miércoles, 29 de marzo de 2017

19 SISTEMA CIRCULATORIO HUMANO


Habiendo discutido en detalle muchos elementos del sistema circulatorio de los vertebrados, es conveniente no caer en la redundancia. Los seres humanos poseemos un sistema circulatorio mamífero particularmente típico.

Referencias generales: (Belk & Maier, 2013; Brusca et al., 2003; Goodenough & McGuire, 2012; Hoefnagels, 2015; Kardong, 2011; Karp, 2013; Mason et al., 2014; Moore, 2006; Rhoades & Bell, 2013; Sadava et al., 2014; Simon et al., 2013; Solomon et al., 2008; Starr et al., 2013; Stern et al., 2008; Wayne, 2009)

19.1 Resumen del sistema circulatorio mamífero

Los componentes principales del sistema cardiovascular humano son el corazón, la sangre, los vasos sanguíneos y los capilares, así como el sistema circulatorio linfático. En él están incluidos: la circulación pulmonar, un recorrido a través de los pulmones, donde se oxigena la sangre; y la circulación sistémica, el recorrido por el cuerpo para proporcionar sangre oxigenada. Un adulto promedio contiene aproximadamente 4,7 a 5,7 litros de sangre, lo que representa aproximadamente el 7% de su peso corporal total. La sangre se compone de plasma, glóbulos rojos, glóbulos blancos y plaquetas. También el sistema digestivo funciona con el circulatorio para proporcionar los nutrientes que el sistema necesita para mantener el bombeo del corazón.

Estructuralmente hablando, el sistema se divide en dos, la circulación mayor que va del corazón a los tejidos generales y de regreso al corazón; mientras que la circulación menor va del corazón a los pulmones y de regreso al corazón, sin órganos accesorios para el intercambio de gases.

Referencias generales: (Belk & Maier, 2013; Brusca et al., 2003; Goodenough & McGuire, 2012; Hoefnagels, 2015; Kardong, 2011; Karp, 2013; Mason et al., 2014; Moore, 2006; Rhoades & Bell, 2013; Sadava et al., 2014; Simon et al., 2013; Solomon et al., 2008; Starr et al., 2013; Stern et al., 2008; Wayne, 2009)

19.2 El corazón humano

Es el órgano principal del aparato circulatorio. En los animales vertebrados, incluyendo el hombre, es un músculo hueco que funciona como una bomba aspirante e impelente que impulsa la sangre a través de las arterias para distribuirla por todo el cuerpo. El corazón humano tiene el tamaño de un puño y un peso de 300 gramos que equivale al 0.40% del peso corporal, está situado en el centro de la cavidad torácica flanqueado a ambos lados por los pulmones. 

Los pulmones son asimétricos debido a la presencia del corazón, siendo el pulmón izquierdo alrededor de un 33% más pequeño que su contraparte derecha, eso se debe a que el espacio correspondiente al tercio faltante es dedicado al corazón, por lo que este se ubica solo un poco a la izquierda del pecho, demasiado a la izquierda o hacia arriba simplemente es el pulmón izquierdo “¡piénselo si desean matar vampiros!”. Su funcionamiento es idéntico al de cualquier corazón mamífero que ya tratamos en secciones anteriores.

Referencias generales: (Belk & Maier, 2013; Brusca et al., 2003; Goodenough & McGuire, 2012; Hoefnagels, 2015; Kardong, 2011; Karp, 2013; Mason et al., 2014; Moore, 2006; Rhoades & Bell, 2013; Sadava et al., 2014; Simon et al., 2013; Solomon et al., 2008; Starr et al., 2013; Stern et al., 2008; Wayne, 2009)

19.3 Las microcirculaciones capilares

La circulación de la sangre a todos los órganos posee características especiales que se encuentran adaptadas para suplir necesidades concretas de las funciones especializadas de cada órgano. En este subsección examinaremos las características únicas de la circulación sanguínea en el corazón, el cerebro, el intestino delgado, el hígado, el músculo esquelético, la piel, el pulmón, el riñón y el feto.

19.3.1 Circulación coronaria


La circulación coronaria provee un flujo de sangre al corazón, lo cual puede parecer estúpido ya que el corazón maneja volúmenes importantes de oxígeno. El problema radica en el hecho de que el endotelio del corazón que están en contacto con la sangre en su interior aísla la sangre allí contenida de transportar gases metabólicos al miocardio, y en consecuencia este debe ser alimentado hacia afuera por medio de las arterias coronarias.

El objetivo de la circulación coronaria más concretamente no es el corazón como un todo, sino el músculo que rodea al corazón y que le permite contraerse, al cual denominamos miocardio. El miocardio es el único músculo que nunca descansa realmente, por lo que siempre debe consumir oxigeno aun en condiciones de no ejercicio corporal. Es más, en estas condiciones basales, el miocardio consume tanto o más oxígeno que una masa igual de músculo estriado realizan un ejercicio vigoroso. Y lo más importante, este consumo basal dete multiplicarse por dos, tres o hasta cinco veces a medida que el cuerpo ingresa en un ejercicio vigoroso.

Aunque parezca paradójico, el órgano que más demanda oxígeno es también uno de los que tiene mayores restricciones para su obtención debido a su propia fisiología. El flujo de sangre a través del miocardio ocurre principalmente durante la diástole ya que las fibras están relajadas y esto permite el acceso de la sangre, por el contrario, durante la sístole las fibras se tensan y la sangre es expulsada de los capilares del miocardio. La dependencia cardiaca de recibir la mayoría de su oxigeno durante la diástole no presenta efectos deletéreos obvios en el flujo de sangre coronaria total aun durante el ejercicio vigoroso, sin embargo las personas con arterias coronarias comprometidas por arteriosclerosis, un aumento de tiempo en el cual el corazón está comprimido puede afectar las células del miocardio con principios de isquemia.

Algunos mamíferos como los perros poseen una red de conexiones microvasculares de respaldo entre las arterias epicardiacas principales, y se denominan canales colaterales. Un bloqueo total de una de las arterias del epicardio no crea necesariamente un infarto debido a que la sangre puede ser desviada  a los canales colaterales. Los seres humanos no somos tan afortunados debido a que hemos perdido casi todos nuestros canales colaterales en el curso de la evolución, así que el bloqueo de una de las arterias principales es casi una sentencia de muerte. Sin embargo, si el individuo sobrevive a uno o más eventos de hipoxia en el miocardio, los canales colaterales crecen para crear una desviación coronaria natural que ayuda a mantener al individuo activo por un poco más de tiempo.


19.3.2 Circulación cerebral

En el ser humano el principal órgano vital es el cerebro. De hecho en la actualidad el órgano que se emplea como estándar para determinar la muerte biológica es el cerebro, debido a que aun cuando el corazón se detenga, este puede reanimarse, pero si el cerebro para no puede reactivarse de nuevo. La mayor causa de heridas cerebrales es la hipoxia causada por accidentes vasculares en el cuello o en el cerebro, debido a la oclusión de las capilares debido a procesos arterioscleróticos o aneurismas que ocurren como resultado del taponamiento de los conductos.

La microcirculación cerebral tiene muchas características en común con la microcirculación coronaria. El cerebro y el corazón poseen altísimas tasas metabólicas, extraen enormes cantidades de oxígeno de la sangre y poseen una habilidad muy limitada de conducir rutas metabólicas anaeróbicas en situaciones de estrés por falta de oxígeno. Un aspecto interesante de la fisiología sanguínea del cerebro es que las regiones evolutivamente antiguas poseen una capacidad para regular la presión sanguínea y sobrevivir fácilmente a situaciones de hipoxia, asegurando que los órganos vitales mantengan su funcionamiento, sin embargo esta habilidad se puede paulatinamente a medida que se llega a las regiones evolutivamente más recientes, hasta llegar al corteza que tiene poca o nula habilidad para regularse, y en consecuencia la conciencia que allí reside es un sensible a la falta de oxígeno.

Otra característica de la circulación cerebral es que los vasos sanguíneos son capaces de adaptarse a condiciones de alta o baja presión sanguínea siempre y cuando dichos cambios sean graduales, un par de semanas son suficientes como para que el cerebro se adapte y opere con normalidad, sin embargo el cerebro es muy sensible a los cambios de presión instantáneos o rápidos, esto se debe a que los vasos sanguíneos del cerebro son inmunes a las hormonas vasodilatadoras y vasoconstrictoras. 


19.3.3 Microcirculación intestinal

El intestino delgado completa la digestión química de los alimentos y absorbe la mayoría de los nutrientes para el sostenimiento del resto del organismo. El consumo basal de sangre del intestino delgado es del 20% y el uso de oxígeno también es de un 20%, lo cual representa un quinto de toda la función cardiaca. Cuando se consume alimento en gran cantidad ambos valores se elevan a un 40%, lo cual implica que la irrigación sanguínea durante la actividad intestinal requiere de mucha energía.

Si se realiza ejercicio intenso justo después de haber comido, el flujo sanguíneo a través del intestino disminuye a la mitad de lo normal, esto retrasa la absorción de los nutrientes, pero no causa ningún efecto colateral grave. Una vez que el estrés energético al cual se somete el cuerpo termina, el flujo de sangre al intestino retorna. Esta prelación es evolutiva, ya que en el ambiente un animal debe cuidar su supervivencia, y si el alimento ya se encuentra en su intestino bien puede esperar a que la situación de peligro pase, para poder seguir con su proceso de digestión.

La vascularización del intestino delgado es compleja. Las arterias y venas intestinales penetran la pared muscular  y forman una red capilar en la submucosa. Las capas musculares reciben pequeñas arteriolas de plexo submucoso, otras arteriolas pequeñas continúan individualmente hacia la submucosa profunda alrededor de las glándulas y la mucosa de los vellos. Toda la red capilar de la submucosa puede regular el flujo de sangre que fluye a través de ellas.

Debido a que el intestino se encuentra en contacto casi directo con los nutrientes, la sangre que este obtiene solo se requiere por su contenido de oxígeno y porque es el mecanismo para disponer de sus desechos metabólicos. Esto hace que cuando el intestino se encuentra en la condición basal metabólica posea poca o nula capacidad para autorregular su flujo sanguíneo, mientras que cuando la sangre fluye a través de él, el intestino es capaz de regular su flujo. La mucosa intestinal recibe entre el 60% y el 70% del volumen total de sangre que se dirige al intestino en total. Este volumen de sangre puede exceder el consumo basal del cerebro y el corazón, lo cual explica porque después de una comida fuerte el cuerpo se siente lento y con sueño, toda la energía se la está siendo consumida por el intestino.

19.3.4 Circulación hepática

La circulación hepática irriga uno de los órganos más grandes del cuerpo, el hígado. El hígado se encarga principalmente de mantener la composición sanguínea del plasma sanguíneo. Por ejemplo, todas las proteínas del plasma son producidas por el hígado, y el hígado se encarga además de almacenar y dispensar glucosa a partir del glucógeno en inventario. El hígado también filtra la sangre de eritrocitos viejos, bacterias y metabolismos secundarios internos o externos.

El hígado humano tiene un flujo de sangre importante, pero no tan destacable siendo apenas un cuarto de lo que subsume el corazón en su estado base. La sangre proviene tanto de la arteria hepática que ya ha pasado por el estómago, el intestino delgado, el páncreas, el vaso y algunas porciones del intestino grueso, así como del sistema de venas portal que regresan del intestino delgado. La sangre del sistema portal representa entre un 67% a un 80% del total del volumen sanguíneo que ingresa al hígado. La regulación de la cantidad de sangre que ingresa al hígado es un proceso dinámico. La sangre arterial hepática aumenta o disminuye en función de la cantidad de sangre que ingresa desde el sistema portal, manteniendo al hígado con una homeostasis en su volumen sanguíneo. Este mecanismo se denomina como tampón arterial hepático, y puede compensar hasta una disminución del 25% de la sangre proveniente del sistema portal. El mecanismo exacto que permite realizar esto se encuentra aún en investigación, pero se asume que es un mecanismo hormonal.

Justo después de una comida fuerte y de que el intestino hubiera absorbido los nutrientes, estos son almacenados en la sangre y conducidos a partir del sistema portal al hígado. Durante este evento la presión sanguínea depende principalmente de los capilares intestinales y de las propias venas porta, más que de la regulación hormonal propia del hígado.

19.3.5 Microcirculación del músculo esquelético

La microcirculación del musculo esquelético involucra al tejido con mayor masa del cuerpo. Cerca del 30% al 40% de la masa de un humano adulto. El consumo de oxígeno por parte del músculo esquelético en el estado base es bajo, pero debido a su masa representativa, su consumo total representa uno de los objetivos principales para la distribución del gas de oxígeno a lo largo del cuerpo. El flujo de sangre a través del músculo esquelético puede aumentar 10 veces, 20 veces o más durante la máxima vasodilatación asociada con el ejercicio aeróbico de alto rendimiento. 

Durante este instante el metabolismo de demanda de oxígeno y nutrientes y su respectiva emisión de dióxido de carbono y desechos aumenta de forma comparable. Durante este momento el flujo sanguíneo a través de los músculos puede llegar a tres o más veces el consumo cardiaco basal, aunque evidentemente en ese instante el corazón también se encuentra en un estado de mayor consumo. Toda esta sangre se obtiene del intestino, el estómago y el hígado que se vacían casi completamente.

19.3.6 Microcirculación cutánea

La estructura vascular capilar cambia dependiendo de la ubicación. En todas las áreas sin embargo, se pueden distinguir tres secciones. La primer sección se encuentra en la dermis profunda, allí se extienden vénulas y arteriolas principales que envían y recolectan sangre desde las capas más superficiales. La segunda sección se encuentra en dermis superficial donde se genera una primer red capilar que alimenta a las células con nutrientes y oxígeno. La tercera sección más externa se encuentra en la epidermis, allí los capilares forman arcos de radiación, los cuales se encargan precisamente de radiar la energía sobrante en forma de radiación electromagnética infrarroja, y su análogo más sencillo es la del radiador de un carro. En este sentido la sangre cumple con la función de enfriamiento del cuerpo a través de la piel.

Debido a que el agua tiene una capacidad calorífica mucho mayor que la del aire, si la piel está mojada el proceso de radiación de calor es más efectivo, por tal razón las zonas que se calientan más fácil se encuentran asociadas a glándulas exocrinas que emiten sudor. El contenido de agua aumenta según la necesidad de radiar calor, o aumenta el contenido de grasa según la zona está más relacionada con los caracteres sexuales secundarios. Este patrón experimenta cambios en las manos, pies, orejas, nariz y algunas áreas del rostro donde la red capilar intermedia proliferan bastante, en contraste con las extremidades y el torso donde es limitada. A una temperatura fresca de unos 25°C y baja humedad los vasos sanguíneos se encuentran significativamente contraídos por medio de la emisión de noradrenalina por parte de los nervios simpáticos que inervan todas las áreas de la circulación. 

La piel es el órgano más grande y representa del 10% al 15% de toda la masa corporal, siendo la interfase del cuerpo con el ambiente externo. La principal función de la piel es la protección del cuerpo del ambiente externo, y su función al estar combinada con el sistema circulatorio es la regulación del calor corporal, sea este producido internamente, o que el ambiente lo emita o lo absorba. Cuando no es necesario radiar calor los vasos sanguíneos de los capilares se mantienen cerrados, evitando que la sangre fluya cerca de la superficie, lo cual aísla el calor del medio externo. Por el contrario, si se necesita radiar calor, los capilares se abren permitiendo que la sangre fluya cerca de la piel.

La piel como tal tiene una de las tasas metabólicas más bajas de todos los órganos y requiere relativamente poca sangre para mantener sus condiciones basales. En consecuencia a pesar de su masa relativamente extensa, su metabolismo base no plantea mayores requerimientos en su demanda de sangre. Sin embargo en climas cálidos y húmedos la demanda de emitir el calor hace que la piel seas un reservorio importante de la sangre, lo cual va en detrimento de otros sistemas de órganos.

19.3.7 Microcirculación pulmonar y renal

Al microcirculación pulmonar tiene pocos detalles del lado de la sangre, sin embargo hay que recordar que estos capilares no están en contacto con un tejido interno, sino con los alveolos que están en contacto con un ambiente semi-externo. 

Todos sabemos que el intercambio de gases con un fluido depende del área de intercambio, a mayor área mayor intercambio de gases. Adicionalmente la superficie de los alveolos debe estar húmeda para que el gas en fase gaseosa se disuelva a una fase disuelta donde si puede hacer el transporte pasivo a los capilares sanguíneos. Esto provoca una situación delicada al alveolo, este debe estar húmedo, pues de lo contrario no hay flujo de gases, pero solo a un mínimo necesario, si aumenta el fluido la tasa de intercambio de gases entre el fluido pulmonar y el aire pulmonar disminuye, proceso denominado edema pulmonar.

En cuanto a la microcirculación renal, sus detalles están relacionados a la estructura anatómica denominada el asa de Henle. En resumen se trata de un intercambio de sustancias muy complejo ya que el plasma debe intercambiar desechos y nutrientes con la orina en formación en varios ciclos antes de que se forme la orina definitiva con los desechos. 

19.3.8 Microcirculación fetal

El desarrollo del feto humano depende de que reciba nutrientes y de que pueda eliminar los desechos, cosa que no puede hacer por si mismo, aproximadamente al séptimo día de la concepción la blástula que sale de la trompa de Falopio debe encontrar su camino hacia el endometrio. Cuando el embrión entra en contacto con el endometrio, parte de su estructura formará al feto, pero otra parte que es la más externa formará una estructura de sostenimiento e interacción con la madre, las membranas embrionarias, de las cuales debemos subrayar a la placenta.

La placenta fetal humana libera hormonas que permiten el desarrollo de un sistema circulatorio embrionario sostenido a partir de dos arterias umbilicales, que se desprenden de las arterias iliacas internas, y una sola vena umbilical. En el sistema cardiovascular fetal el orden de vena/arteria y sus funciones se encuentran invertidas. La vena umbilical transporta la sangre oxigenada y los nutrientes hacia el feto desde el cuerpo de la madre, mientras que las arterias se encargan de drenar dióxido de carbono y desechos metabólicos.

Resulta curioso que a pesar de la enorme transferencia de nutrientes y desechos entre la madre y el feto, no se compartan de forma significativa los elementos celulares, en otras palabras hay muy poco intercambio de glóbulos rojos y glóbulos blancos entre la madre y el feto. Esta aparente paradoja es posible debido a que la sangre maternal y fetal se mantienen casi completamente separadas gracias al villus placentario. El Villus placentario es un espacio de separación entre la circulación del feto y la madre, los capilares de ambos permiten el flujo de sustancias a través del villus, pero mantiene aislado el flujo de células.

Los capilares insertados en el villus placentario se denominan vasculares placentarios, y la complejidad de su ramificación depende de la concentración de nutrientes y/o desechos en ambos lados de la relación madre feto. Si los nutrientes disminuyen del lado de la madre, la complejidad de su vascular placentario aumenta, incrementando de este modo el área de intercambio de sustancias. Esto permite regular el equilibrio de sustancias entre madre y feto manteniendo la homeostasis.

Durante el desarrollo fetal, el tejido fetal invade y causa una degeneración parcial del endometrio materno. El resultado despues de unas 10 a 16 semanas de gestación es un espacio entre el villus y el tejido materno vivo que se encuentra lleno se sangre. En lugar de capilares solo hay un espacio cavernoso lleno de sangre estancada. Para el final de la gestación el feto representa el consumo de un órgano de alta demanda, tomando entre el 15% al 25% de la sangre que sale del corazón en el estado base, por esta razón una madre gestante no puede realizar ejercicios demandantes al final de su gestación. En comparación la placenta representa la mitad de la emisión sanguínea del corazón del feto.

Referencias generales: (Belk & Maier, 2013; Brusca et al., 2003; Goodenough & McGuire, 2012; Hoefnagels, 2015; Kardong, 2011; Karp, 2013; Mason et al., 2014; Moore, 2006; Rhoades & Bell, 2013; Sadava et al., 2014; Simon et al., 2013; Solomon et al., 2008; Starr et al., 2013; Stern et al., 2008; Wayne, 2009)


19.4 El sistema circulatorio y el ejercicio

Tu corazón (conocido con frecuencia como el miocardio, lo que significa músculo del corazón) es una bomba muscular de cuatro cámaras del tamaño de tu puño y se localiza ligeramente hacia la izquierda del centro de tu pecho. Su trabajo es bombear sangre a tu cuerpo. Cuando haces ejercicio, tu ritmo cardíaco puede aumentar de un promedio de descanso de 72 latidos por minuto, a 200 o más dependiendo de tu condición física y edad. Conforme adquieras más condición, tu corazón se vuelve más fuerte y tu ritmo cardíaco en descanso disminuirá. Las personas que están en forma, con frecuencia tienen ritmos cardíacos bajos en reposo; este ritmo en atletas altamente entrenados puede ser tan bajo como 30 latidos por minuto.

Tu cuerpo usa los vasos sanguíneos para transportar la sangre a todo tu cuerpo. Las arterias toman la sangre del corazón; las venas la regresan a él y los capilares dejan y recogen la sangre de tus músculos y pulmones. Cuando te ejercitas, la hormona adrenalina provoca que tus vasos sanguíneos se expandan de manera que un volumen de sangre mayor al normal pueda pasar mediante ellos. Esto se llama vasodilatación, una respuesta a corto plazo del cuerpo al ejercicio, y es una de las razones por la que tus vasos sanguíneos pueden volverse más prominentes durante el ejercicio. Como respuesta a largo plazo, tu cuerpo establece nuevos capilares para que el oxígeno pueda entregarse mejor, y se pueda remover más dióxido de carbono de tus músculos en movimiento.

Cuando te ejercitas, la sangre se desvía de órganos no esenciales, como aquellos involucrados con tu sistema digestivo y reproductivo, y hacia tus músculos. Ésto se llama acumulación de sangre y asegura que los músculos que están trabajando obtengan tanto oxígeno como necesitan. Una vez que has terminado tu ejercicio extenuante, es importante motivar a que esa sangre acumulada se mueva de los músculos y regrese a la circulación general, lo que comúnmente se logra realizando un enfriamiento que consista en ejercicio cardiovascular ligero y estiramientos. La sangre acumulada que se queda en los músculos se relaciona con la aparición de dolor después del ejercicio.

Tu sangre contiene tres tipos diferentes de células: las células blancas que combaten las infecciones, plaquetas que ayudan a la coagulación de la sangre y las células rojas que transportan el oxígeno. Dichas células están suspendidas en un líquido llamada plasma, que es principalmente agua. Cuando te ejercitas, las células sanguíneas se saturan con oxígeno en su esfuerzo para asegurar que cantidades suficientes de este componente estén disponibles para tus músculos. Como beneficio a largo plazo del ejercicio, la cantidad de células rojas aumentan conforme a adquieras más condición, y así eres más hábil para transportar mayores cantidades de oxígeno en tu cuerpo.

Cuando se ejercita el tiempo suficiente, a un nivel aeróbico el hígado aumenta la producción de la lipoproteína de alta densidad o HDL. Esta lipoproteína se encarga de recolectar la grasa dispersa en los vasos sanguíneos y retornarla al hígado, donde será redistribuida por medio de la lipoproteína de baja densidad a los músculos para que estos puedan tener energía para moverse. Es importante hacer ejercicio de modo tal que la HDL siempre esté en altas concentraciones y la grasa no se acumule en las arterias y en los vasos capilares, especialmente en los capilares coronarios o en los capilares cerebrales, donde pueden desembocar en la arteriosclerosis, con la consecuencia final de un infarto fulminante al miocardio o un infarto cerebral.

Referencias generales: (Belk & Maier, 2013; Brusca et al., 2003; Goodenough & McGuire, 2012; Hoefnagels, 2015; Kardong, 2011; Karp, 2013; Mason et al., 2014; Moore, 2006; Rhoades & Bell, 2013; Sadava et al., 2014; Simon et al., 2013; Solomon et al., 2008; Starr et al., 2013; Stern et al., 2008; Wayne, 2009)


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