a –5 mmHg, por debajo de la presión atmosférica. Esta también es la presión en la cavidad torácica alrededor del corazón. La presión en la aurícula derecha se acerca a estos dos valores cuando el corazón bombea con un vigor excepcional o cuando hay un gran descenso del flujo sanguíneo que entra en el corazón desde los vasos periféricos, como sucede después de una hemorragia grave.

Resistencia venosa y presión venosa periférica

Las venas grandes ejercen tan poca resistencia al flujo sanguíneo cuando están distendidas que la resistencia es casi cero, y prácticamente no tiene importancia. La mayoría de las venas grandes que entran en el tórax están comprimidas en muchos puntos por los tejidos circundantes, lo que supone un obstáculo al flujo.

Válvulas venosas y «bomba venosa»: efecto sobre la presión venosa

Si no hubiera válvulas en las venas el efecto de la presión gravitacional haría que la presión venosa de los pies fuera siempre de +90 mmHg en un adulto en bipedestación. No obstante, cada vez que se mueven las piernas, se tensan los músculos y se comprimen las venas de los músculos y de los territorios adyacentes, lo que empuja la sangre fuera de ese territorio venoso.

Cada vez que una persona mueve las piernas, o incluso cuando solo tensa los músculos de estas, se empuja una determinada cantidad de sangre venosa hacia el corazón. Este sistema de bombeo se conoce como «bomba venosa» o «bomba muscular» y su eficiencia basta para que, en circunstancias normales, la presión venosa de los pies de un adulto que camina se mantenga por debajo de +20 mmHg.

La incompetencia de la válvula venosa provoca las venas «varicosas»

Las válvulas del sistema venoso pueden volverse «incompetentes» o incluso llegan a destruirse, con frecuencia cuando las venas han sido objeto de un sobreestiramiento debido a una presión venosa excesiva que se ha mantenido durante semanas o meses, como sucede en el embarazo o cuando se está de pie la mayoría del tiempo. El estiramiento de las venas aumenta su superficie transversal, pero las valvas de las válvulas no aumentan de tamaño, por lo que ya no se pueden cerrar completamente.
Cuando se produce esta falta de cierre completo, la presión de las venas de las piernas aumenta en gran medida por el fracaso de la bomba venosa, lo que además aumenta el tamaño de las venas y, finalmente, destruye completamente todas las válvulas. Es decir, la persona desarrolla «venas varicosas» que se caracterizan por protrusiones bulbosas de gran tamaño de las venas situadas debajo de la piel por toda la pierna, en particular en su parte inferior.
Siempre que una persona con venas varicosas se mantiene de pie durante más de unos minutos sus presiones venosa y capilar serán muy altas y se provocará la pérdida de líquidos desde los capilares, con edema constante de las piernas. A su vez, este edema impide la difusión adecuada de los materiales nutrientes desde los capilares a las células musculares y cutáneas, por lo que los músculos se vuelven dolorosos y débiles y la piel puede llegar a gangrenarse y ulcerarse. El mejor tratamiento de esta situación es mantener elevadas las piernas de forma continuada como mínimo hasta la altura del corazón. Las medias elásticas o las medias largas de «compresión» también pueden prevenir el edema y sus secuelas.

Función de reservorio de sangre de las venas

Más del 60% de toda la sangre venosa del sistema circulatorio suele encontrarse en las venas. Por este motivo, y porque las venas son tan distensibles, se dice que el sistema venoso actúa como un reservorio sanguíneo en la circulación.
Cuando la sangre sale del organismo y la presión arterial comienza a caer, se activan señales nerviosas desde los senos carotídeos y otras zonas de la circulación sensibles a la presión.

A su vez, estas señales provocan otras señales nerviosas cerebrales y la médula espinal, principalmente a través de los nervios simpáticos hacia las venas, provocando su constricción. Este proceso acapara gran parte del efecto provocado en el sistema circulatorio por la pérdida de sangre. De hecho, este sistema sigue funcionando casi con normalidad incluso después de una pérdida hasta del 20% del volumen total de sangre, debido a esta función de reservorio variable
de las venas.

Función de limpieza de la sangre en el bazo: eliminación de células
viejas

Las células sanguíneas que atraviesan la pulpa esplénica antes de entrar en los senos son cuidadosamente exprimidas, por lo que se puede esperar que los eritrocitos frágiles no superen este traumatismo. Por tal motivo, muchos de los eritrocitos destruidos en el organismo encuentran su destino final en el bazo. Después de la rotura de las células la hemoglobina liberada y el estroma celular son digeridos por las células reticuloendoteliales del bazo y los productos de la digestión son reutilizados en su mayoría en el organismo como nutrientes, a menudo para elaborar células sanguíneas nuevas.

La función de la circulación consiste en atender las necesidades del organismo: transportar nutrientes hacia los tejidos del organismo, transportar los productos de desecho, transportar las hormonas de una parte del organismo a otra y, en general, mantener un entorno apropiado en todos los líquidos tisulares del organismo para lograr la supervivencia y una funcionalidad óptima de las células. La velocidad del flujo sanguíneo en muchos de los tejidos se controla principalmente en respuesta a su necesidad de nutrientes.  En algunos órganos, como los riñones, la circulación sirve para funciones adicionales.

El corazón y los vasos sanguíneos están controlados, a su vez, de forma que proporcionan el gasto cardíaco y la presión arterial necesarios para garantizar el flujo sanguíneo necesario.

Características físicas de la circulación

Está divida en circulación sistémica y circulación pulmonar. Como la circulación sistémica aporta el flujo sanguíneo a todos los tejidos del organismoexcepto los pulmones, también se conoce como circulación mayor o circulación periférica.

Componentes funcionales de la circulación

La función de las arterias consiste en transportar la sangre con una presión alta hacia los tejidos, motivo por el cual las arterias tienen unas paredes vasculares fuertes y unos flujos sanguíneos importantes con una velocidad alta.

Las arteriolas son las últimas ramas pequeñas del sistema arterial y actúan controlando los conductos a través de los cuales se libera la sangre en los capilares. Las arteriolas tienen paredes musculares fuertes que pueden cerrarlas por completo o que pueden, al relajarse, dilatar los vasos varias veces, con lo que pueden alterar mucho el flujo sanguíneo en cada lecho tisular en respuesta a sus necesidades. La función de los capilares consiste en el intercambio de líquidos, nutrientes, electrólitos, hormonas y otras sustancias en la sangre y en el líquido intersticial.

Las paredes del capilar son finas y tienen muchos poros capilares diminutos, que son permeables al agua y a otras moléculas pequeñas.

Las vénulas recogen la sangre de los capilares y después se reúnen gradualmente formando venas de tamaño progresivamente mayor.

Las venas funcionan como conductos para el transporte de sangre que vuelve desde las vénulas al corazón; igualmente importante es que sirven como una reserva importante de sangre extra. Como la presión del sistema venoso es muy baja, las paredes de las venas son finas. Aun así, tienen una fuerza muscular suficiente para contraerse o expandirse y, de esa forma, actuar como un reservorio controlable para la sangre extra, mucha o poca, dependiendo de las necesidades de la circulación.

Volúmenes de sangre en los distintos componentes de la circulación

El 84% de todo el volumen de sangre del organismo se encuentra en la circulación sistémica y el 16% en el corazón y los pulmones. Del 84% que está en la circulación sistémica, aproximadamente el 64% está en las venas, el 13% en las arterias y el 7% en las arteriolas y capilares sistémicos. El corazón contiene el 7% de la sangre, y los vasos pulmonares, el 9%.

Presiones en las distintas porciones de la circulación

Como el corazón bombea la sangre continuamente hacia la aorta, la presión media en este vaso es alta, con una media en torno a los 100 mmHg. Además, como el bombeo cardíaco es pulsátil, la presión arterial alterna entre una presión sistólica de 120 mmHg y una diastólica de 80 mmHg.

A medida que el flujo sanguíneo atraviesa la circulación sistémica, la presión media va cayendo progresivamente hasta llegar casi a 0 mmHg en el momento en el que alcanza la terminación de las venas cava superior e inferior, donde se vacía en la aurícula derecha del corazón.

La presión de los capilares sistémicos oscila desde 35 mmHg cerca de los extremos arteriolares hasta tan solo 10 mmHg cerca de los extremos venosos, pero la presión media «funcional» en la mayoría de los lechos vasculares es de 17 mmHg, aproximadamente, una presión suficientemente baja que permite pequeñas fugas de plasma a través de los poros diminutos de las paredes capilares, aunque los nutrientes pueden difundir fácilmente a través de los mismos poros hacia las células de los tejidos externos.

Principios básicos de la función circulatoria

Aunque la función circulatoria es muy compleja, hay tres principios básicos que subyacen en todas las funciones del sistema.

1. El flujo sanguíneo en la mayoría de los tejidos está controlado según la necesidad tisular. Cuando los tejidos son activos necesitan un aporte mucho mayor de nutrientes y, por tanto, un flujo sanguíneo mucho mayor que en reposo, en ocasiones hasta 20 o 30 veces el nivel de reposo, a pesar de que el corazón normalmente no puede aumentar su gasto cardíaco en más de 4-7 veces su gasto cardíaco por encima del nivel en reposo.

2. El gasto cardíaco es la suma de todos los flujos locales de los tejidos. Cuando el flujo sanguíneo atraviesa un tejido, inmediatamente vuelve al corazón a través de las venas y el corazón responde automáticamente a este aumento del flujo aferente de sangre bombeándolo inmediatamente hacia las arterias.

3. La regulación de la presión arterial es generalmente independiente del control del flujo sanguíneo local o del control del gasto cardíaco. El sistema circulatorio está dotado de un extenso sistema de control de la presión arterial.

Interrelaciones entre la presión, el flujo y la resistencia

El flujo sanguíneo que atraviesa un vaso sanguíneo está determinado por dos factores: 1) diferencia de presión de la sangre entre los dos extremos de un vaso, también denominado «gradiente depresión» en el vaso, que empuja la sangre a través del vaso, y 2) los impedimentos que el flujosanguíneo encuentra en el vaso, que se conoce como resistencia vascular. la diferencia de presión entre los dos extremos del vaso, y no la presión absoluta, la que determina la velocidad del flujo.

Flujo sanguíneo

El flujo sanguíneo es, sencillamente, la cantidad de sangre que atraviesa un punto dado de la circulación en un período de tiempo determinado. Normalmente se expresa en mililitros por minuto o litros por minuto, pero puede expresarse en mililitros por segundo o en cualquier otra unidad del flujo y de tiempo.

El flujo sanguíneo global de toda la circulación de un adulto en reposo es de unos 5.000 ml/min, cantidad que se considera igual al gasto cardíaco porque es la cantidad de sangre que bombea el corazón en la aorta en cada minuto.

Presión sanguínea

Unidades estándar de presión

La presión sanguínea se mide casi siempre en milímetros de mercurio (mmHg) porque el manómetro de mercurio se ha usado como patrón de referencia para medir la presión desde su invención en 1846 por Poiseuille. En realidad, la presión arterial mide la fuerza ejercida por la sangre contra una unidad de superficie de la pared del vaso. Cuando se dice que la pared de un vaso es de 50 mmHg, quiere decirse que la fuerza ejercida es suficiente para empujar una columna de mercurio contra la gravedad hasta una altura de 50 mm. Si la presión es de 100 mmHg, empujará la columna de mercurio hasta los 100 mm.

Resistencia al flujo sanguíneo

Unidades de resistencia

La resistencia es el impedimento al flujo sanguíneo en un vaso, pero no se puede medir por medios directos. Por el contrario, la resistencia debe calcularse a partir de las determinaciones del flujo sanguíneo y de la diferencia de presión entre dos puntos del vaso. Si la diferencia de presión entre los dos puntos es de 1 mmHg y el flujo es de 1 ml/s, se dice que la resistencia es de una unidad d resistencia periférica, abreviada habitualmente como PRU.

Efecto del hematocrito y de la viscosidad de la sangre sobre la resistencia vascular y el flujo sanguíneo

Obsérvese que otro de los factores importantes de la ley de Poiseuille es la viscosidad de la sangre. Cuanto mayor sea la viscosidad, menor será el flujo en un vaso si todos los demás factores se mantienen constantes. Además, la viscosidad de la sangre normal es tres veces mayor que la del agua.

Lo que hace tan visco sa a la sangre es principalmente, el gran número de eritrocitos suspendidos en la sangre, cada uno de los cuales ejerce un arrastre por fricción sobre las células adyacentes y contra la pared del vaso sanguíneo.

Efectos de la presión sobre la resistencia vascular y el flujo sanguíneo tisular

La «autorregulación» atenúa el efecto de la presión arterial en el flujo sanguíneo tisular

El incremento de la presión arterial debería provocar un incremento proporcional del flujo sanguíneo en los distintos tejidos del organismo, aunque el efecto de la presión arterial sobre el flujo sanguíneo en muchos tejidos suele ser bastante menor de lo que se podría esperar.

La razón de este incremento es que el aumento de la presión arterial no solo aumenta la fuerza que impulsa la sangre a través de los vasos, sino que también inicia incrementos compensatorios en la resistencia vascular en un tiempo de unos segundos a través de la activación de los mecanismos locales de control.

La capacidad de cada tejido de ajustar su resistencia vascular y mantener un flujo sanguíneo normal durante los cambios en la presión arterial entre aproximadamente 70 y 175 mmHg se denomina autorregulación del flujo sanguíneo.

En la mayoría de los tejidos, los cambios en el flujo sanguíneo raras veces duran más de unas horas incluso cuando aumenta la presión arterial o se mantienen niveles aumentados de vasoconstrictores.

Después de que los alvéolos se hayan ventilado con aire limpio, la siguiente fase de la respiración es la difusión del oxígeno (O2) desde los alvéolos hacia la sangre pulmonar y la difusión del dióxido de carbono (CO2) en la dirección opuesta, desde la sangre a los alvéolos. El proceso de difusión es simplemente el movimiento aleatorio de moléculas en todas las direcciones a través de la membrana respiratoria y los líquidos adyacentes. Sin embargo, en fisiología respiratoria no solo interesa el mecanismo básico mediante el que se produce la difusión, sino también la velocidad a la que ocurre, que es un problema mucho más complejo, que precisa un conocimiento más profundo de la física de la difusión y del intercambio gaseoso.

Física de la difusión gaseosa y presiones parciales de gases
Base molecular de la difusión gaseosa

Todos los gases importantes en fisiología respiratoria son moléculas simples que se mueven libremente entre sí por «difusión». Esto también se aplica a los gases que están disueltos en los líquidos y en los tejidos del cuerpo.
Para que se produzca la difusión debe haber una fuente de energía. Esta fuente procede del movimiento cinético de las propias partículas. Excepto a la temperatura del cero absoluto, todas las moléculas de toda la materia están experimentando movimiento de manera continua. En el caso de las moléculas libres que no están unidas físicamente a otras, esto significa un movimiento lineal a una velocidad elevada hasta que chocan contra otras moléculas. Después rebotan en direcciones nuevas y siguen en movimiento hasta que chocan de nuevo con otras moléculas. De esta forma, las moléculas se mueven de manera rápida y aleatoria entre sí.

Difusión neta de un gas en una dirección: efecto de un gradiente de concentración

Si una cámara de gas o una solución tiene una concentración elevada de un gas particular en un extremo de la cámara y una concentración baja en el otro extremo, se producirá difusión neta del gas desde la zona de concentración elevada hacia la zona de concentración baja. La razón es evidente: hay muchas más moléculas en el extremo A de la cámara para difundir hacia el extremo B que moléculas para difundir en la dirección opuesta. Por tanto, las velocidades de difusión en cada una de las dos direcciones son diferentes proporcionalmente.

Presiones gaseosas en una mezcla de gases: «presiones parciales» de gases individuales

La presión está producida por múltiples impactos de partículas en movimiento contra una superficie.
Por tanto, la presión de un gas que actúa sobre las superficies de las vías aéreas y de los alvéolos es proporcional a la suma de las fuerzas de los impactos de todas las moléculas de ese gas que chocan contra la superficie en cualquier momento dado. Esto significa que la presión es directamente proporcional a la concentración de las moléculas del gas.
En fisiología respiratoria se manejan muestras de gases mezclas de gases, principalmente oxígeno, nitrógeno y dióxido de carbono. La velocidad de difusión de cada uno de estos gases es directamente proporcional a la presión que genera ese gas solo, que se denomina presión parcial de ese gas. El concepto de presión parcial se puede explicar de la siguiente manera.

Considérese el aire, que tiene una composición aproximada del 79% de nitrógeno y el 21% de oxígeno. La presión total de esta mezcla al nivel del mar es en promedio de 760 mmHg. A partir de la descripción previa de la base molecular de la presión es evidente que cada uno de los gasescontribuye a la presión total en proporción directa a su concentración. Por tanto, el 79% de los 760 mmHg está producido por el nitrógeno (600 mmHg) y el 21% por el O2 (160 mmHg). Así, la «presión parcial» del nitrógeno en la mezcla es de 600 mmHg y la «presión parcial» del O2 es de 160 mmHg; la presión total es de 760 mmHg, la suma de las presiones parciales individuales. Las presiones parciales de los gases individuales en una mezcla se señalan por los símbolos Po2, Pco2, Pn2, Phe, etc.

Presiones de gases disueltos en agua y tejidos

Los gases disueltos en agua o en los tejidos corporales también ejercen una presión, porque las moléculas de gas disuelto se mueven de manera aleatoria y tienen energía cinética. Además, cuando el gas disuelto en el líquido entra en contacto con una superficie, como la membrana de una célula, ejerce su propia presión parcial de la misma manera que un gas en la fase gaseosa. Las presiones parciales de diferentes gases disueltos se denominan de la misma manera que las presiones parciales en estado gaseoso, es decir, Po2, Pco2, Pn2, Phe, etc.

Factores que determinan la presión parcial de un gas disuelto en un líquido

La presión parcial de un gas en una solución está determinada no solo por su concentración, sino también por el coeficiente de solubilidad del gas. Es decir, algunos tipos de moléculas, especialmente el CO2, son atraídas física o químicamente por las moléculas de agua, mientras que otros tipos de moléculas son repelidas. Cuando las moléculas son atraídas se pueden disolver muchas más sin generar un exceso de presión parcial en el interior de la solución. Por el contrario, en el caso de moléculas que son repelidas se generará una presión parcial elevada con menos moléculas disueltas.

Estas relaciones se expresan mediante la fórmula siguiente, que es la ley de Henry:

Presión parcial= Concentración de gas disuelto / coeficiente de solubilidad

Cuando la presión parcial se expresa en atmósferas (una presión de 1 atmósfera es equivalente a 760 mmHg) y la concentración se expresa en volumen de gas disuelto en cada volumen de agua, los coeficientes de solubilidad de gases respiratorios importantes a temperatura corporal son los siguientes:
Oxígeno 0,024
Dióxido de carbono 0,57
Monóxido de carbono 0,018
Nitrógeno 0,012
Helio 0,008
A partir de esta tabla se puede ver que el CO2 es más de 20 veces más soluble que el oxígeno. Por tanto, la presión parcial del CO2 (para una concentración dada) es menor de 1/20 de la que ejerce el O2.

Difusión de gases entre la fase gaseosa de los alvéolos y la fase disuelta de la sangre pulmonar

respiratorio alveolar tiende a hacer que las moléculas de ese gas se disuelvan en la sangre de los capilares alveolares. Por el contrario,
las moléculas del mismo gas que ya están disueltas en la sangre están rebotando de manera aleatoria en el líquido de la sangre, y algunas de estas moléculas que rebotan escapan de nuevo hacia los alvéolos. La velocidad a la que escapan es directamente proporcional a su presión parcial en la sangre.
Pero ¿en qué dirección se producirá la difusión neta del gas? La respuesta es que la difusión neta está determinada por la diferenciaentre las dos presiones parciales. Si la presión parcial es mayor en la fase gaseosa de los alvéolos, como ocurre normalmente en el caso del oxígeno, entonces más moléculas difundirán hacia la sangre que en la otra dirección. Por otro lado, si la presión parcial del gas es mayor en el estado disuelto en la sangre, como ocurre normalmente en el caso del CO2, la difusión neta se dirigirá hacia la fase gaseosa de los alvéolos.

Presión de vapor de agua

Cuando se inhala aire no humidificado hacia las vías aéreas, el agua se evapora inmediatamente desde las superficies de estas vías aéreas y humidifica el aire. Esto se debe al hecho de que las moléculas de agua, al igual que las moléculas de los diferentes gases disueltos, están escapando continuamente de la superficie del agua hacia la fase gaseosa. La presión parcial que ejercen las moléculas de agua para escapar a través de la superficie se denomina la presión de vapor del agua. A la temperatura corporal normal, 37 °C, esta presión de vapor es de 47 mmHg. Por tanto, una vez que la mezcla de gases se ha humidificado totalmente (es decir, una vez que está en «equilibrio» con el agua), la presión parcial del vapor de agua en la mezcla de gases es de 47 mmHg. Esta presión parcial, al igual que las demás presiones parciales, se denomina Ph2o.
La presión de vapor de agua depende totalmente de la temperatura del agua. Cuanto mayor sea la temperatura, mayor será la actividad cinética de las moléculas y, por tanto, mayor será la probabilidad de que las moléculas de agua escapen de la superficie del agua hacia la fase gaseosa.
Por ejemplo, la presión de vapor de agua a 0 °C es de 5 mmHg, y a 100 °C es de 760 mmHg. El valor más importante que se debe recordar es la presión de vapor de agua a temperatura corporal, 47 mmHg. Este valor aparece en muchos de nuestros análisis posteriores.

La diferencia de presión provoca difusión de gases a través de líquidos

Del análisis previo es evidente que cuando la presión parcial de un gas es mayor en una zona que en otra zona, habrá una difusión neta desde la zona de presión elevada hacia la zona de presión baja.

La difusión neta del gas desde la zona de presión elevada hacia la zona de presión baja es igual al número de moléculas que rebotan en esta dirección anterógrada menos el número que rebota en la dirección contraria, que es proporcional a la diferencia de presiones parciales de gas entre las dos zonas, denominada simplemente diferencia de presión para producir la difusión.

Humidificación del aire en las vías aéreas

El aire atmosférico está compuesto casi totalmente por nitrógeno y oxígeno; normalmente apenas contiene CO2 y poco vapor de agua. Sin embargo, tan pronto como el aire atmosférico entra en las vías aéreas está expuesto a los líquidos que recubren las superficies respiratorias. Incluso antes de que el aire entre en los alvéolos, se humidifica casi totalmente.
La presión parcial de vapor de agua a una temperatura corporal normal de 37 °C es de 47 mmHg, que es, por tanto, la presión parcial de vapor de agua del aire alveolar. Como la presión total en los alvéolos no puede aumentar por encima de la presión atmosférica (760 mmHg a nivel del mar), este vapor de agua simplemente diluye todos los demás gases que están en el aire inspirado.

La humidificación del aire diluye la presión parcial de oxígeno al nivel del mar desde un promedio de 159 mmHg en el aire atmosférico a 149 mmHg en el aire humidificado, y diluye la presión parcial de nitrógeno desde 597 a 563 mmHg.

El aire alveolar se renueva lentamente por el aire atmosférico

En promedio la capacidad residual funcional de los pulmones (el volumen de aire que queda en los pulmones al final de una espiración normal) en un hombre mide aproximadamente 2.300 ml. Sin embargo, solo 350 ml de aire nuevo entran en los alvéolos en cada inspiración normal y se espira esta misma cantidad de aire alveolar. Por tanto, el volumen de aire alveolar que es sustituido por aire atmosférico nuevo en cada respiración es de solo 1/7 del total, de modo que son necesarias múltiples inspiraciones para intercambiar la mayor parte del aire alveolar.

En el primer alvéolo de la figura hay una cantidad excesiva de un gas en los alvéolos, pero obsérvese que incluso al final de 16 respiraciones todavía no se ha eliminado completamente el exceso de gas de los alvéolos.

La velocidad a la que se elimina normalmente el exceso de gas de los alvéolos, y que con una ventilación alveolar normal se elimina aproximadamente la mitad del gas en 17 s. Cuando la velocidad de ventilación alveolar de una persona es de solo la mitad de lo normal, se elimina la mitad del gas en 34 s, y cuando la velocidad de la ventilación es el doble de lo normal se elimina la mitad en aproximadamente 8 s.}

Importancia de la sustitución lenta del aire alveolar

La sustitución lenta del aire alveolar tiene una importancia particular en la prevención de cambios súbitos de las concentraciones de gases en la sangre. Esto hace que el mecanismo de control respiratorio sea mucho más estable de lo que sería de otro modo, y ayuda a prevenir los aumentos y disminuciones excesivos de la oxigenación tisular, de la concentración tisular de CO2 y del pH tisular cuando se produce una interrupción temporal de la respiración.

Concentración y presión parcial de oxígeno en los alvéolos

El oxígeno se absorbe continuamente desde los alvéolos hacia la sangre de los pulmones, y continuamente se respira O2 nuevo hacia los alvéolos desde la atmósfera. Cuanto más rápidamente se absorba el O2, menor será su concentración en los alvéolos; por el contrario, cuanto más rápidamente se inhale nuevo O2 hacia los alvéolos desde la atmósfera, mayor será su concentración.
Por tanto, la concentración de O2 en los alvéolos, y también su presión parcial, está controlada por: 1) la velocidad de absorción de O2 hacia la sangre, y 2) la velocidad de entrada de O2 nuevo a los pulmones por el proceso ventilatorio.

Si la persona respira gases que contienen presiones parciales de O2 mayores de 149 mmHg, la Po2 alveolar se puede acercar a estas mayores presiones a elevadas velocidades de ventilación.

El aire espirado es una combinación de aire del espacio muerto y
aire alveolar

La composición global del aire espirado está determinada por: 1) la cantidad del aire espirado que es aire del espacio muerto, y 2) la cantidad que es aire alveolar. La primera porción de este aire, el aire del espacio muerto de las vías aéreas respiratorias, es aire humidificado típico.

Después cada vez más aire alveolar se mezcla con el aire del espacio muerto hasta que finalmente se ha eliminado el aire del espacio muerto y solo se espira aire alveolar al final de la espiración. Por tanto, el método para obtener aire alveolar para su estudio es simplemente obtener una muestra de la última porción del aire espirado después de que una espiración forzada haya eliminado todo el aire del espacio muerto.

Difusión de gases a través de la membrana respiratoria

Unidad respiratoria

la unidad respiratoria (también denominada «lobulillo respiratorio»), que está formada por un bronquíolo respiratorio, los conductos alveolares, los atrios y los alvéolos. Hay
aproximadamente 300 millones de alvéolos en los dos pulmones, y cada alvéolo tiene un diámetro medio de aproximadamente 0,2 mm. Las paredes alveolares son muy delgadas y entre los alvéolos hay una red casi sólida de capilares interconectados. De hecho, debido a lo extenso del plexo capilar, se ha descrito que el flujo de sangre en la pared alveolar es una «lámina» de sangre que fluye. Así, es evidente que los gases alveolares están muy próximos a la sangre de los capilares pulmonares. Además, el intercambio gaseoso entre el aire alveolar y la sangre pulmonar se produce a través de las membranas de todas las porciones terminales de los pulmones, no solo en los alvéolos. Todas estas membranas se conocen de manera colectiva como la membrana respiratoria, también denominada membrana pulmonar.

Membrana respiratoria

la ultraestructura de la membrana respiratoria dibujada en sección transversal a la izquierda y un eritrocito a la derecha. También muestra la difusión de oxígeno desde el alvéolo hacia el eritrocito y la difusión de CO2 en la dirección opuesta. Se pueden observar las siguientes capas de la membrana respiratoria:

1. Una capa de líquido que contiene surfactante y que tapiza el alvéolo, lo que reduce la tensión superficial del líquido alveolar.
2. El epitelio alveolar, que está formado por células epiteliales delgadas.
3. Una membrana basal epitelial.
4. Un espacio intersticial delgado entre el epitelio alveolar y la membrana capilar.
5. Una membrana basal capilar que en muchos casos se fusiona con la membrana basal del epitelio alveolar.
6. La membrana del endotelio capilar.

Factores que influyen en la velocidad de difusión gaseosa a través de la membrana respiratoria

En relación con el análisis anterior de la difusión de los gases en agua, se pueden aplicar los mismos principios a la difusión de gases a través de la membrana respiratoria. Así, los factores que determinan la rapidez con la que un gas atraviesa la membrana son: 1) el grosor de la membrana; 2) el área superficial de la membrana; 3) el coeficiente de difusión del gas en la sustancia de la membrana, y 4) la diferencia de presión parcial del gas entre los dos lados de la membrana.
De manera ocasional se produce un aumento del grosor de la membrana respiratoria, por ejemplo, como consecuencia de la presencia de líquido de edema en el espacio intersticial de la membrana y en los alvéolos, de modo que los gases respiratorios deben difundir no solo a través de la membrana, sino también a través de este líquido. Además, algunas enfermedades pulmonares producen fibrosis de los pulmones, que puede aumentar el grosor de algunas partes de la membrana respiratoria. Dado que la velocidad de difusión a través de la membrana es inversamente proporcional al grosor de la membrana, cualquier factor que aumente el grosor a más de dos a tres veces el valor normal puede interferir de manera significativa con el intercambio respiratorio normal de gases. El área superficial de la membrana respiratoria se puede reducir mucho en muchas situaciones. Por ejemplo, la resección de todo un pulmón reduce el área superficial total a la mitad de lo normal. Además, en el enfisema confluyen muchos de los alvéolos, con desaparición de muchas paredes alveolares. Por tanto, las nuevas cavidades alveolares son mucho mayores que los alvéolos originales, aunque el área superficial total de la membrana respiratoria con frecuencia disminuye hasta cinco veces debido a la pérdida de las paredes alveolares. Cuando el área superficial total disminuye hasta aproximadamente un tercio a un cuarto de lo normal, se produce un deterioro sustancial del intercambio de gases a través de la membrana, incluso en situación de reposo, y durante los deportes de competición y otros ejercicios intensos incluso una mínima disminución del área superficial de los pulmones puede producir un deterioro grave del intercambio respiratorio de gases.
El coeficiente de difusión para la transferencia de cada uno de los gases a través de la membrana Respiratoria depende de la solubilidad del gas en la membrana e inversamente de la raíz cuadrada del peso molecular del gas. La velocidad de difusión en la membrana respiratoria es casi exactamente la misma que en el agua, por los motivos que se han explicado antes. Por tanto, para una diferencia de presión dada, el CO2 difunde aproximadamente 20 veces más rápidamente que el O2. El oxígeno difunde aproximadamente dos veces más rápidamente que el nitrógeno.

La diferencia de presión a través de la membrana respiratoria es la diferencia entre la presión parcial del gas en los alvéolos y la presión parcial del gas en la sangre capilar pulmonar. La presión parcial representa una medida del número total de moléculas de un gas particular que incide en una unidad de superficie de la superficie alveolar de la membrana por cada unidad de tiempo, y la presión del gas en la sangre representa el número de moléculas que intentarán escapar desde la sangre en la dirección opuesta. Por tanto, la diferencia entre estas dos presiones es una medida de la tendencia neta a que las moléculas del gas se muevan a través de la membrana.
Cuando la presión parcial de un gas en los alvéolos es mayor que la presión del gas en la sangre, como ocurre en el caso del O2, se produce difusión neta desde los alvéolos hacia la sangre; cuando la presión del gas en la sangre es mayor que la presión parcial en los alvéolos, como ocurre en el caso del CO2, se produce difusión neta desde la sangre hacia los alvéolos.

Capacidad de difusión de la membrana respiratoria

Capacidad de difusión del oxígeno
En un hombre joven medio, la capacidad de difusión del O2 en condiciones de reposo es en promedio de 21 ml/min/mmHg. En términos funcionales, ¿qué significa esto? La diferencia media de presión de O2 a través de la membrana respiratoria durante la respiración tranquila normal es de aproximadamente 11 mmHg. La multiplicación de esta presión por la capacidad de difusión (11 × 21) da un total de aproximadamente 230 ml de oxígeno que difunden a través de la membrana respiratoria cada minuto, que es igual a la velocidad a la que el cuerpo en reposo utiliza el O2.
Aumento de la capacidad de difusión del oxígeno durante el ejercicio
Durante el ejercicio muy intenso u otras situaciones que aumentan mucho el flujo sanguíneo pulmonar y la ventilación alveolar, la capacidad de difusión del O2 aumenta en los hombres jóvenes hasta un máximo de aproximadamente 65 ml/min/mmHg, que es el triple de la capacidad de difusión en situación de reposo. Este aumento está producido por varios factores, entre los que se encuentran:
1) la apertura de muchos capilares pulmonares previamente cerrados o la dilatación adicional decapilares ya abiertos, aumentando de esta el área superficial de la sangre hacia la que puede difundir el O2, y 2) un mejor equilibrio entre la ventilación de los alvéolos y la perfusión de los capilares alveolares con sangre, denominado cociente de ventilación-perfusión, que se analiza más adelante en este mismo capítulo. Por tanto, durante el ejercicio la oxigenación de la sangre aumenta no solo por el aumento de la ventilación alveolar, sino también por una mayor capacidad de difusión de la membrana respiratoria para transportar el O2 hacia la sangre.

Capacidad de difusión del dióxido de carbono
Nunca se ha medido la capacidad de difusión del CO2 porque el CO2 difunde a través de la membrana respiratoria con tanta rapidez que la Pco2 media de la sangre pulmonar no es muy diferente de la Pco2 de los alvéolos (la diferencia media es menor de 1 mmHg). Con las técnicas disponibles actualmente, esta diferencia es demasiado pequeña como para poderla medir.
Sin embargo, las mediciones de la difusión de otros gases han mostrado que la capacidad de difusión varía directamente con el coeficiente de difusión del gas particular. Como el coeficiente de difusión del CO2 es algo mayor de 20 veces el del O2, cabe esperar que la capacidad de difusión del CO2 en reposo sea de aproximadamente 400 a 450 ml/min/mmHg y durante el esfuerzo de aproximadamente 1.200 a 1.300 ml/min/mmHg.