UNIDAD 2
La viscosidad sanguínea
La
viscosidad sanguínea se la puede determinar principalmente por una prueba muy
conocida, que es el hematocrito (proporción en volumen de los eritrocitos, que
usualmente se encuentra en el rango de 0.45 a 0.55). Se ha descrito
experimentalmente que principalmente dos condiciones producen una respuesta
no-newtoniano de la sangre en condiciones fisiológicas, a saber:
a) Bajas
tasas de cizallamiento, en las cuales la viscosidad tiende a aumentar y
b)
Diámetro del vaso inferior a 100 μm, en los cuales la viscosidad tiende a
disminuir.
Este
último efecto es el de mayor relevancia fisiológica y se denomina efecto
Fahreus-Lindqvist. Este se atribuye al incremento relativo del espesor de capa
libre de células respecto al radio del vaso y al alineamiento axial de los
eritrocitos.
En vasos
sanguíneos de diámetro considerablemente mediano hasta uno de gran calibre para
el paso de eritrocitos, así como la capa limite libre de células adyacente al
endotelio es despreciable, en comparación con el diámetro del vaso. De la misma
forma, En estos vasos los índices de cortes, presiones arteriales y velocidades
son considerablemente superiores comparándose con la microcirculación. Esto
hace que en condiciones fisiológicas la relación entre el esfuerzo cortante y
la tasa de cizallamiento de la sangre sea lineal (viscosidad constante) en los
grandes vasos, esto es, se comporta como un fluido newtoniano, por tanto, puede
simularse su flujo adecuadamente despreciando su estructura corpuscular y
aplicando la teoría del continuo.
Figure 1: Elementos formes dentro de un capilar
Referente a las medidas geométricas
empleadas, algunos autores optan a reducciones con volúmenes comunes, de las
cuales sus dimensiones aciertan con las medidas promedio de longitud y diámetro
de los vasos sanguíneos. Para el correcto estudio de los grandes vasos se ha
podido utilizar la información obtenida de una Tomografía Axial computarizada
para el modelado del dominio de simulación, generalmente, en pacientes sanos. (William, 2016)
Flujo
sanguíneo
El flujo sanguíneo es el volumen de
sangre que fluye a través de cualquier tipo de tejido en un determinado lapso
de tiempo, se mide con las magnitudes de Ml/min. El flujo sanguíneo total se
refiere al volumen minuto cardiaco o gasto cardiaco, siendo este la cantidad de
sangre en volumen que circula a través de los vasos sanguíneos sistémicos (o
pulmonares) en cada minuto. Es importante tener en cuenta que el gasto cardiaco
va a depender mucho de la frecuencia cardiaca y del volumen sistólico. Gasto
cardíaco es igual a la frecuencia cardíaca X volumen sistólico. La distribución
del gasto cardíaco entre las vías circulatorias que irrigan los diferentes
tejidos del organismo depende de dos factores más:
1)
La diferencia de presión que conduce al flujo sanguíneo a través de un tejido
2)
La Resistencia al flujo sanguíneo en los vasos sanguíneos específicos. La
sangre fluye de regiones de mayor presión a regiones de menor presión: a mayor
diferencia de presión mayor flujo sanguíneo. Pero si hay una mayor Resistencia,
menor flujo sanguíneo.
Velocidad del flujo sanguíneo
Anteriormente se había mencionado
que el flujo sanguíneo se definía como el volumen sanguíneo que fluye a través
de un determinado tejido en un lapso de tiempo representándose en magnitudes
físicas de Ml/min. La velocidad del flujo sanguíneo el cual se representa en
cm/seg, se relaciona de manera inversa con el área de transversal. La velocidad
será menor en donde el sitio de sección transversal sea mayor. Cada vez que hay
una bifurcación arterial, el área de sección transversal de todas sus
divisiones será mayor que el área de sección original, entonces, el flujo
sanguíneo la velocidad de la sangre dentro de las arterias va ir disminuyéndose
a medida que se va alejando del corazón, hasta llegar a su punto más lento en
los capilares. Mientras que las vénulas se van uniendo para formar las venas,
el área de sección transversal se vuelve menor y el flujo se torna más rápido.
Figure 2: Capilares y sus eritrocitos, vista
esquemática
En las personas adultas, el área de
corte transversal de la arteria aorta es de 3-5 centímetros cuadrados, y la
velocidad promedio de la sangre es allí de 40 cm/seg. En los capilares, el área
de sección transversal total es de 4500 a 6000 centímetros cuadrados, y la
velocidad del flujo sanguíneo es menor a 0,1 cm/seg. En las dos venas cavas
juntas, el área de sección transversal es de 14 centímetros cuadrados, y su
velocidad de flujo sanguíneo se reduce a medida que la sangre fluye partiendo
desde la aorta, siguiendo a las arterias, luego a las arteriolas y finalmente a
los capilares y va a aumentar cuando salga de los capilares y empiece a
retornar al corazón. Prácticamente es lento el índice de flujo a través de los
capilares, ayuda al intercambio de sustancias entre la sangre y el líquido
intersticial.
El
tiempo circulatorio es el tiempo que requiere la sangre para pasar desde
la aurícula derecha, a través de la circulación pulmonar, por la aurícula
izquierda, a través de la circulación sistémica bajando hasta el pie, y de
regreso a la aurícula derecha. En una persona en repos, el tiempo circulatorio
es, en condiciones normales, de alrededor de 1 minuto. (Z, 2015) .
Hemodinámica
La hemodinámica es aquella parte de
la biofísica que se encarga del estudio de la dinámica de la sangre en el
interior de las estructuras sanguíneas como arterias, venas, vénulas,
arteriolas y capilares, así como también la mecánica del corazón propiamente
dicha mediante la introducción de catéteres finos a través de las arterias de
la ingle o del brazo. Esta técnica conocida como cateterismo cardíaco permite
conocer con exactitud el estado de los vasos sanguíneos de todo el cuerpo y del
corazón.
El fluido se mueve por dentro de un
tubo cuando en el inicio la presión es superior a que existe al final del tubo,
pasando desde una zona con una gran presión hacia una zona donde disminuye
considerablemente.
Figure 3: resistencia media de los vasos sanguíneos
La resistencia depende de las dimensiones del
tubo y de la naturaleza del fluido, y mide las fuerzas de rozamiento o fricción
entre las propias moléculas del fluido y entre éstas y las moléculas de la
pared del tubo.
La velocidad con la que circula la sangre en el
interior de un tubo es directamente proporcional al flujo e inversamente
proporcional al área transversal del tubo.
Q (flujo o caudal) = ΔP (P1 – P2) / R
(resistencia)
El flujo o caudal (volumen/minuto) se define
también como el volumen circulante por un segmento transversal del circuito en
la unidad de tiempo:
Tipos de flujo
Flujo
laminar
En condiciones fisiológicas el tipo de flujo
mayoritario es el denominado flujo en capas o laminar. El fluido se desplaza en
láminas coaxiales o cilíndricas en las que todas las partículas se mueven sin
excepción paralelamente al eje vascular. Se origina un perfil parabólico de
velocidades con un valor máximo en el eje o centro geométrico del tubo. En el
caso del sistema vascular los elementos celulares que se encuentran en sangre
son desplazados tanto más fuertemente hacia el centro cuanto mayor sea su
tamaño
Flujo
Turbulento
En determinadas
condiciones el flujo puede presentar remolinos, se dice que es turbulento. En
esta forma de flujo el perfil de velocidades se aplana y la relación lineal
entre el gradiente de presión y el flujo se pierde porque debido a los
remolinos se pierde presión.
Figure 5:
Flujo
laminar y turbulento, gráfico que explica su disposición
Para determinar si el flujo es laminar o
turbulento se utiliza el número de Reynolds (NR), un número
adimensional que depende de:
r, radio (m) velocidad media (m/s),
densidad (g/cc) y la viscosidad (Pa.s).
En la circulación sanguínea en regiones con
curvaturas pronunciadas, en regiones estrechadas o en bifurcaciones, con
valores por encima de 400, aparecen remolinos locales en las capas limítrofes
de la corriente. Cuando se llega a 2000-2400 el flujo es totalmente turbulento.
Aunque la aparición de turbulencias no es deseable por el riesgo que tienen de
producir coágulos sanguíneos, se pueden utilizar como procedimientos
diagnósticos, ya que mientras el flujo laminar es silencioso, el turbulento
genera ruidos audibles a través de un estetoscopio.
Resistencia Cardiovascular
La resistencia cardio-vascular
es la oposición al flujo de la sangre debido a la fricción entre la sangre y
las paredes de los vasos sanguíneos. La resistencia cardiovascular depende de
·
El tamaño de la luz del vaso sanguíneo.
·
La viscosidad de la sangre.
·
El largo total del vaso sanguíneo.
Figure
6: corte transversal de la luz de un capilar
La resistencia vascular sistémica,
también conocida como resistencia periférica total, se refiere a todas las
resistencias vasculares ofrecidas por los vasos sanguíneos sistémicos. Los
diámetros de las arterias y las venas son grandes, por lo que su resistencia es
muy pequeña debido a que la mayor parte de la sangre no entra en contacto
físico con las paredes del vaso sanguíneo. Los vasos más pequeños (arteriolas,
capilares y vénulas) son los que contribuyen a la resistencia. Una función
importante de las arteriolas es controlar la resistencia vascular sistémica, y
por lo tanto la presión arterial y el flujo sanguíneo a determinados tejidos,
modificando sus diámetros. Las arteriolas sólo necesitan vaso contraerse y vaso
dilatarse levemente para tener un gran efecto en la resistencia vascular
sistémica.
Tamaño
de la luz
Cuanto más
pequeña la luz en un vaso sanguíneo, mayor la resistencia al flujo sanguíneo.
La resistencia es inversamente proporcional a la cuarta potencia del diámetro
de la luz del vaso sanguíneo. A menor diámetro del vaso sanguíneo, mayor la
resistencia que ofrece al flujo sanguíneo. Por ejemplo, si el diámetro de un
vaso sanguíneo disminuye a la mitad, su resistencia al flujo sanguíneo
incrementa 16 veces. La vasoconstricción estrecha la luz, y la vasodilatación
la agranda. Normalmente, las fluctuaciones instantáneas en el flujo sanguíneo a
través de un determinado tejido se deben a la vasoconstricción y vasodilatación
de las arteriolas del tejido. Cuando la arteriola se dilata, la resistencia
disminuye y la presión arterial cae. Cuando las arteriolas se contraen, la
resistencia aumenta y la presión arterial crece.
Figure
7: Vena y arteria y sus diferentes capas
La resistencia no puede medirse directamente
por ser una magnitud compuesta, pudiendo obtenerse de la ecuación inicial al
establecer un gradiente de presión entre dos puntos y medir el flujo que se
establece:
(mmHg. min/ml, URP → unidad de
resistencia periférica hemodinámica).
Su magnitud depende de las dimensiones del tubo
por donde circula el fluido, de su viscosidad y del tipo de flujo o corriente
que se realice.
Viscosidad
de la sangre
La viscosidad de la sangre depende
principalmente de la relación entre los glóbulos rojos y el volumen del líquido
plasmático, y en menor medida de la concentración de proteínas en el plasma. A
mayor viscosidad de la sangre, mayor resistencia. Cualquier situación que
incremente la viscosidad de la sangre, como la deshidratación o la policitemia
(número de glóbulos rojos inusualmente alto), incrementa entonces la presión
arterial.
Uno de los factores que determina la
resistencia al movimiento de los fluidos son las fuerzas de rozamiento entre
las partes contiguas del fluido, las fuerzas de viscosidad.
La viscosidad (η) se define como la propiedad
de los fluidos, principalmente de los líquidos, de oponer resistencia al
desplazamiento tangencial de capas de moléculas. Según Newton, resulta del
cociente entre la tensión de propulsión (τ) o fuerza de cizalladura y el
gradiente de velocidad (Δν) entre las distintas capas de líquidos.
Las unidades de η son Pascales/seg.
Los fluidos newtonianos u homogéneos son los
que muestran una viscosidad constante, como el agua, o las soluciones de
electrolitos; por el contrario, los fluidos no newtonianos, o heterogéneos,
presentan una viscosidad variable, es el caso de la sangre que se modifica
dependiendo de las dimensiones del tubo y del tipo de flujo. Cuando la
velocidad de la sangre se incrementa la viscosidad disminuye.
El largo total del vaso sanguíneo
La resistencia al flujo sanguíneo a
través de un vaso es directamente proporcional al largo de éste. A mayor
longitud del vaso sanguíneo, mayor resistencia. Las personas obesas a menudo
tienen hipertensión (presión arterial elevada) porque el vaso sanguíneo
adicional en su tejido adiposo incrementa la longitud total del árbol vascular.
Éstos desarrollan un estimado de 650 Km adicionales de vasos sanguíneos por
cada kilogramo de grasa. (Z, 2015) , (Borge, 2011)
Figure 9: sistema circulatorio incluyendo el sistema
mayor y menor
Ley de Poiseville
En flujos laminares que se desarrollan en tubos
cilíndricos, se pueden deducir las relaciones entre la intensidad del flujo, el
gradiente de presión y la resistencia o fuerzas de fricción que actúan sobre
las capas de envoltura.
La Ley de Poiseuille (o de Hagen-Poiseuille) es
una ecuación hemodinámica fundamental en la que se establece:
8 es el factor que resulta de la integración
del perfil de la velocidad.
Debido a que la longitud de los vasos y la
viscosidad son relativamente constantes, el flujo viene determinado básicamente
por el gradiente de presión y por el radio. De la ecuación representada,
destaca el hecho de que el radio al estar elevado a la cuarta potencia, se
constituye como el factor más importante. Si suponemos un vaso con un flujo de
1 ml/seg al aumentar el diámetro dos veces el flujo pasa a ser de 16 ml/seg, y
si el diámetro aumenta cuatro veces el flujo pasará a ser 256 ml/seg. Por esta
relación se puede justificar el papel preponderante que los cambios en el radio
del conducto juegan en la regulación del flujo sanguíneo.
La ecuación de Poiseuille está formulada para
flujos laminares de fluidos homogéneos con viscosidad constante, sin embargo,
en los vasos sanguíneos estas condiciones no siempre se cumplen; si la
velocidad del flujo es alta o si el gradiente de presión es elevado, se pueden
generar remolinos o turbulencias que modifican el patrón del flujo. Al
producirse turbulencias se necesitarán gradientes de presión mayores para
mantener el mismo flujo
Presión en el sistema
circulatorio
Presión
Sanguínea
La presión sanguínea es la presión existente en
los vasos sanguíneos y en el corazón necesaria para mantener la circulación de
la sangre en el organismo y, por tanto, para suministrar oxígeno a todo el
cuerpo.
La presión arterial (presión sanguínea en las arterias)
puede registrarse fácilmente, sin esfuerzo y de manera indolora, lo que supone
una ventaja tanto para los pacientes como para los médicos. Además la medición
de la presión arterial tiene un coste mínimo. Estos factores convierten los
controles de la presión en un método de reconocimiento disponible y aplicable
en prácticamente cualquier lugar. La presión sanguínea se mide en mmHg
(milímetros de mercurio). Los valores de presión arterial normales en los
adultos se sitúan aproximadamente en 120/80 mmHg, a partir de 140/90 mmHg se
habla de hipertensión arterial. La primera cifra se denomina “valor sistólico”;
la segunda es el “valor diastólico”
Figure
10: Medición de la presión arterial en un adulto
La presión
sanguínea representa la presión generada por el latido cardiaco y el transporte
de la sangre en los vasos sanguíneos. Se expresa en mmHg (milímetros de
mercurio) o en kPa (kilopascales, 1 mmHg = 133,322 Pa).
El nivel
de presión sanguínea depende fundamentalmente de tres factores:
· La tensión activa de los vasos sanguíneos
(tono vascular)
· La elasticidad de la pared vascular
· El débito cardiaco
El débito
cardiaco (o gasto cardiaco) hace referencia a la cantidad de sangre
(volumen) expulsada por el ventrículo izquierdo del corazón cada minuto. En los
adultos el débito cardiaco es de aproximadamente cuatro o cinco litros por
minuto en estado de reposo.
Definición de Hipertensión Arterial
Es una enfermedad caracterizada por
unos valores de tensión arterial demasiado altos. Pasa frecuentemente
desapercibida porque no manifiesta síntomas durante mucho tiempo. Sin embargo,
tener la tensión arterial muy alta daña el organismo a largo plazo. El paciente
no solo no tiene sensación de estar enfermo, sino que incluso en ocasiones se
nota más activo y con mayor capacidad de rendimiento.
Definición de Hipotensión Arterial
Los pacientes suelen percibir esta
condición con más facilidad que en el caso de hipertensión. Las personas
hipotensas se sienten a veces cansadas y faltas de energía. Además, se marean
con rapidez, por ejemplo, al levantarse tras pasar un tiempo sentadas o
tumbadas.
Figure
11: Esfingomanometro y sus diferentes componentes
Mecánica
circulatoria
En la
actividad normal del corazón, la distensión que presentan las fibras musculares
viene dada por el grado de llenado que tienen las cavidades cardíacas, es decir
por la cantidad de sangre que entra en el corazón procedente de las venas
(retorno venoso). A medida que se va cargando el corazón con volúmenes mayores
de sangre, las fibras presentarán un grado de distensión mayor y responderán
con una fuerza contráctil más alta, lo cual permitirá realizar el bombeo de
mayores volúmenes con mayor eficacia. Esta propiedad garantiza que el corazón,
en condiciones normales, bombea toda la sangre que recibe.
Las
células cardíacas tienen un metabolismo fuertemente aerobio, que les garantiza
un adecuado soporte de ATP. Para ello contienen muchas
Mitocondrias
y mioglobina, la cual les proporciona el color rojo. Si se compromete por
cualquier alteración el suministro de sangre u
Oxígeno a
las fibras, su capacidad de supervivencia es muy reducida y mueren.
Figure
12: disposición de las arterias y venas en un sistema normal
Presión
arterial Sistólica
Corresponde
al valor máximo de la tensión arterial en sístole (cuando el
corazón se contrae). Se refiere al efecto de presión que ejerce la sangre
eyectada del corazón sobre la pared de los vasos. (Onmeda, 2012)
Presión arterial Diastólica
Figure
13: proceso fisiológico del latido cardiaco
Valores de la presión arterial
Se obtienen por medio de una medición de la
presión. Una tabla de presión arterial permite determinar si estos valores son
demasiado elevados o se hallan dentro del rango normal. La medición de la
presión arterial se efectúa principalmente en la parte superior del brazo o en
la muñeca. Las personas de edad avanzada suelen conocer su presión, ya sea
porque padecen hipertensión y deben comprobar la efectividad de su tratamiento
o porque han de supervisarla regularmente con fines preventivos.
Anotar los valores obtenidos es una buena
opción para valorar la evolución y el nivel de presión arterial a lo largo de
varios días. En estos casos se habla también de una tabla de presión arterial.
Es importante indicar a qué hora se ha realizado la medición y si ha habido
alguna particularidad, por ejemplo esfuerzo físico, una comida o excitación
mental, ya que estos factores pueden modificar la presión a corto plazo, por lo
común la incrementan.
Valores
normales de la presión arterial
Los ejemplos indicados muestran que
los valores de presión arterial pueden fluctuar a corto plazo. No obstante, es
posible adjudicar valores medios normales de presión arterial a los diferentes
grupos de edad.
Categoría
|
Sistólica (mmHg)
|
Diastólica (mmHg)
|
0-3 meses
|
70-86
|
–
|
3-12 meses
|
86-93
|
60-62
|
1-9 años
|
95-101
|
65-69
|
9-14 años
|
101-110
|
68-74
|
Adultos
|
120-129
|
80-84
|
Hipertensión a partir de
|
140
|
90
|
Categoría
|
Sistólica (mmHg)
|
Diastólica (mmHg)
|
Óptima
|
Inferior a 120
|
Inferior a 80
|
Normal
|
120-129
|
80-84
|
Normal alta
|
130-139
|
85-89
|
Hipertensión de grado 1 (ligera)
|
140-159
|
90-99
|
Hipertensión de grado 2 (moderada)
|
160-179
|
100-109
|
Hipertensión de grado 3 (grave)
|
Superior o igual a 180
|
Superior o igual a 110
|
Hipertensión sistólica aislada
|
Superior o igual a 140
|
Inferior a 90
|
Figure
14: Valores normales de la presión sistólica y diastólica normal
Leyes de la velocidad y de la presión
Ley de la velocidad
A medida que
las arterias se alejan y se van dividiendo, aumenta la superficie de sección
del sistema vascular. En otras palabras, al dividirse una arteria en dos ramas,
la suma de la superficie de sección de éstas es mayor que la superficie de
sección de la arteria madre. De este modo, a medida que se aleja la sangre del
corazón, va ocupando un lecho cada vez mayor, y tiene su amplitud máxima al
nivel de los capilares.
Ley de la presión
La sangre circula en el sistema vascular debido a
diferencias de presión. La periódica descarga de sangre por parte del corazón y
la resistencia opuesta al curso de la sangre por el pequeño calibre de las
arteriolas, crean en el sistema vascular una presión que es máxima en la aorta,
cae bruscamente al nivel de las arteriolas y capilares y sigue, luego, cayendo
paulatinamente al nivel de las venas para ser mínima al nivel de las aurículas.
Volumen minuto
circulatorio
Se define gasto cardíaco o volumen minuto como la
cantidad de sangre bombeada cada minuto por cada ventrículo. De esta forma el
flujo que circula por el circuito mayor o menor corresponde a lo proyectado por
el sistema de bombeo. Se calcula mediante el producto del volumen sistólico,
(volumen impulsado en cada latido cardíaco) por la frecuencia cardiaca (número
de latidos o ciclos cardíacos por minuto). Para un individuo adulto medio, el
gasto cardíaco se encuentra entre 5-6 litros/min, aunque puede variar
dependiendo, por ejemplo, de la actividad que se esté realizando. (Borge, 2011)
Figure
15: Fórmula del gasto cardiaco
Circulación sistémica
La circulación sanguínea sistémica
es una parte del sistema cardiovascular o del sistema circulatorio. El sistema
circulatorio se divide en dos partes: la circulación sistémica y la circulación
pulmonar. En el primer caso, la sangre purificada a partir del corazón se
recoge con la ayuda de las arterias y se suministra a diferentes partes del cuerpo.
Luego, la sangre impura de diferentes partes del cuerpo es llevada al corazón
con la ayuda de las venas. Después viene el papel de la circulación pulmonar,
que consiste en la purificación de la sangre que se hace en los pulmones. El
corazón proporciona la sangre a los pulmones, donde se elimina el dióxido de
carbono de las células de la sangre y se sustituye por el oxígeno. Entonces
esta sangre oxigenada se transfiere al corazón para el proceso ulterior.
La vía de
circulación sistémica
La sangre
oxigenada
El proceso comienza cuando la sangre
oxigenada se envía al corazón humano a partir de los pulmones. La sangre llega
a la aurícula izquierda y luego el corazón bombea la sangre oxigenada al
ventrículo izquierdo. La sangre del ventrículo izquierdo se bombea a la arteria
principal conocida como la aorta. La aorta se divide en dos arterias
principales. Una arteria llega hasta el hombro y la cabeza y la otra baja a las
piernas, el estómago y otras partes inferiores del cuerpo. La arteria que sube
se divide en la arteria subclavia que va al hombro y la arteria carótida, que
suministra la sangre a la cabeza y la región del cuello.
Figure 16: Gran circulación sistémica
La sangre
desoxigenada
La sangre desoxigenada de la cabeza y la región
del cuello es llevada por la vena yugular. De la región del hombro, la sangre
es llevada por la vena subclavia. Ambas venas se juntan y forman la vena
principal conocida como la vena cava superior.
Desde la parte inferior del cuerpo, la vena
renal lleva la sangre de los riñones, la vena hepática del hígado y la vena
ilíaca de los genitales y las piernas. Estas venas se unen para formar la
vena cava inferior. La vena cava lleva la sangre desoxigenada a la aurícula
derecha del corazón, que se envía además a los pulmones para la purificación.
El proceso se repite y una circulación normal de la sangre se mantiene en todas
las partes del cuerpo. («La circulación sistémica», s. f.)
Circulación
Pulmonar
La circulación pulmonar juega un
papel activo en el intercambio gaseoso y viceversa, la composición del gas
alveolar produce cambios en la circulación pulmonar. La circulación pulmonar es
muy diferente de la sistémica. Se trata de un circuito de baja presión (10-20
mm Hg) y de gran capacitancia o adaptabilidad, con gran número de vasos
elásticos y de vasos que permanecen normalmente colapsados y pueden reclutarse
durante el ejercicio.
El circuito pulmonar recibe todo el gasto
cardiaco pero sus presiones son menores que las sistémicas y la presión de la
arteria pulmonar suele ser inferior a 25-30 mmHg...
Figure
17: Venas y arterias pulmonares
Circulación
fetal
Durante el desarrollo embrionario y
fetal la placenta actúa como un órgano que transfiere oxígeno y nutrientes
desde la sangre materna a la circulación fetal, ocurriendo lo inverso con los
desechos metabólicos fetales y con el dióxido de carbono. Esta situación hace
que la circulación fetal presente una conexión vascular con la placenta, a
través de los vasos umbilicales y, mediante puentes circulatorios.
Esta sangre, con una saturación de
un 80% de oxígeno, es conducida hacia el feto por medio de la vena umbilical.
1.
A nivel del hígado, una buena parte de la sangre de la vena umbilical
(el 60%) es derivado a través del ducto venoso hacia la vena cava inferior. La
fracción restante circula a través de los sinusoides hepáticos; vasos
sanguíneos que están participando de la elevada actividad metabólica del hígado
fetal.
2.
En el punto de abocadura en ducto venoso con la vena cava inferior se
produce una segunda mezcla de sangre oxigenada (contenida en el ducto venoso) y
sangre desoxigenada (contenida en vena cava inferior). A pesar de esta mezcla
la sangre transportada por la vena cava inferior hacia el atrio derecho
conserva un alto contenido de oxígeno.
3.
En el punto de abocadura en ducto venoso con la vena cava inferior se
produce una segunda mezcla de sangre oxigenada (contenida en el ducto venoso) y
sangre desoxigenada (contenida en vena cava inferior). A pesar de esta mezcla
la sangre transportada por la vena cava inferior hacia el atrio derecho
conserva un alto contenido de oxígeno.
4.
La sangre que pasa a través del foramen oval, se mezcla con la sangre de
las venas pulmonares que drenan en el atrio izquierdo
5.
Luego pasa al ventrículo izquierdo a través del orificio bicuspídeo.
Aquí, la sangre es eyectada por la aorta y sufrirá una quinta mezcla (sangre
oxigena y desoxigenada) en el punto de desembocadura del ducto arterioso con la
aorta descendente.
Figure
18: Circulación fetal, recorrido y mezclas de las diferentes sangres
Corazones
artificiales
Los
corazones artificiales, llamados dispositivos de asistencia circulatoria
mecánica, sirven para reemplazar total o parcialmente el trabajo de un corazón
gravemente enfermo, ya sea en forma aguda o crónica. El objetivo es mejorar la
función circulatoria y asegurar el aporte de sangre y oxígeno al resto de los
órganos vitales (cerebro, riñones, hígado, etc.). Un paciente estabilizado
puede entonces esperar por la recuperación de su propio corazón, esperar por un
trasplante cardíaco o incluso continuar el resto de su vida con un corazón
artificial. (Sheppard, 2012)
Figure
19: Corazón artificial
Aparato
Respiratorio.
Intercambio de
gases
El intercambio de gases es la provisión de
oxigeno de los pulmones al torrente sanguíneo y la eliminación de dióxido de
carbono del torrente sanguíneo a los pulmones. Esto tiene lugar en los pulmones
entre los alvéolos y una red de pequeños vasos sanguíneos llamados capilares,
los cuales están localizados en las paredes de los alvéolos.
Las paredes de los
alvéolos en realidad comparten una membrana con los capilares en la cual el
oxígeno y el dióxido de carbono se pueden mover libremente entre el sistema
respiratorio y el torrente sanguíneo. Las moléculas de oxígeno se adhieren a
los glóbulos rojos, los cuales regresan al corazón. Al mismo tiempo, las
moléculas de dióxido de carbono en los alvéolos son expulsadas del cuerpo con la
siguiente exhalación.
Figure
20: Membrana alveolo-capilar
Presiones respiratorias
Hay
cuatro presiones en el aparato respiratorio que han de ser consideradas a la
hora de analizar los movimientos respiratorios:
Presión bucal o atmosférica
Corresponde
a la del aire en la atmósfera.
Presión alveolar o
intrapulmonar.
Es la
presión del aire contenido en los alvéolos.
Presión pleural o
intrapleural.
Es la
presión que se mide entre las dos hojas de la pleura. Debido a las propiedades
elásticas de pulmón y tórax que traccionan en sentidos opuestos, el pulmón
hacia adentro y el tórax hacia fuera, se genera una presión intrapleural
negativa.
Presión transpulmonar.
Es una de las presiones transmurales que puede
medirse en el aparato respiratorio. Corresponde a la diferencia entre la
presión alveolar menos la presión pleural.
Estas
presiones se modifican a lo largo del ciclo respiratorio. (Borge, 2011)
Figure
21: Presión transpulmonar normal
Mecanismos que llevan y se
oponen al colapso pulmonar
Factores que
se oponen al colapso pulmonar
· La sustancia tensionactiva o surfactante
· La presión negativa intrapleural
Factores que
favorecen al colapso pulmonar
v
La elasticidad de las estructuras toracopulmonares y la tensión
superficial de los líquidos que revisten la superficie alveolar.
Para lograr expandir los pulmones
venciendo la elasticidad del tórax y los pulmones, los músculos inspiratorios
deben ejercer una fuerza determinada lo que nos lleva al concepto del trabajo
respiratorio.
Volúmenes y
capacidades pulmonares
Dependiendo de los diferentes
niveles de profundidad de las fases inspiratoria y espiratoria de la
respiración, se pueden diferenciar varios volúmenes de aire que se encuentran en
nuestros pulmones en un momento determinado. Igualmente se puede hacer
referencia a las diferentes capacidades pulmonares, cuando se suman
varios valores.
Volumen
de respiración pulmonar en reposo
Cantidad de aire que inspiramos (o espiramos)
en cada respiración en condiciones de reposo (500 mL de aire). (Z, 2015)
Volumen
de reserva inspiratorio
Cantidad máxima de aire que logramos
introducir en nuestros pulmones después de realizar una inspiración normal
(2500 mL de aire). (Z, 2015)
Volumen de reserva espiratorio
Cantidad máxima de aire que logramos
espirar después de finalizar una espiración normal (1200 mL de aire). (Z, 2015)
Volumen
residual
Cantidad de aire que se queda en los
pulmones después de finalizar una espiración máxima y profunda (1200 mL de
aire). (Z, 2015)
Capacidad pulmonar total
Cantidad de aire que se encuentra en
nuestros pulmones después de realizar una inspiración máxima y profunda. La
capacidad pulmonar total es el producto de la sumatoria de toso los volúmenes
pulmonares (5400 mL de aire). (Z, 2015)
Capacidad
vital pulmonar
Cantidad máxima de aire que podemos
respirar después de realizar una inspiración máxima y profunda (4200 mL de
aire). Es el resultado de la sumatoria de todos los volúmenes pulmonares,
exceptuando el volumen residual, cantidad de aire que nunca abandonará nuestros
pulmones por muy grande que sea nuestro esfuerzo espiratorio. (Z, 2015)
Capacidad
inspiratoria
Cantidad máxima de aire que podemos
inspirar después de finalizar una espiración normal en reposo (3000 mL de
aire). Equivale a la sumatoria del volumen de ventilación pulmonar en reposo y
del volumen de reserva inspiratorio. (Z, 2015)
Capacidad
funcional residual
Cantidad de
aire que se encuentra en nuestros pulmones después de finalizar una espiración
normal en reposo (2400 mL de aire). Es la sumatoria del volumen de reserva
espiratorio y del volumen residual. (Z, 2015)
Figure
22: Resumen de los volúmenes y las capacidades pulmonares
Importancia
del volumen residual
La conservación de un cierto volumen de aire en
las vías respiratorias cuando ya no somos capaces de expulsar más aire en la
espiración forzada, es esencial para mantener un equilibrio en la presión
interna de los alvéolos, aspecto vital para que los pulmones puedan mantener su
actividad con normalidad.
Si nuestros pulmones no conservaran
permanentemente un cierto volumen de aire residual, los alvéolos se vaciarían
normalmente, acabando aplastados y con ello colapsados por el aumento de la
presión de succión que se produce en su interior para compensar este vacío.
Este volumen de aire residual oscila entre 1 y
1,2 litros de aire según las personas.
A modo de conclusión, los volúmenes
respiratorios nos dan información sobre la cantidad de aire que el individuo es
capaz de movilizar en relación con los distintos tipos de esfuerzo
respiratorio, es decir el aire que se moviliza sin esfuerzo, el que se inhala
de manera aislada al forzar la inspiración, o el que se puede expulsar
exclusivamente en la espiración forzada. (Z, 2015)
Formas
químicas en que se transporta el CO2
La
solubilidad del oxígeno en el agua plasmática es muy baja, por lo que se
necesitaría que el corazón bombeara alrededor de 80 litros/minuto para
suministrar el oxígeno necesario para los requerimientos del organismo, y no
los 5 litros/minuto que bombea el corazón del cuerpo humano en estado de
reposo. Esto se explica porque organismo utiliza una proteína, la hemoglobina,
que aumenta la capacidad de la sangre para transportar oxígeno, recordemos que
una molécula de hemoglobina tiene capacidad para cuatro moléculas de oxígeno y
que además un eritrocito puede transportar 250 millones de moléculas de
hemoglobina.
La
hemoglobina saturada con oxígeno es de color rojo brillante, mientras que la
hemoglobina que ha perdido una o más moléculas de O2 tiene un color más oscuro.
A medida que la sangre atraviesa los tejidos, cede el O2y el porcentaje de
saturación de O2 disminuye, por esta razón la sangre venosa es más oscura que
la arterial. Cuando la cantidad de desoxihemoglobina aumenta demasiado la piel
y las membranas mucosas adoptan una coloración azulada, un proceso conocido
como cianosis. (Carmonar, 2008)
La
producción de dióxido de carbono (CO2) se realiza en los tejidos como resultado
del metabolismo celular, de donde es recogido por la sangre y llevado hasta los
pulmones. Aunque el dióxido de carbono es más soluble en los líquidos
corporales que el oxígeno, las células producen más CO2 del que se puede
transportar disuelto en el plasma. De modo que la sangre venosa transporta el
CO2de 3 maneras:
v Combinado con la hemoglobina (Hb) (20%)
v En forma de bicarbonato (73%)
v En solución simple (7%)
v Combinado con la HB: El 20% del CO2 que
penetra en la sangre que circula por los capilares tisulares es transportado
combinado con los grupos amino de la hemoglobina. Cuando el oxígeno abandona
sus sitios de unión en los grupos hemo de la Hb, el dióxido de carbono se une a
la Hb en sus grupos amino formando carbaminohemoglobina proceso que es
facilitado por la presencia de hidrogeniones (H+) producidos a partir del CO2
ya que el pH disminuido en los hematíes, disminuye la afinidad de la Hb por el
oxígeno.
v En forma de bicarbonato: Cerca del 75% del
CO2 que pasa de los tejidos a la sangre es transportado en forma de iones
bicarbonato (HCO3-) en el interior de los 23hematíes. El dióxido de carbono
difunde al interiorde los hematíes en donde reacciona con agua en presencia de
un enzima, la anhidrasa carbónica, para formar ácido carbónico.
v
En solución simple: El
CO2es muy soluble en agua y la cantidad del que es transportado en solución
depende de su presión parcial, aunque en condiciones normales solo un 7-10% del
transporte del CO2se realiza en solución, disuelto en el plasma. (Palacios)
Figure
23: Intercambio gaseoso
Unidad
Respiratoria
Membrana
respiratoria
Las
paredes alveolares son muy delgadas y sobre ellas hay una red casi sólida de
capilares interconectados entre sí. Debido a la gran extensión de esta red
capilar, el flujo de sangre por la pared alveolar es descrito como laminar y,
por tanto, los gases alveolares están en proximidad estrecha con la sangre de
los capilares. Por otro lado, los gases que tienen importancia respiratoria son
muy solubles en los lípidos y en consecuencia también son muy solubles en las
membranas celulares y pueden difundir a través de éstas, lo que resulta
interesante porque el recambio gaseoso entre el aire alveolar y la sangre
pulmonar se produce a través de una serie de membranas y capas que se denominan
en conjunto, membrana respiratoria o membrana alvéolo-capilar.
A pesar
del gran número de capas, el espesor global de la membrana respiratoria varía
de 0.2 a 0.6 Micras y su superficie total es muy grande ya que se calculan unos
300 millones de alvéolos en los dos pulmones. Además, el diámetro medio de los
capilares pulmonares es de unas 8 micras lo que significa que los glóbulos
rojos deben deformarse para atravesarlos y, por tanto, la membrana del glóbulo
rojo suele tocar el endotelio capilar, de modo que el O2 y el CO2 casi no
necesitan atravesar el plasma cuando difunden entre el hematíe y el alvéolo por
lo que aumenta su velocidad de difusión.
La
difusión del oxígeno y del dióxido de carbono a través de la membrana
respiratoria alcanza el equilibrio en menos de 1 segundo de modo que cuando la
sangre abandona el alvéolo tiene una PO2 de 100 mmHg y una PCO2 de 40 mmHg,
idénticas a las presiones parciales de los dos gases en el alvéolo. (Palacios)
Regulación de larespiración
La
respiración se realiza a consecuencia de la descarga rítmica de neuronas
motoras situadas en la médula espinal que se encargan de inervar los músculos
inspiratorios. A su vez, estas motoneuronas espinales están controladas por 2
mecanismos nerviosos separados pero interdependientes:
· Un sistema VOLUNTARIO, localizado en la
corteza cerebral, por el que el ser humano controla su frecuencia y su
profundidad respiratoria voluntariamente, por ejemplo, al tocar un instrumento
o al cantar.
· Un sistema AUTOMÁTICO O INVOLUNTARIO,
localizado en el tronco del encéfalo que ajusta la respiración a las
necesidades metabólicas del organismo, es el centro respiratorio (CR) cuya
actividad global es regulada por 2 mecanismos, un control químico motivado por
los cambios de composición química de la sangre arterial: dióxido de carbono
[CO2], oxígeno [O2] e hidrogeniones [H+] y un control no químico debido a
señales provenientes de otras zonas del organismo. (Palacios)
Figure
24: Sistema autónomo de los pulmones
Regulación de la actividad
de los centros respiratorios
Generan
el ritmo respiratorio basal, procesan la información de los sensores y
modifican, en consecuencia, su nivel de actividad.
Los
controladores o centros respiratorios tienen las siguientes funciones:
1.
Establecer
el ritmo de la respiración y actuar como generadores centrales del patrón
respiratorio.
2.
Transmitir
ese ritmo central a las motoneuronas que inervan los músculos respiratorios.
3.
Ajustar
el ritmo respiratorio y de la respuesta motora a las necesidades metabólicas
(funciones homeostáticas), así como para cubrir las funciones conductuales y
voluntarias (funciones no homeostáticas).
4.
Utilizar
el mismo gasto de energía para llevar a cabo varias funciones.
Los
experimentos de transección a distintos niveles del SNC permitieron concluir
que los centros encargados del control automático del ritmo respiratorio se
localizaban en el tronco encefálico; en función este resultado se hablaba de:
· Centro neumotáxico, parte rostral de la
protuberancia
· Centro apnéustico, en la parte ventral
· Serie de centros bulbares (principales
responsables del ritmo respiratorio)
Los
centros neumotáxico y apnéustico (o centros suprabulbares) se encargan de
modular y afinar el centro respiratorio.
· Centro neumotáxico
Está
compuesto por neuronas que se agrupan en 2 núcleos, situados en la parte
rostral de la protuberancia:
v Núcleo parabraquial medial
v Núcleo de Köliker-Fuse
Función: Modular
los centros respiratorios bulbares, pues la estimulación de las neuronas del
neumotáxico desactiva la inspiración, regula el volumen inspiratorio y, en
consecuencia, la frecuencia respiratoria, lo cual apunta hacia el hecho de que
no parece participar en la génesis del ritmo respiratorio, ya que puede existir
un patrón normal en su ausencia.
· Centro apnéustico
Su
localización hística aún no está bien precisada, pero parece estar formado por
una red neuronal difusa, ubicada en la formación reticular de la protuberancia.
Función: Se estima que es el centro o lugar de
proyección e integración de diferentes tipos de información aferente, que
pueden finalizar la inspiración (interruptor inspiratorio); proceso
identificado en inglés con las siglas IO-S (inspiratory-off switch).
Tanto la
estimulación vagal, por el aumento del volumen pulmonar, como la del centro
neumotáxico activan las neuronas IO-S y hacen que acabe la fase de inspiración.
Cuando
este mecanismo se inactiva mediante la supresión de las aferencias vagales y de
los centros superiores aparece la apneusis.
Estas
neuronas también se estimulan por el aumento de la temperatura corporal y
ocasionan la taquipnea (aumento de la frecuencia respiratoria), mecanismo que
utilizan algunos animales para disipar calor cuando están hipertérmicos.
Al igual
que el centro neumotáxico, el IO-S no parece desempeñar una función crucial en
la génesis del ritmo respiratorio básico. (Cabrera, 2011)
· Centros bulbares
Los
estudios electrofisiológicos han mostrado la existencia de varios grupos
neuronales en distintos núcleos bulbares, capaces de aumentar su actividad
(frecuencia de disparo de potenciales de acción) durante la inspiración; sin
embargo, a diferencia de lo que ocurre en el corazón, no parece que haya un
grupo único de células marcapasos en el bulbo donde se origina el ritmo
respiratorio básico; por el contrario, el patrón de inspiración-espiración es
generado neuronas interconectadas, las cuales forman redes que actúan como circuitos
oscilantes.
Durante
la inspiración, entre dichas redes, la frecuencia de disparo aumenta en varias
células (en distintos puntos), mientras que en la espiración otros grupos se
activan.
Las
neuronas que constituyen el CPG, se localizan de forma más o menos difusa
bilateralmente en el bulbo y forman parte de, al menos, 2 grupos de núcleos:
respiratorio dorsal y respiratorio ventral. (Cabrera, 2011)
Figure
25: Núcleos respiratorios en el encéfalo
Vitalometría
Sirve para medir volúmenes y
capacidades tales como:
· Volúmenes de ventilación pulmonar
· Volúmenes de
reserva inspiratoria
· Volúmenes de
reserva espiratoria
Entre
ellos tenemos el:
ESPIROMETRO
La espirometría consta de una serie de pruebas respiratorias
sencillas, bajo circunstancias controladas, que miden la magnitud absoluta de
las capacidades pulmonares y los volúmenes pulmonares y la
rapidez con que éstos pueden ser movilizados (flujos aéreos). Los
resultados se representan en forma numérica fundamentados en cálculos sencillos
y en forma de impresión gráfica. Existen dos tipos fundamentales de
espirometría: simple y forzada.
Indicaciones
·
Evaluar
la función pulmonar ante la presencia de síntomas respiratorios.
·
Diagnóstico
y seguimiento de pacientes con enfermedades respiratorias.
·
Evaluar
el riesgo de procedimientos quirúrgicos así como la respuesta terapéutica
frente a diferentes fármacos o en ensayos clínicos farmacológicos.
·
Estudios
epidemiológicos que incluyan patología respiratoria.
Contraindicaciones
Toda
aquella circunstancia que desaconseje la realización de un esfuerzo físico o
que pueda derivar en una mala calidad de la prueba.
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