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Gillian Pocock Christopher d . Richards
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F I S I O L O G Í A ■ .......... ......... H U M A N A LA BASE DE LA M E D IC IN A
2.aedición
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Fisiología humana La base de la medicina
FISIOLOGIA HUMANA La base de la m edicina 2.a edición Gillian Pocock Senior Lecturer in Clinical Science, Canterbury Christ Church University College, Canterbury, Reino Unido
Christopher D. Richards Professor o f Experimental Physiology,
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Department o f Physiology, University College, Londres
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MASSON
MASSON, S.A. Travessera de Gràcia, 17-21 - 08021 Barcelona (España) Teléfono: (34) 93 241 88 00 www.masson.es MASSON, S.A. 21, rue Camille Desmoulins - 92789 Issy-les-Moulineaux Cedex 9 - Paris (francia) www.masson.fr MASSON S.P.A. Via Muzio Attendolo detto Sforza, 7/9 - 20141 Milano (Italia) www.masson.it MASSON DOYMA MEXICO, S.A. Santander, 93 - Colonia Insurgentes Mixcoac - 03920 México DE (México)
Traducción S a n tia g o M a d e r o G arc ía D octor en M edicina y C irugía Revisión científica J o r d i P a lé s A rg u lló s C atedrático de Fisiología, D epartam ento de Ciencias Fisiológicas I, F acultad de M edicina, U niv ersität de Barcelona Prim era edición 2002 R eim presión 2003 Segunda edición 2005 Reservados todos los derechos. No puede reproducirse, almacenarse en un sistema de recuperación o transmitirse en forma alguna por medio de cualquier procedimiento, sea éste mecánico, electrónico, de fotocopia, grabación o cualquier otro, sin el previo permiso escrito del editor. ©2005 MASSON, S.A. T ravessera de Grácia, 17-21 Barcelona (España) ISBN 84-458-1479-6 Versión española Fisiología hum ana. La base de la medicina (segunda edición) fue pub licad a o riginalm ente en inglés en 2004. Esta trad u cció n se publica p o r acu erd o con O xford U niversity Press. © O xford U niversity Press 2004 ISBN 0-19-858526-8 Edición original (hardback) 0-19-858527-6 Edición original (paperback) H uman Physiology. The basis o f Medicine (second edition) w as o riginally p u b lish ed in English in 2004 This tran slatio n is p u blish ed by arran g em en t w ith O xford U niv ersity Press. D epósito Legal: B. 25.234-2005 Com posición y com paginación: Fotoletra, S.A. - Passeig de Sant Joan, 198 Barcelona (2005) Im presión: BIGSA - Polígono In d u strial C ongost - A vda. Sant Juliá, 104-112 - G ranollers (Barcelona) (2005) P rinted in Spain
A Chris, D avid P., D avid R., Jam es, Sue , Rebecca, a Jo an y M ichael de Burgh Daly (1922-2002), in m em oriam
Prólogo a la primera edición
lis u n placer para mí q ue me hayan in v ita d o a red a c ta r el prólogo de la prim era edición de este libro de te x to q u e d escribe los p rin cipios fundam entales de la fisiología hum ana, lista escrito p o r dos profesores con experiencia en este campo, y sólo a tra v és de los conocim ientos o btenidos a lo largo de los años se co m p ren d en las necesidades de los estudian tes. A lo largo del libro, los auto res han ten id o m uy p resen te la recom endación del G eneral M edical Council de q u e es preciso re d u cir la carga de inform ación a los es tu d ian tes para brin d arles la o p o rtu n id ad de in clu ir tem as que capten las capacidades críticas, filosóficas y creativas. Por esta ra zón, los autores han p ro p orcio n ad o inform ación básica sobre el tem a, y un tex to q u e es fácil de leer y de seguir, ni dem asiado d i dáctico ni excesivam ente c o n tro v ertid o . Al mismo tiem po, evitan las com plejidades de las ecuaciones m atem áticas q u e disu ad en a cu alq u ier estudiante, excep to a los p red isp u esto s a a b o rd a r los problem as desde este prism a. Desde hace m ucho tiem po se consideran necesarios los cono cim ientos adecuados sobre la fisiología ju n to con una base de co nocim ientos sobre anatom ía funcional. W illiam H arvey (15781657), célebre m édico británico, se dio cu en ta m uchos años atrás de la im portancia de d isp o n er de u nos conocim ientos anatóm icos. A él se debe el d escubrim ien to de la circulación sanguínea y se le considera el prim er fisiólogo exp erim en tal. La com binación de las pru eb as experim entales y la aplicación de los conocim ientos ana tóm icos le perm itieron hacer este im p o rtan te d escubrim iento, qu e tu v o un im pacto considerable en la m edicina clínica. A p a rtir de estas p ru eb as experim en tales, d ed u jo correctam ente q u e ex is tían p equeños vasos sanguíneos q u e conectan las arterias y las ve nas y por los q ue la sangre fluye después de p e n e tra r en una e x trem idad por las arterias y an tes de regresar, a trav és de las venas, al lado derecho del corazón. Sin em bargo, p u esto q u e en aquella época no se disponía de m icroscopio, no p u d o confirm ar esta de ducción. El d escubrim ien to ulterior de los capilares es u n buen ejem plo de la forma en q u e los estu d io s histológicos y, más tarde, de m icroscopía electrónica han c o n trib u id o a los avances de los conocim ientos fisiológicos. A lgunos aspectos de la bioquím ica y la farm acología tam bién han hecho co n trib u cio n es m u y valiosas. En mi opinión, estos tem as no p u ed en separarse de la fisiología,
como algunos desearían, y, p o r co nsiguiente, se ab o rd an cuando conviene en las d iferen tes p artes de la obra, lo q u e refuerza dicho p u n to de vista. Esta o b ra sigue el esquem a general de cu alq u ier lib ro de te x to q u e ab o rd a los aspectos in d iv id u ales de la fisiología com o «sis tem as» prin cip ales. La ex p erien cia p revia ha dem ostrado q ue éste es uno de los m edios más sim ples de p re se n ta r el tem a, p ero los es tu d ia n te s han de co n sid erar q u e el funcionam iento del cuerpo com o u n to d o es más com plejo: está d eterm in ad o p o r la in teg ra ción del funcio n am ien to de dos o más sistem as sim ultáneam ente. En la presen te obra se hace hin cap ié en esta in tegración con n u m erosas referencias a las secciones p ertin en tes. El lector en co n trará num erosos ejem plos de aplicaciones de la fisiología a problem as prácticos y a la m edicina clínica, ya que ex iste una tendencia cada vez m ayor de in clu ir más m aterial clí nico en los cursos preclínicos. Sin em bargo, este libro n o p u ed e ni p re te n d e ser u n tra ta d o d efin itiv o de fisiología clínica ni de fisio logía básica, ya q u e este tem a ju stifica p o r com pleto u n tra ta m iento distin to . Por co nsiguiente, los au to res h an tra ta d o de al canzar — considero q u e satisfactoriam ente— u n difícil e q u ilib rio al p ro p o rcio n ar al estu d ian te una form ación científica sólida en fisiología al mismo tiem po q u e abarcan algunos de los problem as afro n tad o s en fisiología aplicada y en m edicina clínica. Como siem pre acaban p o r c o m p ren d er los estu d ia n te s de los cursos p re clínicos, la práctica de la m edicina se basa en u nos conocim ientos sólidos de fisiología. La m ayor p arte de cursos de fisiología consisten en series de conferencias form ales (au n q u e en ocasiones se facilitan apuntes), clases in d iv id u ales o en p eq u eñ o s g ru p o s y las co rresp o n dientes prácticas. Estos cursos p ro p o rcio n an a los e stu d ian tes b u enos co n ocim ientos sobre la fisiología como discip lin a ex p erim ental, pero tam b ién cum plen o tra función im portante: g u iar la lectura de los estu d ian tes sobre el tem a, lo cual hace in d isp en sab le este li bro de texto.
M. Dh Bukgh Daly Royal Free Hospital School of Medicine, Londres
Prefacio a la primera edición
La idea de este lib ro surgió a p a rtir de las reu n io n es h ab itu ales en tre los autores cuando trabajábam os en el D epartam ento de Fisio logía del Royal Free H ospital School o f M edicine de L ondres. C onsiderábam os qu e se necesitaba u n lib ro de te x to de fisiología, m oderno y conciso, q u e abarcara todos los aspectos d e los cursos preclínicos de la fisiología. El te x to está escrito p rin cip alm en te para los estu d ian tes de m edicina y personas relacionadas, de modo q u e se hace hincapié delib erad am en te en las im plicaciones clínicas del tema. Sin em bargo, esperam os q u e el libro tam bién sea útil como m aterial básico p ara los e stu d ian tes de ciencias de los años prim ero y segundo. Hemos su p u esto u nos conocim ientos de quím ica y biología sim ilares a los p rev isto s p ara estu d ian tes b ritánicos con niveles «AS» en estos tem as. N uestra in ten ció n ha sido p ro p o rcio n ar explicaciones claras de los p rin cip io s básicos q ue determ inan los procesos fisiológicos del c u erp o h u m an o y m ostrar cómo estos prin cip io s se aplican a la com prensión de los procesos patológicos. El libro se inicia con la fisiología de la célula (con la inclusión de detalles de bioquím ica elem ental) y co n tin ú a co n sid eran d o cómo las células in teraccio n an tan to p o r contacto d irecto como por señalización a m ayores distancias. D esde este aspecto se a b o r dan el sistem a nervioso y el sistem a endocrino. Se d escribe la fi siología de ios principales sistem as corporales. F.stos capítulos ex tensos se co n tin ú an con una serie de capítulos más b rev es q u e describen las respuestas fisiológicas in teg rad as, in clu y en d o el control del crecim iento, la regulación de la tem p eratu ra corporal, la fisiología del ejercicio y la reg u lació n del volum en de líquidos corporales. Los capítulos finales se dedican en su m ayor p arte a las aplicaciones clínicas de la fisiología, in c lu y en d o el e q u ilib rio ácido-base, la insuficiencia cardíaca, la h ip erten sió n , la in su fi ciencia hepática y la insuficiencia renal. Esta e stru c tu ra no refle ja la organización de u n curso concreto sino q u e tra ta de m ostrar cómo p u ed e llegarse a u n a explicación satisfactoria de la fu n ció n corporal co m prendiendo la form a en q u e fu n cio n an las células y cómo se in teg ra su actividad . Para p roporcionar descripciones claras de tem as específicos, en ocasiones es necesario om itir alg u n o s detalles o explicaciones alternativas. A pesar de q u e esta estrateg ia en ocasiones p resenta una perspectiva q ue es más clara de lo q u e las p ru e b a s g ara n ti zan, consideram os q u e está ju stificad o en aras de la claridad. Los p u n to s clave se ilustran con d ibujos sim ples q u e consideram os de u tilid ad para los estu d ian tes con el o b jetiv o de q u e co m p ren d an . recuerd en los conceptos im portantes. No hem os in clu id o d es cripciones ex h au stiv as de las técnicas exp erim en tales de fisiolo gía, pero hem os tratad o de dejar clara la im portancia de las p ru e
bas ex p erim entales en la d ilucidación de los m ecanism os su b y a centes. Siem pre q u e ha sido posible, en el te x to se pro p o rcionan los valores norm ales en u n id ad es del SI, p ero las variables fisioló gicas im p o rtan tes tam b ién se ex p resan en u n id ad es tradicionales (p. ej., mm Hg para las d eterm inaciones de la presión). Cada capítulo está o rganizado de la mism a form a. En resp u es ta a la p etició n ta n ta s veces escuchada de « ¿qué es necesario co nocer?» hem os establecido los p rin cip ales objetiv o s de a p re n d i zaje p ara cada capítulo, lo q u e va seguido, cu an d o es co n v en ien te, de una descrip ció n b rev e de los p rincipios físicos y quím icos necesarios para e n te n d e r los procesos fisiológicos c o rresp o n d ien tes. Se describ en la anatom ía e histología esenciales, y a q u e la evaluación apropiada de cu alq u ier proceso fisiológico debe ba sarse en unos conocim ientos sobre las características anatóm icas de los órganos relacionados. A con tin u ació n se describen con de talle los prin cip ales aspectos fisiológicos. Para a y u d a r al estu d ian te en su aprendizaje, desp u és de cada ap artad o p rincipal se p ro p o rcio n an resúm enes num erados. C uan do es necesario, incluim os aspectos o p rin cip io s biológicos im por ta n te s como encabezam ientos de apartados. Esperam os q u e esto ay u d a rá a los e stu d ian tes a id en tificar con m ás clarid ad la razón de q u e se a b o rd e u n tem a concreto. La bibliografía recom endada al térm in o de cada capítu lo p reten d e tan to facilitar u n vínculo con otros tem as del p lan de estu d io s de m edicina com o p ro p o r cionar fu en tes a p a rtir de las q u e p u ed e o b ten erse inform ación más detallada. Con la presen tació n de p re g u n ta s con respuestas m últiples o problem as c u an titativ o s (o am bos) al térm in o de los capítulos se anim a al estu d ia n te a su autoev alu ació n . A co n tin u a ción se facilitan las resp u estas con las explicaciones p ertin en tes. Tam bién se p lan tean algunos problem as num éricos q u e p re te n den fam iliarizar a los estu d ian tes con las fórm ulas clave y a len tar les para q u e piensen en térm inos cu an titativ o s. Deseamos e x p resar n u e stro ag radecim iento al Prof. M ichael de B urgh D aly y al Dr. T ed D cbnam , q u e n o sólo nos aconsejaron sobre los tem as en los q u e son especialistas sino q u e ley eron de ten id a y c o n stru ctiv am en te to d o el m anuscrito. A sum im os la res p o n sab ilid ad de cu alq u ier e rro r o exposición com pleja. El Prof. de B urgh Daly tam bién redactó am ablem ente el prólogo de este li bro. Por últim o, deseam os ex p re sa r n u e stro agradecim iento a la O xford U n iv ersity Press p o r creer en este p ro y ecto , p o r su pa ciencia cuand o el ritm o de la p rep aració n del libro se hacía más lento y p o r su ay u d a en la realización de la edición final. G. P o c o c k C. D. R i c h a r d s
Prefacio a la segunda edición
N uestro objetivo en esta nu ev a edición ha sido el mism o que en la p rim era: hem os in te n ta d o escrib ir u n libro de tex to d e fisiología m oderno y conciso qu e resuelva las necesidades de los estu d ia n tes de m edicina. Para ello, a lo largo de toda la o b ra se h a n su b ra y ado de m anera d eliberad a las im plicaciones clínicas de cada cuestión relevante. En cu alq u ier caso, esperam os q u e siga siendo ú til para los estu d ian tes de p rim er y seg u n d o años de ciencias q u e a b o rd an la fisiología y los aspectos de la biom edicina relacionados con ésta. N uestra in ten ció n ha sido la de ofrecer con claridad la explicación de los principio s básicos q u e co ntrolan los procesos fisiológicos del cuerpo hum an o y la de m ostrar cómo p u ed en apli carse estos principios al conocim iento de las enferm edades. En esta n u eva edición, hem os ap ro v ech ad o la o p o rtu n id ad de am pliar la exposición de num erosos aspectos. Se han incluido más de 50 nuevas figuras y se han red ib u jad o otra s m uchas. Casi todos los capítulos se han am pliado p ara in clu ir m aterial n u ev o y se ha a provechado la o p o rtu n id a d p ara elim inar los erro res q u e co n te nía la prim era edición, a pesar de la revisión rigurosa efectuada p or n u estro s colegas en aquel m om ento. Dado q u e la fisiología es una ciencia en desarrollo activo, tam bién se han actualizado di versas cuestiones específicas. Los cam bios prin cip ales h a n sido la inclusión de una sección sobre la meiosis y una exposición más detallada del m etabolism o en erg ético en el capítulo 3. Se ha am p liado el abordaje de la fisiología del m úsculo (cap. 7) con in clu sión de algunas figuras nuevas. El capítulo 8 se ha rev isad o en p ro fu n d id ad y se ha am pliado con u n a sección m ayor sobre el do lor y una b reve exposición de los aspectos m édicos más im por tan tes (y a m enudo olvidados) del p ru rito ; tam bién se ha am plia d o to d o lo relativo a la visión del color. El cap ítu lo 12 se ha rees
crito casi p o r com pleto, con una exposición más detallada de los trasto rn o s en d o crin o s m ás com unes y con inclusión de alg unas lá m inas ilu strativ as. El cap ítu lo 15 se ha am pliado con un abordaje más detallad o del electrocardiogram a y de su origen. El cap ítu lo 17 ha sido escrito casi totalm en te de n u ev o para m ejorar la ex posición del aclaram iento, in clu y en d o la co nsideración del aclaram iento de agua libre. El cap ítu lo 18 de esta n u ev a edición in cluye la exposición de los trasto rn o s de la absorción. Se ha apro v echado la o p o rtu n id a d para a ñ ad ir u n n u ev o capitulo sobre n u tric ió n (cap. 19) y se han reorganizado y am pliado to d o s los as p ectos relativ o s a la fisiología de la rep ro d u cció n con u n a exposi ción más d etallada de la fisiología m aterna. El capítu lo sobre cre cim iento (cap. 23) se ha rev isad o y am pliado en to d o lo relativ o a la fisiología del hueso; tam bién se ha in clu id o una b rev e exposi ción del proceso de curación del hueso tra s una factura, fin a l m ente, en el capítulo 31 se ha in clu id o una b rev e consideración de las m odificaciones fisiológicas norm ales q u e tien en lu g ar a lo largo de la vida. Q uerem os ag rad ecer los num erosos y valiosos com entarios q u e hem os recibido de n u estro s lectores acerca de m uchos de los tem as a b o rd ad o s en este libro. D esafortunadam ente, n u estro m entor, el p rofesor M ichael de Burgh Daly, falleció poco tiem po desp u és de la finalización de esta seg u n d a edición. No obstante, realizó num erosas p ro p u estas co n stru ctiv as q u e se h an incorpo rado. Vamos a echar de m enos su ánim o, su inteligencia y su pers picacia. D edicam os esta edición a su mem oria. G. P
ocock
C. D.
R ic h a r d s
Prólogo a la segunda edición española
G. Pocock y C. D. R ichards, au to res de Fisiología humana. La base de la medicina, explicitan claram ente en el prefacio de la segunda edición de la obra q u e su o b jetiv o ha sido el de e scrib ir u n libro de tex to de fisiología, conciso, q u e cu b ra las necesidades de los estu d ian tes de m edicina. ¿Cuáles son estas necesidades en lo que a la fisiología se refie re? Para responder deberíam os p reg u n tarn o s p o r el papel que debe desem peñar la fisiología hum ana incluida en el cu rrículum de las facultades de m edicina. Por una p arte, es u n a ciencia básica q ue define las características del hom bre sano, en estado de salud, y sirve de base para el estudio de las desviaciones anorm ales, en el estado de enferm edad. E ncuadrada de este m odo, la enseñanza de la fisiología tiene como objetivos el conocim iento de las funciones del organism o, la adquisición de la m etodología necesaria para su estudio y el desarrollo de actitu d es fren te al m antenim iento de la salud de los in d iv id u o s y de la com unidad, y el tratam iento de la enferm edad. P or otra p arte, al igual q u e otras ciencias básicas, cum ple una función form ativa general m uy im p o rtan te. Es fu n d a m ental para q ue los estudian tes ap re n d a n cómo se genera el cono cim iento científico y les enseña u n lenguaje q u e sirve para ex p re sar los hechos y las relaciones. La fisiología asum e una función de disciplina intelectual en la q u e se enseña a o b serv ar los fenóm enos y form ular hipótesis razonables acerca de éstos. Sin em bargo, no debem os o lv id a r q u e la constatación de la utilidad práctica de los conocim ientos es siem pre una m otivación p o ten te en estu d ian tes y fu tu ro s licenciados, y p o r ello debe te nerse en cu en ta en su justa p ro p o rció n sin, p o r o tra p arte, co n d i cionar totalm ente el co nten id o básico y los objetiv o s de u n curso com pleto de fisiología. Al en señ ar fisiología en el co n tex to de la licenciatura de m edicina, debe hacerse énfasis en la descripción de una función a todos los niveles, in clu y en d o sus m ecanism os m oleculares, o en la discusión de u n a teoría; p ero tam bién d eb e mos in clu ir la exploración de u n órgano, la valoración funcional de un sistem a o ap arato o sus aspectos fisiopatológicos. En defini tiva, lo correcto es alcanzar u n eq u ilib rio ad ecu ad o e n tre los as pectos básicos y los aspectos aplicados. En este sen tid o creo que el p resen te libro de texto da u n a co b ertu ra m uy adecuada a am bos aspectos y alcanza dicho eq uilibrio. A nalizando con m ás detalle el co n ten id o de la o b ra, podem os o b serv ar que los tem as iniciales q u e co rresp o n d en a lo q u e h abi túa lm ente conocem os como fisiología general están perfectam en
te desarrollados y actualizados y co n stitu y en u n a base esencial p ara la com prensión de g ra n p arte de las fu n cio n es q u e se tra ta n en los capítulos p osteriores. En éstos, las funciones de los dife ren te s órg an o s y sistem as se d escrib en de form a clara y concisa, ind ican d o al p rin cip io de cada uno los prin cip ales o b jetivos que se p re te n d e alcanzar; adem ás, perió d icam en te se d estacan, en forma de resúm enes, los aspectos más im p o rtan tes q u e deb e re co rd ar el lector, lo cual resu lta de g ran ayuda para el ap rendizaje. Los cap ítulo s co n tienen u n g ran nú m ero d e figuras, esquem as y tab las con la inform ación necesaria e in d isp en sab le. Cabe resaltar tam bién la inclusión en varios capítulos de referencias a aspectos clínicos q u e p erm iten al estu d ia n te ap reciar m ejor la relevancia de los conceptos fisiológicos ap ren d id o s. Estos aspectos se com plem entan al final de la obra con u n cap ítu lo ded icad o a la fisio logía clínica, q u e ay u d a a m an ten er el e q u ilib rio al q u e a n tes alu díam os. Debem os destacar tam bién la inclusión, al final de la obra, de cap ítu lo s q u e a b o rd a n tem as de integración y q ue per m iten al lector a d q u irir una visión de c o n ju n to sobre d iferentes aspectos del funcionam iento del organism o y c o m p ren d er la idea de q u e el organism o hum an o debe ser siem pre considerado como u n todo. Asim ism o, al final de cada cap ítu lo se in clu y e u n a serie de ejercicios en form a de p re g u n ta s de elección m últiple y pro b le mas c u a n titativ o s con sus co rresp o n d ien tes resp u estas q u e p er m iten al estu d ia n te u n m ejor ap ren d izaje autónom o al facilitarle o p o rtu n id ad e s de autoevaluación. Sin d u d a, nos encontram os an te u n a obra q u e, p o r su form ato y contenidos, c u b re ad ecu ad am en te las necesidades de los e stu d iantes de m edicina en n u estro e n to rn o . C onsiderando adem ás q u e vivim os u n n u ev o proceso de reform a cu rric u la r enm arcado en lo q u e se denom ina la convergencia eu ro p ea en educación su p erio r y q u e enfatiza el concepto de ap re n d e r fren te al de ense ñar, esta obra p u ed e ser de g ra n u tilid ad para los estu d iantes, al tiem po q u e p u ed e se rv ir p ara estim ular la utilización de libros de tex to en p reo c u p a n te ten d en cia a la dism inución p o r p arte de n u estro s alum nos. J o r d i P a lé s A r g ü lló s
Catedrático de Fisiología Facultad de Medicina Universidad de Barcelona
1
;
Qué es la fisiología ?
El objetivo del presente capítulo es explicar: •
El objeto de estudio de la fisiología
•
La organización jerárquica del organismo
•
El concepto de homeostasia
*¿ Qué
es la fisiología ?
O MASSON. S.A. Fotocopia» sin autorización e» un doltlo
1.1 Introducción La fisiología estudia las funciones de los seres v iv o s y la m anera con la que u n organism o lleva a cabo sus diversas actividades: cómo se n u tre , cómo se m ueve, cómo se ad ap ta a u n as circu n s tancias cam biantes, y cómo se rep ro d u ce. El tem a es m u y am plio y abarca toda la creación. El éx ito con q u e la fisiología explica cómo los organism os llevan a cabo su s funciones diarias se basa en el concepto de q ue éstos son aparatos in trin cad o s y exquisitos cuya función está determ in ad a p o r las leyes de la física y la q u í mica. A pesar de q ue algu n o s de los procesos son sim ilares a lo largo de to d o el espectro de la biología — p o r ejem plo, la replicación del código genético— , m uchos son específicos de d eterm i nados g ru p o s de organism os. Por esta razón, es necesario d iv id ir la m ateria en diversas partes: fisiología bacteriana, fisiología ve getal y fisiología anim al, p o r ejem plo. Este lib ro se centra en la fi siología de los m am íferos, en especial la del ser hum ano. Para estudiar cómo funciona u n anim al, prim ero es necesario saber cómo está form ado. El estudio com pleto de la fisiología de un organism o ha de basarse, p o r tanto, en conocim ientos sólidos so bre su anatom ía. P artiendo de estos conocim ientos pued en llevar se a cabo experim entos para establecer el m odo en q u e las diferen tes partes desarrollan sus funciones. A p esar de q u e se han hecho num erosas e im portantes investigaciones fisiológicas en seres h u m anos voluntarios, la necesidad de ten e r u n control preciso sobre las condiciones experim entales ha hecho q u e buena p arte de los conocim ientos fisiológicos actuales pro ced an de estudios realiza dos en otros anim ales como ranas, conejos, gatos y perros. Cuando está claro q ue un proceso fisiológico específico tiene una base co m ún en una amplia v ariedad de especies anim ales, es razonable su poner q ue los mismos principios se ap licarán al ser hum ano. Los conocim ientos obtenidos a p artir de esta estrategia nos han a y u d a do a e n ten d e r m ejor la fisiología hum ana y nos h a n p roporcionado una sólida base para tratar eficazm ente num erosas enferm edades.
1.2 Organización del organismo humano Los pan lial, uno nen una
com ponentes básicos del cuerpo son las células, q u e se a g ru form ando tejidos. Los principales tipos de tejidos son: ep ite conjuntivo, sanguíneo, linfoide, nervioso y m uscular, cada con sus propias características. Los tejidos con ju n tiv o s d ispo de u n núm ero relativam ente red u cid o de células inm ersas en m atriz extracelular extensa, m ientras q u e el m úsculo liso
consta de capas de células m usculares q u e se m antienen agrupadas de forma densa gracias a uniones celulares específicas. Órganos como el cerebro, el corazón, los pulm ones, los intestinos y el híga do están form ados p o r la agregación de d iferentes tipos de tejido. Los propios órganos son partes de d iferentes sistem as fisiológicos. El corazón y los vasos sanguíneos form an el sistem a cardiovascu lar; los pulm ones, la tráquea y los bronquios, ju n to con la pared torácica y el diafragm a, co n stitu y en el sistem a respiratorio; el es queleto y los m úsculos esqueléticos, el sistem a m usculoesquelético; el cerebro, la m édula espinal, los nervios autónom os y los gan glios y n ervios som áticos periféricos, el sistem a nervioso, etc. Las células difieren am pliam ente p o r lo q u e respecta a su for ma y función, pero tien en algunas características com unes. En prim er lugar, están ro d ead as p o r una m em brana lim itante, la m em brana plasm ática. En seg u n d o lugar, tien en la capacidad de descom poner g ran d es m oléculas en otras más p equeñas p ara libe ra r energía para sus actividades. En tercer lu g ar, en algún mo m en to d e su ciclo vital poseen u n núcleo q u e contiene inform a ción genética en forma de ácido d esoxirribonucleico (ADN). En el cap itu lo 3 se considerarán detalles adicionales de la estru c tu ra de las células. Las células vivas transform an continuam ente los m ateriales. D egradan la glucosa y las grasas con el o bjetivo de sum inistrar energía p ara otras actividades como la m otilidad y la síntesis de las proteínas necesarias para crecer y reparar. Estos cam bios quím icos se denom inan, en su conjunto, metabolismo. El proceso de degra dación de m oléculas de gran tam año en m oléculas más peq u eñas se conoce como catabolismo, y la síntesis de g ran d es moléculas a p ar tir de m oléculas más pequeñas recibe el n om bre de anabolismo. En el curso de la evolución, las células em pezaron a diferen ciarse para d esem peñar d iferen tes funciones. A lgunas d esarrolla ro n la capacidad de contraerse (células m usculares), y o tras la de co n d u cir señales eléctricas (neuronas); otro g ru p o desarrolló la capacidad de secretar d iferen tes sustancias, com o ho rm o nas (cé lulas endocrinas) o enzim as (p. ej., células acinares de las g lá n d u las salivales). D urante el desarrollo em brionario, este proceso de diferenciación gen era m uchos tipos diferen tes de células, todas ellas form adas a p a rtir del h u ev o fecundado. La m ayor p arte de tejidos con tien en una com binación de diferen tes tipos de células. Por ejem plo, la san g re está form ada p o r hem atíes, q u e tra n sp o r tan el oxígeno p o r todo el cuerpo, leucocitos, q u e desem peñan un im p o rtan te papel en la defensa fren te a infecciones, y plaquetas, q u e son com ponentes v itales en el proceso de la coagulación san guínea. H ay d istin to s tipos de tejido co n ju n tiv o , pero todos ellos se caracterizan p o r p rese n ta r células d istrib u id a s en el seno de
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I ¿Qué es la fisiología?
una ab u n d a n te m atriz acelular. 121 tejid o nerv io so contiene n e u ro n as (de las qu e ex isten d iferen tes tipos) y células gliales.
¿cóm o se ab so rb e n los n u trie n te s in d iv id u a le s? , ¿cóm o se m ovi liza el alim en to a tra v és del tra c to g a stro in testin a l?, y ¿cóm o son elim inados del org an ism o los re sid u o s q u e n o se d ig ieren?
Principales sistemas orgánicos Riñones y tracto urinario Sistema cardiovascular Las células de los g ran d e s anim ales m ulticelulares n o p u ed en o b te n e r d irectam en te el oxíg en o y los n u trie n te s q u e necesitan a p a rtir del m edio ex tern o . El o x íg en o y los n u trie n te s d eb en ser tra n sp o rta d o s hasta las células, Ésta es una de las prin cip ales fu nciones de la sangre, q u e circula d e n tro de los vasos san g u í neos g racias a la acción de bom beo q u e realiza el corazón. El co razón, los vasos sangu ín eo s y los tejid o s asociados form an el sis tem a cardiovascular. El corazón está c o n stitu id o p o r c u a tro cá m aras, dos au rícu las y dos v en trícu lo s, q u e form an u n p a r de m ecanism os de bom beo d isp u esto s en paralelo. El v en tríc u lo d e recho envía la sangre desoxigenada a los pulm ones en d o n d e a b sorbe el oxigeno del aire, m ien tras q u e el v e n tríc u lo izq u ierd o bom bea la sangre oxig en ad a q u e v u elv e de los pulm o n es hacia el resto del organism o para el ap o rte de oxíg en o a los tejidos. Los fi siólogos estu d ian los factores q u e o rig in an el latid o cardíaco, el m ecanism o p o r el cual el corazón bom bea la san g re hacia la c ir culación, y la m anera com o la san g re se d is trib u y e p ara p e rfu n d ir los tejidos de acu e rd o con sus n ecesidades. El líq u id o in te r cam biado e n tre el plasma y los tejid o s pasa al sistem a linfático, q u e d ren a a la sangre.
Sistema respiratorio La energía necesaria p ara llev ar a cabo las d iv ersas activ id ad es del o rganism o proced e, en últim o térm in o , de la resp iració n . E ste proceso in clu y e la oxid ació n de los alim en to s (p rin c ip a l m ente azúcares y grasas) con la fin a lid a d de lib erar la energía q u e co n tien en . Los pulm o n es in co rp o ra n el o x íg en o necesario para este proceso a p a rtir del aire, y la san g re lo tra n sp o rta has ta los tejidos. El dió x id o de carb o n o p ro d u c id o com o c o n secu en cia de la activ id ad resp irato ria de los tejidos es tra n sp o rta d o has ta los pulm ones a trav és de la san g re venosa, y elim in ad o a tr a vés del aire espirado. Las p re g u n ta s básicas a las q u e h ay q u e resp o n d er son: ¿cóm o e n tra y sale el aire de los pulm ones?, ¿cóm o se ajusta el volum en de aire re sp ira d o a las n ecesidades del organism o?, y ¿cuáles son los lím ites de la cap tació n de o x í geno en los pulm ones?
Sistem a digestivo Los n u trie n te s q u e el org an ism o necesita p ro v ie n e n de la dieta. Las enzim as del tra c to g a stro in te stin a l d eg ra d a n los alim entos in g erid o s a trav és de la boca en sus d ife re n te s co m p o n en tes. Los p ro d u c to s de la d ig estió n son a b so rb id o s p o r la san g re a trav és de la p ared del in te stin o y alcanzan el h ígado a tra v é s d e la vena p o rta. G racias al h ígad o , los te jid o s p u e d e n asim ilar los n u trie n tes y usarlos p ara su crecim ien to y re p aració n , así com o p a ra la p ro d u cció n de energía. En el caso del sistem a d ig estiv o , las p re g u n ta s clave resp ecto a su fisiología son: ¿cóm o se in g ie re n los alim entos?, ¿cóm o se h id ro liz a n y se d ig ie re n los alim entos?.
La función p rincipal de los riñones es el control de la com posición del líquido extracelu lar (el líq u id o q u e baña las células). En el cu r so de este proceso, los riñones tam b ién elim inan p ro d u cto s de de secho no volátiles procedentes de la sangre. Para realizar estas fu n ciones, los riñones pro d u cen orina de com posición variable que q u ed a alm acenada tem poralm ente en la vejiga antes de la micción. Las p reg u n tas fisiológicas clave en este caso son: ¿cómo regulan los riñones la com posición de la sangre?, ¿có m a elim inan los p ro d uctos tóxicos de desecho?, ¿cómo resp o n d en a las situaciones de estrés como una deshidratación?, y ¿cuáles son los m ecanism os q u e p erm iten el alm acenam iento y la elim inación de la orina?
Sistema reproductor La rep ro d u cció n es una de las características fu n d am entales de los organism os vivos. Las gónadas (los testículos en el v aró n y los ovarios en la m ujer) p ro d u c e n células sexuales especializadas, co nocidas como gam etos. La función básica de la rep ro ducción se xual es la creación y fusión de los gam etos m asculino y fem enino, el esperm atozoide y el óvulo, com binándose así las características genéticas de los dos in d iv id u o s p rogenitores; de esta com bina ción su rg e un ser q u e difiere g en éticam ente de sus padres. Los as pectos fisiológicos fund am en tales son: ¿cómo se p ro d u cen los es perm atozoides y los óvulos?, ¿cuál es el m ecanism o de la fecun dación?, ¿cómo crece y se desarrolla el em brión?, y ¿cómo se n u tre el em b rió n hasta q u e p u ed e hacerlo p o r sí mismo?
Sistema musculoesquelético Está form ado p o r los huesos del esqueleto, los m úsculos esqueléti cos y sus tejidos asociados. Su función p rincipal es p ro porcionar la capacidad de m ovim iento necesaria para la locomoción, para el m antenim iento de la p o stu ra y p ara la respiración. Tam bién pro porciona soporte físico p ara los órganos internos. En este caso, el aspecto clave es el m ecanism o de la contracción m uscular.
Sistem as endocrino y nervioso Las activ id ad es de los d iferen tes sistem as orgánicos h an de coor d in arse y reg u larse de m odo q u e actú en al unísono para satisfacer las necesidades del organism o. H an evo lu cio n ad o dos sistem as de coordinación: el nerv io so y el en d o crin o . Para p o d er tra n sm itir la inform ación con rapidez a células específicas, el sistem a nervioso utiliza señales eléctricas. Así, los n ervios tran sm iten estas señales a los m úsculos esqueléticos para c o n tro lar su contracción. El sis tem a endocrino, p o r o tro lado, secreta agentes quím icos, las hor monas, q u e viajan p o r el to rre n te circulatorio hasta las células so bre las q u e ejercen un efecto reg u lad o r. Las horm onas desem pe ñan un im p o rtan te papel en la regulación de m uchos órganos, y especialm ente en la del ciclo m enstrual y otros aspectos de la re p roducción.
1.3 Homeostosia
iil sistema inmune prop o rcio n a al organism o defensas fren te a infecciones, tanto p o r la via de la destrucción de los m icroorganis mos invasores como elim inando las células enferm as o alteradas. A pesar de q ue p ued e ser útil estu d iar cada órgano y cómo lle-. a a cabo sus funciones, es esencial reconocer q u e ía actividad del organism o como un lodo d epende de las interacciones e n tre los di ferentes sistem as orgánicos. Un fallo en una p arte del organism o '-.ene consecuencias en otros sistem as orgánicos. Por ejem plo, si el riñón empieza a fallar, se deteriora la regulación del medio interno, lo qu e a su vez da lugar a alteraciones funcionales en otras zonas.
1.3 Homeosíasia En la regulación de la com posición del líquido ex tracelu lar in te r vienen m ecanism os com plejos, y las células in d iv id u ales tienen :.im bién m ecanism os prop io s para re g u la r su com posición in te r na. Estas funciones regulad oras estabilizan el m edio in tern o a p e sar de las variaciones q u e se p ro d u cen en el m u n d o e x te rio r y en la activ id ad propia del anim al. El proceso de estabilización del m edio in tern o se denom ina homeostasia, y es esencial si las célu las del organism o han de fu n cio n ar norm alm ente. Pongam os u n ejem plo: el latido del corazón d e p en d e de las contracciones rítm icas de las células m usculares cardíacas. Esta actividad m uscular d ep en d e de señales eléctricas que, a su vez, dep en d en de la co n centració n de iones de sodio y potasio en los líquidos ex tracelu lar e intracelu lar. Si ex iste u n exceso d e potasio en el líq u id o ex tracelu lar, las células m usculares cardíacas se uelven dem asiado excitables y p u ed e o c u rrir que, en lugar de actu ar de m anera coordinada, se co n traig an en m om entos in a p ro piados. Por consiguiente, para q u e el corazón lata norm alm ente la concentración de potasio en el liq u id o ex tracelu lar debe m an tenerse d en tro de unos estrechos m árgenes de variación.
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to, en las m ujeres em barazadas y en los d ep o rtistas d u ra n te las prim eras etapas del en tren am ien to , el consum o diario de proteí nas es su p erio r al catabolism o norm al y el in d iv id u o m uestra un balance nitrogenado positivo. Este con cep to de balance se p u ed e aplicar a cu alq u iera de los co n stitu y en tes del cuerpo, in cluy en d o el agua y la sal (ClNa), y es im p o rtan te al co n sid erar los m ecanism os con los q u e el organism o regula su propia com posición. La ingesta debe coincidir con los requ erim ien to s, de m anera q u e cu alq u ier exceso d eb e ser elim i nado p ara q u e p u ed a m an ten erse la situación de equilib rio. A de más, cada c o n stitu y e n te quím ico del organism o p resen ta un ran go de concen tració n idóneo q u e se m an tien e p or diferen tes m eca nism os de control. Por ejem plo, la co n centración de la glucosa en plasm a (la p a rte líquida de la sangre) es de ap ro x im ad am ente 43 mmol x 1 1 en períodos in terd ig estiv o s. Poco tiem po d espués de una com ida, la concen tració n plasm ática de glucosa aum enta por encim a de esta cifra, lo q u e estim ula la secreción d e insulina por p arte del páncreas; la insulina red u ce la concentración plasm ática de glucosa. A m edida q u e d ism in u y e la co n cen tració n de glucosa, tam b ién lo hace la secreción de insulina. En to d o s los casos, las m odificaciones en la co n centración de insulina circu lan te actúan (junto con otros m ecanism os) en el m anten im ien to de la concen tració n plasm ática de glucosa en niveles adecuados. Este tipo de regulación se denom ina retroalimentación negativa /Teedback ne gativo). D u ran te el perío d o de secreción de insu lin a, la glucosa queda alm acenada en forma de glucógeno (principalm ente en el hígado y los m úsculos) o de grasa (en las células especializadas del tejid o adiposo). Un circuito de retroalimentación negativa ffeedback negativo) (fig. 1-1) es u n sistema de control cu y o o b jetiv o es el m anteni m iento del nivel de una variab le d e n tro de u n ran g o dado, tras al g u n a m odificación de los factores q u e in flu y en en ésta. A u n q u e el
¿Cómo regula el organismo su propia composición?
O M A V iO N
'i A I OlOoopirtf *ln m iloii/rti lón un mi tlo lllo
El concepto de equilibrio En el tran scu rso de un día, u n ad u lto consum e aproxim adam ente 1 kg de alim entos y bebe 2-3 1 de líq u id o . Al cabo de u n mes, es tas cifras son de ap roxim ad am en te 30 k g de alim ento y 60-90 1 de Hquido. En general, el peso co rporal se m an tien e constante. Po dem os decir qu e estas personas m an tien en un equilibrio; el co n su mo de alim ento y de líq u id o está en relación con la capacidad de generar energía para las activ id ad es h ab itu ales del organism o, y con las pérdidas q ue tienen lu g ar a trav és de la orina y las heces. En algunas circunstancias, com o en situaciones de inanición, el consum o de alim ento no c u b re las necesidades del ■rganism o y el tejido m uscular se degrada con el fin de p ro p o rcio n ar glucosa que perm ita la producción de energía. En este caso, la ingesta de p ro teínas es inferior a su degradación y decim os q u e el in d iv id u o presenta un balance nitrogenado negativo (el n itró g en o es un com ponente básico de los am inoácidos q u e co n stitu y en las proteínas; v. cap. 2). De la mism a m anera, si los tejidos co rporales están en período de form ación, tal como o cu rre en los n iñ o s en crecim ien-
(a)
(b) Fig. 1-1. Esquema de un circuito de control de retroalimentación nega tiva (a) comparado con un sencillo sistema de calefacción (b).
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1 ¿Qué es la fisiología?
ejem plo señalado se refiere a la glucosa plasm ática, este mismo p rin cip io básico se puede aplicar a o tras variables fisiológicas, como la tem p eratu ra corporal, la presión arterial y la osm olalidad del plasm a. U n circu ito de retroalim en tació n n eg ativ a re q u ie re un sensor de a lg ú n tip o q u e resp o n d a a la v ariab le en cuestión, pero n o a otras variables fisiológicas. Por co n sig u ien te, u n o sm o rrecep to r resp o n d e a los cam bios de osm olalidad de los líq u id o s c o rp o ra les, pero no a los cam bios de tem p e ra tu ra o de p resió n arterial. La inform ación p ro ced en te del sensor debe com pararse con el n ivel deseado (conocido com o « p u n to de aju ste» o «de referen cia» del sistem a) m ediante alguna form a de comparador. Si am bas in fo r m aciones no encajan, se tran sm ite una señal de e rro r hasta un efector, q ue es un sistem a q u e actú a restab le cien d o los niveles deseados de la variable. Las características básicas del circu ito de retroalim entación n egativ a se resu m en en la figura 1-1. Estas ca racterísticas de la retroalim en tació n n egativa p u ed e n co m p ren derse ex am in an d o un sim ple sistem a calefactor. La v ariab le con tro lad a es la tem p eratu ra am b ien te detectada p o r u n term ostato. El efector es algún tip o de calen tad o r. C uando la tem p eratu ra am biente d ism in u y e por debajo del p u n to de ajuste, el term o sta to detec ta la diferencia de te m p e ra tu ra y pone en m archa el ca len tad o r, q u e hace su b ir la tem p era tu ra de la h ab itació n hasta q u e alcanza el nivel preestab lecid o ; en este p u n to , el calen tad o r se apaga de nuevo. A u n q u e la retroalim en tació n negativa es el p rin cip al m ecanis mo para m antener un m edio in te rn o constante, p resen ta algunas desventajas. En prim er lugar, sólo se p uede ejercer u n control de retroalim entación negativ a cuan d o se ha p ro d u cid o una altera ción de la variable controlada. En segundo lugar, la corrección qu e h ay q u e aplicar sólo p u ed e evaluarse a p a rtir de la m agnitud de la señal de e rro r (es decir, la diferencia e n tre el valor deseado y el valor registrado de la variable en cuestión). En la práctica, esto significa q ue el sistem a de retroalim entación negativa p ro porciona una corrección incom pleta. En tercer lugar, si la correc ción es excesiva existe el riesgo potencial de p ro v o car oscilacio nes en la v ariable controlada. En los sistem as fisiológicos, estas desventajas se su p eran gracias a una regulación m últiple. En el ejem plo m encionado anterio rm en te, la glucosa sanguínea se m an tiene d en tro de unos estrechos m árgenes de variación m ediante la acción de dos m ecanism os q u e actúan en oposición (push-pull). La insulina actúa red u cien d o los niveles plasm áticos de glucosa, m ientras qu e otra horm ona p ancreática, el glucagón, actúa m ovi lizando glucosa a p a rtir de los d epósitos corporales. A u n q u e es difícil destacar todavía más la im portancia de los circuitos de control de retroalim entación negativa de los m ecanis mos hom eostáticos, en determ inadas circunstancias frecuentes es tos circuitos son reajustados o superados. Por ejem plo, la presión arterial es m onitorizada p o r unos receptores, conocidos como barorreceptores, qu e se localizan en las paredes del cayado aórtico y
en el seno carotídeo. Estos receptores son los sensores de un cir cuito de retroalim entación negativa q u e m antiene los valores de presión arterial d en tro de determ inados lím ites. Si la presión arte rial aum enta, se p roducen cam bios com pensatorios q u e tien d en a restablecer valores norm ales. Sin em bargo, cuando se está hacien do ejercicio este m ecanism o se reajusta. Si no se reajustara, la can tidad de ejercicio que podríam os practicar se vería m uy lim itado. Los circu ito s de retroalim entación neg ativ a o p eran para m an te n e r u n a variab le concreta d en tro de unos lím ites específicos. Son la fuerza estábil iza dora de la econom ía del organism o. Sin em bargo, en algunas circu n stan cias se p ro d u ce una retroalimen taciún positiva. En este caso, el circuito de retroalim entación es in h eren tem en te inestable, ya q u e la señal de erro r actúa au m en tan do la desviación inicial. Un ejem plo de la vida cotidiana es el del ru id o q u e se p ro d u ce c u an d o se coloca u n m icrófono cerca de uno de los altavoces de u n sistem a para d irigirse al público. El m icró fono cap ta el sonido inicial, q u e es am plificado p or el circuito electrónico. Esto lleva al am plificador a em itir un sonido más fuerte, q u e es cap tad o nuev am en te p or el m icrófono y am plifica do, de m odo q u e el am plificador em ite u n sonido cada vez más fu erte hasta q u e el circu ito de am plificación alcanza el lím ite de su p otencia y las personas q u e están cerca deben salir corriendo. Un ejem plo de interacción en tre m ecanism os de retroalim enta ción negativos y positivos es la regulación horm onal del ciclo m enstrual. Las alteraciones cíclicas de los niveles plasm áticos de dos horm onas procedentes de la hipófisis, la gonadotropina foliculoestim ulante (FSH) y la g o n adotropina luteinizante (LH) se relacio nan con la regulación de la fecundidad. Las horm onas esteroideas de los ovarios pueden ejercer u n control de retroalim entación, tan to negativa como positiva, sobre la secreción de FSH y LH, depen diendo de la concentración horm onal presente. Los niveles bajos o m oderados de una horm ona denom inada 17p-estradiol tienden a in h ib ir la secreción de FSH y LH (retroalim entación negativa). Sin em bargo, si el 17p-estradiol está presente en altas concentraciones d u ran te varios días, estim ula la secreción de FSH y LH (retroali m entación positiva). Como resultado, ju sto antes de la mitad del ci clo m enstrual aum enta considerablem ente la secreción de FSH y LH. Este aum ento es el responsable de la ovulación; una vez que ésta ha tenido lugar, los estrógenos d ism inuyen drásticam ente y la producción de FSH y LH dism inuye tam bién a m edida que la re troalim entación negativa vuelve a ser el mecanism o de control.
Bibliografía recomendada Houk JC. Homeostasis and control principies. En: M ountcastle VB, editor. Medical physiology (cap. 8). 14th ed. St. Louis: Mosby, 1980; p. 246-267.
Patón WDM. Man and mouse. Animáis in medical research. 2nd ed. Oxford: Oxford University Press, 1993.
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Constitución química del organismo El objetivo del presente capítulo es explicar: *
La composición química del organismo
•
Las propiedades del agua como solvente biológico: sustancias polares y no polares
•
La presión osmótica y la tonicidad de las soluciones acuosas
•
La estructura y las funciones de los hidratos de carbono
•
La naturaleza química y las funciones de los lipidos
•
La estructura de los aminoácidos y las proteínas
•
La estructura de los nucleótidos y los ácidos nucleicos
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Constitución química del organismo
2.1 Introducción Ej organism o hum ano está form ado p rin cip alm en te p o r cuatro - em entos: oxígeno, carbono, h idrógeno y n itrógeno. Estos ele m entos se com binan de form as m u y diversas y dan lu g ar a una in mensa v ariedad de sustancias quím icas. Los p rincipales co n stitu y entes orgánicos (es decir, q u e co ntienen carbono) de las células de los m am íferos son los hidratos de carbono, las grasas, las proteí nas y los ácidos nucleicos, qu e se form an a p a rtir de p equeñas mo léculas p ertenecientes a g ru p o s principales: azúcares, ácidos g ra sos, am inoácidos y nucleótidos. A lrededor del 60% del cu erp o de u n ho m b re ad u lto es agua, y el 40% restan te está form ado p o r grasas, pro teín as, h id rato s de carbono y m inerales. Las m ujeres tien en una m ayor pro p o rció n de grasa corporal, de m anera q u e el total de agua co rporal re p re senta alred ed o r del 50% de su peso. T an to en h om bres como en m ujeres, los tejidos corporales m agros son en u n 70% agua, en un 15% grasas, en u n 12% pro teín as, en un 2 % ácidos nucleicos y en un 0 ,5 % h id rato s de carb on o (glúcidos). El resto son m inerales de diversos tipos, com o calcio, hierro, m agnesio, fosfato, potasio y sodio. La com posición quím ica del organism o ex p resad a en la tabla 2-1 se ha ob ten id o haciendo u n prom edio ap ro x im ad o de los valores de todos los tejidos de un ad u lto . Las pro p o rcio n es de
T ab la 2-1.
C o n stitu c ió n q u ím ic a a p r o x im a d a d el o r g a n ism o
© MASSON. S.A. Fotocopiar sin autorización es un delito.
(to d o s lo s v a lo r e s se e x p resa n c o m o p o rcen ta je d el p e so co rp o ra l)
Oxigeno Carbono Hidrógeno Nitrógeno Total minerales; Na' K' C1 MgJCa:‘ Fósforo Azufre Fe2" ’" Zn*
65 18 10 3,4 3,6 0,17 0,28 0,16 0,05 1,5 1,2 0,25 0,007 0,002
F.l organismo contiene pequeñas cantidades de otros elementos, además de los arriba mencionados.
los diferentes co m ponentes varían d ep e n d ie n d o de los tejidos y se m odifican d u ra n te el desarrollo.
2.2 Agua corporal El agua es el p rin cip al co n stitu y e n te del cu erp o hum ano y es esencial para la v ida. T am bién es el p rin cip al solv en te de las cé lulas vivas. Las m oléculas de interés biológico p u ed en d iv idirse en aquellas q u e se d isu elv en fácilm ente en agua y las q u e no. Las sustancias q u e se disu elv en fácilm ente en agua se d enom inan po lares o hidrófilos, m ientras q u e las insolubles en agua recib en el no m b re de no polares o hidrófobas. Ejem plos de sustancias polares son el clo ru ro sódico, la glucosa y el etanol, y ejem plos de su sta n cias no polares, las parafinas y el benceno. H ay num erosas m olé culas q u e tien en p ro p ied ad es m ixtas, de m odo q u e una p arte es polar y la otra n o polar. Se conocen con el no m b re de sustancias anfifílicas. Son ejem plos de sustancias anfifílicas los ácidos grasos de cadena larga, el colesterol y las sales biliares.
Líquidos intracelulares y extracelulares El agua co rporal es la sum a de la ex isten te d en tro de las células, agua intracelular, y la q u e hay fuera de las células, agua extracelular. El agua ex tracelu lar se rep arte, adem ás, e n tre el plasm a, el agua in tersticial y el agua tran scelu lar (fig. 2-1). El agua in te rsti cial se en c u e n tra fu era de los vasos sanguíneos y baña las células. Adem ás, un p eq u eñ o p o rcentaje de agua corporal co n stitu y e el lí q u id o linfático. En el capítu lo 28 se tra ta n los m ecanism os p o r los cuales se m an tien e el e q u ilib rio del agua corporal. El agua corporal contiene gran cantidad de sustancias en diso lución; los solutos y el agua del espacio extracelular constituyen el llamado líquido extracelular y el líquido del interior de las células se denom ina líquido intracelular. El líquido ex istente en los espacios de tipo seroso, como los ventrículos cerebrales, la cavidad peritoneal, las articulaciones y el interior del ojo, se denom ina líquido transcelular y constituye aproxim adam ente el 2,5% del agua cor poral total. El líquido intracelular está separado del extracelular por la m em brana plasmática de cada célula individual, que está forma da p o r lípidos (grasas) y tiene una p arte central n o polar (v. cap. 3). En consecuencia, las moléculas polares no pueden cruzar fácilm en te desde el liquido ex tracelular hasta el intracelular. En realidad, esta barrera se utiliza para crear gradientes de concentración que las células aprovechan para realizar diversas funciones.
10----- 2 Constitución química del organismo
-------1
----------------------------Agua transcelular (0,8 I)
Agua intersticial
(10.4 I)
Plasma (2,8 I)
Agua intracelular
(281) Fig. 2-1. Distribución del agua corporal en los diferentes compartimen tos, en un hombre de 70 kg de peso.
Difusión C uando una sustancia (el soluto) se disuelve en un solvente y se forma una solución, las m oléculas in dividuales de soluto se dis persan d en tro del solvente y son libres de m overse al azar. En una solución acuosa, las moléculas de agua y de soluto están en conti nuo m ovim iento y colisionan frecuentem ente en tre si. Este p roce so conduce a la difusión, es decir, a la dispersión al azar de las mo léculas de la solución. La difusión no se lim ita a las soluciones acuosas, sino qu e tiene lu g ar a trav és de m em branas celulares for m adas en su m ayor p arte por lipidos (v. más adelante). Cuando se añade una gota de una solución concentrada (p. ej„ glucosa al 5% P/V) a un volum en de agua pura, el m ovim iento al azar de las moléculas de glucosa da lugar a su lenta dispersión por todo el volumen. Si la solución al 5% se añadiese a una solución de glucosa al 1% , se produciría el mismo proceso de dispersión de las moléculas de glucosa hasta que la concentración de toda la solución fuese uniforme. La glucosa (o cualquier otro soluto) tiene tendencia a difundir desde una zona de alta concentración hasta una de concen tración inferior (es decir, a favor de un gradiente de concentración). La tasa de difusión en un solvente depen d e de la tem peratura (es más ráp id a a m ayor tem peratura), la m ag n itu d del g rad ien te de concentración y el área sobre la q u e se p ro d u ce la difusión, y tam bién se ve afectada por las características m oleculares del so lu to y del solvente. En general, las moléculas g ran d es d ifu n d en más lentam ente qu e las pequeñas. Las citadas características se re flejan en una con stan te física denom inada coeficiente de difusión.
Presión osmótica de los líquidos corporales Cuando una solución acuosa está separada del agua pura a través de una m em brana perm eable al agua pero no al soluto, el agua atra
viesa la m em brana hacia la solución en v irtu d de u n proceso cono cido con el nom bre de osmosis. Este m ovim iento puede contrarres tarse aplicando una presión hidrostática a la solución. La presión que resulta ser suficiente para p rev en ir el desplazam iento de agua se conoce con el nom bre de presión osmótica de la solución. La presión osm ótica de una solución se expresa como osmolalidad y g u ard a relación con el núm ero de p artículas p o r kilogra mo de solución, con in d ep en d en cia de su naturaleza quím ica. Un gram o mol de una sustancia, q ue no se disocia, en u n kilogram o de solución ejerce una presión osm ótica de 1 osmol. P or consi guiente, la presión osm ótica ejercida p o r 1 mol de glucosa (masa m olecular relativa [Mr] = 180) es la misma q ue la ejercida por 1 mol de albúm ina (M r — 67.000). Las soluciones salinas acuosas son u na im p o rtan te excepción a esta norm a: las sales se disocian en sus iones co n stitu y en tes, de m odo q u e una solución de cloru ro sódico ejercerá una presión osm ótica eq u iv alen te al doble de su concentración molal, es decir, 100 mm ol • kg 1 de solución de clo ruro sódico en agua ten d rán una presión osmótica de 200 mosmol • ■kg de los cuales la m itad se deb en a los iones de sodio y la otra m itad a los iones cloruro. La osm olalidad total de una solución es la sum a de la osmolalidad debida a cada u n o de sus constitu y en tes. El líq u id o extracelu lar y el plasm a tien en un a osm olalidad aproxim ada de 300 mosmol ■k g '1. Los iones principales (N a', K ', Cl", etc.) con trib u y e n aproxim adam ente en 290 mosmol • kg 1(alrededor de un 96%), mientras que la glucosa, aminoácidos y otras pequeñas sustan cias no iónicas contribuyen aproximadam ente con 10 mosmol • kg Las p roteínas sólo c o n trib u y e n con alrededor del 0 ,5 % a la osm o lalidad total del plasm a y con un p o rcentaje todavía in ferio r a la osm olalidad del líq u id o ex tracelu lar (que apenas contiene p ro te í nas). Esto qued a claro a p a rtir de los siguientes cálculos: el plas ma sanguíneo contiene alrededor de un 95% de agua, 6,42 g de cloruro sódico y 45 g de albúm ina p o r litro. Estas cifras corres po n d en a 6,76 g de cloruro sódico y 47,4 g de albúm ina p o r kilo gram o de agua plasm ática. La presión osmótica ejercida p o r 6,76 g de cloruro sódico (Mr = 58,4) es igual a: (2 x 6 ,7 6 ): 58,4 = 0,231 osmol • kg ' o 231 mosmol • kg 1 La presión osmótica ejercida p o r 47,4 g de albúm ina es igual a: 47,4 : 67.000 = 7,1 x 10 "1 osmol ■ k g '1 o 0,71 mosmol ■k g ‘* Por consiguiente, la presión osm ótica ejercida por 47 g de alb ú mina sólo es el 0 ,3 % de la ejercida p o r 6,7 g de cloruro sódico. Está claro q ue ¡a presión osmótica ejercida por las proteínas es m e nor que la ejercida por los principales iones de los líquidos biológicos. No o bstante, la pequ eñ a presión osm ótica q ue ejercen las p ro teí nas (conocida como presión osmótica coloidal o presión oncótica) desem peña u n im p o rtan te papel en el intercam bio de líquidos en tre com partim entos corporales. A pesar de qu e las m em branas lipídicas son hidrófobas, son más perm eables al agua q ue los iones, de m odo q ue la osm olalidad del líq u id o in tracelu lar es la misma q u e la del líq u id o extracelular (es decir, am bos líquidos tienen una osm olalidad de alrededor de 300 mosmol • kg~‘ y, p o r consiguiente, son isoosmóticos). Si la p re sión osm ótica en un com partim ento es m ayor que en otro, el agua se desplazará desde el área de m enor presión osm ótica hasta la de m ayor presión osm ótica hasta q ue am bas se igualen.
2.3 Glútidos
11
la m em brana. Este proceso se denom ina filtración y es accionado po r el g rad ien te de presión ex isten te e n tre am bos lados de la m em brana. C uando la filtración separa solutos d e gran tam año, ' - r.i suspensión de hem atíes se introduce en una solución de clocomo las pro teín as, de solutos de tam año m enor, como la glucosa sodico que tiene una osm olalidad de 260 mosmol • kg los he y los iones inorgánicos (Na- , K~, Cl~, etc.), el proceso se denom ina n i l e s se hincharán más y más a m edida que el agua se introduzca ultrafiltración. _3s relulas para igualar la presión osm ótica a través de la memLas paredes de los capilares no suelen ser perm eables a las p ro rrana celular. Esta concentración de cloruro sódico es hipotónica teínas plasm áticas (p. ej., la albúm ina), p ero sí lo son a los solutos 7. respecto a las células. Si, p o r el contrario, se in tro d u cen las céde peq u eñ o tam año. La acción de bom ba q u e ejerce el corazón ge —¿s en una solución de cloruro sódico q u e tiene una osm olalidad nera un g rad ien te de presión a través de las paredes de los capila ;e J60 mosmol - kg 1, éstas se contraerán a m edida que el agua salres, lo q u e tien d e a forzar el líq u id o desde éstos hacia el espacio in ; í de ellas. En este caso, el líquido es hipertónico. Las células introtersticial. Este proceso tien e lugar en todos los lechos vasculares, ; _ ;:cas en una solución acuosa de cloruro sódico al 0,9% (es decir, pero es de especial im portancia en los capilares glom erulares del - g de cloruro sódico en 100 mi de agua) n o se hinch arán ni se riñón, q u e filtran g ran d es volúm enes de plasm a cada día. -traerán . Esta concentración tiene una osm olalidad de aproxim an m e n te 310 mosmol • kg"1 y se dice q u e es isotónica con las célu| En ocasiones nos referim os a esta solución como «suero fisioló gico», pero sería m ejor llamarla suero fisiológico isotónico.) No todas las soluciones isoosm óticas con respecto al líq u id o inLos glúcidos son la principal fu en te de energía para las reacciones --c e lu la r lo son en relación con las células. Una solución q u e con celulares. T ienen la fórm ula general C„(H,0)m y en la figura 2-2 se d ene 310 mosmol • kg 1 de urea es isoosmótica tan to con el suero m u estran algunos ejem plos. Los q u e tienen tres átom os de carbo • biológico como con el líquido in tracelular, p ero no es isotónica ya no se conocen con el n om bre de triosas, los q u e tienen cinco car - ue las células in tro d u cid as en esta solución se h in ch arían y esta bonos son las pentosas y los q u e tienen seis son las hexosas. Ejem carían (un proceso denom inado tisis). Esta co nducta se explica p or plos de h id rato s de carbono son el gliceraldehído (una triosa), la _. hecho de q u e la urea p u ede p e n etra r en la m em brana celular con ribosa (una pentosa), la fructosa y la glucosa (ambas hexosas). ::erta libertad; cuando lo hace, difu n d e a lo largo de su g rad ien te Cuando se u n en dos m oléculas glucídicas y se elim ina u n a molé j e concentración y a continuación lo hace el agua (de o tro m odo, cula de agua, se forma u n disacárido. La fructosa y la glucosa se i osm olalidad del líquido intracelular au m entaría y éste se volvecom binan form ando sacarosa, m ientras q u e la glucosa y la galac -¡a hiperosmótico). Dado q ue hay u n exceso de urea en el ex terio r tosa (otra hexosa) form an lactosa, el principal azúcar de la leche. de las células, ésta sigue en tran d o y atray en d o agua m ediante os Cuando se u n en m uchas m oléculas glucídicas se forma u n polisamosis y, p o r ello, las células se h in ch an hasta q u e estallan. cárido. Ejemplos de polisacáridos son el alm idón, q u e es un im por ta n te c o n stitu y en te de la dieta, y el glucógeno, q u e es el principal depósito de h id rato s de carbono de los m úsculos y el hígado. Filtración A u n q u e los g lúcidos son la p rin cip al fu en te d e energía de las células, tam bién son los co m ponentes de u n a serie de m oléculas Cuando u n líq u id o atraviesa u n a m em brana perm eable deja de im p o rtan tes. Los ácidos nucleicos: deso x irrib o n u cleico (ADN) y trás las p artículas que tien en u n diám etro m ayor q u e los p oros de ribon u cleico (ARN), resp ectiv am en te, co ntienen las pentosas 2-desoxirribosa y ribosa. La ribosa tam bién es uno de los com po n en tes de los nu cleó tid o s p u rín ico s q u e desem peñan un papel Resumen esencial en el m etabolism o celular. (En el ap artad o 2.6 se d esarro lla con detalle la e stru ctu ra de los nucleótidos.) 1. El agua es el principal solvente del organismo y representa el 50A lgunas hexosas tien en u n g ru p o am ino en lugar de u no de 60% de la masa corporal. Se dice que las sustancias que se di los g ru p o s h idroxilo. Estas hexosas se conocen con el n om bre de suelven fácilmente en agua son polares (o hidrófitas) mientras azúcares am ino o hexosaminas, y se en c u e n tran en las glucoproteíque las que son insolubles en agua son no polares (o hidrófobas).
Tonicidad de las soluciones
O M A 3 S U N , Li A I o l n c o p m i sin a u l o i l / u t ittn un un i.lolllu
2.3 Glúcidos
2.
3.
4.
El agua puede clasificarse en agua intracelular (la que se encuentra dentro de las células) y agua extracelular. Los solutos y el agua del interior de las células constituyen el líquido intracelular, mientras que el del exterior de las células es el liquido extracelular. Cuando una sustancia se disuelve en agua ejerce una presión os mótica que depende de su concentración molal. La presión osmó tica de una solución se expresa como osmolalidad, que se relacio na con el número de partículas por kilogramo de solución, con in dependencia de su naturaleza química. La osmolalidad total de una solución es la suma de la osmolalidad debida a cada uno de los componentes. La osmolalidad del liquido intracelular es la misma que la del lí quido extracelular (es decir, ambos líquidos son isoosmóticos).
Resumen 1.
2.
Los hidratos de carbono, en especial la glucosa (una hexosa), se descomponen con el objetivo de suministrar energía para las reacciones celulares. Hl cuerpo almacena hidratos de carbono para el metabolismo energético en forma de glucógeno, que es un polisacárido. Aunque los glúcidos son la principal fuente de energía de las cé lulas, también son los componentes de gran número de moléculas de importancia biológica, como los nucleótidos purínicos y los ácidos nucleicos.
12
2 Constitución química del organismo
Triosa
Fig. 2-2. Estructura de los hidratos de carbono más representativos. El glucógeno es un polisacárido que consta de muchas moléculas de glucosa unidas por enlaces 1-4, conocidos como enlaces glucosidicos, para formar una cadena larga. Una serie de cadenas de glucosa unidas por enlaces 1-6 forman una sola molécula de glucógeno.
CHO
I
CHOH
I
CHzOH Gliceraldehído
Pentosa
hoch2
HO OH
OH
D-ribosa Hexosa
\O H
H/
H
OH
l0>—Y
HOH
D-glucosa Disacáridos
CH OH
HOH
CH.OH
Polisacárido
Enlace 1-4
Glucógeno
ñas (= azúcar + proteín a) y en lo sglucolípidos (= azú car -t- lípido). En las glucoproteínas, u n a cadena de polisacáridos está u nida a una p ro teín a p o r un enlace covalente; las g lu co p ro teín as son com ponentes im portan tes del hueso y del tejid o co n ju n tiv o . Los g lucolípidos consisten en una cadena de polisacáridos u n id a al re siduo de glicerol de u n lípido esfingosina (v. más adelante) y se identifican en las m em branas celulares, en especial en las de la sustancia blanca del cerebro y la m édula espinal.
2.4 Lípidos Los lípidos son u n g ru p o de sustancias q u ím icam ente diversas q u e com parten la p ro p ied ad de ser insolubles en agua pero solu bles en solventes orgánicos como el é te r y el cloroform o. Cum plen una g ran varied ad de funciones: • Son el p rin cip al elem ento estru ctu ra l de las m em branas celula res (v. cap. 3).
2.4 Lipidos
13
H,C COOH Ácido graso saturado (ácido esteárico)
COOH Ácido graso insaturado (ácido oleico)
Colesterol
Progesterona Esteroides
COOH C H 3
Ácido araquidónico Ácidos grasos
C -O —
-O —CH I -o -c h 2
ch2
C -O -C H ,
H„C
I
2
I
HO — CH,
2
- O —CH
Diglicérido
Triglicérido (tristearina) Glicéridos
Fig. 2-3.
Estructura química de los ácidos grasos, los glicéridos y los esteroides.
O MAISON, S A Fotocopiar »In auton/aclón os un dolilo
• C onstituyen una im p o rtan te reserv a de energía. • A lgunos actúan como señales quím icas (p. ej., horm onas esteroideas y prostaglandinas). • Por debajo de la piel, p ro p o rcio n an una capa de aislam iento fren te al calor. • A lgunos actúan como aislantes eléctricos en la conducción de los im pulsos nerviosos. Los triglicéridos o triacilgliceroles son el p rin cip al depósito energético del organism o y p u e d e n acum ularse en el tejid o adi poso en cantidades prácticam en te ilim itadas. Consisten en tres ácidos grasos unid o s al glicerol p o r enlaces éster, tal com o se m uestra en la figura 2-3. Los diglicéridos se caracterizan p o r ten er dos ácidos grasos u n id o s al glicerol, m ien tras q u e los monoglicéridos sólo p resen tan uno. Los ácidos grasos tien en la fórm ula gene ral CH,(CH2)nCOOH, y e n tre los más típ ico s podem os citar el ácido acético (2 átom os de carbono), el ácido b u tírico (4 átom os de car bono), el ácido palm ítico (16 átom os de carbono) y el ácido esteá rico (18 átom os de carbono). En general, los trig licérid o s contie nen ácidos grasos con num erosos átom os d e carb o n o (p. ej., ácido palm ítico y esteárico), y la cadena m edia de ácidos grasos acos tu m b ra a ten er u n ácido graso in satu ra d o como el ácido linoleico (18 átom os de carbono con dos dobles enlaces) y el ácido araqui dónico (20 átom os de carbo n o con c u atro dobles enlaces). A u n q u e los m am íferos, in clu y en d o el ser hum ano, no p u ed en sintetizar ácidos grasos insaturados, éstos desem peñan u n im p o rta n te papel en el m etabolism o celular. En consecuencia, estos ácidos, cono cidos como ácidos grasos esenciales, d eben su m in istrarse a través de la dieta. Su im portancia radica tam b ién en q u e son los p re c u r sores de un g ru p o de lípidos conocidos como p ro stag lan d in as (v. más adelante).
Los lípidos estructurales son el principal com ponente de las m em branas celulares. Se clasifican en tres g rupos principales: fosfo lipidos, glucolipidos y colesterol. En la figura 2-4 se detallan las es tru ctu ra s quím icas básicas de estos com ponentes clave. Los fosfolípidos se clasifican en dos grupos: los basados en el glicerol y los ba sados en la esfingosina. Los glicerofosfolípidos son m uy abundantes en las m em branas plasmáticas de los mamíferos y se clasifican a par tir de sus g rupos polares unidos al fosfato. Son ejemplos de glicero fosfolípidos la fosfatidilcolina, la fosfatidilscrina, la fosfatidilctanolamina y el fosfatidilinositol. Los principales g rupos de gliccrofosfatos están unidos a residuos de ácidos grasos de cadena larga a través de enlaces éster. Sin em bargo, existe otra clase de fosfolípidos, los plasmalógenos, en los que una cadena de hidratos de carbono está unida al glicerol del gru p o principal a través de u n enlace éster. Los residuos de ácidos grasos tienen una longitud variable que fluctúa en tre 14 y 24 carbonos, y pueden ten er u n o o más dobles enlaces. En general, hay una cadena de ácidos grasos com pletam ente satura da y otra que posee un doble enlace ci's; el ácido oleico, p o r ejemplo, tiene un doble enlace entre los carbonos 9 y 10. Los glucolipidos de las m em branas de los m am íferos se basan en la esfingosina, y p resen tan u n g ru p o h id ro x ílo del glicerol u n i do a u n resid u o glucídico, com o se m uestra en la figura 2-4. Al igual q u e en el caso de los fosfolípidos, ex isten num erosos glucolípidos, y sus cadenas g lucídicas p u ed en ser rectas o ram ificadas. Los esteroides son lípidos con una estru ctu ra de cuatro anillos de carbono, conocidos como núcleo esteroideo. El esteroide más ab u n dante es el colesterol (fig. 2-3), que es el principal com ponente de las m em branas celulares y que actúa como precursor en la síntesis de num erosas horm onas esteroideas. L asprostaglandinas, cuya síntesis y funciones fisiológicas se abordan en el capítulo 5, son lípidos de rivados del ácido araquidónico, un ácido graso insaturado (fig. 2-5).
14
2 Constitución químico del organismo
Región hidrófoba
Región polar
Glucosildiacilglicerol O -G A L
Plasmalógeno
Fig. 2-4. Estructura de algunos lípidos estructurales (lípidos que forman las mem branas celulares). Obsérvese que todos tie nen una región con un grupo polar princi pal y una larga cola hidrófoba.
Su biosíntesis y funciones fisiológicas se exponen en el capítulo 5. Los ácidos grasos de cadena larga y los esteroides son insolubles en agua pero form an de m anera natural micelas en las que los princi pales grupos polares m iran hacia fuera, en dirección al agua (fase acuosa), y las cadenas hidrófobas largas se asocian hacia dentro. Es tos com puestos son transportados en la sangre y líquidos corporales asociados a proteínas, form ando las denom inadas lipoproleinas. Cada partícula lipoproteica consiste en una micela de lípidos p ro te gida por una capa de proteínas conocidas como apoproleínas. En las m em branas celulares, los lípidos form an bicapas que se sitúan con los grupos polares principales o rientados hacia la fase acuosa, m ientras q u e las cadenas de ácidos grasos hidrófobos mi ran hacia den tro y form an una zona central hidrófoba. Esta dispo sición co nstituye una barrera para la difusión de las moléculas p o lares (p. ej., la glucosa) y los iones, pero n o para las m oléculas no polares de pequeño tam año como la urea. Las m em branas celulares dividen la célula en d iferentes com partim entos; en ellos se almace nan m ateriales diversos, y p erm iten la separación física de los d i ferentes procesos m etabólicos. Esta com partim entalización de las células gracias a las m em branas lipídicas se d escribe con m ayor detalle en el capítulo 3.
Fig. 2-5.
Resumen Los lipidos son un grupo de sustancias químicamente diversas, insolu bles en agua pero solubles en solventes orgánicos como el éter y el clo roformo. Realizan una gran variedad de funciones: los fosfoüpidos son el principal elemento estructural de las membranas celulares; los triglicéri dos constituyen una importante reserva de energía, y muchos esteroides y prostaglandinas actúan como señales químicas.
Estructura química de algunas prostaglandinas.
2.5 Aminoácidos y proteínas Las pro teín as d esem peñan g ran varied ad de funciones en el orga nismo; • In teg ran las enzim as q u e catalizan las reacciones quím icas de los seres vivos.
2.5 Aminoácidos y proteínas
• P articip an en el tra n sp o rte de m oléculas e iones p o r to d o el o r ganism o. • Se u nen a iones y a p equeñ as m oléculas para su alm acenam ien to en el in terio r de las células. • Son responsables del tra n sp o rte de m oléculas e iones a trav és de las m em branas celulares. • P roteínas como la tu b u lin a form an p a rte del citoesqueleto, que p roporciona la fuerza estru c tu ra l a las células. • C onstituyen los com ponentes m óviles de los m úsculos y cilios. • Las proteínas denom inadas inm un o g lo b u lin as, desem peñan u n im p o rtan te papel en la defensa del organism o fren te a las infec ciones. • P or si todo ello no fuera suficiente, algunas p ro teín as actú an como m oléculas de señalización; la in su lin a, u n a horm ona, es un ejem plo de este tip o de proteína.
Las proteínas se form an a partir de la com binación de 20 a-am inoácidos Las unid ad es estru ctu rales básicas de las p ro teín as son los a-am inoácidos. Un a-am inoácido es un ácido carboxílico q u e tiene un g ru p o am ino y una cadena lateral u n id a al átom o de carb o n o más cercano al g ru p o carboxilo (el átom o de carbono a ), como se m uestra en la figura 2-6. Por co nsiguiente, el átom o de carbono a está u n id o a cuatro g ru p o s diferentes y es ópticam ente asim étri co, con una forma L y una form a D. Los am inoácidos n atu rales p ertenecen a la serie L.
Estructura básica de un aminoácido
Las p ro teín as están form adas a p a rtir de 20 i.-a-am inoácidos d iferentes q u e p u ed en a g ru p arse en cinco clases: 1. A m inoácidos ácidos (ácido aspártico y ácido glutám ico). 2. A m inoácidos básicos (arginina, h istid in a y lisina). 3. A m inoácidos hidrófilos sin carga (asparagina, glicina, glutam i na, serina y treonina). 4. A m inoácidos hid ró fo b o s (alanina, leucina, isoleucina, fenilalanina, pro lin a, tirosina, trip tó fan o y valina). 5. A m inoácidos q u e co n tien en azufre (cisteína y m etionina). Los am inoácidos p u ed en com binarse m ediante la u n ió n de un g ru p o am ino de un o de ellos con u n g ru p o carboxilo de otro, unión en la q u e se elim ina agua y se forma u n dipéptido, como se m uestra en la figura 2-7. La unión en tre dos am inoácidos q ue se m antienen ju n to s de esta forma se conoce como enlacepeptidico. La adición de u n tercer am inoácido daría lu g ar a u n trip ép tid o , y la de un cuarto, a u n tetrap ép tid o . Los p ép tid o s con u n elevado n ú m ero de am inoácidos u n id o s e n tre sí se conocen como polipéptidos. Las pro teín as son grandes polipéptidos. Por convención, la rep re sentación de la e stru ctu ra de u n p ép tid o se inicia en el extrem o fi nal, con el g ru p o am ino libre a la izquierda (el g ru p o am inoterm inal), y term ina con el g ru p o carboxilo lib re a la derecha; el orden en el q u e se disponen los am inoácidos se conoce como secuencia peptídica. P uesto q u e las p roteínas y la m ayor parte de péptidos son e stru ctu ras de gran tam año, seria m u y laborioso d escrib ir toda la secuencia de am inoácidos, de modo que se utiliza una sola letra o u n código de tres letras, como se m uestra en la tabla 2-2.
Am inoácidos ácidos
COOH H2N— CH- -COOH
^-CH
I
H2N— CH— COOH
NH,
"N H
CH,
CH,
Acido aspártico
Am inoácidos básicos
COOH
I
15
I
I 2
CH,
I
cn2
c = c
CH,
I
CH,
HjN— CH— COOH
CH,
H2N— CH— COOH
Ácido glutámico
CH,
Histidina
I
H2N— CH— COOH Usina Am inoácidos hidrófilos sin carga
H
HCONH,
H2N— CH— COOH Glicina
CH, CH,
Am inoácidos que contienen azufre
Aminoácidos hidrófobos
CH.'3 CH, 'C H
CH, H2N— CH— COOH
CH,
I
I
H2N— CH— COOH
Alanina
Valina
S SH
I CH, C H jO H
Glutamina
Serina
Fig. 2-6.
I
CH, I
H2N— CH— COOH
CH, H2N— CH— COOH
I
CH,
Cisteína H2N— CH— COOH Fenilalanina
Estructura química de los a-aminoácidos más representativos.
2
H2N— CH— COOH Metionina
16
2 Constitución química del organismo
Estructura general de un aminoácido
H R I I -N—CH—C—OH II O ch 3
H I
CH
I
\\
^ch 3
H -C tf
II
'
I
I
Il O
II O
R|
----------- ►
Cl
H ^ C IÍ
a d re n a lin a .
T Gluconeogénesis (a,)
T
4 Tono del m úsculo liso G1 csfintérico (P,) 4- Tono del m úsculo liso bronquial (broncodilataciónj (P j
-l Secreción de insulina (a,)
’ Tono arteriolar en lechos vasculares no m usculares (a,) que da lugar a vasoconstricción y T PA T Tono esfínteres gastrointestinales (a,) 4 Tono m úsculo liso no relacionado con esfínteres (a,) i Tono m úsculo liso bronquial (broncodilatación) {«,)
Entre paréntesis se m uestran los receptores adrenérgicos que m edian los diferentes efectos; T indica aum ento y 4, dism inución en el proceso fisiológico especifica do. Para una descripción de los su b tip o s de receptores adrenérgicos, véase el capitulo 10.
g ica o n eu ro tra n sm iso r p u e d e ejercer d ife re n te s e fe c to s sob re
cil— p e se a q u e la m ayor parte de sín tom as p u ed en aliviarse con
d ife r e n te s c élu la s efectoras. T an to lo s a g o n ista s com o los a n ta
la adm inistración de fárm acos qu e b lo q u een los recep tores de las
g o n ista s de lo s r ec ep to re s ex y (3-adrenérgicos se u tiliza n am
catecolam inas.
p lia m en te en m ed icin a c lín ic a . Por ejem p lo, lo s a n ta g o n ista s P (b lo q u ea d o re s (5), com o e l a te n o lo l, se p r e sc rib e n con fr e c u e n cia para red u cir el g a sto card íaco e n e l tratam ien to d e la h ip er
Resumen
te n sió n arterial. Los a g o n ista s fi,, com o el sa lb u ta m o l, se a d m i n istran a p a c ie n te s asm áticos por su s e fe c to s b r o n c o d ila ta d o -
1.
res.
Control de la secreción de la médula suprarrenal
2.
A pesar de qu e la secreción basai de catecolam inas en la m édula suprarrenal probab lem ente es in sig n ifica n te, determ inadas situa
3.
cio n es estresan tes p u ed en estim ular la glán d u la para q u e lib ere su s horm onas. Éstas in c lu y en el ejercicio, la hip oglu cem ia, el frío, las hem orragias y la h ip oten sión . La secreción tam bién p u ed e
4.
acom pañar reacciones em ocion ales com o el m ied o, la cólera, el dolor y la ex cita ció n sexu al, y la m édula suprarrenal fetal parece resp on d er directam en te a la h ip oxia. Con la e x c e p c ió n de esta res pu esta directa, la secreción de catecolam inas está m ediada por la a ctivid ad de los n ervios esp lácn icos. La glán d u la no es fun cional si se seccion an estos n ervios. 5.
A lteraciones de la secreción de la médula suprarrenal A u n q u e la p rod u cción in su ficien te de horm onas adrenales no re presenta u n problem a clín ico , una p ro d u cció n e x ce siv a de cate colam inas p u ed e ten er co n se c u e n c ia s graves. P uede estar causa da por u n tum or d el tejid o crom afín, un feocromocitom a. Los p rin cip ales sín tom as de este tum or son h ip erten sión agud a, qu e p u ed e ser ep isó d ica o sosten id a, h ip erglu cem ia y un au m en to de la tasa m etab òlica. A m en u d o, se ob serva tam b ién an sied ad , tem blor, arritm ias y su doración. El tratam iento habitual es la e x tir pación qu irú rgica del tu m o r — au n q u e es un p ro ced im ien to d ífí-
6.
La glándula suprarrenal consta de una corteza, externa, y una mé dula, interna. La corteza secreta glucocorticoides, mineralocorticoides y una pequeña cantidad de esteroides sexuales. La médula suprarrenal secreta las catecolaminas adrenalina y noradrenalina. En el ser hum ano, la aldosterona es el principal m ineralocorticoide y el cortisol es el glucocorticoide predom inante. Las hormonas de la corteza suprarrenal circulan por la sangre unidas a proteínas plasmáticas, como la albúm ina y la transcortina, más específica. La aldosterona conserva el sodio del organismo estim ulando su re absorción en intercam bio por potasio en la nefrona distal. La au sencia de aldosterona resulta fatal en pocos días si no se adminis tran suplementos de sodio y/o una terapia hormonal sustitutiva. El cortisol es esencial para la vida. Produce acciones metabólicas decisivas y es responsable de la respuesta del organismo al estrés. En general, los efectos del cortisol son de naturaleza antiinsulinica. Estimula la gluconeogénesis y la producción de glucógeno. También estimula la lipólisis. Niveles altos de cortisol suprim en la respuesta inm une a las infecciones reduciendo la masa de teji do linfoide. Los glucocorticoides tam bién son útiles clínicamente como fármacos antiinflamatorios. La secreción de glucocorticoides está regulada por la ACTH hipofisaria, que m uestra un claro ritm o circadiano. Los niveles de cor tisol plasmático son m uy bajos en torno a la medianoche y au mentan hasta alcanzar su máximo poco antes de despertar. La se creción de glucocorticoides está regulada por un sistema típico de feedback negativo. La médula suprarrenal está formada por células cromafines que secretan adrenalina y noradrenalina como parte de la respuesta simpática general al estrés. La adrenalina y la noradrenalina pro vocan un aum ento de la frecuencia cardiaca, de la contractilidad y del gasto cardíaco. La adrenalina tam bién es un broncodilatador y reduce la motilidad intestinal. También estim ula la glucogenóüsis, la lipólisis y el consum o de oxígeno.
12.6' Popel de lo parolhormono, los metabolitos de la vitamina D y lo calcitonina en lo regulación del calcio y el fosfato
12.6 Papel de la parathormona, los metabolitos de la vitamina D y la calcitonina en la regulación del calcio y el fosfato
243
E quilibrio del calcio El organism o hum ano ad u lto con tien e alrededor de 1 kg de calcio, la inm ensa m ayoría del cual está en forma de cristales de h id roxiapatita dentro de los hu esos y los dientes. Sólo alrededor de 10 g
h u esos, en form a de sales de fosfato cálcico (hidroxiapatitas) q u e
de calcio están d isp on ib les para otros procesos celulares. La in g es ta oral diaria de calcio es m u y variable, pero en general fluctúa e n
proporcion an fuerza y rigid ez al esq u eleto . Por esta razón, el es
tre 200 y 1.500 m g al día. En las dietas occidentales, las princip a
A lred ed or del 99% del calcio del organism o se encu en tra en los
q u eleto actúa com o un gran reservorio de calcio q u e p u ed e ser
les fu en tes de calcio son los p rodu ctos lácteos y la harina, a la qu e
m ovilizad o por varias horm onas. El calcio tam bién es un com po
a m enud o se añade calcio. Para un consu m o diario de 1.000 m g de
n en te im portante de los d ien tes y d el tejid o con ju n tiv o . D esem
calcio, aproxim adam ente 350 m g serán absorb id os hacia el líq uido
peña un papel esen cial en la coagu lación de la sangre y en m uchas
extracelular del in testin o delgad o. Sin em bargo, la absorción neta
fu n cio n es celulares, com o e l acoplam iento estím u lo-secreción , la
d ism in u ye hasta aproxim adam ente 150 m g al día, porque las pro
contracción m uscular, la ad h esión célu la-célu la y el con trol de la
pias secrecion es in testin ales con tien en calcio y p orq u e alrededor
excitab ilid ad nerviosa. El calcio tam bién actúa com o seg u n d o
de 850 m g se p ierd en cada día a través de las heces.
m ensajero regu lan d o la a ctiv id a d de m uchas enzim as. D ebido a su
A u n q u e las can tid ad es absolu tas del calcio excretad o varían
im portancia com o ion regulador, es esen cial qu e el n iv e l de calcio
d e acuerd o con el eq u ilib rio prevalen te de calcio en el organism o,
lib re en el líq u id o intracelular y extracelular se m antenga dentro
casi el 99% del calcio qu e norm alm ente se filtra se absorb e en las
de un os lím ites estrechos.
nefronas renales. Sin em bargo, se excretan por la orina casi
Norm alm ente la concentración intracelular de calcio libre se
150 m g de calcio diarios en forma de sales inorgánicas. T am bién
m antiene en valores de 0,1 ¡im ol • l“1 gracias a diversos m ecanism os,
se p ierd e calcio por la saliva y el su dor. Por c o n sig u ien te, el in
q ue in clu y en la bomba de calcio de la membrana plasmática y el se
te stin o y lo s riñ on es son órganos im portantes en la regu lación de
cuestro de calcio por áreas de alm acenam iento intracelular, com o las
la entrada y la salida de calcio d el plasm a.
m itocondrias y el retículo sarcoplásm ico (v. cap. 4). La concentra
Los hu esos del esqu eleto proporcionan reservas considerables
ción de calcio intracelular total (es decir, el calcio un ido más el libre)
de calcio al organism o. A lred ed or del 99% del calcio del esq u eleto
es m ucho más alta, de alrededor de 1-2 m m ol • kg"1 de tejido.
forma el llam ado hu eso estable, que no es fácilm ente intercam bia
El calcio plasm ático total e s de 2 ,3 -2 ,4 m mol • l“1, de los cuales
ble con el calcio en el líq uido extracelular. El 1% restante se e n
alrededor de la m itad están ion izad os y la otra m itad u n id o s a pro
cuentra en forma de sal de fosfato cálcico, y co n stitu y e una reserva
teín as plasm áticas (albúm ina y glob u lin as) o form ando com plejos
de calcio fácilm ente liberable q u e p u ed e actuar com o sistem a amor
in orgán icos co n an ion es, esp ecialm en te el fosfato. La concen tra
tiguador en respuesta a las alteraciones del calcio plasm ático. In
ción de ion es de calcio lib re en el líq u id o extracelular es de alre
clu so durante la vida adulta, tod os los h u esos se encuentran en un
dedor de 1,4 m m ol • 1 ', más de 10.000 v eces su perior a la del cal
equilib rio dinám ico, es decir, el depósito (form ación) y la reabsor ción de hu eso están equilibrados, y esto perm ite, al m ism o tiem po,
cio libre intracelular.
un rem odelado del esq u eleto segú n las n ecesid ades m ecánicas. Las células responsables de la form ación de n u ev o h u eso se conocen
La hipocalcemia provoca tetania Bajos valores plasm áticos de calcio (hipocalcemia) dan lugar a una co n cen tración extracelu lar baja de calcio. Esto p rovoca teta
nia, una e x cita b ilid a d anorm al de los n e r v io s y los m ú scu lo s e s q u elé tic o s q u e se p on e de m an ifiesto con fen óm en os de esp asticidad m uscular, en esp ecial en lo s p ies y las m anos (espasticidad © MASSON, S.A. Fotocopiar sin autorización es un delito.
carpopedal). La m ayor e x cita b ilid a d neural p u ed e in c lu so dar lu gar a c o n v u lsio n es. Se desarrolla tetania cu an d o el calcio plasm á tico d ism in u y e d esd e su n iv e l norm al de 2 ,3 -2 ,4 m m ol • 1~‘ hasta aproxim adam ente 1,5 m m ol • 1
La h ip erex cita b ilid a d p ro v o ca
da por una d ism in u ció n del calcio p lasm ático p u ed e detectarse an tes del in icio de la tetan ia p er cu tie n d o el n e r v io facial en el p u n to en q u e cruza e l á n g u lo de la m and íb ula. En in d iv id u o s norm ales, e sto no p ro d u ce n in g ú n efecto , p ero e n caso de h ip o calcem ia lo s m ú scu lo s d e este lad o de la cara se con traen o in c lu
com o osteoblastos, y las responsables de la reabsorción del hueso son grandes células m ultinucleadas llamadas osteoclastos (las célu las destructoras de hueso). Los osteoblastos secretan los com ponen tes orgánicos del hu eso (osteoide) que posteriorm ente, siem pre que exista una cantidad su ficien te de calcio y fosfato en el líq u id o e x tracelular, se m ineralizan. La reabsorción ósea da lugar a la libera ción de calcio y fosfato en el plasma. En el capítulo 23 se describe con más detalle la fisiología del hu eso. Cuando el eq u ilib rio d el calcio de to d o el organism o es nor mal, los p rocesos de reabsorción y de form ación de h u eso están eq u ilib rad os. En estas con d icion es: [Ca2+ de la dieta] + [Ca2+ reab sorbido a partir de los hu esos] = = [Ca2+ p erd id o en las h eces y la orina] + [Ca2' añadido al n u e v o hueso]
so m an ifiestan un espasmo (es el llam ado sig n o de C h vostek de te
tania latente). La tetania d eb e d istin g u irse del tétan os (la contracción per
Control del fosfato del organismo
m anente del m ú scu lo esq u elético ) y d el tétan os, enferm edad in fecciosa causada por la to x in a del bacilo Clostridium tetani (to x i
El n iv e l plasm ático de fosfato in orgán ico es de alrededor ce
na tetánica).
2,3 mmol ■ l-1, y su con cen tración no está tan estrech am en te re-
244
12 Regutoción hormonal del organismo
guiad a com o la del calcio. El c o n te n id o de fosfato corporal total
nad os de tres horm onas diferen tes con efecto s sob re el hu eso, el
en u n hom bre de 70 k g es de u n os 770 g, de los cuales entre el 75
riñ ón y el in testin o. Estas horm onas son las siguientes:
y el 90% están c o n ten id o s en el e sq u eleto en com b in ación con el calcio. Parte de éste se encu en tra en forma de h id roxiap atita y
1.
M etab olitos del colecalciferol (vitam ina D).
otra parte en el pool d e fosfato cálcico intercam biable. La ingesta
2.
Parathorm ona.
diaria de fosfato e s de ap roxim adam ente 1.200 m g, de los cuales
3.
Calcitonina.
alrededor de u n tercio se excretan por las heces. La principal pér dida de fosfato d esd e el plasm a es la orina, d o n d e este elem en to se
Estas horm onas se liberan com o respuesta a d iv erso s estím u
excreta ju n to c o n el calcio. A l igual qu e el calcio, el fosfato es n ecesario para una am plia
los fisio ló g ic o s relacion ados c o n cam bios de los n iv e le s d e calcio plasm ático.
d iversid ad de fu n cio n e s celulares. Es un co m p o n en te im portante de lo s fo sfo líp id o s de las m em branas celulares, y es n ecesario para la sín tesis de A D N y AR N. Los m etab olitos del fosfato desem p e ñan un papel esencial en el m etabolism o en ergético, y la actividad
Vitam ina D y sus m etabolitos La vitam in a D o colecalciferol actúa com o precursor de un gru p o de esteroid es q u e se com portan com o horm onas y d esem peñan un
de nu m erosas enzim as está regu lad a por fosforilación .
papel esencial en la regu lación de lo s n iv e le s plasm áticos de cal cio. La vitam ina D n o e s activa b iológicam en te e n sí m ism a pero
Regulación horm onal de los niveles plasmáticos de calcio y fosfato
exp erim en ta reacciones de h id roxilación q u e la co n v ierten en horm ona activa. La prim era h id ro x ila ció n tien e lugar en el h íga do, y forma 2 5 -h id roxicolecalciferol, qu e es la princip al forma de
La regu lación con stan te de los n iv e le s plasm áticos de m inerales,
vitam ina D del torrente circulatorio. En el riñón se añad e un gru
en esp ecial los del calcio, se co n sig u e m ediante los efecto s com bi
po h id ro x ilo adicion al, qu e da lugar a 1 ,25-d ih id roxicolecalcife-
7-Dihidrocolesterol
Colesterol
Luz solar (rayos UV)
Dieta
Colecalciferol (vitamina D3)
Enzimas hepáticas
Calcifediol (25-hidroxicolecalciferol)
Enzimas renales
Calcitriol (1,25-dihidroxicolecalciferol)
Fig. 12-29. Síntesis de 1,25-dihidroxicolecalciferol a partir de vitam ina D.
12.6 Papel de la parathormona, los metobolitos de la vitamina D y la calcitonina en la regulación del calcio y el fosfato
rol (tam bién llam ado calcitriol), o 2 4 ,25-d ih id roxicolecalciferol,
24 5
Lengua
q u e es in activo. La sín tesis de d erivad os a c tiv o s d el calcitriol pre Epiglotis
dom ina cu an d o los n iv e le s plasm áticos de calcio son bajos. En la figura 12-29 se m uestran los pasos de h id roxilación relacionados con la sín tesis de la horm ona. A pesar de q u e buena parte de las n ecesid ad es diarias de vita m ina D (400 U para n iñ o s y 100 U para adu ltos) se o b tie n e n de la
Rama de la arteria tiroidea superior
dieta, en especial del p escad o azul y los h u ev o s, el colecalciferol p u ed e ser sin tetizad o en la p iel y en presencia de la lu z solar a partir de 7-d ih id rocolesterol.
Glándula tiroides
Acciones del 1,25-dihidroxicolecolciferol
Glándula paratiroides
La principal acción de esta horm ona es estim ular la absorción del calcio in gerid o. Esto se realiza m ediante un efecto d irecto sobre la m ucosa in testin al. La horm ona se une a recep tores n u cleares e s p ecíficos q u e aum entan la sín tesis de proteín as q u e fijan calcio y q u e lo transportan a través d e la célula. El 1 ,25-d ih id roxicolecalciferol tam b ién aum enta la absorción de fosfato. Las accion es de la vitam in a D sob re el h u eso son m en os c o n o
Nervio laringeo recurrente
Fig. 12-30. Localización anatómica de las glándulas paratiroides y su irrigación sanguínea arterial. Visión posterior de la faringe.
cid as y buena parte de n u estros c on ocim ien tos actuales derivan de las alteraciones ob servad as en la d eficien cia de vitam ina D. El 1 ,25-d ih id roxicolecalcíferol estim ula la calcificación de la m atriz ósea. A u n q u e parte de este efecto es p robab lem ente con secu en cia indirecta del aum ento de los n iv e le s p lasm áticos de calcio y fosfa to, tam bién parece relacionarse con una estim u lación directa de la a ctivid ad de los o steob lastos y de los osteoclastos: el e fecto com
La parathorm ona (PTH) es secretada por las glán d u las paratiroi-
bin ado de estas a ccion es facilita el rem od elado óseo.
des. H abitualm en te e x iste n cuatro de estas glán d u las, au n q u e son frecu en tes las supernum erarias. Las paratiroides se localizan en la
Efectos del déficit de vitamina D
su p erficie p osterior de los lób u los laterales de la glánd ula tiroi
D esd e hace m uchos años es bien co n o cid o qu e la d eficien cia de
des. Cada glánd ula m ide 3-8 mm de lo n g itu d , 2-5 mm de anchura
vitam ina D causa una enferm edad con ocid a com o raquitism o en
y alrededor de 1,5 mm de p rofun didad . En la figura 12-30 se
los n iñ os y osteomalacia e n lo s adu ltos. En am bas enferm edades,
m uestra la localización anatóm ica de las paratiroides. La glánd ula
el rem odelado óseo, en el q u e se reabsorbe el h u eso v iejo y se for
recib e un riego san gu ín eo abu n d an te d erivad o, p rincip alm ente,
ma n u e v o hu eso, está alterado y n o se prod u ce la calcificación de la m atriz ósea. En n iñ o s, esto da lugar a d eform id ades e sq u elé ti
de las arterias tiroid eas inferiores. La glánd ula del ad u lto co n tie
cas, en esp ecial en los h u eso s q u e soportan peso, y provoca el ca
lulas ox ifílica s. Las célu las p rin cip ales secretan PTH, pero se d e s
racterístico arqueam ien to de la tibia. En el cap ítu lo 23 (v . fig.
con oce la fu n ció n de las célu las oxifílicas.
ne dos im portantes tip o s celulares, las célu las p rincip ales y las cé
23-16) se p u ed e observar una fotografía corresp on d ien te a un
La PTH es una horm ona p olip ep tíd ica q u e consta de 8 4 resi
n iñ o afectad o de raquitism o. En ad u ltos, las co n secu en cia s p rin
d u os de am inoácid os y tien e un p eso m olecular de 9.5 0 0 kDa. Ini
cip ales son una d ism in u ción de la densid ad m ineral ósea, aum en
cialm en te, deriva de un precursor p o lip e p tíd ico de 115 am inoáci
to de la p rop en sión a las fracturas y d olor óseo.
d os llam ado pre-pro-PTH . Dos d iv isio n e s de la cadena p eptídica
Los p acien tes con d eficien cia de vitam in a D p resentan bajos valores plasm áticos d e calcio d eb id o a la red u cción de la reabsor O MAS SON. 8 A Fotocopiar sin autorización on un dolilo
Parathorm ona y hom eostasia de los niveles plasm áticos de calcio
dan lugar a la PTH activa, q u e se alm acena en grán u los y tien e hasta el m om en to de la secreción.
ción in testin al de calcio. Esto p u ed e generar una m ayor e x cita b i lidad de las neuronas y provocar parestesias (una sen sación de
Lo parathormona actúa movilizando el coicio del hueso y aumentando la reabsorción
h orm igueo) o e p iso d io s de tetania. Sin em bargo, en e sto s p a cien
de calcio por el riñón
tes, es p oco probable q u e la hip ocalcem ia revista graved ad , ya
La PTH ejerce e fec to s sob re el h u eso, el in te stin o y los riñones.
qu e se producirá un au m ento com pensad or d e la secreción de pa
Sus a ccion es tien en com o finalid ad un au m ento de los n iv e le s
rathorm ona (v. m ás adelante).
plasm áticos de calcio y la d ism in u ción de los n iv e le s plasm áticos de fosfato. Estos efecto s se resum en en la figura 12-31.
Efectos del exceso de vitamina 0
Para el m antenim ien to del e sq u eleto se req uieren n iv e le s nor
Las d osis altas de vitam ina D p u ed en dar lugar a un p roceso co
m ales de PTH. Esta horm ona estim ula la p rod u cción de osteob las
n ocid o com o in to x ica ció n por vitam in a D, q u e se caracteriza por
to s y la calcificación de la m atriz ósea. Sin em bargo, cu an d o los
náuseas, vó m ito s y desh id ratación d eb id o s al au m en to de los n i
n iv e le s plasm áticos de calcio d ism in u y en , la secreción de PTH a u
v eles plasm áticos de calcio (hipercalcemia). Si el au m ento persiste
m enta. U n os n iv e le s e lev a d o s de PTH p rod u cen una acción bifá
crón icam en te la fu n ció n renal p u ed e deteriorarse com o co n se
sica en el m etab olism o óseo. T ien e lugar una pérdida rápida in i
cuencia de la calcificación de tejid os blan dos en los riñ ones.
cial d e calcio a partir del pool de calcio de la su p erficie ósea, que
246
12 Regulación hormonal del organismo
Límites normales
Fig. 12-32. Relación entre la concentración plasmática de calcio y la se creción de parathorm ona y calcitonina. A medida que aum enta el calcio dism inuye la secreción de parathorm ona, y al mismo tiem po aumenta la de calcitonina.
mona. A l contrario, un aum ento del calcio plasm ático inh ib e la libe Fig. 12-31. Diagrama de flujo que resum e las principales acciones de la parathorm ona.
ración de PTH. En la figura 12-32 se ilustra la relación inversa entre los n iveles plasm áticos de calcio y la secreción de PTH. Las catecolaminas y la dopam ina tam bién estim ulan la secreción de PTH, mientras que el 1,25-dihidroxicolecalciferol la suprim e. En la hipo
es fácilm en te lib crable. A lgu n as pruebas su g ieren qu e la PTH ac
calcemia, la secreción de PTH parece requerir la presencia de n iv e
túa en com b in ación con la vitam ina D para provocar este efecto.
les circulantes normales de m agnesio. Los lactantes prematuros, en
A más largo plazo (de horas a días), n iv e le s e le v a d o s de PTH cir
los qu e a m enudo se identifica una dism inución de los n iveles plas
cu lan te estim ulan la reabsorción de h u eso estable por los osteo-
m áticos de m agnesio, tam bién pu ed en experim entar hipocalcem ia
clastos, y esto tien e com o con secu en cia la ad ición de grandes can
com o consecuencia de una dism inución de la secreción de PTH.
tid ad es de m ineral al líq u id o extracelular. La PTH estim ula la reabsorción de calcio e n los tú b u los dista les y d ism in u ye la reabsorción de fosfato en los tú b u los proxim a-
Alteración de la secreción de parathorm ona
les. El efecto resultante de estas a cciones será un aum ento de los n i v e le s plasm áticos de calcio y una d ism in ución del fosfato plasm áti
Efectos de uno secreción excesiva de PTH (hiperparatiroidismo primario)
co. A pesar de qu e este últim o efecto pu ed e parecer indeseable, la
La hipersecreción de PTH se observa en pacientes que desarrollan
dism in ución de fosfato plasm ático aumentará los n iv eles plasm áti
un tum or de la paratiroides. A lgu n os tum ores m alignos q u e se ori
cos de calcio libre, ya que dism inuirá la cantidad de iones fosfato
ginan en otros tipos de células, com o los pulm onares, tam bién se
disp onibles para unirse al calcio. Lo que parece tener una im por
cretan PTH y p u ed en originar los síntom as de un exceso de PTH. La
tancia fundam ental para el organism o es el aum ento del calcio.
consecuencia principal de una secreción excesiva de PTH es la hi-
Seguram ente la PTH n o ejerce un efecto directo sobre el intesti
percalcemia, asociada con una dism inución de la concentración
no. Sin em bargo, estim ula la síntesis de 1,25-dihidroxicolecalciferol en los riñones. Como se ha descrito anteriorm ente, este m etabolito
plasmática de fosfato. A pesar del aum ento de la tasa de reabsorción
de la vitam ina D aum enta la absorción intestinal del calcio ingerido.
cantidad de calcio excretado por la orina, porque la carga de calcio
Control de lo secreción de parathormona
cuentes, y esto pu ed e dar lugar a un deterioro de la fun ción renal, la
La PTH es elim inada rápidam ente del plasma, de manera q u e su
causa más frecuente de m uerte en el hiperparatiroidism o n o tratado.
de calcio en los túbulos, seguirá observándose un aum ento de la filtrado es m uy alta. En esta enferm edad los cálculos renales son fre
vida m edia en sangre solam ente es de un os 5 min. Con el objetivo de
Los efecto s sob re el e sq u eleto de un aum ento de los n iv e le s de
m antener su concentración basal en el torrente circulatorio, la PTH
PTH varían
se secreta continuam ente a una tasa baja. Parece existir un feedback
se id en tifica una d esm ineralización de éste. En estos casos se o b
nsid erablem en te entre in d iv id u o s, pero a m en u d o
directo entre los iones de calcio en plasma y la secreción de PTH. Un
serva dolor óseo, fracturas de los h u eso s largos y fracturas por
receptor específico del calcio presente en la membrana celular de las
com presión de la colum na vertebral. T am bién p u ed en estar pre
células principales secretoras de PTH media esta fun ción. Como
sen tes q u istes form ados por o steoclastos (tum ores pardos). La hi-
consecuencia, el estím ulo más poten te para un aum ento de la secre
percalcem ia causada por una sob rep rod u cción de PTH tien e otras
ción de PTH es la hipocalcem ia (dism inución de la concentración
con secu en cias, en tre las cuales están fatiga, d eb ilid ad , aberracio
plasmática de calcio), que tam bién estimula la biosintesis de la hor-
n es m entales, dep resión del SNC, estreñ im ien to y anorexia.
12.6 Papel de la parothormono, los metobolitos de la vitamina 0 y la calcitonina en la regulación del calcio y el fosfoto
247
Efectos de uno secreción insuficiente de PTH (hipoparatiroidismo)
Acciones de la calcitonina
El hip oparatiroid ism o p u ed e ser d eb id o a una lesión , a una in su
La acción primaria de esta horm ona parece ser la de inhibir la acti
ficien cia de las paratiroides o a su e x tirp ación (que en ocasiones
vidad de los osteoclastos óseos. Por con sigu ien te, dism in uye la re
p u ed e p rodu cirse accid en talm en te durante la cirugía de la glán
absorción ósea y no se liberan m inerales en el plasma. En ocasiones,
dula tiroides) y en alg u n o s p acien tes p u ed e ser fatal. Las con se
la calcitonina se adm inistra a pacien tes con hipercalcem ia asociada
cuen cias más im portantes de la hipocalcem ia se han descrito an
a una neoplasia y a aquellos afectados por la enferm edad de Paget,
teriorm ente. El tratam iento de la enferm edad in c lu y e una adm i
en la qu e se produce un recam bio óseo ex cesiv o . Se han identifica
nistración inicial de calcio para restaurar los n iv e le s norm ales,
do receptores de la calcitonina en las células renales. Esta horm ona
seg u id o de la adm inistración de m etab olitos de la vitam ina D que
pu ed e producir un aum ento transitorio de las tasas de excreción de
estim ularán la absorción in testin al del calcio in gerid o.
calcio, fosfato, sod io, potasio y m agnesio. En la figura 12-33 se re sum en las acciones de la calcitonina y la regu lación de su secreción.
Papel de la calcitonina en la regulación del calcio plasm ático La calciton ina es una horm ona peptídica secretada por las células
O tras horm onas que intervienen en la regulación del calcio plasm ático
parafoliculares o células C de la glánd ula tiroides, q u e se localizan
A u n q u e la PTH, los m etabolitos de la vitam ina D y posib lem ente la
entre los fo lícu lo s. A pesar de q u e e s bien co n o cid o q u e la calci
calcitonina son los principales reguladores horm onales de las con
ton in a p u ed e red ucir los n iv e le s de calcio lib re en plasm a, n o está
centraciones plasm áticas de m inerales, se sabe q u e otras horm onas
m uy claro su sig n ifica d o en la regu lación global de los n iv e le s de este m ineral. De h echo, la concen tración de calcio plasm ático no
ejercen efectos sobre el m odo en qu e el calcio y el fosfato son regu lados por el organism o. Éstas in clu y en la horm ona del crecim iento,
resulta afectada en p acien tes con tum ores de las células C, qu e re
los glucocorticoides suprarrenales y las horm onas tiroideas y , so
gistran un aum ento de los n iv e le s de calcitonina.
bre todo, los estrógenos y los andrógenos, en especial los prim eros. En la mujer adulta, los estrógenos parecen inhibir la reabsor ción ósea m ediada por la PTH y estim ular la actividad de los osteoblastos. De h echo, la extirpación de los ovarios o, desp ués de la m e nopausia, la dism inución de estrógenos provocan un aum ento de la tasa de reabsorción ósea, lo que, a su vez, causa una enferm edad denom inada osteoporosis. La osteoporosis se caracteriza por u n au m ento de la fragilidad ósea y una propensión a las fracturas por
Resumen 1.
€» MASSON, S.A. Fotocopiar sin autorización es un delito.
2.
Aumento de la excreción de Ca2* y P O f por parte de los riñones
Inhibición de la actividad de los osteoclastos
3.
4. Disminución del Ca2+ plasmático
Fig. 12-33. Principales acciones de la calcitonina y factores que se con sideran reguladores de su secreción.
El calcio desempeña un papel esencial en muchos aspectos de la función celular. También es un com ponente estructural importan te de los huesos del esqueleto. Los niveles plasmáticos de calcio y fosfato están regulados por las acciones de tres hormonas: los me tabolitos activos de la vitamina D, la parathormona (PTH) y la cal citonina secretada por la glándula tiroides. Estas hormonas ejercen sus efectos sobre el hueso, el intestino y el riñón regulando la en trada y la salida de calcio dentro y fuera del pool extracelular. El dihidroxicolecalciferol es un m etabolito de la vitamina D que regula el calcio plasmático. Su principal efecto es aum entar la a b sorción de calcio de la dieta por el intestino. Tam bién parece esti m ular el recambio óseo, de modo que se reabsorbe hueso antiguo y se forma hueso nuevo. El déficit de vitam ina D da lugar al ra quitism o en niños y a la osteomalacia en adultos. La parathorm ona (PTH) es una horm ona peptídica secretada por las glándulas paratiroides, que se localizan m uy próximas a la glándula tiroides. La horm ona se libera como respuesta a una dis m inución del calcio plasmático, y su efecto es aum entar los valo res de calcio plasmático. Para el m antenim iento del esqueleto se requieren unos niveles normales de PTH. La PTH tam bién esti mula la reabsorción de calcio en los túbulos distales del riñón. La calcitonina es un péptido secretado por las células parafolicu lares de la glándula tiroides. Es un agente hipocalcemiante que se secreta como respuesta a un aum ento de los niveles plasmático-; de calcio. No está claro su significado fisiológico en la reguls.: del calcio en todo el organismo.
248
12 Regulación hormonal del organismo
com presión vertebral, así com o fracturas de m uñeca y de cadera. Se ha pu esto de m anifiesto q u e la terapia horm onal su stitutiva con estrógen os enlen tece el progreso de la osteoporosis posm enopáusica.
Laycock J, W ise P. Essential endocrinology. Oxford: Oxford Medicai Publications, 1996. Maitra A, Kumar V. Robbins basic pathology (cap. 20). 7th ed. Ed : Kumar V, Cotran RS, Robbins SL, editors. N ew York: Saunders,
12.7 Hormonas del tracto gastrointestinal
2003. Porth CM. Pathophysiology: concepts o f altered health states. Philadelphia, PA: J.B. Lippincott, 1994.
El tracto gastrointestinal secreta un elevad o núm ero de horm onas p ep tíd icas q u e en su con ju n to regu lan la activid ad del estóm ago,
Test de autoevaluación
el in testin o y las glán d u las accesorias (tabla 12-1). A dem ás, dos horm onas pancreáticas, la insulina y el glucagón, desem p eñ an un papel d e c isiv o en la regu lación de los n iv e le s p lasm áticos de g lu
Cada en u n cia d o p u ed e ser verd adero o falso. Las resp u estas co
cosa. Sus a ccion es y las de las otras horm onas relacionadas con el
rrectas se ind ican a con tin u ación .
control de la glu cosa san gu ín ea se d escrib en con detalle e n el ca p ítu lo 27. Los efecto s de las dem ás horm onas del sistem a gas troin testin al se ex p o n e n con m ayor d etalle en el cap ítu lo 18, de m anera q u e en el p resen te cap ítu lo sólo se ofrece un breve resu m en. Las célu las del in testin o d elgad o segregan varias horm onas. Entre ellas, la colecistocin in a (segregada por las célu las I en res p u esta a la in g estió n de alim entos ricos e n grasas), qu e estim ula la
1. a . Las horm onas liberadas por el hipotálam o son sin tetizad as y secretadas por neuronas. b. La sangre flu y e desd e la a d en o h ip ó fisis hasta el hipotálam o a través de lo s va so s portales. c. Los factores de lib eración h ip otalám icos alcanzan la circu la c ió n general en cantidades sign ificativas.
contracción de la v esícu la biliar. La secretin a y el p o lip é p tid o in
d. P robablem ente, la pérdida de neuronas dop am in érgicas en
testinal va so a ctiv o (VIP) estim ulan la secreción acuosa pancreáti
el hipotálam o da lugar a u n au m ento de la secreción de pro
ca alcalina, m ientras q u e el p é p tid o in h ib id or gástrico (GIP) in h i be la secreción de la m ucosa del estóm ago. La gastrina es segrega da por las célu las G de las g lán d u las gástricas. Esta horm ona estim ula la secreción de ácid o gástrico.
lactina. e. La secreción d e horm ona d el crecim ien to está regulada por un solo factor hipotalám ico. 2. Un n iñ o de 10 años de edad con un d éficit fu n cion al en la ade n o h ip ó fisis p robab lem ente experim entará:
Bibliografía recomendada
a. A crom egalia. b. Baja estatura p ero p rop orcion es corporales relativam ente
Bioquím ica Stryer L. Biochemistry (cap. 27). 3rd ed. N ew York: Freeman, 1995.
norm ales. c. Correrá el riesgo con stan te de sufrir desh id ratación. d. Alcanzará la m adurez sexu al a un a edad más tardía de lo
H istología
norm al. e. Presentará una tasa m etab òlica basai baja.
Junqueira LC. Carneiro J, Kelley RO. Basic histology (caps. 20 y 21). 8th ed. London: Prentice-Hall, 1995.
3. a. Las células crom afines se identifican en la m édula suprarrenal. b. Una secreción e x ce siv a de catecolam inas p rod u ce h ip erten
Farmacología Rang HP, Dale MM, Ritter JM. Pharmacology (cap. 21). 4th ed. Edin burgh: Churchill-Livingstone, 1999.
sión arterial. c. La frecuencia cardiaca d ism in u y e por la acción de la adre nalina y la noradrenalina circulantes. d. El aum ento de la secreción de catecolam inas estim ula la lipólisis.
Fisiología endocrina Brook C, Marshall N. Essential endocrinology. 4th ed. Oxford: Blackw ell Science, 2001. Campbell EJM, Dickinson CJ, Slater JDH, Edwards CRW, Sikora EK, editors. Clinical p h ysiology. 5th ed. Oxford: Blackwell Scientific, 1984. Griffin JE, Ojeda SR. Textbook o f endocrine physiology. 4th ed. Ox ford: Oxford U niversity Press, 2000. Hall R, Evered DC. A colour atlas o f endocrinology. 2nd ed. London: W olfe M edical, 1990. Kettle WM, Arky RA. Endocrine pathophysiology. Philadelphia, PA: Lippincott-Raven, 1998.
e. La adrenalina y la noradrenalina son secretadas por la cor teza suprarrenal. 4. a. N iv e le s plasm áticos norm ales de parathorm ona (PTH) esti m ulan la activ id a d de los osteoblastos. b. La PTH d ism in u y e la excreció n de calcio en el organism o. c. La PTH aum enta directam en te la absorción de calcio por parte del in testin o. d. La PTH se secreta com o respuesta a un au m en to de los n i v e le s p lasm áticos de calcio. e. U n os n iv e le s e lev a d o s de PTH circu lante desm ineralizan el h u eso y aum entan la cantidad de calcio plasm ático.
Respuestas
5. a. La o x ito cin a estim ula la sín tesis de lech e por parte de la glánd ula mamaria.
249
p orcion es corp orales son norm ales. El d éficit de ADH de la n eu ro h ip ó fisis es el qu e hace aum entar el riesgo de desh id ra-
b. El d éficit de ADH tien e com o con secu en cia la p rod u cción
tación. El d éficit de gon ad otrop in as h ip ofisarias ocasiona re traso o su p resión de la m aduración sexu al. Las deficien cias
e x ce siv a de orina. c. Tanto la ox ito cin a com o la AD H son secretadas com o res pu esta a reflejos neu roen d ocrin os. d. La secreción de oxito cin a y de AD H está regulada por fac
fu n cion ales de la ad en oh ip ófisis causan d ism in u ción de los n i v e le s de TSH y , en con secu en cia, de la secreción de horm ona tiroidea, h ech o q u e provoca, a su v ez, d ism in u ción de la TMB. a. Falso.
tores liberadores secretad os por el hipotálam o. b. Verdadero. e. La A D H actúa u n ién d o se a los recep tores de la m embrana plasm ática de las células de los tú b u lo s colectores.
c. Falso. d. Verdadero.
6. a. La corteza suprarrenal secreta tanto horm onas pep tíd icas com o esteroideas. b. La corteza suprarrenal se atrofia tras la extirp ación de la
e. V erdadero. 3. Las células crom afines se id en tifican e n la m édula suprarrenal y en otras region es. La adrenalina y la noradrenalina aum entan
ad en oh ip ófisis. c. La aldosterona in terv ien e en la regu lación del calcio plas m ático.
la presión arterial actuand o sob re el corazón y los vasos san gu ín eo s. Las catecolam inas aum entan la frecuencia cardíaca (m ientras qu e la acetilcolin a liberada por las fibras p osgan glio-
d. La secreción de cortisol es m áxim a en torno a las 6 de la ma ñana.
nares parasim páticas la d ism in u yen ) y activan las lipasas, que m ovilizan las grasas para aum entar la p rod u cción de ácid os
e. El cortisol es una horm ona h ip erglu cem iante.
grasos libres y de glicerol. La adrenalina y la noradrenalina son sintetizad as en la m édula suprarrenal.
7. a. Las horm onas tiroideas son esen ciales para el desarrollo precoz y la m aduración del SNC. b. La T , y la T4 estim ulan la secreción de TSH por parte de la
a. Verdadero. b. Verdadero. c. Falso.
ad en oh ip ófisis. c. Los in d iv id u o s con una glánd ula tiroid es hip oactiva tien en
d. V erdadero. e. Falso.
una TM B baja. d. Una frecuencia cardíaca de 65 la t./m in su giere un d iagn ós tic o de tiro to x ico sis. e. La m ayor parte del y o d o del organism o se encuentra en la
4. Cuando lo s n iv e le s plasm áticos de calcio son norm ales, la se creción de PTH estim ula la form ación ósea a través de su ac ción sob re los o steob lastos (células q u e secretan m atriz ósea). A u n q u e la PTH favorece la absorción de calcio por parte de los
glánd ula tiroides.
tú b u lo s renales, carece de acción directa sobre el in testin o . Sin em bargo, estim ula la p rod u cción de 1,25-d ih id roxicolecalcife-
Respuestas
rol, y éste la absorción de calcio por parte del in testin o . Bajos n iv e le s p lasm áticos de calcio estim ulan la secreción de PTH,
1. La sangre flu y e desd e el hipotálam o hasta la a d en o h ip ó fisis a través del sistem a portal hipotálam o-hip ofisario. A pesar de qu e las horm onas de lib eración se secretan en el sistem a portal,
y n iv e le s plasm áticos e lev a d o s estim ulan la secreción de calcitonina. El aum ento de los n iv e le s de PTH p otencia la activid ad de los osteoclastos, lo q u e da lugar a la d esm ineralización del h u eso y a la lib eración de calcio en el plasma.
las can tid ad es qu e alcanzan la circu lación general son in sig n i © MASSON, S.A. Fotocopiar sin autorización es un delito.
fican tes. La dopam ina actúa com o horm ona inh ib id ora en las
a. Verdadero.
células lactotropas h ip ofisarias qu e secretan prolactina. La se
b. Verdadero.
creción de GH está controlada tanto por la som atostatina com o
c. Falso.
por la GHRH. Este factor u horm ona hipotalám ica aum enta la secreción de GH.
d. Falso. e. Verdadero.
a. V erdadero. b. Falso.
5. La oxito cin a estim ula la secreción de lech e por parte de los
c. Falso.
co n d u cto s galactóforos. La sín tesis de lech e está controlada por la prolactina. En ausen cia de A D H , los tú b u lo s colectores
d. Verdadero.
del riñón apenas absorb en agua, y esto tien e com o co n se c u e n
e. Falso.
cia la p rod u cción de un gran volu m en de orina diluida. La o x i tocin a se libera com o respuesta a los cam bios de volu m en y os-
2. La acrom egalia es una alteración característica de la hip erse-
m olalidad del plasm a, q u e son d etectad os por recep tores e sp e
creción de GH en ad u ltos. La secreción d eficien te de GH en la
cíficos. Los factores de lib eración h ip otalám icos regulan la
infancia causa enanism o hip ofisario, anom alía en qu e las pro
secreción de horm onas de la a d en oh ip ófisis. La AD H ac:_a
250
12 Regulación hormonal del organismo
u n ién d o se a recep tores V , acoplados a la proteína G localizados
b. V erdadero.
en las células P de los tú b u lo s colectores.
c. Falso.
a. Falso.
d. Verdadero.
b. Verdadero.
e. Verdadero.
c. Verdadero. d. Falso. e. Verdadero.
7. La ausen cia de horm ona tiroidea en la vid a fetal y en el perío d o n eonatal p recoz da lugar a un proceso den om in ad o creti nism o, q u e se caracteriza por un retraso m ental. Las horm onas tiroideas inhiben la secreción de TSH por un m ecanism o de
6. T odas las horm onas secretadas por la corteza suprarrenal son
feedback n eg a tiv o . Las horm onas tiroideas estim ulan el m eta
esteroid es. La ACTH hipofisaria actúa para m antener la in te
b olism o, de m anera q u e cu an d o los n iv e le s de estas horm onas
gridad y la fu n ció n estru ctu ral de la corteza suprarrenal. La al-
son bajos, d ism in u y e la TMB. La tiro to x ico sis está causada por
dosterona d esem peña un im portante pap el en la regu lación del
la hip eractivid ad de la glánd ula tiroid es. N iv e le s e lev a d o s de
sod io plasm ático y , en con secu en cia, en la regu lación del v o
horm ona tiroidea aum entan la TM B y la frecu en cia cardíaca.
lum en total de agua corporal. La secreción de cortisol m uestra
La glánd ula tiroid es capta y o d o ávid am en te y lo incorpora a la
un ritm o circadiano controlad o por la lib eración de ACTH en
tiroglobu lina.
la a d en oh ip ófisis. La secreción es m ínim a alrededor de la m e
a. Verdadero.
d ian och e y aum enta hasta alcanzar un m áxim o hacia la m adru gada. D urante el día d ism in u ye. El cortisol estim ula la glu co -
b. Falso.
n eo g én esis y m antiene las reservas de g lu c ó g en o , q u e se u tili
c. Verdadero.
zarán en p eriod os de ayun o,
d. Falso
a. Falso.
e. Verdadero.
13 Propiedades de la sangre El objetivo del presente capitulo es explicar: •
Las funciones principales de la sangre, componentes y concepto de hematócrito
•
Las características físicas y químicas del plasma
•
Los elementos celulares de la sangre. Funciones de los hematíes, los leucocitos y las plaquetas, número de células y regulación
•
El origen de las células sanguíneas; hematopoyesis
•
Las principales características del metabolismo del hierro y su papel en la biosíntesis de hemoglobina
•
El transporte de oxígeno y de dióxido de carbono por la sangre
•
Algunas alteraciones importantes en la sangre: anemia, leucemia y trombocítopenía
•
La coagulación de la sangre (hemostasia), retracción y disolución de un coágulo
•
Los grupos sanguíneos y su importancia en las transfusiones de sangre
Propiedades de la sangre
13.1 Introducción
El v o lu m e n de san gre circu lan te rep resen ta alrededor d el 7 al 8% d el p eso corporal, de m od o q u e un hom bre de 70 kg de peso
La sangre es un v e h ícu lo de com u n icación vital entre los d istin to s tejid os de lo s organism os p lu ricelulares. Entre su s num erosas fu n cio n es se in c lu y en las siguientes:
tendrá alrededor de 5 1 de sangre, m ientras q u e un recién n acido q u e p ese 3,2 k g tendrá alrededor de 250 m i. Es p reciso recordar esto a la hora de realizar una tran sfu sión de san gre a un lactante de bajo p eso. De un volu m en sa n g u ín e o total de 5 1, alred ed or de
1.
D istrib u ción de n u trien tes d esd e el in testin o hasta los tejidos.
2.
Intercam bio de gases: transp orte de o x íg e n o d esd e los p u lm o
cu la ció n ven o sa sistèm ica, y los 1,4 1 restan tes se reparten entre
nes hasta los tejid os y de d ió x id o de carbono d esd e los tejid os
el corazón, las arterias sistém icas, las arteriolas y lo s capilares
hasta los p u lm on es.
(v. cap. 15).
3.
T ransporte de p rod u ctos de d esech o del m etab olism o desd e
4.
T ransporte de horm onas desd e las g lán d u las en d ocrin as hasta
los lugares de p rod u cción hasta los de elim inación .
0 ,6 1 se localizan en los pu lm on es; aproxim adam ente 3 1, en la cir
13.2 Características físicas y químicas del plasma
los tejid os diana. 5.
P rotección fren te a m icroorgan ism os invasores: fu n ció n in-
El volu m en san guíneo total y el volu m en plasm ático p u ed en deter
m un ológica.
m inarse m ediante las técn icas de dilu ción descritas en el capítulo
La sangre está con stitu id a por un líq u id o llam ado pla sm a en el q u e se en cuentran en su sp en sió n los llam ados elem en tos for mes: hem atíes, eritrocitos o g ló b u lo s rojos; leucocitos o g ló b u lo s blancos, y plaquetas o trom b ocitos. Es p o sib le dem ostrar la n atu raleza de la su sp en sió n cen trifu gan d o a baja v elo cid a d una m ues tra de san gre en un tu b o de en sa y o durante un b reve tiem po. D esp u és de este tratam iento, los hem atíes, m ás d en sos, qu ed an concen trad os en la parte inferior d el tu b o , m ientras q u e el plasma p u ed e ob servarse sob re los m ism os com o un líq u id o de color ama rillo claro, com o ilustra la figura 13-1. Entre los h em atíes y el plasm a se d isp on e una fina capa de leu co cito s y p laq u etas (el es trato leucocitario).
28. En los adu ltos norm ales se calculan 35-45 mi de plasma por ki logram o de peso corporal, de m odo q u e el volu m en plasm ático es de 2,8-3,0 1 en hom bres y de aproxim adam ente 2,4 1 en mujeres. El plasm a rep resenta alred ed or del 4% del p eso corporal en am bos se x o s. Un 95% es agua, y el 5% restan te lo form an d iv e r sas su stan cias en so lu ció n y su sp en sió n . Estas su stan cias in c lu yen : io n e s m inerales (p. ej., so d io , p otasio, calcio y cloro), p e q u eñ a s m olécu las orgánicas (am inoácid os, ácid os grasos y g lu c o sa) y p roteín as plasm áticas (p. ej., albúm ina). En la tabla 13-1 se m uestran los valores norm ales de los c o m p o n en tes más im por tan tes del plasm a. Los n iv e le s de los p rin cip a les c o n stitu y e n te s d el plasm a, en tre los cu ales h a y io n es in orgán icos y proteín as p lasm áticas, son más o m enos c on stan tes. Sin em bargo, el plasm a tam bién c o n tien e una serie de su stan cias q u e se en cu en tran en
© MASSON, S.A. Fotocopiar sin autorización es un delito.
trán sito en tre las d iferen tes célu las d el organism o. Estas su sta n cias p u ed en estar p resen tes en co n cen tra cio n es variab les, de
Neutrófilo
acu erd o con su s tasas de elim in ación o de aporte a partir de di
A * / '* ! Hematíes ies
Plasma
v erso s órganos; se trata de enzim as, h orm onas, vitam in as, pro
Leucocitos y plaquetas (estrato leucocitario)
e n d iso lu ció n .
d u cto s de la d ig e stió n (p. ej., g lu cosa) y p rod u ctos de excreció n
4 »"
Plaquetas Lin,ocito
Concentrado de hematíes
N orm alm ente, la com p osición del plasma se m antiene dentro d e un os lím ites segu ros, desd e un p u n to de vista b iológico, gra cias a d iversos m ecanism os hom eostáticos. N o ob stan te, este e q u i librio p u ed e quedar alterado en d iversas enferm edades, en e sp e cial las q u e afectan a los riñ on es, el h ígad o, los p u lm on es, el sis
Sangre total
Después de la centrifugación
Fig. 13-1. Separación de las células y el plasma de la sangre por centri fugación. A la izquierda se observa el aspecto de la sangre normal, con hematíes, leucocitos y plaquetas.
tema card iovascu lar y los órgan os en d ocrin os. Por esta razón, para el d iagn óstico y el tratam iento de m uchas en ferm edades es esencial u n análisis preciso de los n iv e le s plasm áticos de una serie de variables.
254
13 Propiedades de la sangre
T ab la 13-1.
P rin c ip a le s c o m p o n e n te s d e l p lasm a
Componente
Cantidad
Unidades
Agua Bicarbonato Cloruro Fosfato inorgánico Calcio Magnesio Potasio Sodio Iones hidrógeno Glucosa Colesterol Ácidos grasos (total) Proteínas totales Albúmina a-G lobuiinas |3-Globulinas y-Globulinas Fibrinógeno Protrom bina Transferrina
945 25 105 33,5 2,5 0,8 4 144 40 4,5 2,0 3,0 70-85 45 7 8,5 10,6 3 1 2,4
g lmmol • 1~‘ mmol • 1 1 mg • 1 1 mmol • 1 1 mmol • 1 1 mmol • l ' 1 mmol • 1 1 nmol ■1 1 mmol • 1 1
Observaciones
Im portante para el transporte de CO¡ y para la neutralización de H ' El principal anión extracelular Representa el calcio total; el calcio ionizado es de aproxim adam ente 1,5 mmol • l '1
El principal catión extracelular Corresponde a un valor de pH de 7,4 La principal fuente de la energía metabòlica, en especial para el SNC
g l ' g'lg lg lg lg l ' g.J-
g lg lg'l-
Principal proteina del plasma; se une a las horm onas y ácidos grasos
Inm unoglobulinas (anticuerpos) Coagulación Sanguínea Coagulación sanguínea Transporte del hierro
O bsérvese q u e estos valores son valores medios aproxim ados y que incluso con una buena salud se da una considerable variación individual.
Constituyentes iónicos del plasma
Las globulinas rep resentan un 40% de las proteín as plasm áti cas totales; se su b d iv id e n en a-globulinas, ¡i-globulinas y y-globu-
El princip al catión in orgán ico d el plasm a es el so d io (tabla 13-1),
linas. Las a y (J-globulinas se p rod u cen en el hígad o y transpor
q u e se encuentra en una concen tración de 140 a 145 m m ol • l"1. Io
tan líp id o s y vitam in as lip o so lu b les en la sangre. Las y-glob u lin as
nes de potasio, calcio, m agnesio e h id rógen o se d etectan en can ti
son an ticu erp os p rod u cid os por los lin fo cito s com o respuesta a
dad es m ucho m enores. El principal anión del plasm a es el cloruro
an tíg en o s (agentes h ab itu alm en te extrañ os al organism o q u e d e
(alrededor de 100 m m ol • 1 ‘). La electroneutralid ad del plasm a se
sencadenan la form ación de an ticu erp os específicos); son d ecisi
logra gracias a la p resencia de otros aniones: bicarbonato, fosfato,
vas en la defensa d el organism o fren te a las in feccio n es.
su lfato, proteín as y an ion es orgánicos.
El fibrinógeno es un im portante factor de coagulación p rod u
Los c o m p o n en tes ión icos del plasm a m antienen tanto su os-
cid o por el h ígad o (v. apart. 13.8). R epresenta aproxim adam ente
m olalidad (280-300 osm ol • kg 1 de agua) com o su pH (7,35-7,45)
el 2-4% de las proteínas plasm áticas totales y , en general, se agru
dentro de lím ites fisiológicos. En los cap ítu los 17, 28 y 29 se p u e
pa con las glob u lin as.
de encontrar inform ación ad icion al co n cern ien te a los m ecan is m os hom eostáticos resp on sab les de la regu lación del pH , el v o lu m en y la osm olalid ad del plasm a.
13.3 Elementos formes de la sangre Los elem en tos form es de la sangre in c lu y e n los hem atíes, cin co
Proteínas plasmáticas
clases de leu co cito s (diferenciad os por su m orfología y reacciones de tin ción ) y las p laq u etas (figs. 13-1 y 13-2). De entre tod os ellos,
En in d iv id u o s sanos norm ales las proteín as plasm áticas c o n stitu
los h em atíes son, con m ucha diferencia, los más nu m erosos. En la
y e n el 7-9% del plasm a. En él se han id en tificad o m uchas p roteí
tabla 13-2 se relacionan los com p on en tes celulares y su c o n c en tración en sangre total.
n as d iferentes, pero las p rin cip ales p u ed en clasificarse en tres grupos: albú m in as, g lo b u lin a s y factores de coagu lación com o el fib rin ógen o y la protrom bina. Las albúm inas son las más p eq u eñ as y las m ás abundantes: re
H em atócrito
presentan el 60% de las proteín as plasm áticas totales; las p ro d u ce el hígad o y actúan com o transportadoras de líp id o s y horm o
La tasa de hem atócrito describ e la proporción del volu m en san
nas esteroideas. T am bién son im portantes en el eq u ilib rio de los
g u ín e o total q u e ocu p an los hem atíes. Para cualqu ier m uestra de
líq u id o s corporales, ya q u e son resp on sab les de la m ayor parte de
sangre, el hem atócrito p u ed e ob ten erse cen trifu gan d o un p e q u e
la presión osm ótica coloid al (presión oncótica) q u e regu la el paso
ñ o volu m en de san gre en un tu b o capilar hasta q u e los com po
de agua y solu tos a través de lo s capilares (v. caps. 15, 17 y 28).
n en tes celulares aparecen con cen trad os en la parte inferior
13.3 Elementos formes de lo sangre
j 255
(v. cap. 15). Se ha o b servad o q u e los hem atíes tien en ten d en cia a
Resumen
fluir por el cen tro de los vasos, alejados de su s paredes. En vasos 1.
2.
3.
La sangre es un líquido formado por plasma, en el cual están sus pendidos hematíes, leucocitos y plaquetas. Es el vehículo de co m unicación entre los diferentes tejidos y sirve para transportar gases respiratorios, nutrientes, horm onas y materiales de desecho de todo el organismo. El plasma está formado en un 95% por agua; el resto son diversas proteínas — entre las cuales hay albúm inas, globulinas y fibrinó geno— , iones minerales {principalmente Na* y Cl~), pequeñas moléculas orgánicas (p. ej., glucosa) y diversas sustancias en trán sito entre los tejidos (hormonas, productos de la digestión y pro ductos de excreción). Las albúminas plasmáticas transportan lipidos y hormonas esteroideas en el plasma. Las Ct y [i-globulinas también transportan lipidos y material liposoluble, mientras que las '^globulinas son anticuerpos y desempeñan un papel esencial en la defensa frente a infecciones.
d e gran diám etro, la proporción entre la su p erficie de la pared y el volu m en es m enor qu e en los vasos de p eq u eñ o calibre y , por co n sig u ien te, los prim eros co n tien en un núm ero relativam ente m ayor de células. En co n secu en cia, tendrán un m ayor hem ató crito.
Hematíes (eritrocitos o glóbulos rojos) Los hem atíes (tam bién llam ados eritrocitos o glóbulos rojos ) son el tip o de célula más num erosa de la sangre: cada litro de sangre norm al con tien e 4 ,5 -6 ,5 x 1012 hem atíes. Su princip al fu n ció n es transportar los gases respiratorios, el o x íg e n o y el d ió x id o de car b on o (C 02), por to d o el organism o. Los hem atíes son d iscos b i c ón cavos, circulares, p e q u eñ o s (de 7-8 |im de diám etro) qu e n o poseen n ú cleo. Son m u y fin os y flex ib le s y p u ed en deform arse para circular a través de los capilares, q u e p oseen diám etros in
(fig. 13-1). Por esta razón, e l hem atócrito tam bién se con oce com o
tern os de 5-8 |im . Su forma les confiere un co cien te superficie:
volumen de células concentradas. D eterm inando la altura de la c o lum na de hem atíes en relación con la altura total de la colum na de
vo lu m en elev a d o , lo que perm ite el intercam bio e ficien te de gases
sangre y aplican do un factor de corrección qu e tien e en cu enta el
citoplasm a es la hemoglobina, qu e fija o x íg e n o y qu e se sin tetiza a
plasm a atrapado entre los hem atíes con cen trad os, es p osib le de
partir de precursores eritroides e x isten tes en la m édula ósea.
(v. apart. 13.6). En u n hem atíe m aduro, la princip al proteína del
term inar el volu m en ocu p ad o por los hem atíes en com paración con el volu m en san gu ín eo total. En hom b res ad u ltos, el valor m e
Leucocitos (glóbulos blancos)
dio del hem atócrito determ inad o de esta forma a partir de una m uestra de sangre ven o sa es de aproxim adam ente 0 ,4 7 1 • l"1 (flu c túa entre 0 ,4 y 0,54 1 • l"1), m ientras q u e en m ujeres está más pró
Los leu co cito s son de m ayor tam año q u e los hem atíes, p o seen n ú
xim o a 0 ,42 1 • l'1 (lím ites norm ales, 0 ,3 7 -0 ,4 7 1 - 1“1). Sin em bargo,
cleo y están p resen tes en u n núm ero m u ch o m enor: la san gre nor
el hem atócrito no es u n iform e en tod o el organism o. En los capi
mal co n tien e 4 -10 x 109 leu co cito s • 1 1 (tabla 13-2). Estas células
lares, arteriolas y otros v a so s de p eq u eñ o diám etro, el hem atócri
desem peñan un papel v ital en la protección del organism o fren te
to es m enor q u e en las arterias y ven a s de m ayor diám etro com o
a la enferm edad: son las u n id ad es m ó v iles del sistem a protector
con secu en cia de la circulación axial de los hem atíes en los vasos
de la sangre y son transportadas rápidam ente a áreas esp ecíficas
T abla 13-2.
E lem entos c elu lare s d e la sa n g re
Tipo de célula
© MASSON. S .A. Fotocopiar sin autorización es un delito.
Hematíes (eritrocitos o glóbulos rojos) Leucocitos (fórmula leucocitaria) Granulocitos Neutrófilos Eosinófilos Basófilos Agranulocitos Monocitos Linfocitos
Plaquetas
Lugar de producción
Recuento celular típico (I-1)
M édula ósea
5 x 10;2 (hombres) 4,5 x 10‘2 (mujeres)
Comentarios y función Transporte de O, y C02
7 X lO”
M édula ósea Médula ósea
5,0 X lO9 (40-75%) 100 X 106 (1-6%)
M édula ósea
40 X 10‘ (< 1%)
Fagocitos: fagocitan bacterias y otras partículas extrañas Se congregan en los lugares de inflamación: poseen propiedades antihistam ínicas; vida media muy breve en sangre M astocitos circulantes: producen histam ina y heparina
Médula ósea Médula ósea, tejido linfoide, timo y bazo
0,4 X 10* (2-10%) 1,5 x 10’ (20-45%)
Fagocitos: se convierten en macrófagos cuando migran a los tejidos Producción de anticuerpos
M édula ósea
250 x 109
Se agregan en los lugares de lesión e inician la hemostasia
Obsérvese que estos valores medios están sometidos a una variación individual considerable. Después del recuento por litro se indica el porcentaje cada uno de los tipos de leucocitos, lo que se conoce como fórmula leucocitaria.
r-
256
13 Propiedades de la sangre
de inflam ación, d on d e actúan con reacciones d e defensa fren te a
bazo, el h ígad o, los p u lm on es y los g an glios lin fáticos. Estas célu
m icroorganism os in vasores. P oseen diversas características qu e
las son macrófagos y actúan de m odo sim ilar a los neutrófilos: in
aum entan su eficacia com o parte del sistem a de defensa del orga
gieren las bacterias y otras partículas de gran tam año. Tam bién
nism o. Son capaces de atravesar las paredes de los capilares y de
participan en las respuestas inm un ológicas, tanto m ediante la pre
penetrar en los tejid os de acu erd o con las n ecesid a d es locales.
sentación de an tigen os q u e p u ed an ser reconocid os por los lin fo
Este p roceso se co n o ce con el nom bre de diapédesis. Una v e z d en
citos com o estim ulando la p rodu cción de lin focitos (v. cap. 14).
tro de los esp acios tisulares, los leu co cito s (en esp ecial los leu co
Los linfocitos representan alrededor del 25% de la pob lación
citos p olim orfon ucleares) tien en la capacidad de atravesar los te
total de leu co c ito s (aun qu e en n iñ o s son m u ch o más num erosos) y
jid o s m ediante un m ovim ien to am eboide a v e lo c id a d e s de hasta
su diám etro varia entre 6 y 20 |im . Se con ocen d os tipos: los lla
40 Jim • m in '1. A dem ás, parecen ser atraídos por ciertas sustan cias
m ados linfocitos B, q u e se forman en tejid o lin foid e com o el de los
qu ím icas liberadas por las bacterias o por lo s tejid o s inflam ados
g a n g lio s lin fáticos, las am ígdalas, el bazo y , en m enor grado, en la
(quim iotactism o). Para más inform ación con cern ien te al sistem a
m édula ósea; y los linfocitos T, q u e se form an e n el tim o. Los lin
in m u n e, véa se el cap ítu lo 14.
fo cito s B se caracterizan por tener una vida m u y b reve (unas p o
E xisten tres tip o s p rincip ales de leu cocitos:
cas horas), pero los lin fo cito s T p u ed en v iv ir 200 días o más. Los dos tip o s in te rv ien en en la p rotección del organism o fren te a in
1. 2. 3.
Granulocitos (o leu co cito s polim orfon ucleares, llam ados así
feccion es, ya sea p ro d u cien d o anticuerpos (lin focitos B) o partici
porqu e su n ú cle o está d iv id id o en lób u los o segm en tos).
pan do en las resp u estas in m u n ológicas de otros tip os (lin focitos
Monocitos o m acrófagos. Linfocitos.
T). (Para m ás d etalles, v . cap. 14.)
Los m on ocitos y lin fo cito s se con ocen colectivam en te com o
Plaquetas (trombocitos)
leu co cito s m onon ucleares o agranulocitos. Los gran u locitos se su b d iv id e n en neu trófilos, e o sin ó filo s y basófilos, de acuerd o con
En se n tid o estricto, las plaq uetas no son células; son fragm entos
su s reacciones de tin ción .
celulares de forma irregular, form ados en la m édula ósea a partir
A pesar de qu e to d o s los leu co c ito s participan en la d efen sa de los tejid os fren te a los a gen tes prod u ctores de en ferm edades, cada
del citoplasm a de grandes células p o lip lo id e s llam adas megacariocitos, q u e derivan de las células p lu rip oten ciales h em atop oyéticas
clase de célula tien e un papel ligeram ente d iferente. C onsiderare m os, en prim er lugar, los granulocitos, q u e representan aproxim a
prim itivas (fig. 13-2 y apart. 13.4). Rara v e z p o seen n ú cleo, m iden
dam ente el 70% del total de leu co cito s en la sangre.
La san gre norm al co n tien e 150-400 x 109 plaq uetas • 1 '. Las pla
Los neutrófilos son con diferencia los m ás nu m erosos de los
2-4 |im de diám etro y su vida m edia en sangre es de u n os 10 días. qu etas desem p eñ an u n im portante papel en el control de las he
gran u locitos. Son fagocitos capaces de penetrar en los esp acios in
m orragias (v. hem ostasia; apart. 13.8) y en el m antenim ien to de la
tercelulares por d iap éd esis para fagocitar y destruir las bacterias
in tegrid ad del e n d o te lio vascular.
generadoras de una enferm edad. Las enzim as de los gránulos citoplasm áticos digieren las partícu las fagocitadas. Por tan to, los n eu trófilos form an la prim era línea de d efen sa fren te a las in fe c cio n es. D eben su nom bre al h ech o de q u e su citoplasm a no se tiñ e con eosina ni con colorantes basófilos com o el azul de m etilen o.
13.4 Hematopoyesis: formación de células sanguíneas
Los eosinófilos se llaman así porqu e su s gránulos se tiñ en de rojo en presencia de eosina. N orm alm ente, só lo representan el 1,5% del total de leu cocitos, pero en in d iv id u o s con procesos alérgicos com o el asma o la fieb re del h en o, su p ob lación aum en ta notab lem en te. Estas célu las p oseen prop ied ad es antihistam ín icas y se con cen tran alrededor de los lugares de inflam ación. Su vida m edia es m u y b reve (de 10 a 20 h). Los basófilos p o seen grán u los qu e se tiñ en de azul en p resen cia de colorantes básicos com o el azul de m etilen o. Sólo rep resen
Las célu las m aduras de la san gre se caracterizan por tener una vida m edia relativam ente b reve e n el torrente circu latorio y por esta razón deb en ren ovarse con tin u am en te, lo q u e se co n sig u e m ediante un proceso co n o cid o com o h em atop oyesis. El térm ino
erilropoyesis hace referencia a la form ación de h em atíes (eritroci tos), y el térm ino leucopoyesis hace referencia a la form ación de leu co cito s (glób u los blancos).
tan alrededor del 0,5% de los leu co cito s y se considera q u e son m astocitos circu lantes. P rod ucen heparina e histam ina, y son res pon sab les de algu n os de los fen óm en os asociados con las reaccio n es in m u n ológicas locales, com o la vasod ilatación local y el au
Las células pluripotenciales originan todos los tipos de células sanguíneas
m ento de la perm eabilidad de los vasos sa n g u ín eo s — lo q u e da lugar a un edem a local— . Son estim u lad os por determ inad os
A pesar de qu e la san gre co n tien e m uchas células diferen tes con
com plejos a n tig én ico s u n id o s a la in m u n oglob u lin a E (IgE).
fu n cio n e s tam bién diferen tes, en últim o térm ino todas se generan
Los monocitos son m ayores q u e el resto de leucocitos: p oseen
a partir de una p ob lación com ún de célu las p resen tes en el tejid o
u n diám etro de 15-20 |i.m. Sus n ú cleos son reniform es. Se form an
h em atop oyético de la m édula ósea. Se d ice q u e estas célu las son
v maduran en la m édula ósea, antes de ser liberados al torrente cir
pluripotenciales, es decir, qu e tien en la p osib ilid ad de diferenciar
culatorio. Al cabo de 2 días han m igrado hasta tejid os com o el
se en cualqu ier tip o de célula san guínea. A través de una serie de
13.4 Hematopoyesis: formación de células sanguíneas
257
d iv isio n e s celulares, q u e se m uestran la figura 13-2, estas células
Resumen
dan lugar a to d o s los tip o s de célu las san guíneas. Los elementos formes de la sangre incluyen los hematíes, cinco ti pos de leucocitos y las plaquetas. Los elementos formes de la sangre pueden separarse del plasma por centrifugación. Los hematíes se concentran en la parte infe rior del tubo de ensayo, y los leucocitos y las plaquetas forman un estrato fino sobre los primeros. Ésta es una forma de determ i nar el hem atócrito. Los hematíes son discos bicóncavos, anucleados y de pequeño ta maño cuya función es transportar oxígeno y dióxido de carbono entre los pulmones y los tejidos. Contienen una proteína, la he moglobina, que tiene una elevada afinidad por el oxigeno. Los leucocitos están presentes en m enor núm ero que los hema tíes y tienen una importancia decisiva en la mediación de las res puestas inm unológicas del organismo. Para lograrlo emplean di versos mecanismos: fagocitosis, producción de anticuerpos y reacciones antihistam ínicas, de acuerdo con el tipo de célula. Las plaquetas o trombocitos intervienen en la hemostasia. Son frag mentos de células derivadas de los megacariocitos de la médula ósea.
Las célu las p lu rip o ten cia les son esp ecialm en te ab u n d an tes en la m édula ósea de la p e lv is, las costillas, el estern ón , las v é rte bras, las clavícu las, la escápula y el cráneo. P roliferan para for mar d os lín eas celu lares d iferen tes, las células linfoides y las célu
las mieloides. Las prim eras m igran hasta lo s g a n g lio s lin fá tico s, el bazo y el tim o, d o n d e se d iferen cian c o n v irtién d o se en lin fo citos. Las se g u n d a s perm anecen d entro de la m édula ósea para de sarrollarse com o gran u locitos, m on ocitos, eritrocitos y m egaca riocitos. Como p u ed e ob servarse en la figura 13-2, en térm in os g e n e rales la célu la p lu rip o ten cia l se d iv id e (en c o n d ic io n es norm ales c o n escasa frecu en cia) y da lugar a más célu las p lu rip o ten cia les, así com o a varios tip o s de célu las cod ificad as o células progenito-
ras «com ision ad as», capaces de d iferen ciarse en u n o o varios ti p os de célu las san gu ín eas. A su vez, las célu la s progen itoras g e neran células precursoras, en las q u e por prim era v ez son e v id e n tes las características m orfológicas de las célu la s m aduras. La
Célula m adre pluripotencial
C élula m adre pluripotencial linfoide en los órganos lintoides
C élula m adre pluripotencial m ieloide en la m édula
Células pluripotenciales (se autorrenuevan)
Célula formadora de colonias de monocitos y granulocitos
Unidad formadora de colonias de monocitos
Unidad formadora de colonias de eritrocitos
Unidad formadora de megacariocitos
Eritroblasto
Megacarioblasto
Monoblasto
Megacariocito
Promonocito
Plaquetas
Monocito
Unidad formadora de colonias de granulocitos
Unidad formadora de colonias
Unidad formadora de colonias de basófilos
Unidad formadora de colonias de linfocitos
Mielocito neutrófilo
Mielocito eosinófilo
Mielocito basófilo
Linfoblasto
Células progenitoras (se autorrenuevan) Células precursoras (blastos) (no se autorrenuevan)
Prolinfocito
Reticulocito
Hematíe (eritrocito)
8 nm
Neutrófilo
Eosinófilo
Basófilo
Linfocitos B yT
Células maduras (no mitóticas)
o
Fig. 13-2. Esquema de la diferenciación celular que se produce durante la hematopoyesis y que da lugar a los elementos celulares de la sangre -. pie de la figura se representan los diferentes tipos de células sanguíneas m aduras después de la tinción.
258
13 Propiedades de lo sangre
d iferen ciación y m adu ración com p leta de las célu las san gu ín eas
de n u e v o s h em atíes en san gre y está controlada por una horm o
se p rod u ce com o c o n secu en cia de una serie ad icion al de d iv isio
na glu co p ro teica , la eritropoyetina, q u e es secretada p r in c ip a l-,
n es celulares.
m ente por los riñ on es (prob ab lem en te por células del e n d o te lio de los capilares peritu bulares). Esta horm ona actúa acelerand o la d iferen ciación en eritrob lastos de las célu las p lu rip o ten cia les de
M aduración de los hematíes
la m édula. A dem ás de eritro p o y etin a , para la p rod u cción normal de h em atíes tam bién son e sen cia les el hierro, el ácid o fó lic o y la
Las células progen itoras com ision adas qu e se convertirán en h e
vitam in a B12. La vitam in a B12 se ab sorb e a través d el in testin o
m atíes se den om in an eritroblastos. E xperim entan una serie de d i
d elg a d o en com b in ación co n el fa c to r intrínseco q u e secretan cé
v isio n e s celu lares adicion ales, q u e dan com o resultado una célula
lulas d e la m ucosa gástrica (la vitam in a B,, se con ocía an tigu a
más p equ eñ a, hasta q u e m aduran y d e v ien en hem atíes. Durante
m en te com o factor ex trín seco ). Si la dieta n o aporta su fic ien te en
estas d iv isio n e s sin tetizan h em oglob in a. Por últim o, p ierd en sus
vitam in a Bu o el factor in trín seco es d eficitario, se altera el desa
n ú cle o s y se co n v ierten en reticulocitos. El desarrollo d esd e un eritrob lasto hasta u n r eticu locito req uiere u n o s 7 días.
rrollo de los hem atíes, lo q u e da lugar a una anem ia perniciosa (v. apart. 13.7).
La m ayor parte de hem atíes se lib eran al torrente circulatorio
D iversos estím u los p u ed en provocar u n aum ento de la tasa de
com o reticulocitos y durante los días sig u ie n te s m aduran hasta
prod u cción de n u e v o s hem atíes, in c lu y en d o la pérdida de éstos
con vertirse en hem atíes. D urante esta transición p ierd en su s m i-
por una hem orragia o de la don ación de sangre, y una h ip oxia
tocondrias y ribosom as. En co n secu en cia, tam bién pierd en la ca
crónica com o la q u e se exp erim en ta a altitu d es elevad as. En tod os
pacidad de sintetizar h em oglob in a y de realizar el m etabolism o
los casos, parece ser q u e la d ism in u ción de la PO, estim ula la se
o x id a tiv o . Los hem atíes m aduros cubren su s n ecesid a d es m etabó-
creción de eritrop oyetina.
licas a partir de la glu cosa y la vía g lu colítica, p rod u cien d o gran d es can tid ad es de 2,3-d ifo sfo g licera to (2,3-D PG ), el cual red u ce la afinidad de la h em oglobina por el o x íg e n o y facilita, así, la lib e
M aduración de los leucocitos
ración de este gas e n los tejid os (v. apart. 13.6).
Granulocitos Los hem atíes tienen una vida media de unos 120 días
Se c o n o c en tres tip os de granulocitos: neu trófilos, b asófilos y eo-
Una vez ha pen etrad o en la circu lación general, la vid a m edia de
del tejid o h em atop oyético dan lugar a tres tip os de células pre
u n hem atíe es de aproxim adam ente 120 días, d esp u és de los cua
cursoras: m ielocitos neu trofílicos, b asofílicos y eo sin o fílico s. És
les es d estru id o en el bazo, el h ígad o o los g an glios lin fáticos por
tos m aduran (se les con d en sa el n ú cle o y aum enta su c o n te n id o en
grandes célu las fagocíticas llam adas macrófagos. La parte proteica
gránulos esp ecíficos), y al cabo de 10 días, aproxim adam ente,
del hem atíe se degrada hasta su s am inoácid os co n stitu y e n te s. El
aparecen en la sangre. D urante una in fección , aum enta co n sid e
hierro del gru p o hem o se alm acena en el h ígad o com o ferritina y
rablem ente la tasa de p rod u cción de gran u locitos (en especial de
se p u ed e reutilizar más tarde (v. apart. 13.5). El resto del gru p o
neutrófilos).
hem o se degrada en d os p igm en tos biliares, la bilirrubina y la biliverdina, q u e finalm en te se excretan al in testin o a través de la bi lis previa con ju gación en el h ígad o. En caso de destru cción e x c e siva de hem atíes, y , por c o n sig u ien te, de p rod u cción e x ce siv a de
sin ófilos. Las células progenitoras p lu rip oten ciales (promielocitos)
M aduración de los monocitos La célu la p rogenitora com isionada de los m on ocitos es el mono-
bilirrubina, ésta se acum ula en la sangre en su forma no conjuga
blasto, q u e se diferencia en u n promonocito. una célula caracteri
da, lo qu e da un color am arillento a la piel — es la ictericia hemo-
zada por su gran diám etro (18 |!m ) y q u e con tien e un gran nú cleo
lítica — . Este proceso p u ed e desarrollarse d esp u és de una reac
y n u cléolos. Los prom onocitos se d iv id e n d os v e ce s más hasta
c ió n transfu sional hem olítica (v. apart. 13.9), en la enferm edad
con vertirse en m onocitos, q u e co n tien en una gran cantidad de re
h em olítica del recién n acido o en en ferm edades gen éticas com o la
tícu lo en d op lásm ico ru goso, com plejo de G olgi y lisosom as
esferocitosis hereditaria, en la q u e e x iste un d efecto en la m em
(v. cap. 3). D esp u és de penetrar en la sangre, los m on ocitos ma
brana de los hem atíes.
du ros circulan durante unas 8 h antes de penetrar en los tejid os con ju n tiv o s, d on d e m aduran y se c o n v ier ten en macrófagos.
La eritropoyesis está regulada por la hormona eritropoyetina
M aduración de los linfocitos
Cada litro d e san gre c o n tien e aproxim ad am en te 5 b illo n es de he
Los lin fo cito s circu lan tes se origin an princip alm ente en el tim o y
m atíes (5 x 10u ), a u n q u e esta cifra varía en fu n ció n de la edad, el
en los órganos lin fo id es periféricos (bazo, g a n g lio s lin fáticos,
se x o y el estad o de salud del in d iv id u o . Dado qu e la m ayor par
am ígdalas, etc.). Su prim er p rogenitor id en tificab le es el linfo-
te de h em atíes p enetran en la san gre com o r eticu lo c ito s, la tasa de p ro d u cció n de h em atíes se in d ica con el nú m ero rela tiv o de
blasto. Los lin fob lastos se d iv id e n varias v e ce s hasta con vertirse en prolinfocitos, m ás p eq u eñ os. Estas células posteriorm ente sin
r eticu lo c ito s en circu lación (norm alm en te
tetizan los recep tores de su p erficie celular qu e los d istin gu en
1-1,5% ). La tasa
d e e ritro p o y esis se corresp on d e exactam en te con las n ecesid a d es
com o lin fo cito s T o B (v. cap. 14).
13.5 Metabolismo del hierro
, 25 9 I
Producción de plaquetas
Eritropoyesis
^
-) < V\J) ■dO •!= O
j
g)
jo
Q . CO O
Fig. 15-19. Cambios de la presión arterial y de la velocidad del i u • sanguineo en diversas partes del circuito sistèm ico. O bsérvese que ... mayor dism inución de presión se produce a m edida que la sangre atra
presión en presión de perfusión = . las arterias
presión en las venas
viesa las arteriolas, que son las estructuras en las q u e hay ur.¿ resisten cia vascular mayor.
316
15 E! corazón y la circulación
cesario para atravesar la distancia entre dos puntos. Para una tasa de flujo dada, la velocidad varía inversamente con el área de sec ción, de modo que la velocidad del flujo sanguíneo en la aorta y en las arterias mayores es mucho mayor que en los capilares o en las venas, que poseen una mayor área de sección total (fíg. 15-19).
La resistencia vascular dep en d e del diám etro de los vasos y de la viscosidad de la sangre La resistencia que ofrece un vaso sanguíneo al flujo de sangre se expresa mediante la ley de Poiseuille (cuadro 15.4), que afirma que el flujo sanguíneo es proporcional a la cuarta potencia del ra-
lu c m n
Flujo laminar
Flujo turbulento
F ig. 15-20. Flujo laminar y flujo turbulento. En este caso, la turbulen cia se produce a m edida que la sangre atraviesa una distorsión de la pa red del vaso que puede ser, por ejem plo, una placa ateromatosa.
Ley de Poiseuille y flujo
j
sanguíneo La ley de Poiseuille relaciona cuantitativamente el flujo de un líqui do a través de un tubo rígido con la presión dinámica. La ecuación que describe esta relación es la siguiente:
Q=(Po~P,)x
*xr(
8xr| xl
donde Q es la tasa de flujo, P0 y PLla presión al principio y al final del tubo, respectivamente, r el radio del tubo. I la longitud del tubo y r¡ la viscosidad del líquido. Por consiguiente, para un líquido determi nado (p. ej., la sangre), cuanto mavor es el diámetro de un tubo, ma yor es el flujo para una diferencia dada de presión. Puesto que el flu jo depende de la cuarta potencia del radio, ¡a duplicación del diámetro aumentará 16 veces el flujo. Al contrario, la reducción del diámetro a la mitad dará lugar a una disminución de 16 veces el flujo. Cuanto mayor es la longitud de un tubo, o mayor la viscosidad, menor es el flujo. La ecuación de la ley de Poiseuille puede reordenarse de manera aná loga a la ley de Ohm para proporcionar una descripción de la resis tencia hidráulica (R). que es la forma convencional de describir la re lación entre la presión arterial y el flujo sanguíneo en la circulación: R=
(P,
P.)
8 X T| X 1 ItXr*
Esta redistribución deja claro que la resistencia al flujo sanguíneo se relaciona directamente con la longitud de un vaso sanguíneo y la vis cosidad de la sangre, pero se relaciona inversamente con la cuarta potencia del radio, de modo que, cuanto más pequeño es el diámetro de un vaso sanguíneo, mayor es la resistencia. La ley de Poiseuille se relaciona estrictamente con el flujo laminar, pero si el gradiente de presión a lo largo del tubo aumenta, el flujo se volverá en último término irregular y se producirán turbulencias. Una vez se han producido turbulencias, se requerirá proporcional mente más presión para obtener un mismo aumento del flujo. La pre sión critica a la cual el flujo deja de ser laminar está determinada por un coeficiente conocido como número de Reynolds. Los estudios han demostrado que la turbulencia es más probable a flujos elevados en tubos amplios que poseen un área de sección irregular (p. ej.. en un vaso sanguíneo de gran diámetro que se ramifica, como la aorta). Ex cepto en la aorta durante el flujo máximo, normalmente en los vasos sanguíneos sanos no se alcanza el número de Reynolds.
dio del vaso e inversamente proporcional a la viscosidad. Por con siguiente, en un vaso con un radio que sea la mitad del de otro, el flujo se reducirá en 1/16 para una misma diferencia de presión. Dicho de otro modo, el vaso de menor diámetro ofrece una resis tencia 16 veces mayor, a pesar de tener sólo la mitad del radio. El flujo sanguíneo no es uniforme a través del diámetro de un vaso sanguíneo. La capa de líquido próxima a la pared del vaso tiene tendencia a adherirse a la pared, y la capa vecina tiene tendencia a adherirse a esta capa estática, y así sucesivamente. Por consiguiente, la velocidad del flujo es más rápida en el centro del vaso y más lenta cerca de la pared. Cuando las diferentes capas se deslizan entre sí se habla de flujo laminar (fig. 15-20). Esta situación es la que normal mente existe en los vasos sanguíneos y sostiene la ley de Poiseuille. Si este patrón uniforme de flujo se interrumpe — por ejemplo, por una irregularidad en la pared del vaso, como una placa ateromato sa , se forman remolinos y se dice que el flujo es turbulento. En general, la turbulencia es indeseable, ya que aumenta la probabilidad que se desarrollen coágulos sanguíneos, pero ocurre de forma natural en los ventrículos y en la aorta humana durante el flujo máximo. En ambas situaciones esto facilita la mezcla de sangre antes de su distribución. Cuando el flujo es turbulento se establecen vibraciones que pueden auscultarse como ruidos con un estetoscopio. Se conocen con el nombre de «soplos». Estos so plos pueden ser útiles en el diagnóstico de las enfermedades car diovasculares. El flujo laminar, en cambio, es silente.
La aparente viscosidad de la sangre dism inuye en los vasos sanguíneos de pequeño diám etro Además del diámetro de los vasos sanguíneos más pequeños, la re sistencia al flujo está afectada por la viscosidad de la sangre. Cuan do se determina en un viscómetro convencional, la viscosidad apa rente de la sangre es unas 2,5 veces la del agua. Sin embargo, en los tejidos vivos, la viscosidad aparente de la sangre es aproximada mente la mitad de este valor. Esta conducta anómala de la sangre se
15.8 Hemodinómica: relación entre flujo sanguíneo y presión en el sistema circulatorio
317
Fig. 15-21. Efecto del hematócrito sobre la vis cosidad de la sangre en comparación con la del agua. Obsérvese que la viscosidad aumenta súbi tamente cuando el hematócrito aumenta por enci ma del 60%.
aere a ¡a tendencia de los hematíes a fluir a lo largo del eje central ; ? -s vasos sanguíneos de menor calibre, un fenómeno conocido — flujo axial. A pesar de que no se conocen por completo los me=- v-r-os responsables del flujo axial, parece ser que la flexibilidad : 7 . hematíes es un importante factor. A las bajas velocidades que 7 ¿in en la microcircuiación, las partículas rígidas tienen tendencia 7 '-7-manecer distribuidas uniformemente a lo largo del vaso, mienit ís ju e las partículas flexibles migran hacia el eje central. Dado que la sangre está constituida por plasma y elementos for—es. no es sorprendente observar que la viscosidad varía con el hesjtócríto. Cuanto mayor es el hematócrito, mayor es la viscosidad lig. 15-21). El hematócrito puede aumentar en caso de enfermeda des (p. ej., en la policitemia) pero también como consecuencia de la adaptación fisiológica a altitudes elevadas. El aumento de la visco sidad tiene efectos significativos sobre el trabajo necesario para bombear una cantidad dada de sangre y puede dar lugar a un au mento persistente de la presión arterial (hipertensión). Al contra rio, una disminución del hematócrito (como consecuencia de una anemia o una hemorragia) disminuirá la viscosidad de la sangre.
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Flujo y presión sanguíneos en las arterias sistémicas La presión arterial varía durante el ciclo cardíaco. Se identifican valores máximos durante la sístole y mínimos durante la diàstole. Su valor máximo depende de la tasa de eyección de sangre a par tir de los ventrículos, la distensión de las paredes arteriales y la velocidad a la cual la sangre se distribuye por el sistema circula torio. Durante la sístole, la presión aumenta rápidamente, puesto que la tasa a la cual se está bombeando sangre en el árbol arterial es mayor que la tasa a la cual puede distribuirse. Como conse cuencia, la presión aumenta y las paredes arteriales se distienden. A medida que el ventrículo empieza a relajarse, el flujo de sangre en la aorta dism inuye y también lo hace la presión. Cuando la pre sión en la aorta supera la de los ventrículos, se cierra la válvula aórtica y esto genera una pequeña variación de presión, conocida
como incisura dicrótica (figs. 15-12 y 15-22). Después la presión dism inuye hasta su valor diastólico antes de que la siguiente sís tole provoque otra onda de pulso. El desplazamiento de la onda de presión en las arterias da lugar al pulso, que puede palparse en diferentes parles del cuerpo. Esta onda de presión distiende las paredes arteriales, y a medida que la presión empieza a disminuir al término de la sístole, la relajación de las pare des arteriales proporciona una fuente adicional de energía para la propulsión de sangre. La forma y la amplitud de la onda del pulso cambia a medida que pasa de la aorta a las arterias periféricas. Como muestra la figura 15-19, la presión máxima aumenta al principio y luego disminuye. Se considera que este aumento de presión es el re flejo de las ondas de presión observadas en el árbol arterial distal.
¿Cómo se determ ina la presión arterial? Aunque es posible determinar la presión arterial en diferentes partes del sistema arterial mediante la inserción directa de una cá nula conectada a un transductor de presión, normalmente en el ser humano esto sólo se lleva a cabo durante el cateterismo car diaco o durante la cirugía cardíaca. Con mayor frecuencia la pre sión se determina utilizando técnicas indirectas, siendo la más frecuente el método auscultatorío. Este método se basa en el hecho de que el flujo sanguíneo turbulento crea ruidos dentro de los va sos sanguíneos que pueden auscultarse mediante un estetoscopio, mientras que el flujo laminar es silente. En el cuadro 15.5 se pro porcionan más detalles del método auscultatorio para determinar la presión arterial. Otro m étodo que permite una determinación indirecta precisa de la presión arterial es el Finapres. Este dispo sitivo permite la determinación no invasiva continua de la pre sión sistòlica y diastólica monitorizando la presión que es necesa rio aplicar a una arteria de pequeño diámetro para mantenerlo constante. Es un método experim ental que se utilizan en aquellos casos en los que es necesario una determinación rápida y precisa de la presión arterial, por ejemplo cuando se estudian los efectos de las fuerzas de la gravedad sobre los pilotos militares.
318
15 El corazón y la circulación
Cuadro 15.5 Determinación de la presión arterial por auscultación Auscultación significa «escuchar», l’or consiguiente, determinar la presión arterial por auscultación significa calcularla utilizando los ruidos que se auscultan cuando el flujo de sangre a través de una ar teria se restaura gradualmente después de haber sido ocluido me diante un manguito de goma hinchable. J£l dispositivo utilizado para registrar las presiones de esta manera se conoce como esfigmomanómetro. Normalmente se determina la presión arterial de la arteria braquial. Primero se ata un manguito de goma hinchable alrededor del ante brazo del individuo cuya presión arterial se va a determinar. A con tinuación, se hincha el manguito hasta que deja de percibirse el pulso radial, de modo que la presión dentro del manguito supere la presión sistòlica. A continuación se aplica un estetoscopio sobre la arteria braquial en la tosa antecubital (el interior del codo). Ia posición exacta puede establecerse palpando el pulso braquial antes de hin char el manguito. Después se reduce gradualmente la presión en el manguito. Inicialmente, cuando la presión del manguito ocluye el flujo sanguineo a través de la arteria, no se auscultan ruidos. En el momento que se alcanza la presión sistòlica (es decir, en el momen to de la fase de eyección del ciclo cardiaco), la presión dentro de la ar teria superará la presión deniro del manguito. Entonces entrará una breve ola de sangre en la arteria, lo que provocará la vibración del vaso, que podrá auscultarse como un sonido a través del estetoscopio (fase 1). Este sonido se conoce como primer ruido de Korotkoff y convencionalmente se acepta que representa la presión sistòlica. Después se reduce la presión del manguito. A medida que se permi te el flujo de una mayor cantidad de sangre a través de la arteria, se hacen más fuertes los sonidos auscultados a través del estetoscopio. Sin embargo, a medida que se aproxima a la presión diastólica, la ar teria permanece abierta durante casi todo el ciclo cardiaco y el flujo de sangre empieza a hacerse menos turbulento; por consiguiente, se reduce ruido en la arteria, de modo que el volumen del ruido de Ko rotkoff disminuye a medida que se alcanza la presión diastólica (fase 4). Después, se debe disminuir todavía más la presión hasta que de saparecen los sonidos (fase 5). Por convenio, el punto en el que tiene lugar el silencio completo (fase 5) corresponde a la presión diastólica. Entre las presiones sistòlica y diastólica, los ruidos de Korotkoff pue den desaparecer (fase 2) y reaparecer (fase 3), en lo que se conoce como silencio auscultarono. Por tanto, es importante no confundir la fase 2 con la presión diastólica ni la fase 3 con la presión sistòlica. La presión sistòlica normal determinada de esta manera suele ser in ferior a 150 mmHg en el adulto sano, mientras que la presión diastó lica debe ser inferior a 90 mmHg. En los adultos jóvenes y los niños, las presiones suelen ser inferiores. En los ancianos suele haber un in cremento de la presión sistòlica sin un aumento proporcional en la presión diastólica.
A pesar de que es útil recordar la cifra de 16/10,7 kPa (120/ 80 mmHg), también es importante comprender que diversos fac tores influyen en la presión arterial, incluso en reposo. Probable m ente el efecto más obvio es la edad. La presión arterial media tie ne tendencia a aumentar con la edad, de modo que a los 70 años, la presión arterial media es de 24/12 kPa (180/90 mmHg). Este in cremento de la presión arterial se debe a la reducción de la elasti cidad de las arterias (arteriosclerosis o endurecim iento de las arte rias). Por ello, la elevación de la presión arterial (presión diastólica superior a 1 3 kPa o 100 mmHg) se denomina hipertensión y es un trastorno muy frecuente. Las com plicaciones vasculares aso ciadas a la hipertensión son los accidentes cerebrovasculares, las cardiopatías y la insuficiencia renal crónica. Por esta razón, la rea lización regular de pruebas de detección de la hipertensión es esencial para evitar lesiones importantes en distintos órganos. Ln el capitulo 51 se hace una exposición más detallada de la hiper tensión y de sus causas. La presión arterial m edia (PAM) es el promedio ponderado con el tiempo de la presión arterial durante todo el ciclo cardíaco. No es un simple promedio aritmético de las presiones sistòlica y dias tólica, porque la presión arterial invierte un tiempo relativamen te mayor cerca de la presión diastólica que cerca de la sistòlica (fig. 15-22). Sin embargo, con objetivos prácticos, puede obte nerse una aproximación de la PAM aplicando la ecuación si guiente: PAM - presión diastólica - 1 / 3 (presión del pulso) Por ejemplo, si m idiendo la presión en la arteria braquial — que es el lugar donde normalmente se determina la presión arterial en la práctica clinica— , se obtiene una presión sistòlica de 14,7 kPa (110 mmHg) y una presión diastólica de 10,7 kPa (80 mmHg): PAM = 10,7 + 1/3 ( 1 4 ,7 - 10,7)/3 kPa = 12 kPa (90 mmHg) La presión venosa central estará próxima a cero y no se altera sig nificativamente durante el ciclo cardiaco, de modo que no es ne cesario calcularla como promedio. Por consiguiente, la presión de perfusión de la circulación sistèmica es igual a la presión arterial media. El flujo a través de la circulación es el gasto cardiaco, de modo que la relación entre la presión arterial media, el gasto cardiaco y
mmHg
kPa
120 T 16
Presión arterial media
Incisura o ------— dicrótica
80- -12
¿Cuál es la presión arterial norm al?
-
8
40-
Presión sistòlica
Presión diastólica
- 4
En un adulto joven y sano en reposo, la presión sistòlica es de unos 16 kPa (120 mmHg) mientras que la presión diastólica es de unos 10,7 kPa (80 mmHg), lo que normalmente se escribe como 16/10,7 kPa o 120/80 mmHg. La diferencia entre la presión sistò lica y la diastólica (normalmente de unos 5,3 kPa o 40 mmHg) se denomina presión del pulso (fìg. 15-22).
0,8 s F ig. 15-22.
Ondas de presión arterial con las presiones sistòlica, diastó
lica v arterial media.
15.8 Hemodínomico: relación entre flujo sanguíneo y presión en el sistemo circuí
319
las arteriolas. Puesto que los capilares carecen de músculo liso, no pueden contraerse. Como consecuencia, ofrecen una resistencia relativamente baja al flujo de sangre. El flujo sanguíneo en los ca PAM = gasto cardiaco x RPT pilares es constante, no pulsátil (las fluctuaciones del flujo san guíneo capilar son consecuencia de los cambios de diámetro de las __ r> >:e.ncia periférica total es la suma de todas las resistencias arteriolas; apart. 15.10). La presión en el extrem o de las arteriolas ¿-^_.¿res dentro del circuito sistèm ico. Viene determinada por es de unos 4, i kPa (32 mmHg) y dism inuye hasta 1,5-2,7 kPa (12_ •. sldad de la sangre y por la sección total de los vasos que 20 mmHg) en el momento en que la sangre alcanza el extrem o ve :• >;endo perfundidos. noso de los capilares. La baja presión en el extrem o venoso de los _ ~ aumentos a corto plazo de la presión arterial pueden estar capilares es suficiente para impulsar la sangre de regreso al cora por los llamados estímulos presores, como el dolor, el zón, porque las venas apenas ofrecen resistencia al flujo de san - .i j cólera y la excitación sexual. Al contrario, la presión disgre, a menos que estén colapsadas. - r__ve significativamente durante el sueño — en ocasiones hasta 3 kPa (70/40 mmHg)— y, en menor grado y de modo más gra. durante el embarazo. La gravedad también afecta a la presión Presión venosa ¿--.erial. Cuando un individuo se levanta desde una posición en de- rito supino, se produce una disminución transitoria de la presión El volumen normal de sangre en un adulto es de alrededor de 5 1. .r e n a l seguida de un pequeño aumento reflejo (v. más adelante). Esta sangre no se distribuye uniformemente por todo el sistema cir culatorio (fig. 15-23). El corazón y los pulmones contienen cada Las arteriolas son la principal fuente uno, aproximadamente, 600 mi de sangre y las arterias sistémicas, otros 500 mi, mientras que los capilares poseen una cantidad menor de resistencia vascular (unos 250 mi). La mayor parte de la sangre (alrededor de 3,5 1) se lo caliza en las venas. Por consiguiente, las venas actúan como un redeterminación de las presiones en los diferentes tipos de vasos 'jn gu íneos pone de manifiesto que la mayor disminución de la servorio de sangre y se denominan vasos de capacitancia. Las paredes de las venas son relativamente finas y poseen muy rresión en el circuito sistèm ico se produce a medida que la sangre poco tejido elástico, de modo que la sangre que regresa al corazón atraviesa las arteriolas (fig. 15-19). Puesto que en estado de equipuede acumularse en las venas simplemente distendiéndolas. El gra ..brio el flujo es el mismo a lo largo de todo un lecho vascular de do de estancamiento venoso está regulado por el tono del músculo terminado, la mayor dism inución de la presión debe producirse liso (conocido como tono venomotor), que, a su vez, está determinado en la región de mayor resistencia. Por consiguiente, las determi por la actividad de los nervios simpáticos que inervan las venas. Du naciones de la presión ponen de manifiesto que las arteriolas son rante los períodos de actividad en los que el gasto cardíaco es alto, el el lugar donde la resistencia vascular es mayor. tono venomotor está aumentado y el diámetro de las venas disminu La mayor parte de arteriolas se encuentran en un estado de ye en la misma medida. En consecuencia, la sangre almacenada en las constricción tónica debido a la actividad de los nervios simpáti grandes venas se moviliza y se distribuye a los tejidos activos, y la cos que las inervan. Como consecuencia, su área transversal eficaz velocidad a la que la sangre regresa al corazón aumenta. es mucho menor que su área transversal total. Puesto que la capa A pesar de que las venas contienen gran cantidad de sangre, la cidad de un vaso para transportar sangre depende de la cuarta presión venosa media determinada a la altura del corazón sólo es de potencia de su radio (ley de Poiseuille), pueden lograrse impor tantes cambios del flujo sanguíneo en una región determinada con una pequeña variación del diámetro de las arteriolas. Esta adaptación es importante en la regulación de la distribución del gasto cardíaco entre los diferentes lechos vasculares. En el ser humano la resistencia en el circuito sistèm ico (es de cir, la resistencia periférica total) es de alrededor de 2,6 Pa ■mi 1• min"1(0,02 mmHg ■mi-1 ■min '). La resistencia total en el circuito pulmonar es mucho menor, cercana a 0,4 Pa • mi 1 • min 1 (0,003 mmHg ■ mi 1 m in'1). Por esta razón se requiere una menor pre sión para mover el gasto cardíaco a través de los pulmones.
: s'.cr.das periféricas totales (RPT) viene dada por la ecuaa e e ^-guíente:
O MASSON, S.A. Fotocopiar sin autorización es un delito
íx í
Presión capilar De acuerdo con la ley de Poiseuille, sería previsible que, puesto que los capilares tienen el diámetro más pequeño, fuese allí don de hubiera mayor resistencia vascular. No obstante, la resistencia global al flujo sanguíneo depende tanto del diámetro de los vasos como de la sección total disponible para el paso de la sangre. El área transversal de los capilares es unas 25 veces superior a la de
Fig. 15-23. Distribución aproximada de la sangre entre las ditererte partes del sistema circulatorio en un hombre en reposo. Obscr\ csl . vada porción de sangre en las venas sistémicas (60%).
320
15 [1 corazón y lo circulación
alrededor de 0,27 kPa (2 mmHg), valor bajo comparado con la pre sión arterial media, de unos 10,3 kPa (100 mmHg). La mayor presión venosa se observa en las vénulas, penetrando la sangre en estos va sos a una presión de unos 1,6-2,7 kPa (12-20 mmHg), y disminuye hasta aproximadamente 1 kPa (8 mmHg) en el momento en que la sangre alcanza venas de mayor calibre, como la vena femoral. Esta presión es suficiente para impulsar la sangre hasta las venas centra les y, en consecuencia, a las cavidades derechas del corazón, donde la presión es esencialmente de cero (es decir, igual a la atmosférica).
Efecto de la gravedad, la bom ba muscular esquelética y la respiración sobre la presión venosa Cuando un individuo se pone de pie, la presión aumenta en todas las venas situadas por debajo del corazón y dism inuye en todas las venas situadas por encima del corazón como consecuencia de los efectos de la gravedad (fig. 15-24). En un adulto, la presión en las venas del pie aumenta en alrededor de 12 kPa (90 mmHg) en bipedestación. Como consecuencia, las venas de las extremidades infe riores se distienden y acumulan sangre (un efecto al que en ocasio nes se hace referencia como estasis venosa). La sangre adicional Presión (mmHg) Venas Arterias Sen° , ----------- - 3 0 ----------------sagital
70
80
100
procede, principalmente, del compartimento intratoràcico, de modo que la presión venosa central disminuye. Mediante el meca nismo de Frank-Starling descrito previamente, el volumen sistòlico disminuye y se desarrolla una hipotensión arterial transitoria co nocida como hipotensión postural. Esto se corrige rápidamente me diante el reflejo barorreceptor (v. más adelante). Dado que la gra vedad afecta a la presión arterial de manera similar, la diferencia de presión entre las arterias y las venas no cambia significativamente. Cuando un músculo esquelético se contrae, comprime las ve nas situadas en su interior. Puesto que las venas de las extremida des contienen válvulas que impiden el flujo retrógrado de sangre, su compresión impulsa la sangre hacia el corazón. Esto se conoce como bomba muscular esquelética. Durante el ejercicio, la presión venosa central puede aumentar ligeramente debido a este efecto. Como se muestra en la figura 15-25, la acción de compresión de los músculos sobre las venas da lugar a una disminución progresiva de la presión venosa en el pie. Una vez finalizado el ejercicio, la presión venosa empieza a aumentar de nuevo. Cuando las bombas musculares son menos activas — como en un sujeto en la cama o durante períodos prolongados de bipedcstación— la sangre tiene tendencia a acumularse en las venas, lo que provoca un aumento de la presión venosa periférica, una disminución de la presión ve nosa central y una disminución del retorno venoso al corazón. Como consecuencia, el gasto cardíaco disminuye. El retorno venoso también está influido por la respiración. Du rante la inspiración, la disminución de la presión intratoràcica ex pande las venas intratorácicas y disminuye la presión venosa cen tral. Además, se produce un aumento de la presión en las venas ab dominales a causa de la compresión del contenido abdominal. Estos dos factores tienen tendencia a favorecer el movimiento de sangre desde el abdomen hasta el tórax. La situación se invierte durante la espiración. Como consecuencia, el volumen sistòlico del ventrículo derecho aumenta durante la inspiración y disminuye durante la esmmHg
kPa
150r
20 Primer paso i
Segundo paso Tercer paso - Quinto paso
Detención de la cinta
S8 8 0
Presión minima 32 | Bipedestación 190
Fig. 15-24.
Efectos de la presión hidrostática sobre las presiones ven o
sas v arteriales en un hombre en bipedestación y en reposo. Las cifras son aproxim adas y d ependen de la estatura de cada in d ivid u o.
Fig. 15-25.
40 Tiempo
Cambios de presión en una vena dorsal del pie cuando un
in d iv id u o en bipedcstación em pieza a andar por una cinta rodante. M ientras anda, los m úsculos activos contribuyen a «bom bear» la sangre hacia el corazón. Como consecuencia, la presión venosa dism inuye, se estabiliza a un n ivel inferior, y perm anece en é l hasta que cesa el ejer cicio. Después, la presión aumenta progresivam ente hasta recuperar su nivel original.
15.9 Mecanismos que controlan el diámetro de los vasos sanguíneos
321
temperatura y los factores quím icos liberados localmente. : :ra parte, el volumen sistólico ventricular izquierdo • El control extrínseco es ejercido por el sistema nervioso autó r j arante la inspiración y aumenta durante la espiración. nomo y por las hormonas circulantes. - r un c:cío respiratorio completo, se igualan los gastos de -- j > Je! corazón. En la tabla 15-2 se resumen los diversos Las principales arterias (excepto la aorta) y venas se encuentran _ influyen en el retorno venoso. principalm ente bajo el control extrínseco, mientras que las arte riolas y venas de pequeño diámetro están sometidas a ambos me canismos. Puesto que los capilares y las vénulas poscapilares ca recen de músculo liso, su diámetro no se puede regular. _ v-r. ;re fluye a través del circuito sistem ico desde la aorta hasu ' -. enas porque la presión en la aorta y en otras arterias es maK-r en las venas. Esta presión se conoce com o presión sanr.ri .arterial y deriva de la actividad de bomba del corazón. - rresion arterial está determinada por el gasto cardiaco y la re• ..-u-nvia ofrecida por las arteriolas (resistencia periférica total), _-. determinada por la sección total de las arteriolas. z :'ujo sanguineo en las arterias es pulsátil. La presión en el mo mento de máxima eyección recibe el nombre de presión sistòlica, - rntras que la presión durante la relajación se conoce como prc. r. díastólica. La diferencia entre la presión sistòlica y la diastóx.- conoce como presión del pulso. En un adulto joven y sano, _= presión arterial en reposo será de unos 16/11 kPa (120•-1 mmHg). La presión arterial media es el prom edio ponderado : ~ relación con el tiem po y se calcula com o la suma de la presión j.astólica más un tercio de la presión del pulso. L* * capilares apenas ofrecen resistencia al flujo de sangre, que es . instante y no varía con el pulso arterial. El principal determinan te del flujo sanguineo capilar es el diámetro de las arteriolas que irri gan un lecho capilar determinado. En el corazón, la presión capilar es de unos 4,3 kPa (32 mmHg) en el extrem o arteriolar y dism inuye hasta aproximadamente 1,6 kPa (12 mmHg) en el extrem o venoso. Las venas son vasos de capacitancia que contienen aproximada mente dos tercios del volumen sanguíneo total. La presión venosa promedio en el corazón sólo es de unos 0,3 kPa (2 mmHg). En las vé nulas es de unos 1,3 kPa (10 mmHg) y dism inuye hasta aproxima damente cero en la aurícula derecha (presión venosa central). La respiración, la gravedad y la acción de bomba de los músculos es queléticos pueden influir en el retorno venoso y en la presión ve nosa central.
15.9 Mecanismos que controlan el diámetro de los vasos sanguíneos El músculo liso de todos los vasos manifiesta un grado de tensión en reposo conocida como «tono». Los cambios del tono vascular alteran el diámetro de los vasos sanguíneos y, en -consecuencia, la resistencia vascular. Si aumenta el tono (es decir, si el músculo liso se contrae), se produce una vasoconstricción y aumenta la re sistencia vascular. Si dism inuye el tono, se produce una vasodilatación y una dism inución de la resistencia vascular. El tono basal o de reposo varía en los distintos lechos vasculares. En las áreas donde es importante poder aumentar sustancialmente el flujo sanguíneo, como en el músculo esquelético, el tono basal es alto, mientras que en las grandes venas el tono basal es mucho menor. El tono de un vaso sanguíneo está controlado por diversos factores, que se dividen en dos amplias categorías: mecanismos intrínsecos y mecanismos extrínsecos. •
F.I control intrínseco (o local) de los vasos sanguíneos es oca sionado por la respuesta del músculo liso al estiramiento, la
Control local de los vasos sanguíneos La autorregulación m antiene un flu jo sanguíneo relativam ente constante fren te a los cam bios de la presión de perfusión En la figura 15-26 se muestra que, dentro de unos determinados límites, los cambios de la presión arterial apenas producen efectos sobre el flujo de sangre a través de un lecho vascular determina do. Cuando la presión se modifica, el flujo sanguíneo lo hace en el mismo sentido. Por consiguiente, si la presión aumenta, el flujo sanguíneo aumenta, pero después recupera su valor inicial. Del mismo modo, si la presión dism inuye, el flujo sanguíneo dismi nuye y luego recupera su nivel previo. Esta estabilidad relativa del flujo sanguíneo se conoce como autorregulación. Se produce independientem ente del sistema nervioso y es consecuencia de los cambios directos del tono vascular como respuesta a los cam bios de la presión de perfusión. Se considera que el mecanismo de este efecto es el siguiente: el aumento de presión dentro de un vaso provoca una ligera dis tensión. El músculo liso de la pared del vaso inicialmente se dis tiende y responde mediante una contracción (respuesta miógena). Esto reduce el diámetro de los vasos, aumenta su resistencia y res taura el flujo de sangre hasta su valor previo. Si la presión dismi nuye, el músculo liso se relaja y el vaso se dilata, de m odo que se restaura el flujo sanguíneo. No está claro el mecanismo exacto de la respuesta miógena al estiramiento. En algunos vasos, se considera que la frecuencia del potencial de acción de las fibras del músculo liso aumenta en res puesta al estímulo, mientras que en otras se considera que se abren canales de calcio como respuesta específica a la tensión mecánica. A pesar de que la autorregulación se pone de manifiesto en la mayor parte de lechos vasculares (aunque no en los pulmones; v. cap. 16), el flujo sanguíneo en órganos específicos variará de acuerdo con las necesidades fisiológicas. De hecho, frecuente mente se producen cambios en el estímulo simpático y el índice metabòlico con el objetivo de reajustar el mecanismo autorregula dor para que funcione a un nuevo nivel.
La vasodilatación se produce en respuesta a diversos fa cto res metabólicos El metabolismo celular da lugar a una serie de productos químicos de desecho. Muchos de éstos provocan una relajación del múscu lo liso vascular y, por consiguiente, una vasodilatación. Esto au menta el flujo de sangre a través del lecho vascular. Este fenóme no se conoce como hiperemia funcional, hiperemia metabòlica o hi-
322
15 E¡ cofozón y la circulación
Presión de perfusión (kPa)
---1------12 1------ 1------16 1------ T ------201 ------ I------24(— 14 Flujo sanguíneo transitorio
f i g . 15-26.
Autorregulación del flujo sanguíneo
en un m usculo esquelético pc-rfundido aislado de Control
perro. Los círculos blancos representan el flujo san gu ín eo determ inado inmediatam ente después de
Flujo sanguíneo y estado de equilibrio
que la presión de perfusión ha aum entado o dismi nuido a partir del nivel de control. A medida que se altera la presión de perfusión, se produce un au m ento o dism inución transitorio del ílujo sanguí neo. pern los mecanism os autorreguladores rápida 200
Presión de perfusión {mmHg)
perem ia activa. Facilita la eliminación de los productos de desecho potendalm entc tóxicos de la vecindad de las células melabólicamente activas, y es de especial importancia en tejidos como el músculo que se ejercita, el miocardio y el cerebro. Entre las sustan cias químicas que inducen la vasodilatación se incluyen el dióxido de carbono, el ácido láctico, los iones de potasio y los productos de degradación del ATP (adenosina y fosfato inorgánico). La hipoxia tisular local también puede originar una relajación del músculo liso vascular, excepto en el circuito pulmonar (v. cap. 16). Si se comprime la arteria que irriga un tejido, se interrumpe el flujo sanguíneo y el tejido experimenta una isquemia. Cuando se ali via la compresión, durante un breve tiempo el flujo sanguíneo es ma yor de lo normal. Esta respuesta se conoce como hiperemia reactiva. Se origina, en parte, como consecuencia de la respuesta miógena des crita previamente v, en parte, como consecuencia de los erectos va sodilatadores de los metabolitos tisulares que se acumulan durante el período de isquemia. La consecuencia de esta mayor perfusión es el rápido suministro de nutrientes y de oxigeno al tejido privado de és tos y la rápida eliminación de los productos meta bélicos de desecho. La vasodilatación que se produce como respuesta a la libera ción local de sustancias químicas también puede desempeñar un papel en la autorregulación del flujo. Cuando aumenta la presión, también aumenta el flujo sanguíneo, v esto tenderá a eliminar las sustancias químicas vasodilatadoras. En consecuencia, aumentará el tono vascular y el Pujo sanguíneo disminuirá hasta su nivel ori ginal. Cuando dism inuyen tanto la presión de perfusión como el flujo sanguíneo, se producirá una acumulación local de metaboli tos que actuarán provocando una vasodilatación.
Las horm onas locales influyen en el flu jo sanguíneo Se considera que una serie de las llamadas hormonas locales o autacoides, liberadas y con actuación local, alteran el flujo sangui-
m ente restauran el llujo sanguíneo hasta n iveles p róxim os al de control (en rojo).
neo a través de su papel en procesos como la inflamación y la coa gulación sanguínea. Estos agentes incluyen las prostaglandinas, los leucotricnos y el factor activador de Las plaquetas. Además de estos agentes, la histamina desempeña un importante papel en la inflamación, produciendo tanto una vasoconstricción como una vasodilatación, lo que depende del tipo de receptores presentes en el vaso diana (las arteriolas se dilatan mientras que las venas se contraen). Al igual que histamina, durante la respuesta inflama toria se libera bradicinina, un vasodilatador potente que provoca la liberación de óxido nítrico (v. más adelante). La respuesta in flamatoria se describe con mayor detalle en el capítulo 14.
El endotelio vascular produce sustancias quím icas vasodilatadoras y vasoconstrictoras Las células cndoteliales de las arterias y las venas sintetizan una sustancia que es capaz de provocar la dilatación del vaso. Cuando se descubrió por primera vez, esta sustancia se bautizó com o fa c tor relajante derivado del endotelio. Ln la actualidad se sabe que este factor es el óxido nítrico (NO) y se produce como respuesta a una amplia variedad de estímulos. Dichos estím ulos incluyen la bradicinina (v. previamente), la acetilcolina y el estrés de cizallamiento ejercido sobre el endotelio por el flujo de sangre. F.l óxido nítrico se produce por desdoblamiento de la arginina gracias a una enzima (NO sintasa) presente en la membrana endotelial. La actividad de esta enzima es regulada por el n ivel de calcio intracelular (v. cap. 5). La síntesis de óxido nítrico puede ser inhibida por algunas sustancias análogas a la arginina. La administración de dichos inhibidores al ser humano provoca vasoconstricción. Esto sugiere que el óxid o nítrico ejerce una influencia vasodilata dora continua o tónica sobre la vasculatura. Recientemente se han descubierto diversos agentes vasocons trictores derivados del endotelio vascular. Uno de éstos, la endoteli-
15.9 Mecanismos que controlan el diámetro de los vasos sanguíneos
es un péptido que provoca una constricción de duración relati. miente larga. Su significado fisiológico todavía no está claro, y diersos esludios de investigación intentan clarificar el papel de éste otros agentes cndoteliales en el control de los vasos sanguíneos.
Mecanismos extrínsecos del control de los vasos sanguíneos : as mecanismos descritos previamente ejercen un control local ' >bre lechos vasculares determinados. A estos mecanismos se suerpone el control global del corazón y la circulación ejercido por s sistemas nervioso y endocrino. El objetivo de esta regulación extrínseca es satisfacer las necesidades del organismo como un todo, regular la presión arterial y mantener un riego sanguíneo suficiente hasta el cerebro. Receptores de diferentes tipos, locali zados en todo el sistema cardiovascular, proporcionan informa ción referente a la presión arterial y al volumen sanguíneo a tra vés de nervios aferentes que viajan hasta el tronco cerebral. El brazo eferente del circuito regulador está formado por el sistema nervioso autónomo y por diversas hormonas que actúan sobre el corazón y los vasos sanguíneos para iniciar las respuestas apro piadas. La regulación extrínseca del corazón (su frecuencia y fuerza de contracción) ya se han descrito en el apartado 15.7, de
32 3
modo que la descripción siguiente aborda principalmente el co n trol nervioso y endocrino de la vasculatura.
Control nervioso de los vasos sanguíneos La figura 15-27 muestra en un diagrama m uy sim plificado la iner vación simpática del sistema cardiovascular. I.a vía se inicia en el bulbo raquídeo donde las fibras aferentes procedentes del nervio glosofaringeo y el vago terminan en un núcleo alargado llamado núcleo del tracto solitario (NTS). T.as neuronas de este tracto man dan axones a las células del bulbo raquídeo ventrolateral rostral. Además, estas células también reciben proyecciones procedentes de la corteza ccrebral y del hipotálamo que pueden anular la re gulación refleja. Las neuronas del bulbo raquídeo ventrolateral rostral se pro yectan a las neuronas preganglionales simpáticas de la sustancia gris de los segm entos TI a L3 en la columna intermediolateral de la médula espinal. Estas fibras bulboespinales pueden producir un efecto inhibidor o excitador sobre las neuronas preganglionares simpáticas. El nivel de actividad en las fibras preganglionares simpáticas está determinado por el tráfico nervioso en las fibras bulboespinales y las aferencias espinales locales. Las neuronas preganglionares simpáticas se extienden hasta las cadenas simpáticas a través de las raíces ventrales de la médu-
Centros superiores (corteza e hipotálamo)
Bulbo raquídeo Nervio vago
Fig. 15-27.
Esquema sim plificado que muestra
la inervación sim pática y parasimpática del siste ma cardiovascular. Las fibras nerviosas aferentes transm iten información sobre la presión medida por los barorreccptores y los receptores de v o lu men del corazón hasta el núcleo del tracto solitario (NTS). Las fibras que parten de este núcleo se pro yectan hasta el bulbo raquídeo vcntrolateral ros tral, donde otras neuronas envían axon es hasta las neuronas preganglionares sim páticas en el núcleo am biguo (NA) de la m édula espinal. Las neuronas
Médula espinal
del NTS también envían axones a las m otoneuronas cardiovagales del bulbo raquídeo. I.as fibras vagales inervan el corazón, mientras que las fibras sim páticas también inervan los vasos sanguíneos v la m edula suprarrenal. Sobre esta organización se superponen las p royecciones procedentes de! hi potálam o y de la corteza cerebral que se d'.nger ; simpáticas
suprarrenal
bulbo raquídeo.
324
15 El corazón y la circulación
la espinal, donde la mayoría efectúan sinapsis con los cuerpos ce lulares de las neuronas posganglionares localizadas en los gan glios. Unas pocas ñbras pregangüonares simpáticas efectúan si napsis en los ganglios celíacos e hipogástricos más distantes o en la médula suprarrenal (v. cap. 10). Los axones procedentes de los cuerpos celulares posgangliona res son amielínicos y viajan a través de los nervios periféricos m ix tos hasta los vasos sanguíneos, donde terminan principalmente en las partes externas de la túnica media. Las arteriolas terminales es tán controladas, principalmente, por mecanismos locales y apenas están inervadas. En cambio, las arterias y las arteriolas de mayor diámetro reciben una rica inervación de fibras vasoconstrictoras simpáticas. Las venas, en general, están menos inervadas, y las que drenan los m úsculos esqueléticos no reciben inervación. Los nervios autónom os que alteran el diámetro de los vasos sanguíneos pueden clasificarse en tres grupos: 1. Fibras vasoconstrictoras simpáticas. 2. Fibras vasodilatadoras simpáticas. 3. Fibras vasodilatadoras parasimpáticas. Los fibras vasoconstrictoras simpáticas predominan en la mayor porte de lechos vasculares
Las fibras vasoconstrictoras simpáticas manifiestan una actividad tó nica que contribuye a mantener el tono en reposo de los vasos san guíneos. La noradrenalina liberada por las fibras nerviosas posgan glionares simpáticas actúa en los receptores OC-adrenérgicos del músculo liso vascular provocando su contracción, lo que da lugar a una vasoconstricción. La interrupción de la actividad tónica de los nervios simpáticos (p. ej., mediante la administración de bloqueadores a o seccionando los nervios simpáticos) da lugar a un aumento significativo del flujo sanguíneo en los vasos de numerosos tejidos. La vasodilatación inducida por una disminución de la actividad de las fibras vasoconstrictoras simpáticas también es importante desde un punto de vista fisiológico. Contribuye a la regulación de la presión arterial a través del reflejo barorreceptor y, en parte, también es responsable de producir una vasodilatación en los vasos de la piel durante la regulación de la temperatura (v. cap. 24). Las fibras vasodilatadoras simpáticas son colinérgicas
Las glándulas sudoríparas humanas están inervadas por fibras co linérgicas simpáticas, cuya estimulación provoca tanto un au mento de la producción de sudor como una vasodilatación de la piel a través de los receptores m uscarínicos M r No obstante, la respuesta no es bloqueada por completo por los antagonistas muscarínicos como la atropina. Además se considera que otro transmisor también puede desempeñar un papel en la regulación de la vasodilatación cutánea y la sudoración. Se trata del neuropéptido VIH (polipéptido intestinal vasoactivo). A lgunos autores consideran que las fibras vasodilatadoras co linérgicas inervan las arteriolas del músculo esquelético humano. Sin embargo, las pruebas para determinar la importancia de este mecanismo en el ser humano no son convincentes, y probable m ente es de mucha mayor importancia la vasodilatación provoca da por la adrenalina circulante que actúa en los receptores (3-adrenérgicos. Sin duda, numerosas especies de mamíferos no huma nos poseen dichas fibras, y en este caso se considera que la vasodilatación se relaciona con la respuesta de alerta del animal (la preparación para la «lucha o huida»; v. apart. 15.11).
Nervios vasodilatadores parasimpáticos
Como se ha descrito en el capítulo 10, las fibras pregangüonares 'de los nervios parasimpáticos abandonan el SNC a través de las salidas craneal y espinal sacra. En los ganglios situados dentro de los pro pios órganos finales efectúan sinapsis con las fibras posgangliona res (compárese con la organización simpática descrita previamen te). Las fibras vasodilatadoras simpáticas inervan las glándulas sa livales, el páncreas exocrino, la mucosa gastrointestinal, el tejido eréctil genital y las arterias cerebrales y coronarias. No son activas tónicamente pero liberan acetilcolina cuando son estimuladas. La acetilcolina actúa en los receptores muscarínicos del músculo liso vascular provocando una hiperpolarización de la membrana y una relajación. Por tanto, el flujo sanguíneo hasta el tejido aumentará después de la vasodilatación. En el capítulo 20 se describe el papel de la inervación vasodilatadora simpática del tejido eréctil.
Control horm onal de los vasos sanguíneos En condiciones normales la circulación se encuentra bajo control nervioso y endocrino. La regulación a largo plazo de la presión ar terial requiere la cooperación de una serie de mecanismos hormo nales que ejercen su acción juntamente con los controles nerviosos con el objetivo de regular tanto el volumen plasmático como el tono muscular. Las principales hormonas reguladoras son la adrenalina, la hormona antidiurética (ADH), el péptido natriurético auricular (ANP) y el sistema renina-angiotensina-aldosterona. Hormonas de la médula suprarrenal: adrenalina y noradrenalina
La adrenalina y la noradrenalina son secretadas por la médula su prarrenal como respuesta a la acetilcolina liberada a partir de las terminaciones nerviosas esplácnicas durante una situación de es trés de cualquier tipo, incluyendo el ejercicio. En el ser humano, alrededor del 80% de la secreción es adrenalina. Las catecolaminas actúan sobre los receptores adrenérgicos, que son de dos tipos prin cipales, receptores a y p-adrenérgicos (v. también caps. 5 y 10). La interacción de las catecolaminas con receptores a-adrenérgicos da lugar a una vasoconstricción, mientras que su interacción con re ceptores ¡5-adrenérgicos provoca una vasodilatación. La noradrenalina tiene una afinidad mucho mayor por los re ceptores a-adrenérgicos que por los (3 y, por consiguiente, normal mente causará una vasoconstricción. La adrenalina interacciona con los receptores P presentes en el músculo liso vascular del esqueleto, el corazón y el hígado produciendo vasodilatación. Por esta razón, la estimulación simpática observada durante las reacciones de alerta y parecidas permite que se dilaten los vasos sanguíneos del corazón y el músculo esquelético, con lo que aumenta el flujo sanguíneo en estos tejidos, mientras que los vasos de otras regiones se contraen. Por consiguiente, la sangre es desviada preferentemente a los tejidos con un importante papel en la respuesta de alerta. AOH (hormona antidiurética a vasopresina)
En los capítulos 12, 17 y 28 se proporcionan más detalles de la se creción y las acciones de esta hormona. En pocas palabras, la ADH se relaciona, principalm ente, con la regulación de la excre ción de líquido por los riñones, pero también ejerce potentes efec tos sobre la vasculatura. Es secretada en la circulación a partir de la neurohipófisis como respuesta a la disminución de la presión
15.10 Microtirculación e intercambio de liquidas tisulares
. r- i. que se produce después de una hemorragia importante. : - tito s casos, la ADH provoca una vasoconstricción potente en s tejidos que contribuye a mantener la presión arterial (de .nombre alternativo, vasopresina). Sin embargo, en los va. erebrales y coronarios, la ADH parece desencadenar una va^ itación. El efecto neto es una redistribución de la sangre hasórganos esenciales: el corazón y el cerebro. is a n o renmo-ongiotensmo-aldosterona
renina es una enzima proteolítica secretada por los riñones respuesta a una disminución de la concentración de sodio : - í! túbulo distal. Actúa sobre un péptido inactivo en la sangre, -om inado angiotensinógeno, formando angiotensina I, que ir sru és se convierte en los pulm ones en su forma activa, la ani:c :ensina II. Esta hormona ejerce dos importantes acciones. Esti- -la la secreción de aldosterona a partir de la corteza suprarrenal rrovoca una constricción. La primera acción da lugar a la reab? rción de una mayor cantidad de agua y sal por parte del túbulo iistal, lo que puede ser especialmente importante cuando el volu men sanguíneo es bajo, como, por ejemplo, después de una he morragia. La segunda acción provoca un aumento de la presión ^nerial. En el capítulo 17 se proporcionan más detalles sobre este a p o r ta n te sistema hormonal.
325
opuesta a la de la aldosterona: estimula la excreción de agua y sal por parte de los túbulos renales. También posee una débil acción vasodilatadora en los vasos de resistencia.
15.10 Microdrculación e intercambio de líquidos tisulares En este apartado se examinan con detalle los procesos responsa bles del intercambio de nutrientes y m etabolitos entre la sangre y los tejidos. En términos generales, la sangre flu ye desde las arte riolas hasta las vénulas a través de los capilares, que son los prin cipales vasos de intercambio. Como parte del proceso de inter cambio tisular, un pequeño volum en de líquido pasa del plasma al espacio intersticial. Se estima que alrededor del 80% de este lí quido regresa directamente al torrente circulatorio, mientras que el resto regresa a través del sistema linfático. Por esta razón, tam bién se describirá la organización básica del sistema linfático y su papel en la regulación del volum en de líquido intersticial.
La microcirculación está organizada en unidades funcionales
Péptido natriurélico auricular (ANP)
Esta hormona es secretada por los miocitos auriculares como res puesta a elevados volúm enes de llenado cardíaco. Su acción es
Resumen 1.
2.
El diámetro de un vaso sanguíneo está determ inado por el grado d e contracción del m úsculo liso de su pared. La vasoconstricción V la vasodilatación pueden superponerse al tono de reposo de un vaso m ediante m ecanism os intrínsecos o extrínsecos. Los factores intrínsecos incluyen la contracción miógena, observa da como respuesta a la distensión de un vaso, la dilatación, como respuesta a los m etabolitos tisulares y las sustancias vasoactivas lo cales. Se considera que la respuesta miógena contribuye a mantener el tono de reposo y explica la autorregulación del flujo sanguíneo.
3.
Los nervios y las horm onas ejercen un control extrín seco sobre el corazón y la circulación com o respuesta a la inform ación origina da en los receptores cardiovasculares de m uchos tipos.
© MASSON. S.A. Fotocopiar sin autorización es un delito
4.
5.
Las fibras vasoconstrictoras sim páticas son las más im portantes y difundidas de las que alteran el diámetro de los vasos sanguíneos, pero también desem peñan un papel en esta función las fibras va sodilatadoras parasimpáticas, y, posiblem ente, las simpáticas. Las fibras vasoconstrictoras sim páticas posganglionares secretan noradrenalina, que interacciona con los receptores OCde las mem branas del m úsculo liso vascular provocando vasoconstricción. La estim ulación difusa de los receptores a-adrenérgicos incrementa 1a presión arterial. Algunas arteriolas, como las del m úsculo, el hí gado y el corazón, también poseen receptores (5. La interacción de
Las arteriolas que se ramifican directamente a partir de las arte rias se conocen como arteriolas primarias y están inervadas ex tensamente por fibras nerviosas simpáticas. Las arteriolas prima rias dan lugar, progresivamente, a arteriolas secundarias y tercia rias, que poseen menos músculo liso y están menos inervadas. Al final, esta ramificación da lugar a las arteriolas terminales, que apenas poseen inervación y su diámetro se regula principalmente por medio de la concentración local de metabolitos (v. lo señalado anteriormente respecto al control local de los vasos sanguíneos). Las arteriolas terminales miden 10-40 |im de diámetro y cada arteriola da lugar directamente a un grupo de capilares, conocido como módulo (fig. 15-28). En unos pocos tejidos, como el mesenterio, se observa un anillo de músculo liso (un esfínter precapilar) al principio de la agrupación capilar que sirve para regular el flujo sanguíneo, pero los capilares de la mayoría de tejidos carecen de este anillo. Los propios capilares miden 5-8 (J.m de diámetro y al rededor de 0,5-1 mm de longitud. Drenan en vénulas poscapilares cuyas paredes no contienen músculo liso. Puesto que las paredes de estos vasos contienen unas células conocidas como pericitos, es tas pequeñas vénulas también se conocen como vénulas perláticas. Las paredes de estos vasos, al igual que las de los capilares, son lo suficientemente finas como para permitir un intercambio libre en tre el plasma y el líquido intersticial. Las vénulas poscapilares con fluyen en vasos de mayor diámetro. Las vénulas con un diámetro superior a los 30 Jim poseen músculo liso en sus paredes.
las catecolaminas con éstos provoca vasodilatación. 6.
Diversos m ecanism os horm onales actúan juntam ente con los me canism os nerviosos para regular extrínsecam ente el volum en
Estructura de los capilares
plasm ático y el tono vascular. Entre éstos se in clu yen la adrenali na, la ADH, el péptido natriurético auricular y el sistema reninaangiotensina-aldosterona.
Las paredes de los capilares constan de una sola capa de células endoteliales planas (fig. 15-29). Esta capa fina está recubierta par cialmente por pericitos, y toda la estructura está rodeada de
326
IS El corazón y la circulación
Presión venular 15 cmHjO (c. 150 Pa)
Vénula
Capilares
Fig. 1V 28.
Diagrama del lecho
capilar en un m úsculo cremástcr re lajado de una rata. La arteriola ter minal irriga un m ódulo de capilares que en últim o térm ino coalcscen Arteriola
Presión arteriolar - 34 cmHjO (c. 330 Pa)
Unión intercelular
membrana basal. La pared capilar es tan fina (alrededor de 0.5.|tm) que la vía de difusión entre el plasma y el líquido tisular es extremadamente delgada. Existen tres tipos de capilares: Capilares continuos, en los que la pared consiste en una capa endotelial continua perforada solamente por estrechas hendi duras entre las células. Es el tipo más frecuente de capilar. 2. Capilares fenestrados, en los que las células endoteliales están perforadas por pequeños poros circulares, las fenestraciones, que permiten el paso relativamente libre de sales y agua des de el plasma a los tejidos. Este tipo de capilar se identifica en los tejidos especializados en el intercambio de cantidades im portantes de líquido, como las glándulas exocrinas y los glomérulos renales. 3. Capilares discontinuos, en los que existen espacios en la pared capilar lo suficientem ente amplios para permitir el paso de proteínas plasmáticas. Los capilares discontinuos se identifi can en tejidos como el hígado, el bazo y la médula ósea.
formando vénulas poscapilarcs que, a su vez, drenan en las vénulas.
Vesícula
1.
m
100 nm
Lámina basal
La actividad vasomotora en las arteriolas provoca una variación del flujo sanguíneo en los capilares La observación directa del patrón de flujo sanguíneo en un lecho capilar pone de manifiesto que éste varía constantemente. El flu jo sanguíneo alterna entre una estasis prácticamente completa y un flujo rápido, de acuerdo con los cambios de diámetro de las ar teriolas. Esta variación del flujo sanguíneo capilar se conoce como vasomoción. Cuando se desarrolla una mayor actividad metabólica, aumentan las necesidades de oxigeno y nutrientes. Durante estos períodos de actividad elevada las arteriolas se dilatan por la acción de los metabolitos locales. Esto da lugar al reclutamiento de un mayor número de capilares y a un aumento de superficie de intercambio.
La mayor parte del intercam bio entre el plasma de los capilares y el líq u id o intersticial tiene lugar por difusión P u e sto q u e lo s c a p ila r e s s o n lo s p r in c ip a le s v a s o s d e in te r c a m b io , su d e n s id a d d e te r m in a la s u p e r fic ie to ta l para el in te r c a m b io e n -
Glucocálix Diafragma
(b)
(o) abierta Fig. 13-29.
Sección de la pared de un capilar continuo (a), un capilar
fenestrado (b) y un capilar discontinuo (c). O bsérvense las diferentes es calas de la izquierda.
tre el tejido y la sangre. Si la densidad de los capilares es alta, es tará disponible una amplia superficie para el intercambio y la dis tancia entre capilares será relativamente corta. El intercambio de solutos entre la sangre y los tejidos circundantes es completa mente pasivo y se produce, principalmente, por difusión física simple, liste proceso se describe mediante la ley de difusión de Fick, que afirma que la lasa de difusión de cualquier sustancia de pende del área disponible para la difusión, del gradiente de con centración y del coeficiente de difusión (cuadro 15.6). Las sustan cias con un bajo peso molecular difunden más fácilmente (es de cir, poseen mayores coeficientes de difusión) que las sustancias con grandes pesos moleculares, como las proteínas.
15.10 Mícrocirculoción e intercambio de líquidos trsulores
uadro 15.6
32 7
Ley de difusión de Fick
sustancias se desplazan desde el plasma hasta los tejidos y desde los •.¡idos hasta el plasma por difusión a favor de su gradiente de concen-radón. La difusión es im proceso pasivo y es consecuencia del movi-r.entoal azar délas moléculas. Xa cantidad de una sustancia que se des plaza de una región a otra puede expresarse mediante la ley de difusión de i iek, que afirma que la cantidad de la sustancia desplazada depende del area disponible para la difusión, el gradiente de concentración y una instante conocida como coeficiente de difusión. Por consiguiente: cantidad desplazada área x gradiente de concentración x x coeficiente de difusión
INTERSTICIO
PLASMA
En símbolos: J=
D
Vesículas
dC A --------dx
Agua, glucosa,
Na+,C r
donde J es la cantidad desplazada, D el coeficiente de difusión, A el i rea sobre la que se produce la difusión y dC/dx el gradiente de con centración. El sign o negativo indica que la difusión se produce desde una región de concentración elevada hasta otra de baja concentra ción. Kl coeficiente de difusión dism inuye a m edida que aumenta el
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tamaño molecular, de m odo que las m oléculas de gran tamaño difun den más lentam ente que las pequeñas.
En solución libre, estos tres factores (área, gradiente de concen tración y coeficiente de difusión) son suficientes para describir la tasa de difusión de una sustancia determinada. No obstante, la difu sión entre el plasma de los capilares y el líquido de los tejidos cir cundantes también está limitada por la permeabilidad de la pared capilar. Las sustancias muy lipofilicas, como el dióxido de carbono v el oxígeno, atraviesan las células endoteliales de modo relativa mente libre (intercambio transcelular) y, por consiguiente, los capi lares son muy permeables a éstas. El agua y las sustancias hidrosolubles, como los electrólitos y la glucosa, son poco solubles en los lipidos de las membranas celulares. En consecuencia, no atravesarán las células endoteliales, sino que difundirán a través de los peque ños espacios entre células adyacentes (intercambio paracelular) (fig. 15-30). Sin embargo, las determinaciones con indicadores ra diactivos ponen de manifiesto que los capilares permiten un inter cambio relativamente libre tanto de agua como de pequeñas molécu las hidrosolubles entre el plasma y el líquido intersticial (tabla 15-3). La tasa de difusión dism inuye progresivamente a medida que aumenta el peso molecular (tabla 15-3). En consecuencia, las gran des moléculas como las proteínas plasmáticas cruzan desde el plasma hasta el espacio intersticial muy lentamente. A pesar de esto, el paso de proteínas desde el plasma al intersticio es impor tante desde un punto de vista funcional porque permite la distri bución de sustancias caracterizadas por una baja solubilidad en agua, que, unidas a las proteínas, difunden hasta sus tejidos dia na, al mismo tiempo que se mantiene a un nivel m uy bajo la pre sión osmótica coloidal en el líquido intersticial. Ejemplos de sus tancias que son distribuidas de esta forma son las hormonas esteroides (p. ej., 17(3-estradiol y testosterona), la tiroxina y los ácidos grasos esenciales. Además, el m ovim iento de las inm unoglobulinas entre el plasma y el líquido que rodea las células forma parte de la defensa del organismo frente a las infecciones (v. cap. 14).
Fig. 15-30. Esquema que ilustra cóm o pueden cruzar los diferentes ti pos de m oléculas la pared capilar. Los gases y las pequeñas m oléculas li pofilicas pueden penetrar la pared capilar directam ente e intercambiarse con líquido extracelular a través de las paredes de las células endoteliales (intercam bio transcelular). El agua y las pequeñas m oléculas hidrosolu bles, como la glucosa y los ion es inorgánicos, sólo se intercambian con el líquido extracelular a través de los espacios de la pared capilar (las gap
junclions y las fenestraciones; intercam bio paracelular). Las m oléculas de gran tamaño, com o las proteínas, se caracterizan por una baja permeabi lidad capilar, excep to en los capilares discontinuos, donde atraviesan grandes espacios intercelulares.
Tabla 15-3.
P e r m e a b ilid a d rela tiv a d e lo s cap ila res c o n tin u o s a
d iv ersa s m o lé c u la s
Sustancia
Peso molecular
O xigeno
32
Agua
18 58
NaCl Urea Glucosa Inulina Albúmina
60 180 5.000 69.000
Permeabilidad relativa al agua ~ 3.000 1,00 0,96 0,8 0,6 0,2 0,0001
O bsérvese que el agua y las sustancias hidrosolubles atraviesan los espac:-". enire las células endoteliales y que. como g rupo, su perm eabilidad guarda r :.a ción con su peso m olecular. Tas sustancias lipofUicas. como el oxígeno y otros gases, d ifunden a través de las paredes de las células endoteliales.
328
15 El corazón y lo circulación t
- - ■
........ -
¿Cuáles son los factores que determ inan el m ovim iento de líq u id o entre los capilares y los tejidos circundantes? La dirección del m ovim iento de líquido entre un capilar y el li quido intersticial circundante depende de cuatro factores: 1. La presión dentro del capilar (presión capilar). 2. La presión dentro del tejido que rodea el capilar (presión in tersticial). 3. La presión osmótica ejercida por las proteínas plasmáticas (presión oncótica). 4. La presión osmótica ejercida por las proteínas presentes en el líquido intersticial. La diferencia entre la presión capilar y la del líquido intersti cial es la presión hidráulica, que ejerce su efecto sobre los líquidos. Cuanto mayor es el valor de la presión hidráulica, mayor es la ten dencia del líquido a pasar del capilar al intersticio. En la mayor parte de los tejidos, el m ovim iento físico del líquido es de 0,1 mi por minuto y por kilogramo de tejido, y es preciso distinguirlo cuidadosamente del intercambio por difusión en los tejidos, que es un proceso de dos vías en que no se produce un movimiento neto. Puesto que la pared capilar se caracteriza por una permeabili dad muy baja a las proteínas plasmáticas, la presión osmótica que éstas ejercen (presión oncótica) actúa oponiéndose a la presión hidrostática, que tiene tendencia a desplazar el líquido desde los ca pilares hasta los tejidos circundantes. La pequeña presión osmóti ca debida a las proteínas del líquido intersticial actúa extrayendo líquido de los capilares, y de este modo compensa parte de la pre sión osmótica de las proteínas plasmáticas. La suma algebraica de las diferentes presiones se conoce como presión neta de filtración. Esta relación se resume con la ecuación siguiente: presión neta de filtración = presión neta que desplaza el líquido desde los capilares - presión neta en los tejidos
Esta relación resume las fuerzas que actúan en la circulación'del líquido entre los capilares y el intersticio, y se denomina principio de Starling o de Starling-Landis. A menudo, las presiones implica das se denominan fu erza s de Starling (v. cuadro 15.7 para más de talles). En la mayor parte de los tejidos, la presión de filtración neta es positiva y las fuerzas hidrostáticas favorecen el movimiento del líquido desde los capilares hacia el intersticio, en un proceso deno minado filtración. Si la presión de filtración neta es negativa, las fuerzas osmóticas favorecen el movimiento de líquido desde el in tersticio hacia los capilares. El desplazamiento del líquido en esta dirección es la absorción y generalmente se debe a la disminución de la presión capilar (p. ej., tras una hemorragia; v. cap. 28). La tasa de filtración de un líquido depende tanto de la presión neta de filtración como del coeficiente de filtración, que tiene en cuenta la permeabilidad de la pared capilar (v. cuadro 15.7). Los capilares continuos se caracterizan por bajos coeficientes de fil tración y, en consecuencia, su tasa de filtración es modesta. En los lechos capilares donde existe un movimiento transepitelial signi ficativo de líquido (p. ej., en las glándulas secretoras exocrinas y en los glom érulos renales), los capilares son fenestrados y se ca racterizan por altos coeficientes de filtración. Esta especialización permite un m ovim iento relativamente libre de líquido desde el plasma hasta el espacio intersticial.
La presión capilar dep en d e tanto de la resistencia de las arteriolas como de la presión venosa Lógicamente, mientras un módulo capilar está siendo perfundido, la presión en el extrem o arterial de los capilares será mayor que en el extremo venoso. Dado que la microcirculación de un órgano individual desempeña un papel específico, no resulta sorpren dente observar que la presión media en los capilares varíe de un órgano a otro. En muchos lechos capilares, como los de la piel y el músculo esquelético, la presión capilar en el extrem o arterial es
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Fiitración £
^w Ô ca o I I
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0,5
1,0
Distancia a partir de la arteriola (mm)
1.5
Fig. 15-31. Factores que determinan la dirección del movimiento de líquido a tra vés de la pared capilar. Cuando la presión hidrostática en los capilares es elevada se favorece la filtración, pero a medida que la sangre circula a lo largo de los capilares la presión disminuye progresivamente. No obstante, la filtración tiene lugar en toda la longitud del capilar. Véanse más detalles en el cuadro 15.7.
15.10 Microcirculación e intercambio de líquidos tisulares
r ju e la presión oncótica del plasma, la presión neta de fil-. . n es positiva y las fuerzas de Starling favorecen la filtración 15.7 y fig. 15-31). Esta diferencia está acentuada por la . : ria d . La presión en los capilares del pie aumenta espectacu. - - m e cuando la persona permanece en bipedestación. Cuando - r-rsona está acostada, la presión capilar media en los pies es de . • ; líd o r de 4 kPa (30 mmHg). En bipedestación, esta presión au- ; r.ta hasta aproximadamente 13 kPa (97,5 mmHg). Se debe tener :uenta que las presiones de los capilares que están situados por rr.a del corazón no dism inuyen la cantidad correspondiente i z j i d o a que la presión venosa es casi de cero (fig. 15-21). Debido a que la microcirculación de cada órgano desarrolla su -: n a función, no es sorprendente observar que la presión media zí -os capilares sea distinta en cada órgano. En algunos órganos, s capilares absorben grandes volúm enes de líquido. Son ejemr.os de ello los capilares de la mucosa intestinal y los capilares petubulares de los riñones. En estos tejidos, la presión capilar es ra¡a. Además, el importante transporte de líquido a través del epitelio adyacente mantiene baja la presión oncótica intersticial, : :>n increm ento de la propia presión intersticial. El resultado es que las fuerzas de Starling favorecen la captación de líquido por rarte de estos capilares (cuadro 15.7). ¿Cómo reabsorben los capilares el líquido intersticial? En la mavor parte de los lechos capilares, la presión de filtración neta es po sitiva excepto cuando las arteriolas presentan vasoconstricción. Durante estos períodos, la presión en el interior de los capilares dis minuye hasta un valor de casi cero y la presión neta se hace nega tiva. En estas circunstancias, el líquido es reabsorbido hacia los ca pilares debido principalmente a que la presión oncótica del plasma es mayor que la del líquido intersticial. No obstante, a medida que el líquido es reabsorbido, también aumenta la presión oncótica del líquido intersticial y la fuerza que controla la absorción se reduce hasta casi cero. Por tanto, el proceso de reabsorción del líquido es transitorio, no sostenido. Así, parece que la función de la vaso constricción es la de facilitar períodos de absorción de líquido, re duciendo la acumulación de líquido en el espacio intersticial. Considerando el organismo en conjunto, se filtra una parte in significante del plasma que atraviesa los capilares (alrededor del 1-2%) pero, dado que a diario atraviesan los capilares unos 4.000 1 de plasma, se origina un movimiento diario de alrededor de 4-8 1 de líquido desde los capilares hasta el espacio intersticial. Entre la mitad y las dos terceras partes de este líquido es reabsorbido por los capilares y el resto regresa al torrente circulatorio a través de los vasos linfáticos (v. más adelante).
Papel de la circulación linfática En la mayoría de lechos capilares la filtración de líquido supera la reabsorción por los capilares y las vénulas pericíticas. Si el exceso de líquido no se eliminara, se acumularía en los tejidos. Esta inflama ción se desarrolla en algunos estados patológicos y se conoce como edema (v. cap. 28). Normalmente, el exceso de líquido abandona el espacio intersticial mediante el drenaje en vasos especializados co nocidos como linfáticos. El líquido de los vasos linfáticos se deno mina linfa. La linfa derivada directamente de los tejidos se conoce como linfa aferente, ya que fluye hacia los ganglios linfáticos. La lin-
329
Cuadro 15.7 Cálculo de las fuerzas de Starling para la filtración capilar Las presiones ejercidas sobre los capilares de la piel humana se pueden determinar fácilmente y representan un ejemplo claro de las fuerzas que determinan la presión de filtración neta (P,) en un lecho capilar. A nivel del corazón, la presión hidrostática en el extrem o arterial de los capilares (Pc) es de aproximadamente 5 kPa (alrededor de 37 mmHg). En el extrem o venoso, la presión es de aproximadamente 2 kPa (alre dedor de 15 mmHg). La presión oncótica del plasma humano (7tp) es de aproximadamente 3,5 kPa (alrededor de 26 mmHg) mientras que la del líquido intersticial (TtJ es de aproximadamente 2 kPa (15 mmHg). La presión hidrostática del liquido intersticial (PJ es 0,2 kPa (1,5 mmHg) menor que la presión atmosférica (es decir, - 0 ,2 kPa, 0 - 1 ,5 mmHg). La presión de filtración es igual a la diferencia entre la presión que fuerza al líq u id o a salir de los capilares y la presión que tiende a opo nerse a la filtración, y vien e dada por la ecuación siguiente:
En el extrem o arterial P, = [5 - (-0,2)] - (3,5 -2 ) = + 3 ,7 kPa (aproximadam ente + 4 0 mmHg) En el extrem o venular
Pr = [2,0 - (-0,2)| - (3,5 - 2) = + 0 ,7 kPa (aproximadam ente +5 mmHg) Por tanto, a n ivel del corazón la presión en los capilares favorece la filtración en toda su longitud (dado que la presión de filtración neta es positiva), de forma que tiene lugar el desplazam iento del liq u id o a través de los capilares hacia el espacio intersticial. Si la presión capi lar d ism inuye hasta cero (tal com o ocurre cuando las arteriolas m ues tran un cierre com pleto durante una vasoconstricción o tras una he morragia), la presión de filtración se hace negativa (alrededor de 11,5 kPa) y se favorece la absorción de líquido. N o obstante, la reabsorción del liquido está limitada rápidamente por el increm ento de la presión oncótica en el liq u id o intersticial. A sí. en este caso, la reabsorción de líquido es transitoria. En los tejidos en los que la reabsorción continua de líquido por par te de los capilares con stituye un aspecto im portante de su función (p. ej., los capilares peritubulares de la nefrona o los capilares del in testino delgado), las presiones de filtración netas son negativas, al m enos en el extrem o venoso. Por ejem plo, cuando se reabsorbe el li quido isotónico en la luz intestinal, la presión de filtración en el e x tremo ven oso de los capilares está entre 1-0,5 y -1 kPa (alrededor de -7 mmHg). La presión oncótica intersticial se m antiene baja debido a que el líq u id o absorbido es sustituido por líquido transportado a tra vés del revestim iento epitelial del intestino. Cálculos com o éstos reflejan las fuerzas que tienden a desplazar los líquidos en una dirección u otra a través de la pared capilar, asu m iendo un estado estacionario y tam bién que la pared capilar es im permeable para las proteínas plasmáticas. Las cantidades que entran y salen de un capilar d ependen de la perm eabilidad hidráulica de la pared capilar, de la superficie disponible para el m ovim iento de los líquidos y de su permeabilidad para las proteínas plasmáticas. La re lación com pleta se puede expresar m atemáticamente como
J, = I pA[(P. - PJ - s(jtp - re,)] donde Jv es el volum en de líquido filtrado o reabsorbido por unidad de tiem po, I pes una constante que refleja la perm eabilidad hidráuli ca de la pared capilar, A es el área de la pared capilar y s el coefi ciente de reflexión, que determ ina el grado de libertad con el que las proteínas atraviesan la pared capilar. Si la pared capilar es com pleta m ente im permeable para las proteínas, O = 1; si es com pletam ente perm eable para las proteínas, O = 0. En la mayor parte de los capila res, O = 0,9. Pc y P¡ son las presiones capilar intersticial, respectiva m ente, mientras que Ttp y lt1son las presiones oncóticas de los líqui dos plasmático e intersticial, respectivam ente.
330
15 Ei corazón y la circulación
F ig. 15-32.
Principales características de la organización del sistema linfático.
fa aferente tiene la misma composición que el líquido intersticial, es decir, muestra la misma composición iónica que el plasma pero una concentración proteica menor. También tiene menos células. Des pués de que la linfa ha atravesado los ganglios linfáticos su compo sición varía, ya que contiene liníocitos que han migrado a través de los tejidos (v. cap. 14). Entonces se conoce como linfa eferente. Los capilares linfáticos se inician como pequeños conductos con su extremo distal cerrado (al igual que sucede en las vellosi dades del intestino delgado) o como una red de pequeños conduc tos con diámetros de 10-50 jim. Sus paredes son muy finas y cons tan de una sola capa de células cndoreliales que forman una mem brana basal. A diferencia de lo que sucede en la mayor parte de capilares sanguíneos, las uniones intercelulares de las paredes de los capilares linfáticos poseen hendiduras lo suficientem ente am plias para permitir el paso de proteínas plasmáticas. Al igual que los capilares sanguíneos, los capilares linfáticos se unen formando vasos colectores, que, a su vez, se vacian en troncos linfáticos afe rentes análogos a las grandes venas que se extienden junto a ellas. Los troncos linfáticos aferentes poseen válvulas semilunares a lo largo de toda su longitud que impiden el flujo retrógrado de linfa. Los troncos linfáticos aferentes se vacian en ganglios linfáticos que reciben su propio suministro de sangre. La linfa que abandona los ganglios de los vasos linfáticos eferentes drena en el conducto to rácico, que se vacia en la vena subclavia. Lsta organización se muestra en forma de diagrama en la figura 15-32.
neral, se caracteriza por una baja presión oncótica, pero después de atravesar los ganglios linfáticos su contenido en proteínas au menta de manera sustancial, probablemente como consecuencia de la absorción de agua y electrólitos por parte de los capilares vasculares de los ganglios linfáticos. Se ha sugerido que un 50% del volum en de la linfa aferente es reabsorbido durante su paso a través de los ganglios linfáticos.
Resumen 1.
t os capilares poseen paredes filias q u e constan de una sola capa de células endoteliales. Proporcionan una extensa área de super ficie para el intercam bio de solu tos entre la sangre y los tejidos. Su flujo sanguíneo está determ inado por la actividad vasomotora
2.
de las arteriolas y varia continuam ente com o consecuencia de los cam bios del tono arteríolar (vasom oción). La mayor parte del intercambio de nutrientes entre la sangre y los tejidos se produce por difusión, r.l oxigeno y el dióxido de carbono difunden a través de las células endoteliales y se equilibran rápida m ente por intercambio transcelular. la s sustancias hidrosolubles no pueden atravesar las células endoteliales v difunden a través de es pacios de la pared capilar (intercambio paracelular). Tj s moléculas más pequeñas difunden mas libremente que ¡as grandes. Fn conse
3.
cuencia, la pared capilar es casi impermeable a las proteínas. La mayor parte del flujo entre et plasma y el líquido intersticial está determ inado por la presión neta de filtración, que varia de un lecho capilar a otro, de acuerdo con las necesidades fisiológi cas. La velocidad del liquido depende de la perm eabilidad de la
¿Cómo se forma la linfa? No se conocen con exactitud los procesos responsables del drena je de líquido en los vasos linfáticos. Se considera que la contrac ción de las paredes de los grandes vasos linfáticos propulsa la lin fa hacia delante. A ello contribuyen la compresión de los vasos lin fáticos por los tejidos circundantes y su posterior expansión durante la actividad muscular. Estas fuerzas propulsan la linfa en dirección a los ganglios linfáticos. El flujo retrógrado se previene gracias a la existencia de válvulas, al igual que sucede en las ve nas. Puesto que los capilares linfáticos están cerrados por un ex tremo y sólo pueden vaciarse en los vasos linfáticos de mayor cali bre, la expansión de los vasos linfáticos de mayor calibre aspira el líquido de los capilares linfáticos. Por consiguiente, el proceso de llenado de los vasos linfáticos es análogo, en cierto modo, al llena do de una pera de goma con líquido después de expulsar el aire. Se sabe que los ganglios linfáticos modifican el volum en y la composición de las proteínas de la linfa. La linfa aferente, en ge
pared capilar. 4.
Cuando la presión neta de filtración es positiva se produce filtra ción, y cuando es negativa se ve favorecida la absorción, hn g e neral, la filtración supera la reabsorción y el exceso de líquido re gresa al torrente circulatorio a través de la linfa.
15.11 Papel del sistema nervioso central en el control del corazón y la circulación La actividad del corazón y el tono de los vasos sanguíneos están re gulados por el sistema nervioso autónomo, que. a su vez, está some tido al control del SNC. Las principales regiones del SNC que parti cipan en el control del sistema cardiovascular son el hipotálamo y el bulbo raquídeo. Las áreas del bulbo raquídeo que participan en el control del sistema cardiovascular en ocasiones se denominan «cen tros» de control cardíaco, aunque este término puede inducir a
15.11 Papel del sistema nervioso central en el control del corazón y la circulación
error, porque las propias neuronas bulbares están reguladas por áreas cerebrales superiores y por aferencias que parten de los recep tores de presión. La figura 15-27 muestra la organización básica de las áreas que participan en el control del sistema cardiovascular. La información aferente sobre las presiones dentro del sistema circulatorio la proporcionan dos grupos de receptores: los recep tores de presión elevada (barorreceptores), que se localizan en la arteria aorta y en la carótida, y los receptores de baja presión (o receptores de volumen), que se localizan en las paredes de las aurí culas y de los ventrículos. Las fibras aferentes de estos receptores transmiten información hasta el tronco cerebral respecto a la pre sión arterial y la presión de llenado cardíaco. Esta información, junto con la que proporcionan otras aferencias de áreas cerebrales superiores, los quimiorreceptores y otros sensores, se utiliza para iniciar las respuestas cardiovasculares apropiadas. Estas respues tas están mediadas por las vías nerviosas parasimpàtica y simpáti ca que se dirigen al corazón y a los vasos sanguíneos.
La estim ulación de los barorreceptores arteriales desencadena una vasodilatación refleja y una dism inución de la frecuencia cardíaca La presión arterial está regulada estrechamente por el organismo. En adultos jóvenes, la presión sistólica se sitúa próxima a 16 kPa (120 mmHg) durante el día, aunque puede disminuir durante el sueño. Existen dos tipos de mecanismos reguladores, la regula ción rápida por el sistema nervioso y por hormonas, y el control a largo plazo del volum en sanguíneo, que está mediado principal mente por los riñones (como se describe en el cap. 28). Nervio vago
Nervio glosofaringeo Ganglio nudoso Nervio del seno carotideo Arteria carótida interna Cuerpo carotideo (quimiorreceptores) Seno carotideo (barorreceptores)
Arteria carótida externa Arteria carótida primitiva izquierda
Nervio aórtico
331
En el circuito arterial la presión está monitorizada por los ba rorreceptores, que son m uy abundantes en las paredes de los se nos carotídeos y en el arco aórtico. Los barorreceptores son mecanorreceptores que detectan el grado de estiramiento de las pare des de los vasos y, por consiguiente, son capaces de monitorizar la presión arterial. Los im pulsos procedentes de los barorrecepto res se transmiten al tronco cerebral, donde terminan en el núcleo del tracto solitario (NTS). Las aferentes procedentes de los baro rreceptores del arco aórtico viajan a través de los nervios vagos, mientras que las de los receptores del seno carotídeo son trans portadas por el nervio del seno carotídeo, que se une con el ner vio glosofaringeo. En la figura 15-33 se ilustra la organización del sistema de barorreceptores en forma de diagrama. La respuesta de los barorreceptores a un cambio de la presión arterial se ilustra en la figura 15-34. La frecuencia de la descarga en las aferentes de los barorreceptores varia de acuerdo con la onda del pulso arterial. Cuando aumenta la presión, aumenta la frecuen cia de descarga, y viceversa. A niveles normales de presión arterial, las aferentes de los barorreceptores muestran una actividad tónica. Sin embargo, por debajo de unos 8 kPa (60 mmHg) existe muy poca actividad en las aferentes de los barorreceptores. A medida que la presión va aumentando hasta los 24 kPa (180 mmHg), se produce un aumento brusco de la tasa de descarga. Un aumento brusco de la presión arterial aumentará la des carga de los barorreceptores. Esta información aferente se trans mite hasta el tronco cerebral y desencadena una inhibición de la actividad simpática al corazón y de los vasos y un aumento de la actividad vagal, que enlentece la frecuencia cardíaca (bradicardia). La dism inución de la actividad de las fibras vasoconstricto ras simpáticas da lugar a una vasodilatación, que, a su vez, da lu gar a una dism inución de la resistencia periférica. El resultado neto de estos efectos será una disminución de la presión arterial que rápidamente «neutraliza» el aumento inicial. Al contrario, una dism inución de la presión arterial (hipoten sión aguda) produce una dism inución de la descarga de los baro rreceptores. Se produce un aumento de la actividad de los nervios simpáticos y una disminución de la de los nervios parasimpáticos. La frecuencia cardíaca aumenta y aumenta la fuerza de contrac ción del miocardio. Los vasos que irrigan el músculo esquelético, la piel, los riñones y la circulación esplácnica experimentan una vasoconstricción. Como consecuencia, la presión arterial aumen tará para contrarrestar la dism inución inicial. Estos cambios de la activación de los barorreceptores (es decir, los cambios del tono vascular periférico y de la fuerza y la fre cuencia de contracción cardíaca) constituyen el reflejo barorreceptor o barorreflejo, que también se ilustra en la figura 1 5-34. Las res puestas vasomotoras reflejas que se producen como respuesta a un cambio de presión arterial se deben por completo a alteraciones de la frecuencia de descarga en las fibras vasoconstrictoras simpáti cas. Las fibras vasodilatadoras simpáticas no están implicadas.
Aorta
Reajuste del reflejo barorreceptor Corazón (ventrículo izquierdo)
Fig. 15-33. Diagrama muy simplificado que ilustra la posición y la inervación de los barorreceptores aórticos y carotídeos.
Si la presión arterial aumenta durante un período de 15 min, apro ximadamente, el umbral de la actividad barorreceptora aumenta hasta un valor mayor. Esta propiedad de los barorreceptores hacc
332
15 El corazón y la circulación
Presión - 160 20-
Normal
16- - 120 12 PRESIÓN ARTERIAL
80
8kPa
IMPULSOS DEL NERVIO DEL SENO CAROTIDEO
IMPULSOS DEL NERVIO VAGO
NERVIO CARDIACO SIMPATICO
NERVIOS VASOCONSTRICTORES SIMPATICOS
1| I I | I H L L I 1 1 l l i p
lili
1
1
111
i
! i m m u n i
II
1
U
1 11 11 11 1 11 1 I
i l i l l f l J l
lJ . U
1
I . U
.1
Acelerada
Frecuencia cardíaca
Enlentecida
Aumentada
Contractilidad
Disminuida
I L U l L i l i 111 J _ i . - 1 - 1 - I .1 Aumentada
Fig. 15-34.
1 1 11
Vasoconstricción
- 40 mmHg
_ i
...I
i
L. l
.
Disminuida
Patrón de descarga de las fibras nerviosas individuales en diversos nervios en función de los cam bios de la presión arterial. A la iz
quierda se m uestra la organización básica de las vías nerviosas. El panel superior derecho ilustra la onda de presión aórtica para presiones arteriales bajas, normales y elevadas. Debajo se muestra el patrón de descarga de un aferente de un barorreceptor en un nervio del seno carotídeo, el de una fi bra de un n ervio cardiovagal, el de una fibra de un nervio cardíaco sim pático y el de una fibra de un nervio vasoconstrictor sim pático. Con una pre sión arterial baja, se inhibe la actividad vagal, mientras que aumenta la actividad sim pática, lo que da lugar a un aum ento de la frecuencia cardíaca v a una vasoconstricción. Con presiones elevadas, aumenta la actividad vagal, mientras que dism inuye la actividad simpática, lo que da lugar a un en ternecim iento de la frecuencia cardíaca y a una vasodilatación.
que sean monitores poco eficaces de la presión absoluta de sangre que llega al cerebro. Los barorreceptores son reguladores a corto plazo de la presión arterial, y no controladores a largo plazo. El re ajuste central de la sensibilidad de los barorreceptores se produce, por ejemplo, durante el ejercicio. Los barorreceptores parecen ser reajustados de tal modo que responden a mayores presiones del pulso. Por esta razón, la frecuencia cardiaca no dism inuye como respuesta al aumento de la presión sistólica que acompaña al ejer cicio, y el gasto cardíaco se mantiene. De forma similar, durante la respuesta de alerta en la que el organismo se prepara para una ac tividad intensa, el mecanismo barorreceptor parece inhibirse y se produce un aumento súbito de la presión arterial.
El reflejo barorreceptor estabiliza la presión arterial después de un cambio postural
ción de sangre desde la región cardiopulmonar hasta las venas de las piernas). Esto, a su vez, da lugar a una disminución del volumen sis tolico (según la ley de Starling), del gasto cardiaco y, por consi guiente, de la presión arterial. Esto se conoce como hipotensión pos tural. Los barorreceptores desempeñan un importante papel en la rá pida restauración de la presión normal. Cuando disminuye la presión, la descarga de los barorreceptores disminuye en la misma medida y esto da lugar a un aumento de la descarga simpática al co razón y a la vasculatura. La frecuencia cardíaca aumenta y también aumenta la resistencia periférica total. Estos efectos restauran el nivel normal de presión arterial. Puesto que el reflejo barorreceptor nor malmente requiere algunos segundos para que sea plenamente efi caz, la cantidad de sangre que irriga el cerebro disminuye breve mente cuando un individuo se pone de pie rápidamente, y como consecuencia, es muy frecuente experimentar un mareo momentá neo. En la figura 15-35 se resume esta secuencia de acontecimientos.
M aniobra de Valsalva Cuando un individuo pasa rápidamente desde una posición de decú bito a una de bipedestación, se produce una disminución significati va del retorno venoso al corazón (como consecuencia de una desvia
La maniobra de Valsalva es esencialmente una tentativa de espi rar contra una glotis cerrada. Puede llevarse a cabo voluntaria-
15.11 Popel del sistema nervioso central en el control del corazón y la circulación
Maniobra de Valsalva
Cambio desde una posición de decúbito supino a otra de bipedestación
333
kPa
Disminución del retorno venoso
Disminución del volumen sistòlico
Disminución del gasto cardíaco
Disminución de la presión arterial Fig. 15-36. Cambios de la presión arterial y de la frecuencia cardíaca que tien en lugar durante y después de una maniobra de Valsalva. Cuan Disminución de la actividad de los barorreceptores
do la presión intratorácica aumenta por primera vez, tiene lugar un au m ento de la presión arterial media, porque el retorno venoso inicialm en te se ve favorecido por la com presión de las grandes venas (fase 1). El gas to cardíaco y la presión del pulso aumentan. Esto va seguido de una
Aumento del tono simpático
dism inución de la presión arterial media y de la presión del pulso a m edi da que se im pide el retorno venoso y dism inuye el gasto cardiaco (fase 2). Al térm ino de la maniobra, la presión intratorácica dism inuye, lo que da
Aumento de la frecuencia cardíaca
Venoconstricción
Aumento de la resistencia periférica
un aum ento del volum en sistólico y de la presión del pulso (fase 4). Los Aumento del gasto cardiaco
Aumento del retorno venoso
Aumento de la presión arterial Fig. 15-35. Secuencia de los cam bios cardiovasculares iniciados por los barorreceptores después de una dism inución de la presión arterial para normalizar la presión.
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lugar a una breve dism inución de la presión arterial (fase 3). Seguida m ente se produce un aum ento brusco del retorno venoso, que da lugar a
mente y se asocia con una defecación enérgica o el levantamiento de objetos pesados. La maniobra aumenta la presión intratorácica, lo que desencadena una compleja respuesta cardiovascular, que se describe en la figura 15-36. La respuesta inicial es un aumento de la presión arterial debi do a la contracción normal del ventriculo izquierdo, a la que se añade la fuerza adicional producida por el aumento de la presión intratorácica que actúa en el miocardio. Esto va seguido de una dism inución transitoria de la frecuencia cardíaca. En este estadio, la mayor presión intratorácica im pide el retorno venoso, con la consecuencia de que dism inuyen el gasto cardíaco y la presión ar terial media. A medida que dism inuye la presión arterial, aumen ta la frecuencia cardíaca y esto, junto con el aumento de la resis tencia periférica total, estabiliza la presión arterial. Cuando la presión intratorácica dism inuye después de la abertura de la glo tis, la presión arterial también lo hace, pero, dado que el retorno venoso se restaura rápidamente, el volum en telediastólico y el gasto cardíaco aumentan y la presión arterial también. Este au mento es sensado por los barorreceptores, lo que induce una bra dicardia reñeja, que, junto con la dism inución de la resistencia periférica, normaliza la presión arterial.
cam bios de la frecuencia cardiaca son una respuesta refleja a los cam bios de la presión. Cuando aumenta la presión, la frecuencia cardíaca dism inu ye, y viceversa.
Los receptores de baja presión de las aurículas m onitorizan la presión venosa central y proporcionan información sobre la distensión cardíaca Los receptores de estiramiento están presentes en las paredes de las aurículas izquierda y derecha del corazón. Los receptores au riculares responden a la presión venosa central y a la distensión cardíaca y son estimulados cuando aumenta el retorno venoso. Esto desencadena un aumento reflejo de la frecuencia cardíaca y de la contractilidad, que está mediada por el sistema nervioso simpático. La activación de este reflejo reduce rápidamente la dis tensión cardíaca inicial. En comparación, la activación de los mecanorreceptores del ventrículo izquierdo induce una bradicardia refleja y una vasodilatación como respuesta al aumento de la pre sión telediastólica. No está clara la función exacta de esta res puesta, pero podría servir de ayuda al reflejo barorreceptor en la regulación de la presión arterial.
El control horm onal del volum en sanguíneo proporciona una regulación a largo plazo de la presión arterial Los barorreceptores participan en la regulación minuto a minuto de la presión arterial. La naturaleza dinámica de sus respuestas los
334
15 El corazón y la circulación
hace inadecuados para una regulación a largo plazo de la presión arterial absoluta. Dicha regulación se lleva a cabo a través del mantenimiento del volum en y la composición extracelular nor males, tarea que llevan a cabo, principalmente, los riñones. Los principales mecanismos implicados son hormonales e incluyen el control reflejo de la secreción de ADH por los osmorreceptores del hipotálamo, el funcionam iento del sistema renina-angiotensina-aldosterona y el papel del péptido natriurético auricular. To dos estos procesos se describen con más detalle en el capitulo 28.
jo» id en tificad os en el m úsculo esquelético. Son de dos tipos: receptores m etabólicos, que responden a los iones de potasio y de hidrógeno producidos durante el ejercicio, y m ecanorreceptores, sen sib les a la tensión activa generada dentro de un m úsculo. Durante el ejercicio, la activación de estos receptores provoca taquicardia, vasoconstricción de los vasos que no irri gan los m úsculos que se ejercitan (en especial los del circuito renal) y un aum ento de la contractilidad miocárdica. Todo esto sirve para aumentar la presión arterial y la perfusión de los m úsculos activos.
La activación de los quim iorreceptores arteriales periféricos provoca un aum ento de la presión arterial Aunque el papel más conocido de los quimiorreceptores arteriales periféricos es el control de la respiración (para una descripción de tallada, v. cap. 16), también desempeñan un papel en el aumento reflejo de la presión arterial observado durante la hipoxia. Con presiones normales de los gases sanguíneos, apenas influyen en la circulación, pero tanto durante la hipoxia como durante la hipercapnia desencadenan una vasoconstricción refleja en los vasos de resistencia y en las grandes venas del circuito esplácnico. La cons tricción de las arteriolas y la movilización de la sangre del circuito esplácnico aumentan la presión arterial y la cantidad de oxígeno transportado hasta los tejidos, en especial al cerebro. Este reflejo quimiorreceptor es especialmente potente a presiones arteriales bajas, cuando el reflejo barorreceptor es relativamente inactivo.
A rritm ia respiratoria Durante la inspiración se produce un pequeño aumento de la fre cuencia cardíaca, seguido de una dism inución durante la espira ción. Esta variación de la frecuencia cardíaca con el ciclo respira torio se conoce como arritm ia respiratoria y se debe casi por com pleto a los cambios de la actividad de las motoneuronas cardiovagales, cuya actividad tónica normal depende parcialmente de las aferencias barorreceptoras arteriales (fig. 15-27). Durante la inspiración, las motoneuronas cardiovagales son inhibidas por neuronas inspiratorias centrales y por una mayor actividad de los receptores de estiramiento de adaptación lenta, presentes en las vías respiratorias de mayor diámetro de los pulm ones. Como consecuencia, son menos sensibles a sus aferencias barorrecepto ras, lo que da lugar a una dism inución del tono vagal y a una ta quicardia. Durante la espiración este efecto se invierte; la excita bilidad de las motoneuronas cardiovagales se normaliza, el tono vagal aumenta y se enlentece la frecuencia cardíaca.
La activación de los «receptores de trabajo» desencadena un aum ento del gasto cardiaco El últim o grupo de receptores que pueden influir de manera re fleja en el sistem a cardiovascular son los «receptores de traba
Reacción de defensa Como respuesta a la percepción de un peligro, todos los mamífe ros, incluyendo el ser humano, muestran una alerta conductual, que si el estím ulo es lo suficientem ente potente, puede dar lugar a una conducta agresiva o defensiva. Esto se acompaña de cam bios destacados en la actividad de sus nervios autónom os en los que se anula el control reflejo normal. Las pupilas se dilatan, el pelo cutáneo se eriza (la denominada piloerección), el animal en seña los dientes y adopta una postura defensiva. Además, y más relacionado con lo que se está describiendo, se produce un au mento de la frecuencia cardíaca, del gasto cardiaco y de la presión arterial. Las respuestas cardiovasculares incluyen el reajuste del reflejo barorreceptor a un nivel de mayor presión y una redistri bución del flujo sanguíneo. Se produce una vasoconstricción de las visceras y de la piel, al mismo tiempo que aumenta el flujo san guíneo hasta los músculos. Ln el ser humano, este aumento se debe a una inhibición del tono vasoconstrictor simpático, mien tras que en otras especies también puede observarse una activa ción de la acción vasodilatadora colinérgica simpática. Esta se cuencia compleja de acontecim ientos se conoce con el nombre de reacción de defensa. Los cambios que se producen durante la aler ta conductual normal son más modestos y se conocen como res puesta de alerta.
Resumen 1.
La presión arterial está regulada estrecham ente por los nervios autónom os, las horm onas y, a más largo plazo, por los cambios
2.
del volum en sanguíneo. La presión arterial es m onitorizada por los barorreceptores pre sentes en las paredes del arco aórtico y los senos carotídcos. Un aum ento de la presión arterial da lugar a una m ayor descarga de las aferentes de lo s barorreceptores, lo que da lugar a un enlentecim iento retlejo de la frecuencia cardíaca, una vasodilatación pe riférica y una dism inución de la presión arterial.
3.
4.
La regulación a largo plazo de la presión arterial se logra a través del m antenim iento del volum en y la com posición extracelular normales, principalm ente por m edio del sistema renina-angiotensina-aldosterona y el péptido natriurético auricular. Los quim iorreceptores arteriales y los receptores de trabajo m us culares tam bién desem peñan un papel en el control de la presión arterial.
*• 15.12 Circulaciones especiales
335
Arteria coronaria izquierda
Arterias marginales
Arteria coronaria derecha
Arterias interventriculares anterior y posterior
F ig. 15-37.
Organización del riego sanguí
n eo coronario. O bsérvese el origen de las arte rias coronarias en la base de la aorta.
15.12 Circulaciones especiales Esta sección aborda brevemente la circulación de la sangre hasta órganos específicos. Ilustrará los medios en los que se utilizan al gunos de los mecanismos reguladores descritos previam ente en regiones localizadas dei sistema cardiovascular con el objetivo de ajustar el flujo sanguíneo a las necesidades de los tejidos. Las ca racterísticas específicas de la circulación pulmonar se describen en el capítulo 16; las de la circulación renal en el capítulo 17, y las de la circulación intestinal en el capítulo 18.
Circulación coronaria
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La figura 15-37 ilustra el riego sanguíneo coronario del corazón. El riego sanguíneo miocàrdico es provisto por las arterias corona-
i____________________i 0.5 S i i g . 15-38. Cambios de la presión que afectan al flujo sanguíneo coro nario durante el ciclo cardíaco, ni periodo durante el cual se produce flu jo sanguíneo coronario se acortará m ediante una reducción del intervalo diastólico (1), m ediante un aumento de la presión telediastólica ventricu lar (2) o m ediante una dism inución de la presión arterial (3).
rias izquierda y derecha, que se originan en la raíz de la aorta. La arteria coronaria derecha irriga principalm ente la aurícula dere cha y el ventrículo derecho, mientras que la arteria coronaria iz quierda irriga principalmente la aurícula izquierda y el ven trículo izquierdo. El drenaje venoso se produce especialmente en la aurícula derecha a través del seno coronario. El flujo sanguíneo a través de las arterias coronarias varía considerablemente durante el ciclo cardíaco. Ll flujo hasta el mio cardio es máximo durante el estadio precoz de la diàstole, cuando la compresión mecánica de los vasos coronarios es mínima y la presión aórtica todavía es alta. Durante la fase de contracción isovolumétrica del ciclo, los vasos coronarios se comprimen a medi da que aumenta la presión ventricular y el flujo sanguíneo coro nario dism inuye hasta su valor mínimo. Durante la fase de eyec ción de la contracción sistòlica, el flujo coronario varía de acuerdo con el aumento y la dism inución de la presión aórtica. En la figura 15-38 se ilustra el efecto de la contracción ventricular so bre el flujo sanguíneo coronario. A partir de las descripciones previas, es evidente que el tra bajo llevado a cabo por el corazón varía considerablemente con las necesidades de la circulación. Claramente, una mayor carga de trabajo requiere distribuir al miocardio un mayor suministro de oxígeno y de nutrientes. En realidad, el flujo sanguíneo a través del circuito coronario puede aumentar desde su nivel de reposo de alrededor de 75 mi • min 1■ 100 g_l de tejido— hasta 400 mi ■ min 1 • 100 g ' ! de tejido durante el trabajo cardíaco máximo. El flujo sanguíneo coronario aumenta a medida que se incre menta la actividad metabòlica del corazón, como se ilustra en la figura 15-39. ¿Cómo se adecúa el flujo sanguíneo a las necesidades metabólicas? La sangre del seno coronario tiene una PO, de alre dedor de 2,7 kPa (20 mmHg). Por consiguiente, la extracción de oxígeno es muy alta. Un aumento de las necesidades de oxígeno desencadena un aumento del flujo sanguíneo coronario como consecuencia de la vasodilatación de los vasos coronarios. Se con sidera que esta vasodilatación está mediada principalmente por la adenosina, cuya producción aumenta durante una mayor carga de trabajo. También pueden desempeñar un papel las mayores concentraciones de otros meta bol itos, como el dióxido de carbo-
336
15 Ei corazón y la circulación
120 o o
100
.-
oxígeno a partir de la mioglobina presente en las fibras muscula res cardíacas. OO
0° . oogco,
Circulación en la piel
o
o o
OI S 80
°o
0/
,o
—— — —— — —— — — — Valores normales para valores del / ° gasto cardíaco en reposo o /
E
....................... „
i
cal. 1.a autorregulación se produce en los vasos sangui. n eos denervados y es una propiedad intrínseca. Parecen partir .- dos mecanismos: los metabolitos locales y la respuesta r ^rna del músculo liso al estiramiento. a. Falso. b Falso. ..
Verdadero.
z
Verdadero,
343
cuencia cardíaca y la resistencia vascular periférica, lo que normaliza la presión arterial. a. Verdadero. b. Falso. c. Verdadero. d. Verdadero.
Respuestas a los problemas cuantitativos
e Verdadero. S Los principales vasos de resistencia son las arteriolas. Una í-acción del líquido que abandona los capilares en el extremo ¿neriolar es reabsorbida por los capilares en el extrem o veno- \ por las vénulas pericíticas. La fracción que no es rcabsor- Jj regresa a la circulación a través de la linfa, a Verdadero.
1. 11,5 kPa (86,7 mmHg). 2. 3,781 • min *. 3. 28,6% . 4. 2,2; 4,2; 5,4; 6,6; 7,8; 8,4 y 7 kPa • m i' • min.
b. Verdadero. c. Falso. d. Falso. e
Verdadero.
Cuando la presión arterial dism inuye, la actividad de los barorc.eptores dism inuye, y esto aumenta la actividad simpática en los nervios cardíacos y vasoconstrictores. Aumenta la fre
La resistencia aumenta a medida que aumenta la presión de per fusión debido a la autorregulación del flujo sanguíneo. Con una mayor presión de perfusión, las fuerzas hidrostáticas empiezan a superar la vasoconstricción. Un aumento súbito de la presión des de 10,6 hasta 21 kPa daría lugar a un aumento transitorio del flu jo sanguíneo, que disminuiría hasta el valor proporcionado en la tabla al ponerse en marcha los mecanismos autorreguladores.
16 Sistema respiratorio El objetivo del presente capitulo es explicar: •
Las leyes de los gases y su aplicación a la fisiología respiratoria
•
La estructura del sistema respiratorio
•
Los volúmenes pulmonares y mecánica de la ventilación
•
El espacio muerto y su medida
•
Los principios del intercambio gaseoso en los alvéolos y papel del surfactante
•
La circulación pulmonar
•
Los factores que determinan las relaciones ventilación-perfusión en las diferentes partes del pulmón
•
El origen y control del ritmo respiratorio
•
La regulación química de la respiración; papel de los quimiorreceptores centrales y arteriales periféricos
•
Los sistemas de defensa del pulmón
•
Los trastornos más frecuentes de la respiración
•
La hipoxia, sus causas y consecuencias. El tratamiento con oxígeno
Sistema respiratorio
16.1 Introducción
Cuadro 16.1 Símbolos utilizados en fisiología respiratoria
I b A : ' a j «ue necesitan los animales para desarrollar sus activiLa fisiología respiratoria utiliza un amplio abanico de símbolos es H t t s normales la obtienen, sobre lodo, a partir de la oxidación tándar para expresar de forma concisa los conceptos y permitir ope ¿.inventos -particularmente de los hidratos de carbono y raciones algebraicas sencillas. Las variables principales se presentan as .- . Durante esle proceso, que se denomina respiración con letras mayúsculas en cursiva (p. cj., presión /P/ o volumen /V/), ■ ■ e-t- . -s.u.ar, la mitocondria utiliza oxigeno, y se produce diómientras que la situación a la que hacen referencia se presenta con W Ü -- .'irrxmo. El oxigene) necesario deriva, en último término, ayuda de un sufijo (p. ej., PaO. es la presión parcial de oxígeno en la SeL . •'fera, mientras que el d ióxido de carbono que se prosangre arterial, mientras que 1*aO_, es la presión parcial de oxigeno en smc: •< r .imina a la atmósfera mediante la respiración externa, que el aire alveolar). Además, el prefijo s se utiliza para indicar el con « rl c Meto de estudio de este capítulo. cepto de especificidad (p. ej. ■>/ t2
Según esta igualdad, el volum en del gas dependerá tanto de la temperatura como de la presión. Por lo tanto, un volum en de gas obtenido a partir de un sujeto en una bolsa de muestreo de gases (conocida como bolsa de Douglas) dependerá tanto de la presión atmosférica como de la temperatura ambiente. Para poder compa rar las muestras de gas obtenidas en diferentes momentos, el vo lumen de un gas puede expresarse de las dos maneras siguientes: 1. Como STPD (temperatura y presión estándares en seco). Esto equivale al volumen de gas después de extraer el vapor del agua a temperatura (273 °K oO cC) y presión (101 kPa o 760 mmHg) estándares. 2. Como BTPS (temperatura corporal y presión con saturación de vapor de agua, es decir, a 37 °C o 310 °K y una presión de vapor de agua de 6,2 kPa o 47 mmHg). Éste sería el volum en de gas espirado por los pulmones. Dado que una masa determinada de gas ocupa volúm enes no tablemente diferentes a 0 °C y a 37°C, resulta esencial saber el es
V = 0,225 X 13,33 = 3 mi Se pueden efectuar cálculos similares para el dióxido de car bono, en cuyo caso s = 5,1 mi • l-1 • kPa 1 (0,68 mi • l-1 • mmHg l) y para el nitrógeno, en cuyo caso s = 0,112 mi • l“1 • kPa 1 (0,015 mi • I“1 • mmHg"'). Hay que tener en cuenta que esta relación sólo es aplicable al gas disuelto. Cuando el gas se combina quím icam ente, la cantidad total en la fa s e liquida es la sum a de la cantidad unida quím ica m ente m ás la que se halla en solución física. En fisiología respiratoria, la concentración de los gases disuel tos se expresa, habitualmente, como sus presiones parciales, inclu so cuando dichos gases se hallan en una solución sin fase gaseosa (p. ej., en la sangre arterial). La presión parcial de un gas puede convertirse fácilmente en su concentración molar equivalente utili zando la ley de Avogadro. Asi, cuando el dióxido de carbono tiene una presión parcial de 5,33 kPa (40 mmHg) cada litro de plasma di solverá: 5,33 X 5,1 = 27,2 mi Sabiendo que, en condiciones STP, 1 mol de C 02 ocupa 22,41, esto corresponde a: 27,2 x 10 3/22,4 = 1,2 x 10 ’ mol • 1 1
16.2 Aplicación de las leyes de los gases a la fisiología respiratoria
Cuadro 16.2
349
Conversión de los volúmenes de gas a BTPS y STPD
nversión de temperatura y presión ambiente a BTPS - - . dida que el aire es inhalado, se calienta y se humidifica. Esto provoca un aumento de su volumen, que se puede calcular a partir de la ley ..-„versal de los gases:
. r 2rtir de la cual se puede deducir la siguiente fórmula: 273 + 37 273 + T,
P .- 6
■onde: es el volumen de aire inspirado a temperatura ambiente y presión normal, es la temperatura ambiente. ?, es la presión barométrica. ?-. , es la presión de vapor de agua del aire ambiente. Ljs constantes numéricas 37 y 6 son la temperatura corporal en grados Celsius y la presión saturada de vapor de agua en kPa (equivalente a 4" mmHg). ? r tanto, para un litro de aire ambiente inspirado cuando la temperatura es de 20 °C, la presión barométrica es de 100 kPa (aproximadamente "50 mmHg), y la presión de vapor de agua es de 2 kPa (aproximadamente 17 mmHg), el cambio en el volumen del tórax será: 310 1 0 0 -2 V,™ = l x ------x ---------- = 1,103 1 293 100 - 6 En otras palabras, la expansión del tórax será superior al volumen de gas inspirado en aproximadamente un 10%. Conversión de temperatura y presión ambiente a STPD El volumen de oxígeno absorbido o de dióxido de carbono espirado se expresan en forma de STPD porque, en este caso, se necesita expresar el nú mero de moles de gas intercambiados. El volumen de un mol de gas es de 22,4 1en condiciones STP (0 °C y 101 kPa [760 mmHg]). En este caso, la con versión se realiza mediante la siguiente fórmula: 273 ------ x ---------- — 273 X r A
101
Por tanto, 1 1de oxígeno humidificado a la misma temperatura ambiente y presión que en el ejemplo previo ocuparía en condiciones STPD un vo lumen de: 273 1 0 0 -2 = ‘ x ------- x ------------= 0,891 298 101
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En los ejemplos mostrados anteriormente se ha asumido que el aire estaba saturado de vapor de agua. Éste es normalmente el caso para las mues tras de gas que se obtienen a partir de un espirómetro. Para el aire ambiente normal, se debe tener en cuenta la saturación porcentual del aire (la humedad relativa). Para hacer esto, multiplique simplemente la presión saturada de vapor de agua para la temperatura ambiente por la humedad relativa, expresada en forma de fracción (una humedad del 70% es 0,7, etc.).
Difusión de los gases disueltos Cuando el oxigeno es captado por la sangre, debe disolverse en primer lugar en la fase acuosa que reviste los pulm ones y a conti nuación difundir hacia la sangre a través de la membrana alveolar. Las velocidades de difusión del oxígeno y el dióxido de carbono desde el revestimiento acuoso de los alvéolos hacia la sangre están regidas por la ley de la difusión de Fick (v. cap. 15, cuadro 15.6). El hecho de que las membranas alveolares sean extremada mente delgadas y tengan una gran área ayuda a optimizar la difu sión de los gases respiratorios. Si las membranas alveolares se vuelven más gruesas como consecuencia de una enfermedad, la difusión de los gases respiratorios se ve afectada negativamente.
Además de depender del área y el grosor de las membranas al veolares, la velocidad de difusión de los gases respiratorios tam bién depende de la solubilidad y el gradiente de concentración de éstos. La importancia de la solubilidad para determinar la veloci dad de difusión resulta evidente en el caso del dióxido de carbo no. Este gas es aproximadamente 20 veces más soluble en las membranas alveolares que el oxígeno y , aunque su gradiente de concentración sólo es una décima parte del del oxígeno, difunde desde la sangre hacia los alvéolos unas dos veces más rápido que el oxígeno desde los alvéolos hacia la sangre. La capacidad de un gas para difundir entre el aire alveolar y la sangre viene dada por su capacidad de difusión, también denominada fa cto r de transfe rencia, que se expone más adelante.
350
16 Sistema respiratorio
——
Composición del aire espirado
16.3 Estructura del árbol respiratorio
El aire espirado contiene menos oxígeno y más dióxido de carbo no que el aire inspirado. En la tabla 16-1 se muestran los valores estándar de las presiones parciales de los gases presentes en el aire espirado y en el aire alveolar. Obsérvese que aunque no hay in tercambio de nitrógeno con la sangre, la presión parcial de este gas varía, ya que queda diluido por el vapor de agua y el dióxido de carbono procedentes de los pulmones. La relación entre el volumen de dióxido de carbono producido y el volumen de oxígeno captado se denomina cociente de intercam bio respiratorio (R) que, en condiciones de equilibrio estacionario, es igual al cociente respiratorio (RQ) (para más detalles, v. cap. 24):
Los pulmones son los órganos principales del sistema respirato rio. A través de su superficie se absorbe oxigeno y se elimina dió xid o de carbono. Como los pulmones se sitúan en el tórax, el aire atmosférico debe pasar a través de la nariz o de la boca y penetrar en las vías aéreas antes de dirigirse hacia la superficie respiratoria en que se produce el intercambio de gases. Las vías respiratorias están irrigadas por las circulaciones pulmonar y bronquial, que se exponen con detalle en el apartado 16.6. Durante la respiración en situación de reposo, el aire entra por la nariz, pero en situación de ejercicio intenso entra por la boca, la cual ofrece una resistencia mucho menor al flujo aéreo. Aunque las fosas nasales presentan una resistencia al flujo aéreo elevada, son capaces de atrapar las partículas de polvo suspendidas en el aire y ayudan a humidificar y a calentar el aire en su paso hacia los pulmones. Después de penetrar en la nariz o en la boca, el aire atraviesa la faringe en dirección a la laringe que, igual que la na riz, es una importante zona de resistencia al flujo aéreo; esta pro piedad se utiliza en el proceso de vocalización. La tráquea une la laringe y los pulm ones. En un adulto, tiene aproximadamente 1,8 cm de diámetro y 12 cm de longitud. Es el primer com ponente del árbol respiratorio — el conjunto de con ductos ramificados que ponen la superficie respiratoria en con tacto con la atmósfera. En la parte superior del tórax, la tráquea se ramifica para for mar dos bronquios principales — uno para cada pulmón— . A su vez, los bronquios se ramifican en dos ramas menores en el lado iz quierdo y tres en el derecho, que corresponden a los lóbulos del pidmón. (El pulmón derecho tiene tres lóbulos, mientras que el iz quierdo sólo tiene dos.) En cada lóbulo, los bronquios se dividen en dos ramas más pequeñas, y éstas se dividen a su vez en otras dos, y así sucesivamente hasta que las ramificaciones finales alcanzan la superficie respiratoria. En la figura 16-1 se muestra un diagrama de la disposición de la tráquea y los pulmones en el tórax. En total, existen 23 generaciones de vías aéreas entre los al véolos y la atmósfera. La tráquea es la generación cero. Se bifurca de manera asimétrica dando lugar a los dos bronquios principales, que constituyen la generación 1. Los bronquios que alcanzan los pulm ones (los bronquios lobares) constituyen las generaciones 2 y 3. La generación 4 está formada por los bronquios que alcan zan los segm entos de los distintos lóbulos. Los bronquios más pe queños forman las generaciones 5-11. Desde la generación 12 has ta la 19, las vías respiratorias se denominan bronquiolos. Las vías respiratorias de la generación 16, que unen los bronquiolos a la superficie respiratoria, se denominan bronquiolos terminales. To das las vías respiratorias, hasta los bronquiolos termínales, están implicadas en el calentamiento y humcdecimiento del aire en su trayecto hacia la superficie respiratoria. Se denominan vías respi ratorias de conducción y no desempeñan ninguna función signifi cativa en el intercambio de aire. Desde la generación 17 hasta la 19, las vías respiratorias comienzan a participar en el intercambio de aire y se denominan bronquiolos respiratorios. Estas estructu ras dan lugar a los conductos alveolares, a partir de los cuales se originan las estructuras principales para el intercambio de aire. Estas estructuras son los sacos alveolares, formados por dos o más
cociente de intercambio
volum en de CO, producido
respiratorio
volum en de 0 2 captado
En condiciones normales de reposo, el valor del cociente de inter cambio respiratorio varía según el tipo de alimento que se está metabolizando para producir ATP. Sus valores oscilan entre 0,7 — cuando los lípidos son el principal metabolito— y 1,0 — para los hidratos de carbono . Habitualmente, el valor de R se halla com prendido entre 0,75 y 0,8, ya que se metabolizan tanto hidra tos de carbono como lípidos. Durante el ayuno, las proteínas se convierten en una importante fuente de energía, y el R tiene un valor aproximado de 0,8.
T abla 16-1.
V a lo res está n d a r para lo s g a se s r esp ira to rio s
Aire inspirado (kPa) mmHg % del total Aire espirado (kPa) mmHg % del total Aire alveolar (kPa) mmHg % del total
N*
O.
CO;
H ,0
79,6
21,2 159
0,04
0,5
0,3 0,04
3,7 0,5
597 78,5 75,5 566 74,5 75,9 569 74,9
20,9 16 120 15,8
3,6
6,3
27 3,5
13,9 104 13,7
5.3 40 5,2
47 6,2 6.3 47 6.2
Resumen El volum en de una determ inada cantidad de ga.s depende tanto de la temperatura com o de la presión, y está regido por la ley de los gases ideales. Fn fisiologia respiratoria, el volum en de un gas se expresa com o temperatura y presión estándares en seco (STPD) o como temperatura corporal y presión en caso de saturación con vapor de agua (BTPS). La cantidad de un gas en solu ción es proporcional a su presión parcial en la fase gaseosa (ley de Henry). La velocidad de dif usión de dicho gas está determinada por la lev de Fick. Hl aire espirado tiene m enos oxígen o sr más d ióxid o de carbono que el aire am biental. La proporción entre la cantidad de d ióxid o de carbono espirado v la cantidad de oxigen o absorbido se cono ce como tasa de intercam bio respiratorio, y es un indicador de los alim entos que se están m etabolizando.
16.3 Estructura del árbol respiratorio
351
Esófago Tráquea Arteria carótida común Arteria subclavia
'
Vena yugular interna Vena subclavia
# Restos del timo Cisura transversa Lóbulo superior
Cisura oblicua
Lóbulo superior
Lóbulo medio
Lóbulo Lóbulo inferior
Cisura oblicua
Incisura cardíaca
inferior
Pericardio fibroso
Fig. 16-1. tórax.
Situación de los pulmones dentro del
Epitelio
.éolos. Los bronquíolos respiratorios, los conductos alveolares y los alvéolos constituyen las vías respiratorias transicionales y ' espiratorias, que ofrecen una superficie total para el intercambio ce aire de aproximadamente 60-80 m2 en el adulto. Moco
Lámina propia
Pleura visceral
Estructura de las vías aéreas
^ I 5 1 f § : s < o
La tráquea y los bronquios principales se mantienen abiertos graVaso . ,.is a unos anillos cartilaginosos en forma de C. En los bronquios Músculo san9Ulneo de menor tamaño, esta función la realizan unas placas de cartíla go solapadas. Los bronquíolos, que tienen un diámetro inferior a 1 mm, no poseen cartílago y se colapsan fácilmente cuando la pre Cartílago pon en el exterior de los pulmones supera la presión en el interior de las vías aéreas, hecho que ocurre durante una espiración for Vasos Célula zada (v. más adelante). Las paredes de todas las vías aéreas tienen sanguíneos caliciforme musculo liso, incluyendo los conductos alveolares (pero no las pa redes de los alvéolos propiamente dichos). En los bronquíolos ter minales, el músculo liso da cuenta de la mayor parte del grosor de la pared. La parte más externa de la pared del bronquíolo — la (a) (b) capa adventicia— está formada por tejido conjuntivo denso, in cluyendo fibras elásticas. La figura 16-2 muestra la estructura de Fig. 16-2. Estructura de los bronquios (a) y los bronquíolos (a). Obsér los bronquios y de los bronquíolos. vese que el bronquio tiene un epitelio más grueso y una lámina propia también más gruesa que el bronquíolo. También posee placas de cartíla Desde las vías nasales hasta los bronquios más pequeños, el árgo, mientras que los bronquíolos tienen una proporción más elevada de bol respiratorio está recubierto por un epitelio ciliado dispuesto en músculo liso. columna que contiene muchas células caliciformes. Debajo de la capa epitelial hay numerosas glándulas de la submucosa, que vierten sus secreciones a la luz bronquial. En los bronquíolos, el epitelio se modifica progresivamente y se convierte en cuboideo ciliado simple. Los cilios se mueven de forma continua y desplazan lentamente hacia la boca el moco secretado por las células caliciformes y por las glándulas de la submucosa; una vez en la cavidad bucal, éste puede ser expulsado mediante la tos o bien deglutido. Esta
organización recibe el nombre de «ascensor» mucociliar, y tiene un papel importante en la eliminación de partículas inhaladas (v. apart. 16.8). El epitelio de los bronquíolos también contiene cé lulas no ciliadas que probablemente tienen una función secretora. El lugar en que se efectúa el intercambio de gases es la unidad al veolocapilar. Existen unos 300 millones de alvéolos en el pulmón de
352
16 Sistema respiratorio
Célula epitelial alveolar
AIRE ALVEOLAR PO, 13,9 kPa PC02 5,3 kPa
Núcleo
Músculos accesorios
Célula endotelial capilar
Intercostales externos
intercostales internos
Núcleo
Diafragma Músculos abdominales
Espacio intersticial
Fig. 16-3. Representación esquemática de las capas que separan el es pacio aéreo alveolar de la sangre contenida en los capilares pulmonares.
un adulto, y cada uno de ellos está envuelto casi por completo por capilares pulmonares (fig. 16-20). Se estima que hay aproximada mente 1.000 capilares pulmonares en cada alvéolo. Esto proporcio na una enorme área para el intercambio de gases por difusión. Las paredes de los alvéolos (los tabiques alveolares) están formadas por una delgada capa epitelial que presenta dos tipos de células, deno minadas células alveolares de tipo I y de tipo II. Las células de tipo I son células epiteliales escamosas; las de tipo II son más gruesas y, además de producir la capa de líquido que recubre los alvéolos, tam bién sintetizan y secretan el surfactante pulmonar (v. más adelante). Bajo el epitelio alveolar se sitúan los capilares pulmonares. Las membranas celulares de las células epiteliales alveolares y de las células endoteliales del capilar pulmonar están en aposición cercana, y la sangre pulmonar sólo está separada del aire alveolar por un grosor de 0,5 |im (fig. 16-3). Intercaladas entre los capila res en las paredes de los alvéolos se encuentran las fibras elásticas y de colágeno que forman el tejido conjuntivo del pulmón. Este une los alvéolos para formar el parénquim a pulmonar, que tiene una apariencia esponjosa. Los alvéolos vecinos se interconectan por pequeños conductos aéreos denominados poros de Kohn.
Estructura de la pared torácica Los pulmones no son capaces de expandirse por sí solos, de mane ra que la expansión se consigue gracias a los músculos respirato rios, capaces de cambiar las dimensiones de la pared torácica (v. apart. 16.4). Los principales músculos respiratorios son el diafrag ma y los músculos intercostales internos y externos. Los músculos in tercostales externos están dispuestos de manera que desplazan las costillas hacia arriba y hacia fuera cuando se contraen. Los múscu los intercostales internos tiran de las costillas hacia abajo, en direc ción contraria a la ejercida por los músculos intercostales externos.
POSTERIOR
Fig. 16-4. Disposición de los músculos respiratorios del tórax humano. En tre cada dos costillas hay dos capas de tejido muscular: la de los intercostales externos y la de los intercostales internos. La figura ilustra la orientación de las fibras musculares en estos grupos musculares. Obsérvese que el ángulo de los músculos intercostales externos les permite elevar la parrilla costal cuan do se acortan, y expandir de este modo el tórax. Los músculos intercostales internos actúan desplazando hacia abajo la parrilla costal. La contracción de los músculos accesorios actúa elevando la parrilla costal, mientras que la con tracción de los músculos abdominales tiende a forzar el desplazamiento del diafragma en dirección al tórax, ayudando asi a la espiración.
Además hay otros que, aunque no intervienen en la respiración normal y pausada, pueden utilizarse durante el ejercicio. Se trata de los músculos accesorios, que ayudan a la inspiración, y los músculos abdominales, que ayudan a la espiración (fig. 16-4). La pared torácica está recubierta por una membrana denomi nada pleura parietal (fig. 16-5), separada de la pleura visceral que recubre los pulmones por una fina capa de líquido que lubrica las superficies de las membranas pleurales cuando se m ueven duran te la respiración. El volum en total de liquido es de aproximada mente 10 mi. Se trata de un ultrafiltrado del plasma que normal mente drena a través del sistema linfático situado por debajo de la pleura visceral. Las propias membranas pleurales están formadas por dos capas de tejido conjuntivo colágeno y elástico que se unen en las raíces de los pulmones. Por debajo de la pleura visce ral se sitúa la membrana limitante del propio pulm ón que, junto con la pleura visceral, limita la expansión de los pulmones. Éstos únicamente están separados de la pared torácica por las membra nas pleurales y, cuando no están afectados por ninguna enferme dad, ocupan prácticamente toda la cavidad torácica, excepto el mediastino (que contiene el corazón y los vasos de gran calibre).
Inervación del sistema respiratorio Los músculos respiratorios no se contraen espontáneamente. La respiración rítmica depende de los im pulsos nerviosos generados en los nervios frénicos e intercostales, que son los nervios moto-
16.4 Mecánica de lo respiración
Tráquea
353
Resumen 1.
Las vías aéreas están formadas por la nasofaringe, la laringe, la tráquea, los bronquios y los bronquiolos. Los bronquios se rami fican de forma dicotóm ica en 23 generaciones hasta alcanzar los alvéolos. Las primeras 16 generaciones, denom inadas vías aéreas de conducción, no desem peñan un papel im portante en el inter cambio de gases. Las otras siete generaciones (los bronquíolos respiratorios, los conductos alveolares y los alvéolos) constituyen las vias respiratorias de transición y de intercam bio respiratorio.
2.
Las vias aéreas altas (tráquea y bronquios) se m antienen abiertas por la acción de anillos o placas de cartílago. Los bronquíolos no poseen cartílago y sus paredes están formadas fundam entalm ente por m úsculo liso. El árbol respiratorio está recubierto por un ep i
3.
telio ciliado que contiene numerosas células secretoras de moco. Los alvéolos son el principal lugar de intercambio de gases. Sus pa redes están formadas por una capa de epitelio m uy fina que recu bre una densa red de capilares pulmonares. Las paredes alveolares también contienen una pequeña cantidad de tejido conjuntivo.
4.
La pared torácica está formada por la parrilla costal, los m úsculos intercostales y el diafragma. Se halla revestida por la pleura y for
O MASSON. S.A. Fotocopiai nin miloil/nclón ott un dolilo
ma un com partim ento de grandes dim ensiones, im permeable a los gases, q u e contiene los pulm ones. Por tanto, la pared torácica
res de los músculos respiratorios. La descarga rítmica de estos -r.-vios está controlada por la actividad de grupos específicos de neuronas situados en el tronco del encéfalo. El control nervioso - . .a respiración se tratará más adelante (v. apart. 16.7). El músculo liso de los bronquios y de los bronquíolos está nervado por fibras colinérgicas parasimpáticas, que llegan al r ulmón a través de los nervios vagos. La activación de estos ner. ios provoca una broncoconstricción. Los nervios simpáticos nervan los vasos sanguíneos del circuito bronquial, pero no ex is te inervación simpática directa del músculo liso de los bronquío los. La broncodilatación aparece como respuesta a la adrenalina y .a noradrenalina circulantes. Estas hormonas actúan en los recep tores |3-adrenérgicos para provocar la relajación del músculo liso. Por esta razón, para superar el broncoespasmo de un ataque as mático se inhalan fármacos (i-adrenérgícos, como por ejemplo el salbutamol. Además de su inervación colinèrgica y adrenérgica, el tono del músculo liso de las vías respiratorias también está re gulado por fibras nerviosas autónomas que segregan óxido nítri co. Entre los agentes que inducen constricción de las vías respira torias están la sustancia P y la neurocinasa A. Los propios pulm ones contienen receptores de distensión de adaptación lenta, receptores para sustancias irritantes y termina ciones pulmonares de fibras C, que mandan información al SNC a través de fibras viscerales aferentes de los nervios vagos. El papel de estos receptores es fundamental en diversos reflejos respirato rios que se exponen más adelante.
16.4 Mecánica de la respiración Es obvio que la respiración se asocia con cambios en el volumen del tórax. Durante la inspiración, el tórax se expande y el aire penetra en los pulmones. Durante la espiración, el volumen del tórax dismi nuye y el aire es expulsado fuera de los pulmones. Este movimiento de aire hacia dentro y hacia fuera de los pulmones se conoce como ventilación. En este apartado se examinan los mecanismos responsa-
5.
forma parte del sistema respiratorio. Los m úsculos de la respiración reciben inervación motora a tra vés de los nervios frénicos e intercostales. El m úsculo liso de los bronquios y de los bronquíolos está inervado por fibras colinér gicas parasimpáticas. El parénquima pulmonar y el árbol bron quial poseen receptores de distensión y receptores que respon den a sustancias irritantes.
bles de los cambios de las dimensiones del tórax y se discute acerca de los factores que controlan el flujo de aire en las vías aéreas.
Volúmenes pulm onares El volum en de aire que entra y sale del tórax durante la respira ción se puede medir con ayuda de un espirómetro, consistente en una campana invertida que dispone de un sello de agua para for mar una cámara hermética. La campana se puede mover libre mente en sentido vertical, y dichos m ovim ientos se registran en un gráfico o mediante un ordenador (fig. 16-6). La relación entre los diversos volúm enes pulmonares se mues tra en la figura 16-7. Cuando el tórax se expande hasta su máxima capacidad y los pulmones pueden expandirse por completo, la cantidad de aire que contienen alcanza un valor máximo, que co rresponde a la capacidad pulm onar total. Si esta acción va seguida de una espiración máxima, al final, en los pulm ones aún quedará un volum en de aire que no puede ser expulsado, el llamado volu men residual (VR). La cantidad de aire espirado durante una espi ración máxima efectuada después de una inspiración máxima re cibe el nombre de capacidad vita l (CV). El aire inspirado y espirado en cada ciclo respiratorio recibe el nombre de volumen corriente (VT, volumen tidal). En reposo, cuan do la respiración es tranquila y normal, el volumen corriente (apro ximadamente 0,5 1) es mucho menor que la capacidad vital (aproxi madamente 5 1). La diferencia en el volumen pulmonar al final de
3 5 4 |^ 1 6 S is te m a r e ^ ifo l^
Tabla 16-2. V alores típ ic o s d e lo s v o lú m e n e s y ca p a cid a d es resp ira to rio s en h o m b r e s j ó v e n e s sa n o s en situ a c ió n d e rep o so
é T \ k J \
Volum en pulmonar total (1) Capacidad vital (1) Volumen residual (1)
Campana invertida Inspiración
- V Sello de agua
sujeto' t i g . 16-6.
—
1TT T
6,0 4,8 1,2
Volumen corriente (1)
0,6
Frecuencia respiratoria (respiraciones - m in 1)
12
Ventilación m inuto (1 min ') Capacidad residual funcional |1)
7,2 2,2
Capacidad inspiratoría (1) Volumen de reserva inspiratoria
3,8 2,5
Volumen de reserva espiratoria
1,0
Espiración
►
~
^
J
I
Un espirómetro con registrador ni sujeto respira a rravés de
la boca utilizando el tubo flexible que muestra la parte inferior izquierda. La inspiración extrae aire de la campana y el volumen de aire contenido en ésta dism inuye. Durante la espiración, aumenta. Estos cambios de volumen se registran en un gráfico calibrado, como muestra la figura Habitualmentc, el espirómetro está conectado a un circuito de gases más elaborado, con un recipiente do cal sodada para absorber el dióxido de carbono espirado.
una inspiración normal y la capacidad vital se conoce con el nom bre de volumen Je reserva inspiratorio (VR1). La cantidad de aire que se puede espirar de forma forzada después de una espiración nor mal se denomina volumen de reserva espiratorio (VRE). La capacidad residual funcional (CRF) es el volumen de aire que queda en el inte rior de los pulmones al final de una espiración normal. Los volú menes pulmonares varían en función del tamaño corporal (son ma vores en las personas más corpulentas), la edad, el sexo (los volú menes tienden a ser menores en las mujeres que en los hombres, para una corpulencia similar) y el entrenamiento. La tabla 16-2 muestra los valores típicos para hombres adultos jóvenes y sanos. El volumen corriente varía según los requerimientos de oxige no del organismo. Por consiguiente, los volúm enes de reserva inspiratoria y espiratoria también son variables — cuanto mayor sea el volumen corriente, menores serán los volúm enes de reserva inspi-
ratoria y espiratoria . En cambio, para cada individuo determina do, la capacidad vital y el volumen residual son relativamente fijos. A excepción del volum en residual y de la capacidad residual funcional, lodos los volúm enes pulmonares se pueden medir di rectamente mediante una espirometría simple. La capacidad resi dual funcional y el volum en residual se pueden determinar por el método de dilución de helio (cuadro 16.3).
La inspiración está provocada por la contracción del diafragma y de los músculos intercostales externos; la espiración es fundam entalm ente pasiva, y se debe a la retracción elástica de los pulm ones y de la pared torácica Los diversos musculos respiratorios se utilizan en diferentes mo mentos del proceso. El diafragma es el músculo principal y el úni co que está activo durante la respiración en reposo; forma una lá mina continua que separa el tórax del abdomen, y en reposo tiene forma de cúpula. Durante la inspiración, se contrae y se aplana, y con ello aumenta el volumen del tórax. Durante la espiración, el diafragma se relaja ligeramente y la retracción elástica de la pared torácica y de los pulmones desencadena la espiración pasiva. Cuando la demanda de oxígeno aumenta, entran en acción los otros músculos implicados en la inspiración, la pared torácica se
6.0
Fig. I6-7.
Subdivisiones de los volúm enes pulmo
nares. El registro muestra una espirometría ideal en la que se registran los cambios de! volumen pulmonar durante la respiración normal en reposo (volumen co
4.5
E
rriente en reposo), seguidos por una amplia ¡aspira ción hasta la capacidad pulmonar total y de una espi ración completa hasta el volumen residual. Lsto mide la capacidad vital. Obsérvese que el volumen residual
3,0
v la capacidad funcional residual no se pueden medir con ayuda de un espirómetro. Como muestra la parte
1.5 residual
Tiempo (s)
Volumen residual ____ i____ 60
derecha de la figura, el volumen corriente se puede modificar (p. ej., durante el ejercicio). Los volúm enes de reserva inspiratoria y espiratoria se hacen mas pe queños cuando el volumen corriente aumenta.
16.4 Mecánica de lo respiración
Cuadro 16.3 Determinación de la capacidad hincionai residual y del volumen residual por medio del método de dilución de helio I I I
• iio r de los diferentes volúm enes pulm onares tiene interés en dijr'sas enferm edades respiratorias. Resulta, por tanto, deseable pomedirlos con cierta precisión. Mientras que es posible medir di-
I -rea m en te el cambio en el volum en de los pulm ones durante diverI -jn io b r a s respiratorias m ediante un espirómetro, no es posible I -: de este modo el volum en de aire que queda en el interior de I - pulm ones al ünal de una espiración normal (la capacidad residual I _- . ¡onal o CRE) ni el volum en residual (VR). En lugar de ello se miI I
por el m étodo de dilución de helio. .
determinar la CRE, se pide a un in d ivid u o que respire normal-
I - e n te , y a continuación se le pide que inspire el contenido de un es• metro que con lien e un volum en conocido de aire que contiene concentración conocida del gas inerte helio. A m edida que el gas contiene helio es inspirado y espirado, el helio queda diluido en r • ‘Sumen de aire que queda en el interior de los pulm ones. Una me: nn posterior de la concentración de helio permite calcular este c íí
.um en adicional m ediante la siguiente fórmula:
(
concentración inicial de helio \ , 1 IX volumen del espirómetro concentración final de helio /
— ---------, —
Pira medir el VR se utiliza un procedim iento similar, pero se pide al "iiv id u o que efectúe una espiración máxima antes de respirar el ntenido del espirómetro que contiene el helio, la diferencia de volumen entre la ORI y el VR es el volum en de re serva espiratorio (VRE), m ientras que la capacidad pulmonar total -PT¡ se alcanza después de una inspiración plena. El volum en comrrendido entre la CRF y la CPT se denomina capacidad inspiratoria El volum en de reserva inspiratorio (VRI) es el volum en máximo : e aire que se puede inspirar despucs de una respiración normal. Escantidades están relacionadas por las siguientes ecuaciones: CRP = VRE 4- VR CPT = CRF I C1 C1 = VT + VRI donde VT es el volumen corriente. La capacidad vital (CV) es el volu men de aire que se puede espirar a partir del volumen pulmonar total: CV = CI + VRE Si se conoce el valor de la CRE o del VR, el resto de volúm enes pul monares (incluyendo el volum en pulmonar total) se pueden determ i nar con ayuda de un espirómetro.
eleva y se desplaza hacia fuera por la actividad de los músculos intercostales externos y el diafragma se contrae con más fuerza, de manera que el volumen del tórax aumenta todavía más. Durante el ejercicio intenso se ponen en funcionamiento los músculos acceso rios, que actúan elevando todavía más la pared torácica, tal y como muestra la figura 16-4. Durante el ejercicio, los músculos intercos tales internos se contraen para ayudar a reducir el volumen del tó rax y, en estas condiciones, la espiración se convierte en un pro ceso parcialmente activo. La contracción de los músculos abdomi nales, que empujan el contenido del abdomen contra el diafragma — desplazándolo hacia arriba y reduciendo el volumen del tó rax— puede contribuir también a la espiración forzada.
355
Presión intrapleural En condiciones normales, los pulmones se expanden para llenar la cavidad torácica, porque la presión dentro del espacio lleno de lí quido comprendido entre los pulmones y la pared torácica es infe rior a la presión del aire contenido en los alvéolos. Esta presión se conoce como presión intrapleural y se puede medir como se descri be en el cuadro 16.4. Al final de una espiración en reposo su va lor es inferior en aproximadamente 0,5 kPa (5 cm H ,0)— a la pre sión atmosférica. Por convención, las presiones inferiores a la presión atmosférica se denominan presiones negativas, y las superio res a la presión atmosférica se denominan presiones positivas. Por tanto, la presión intrapleural al final de una espiración en reposo es de 0,5 kPa o -5 cmH.O. Durante la inspiración la pared torácica se expande y la presión intrapleural se hace más negativa, alcanzando un valor máximo de aproximadamente —1 kPa (—10 cmH,0). Si se punciona la pared torácica con una aguja de modo que su punta quede situada en el espacio intrapleural, se produce una entrada de aire desde la atmósfera hacia el interior de la cavidad torácica (neum olórax). En estas condiciones, la presión intrapleu ral se iguala con la atmosférica, y el pulmón afectado se colapsa. Esto demuestra que el valor negativo de la presión intrapleural se debe a la retracción elástica de los pulmones.
Cambios de presión d u ran te el ciclo respiratorio Como ocurre con todos los líquidos y los gases, el aire fluirá des de una región de alta presión a una de baja presión. De esto se de duce, por tanto, que el aire penetra en los pulm ones durante la inspiración debido a que la presión del interior de los pulm ones (la presión alveolar o presión intrapulm onar) es inferior a la atmos férica. Por contra, durante la espiración, la presión alveolar supe ra a la presión atmosférica y el aire es expulsado hacia el exterior. La figura 16-8 muestra las variaciones de la presión en los pul mones durante un único ciclo respiratorio. A medida que el tórax se expande, la presión intrapleural cae, y esto provoca la expansión de los pulmones. La presión alveolar desciende por debajo de la pre sión atmosférica. A medida que el aire penetra en los pulmones, la presión alveolar aumenta hasta que alcanza el valor de la presión at mosférica. En este momento la presión intrapleural alcanza su valor más negativo. Durante la espiración, la presión intrapleural aumen ta (es decir, se hace menos negativa) y la tensión de las fibras elásti cas del parénquima hace que el volumen de los pulmones se reduz ca. Esto provoca un aumento de la presión alveolar, que fuerza la sa lida del aire de los pulmones. A medida que el aire es expulsado, la presión alveolar cae hasta alcanzar una vez más la presión atmosfé rica, y el ciclo comienza nuevamente con la siguiente inspiración.
¿Cuánto tiene que cam biar la presión intrapleural para que una determ inada cantidad de aire penetre en los pulm ones? El cambio de volumen del tórax provocado por la variación de la presión intrapulmonar se denomina compliancia. La compliancia
356
16 Sistemo respiratorio
Inspiración
Cuadro 16.4 Medición de la presión intrapleural y la absorción de gas del espacio intrapleural
Espiración
En principio se puede medir directam ente la presión intrapleural in sertando una aguja en el espacio intrapleural y m idiendo la presión. Este m étodo resulta ser técnicam ente d ifícil e invasivo. Un m étodo más sencillo y m enos in vasivo se basa en el hecho de que la presión q u e existe en la luz de la porción intratorácica del esófago es la mis ma que la presión intrapleural. Esta situación se produce porque el esófago es un tubo colapsable, de m odo q u e cuando atraviesa el tó rax está sujeto a la misma presión que los elem entos situados fuera de los pulm ones — la presión intrapleural. Para m edir la presión intrapleural, se coloca habitualm ente un balón lleno de agua en el tercio inferior del esófago y se conecta a un ma nómetro. M ediante esta técnica, se observa que el valor de La presión
Tiempo (s) F ig. 16-8.
Cambios en la presión intrapleural y alveolar durante un
intrapleural al final de una espiración en reposo es de aproxim ada m ente - 0 ,5 kPa (-5 cmHjO) en relación con la presión atmosférica (que por co n ven ción se considera cero). Durante la inspiración, la pared torácica se exp an d e y la presión intrapleural se hace más
único ciclo respiratorio. O bsérvese que los cam bios de la presión intra pleural se producen antes del cambio de la presión alveolar.
negativa, alcanzando un m áximo de, aproxim adam ente, - 1 kPa (—10 cmH¡Oj. Durante una espiración forzada la presión intrapleu
expansión del tórax; por el contrario, si es baja, el tórax sólo se puede expandir con dificultad. En las personas jóvenes y sanas, la compliancia estática tiene un valor de 1,01 • kPa '1(0,11 • cm H ,0 ’), tal como demuestra la línea negra recta de la figura 16-9. Durante la respiración normal, es necesario un cambio impor tante de la presión para desplazar un volum en dado de aire hacia
ral se puede hacer positiva y puede alcanzar valores de 10 kPa (100 cmH.,0). Puede parecer sorprendente que la presión intrapleural sea siempre inferior a la presión alveolar. ¿Por qué no tiene lugar la acu mulación de aire en el espacio intrapleural? ¿Por qué el aire de un neum otórax desaparece finalm ente del espacio intrapleural? La pre sión total de los gases en la sangre venosa (aproximadam ente 93 kPa o 700 mmHg) es m enor que la existen te en los alvéolos (101 kPa o 760 mmHg), dado q u e hay una dism inución considerable de la PO, pero sólo un aum ento ligero de la PCOr La PN, no se modifica. En el aire atrapado, la PO, y la PCO, se equilibran con las de los tejidos ad yacen tes y la PN: aumenta a m edida que se absorbe el oxigen o. Esta secuencia favorece la absorción del nitrógeno a favor de su gradien te de concentración. La consecuencia de la absorción de nitrógeno es un increm ento de las P 0 2 y PCO, que, de n u evo, se equilibran con las existen tes en los tejidos adyacentes, de forma que la P N , v u elv e a
tr o «
-8
aumentar. Este ciclo se repite hasta que se ha reabsorbido todo el gas. En térm inos estrictos, una vez que el gas ha sido absorbido no hay presión intrapleural debido a que las membranas pleurales se m antienen unidas entre sí por fuerzas interm oleculares. N o obstan
a
te, el concepto de presión intrapleural es útil para describir la m ag n itud de las fuerzas que actúan sobre los pulm ones durante la respi ración normal. El equilibrio de las fuerzas de Starling es la causa de que normal m ente casi no haya líq u id o en el espacio intrapleural. La presión os mótica ejercida por las proteínas plasmáticas es mayor que la presión capilar transmural (la presión capilar m enos la presión intrapleural). Por tanto, la presión de filtración neta favorece la absorción de li quido. No obstante, en ciertas situaciones patológicas las fuerzas de Starling favorecen el m ovim iento de liquido hacia el espacio intra pleural, lo que da lugar a un derrame pleural.
Presión intrapleural Fig. 16-9.
Relación presión-volum en para un único ciclo respiratorio.
La compliancia del sistema respiratorio vien e dada por la pendiente de la curva. Esto representa la variación del volum en si el trabajo respiratorio se efectuara en contra de una resistencia puram ente elástica. Durante la inspiración se necesita una presión adicional para superar la resistencia al
es una medida de la facilidad con que se puede modificar el volu men torácico y se determina cuando no existe movimiento de aire ni hacia el interior ni hacia el exterior de los pulmones (complian cia estática). Si la compliancia es elevada, ha}' poca resistencia a la
flujo aéreo y otras fuerzas resistivas. Esto queda dem ostrado por el des plazam iento hacia la derecha de la recta de com pliancia. El desplazam ien to hacia la izquierda de la recta de com pliancia muestra el trabajo resis tivo efectuado durante la espiración pasiva.
16.4 Mecánica de la respiración
el tórax, en comparación con lo esperado según la compliancia es tática del tórax. Este efecto se representa por la curva de «inspi ración» marcada en la figura 16-9. Son necesarias presiones adi cionales para superar las resistencias no elásticas adicionales; estas resistencias son: 1. Resistencia de las vías aéreas al m ovim iento del aire (la resis tencia de las vías aéreas). 2. Fuerzas de fricción derivadas de la viscosidad de los pulmo nes y de la pared torácica. 3. Inercia del aire y de los tejidos. Entre ellas, la resistencia de las vías aéreas (o respiratorias) es sin duda la más importante. La resistencia del tejido representa aproximadamente una quinta parte del total, mientras que la inercia del tracto respiratorio (aire más tejidos) sólo es importante cuando se producen cambios bruscos e importantes en el flujo aé reo, tal y como ocurre al toser o al estornudar. Durante la espira ción, el flujo aéreo cuenta con la asistencia que le presta la elasti cidad de los pulmones, que tienden a colapsarse, y con la de la pa red torácica, que vuelve a su posición de reposo. De este modo, durante la espiración se alcanzan los mismos volúm enes pulmo nares con presiones más bajas. Por tanto, la relación presión-vo lumen durante un único ciclo respiratorio tiene forma de bucle cerrado, como muestra la figura 16-9. La explicación fisiopatológica de esta propiedad (denominada histéresis) se expone más ade lante. La compliancia del tórax intacto está determinada por la elas ticidad de la pared torácica y los pulmones. (Un cuerpo elástico es
Presión de relajación (cmH20)
Fig. 16-10.
Relaciones presión-volum en en el tórax intacto (curva T),
en la pared torácica (curva C) y en los pulm ones (curva L). En el eje de or denadas aparecen los volúm enes en porcentaje de la capacidad vital, mientras que en el eje de abscisas aparecen las presiones en relación con la presión atmosférica. Se puede observar que sólo requiere presiones po sitivas la insuflación de los pulmones; sin embargo, la pared torácica asu me de forma natural aproxim adam ente las dos terceras partes de su volu men. I.os volúm enes más pequeños requieren una presión negativa. La presión necesaria para un volum en dado en el tórax intacto es la suma de las presiones de la pared torácica y de los pulm ones. En el volum en de re lajación ( VK), la presión en los pulm ones está equilibrada con precisión respecto a la de la pared torácica.
357
aquel que vuelve a recuperar sus dimensiones originales tras la eli minación de una fuerza externa que lo deformaba.) Si los múscu los respiratorios están relajados y la glotis se mantiene abierta, el volum en del tórax intacto es aproximadamente un 30% de la ca pacidad vital. Esto es lo que se conoce como volum en de relajación con el tórax intacto. Los volúm enes torácicos superiores o meno res a este valor sólo se pueden alcanzar mediante un esfuerzo mus cular. Si se abre la pared torácica cuando hay un volumen de rela jación, las costillas se desplazan hacia fuera y el pulmón se colapsa. El volum en asumido por la pared torácica es mayor, mientras que el de los pulmones es menor, en comparación con la situación de tórax intacto. Esto hace que las dimensiones del tórax en repo so reflejen el equilibrio de las fuerzas que actúan sobre la pared to rácica y los pulmones. La elasticidad de la pared torácica (y, por tanto, su compliancia) está determinada principalmente por la de sus músculos, ligamentos y tendones. La elasticidad de los pulmo nes viene dada por dos factores principales: las fibras elásticas existentes en el parénquima pulmonar y la tensión superficial in ducida por la capa de líquido que reviste los alvéolos. Por ello, las relaciones presión-volum en de la pared torácica y los pulmones difieren significativamente, tal como se muestra en la figura 16-10.
¿Qué puntos de las vías aéreas ejercen resistencia? En un sistema de tubos intensamente ramificados, tal como ocu rre con el árbol bronquial del ser humano, es difícil determinar con precisión los patrones del flujo de aire en toda la estructura. Al igual que el flujo sanguíneo en el sistema circulatorio, el flujo de aire a través de las vías respiratorias puede ser laminar o tur bulento. El flujo laminar tiene lugar cuando el flujo lineal es bajo (flujo en volum en por segundo dividido por el área de sección). N o obstante, cuando el flujo lineal aumenta por encima de una velocidad crítica, el flujo laminar desaparece, aparecen remolinos y el flujo se hace turbulento. El flujo turbulento tiene más posibilidades de aparecer en los tubos de calibre grande y las ramificaciones regulares cuando la velocidad del flujo es elevada. A diferencia del flujo laminar, en el que la resistencia frente a éste es constante en un tubo de di mensiones dadas (v. cap. 15, cuadro 15.4), cuando el flujo de aire es turbulento, la resistencia aumenta junto con la velocidad del flujo. Ésta es la situación que tiene lugar en las vías respiratorias superiores (nariz, faringe y laringe), y que explica aproximada mente la tercera parte de la resistencia total de la vía respiratoria. Esta resistencia se puede reducir de manera significativa respi rando a través de la boca, lo que se hace con frecuencia durante el ejercicio intenso. Los dos tercios restantes de la resistencia de la via respiratoria se localizan en el propio árbol traqueobronquial. La resistencia mayor frente al flujo de aire se observa en los bron quios segmentarios (generación 4) en los que la superficie trans versal es relativamente baja y el flujo de aire elevado (y turbu lento). A medida que las vías respiratorias se ramifican todavía más, aumenta su superficie transversal y dism inuye la velocidad del flujo lineal. Para el momento en el que el aire alcanza las vías respiratorias de calibre más pequeño, el flujo es laminar y la re sistencia m uy pequeña (fig. 16-11).
358
16 Sistemo respiratorio
---- 1----- -------------r 10.000
1 000 E
¿Cuánto trabajo se realiza durante la expansión pulm onar? El hinchamíento y el deshinchamiento de los pulmones y de la pa red torácica requieren la realización de un trabajo por parte de los músculos respiratorios. Trabajo mecánico es aquel que se efectúa
x e
cuando se m ueve una carga a lo largo de una distancia (v . cap. 7). 100
En un sistema tridimensional, como el sistema respiratorio, el tra
Bronquio segmentario
bajo efectuado es igual al cambio de presión m ultiplicado por el cambio de volum en (fig. 16-12). Durante la respiración tranquila, las m odificaciones del volum en son escasas y el trabajo realizado pequeño. Si aumenta la intensidad respiratoria, tal com o ocurre durante el ejercicio, la curva de presión-volum en adquiere una su
o
5
10
p erficie m ayor y aumenta el coste energético de cada respiración.
!
i
15
20
Durante la inspiración, el trabajo respiratorio está constituido
Generación de la vía respiratoria Fig. 16-11.
por dos componentes: el trabajo necesario para superar las fuer
Resistencia de las vías respiratorias en función de la genera
zas elásticas de la pared torácica y los pulmones, y el trabajo ne
ción de las vías respiratorias. Se puede observar que la resistencia es ma
cesario para superar las resistencias no elásticas. Durante la inspi
yor en los bronquios segmentarios, que son también los que presentan la
ración, los elementos elásticos de los pulm ones y la pared toráci
superficie transversal menor. T.a resistencia disminuye abruptamente a
ca están distendidos y el trabajo que se realiza durante esta fase
medida que aumenta la superficie transversal.
de la respiración aparece en el área marcada com o A en la figura 16-12a. El trabajo adicional necesario para superar la resistencia
La resistencia de las vías aéreas dism inuye a medida que el v o
de la vía respiratoria aparece en el área marcada com o B. Durante
lumen de los pulmones aumenta. Este cambio se debe, sobre todo,
la espiración tranquila, el tórax muestra una relajación pasiva y la
a las fuerzas que actúan sobre los bronquíolos, en cuya pared no
energía necesaria procede de los elementos elásticos que habían
existe cartílago. Estas vías aéreas están unidas al parénquim a pul
quedado distendidos durante la inspiración. Por tanto, el trabajo
monar que contiene tejido con juntivo. A medida que los pulm o
de la espiración tranquila lo realizan los músculos de la inspira
nes se expanden, el tejid o con ju n tivo del parénquima tira de los
ción. Sin em bargo, durante la espiración forzada es necesario un
bronquíolos y hace que el diámerro de éstos aumente, y la resis
esfuerzo muscular adicional, tal com o ocurre en la enferm edad
tencia de las vías aéreas disminuya.
pulm onar obstructiva (figura !6-12c). Si dism inuye la com plian-
Normal
(b)
Fig. 16-12.
Trabajo frente a las resistencias elásticas
Trabajo espiratorio = A Trabajo inspiratorio = A + B
Trabajo respiratorio. La figura mues-
tra el aumenta del volumen por encima de la CRF, representado en función de la variación de la pre sión intrapleural. Dado que el trabajo destinado a cambiar el volumen del tórax viene dado por el área de la curva presión-volumen, el trabajo de inspira ción es mayor que el trabajo de espiración, como muestra el panel (a). Por tanto, mientras que la ener gía para la espiración deriva mayoritariamente de la tracción de los elementos elásticos de los pulmones
Trabajo frente a las resistencias de las vías aéreas, etc.
y de la pared torácica durante la inspiración, el área del bucle marcado como B representa la energía que se pierde en forma de calor durante un ciclo respi
0,2 0,4 0,6 Variación de la presión (kPa)
Variación de la presión (kPa) (c)
Enfermedad pulmonar obstructiva 1,0
(d)
ratorio aislado. El panel (b) muestra los dos compo nentes principales del trabajo inspiratorio. Los pa-
Reducción de la compliancia
ciernes que presentan una enfermedad pulmonar obstructiva deben superar una resistencia mavor de
1.0
las vías aéreas al respirar. Hn estos pacientes es ne cesario una mayor variación de presión para mover un volumen determinado de aire hacia el interior y hacia el exterior de los pulmones. Esto tiene como consecuencia
un
trabajo
suplementario,
como
muestra el panel (c). Si la compliancia del tórax dis minuye, se necesita una variación de presión mayor para m over un volumen determinado de aire, y esto obliga a efectuar un trabajo suplementario, como
,2
0.0 0,2 0,4 0,6 Variación de la presión (kPa)
0.2
i
0,4
0,6
0,8
Variación de la presión (kPa)
muestra el panel (d). [Compare el área de esta curva presión-volumen con la que muestra el panel (a)j.
359
16.4 Mecánico de lo respiración
Normal
Aumento de la resistencia elástica
Suero salino
Aumento de la resistencia al flujo de aire
| 100 Inflación
iP , cmH.O
Frecuencia respiratoria (respiraciones/min ') Fig. 16-13.
Trabajo respiratorio para diferentes frecuencias en personas
P re s ió n
Fig. 16-14.
Relaciones presión-volumen para pulmones aislados de gato
normales, en pacientes con ¡ncremenro de la resistencia elástica y en pa
cuando se insuflan con aire o con suero salino isotónico. Obsérvese que se ne
ten tes con aumento de la resistencia al flujo de aire. En las personas nor
cesitan unas presiones mucho más bajas para expandir los pulmones llenos
males, el trabajo respiratorio es minimo para una frecuencia respiratoria
de suero, y que la curva para la inflación es virtualmente igual que la curva
de aproximadamente 15 respiraciones • min *. Cuando aumenta la resis
para la deflación. Para los pulmones llenos de aire, se necesitan unas presio
tencia elástica, el trabajo queda minimizado por la realización de respira
nes mucho mayores para una variación dada de volumen, y la curva muestra
ciones frecuentes y superficiales. Por el contrario, las respiraciones lentas
una histéresis
y profundas minimizan el trabajo necesario en las situaciones de aumen
hasta un volumen determinado en comparación con la presión necesaria du
se necesita una presión mayor para insuflar los pulmones
to de la resistencia al flujo de aire.
rante la deflación
cia del tórax (figura 16-I2d), es necesaria una presión intraplcural
te colapsados. lil hecho de que la presión necesaria para mantener
. Vcase el texto para una explicación más detallada.
mayor para conseguir un cambio dado en el volum en pulmonar,
un determinado volum en pulmonar durante la insuflación sea de
de manera que aumenta el trabajo respiratorio.
sigual, en oposición a la del deshinchamiento, se conoce con el
Para desplazar un volumen dado de aire hacia el interior y el
nombre de histéresis (fig. 16-9). Sin embargo, si los pulmones se lle
exterior de los pulmones, la respiración puede ser lenta y profunda
nan con suero salino isotónico (ClNa al 0 ,9 % ) las presiones necesa
o bien rápida v superficial. La respiración lenta y profunda se
rias para expandir el pulmón hasta un volumen determinado son
acompaña de un incremento en el trabajo frente a las fuerzas clásti
mucho menores y la histéresis es m uy pequeña o nula.
cas de los pulmones y de la pared torácica (la resistencia clástica),
¿Por qué resulta más difícil expandir los pulmones con aire que
mientras que la respiración rápida y superficial induce un aumen
con suero salino? Cuando los pulmones se expanden con suero sali
to de la resistencia al flu jo de aire. Por tanto, el trabajo respiratorio
no, la única fuerza que se opone a dicha expansión es la tensión de
pasa a través de un minimo que, en las personas normales, se con
los elementos clásticos del parénquima, que experimentan un esti
sigue mediante una frecuencia respiratoria de aproximadamente
ramiento a medida que los pulmones se expanden. En cambio, cuan
15 respiraciones • min '. Si aumenta la resistencia elástica, el traba
do los pulmones se expanden con aire, la tensión superficial de los
jo respiratorio disminuye al incrementarse la profundidad de las
alvéolos en la interfase aire-liquido también se opone a la expan
respiraciones y ai disminuir la frecuencia respiratoria (fig. 16-13).
sión. Igual que ocurre en el caso de las burbujas de gas contenidas en un líquido, la magnitud de la tensión superficial en el interior de
© MASSON. S A Folocopiiir sin autorización 08 un dolilo
los alvéolos viene determinada por la ley de Laplace, que establece
La tensión superficial en los alvéolos contribu ye a la elasticidad de los pulmones
que la presión (P ) en el interior de una esfera hueca equivale a dos veces el valor de la tensión superficial (T ) dividida por el radio (r)\ 2T P = ---r
Durante las fases iniciales de la insuflación de aire, los pulmones
Los alvéolos tienen un diámetro aproximado de 100 |im tras una
colapsados precisan que haya una presión considerable antes de
espiración normal tranquila. Si estuvieran revestidos por un líquido
comenzar a aumentar de volumen (aproximadamente de 0,8 a
intersticial normal con una tensión superficial de aproximadamente
1,0 kPa — fase 1 en la fig. 16-14
). A continuación
>s pulmones
70 m N • m ', la ley de Laplace obligaría a que el gradiente de presión
se expanden casi proporcionalm ente al aumento de la presión (fase
a través de la pared alveolar fuera de aproximadamente 3 kPa para
2), hasta que se aproximan a su capacidad máxima (fase 3). Una vez
impedir el colapso; la expansión necesitaría presiones todavía ma
que se han expandido por completo, el volum en de los pulmones
yores. N o obstante, tal como muestra la figura 16-12, los pulmones
no cambia demasiado durante el deshinchamiento, hasta que la
se pueden insuflar con presiones mucho menores que éstas. La in
presión que los mantiene abiertos disminuye hasta unos 0,8 kPa
suflación máxima se alcanza con menos de 2 kPa y los pulmones se
(fase 4); a partir de este momento, su volumen va disminuyendo
puede mantener abiertos durante la espiración con presiones muy
paralelamente a la presión, hasta que vuelven a quedar nuevamen
inferiores a 1 kPa. Por tanto, los alvéolos no pueden estar revestidos
360
16 Sistema respiratorio
perficial cae de forma importante (fig. 16-15). Una v e z que se ha formado la monocapa, un aumento posterior del área hace que la tensión superficial aumente de forma bastante rápida. Durante esta fase las moléculas tienden a permanecer agrupadas unas ju n to a otras. A medida que aumenta el área, las moléculas comienzan a se
z £
pararse, y la tensión superficial aumenta más lentamente, hasta al canzar su valor máximo. Esta propiedad del surfactante pulmonar explica la histéresis de los pulmones insuflados con aire (fig. 16-14).
Pruebas de función ventilatoria En el diagnóstico y tratamiento de las enferm edades respiratorias, la valoración de la función pulm onar tiene una considerable im portancia. Las pruebas clave de la función ventilatoria son: Fig. 16-15.
Relación entre tensión superficial y superficie para el agua
y el surfactante pulmonar. Obsérvese que el surfactante pulmonar redu ce de forma importante la tensión superficial, y que la reducción de la ten sión superficial es mayor durante la compresión (equivalente a la defla ción pulmonar). La tensión superficial del agua no varía con la superficie.
1.
Capacidad vital.
2.
Capacidad vita l forzada.
3.
Flujo espiratorio m áximo.
4.
Volum en ven tilatorio máximo. Para m edir la capacidad vital (CV), se pide al paciente que
efectúe una inspiración máxima y , a continuación, qu e expulse tanto aire com o le sea posible. El volum en de aire espirado se por líquido intersticial. Esta discrepancia quedó resuelta cuando se
m ide con un espiróm etro, com o se ha descrito anteriorm ente. Ob
descubrió que los alvéolos estaban revestidos por una capa de liqui
sérvese que esta prueba no tiene en consideración el tiem po em
do que contiene surfactante pulmonar que es segregado por las célu
pleado en la espiración, y que estima la capacidad vital durante la
las tipo II de los alvéolos. El surfactante disminuye la tensión super
espiración en lugar de hacerlo durante la inspiración. Los valores
ficial del líquido que reviste los espacios respiratorios pulmonares.
normales dependen de la edad, el sexo y la altura, pero para un
En consecuencia, disminuyen de manera importante las presiones
hombre adulto y sano de una talla media y de 30 años de edad, el
necesarias para mantener abiertos los alvéolos.
valor de la capacidad vital es de aproxim adam ente 5 1. Para una mujer de la misma edad es de aproxim adam ente 3,5 1. En la prueba de capacidad vital forzada (CVF) se pide al pacien
El surfactante pu lm on ar estabiliza los a lvéolos al reducir la tensión superficial de la interfase a ire-liq u id o
te que efectúe una inspiración máxima y, a continuación, que espi re por com pleto tan rápido como le sea posible. El aire expulsado fuera de los pulmones se mide en función del tiem po (con un ins trumento denominado neumotacógrafo). Una vez que se ha expul-
A l reducir la tensión superficial, el surfactante pulm onar m inim i za la tendencia de los alvéolos de pequeñas dimensiones ai colap so, y tiende a estabilizar la estructura alveolar. Además, la reduc ción de la tensión superficial aumenta la com pliancia de los pu l mones, y esto reduce el trabajo respiratorio. Este efecto del surfactante pulm onar sobre la tensión superficial es particular mente im portante en el m om ento del nacimiento, cuando los pul mones se expanden por primera v e z (v . fig. 22-5). Finalmente, la reducción de la tensión superficial evita la acumulación de líq u i do en los alvéolos, lo que confiere al surfactante gran importancia a la hora de m antener el espacio aéreo alveolar seco. El surfactante pulmonar está form ado fundamentalmente por moléculas de fosfolípidos, que forman una fase separada en la interfase aire-líquido que hay sobre el epitelio alveolar. Los fosfolíp i dos están alineados de m odo que los grupos polares de sus cabezas se mantienen en la fase acuosa, mientras que sus largas cadenas hidrocarbonadas se orientan hacia el espacio aéreo del alvéolo. Cuan do los alvéolos se cierran durante la espiración, las moléculas de
Fig. 16-16.
fosfolípidos quedan comprimidas unas contra otras form ando una
para un sujeto con obstrucción de las vías aéreas. Obsérvese la notable di
monocapa, las moléculas de agua quedan excluidas y la tensión su
ferencia en los valores del FEV,.
Prueba de capacidad vital forzada para un sujeto normal y
16.4 Mecánica de lo respiración
361
:odo el aire de los pulmones, sólo queda en ellos el volum en
20 años de edad pueden alcanzar un valor de V V M de 1501 • min '.
i VR). En individuos sanos, entre el 75 y el 80% de la capa-
N o obstante, a la edad de 60 años el valor del V V M para hombres
i ; : vital es espirada durante el prim er segundo. Este volum en se
normales ha quedado reducido a aproximadamente 100 1 • min l .
^; •r
-
rz
con el nombre de volumen espiratorio forzado en 1 s o Para las mujeres, el valor del V V M es de 100 1 • min 1a los 20 años, El volumen restante es espirado durante los segundos si-
que se reduce hasta aproximadamente 75 1 • min-1 a los 60 años de
_ - rr.tes (fig. 16-16). El FEV, disminuye con la edad. Así, un hom-
edad. El V V M depende de la resistencia de las vías aéreas, de la
r-r j e 60 años de edad presenta un valor de aproximadamente el
compliancia de los pulmones y de la pared torácica y de la activi
Por el contrario, un paciente con obstrucción de las vías res-
dad de los músculos respiratorios. Como consecuencia de ello, este
:
irias (p. ej., durante una crisis asmática) muestra un FEV, muy
_-jerior. En algunos casos, el FEV, puede ser menor del 40% . La prueba de la CVF también es útil para diagnosticar enferme-:^ e s pulmonares restrictivas, como la fíbrosis pulmonar, en las
parámetro constituye una medida sensible de la función ventilatoria. Está profundamente reducido en los pacientes que presentan obstrucción de las vías aéreas (p. ej., asma) y en los que tienen una compliancia reducida (p. ej., fíbrosis pulmonar).
-¿les la capacidad del pulmón para expandirse suele estar com: : . metida. A consecuencia de ello, el valor del FEV, puede ser nor-
Volumen de cierre
—¿1. pero la capacidad vital será, en cualquier caso, m uy reducida.
El flujo espiratorio máximo (conocido también con el nombre de r . >de flujo espiratorio) se utiliza también para diferenciar las en-
La resistencia de las vías respiratorias aumenta a medida que dis
i-rmedades obstructivas de las restrictivas. El flujo aéreo máximo
m inuye el volum en pulmonar. Esta situación se debe a que la re
se mide con ayuda de un m edidor del pico de flujo durante una es
ducción del volum en pulmonar se acompaña de una disminución
piración forzada efectuada después de una inspiración hasta el v o
en el volum en tanto de los alvéolos como de las propias vías respi
lumen pulmonar total. El flu jo máximo se alcanza normalmente du
ratorias. Sin embargo, para llegar a la capacidad residual los
rante la primera décima de segundo de la espiración forzada, y se
músculos intercostales y los músculos abdominales generan una
mide en litros por segundo. Los adultos jóvenes y sanos son capa
presión intrapleural positiva que puede ser superior a 10 kPa
ces de alcanzar unos flujos de aproximadamente 8 1 • s '. Como ocu
(100 cm H20 ). Esta presión se añade a la presión alveolar para ex
rre con el FEV,, la enfermedad obstructiva de las vías aéreas tiene
traer el aire de los alvéolos. Sin embargo, cuando la presión intra
como consecuencia un pico de flujo espiratorio reducido, mientras
toràcica supera a la presión existente en las vías respiratorias, las
que esto no se observa en la enfermedad pulmonar restrictiva.
vías respiratorias más pequeñas quedan comprimidas debido a que
El volum en de minuto máximo que se puede alcanzar median
no poseen cartílago de soporte. En consecuencia, el aire queda atra
te hiperventilación voluntaria se conoce con el nombre de volumen
pado en el interior de los pulmones. Este fenóm eno se conoce como
ventilatorio máximo (V V M ) o capacidad respiratoria máxima (CRM).
compresión dinámica de las vías respiratorias. El volum en pulmonar
Se pide a un individuo que respire con inspiraciones y espiraciones
para el que las vías respiratorias empiezan a colapsarse durante la
lo más rápidas y profundas posible a través de un circuito de baja
espiración forzada se denomina capacidad de cierre. El volumen de
resistencia y durante un período de tiem po de entre 15 y 30 s. Esta
cierre es igual a la capacidad de cierre menos el volum en residual.
prueba implica a todo el sistema respiratorio durante la inspiración
El volum en de cierre se puede determinar de la manera siguien
y la espiración. Igual que otras variables respiratorias, el V V M va
te: se le solicita a la persona que expulse todo el volumen residual y
ría con la edad y el sexo del sujeto: los varones jóven es y sanos de
que tome una bocanada de oxígeno puro hasta su capacidad vital.
Capacidad vital
60
© MASSON. S.A. Fotocopiar sin autorización es un delito.
VR Capacidad de cierre Volumen de cierre
30
Meseta alveolar
Volumen espirado (I) Fig. 16-17.
Determinación del volumen de cierre mediante la curva de eliminación de nitrógeno tras respiración única. La persona espira el volu
men residual y después realiza la inspiración de oxígeno puro hasta que alcanza la capacidad vital. Finalmente, respira todo el volumen residual al tiempo que se determina de manera continua el contenido fraccional de nitrógeno en el aire espirado. El volumen de cierre aparece indicado por el re punte en la curva de eliminación de nitrógeno (para más detalles, v. en el texto).
362
16 Sistema respiratorio
Después, se le pide que respire el volumen residual mientras se de
capacidad vital (es decir, de aproxim adam ente 500 mi). Aum enta
termina el contenido fraccional de nitrógeno en el aire espirado, tal
con la edad, y a los 65 años puede representar hasta el 4 0 % de la
como se muestra en la figura 16-17. Inicialmente, el oxígen o es for
capacidad vital. En el enfisema la pérdida de tejido parenquima-
zado desde el espacio muerto y el contenido fraccional de nitrógeno
toso provoca una disminución de la tracción sobre las vías aéreas,
es cero (lase 1). A medida que se elimina el oxígen o de las vías res
de manera que las de pequeño diám etro comienzan a colapsarse a
piratorias de conducción, aumenta rápidamente el contenido de ni
unos volúm enes pulmonares superiores a los normales. Por tanto,
trógeno (fase 2) hasta que alcanza una fase de estabilización (fase 3).
un volum en de cierre aumentado es un signo precoz de enferm e
El incremento lento del contenido de nitrógeno refleja las diferen
dad de las pequeñas vías aéreas.
cias en la ventilación en las distintas partes de los pulmones. A me dida que el volumen pulmonar se aproxima al volumen residual, las
16.5 Ventilación alveolar y espacio muerto
vías respiratorias inferiores muestran compresión y se incrementa la cantidad de aire espirado que procede de las regiones pulmonares superiores, que presentan un contenido fraccional mayor de nitró
En términos generales, se puede considerar que el sistema respi
geno debido a que estas regiones tienen una ventilación menor du
ratorio está form ado por dos partes: las vías aéreas de conducción
rante la respiración del oxígeno. (Las razones para explicar la dife
y el área de intercam bio de gases. A l d iv id ir de este m odo el sis
rencia en la ventilación entre las zonas superiores e inferiores de los
tema respiratorio resulta o b v io que no todo el aire captado du
pulmones se exponen más adelante.) Por esta razón, el contenido de
rante una inspiración alcanza la superficie alveolar. Una parte de
nitrógeno comienza a aumentar más rápidamente (fase 4). F.l punto
éste ocupa las vías aéreas que comunican la superficie respirato
en el que se inicia este proceso señala el volumen de cierre. En personas jóvenes normales y sanas, el volum en crítico de
ria con la atmósfera. Este aire no participa en el intercam bio de gases y recibe el nom bre de espacio muerto.
cierre tiene un valor equivalente a aproxim adam ente el 10% de la
La fracción restante del volum en corriente penetra en los al véolos. Por tanto:
Resumen
volum en corriente (V T) = espacio m uerto (V D) + volum en de aire que penetra en los alvéolos ( VA)
1.
La ventilación es el volumen de aire introducido y extraído de los pulmones. Está generada por los cambios en las dimensiones del
Puesto que no todo el aire que penetra en los alvéolos toma
tórax derivados de la contracción y la relajación de los músculos
parte en el intercam bio de gases, se distinguen dos tipos de espa
respiratorios. A medida que el tórax se expande durante la inspi
cio m uerto diferentes:
ración, la presión en los alvéolos cae por debajo del valor de la presión atmosférica, hecho que provoca la entrada de aire en los
1.
con el aire contenido en los alvéolos.
la espiración, la presión en el interior de los alvéolos se hace su perior a la atmosférica y el aire es expulsado de los pulmones. 2.
Espacio muerto anatómico, que incluye únicamente el volu men de aire captado durante una inspiración que no se mezcla
pulmones. A medida que el volumen del tórax se reduce durante
2.
Espacio muerto fisiológico, que se refiere al volum en de aire
La inspiración es un proceso activo que depende de la contrac
captado durante una inspiración que no ha tom ado parte en el
ción del diafragma y de los músculos intercostales externos. La
intercam bio de gases.
espiración es fundamentalmente pasiva y se debe a la retracción elástica de los pulmones y la pared torácica. 3.
capacidad vital, el espacio muerto anatóm ico y el fisiológico de
tórax es la presión necesaria para expandir sus elementos elásti
penden del tamaño corporal, de la edad y del sexo del in dividuo.
cos (que se mide mediante la compliancia) más la presión necesa
En una persona normal y sana los espacios muertos anatómico y
ria para superar la resistencia de las vias aéreas. La mayor parte
fisiológico son prácticamente equivalentes — 150 mi para un v o
de la resistencia al llu jo aéreo se debe a las vías aéreas superiores. 4.
La complianza de los pulmones está determinada tanto por los elementos elásticos del parénquima pulmonar como por la ten sión superficial de la interfase aire-liquido de los alvéolos. La tensión superficial queda reducida a un valor inferior al del agua
5.
lumen corriente de 500 mi
. En algunas enferm edades pulmona
res, com o el enfisema, el espacio m uerto fisiológico puede superar ampliamente al espacio m uerto anatómico (v . más adelante). El espacio muerto anatómico se puede medir pidiendo a un su
gracias a la secreción de surfactantc pulmonar por parte de las cé
je to que efectúe una inspiración de oxigen o puro y que contenga la
lulas alveolares de tipo II.
respiración durante un segundo antes de expulsarlo. M ediante esta
F.l trabajo respiratorio es igual al cambio en la presión m ultiplica
sencilla maniobra se logra que el aire contenido en las vias aéreas
do por el cambio en el volumen. Por tanto, las enfermedades que
tenga una composición diferente del contenido en los alvéolos. El
reducen la compliancia del pulmón o que incrementan la resis
aire contenido en el sistema de conducción será oxígen o puro,
tencia de las vias aéreas aumentan el trabajo respiratorio. La pre
mientras que el que este contenido en los alvéolos contendrá tam
sencia de surfactante pulmonar en los alveolos reduce de forma significativa el trabajo respiratorio. 6.
Igual que ocurre con otros volúm enes pulmonares, com o la
Durante la respiración la presión total necesaria para hinchar el
La valoración clínica de la función ventilatoria se puede efectuar con ayuda de diversas pruebas. Éstas incluyen la capacidad vital, el FEV,, el pico de) flujo espiratorio y el volumen ventilatorio má ximo. Las enfermedades de las pequeñas vías aéreas se pueden evaluar m idiendo el volumen crítico de cierre.
bién nitrógeno. Para determinar el valor del espacio muerto, sólo es necesario pedir al sujeto que efectúe una espiración mientras se m onitorizan de forma continua el contenido de nitrógeno y el v o lumen de aire espirado (fig. 16-18). Las vías aéreas contienen o x í geno puro, y este volum en debe ser desplazado antes de espirar el aire alveolar. Por tanto, el nivel de nitrógeno aumentará desde cero hasta alcanzar un valor estable o meseta, que es el mismo que el que
láji
--18. .
it
M étodo de Fowler para la determinación del espacio muerto anatómico. Se pide al sujeto que efectúe una inspiración de oxígeno puro y
r.nnuación espire. La concentración de nitrógeno en el aire espirado se mide de forma continua. La parte plana del trazado de la concentra - : N. representa el gas alveolar. El volum en espirado en el punto medio de la transición entre el O, puro y el gas alveolar se considera equiva-
----- _ •eiumen del espacio muerto.
-
* ; en los alvéolos. Se considera que el espacio muerto anatómit.
Bipedestación
volumen espirado entre el com ienzo de la espiración y el
. - - medio entre el nivel cero y el valor meseta.
i
E 150-
Inspiración rápida desde CRF
?. espacio muerto fisiológico es igual al volum en de las vías . -: i ; no respiratorias más el volum en de aire que penetra en los .
r -
:s que no son perfundidos por la sangre, ya que estos alvéo-
- . . - o fisiológico se puede estimar m idiendo el contenido de dió-
®
100
pueden participar en el intercam bio de gases. El espacio de carbono del aire espirado y alveolar, utilizando la ecua-
r. de Bohr (cuadro 16.5). La cantidad de aire captada en cada inspiración (el volum en
Inspiración lenta desde CRF
c E ‘O o o
■= 5 ë ©
50-
■> -o
Parte inferior
- . e como volumen minuto ( VE). La parte del volum en m inuto que • •..a los alvéolos se conoce con el nom bre de ventilación alveo-
- ■ V J . De modo que:
Parte superior I I 100 200 Distancia sobre el tórax (mm)
-.ente, VT) multiplicada por la frecuencia respiratoria (f) se co-
Fig. 16-19.
Distribución de la ventilación en el pulmón de una persona
normal en bipedestación. Los datos mostrados corresponden a una inspi
/• VT = f - VD + f • VA
V - V
+v
ración lenta seguida de una espiración normal.
inspirado no se distribuye de manera uniforme en todas las zonas
bsérvese que los puntos situados sobre los volúm enes indican _ os en litros por minuto. En el caso de un sujeto que respira un . amen corriente de 0,5 1 12 veces por minuto:
del pulmón. El patrón de la ventilación depende de la postura (es decir, si la persona se mantiene en bipedestación o en decúbito) y de la cantidad de aire inspirado. En una persona en bipedestación, du rante una inspiración lenta tras una espiración normal la base de
VE = 1 2 x 0 ,5 = 61
min 1
> el espacio muerto es de 150 mi, la ventilación alveolar es de: 12 x (0,50 — 0,15) = 12 x 0,35 = 4,2 1 • min 1
cada pulmón muestra una ventilación que es aproximadamente un 50% superior a la del vértice (fig. 16-19). Si la persona realiza la ins piración tras una espiración forzada hasta el volumen residual, la base del pulmón muestra una ventilación que es casi tres veces la del vértice. Esta diferencia disminuye si la persona se mantiene en decúbito. Hasta hace poco tiempo, esta variación de la ventilación se
La ventilación alveolar no es u niform e en tocio el pu lm ón
atribuía a la influencia de la gravedad sobre el parénquima pulmo nar. Sin embargo, en determinaciones recientes efectuadas en astro nautas durante vuelos espaciales se ha demostrado que la falta de
_ i ventilación del pulmón es su variación de volumen respecto a su
uniformidad de la ventilación persiste incluso con gravedad cero.
lumen en reposo durante un único ciclo respiratorio. Cuanto mayor
¿Cuáles son las causas de la falta de uniform idad de la ven ti
ica la variación relativa de volumen, mayor será la ventilación. Las
lación pulmonar? En prim er lugar, durante la inspiración el volu
- --erminaciones mediante gases marcados demuestran que el aire
men de la parte in ferior del tórax aumenta significativam ente más
364
16 Sistema respiratorio
Aclaración de la ecuación de Bohr para el cálculo del espacio muerto fisiológico T od o el C 02 del aire espirado procede del alvéolo. La cantidad de CQ¿ presente en cualquier volumen de gas se calcula, simplemente, multipli cando el porcentaje de CO, de ia muestra (F ) por el volumen. Dado que el volumen de aire espirado (V E) es la suma del aire desplazado del espa cio muerto (V u) más el que se expulsa de los alvéolos (V A):
^ = Vu + VA
fll
Ft • Vt = Fu • Vu + FA ■ V„
|2]
y; Dado que no existe COj en el espacio muerto (ya que se llena con aire atmosférico que tiene un contenido de CO, despreciable), F „ = 0, y la ecua ción [2| se transforma en;
Ft ■ Vt = FA • VA
|3]
que se puede escribir del siguiente modo:
Fe 3"
V”* =
[3a]
pero, ya que VA = VE- Vv (a partir de la ecuación [1]): V r£
V vo =
KFE
14]
r
F,
\ [4a]
>
II
1
1
que se puede escribir de otro modo (ecuación de Bohr):
Por tanto, es posible calcular el espacio muerto fisiológico a partir del volumen y la proporción de CO, del aire espirado y de la proporción de CO, del aire alveolar. El volumen y el contenido de CO, del aire espirado se pueden medir fácilmente. Se puede obtener una muestra de aire alveolar pidiendo a un su jeto que espire totalmente a través de un tubo largo V delgado. La última parte del volumen espirado tendrá la misma composición que el aire al veolar. Es posible obtener una muestra de este gas y determinar su FCO: . Esto proporcionará un promedio de la composición del aire alveolar. Se puede obtener una estimación más precisa del contenido de CO, del aire alveolar midiendo la PCÜ3 de la sangre arterial. Un e je m p lo con creto: Si el porcentaje de CO, en el aire espirado y en el aire alveolar fuera del 3,6 y del 5,2%, y el volumen corriente fuera de 500 mi, ¿cuál seria el valor del espacio muerto fisiológico? Empleando lá ecuación de Bohr: VB = 500 x (1 - [3,6/5,2]) = 500 X (1 - 0,69) = 155 mi
qu e el de la parte superior. Esta situación se debe a que las costi
que la de los superiores, que están unidos a los bronquios prin ci
llas inferiores muestran una curvatura y m ovilidad m ayores que
pales. (Los bronquios muestran muchas más dificultades para la
las superiores. En segundo lugar, el descenso del diafragm a da lu
distensión que el parénquima pulm onar.) En tercer lugar, la com-
gar a una expansión de los lóbulos pulmonares inferiores m ayor
pliancia del pulm ón no es uniform e. El tejido pulm onar p eriféri co muestra una com pliancia m ayor que el tejid o central, que per
Resumen 1.
El espacio muerto anatómico es el volumen de aire captado durante
manece unido a las vías respiratorias de carácter más rígid o. La com binación de estos factores hace que las distintas regiones pul monares muestren intensidades de ventilación diferentes.
una inspiración que no se mezcla con el aire contenido en el alvéo lo. Es una medida del volumen de las vias aéreas de conducción. El
16.6 Los pulmones reciben sangre de los circuitos bronquial y pulmonar
espacio muerto fisiológico es el volumen de aire captado durante una inspiración que no participa en el intercambio de gases. 2.
La ventilación por minuto es igual al volumen corriente m ultipli cado por la frecuencia respiratoria. I.a ventilación alveolar es el
3.
volumen de aire que penetra en los alvéolos en un minuto.
Los pulmones reciben sangre que procede de dos fuentes: el cir
En un pulmón situado verticalmente, la ventilación alveolar dis
cuito bronquial y el circuito pulm onar (fig. 16-20).
minuye con la altura. Esta situación se debe en parte a que la base pulmonar se expansiona proporcionalmente más que el vértice.
1.
Circulación bronquial. Las arterias bronquiales se originan en el cayado de la aorta, en la aorta torácica o en sus ramas (prin-
16.6 Los pulmones reciben sangre de los circuitos bronquial y pulmonar
P J y no existirá flu jo sanguíneo. Esto puede suceder durante la diástole.
•
En la zona media (zona 2 de la fig. 16-21), la presión en las ar terias pulmonares es relativam ente elevada y supera a la pre sión alveolar, de modo que el flu jo sanguíneo aumenta p ro gresivam ente hacia las partes bajas de la zona.
•
En la base del pulm ón (zona 3 de la fig. 16-21), la presión ar terial supera considerablem ente a la presión alveolar, y los vasos pulmonares están totalm ente abiertos. El flu jo sanguí neo es relativam ente elevado.
presión = flu jo X resistencia Un pequeño increm ento en la presión unido a un gran aumento del flu jo indica que la resistencia de los vasos pulmonares cae con el aumento del gasto cardíaco. Esta caída en la resistencia de los vasos pulmonares no se debe a un reflejo autónomo o a las hormonas circulantes, si no que se cree que es una respuesta pasiva al aumento de la presión de p er fusión. Se cree que existen dos mecanismos responsables de ello: el reclutam iento de vasos adicionales y la distensión de los vasos que ya estaban abiertos. El reclutamiento pasivo de los vasos pulmonares es posible por que a los valores de presión en reposo de las arterias pulmonares muchos capilares están cerrados. Esto ocurre porque la presión del aire contenido en los alvéolos actúa directamente sobre las paredes de los capilares pulmonares, tendiendo a colapsarlos (v. anterior mente). N o obstante, a medida que el gasto cardíaco aumenta du
Es importante comprender que la variación regional del flujo
rante el ejercicio, la presión en los vasos pulmonares supera a la
sanguíneo es debida al efecto de la gravedad. Desaparece cuando el
presión en el interior de los alvéolos, de manera que se reclutan
sujeto está en decúbito, de m odo que existe una diferencia antero
más capilares. Además, la distribución del flujo sanguíneo entre las
posterior mucho menor. Cuando disminuye la gravedad durante los
diversas partes de los pulmones se hace más homogénea.
vuelos espaciales simulados, aumenta el flujo sanguíneo apical.
Cuando el gasto cardíaco aumenta, la resistencia vascular pu lm on ar cae
Relación entre flu jo sanguíneo pu lm on ar y ventilación alveolar En el pulmón situado en posición vertical, tanto la ventilación como
A l igual que en otros lechos vasculares, el flu jo sanguíneo a tra
la perfusión disminuyen con la altura. Dado que en el pulmón, a
vés de los pulmones depende de la presión de perfusión y de la
igual distancia vertical, el flujo sanguíneo local disminuye aproxi
resistencia vascular. Durante el ejercicio, el gasto cardíaco au
madamente tres veces más deprisa que la ventilación, la proporción
16.6 Los pulmones reciben sangre de los circuitos bronquial y pulmonar
367
derá obviam ente de la m agnitud de la ventilación alveolar, pero, cuando ésta es cero, el aire alveolar tiene la misma PO, y la misma PCO, que la sangre venosa mezclada. 3.
A lv é o lo s bien ventilados que son pobrem ente perfundidos por la sangre (relación V A:Q »
1). En este caso, la sangre que
abandone los alvéolos tendrá una P C 0 2 baja, ya que el gra diente de presión favorece la pérdida de C 0 2 de la sangre. El
contenido de oxigeno de la sangre no aumentará de form a sig nificativa, ya que la hem oglobina estará totalm ente saturada. El valor bajo de la PO, de la sangre que deja las partes p obre mente ventiladas de los pulmones no será compensado por sangre bien oxigenada que salga de partes relativam ente sobreventiladas. Esta situación se produce porque el contenido de ox íge n o de interior r ¿ ¡6-22.
Costila n.°
Distribución de la ventilación, el flujo sanguíneo y la rela-
la sangre procedente de los alvéolos sobreventilados no es signi ficativam ente m ayor que el de los alvéolos en los que existe una
- . entilación-perfusión en el pulmón normal situado en posición ver-
relación ventilación:perfusión adecuada, al tiem po que el conte
Se han dibujado líneas recias a través de los datos correspondientes
nido de o x íg e n o de la sangre procedente de áreas pobrem ente
íntilación y el flujo sanguíneo (figs. 1 6 -1 9 y 1 6 -2 1 ). Obsérvese que
ventiladas estará considerablem ente por debajo del valor normal.
-;_ ¡.-3 o n ventilación-perfusión aumenta lentamente al principio, y que
Por tanto, cuando la sangre procedente de regiones bien ventila
i _i ...
o hace rápidamente en dirección a la parte superior del pulmón.
das y la procedente de otras pobrem ente ventiladas se mezcla en las cavidades izquierdas del corazón, el contenido de ox íge n o de
i: - -. ¿ v entilación alveolar y el flujo sanguíneo (la proporción V A:Q)
las dos corrientes de sangre equivaldrá al prom edio, pero el valor
ir-ara. Dado que el objetivo fisiológico de la ventilación pulmonar
de la P 0 2 de la sangre arterial mezclada será in ferior al prom edio,
s r r e m over el intercambio de gases entre la sangre y el aire alveolar,
debido a la forma de la curva de disociación del oxígen o. Es la re
-
criación tiene una considerable significación fisiológica.
lación V a:Q de las diferentes partes de los pulmones la que tiene
Para los pulmones tomados en su conjunto, la ventilación alveo-
importancia a la hora de determ inar la PO, de la sangre arterial, y
-ro ñ e aproximadamente 4,2 1 • min“ 1, mientras que el gasto car-
no la relación V A:Q prom edio para el conjunto de los pulmones.
c -íco
en reposo es de aproximadamente 5,0 I • m in '1, de modo que el
La mezcla de sangre arterializada con sangre venosa normal re
i. r medio para la proporción V A:Q es de 4,2:5,0 = 0,84. La base del
cibe el nombre de mezcla venosa. Se produce de forma natural
- _m o n está relativamente bien perfundida y ventilada, y las esti-
cuando la sangre procedente del circuito bronquial drena en las v e
: .ones sugieren una relación V A:Q de aproximadamente 0,6. Esta
nas pulmonares. Cuando la sangre venosa establece un cortocircui
•r_=ción aumenta lentamente en sentido ascendente (medida en reía
to que evita por com pleto el paso por los pulmones, la situación re
is. n con el número de la costilla en la fig. 16-22). A l alcanzar las dos
cibe el nombre de cortocircuito o shunt derecha-izquierda. Esto se
eras partes del ascenso vertical, el valor de la relación se aproxí-
observa habitualmente en las enfermedades congénitas del cora
—_ a uno — teóricamente un ajuste perfecto— . Por encima de este
zón, en las que la sangre desoxigenada de las cavidades derechas
t -nto,
la relación aumenta de forma abrupta, alcanzando un valor de
del corazón se mezcla con la sangre oxigenada de las venas pulmo
ximadamente tres en el vértice. Éstas son unas cifras medias
nares. A l igual que en el caso de la mezcla entre cantidades signifi
rara los diversos segmentos del pulmón, pero no son constantes. Du-
cativas de sangre procedente de alvéolos pobrem ente ventilados
-¿nte el ejercicio, por ejemplo, la ventilación aumenta proporcional-
con sangre arterializada procedente de alvéolos bien ventilados, un
—Tr.te más que el flujo sanguíneo pulmonar (v. cap. 25).
cortocircuito o shunt derecha-izquierda reducirá la PO, y el conte
La p ro p orció n V a:Q puede variar considerablem ente: puede
nido de oxígen o de la sangre que alcanza el circuito sistèmico.
:: mar desde un valor in fin ito (alvéolos ventilados que no son per:_n d id os) hasta cero (para la sangre que atraviesa el pulm ón sin 4
entrar en contacto con el aire alveolar). Para los objetivos actuales es conveniente distinguir entre las tres situaciones siguientes: 1.
A lv é o lo s bien ventilados que son bien perfundidos p or la
El intercam bio de gases a través de la m em brana alveolar se produce por difusión física
sangre (relación V A:Q =1). En esta situación la sangre se equ i
7
2.
librará con el aire alveolar y se arterializará (es decir, tendrá la
A m edida qu e el aire inspirado atraviesa los conductos pulmona
misma P 0 2 y la misma que P C 0 2 la sangre arterial). Éste es el
res, su velocidad dism inuye de forma abrupta hasta que llega a
ajuste óptim o de la ventilación y la perfusión.
los alvéolos, punto en que se equilibra con el gas contenido en
A lv é o lo s pobrem ente ventilados que son bien perfundidos
ellos por difusión simple. Para ser capaz de oxigen ar la sangre,
por la sangre (relación V A:Q < 1). En este caso, la PO, y la P C 0 2
una molécula de O, se debe disolver en prim er lugar en la capa
del aíre alveolar tenderán a equilibrarse con la sangre. A con
acuosa que recubre el epitelio alveolar. Entonces puede difundir
secuencia de ello, la PO, será inferior a lo normal, pero la P C 0 2
a través de las delgadas membranas que separan el espacio aéreo
se acercará al valor normal. El grado de este equ ilib rio depen-
alveolar de la sangre (v. más adelante). La velocid ad de difusión a
368
16 Sistema respiratorio
través de las membranas alveolares está regida por la le y de Fick. Cuando un sujeto se halla en reposo, la sangre in vierte aproxim a damente 1 s para atravesar los capilares pulmonares, pero duran te un ejercicio intenso este tiem po se reduce a 0,3 s. A pesar del escaso tiem po disponible, en los sujetos sanos la sangre se equ ili bra por com pleto con el aire alveolar durante su tránsito a través de los capilares pulmonares. Esta capacidad de los pulmones para garantizar el equ ilib rio entre la sangre de los capilares pulm ona res y el aire alveolar se m ide por la capacidad de difusión (en oca siones denominada factor de transferencia). La capacidad de difusión se define como el volum en de gas que difunde a través de las membranas alveolares por segundo y para un gradiente de presión de 1 kPa. La definición formal viene dada por:
Vx A * = -------- -----LX (P a x - P J donde DI>: (mi • min 1 • kPa ') es la capacidad de difusión del gas X, es el volum en del gas que presenta difusión entre los alvéolos y la sangre, P AX es la presión parcial del gas en el aire alveolar y Pcx es la presión parcial media del gas en los capilares pulmonares. La capacidad de difusión depende del método de determinación. N o r
In tercam bio de líq u id o s en los pulmones En los in d ivid u os sanos, los pulmones están secos. ¿Qué es lo que im pide que el líqu id o pase desde los capilares pulmonares hacia el interior de los alvéolos? A l igual que en otros lechos vasculares, el intercam bio de líqu id o entre los capilares y el líq u id o intersti cial está regid o por las fuerzas de Starling (v. cuadro 15.7). La pre sión en la arteria pulm onar es baja (la presión media es sólo de aproxim adam ente 1,5 kPa |12 m m H g]) y la presión en los capila res pulmonares es aún m enor — de sólo aproxim adam ente 0-2 kPa (0-15 m m Hg)— según la distancia por encima del pulmón. La pre sión intersticial es aproxim adam ente 0,5 kPa (3,8 m m H g) inferior a la de la atmósfera. A u n qu e la presión oncótica del plasma es la misma que en la circulación sistemica (aproxim adam ente 3,6 kPa o 27 m m Hg), la del líq u id o intersticial pulm onar es relativam ente alta (aproxim adam ente 2,2 kPa o 16 m mHg). En consecuencia, la presión de filtración neta en la parte in ferior de los pulmones es de alrededor de 1 kPa (aproxim adam ente 7,5 m mHg). Norm al mente, el líqu id o filtrad o v u e lv e a la circulación a través de los linfáticos pulmonares. En condiciones normales, el flu jo de linfa
malmente, se calcula pidiendo a la persona que respire una sola vez una mezcla de gas con una pequeña cantidad de m onóxido de car bono. Dado que el m onóxido de carbono se une intensamente a la hemoglobina, la presión parcial en los capilares alveolares es cero.
Resumen 1.
La ecuación para el cálculo de la capacidad de difusión es:
Los pulmones reciben su aporte sanguíneo a través de las circula ciones bronquial y pulmonar. La circulación bronquial forma parte de la circulación sistèmica, y aporta sangre a la tráquea, los bronquios y los bronquíolos — hasta el nivel de los bronquíolos
—lco p
respiratorios. La circulación pulmonar está alimentada por el flu
' ACO
jo de salida del ventrículo derecho, y es la sangre contenida en
En las personas jóven es y sanas, la capacidad de difusión del mo
este lecho vascular la que participa en el intercambio de gases.
n ó xid o de carbono determinada mediante el m étodo de respira ción única tiene un valor m edio de 225 mi • kPa ' (30 mi • min 1 •
2.
presiones de la aorLa. La presión sistòlica tiene un valor aproxi
m mHg ) en reposo. La capacidad de difusión del ox ígen o es igual
mado de 3,3 kPa (25 mmHg) y la presión diastólica tiene un valor
a la del m onóxido de carbono multiplicada por 1,23. La capacidad de difusión del d ió x id o de carbono es a p roxi
Las presiones en la arteria pulmonar son mucho menores que las
de sólo 1 kPa (8 mmHg). 3.
Dado que las presiones sistòlica y diastólica en las arterias pul
madamente 20 veces m ayor que la del oxígen o, dado que es mu
monares son bajas, los efectos de la gravedad sobre el flujo san
cho más soluble en las membranas alveolares. N o obstante, la tasa
guíneo regional son muy importantes. A consecuencia de ello
global de equ ilibrado del d ió x id o de carbono entre la sangre y el
existe una importante variación en el flujo sanguíneo en el pul
aire alveolar es similar a la del oxígen o. La razón es en parte el he
món situado verticalmente. La base del pulmón está relativamen
cho de que el gradiente de presión para el d ió x id o de carbono es
te bien perfundida en comparación con el vértice.
mucho menor (0,8 kPa o 6 m m Hg), y en parte a que el d ió x id o de
4.
En el pulmón situado verticalmente tanto la ventilación como la perfusión disminuyen con la altura, pero el flujo sanguíneo dismi
carbono se mantiene en la sangre form ando compuestos quím icos
nuye tres veces más deprisa que la ventilación. Esto provoca un au
(com o compuestos carbamino y bicarbonato), a partir de los cua
mento de la relación VA: Q proporcional a la altura respecto a la
les su liberación es relativam ente lenta.
base del pulmón. F:n regiones ventiladas en exceso o mal perfundi-
La capacidad de difusión aumenta con el tamaño corporal y con
das, la sangre que salga de los alvéolos tendrá una PCO, inferior a la
el volumen de los pulmones. (La capacidad de difusión depende di
normal. En regiones mal ventiladas o excesivamente perfundidas la
rectamente de la superficie existente para el intercambio de aire,
sangre tendrá una PCX inferior a la normal. En los pulmones sanos,
mientras que las presiones parciales de los gases respiratorios no
una PO, baja riendo a provocar una vasoconstricción local, desvian
dependen de ello.) Aumenta significativamente durante el ejerci cio, cuando se abren los capilares pulmonares previam ente cerra
do de este modo el flujo sanguíneo hacia áreas mejor ventiladas. 5.
la sangre de los capilares pulmonares y el aire alveolar se mide
dos. También aumenta cuando la persona adopta la posición de de
mediante la capacidad de difusión del d ióxido de carbono y el
cúbito. Esta m odificación refleja probablemente la distribución
oxigeno. Mientras que la capacidad de difusión del d ióxido de
más uniforme de la sangre pulmonar. La capacidad de difusión dis
carbono es aproximadamente 20 veces mayor que la del oxígeno,
m inuye con la edad. Si las membranas alveolares muestran engra samiento debido a alguna enfermedad (tal como ocurre en el en fi sema o la fibrosis), o bien los alvéolos se rellenan de líquido (edema pulmonar), la capacidad de difusión disminuye significativamente.
La capacidad de los pulmones para garantizar el equilibrio entre
la velocidad global de equilibrio es similar para ambos gases. 6.
La circulación pulmonar desempeña un papel importante en el metabolismo de numerosas sustancias vasoactivas.
r 16.7 Control de lo respiración
pulmonar es de aproxim adam ente 10 mi • h * y los alvéolos care
16.7 Control de lo respiración
cen de liqu id o en su interior. Dado que la presión capilar en la parte superior de los pulm o nes es baja, en esta parte se forma poca cantidad de líquido. N o obstante, dado que las fuerzas de Starling favorecen la filtración en las regiones más bajas, un incremento pequeño de la presión en los capilares pulmonares da lugar a una filtración m ayor del líju id o . Si esta filtración exced e la capacidad de drenaje de los lin-
369
N inguna persona tiene que pensar cuándo o cuán profundam en te debe respirar. La respiración es un proceso automático y rítm i co qu e se ajusta constantemente para suplir los requisitos vitales, com o el ejercicio y el habla. Para explicar este hecho tan notable se deben responder tres preguntas importantes:
: áticos, el líqu id o se acumula en el intersticio con aparición de
1.
¿Dónde se origina esta actividad rítmica?
edema pulmonar. Esta secuencia de acontecim ientos tiene lugar
2.
¿Cómo se genera?
Jurante la insuficiencia cardíaca izqu ierda (v . también cap. 31) y
3.
¿Cómo se controlan la frecuencia y la amplitud de la respiración?
tras la lesión mecánica o quím ica del revestim ien to de los alvéo,s. Iniciaim cnte, el liq u id o se acumula en el intersticio pulmonar v en los vasos linfáticos. P or encima de una presión crítica, el lí quido se introduce en los propios alvéolos, inundándolos y com- rom etiendo gravem ente su capacidad para participar en el inter
El ritm o respiratorio d ep en d e de grupos específicos de neuronas situadas en la parte in fe rio r del tronco del encéfalo
cambio de aire. Si se secciona por com pleto el tronco del encéfalo de un animal anestesiado por encima de la protuberancia, el ritmo de la respira
Funciones metabólicas de la circulación pu lm on ar
ción se mantiene. El ritm o básico se mantiene incluso si se seccio nan todos los nervios aferentes. La sección de la médula espinal por debajo del punto de salida del nervio frénico (C3-C5) provoca la pa
7 Jo el retorno venoso de la circulación sistèmica pasa a través
rálisis de los músculos intercostales pero no del diafragma (que está
-te los pulmones en su camino hacia las cavidades izquierdas del
inervado por el nervio frénico). La sección de la región más baja del
•razón. A consecuencia de ello, la circulación pulm onar es ideal
bulbo, no obstante, bloqueará todos los movimientos respiratorios.
rara m etabolizar los materiales vasoactivos secretados p or los di-
frentes lechos vasculares específicos. Numerosas sustancias, ">mo la bradicinina, la norepinefrina y la prostaglandina E,, son eliminadas por com pleto durante un único paso a través de los pulmones. En contraste con ello, los pulm ones con vierten la an¿iotensina I en su form a activa, la angiotensina II, qu e estimula la secreción de aldosterona por la corteza suprarrenal (v . cap. 17). El ¡u gar en que se lleva a cabo esta actividad metabòlica es el endo
telio del circuito pulmonar.
A partir de estas observaciones quedan claras dos cosas: 1.
Los músculos respiratorios no tienen por sí mismos una acti vidad rítmica intrínseca.
2.
La región caudal del tronco del encéfalo contiene todos los mecanismos neuronales necesarios para generar y mantener un ritm o respiratorio básico. Si se seccionan los nervios vagos, la respiración se hace más
lenta y más profunda. Si se seccionan posteriormente el tronco del
Fig. 16-23.
Diagrama de flujo que muestra las
interrelaciones entre los principales elementos nerviosos que regulan la frecuencia y ia amplitud de la respiración.
370
16 Sistemo respiratorio
encéfalo entre el bulbo y la protuberancia, se producen pocos cam
de inhibición recíproca tiene su origen en los grupos respiratorios
bios en el patrón respiratorio. N o obstante, las secciones a través de
dorsal y ventral, y no se trata de un reflejo espinal local.
la protuberancia alteran el patrón de la respiración, de modo que la
La actividad eferente de las neuronas respiratorias torácicas
inspiración se prolonga con breves episodios de espiración. La esti
puede m onitorizarse registrando la actividad eléctrica de los
mulación de algunos grupos específicos de células nerviosas del in
músculos intercostales y del diafragma (fig. 16-24). A lo largo de
terior de la protuberancia incita la descarga de los nervios frénicos.
todo el ciclo respiratorio las unidades motoras de los músculos
A partir de éstas y de otras observaciones experimentales se ha de
respiratorios se m antienen activas. Durante la inspiración, la acti
mostrado que la protuberancia desempeña un papel importante en
vidad de los músculos inspiratorios (el diafragm a y los músculos
la regulación del ritmo respiratorio. Es a este n ivel donde se cree
intercostales externos) aumenta de forma progresiva, se reclutan
que la información aferente relativa al estado de los pulmones ac
unidades motoras adicionales y los músculos se acortan progresi
túa para modular la frecuencia y la amplitud de la respiración.
vam ente, aumentando de este m odo el volum en
del tórax
(v . apart. 16.4). Durante la espiración, la actividad de los múscu
¿C óm o se genera el ritm o re s p ira to rio ?
los inspiratorios dism inuye gradualmente, se relajan y permiten que el tórax vu elva a su volum en de reposo (CRF). Los músculos
En el bulbo existen dos grupos de neuronas que descargan p o
espiratorios muestran un patrón inverso, con una actividad cre
tenciales de acción con un ritm o intrínseco que se corresponde
ciente durante la espiración y una actividad decreciente durante
con el del ciclo respiratorio. Se las conoce con los nombres de gru
la inspiración. La modulación p rogresiva del tono de los múscu
po respiratorio dorsal y grupo respiratorio ventral. El gru p o respi
los respiratorios proporciona una transición suave entre la espira
ratorio dorsal descarga potenciales de acción principalm ente jus
ción y la inspiración y forma parte del trabajo respiratorio.
to antes y durante la inspiración, y por tanto está form ado por
El pulmón posee unos receptores de distensión mecánica de
neuronas inspiratorias. Son motoneuronas superiores que se pro
adaptación lenta en el músculo liso de las vías aéreas superiores
yectan sobre las motoneuronas respiratorias inferiores del n ervio
(tráquea, bronquios y bronquíolos). Cuando el pulm ón se exp an
frén ico contralateral. El gru p o respiratorio ventral está form ado
de, estos receptores se activan y mandan impulsos al grupo respi
por neuronas inspiratorias y espiratorias, y recibe señales proce
ratorio dorsal a través de los nervios vagos. Esta inform ación afe
dentes del gru p o respiratorio dorsal. Lo form an motoneuronas
rente tiende a inh ibir la actividad respiratoria y de este m odo ac
respiratorias superiores tanto para el n ervio frén ico como para los
túa lim itando la inspiración. Este hecho se conoce con el nombre de reflejo de inflación pulmonar de Hering-Breuer. Si los pulmones
nervios intercostales contralaterales. Los grupos respiratorios dorsal y ventral reciben diversos influ
se expanden por acción de una presión positiva, la frecuencia de
jos procedentes de los centros superiores del cerebro, incluyendo la
los m ovim ientos respiratorios dism inuye, e incluso puede llegar a
corteza cerebral y la protuberancia. También reciben señales de los
desaparecer (apnea).
cuerpos carotídeos y aórticos (que son los quimiorreceptores perifé
En animales com o el gato y el conejo, el reflejo de H ering-
ricos que se encargan de detectar los valores de P O „ PCO, y pH de
Breuer parece tener un papel im portante en el control del ritmo
la sangre arterial; v. más adelante) y del nervio vago (que transpor
respiratorio. En los humanos este reflejo no se activa a volúm enes
ta fibras nerviosas aferentes desde los pulmones). Parece ser que el
corrientes normales. N o obstante, se activa cuando los volúm enes
grupo respiratorio dorsal inicia la actividad que conduce a la inspi
corrientes superan un valor aproxim ado de 0,8-11. Por este m oti
ración, y que la actividad intrínseca de las neuronas respiratorias
vo, se cree que el reflejo de H ering-Breuer puede desempeñar un
dorsales se suma a la actividad aferente procedente de los receptores
papel im portante en la regulación de la inspiración durante el
pulmonares de distensión para desactivar la inspiración y comenzar
ejercicio.
la espiración. En la figura 16-23 se muestra un sencillo diagrama que detalla la disposición de la vía de control de la respiración. La actividad de las motoneuronas respiratorias espiratorias de
C o n tro l v o lu n ta rio de la respiración
la médula espinal (las motoneuronas respiratorias inferiores) queda
La respiración regular normal (o eupnea) es un proceso automático,
inhibida durante la inspiración, mientras que la de las m otoneuro
aunque la frecuencia y la amplitud de la respiración se pueden
nas inspiratorias queda inhibida durante la espiración. Este patrón
ajustar de form a voluntaría. Por ejemplo, es posible suspender la
Actividad en el nervio intercostal interno (activo durante la espiración)
100 mV
►
5s
Fig. 16-24.
Electromiograma del diafragma (activo durante la inspiración)
Ejemplo de la actividad motora reciproca en el diafragma y de la actividad eléctrica de un nervio que inerva un músculo intercostal interno. El
registro superior muestra la actividad de los potenciales de acción de una fibra nerviosa motora que inerva un músculo intercostal interno. Obsérvese que la actividad aumenta durante la espiración. El registro inferior muestra la actividad eléctrica del diafragma, que permanece activo durante la inspiración.
16.7 Control de lo respiración
respiración durante un corto período de tiempo. Esta interrupción
371
Movimientos pasivos de los miembros inferiores
re la respiración se conoce com o apnea voluntaria y su duración rstá limitada normalmente por la elevación de la P C 0 2 arterial. Del mismo modo, es posible aumentar la frecuencia y la amplitud de la respiración de forma deliberada durante la hiperventilación volun-
:jria (conocida también com o hiperprtea voluntaria). Este control voluntario afecta a ambos pulmones — no es posible, por ejemplo, racer descansar de forma voluntaria el pulm ón izqu ierd o mientras se ventila el derecho— . Las vías implicadas en la regulación v o .untaría no se conocen con certeza, pero presumiblemente se ori ginan en la corteza motora. Es posible un grado de control bastan:e fin o de los músculos respiratorios. Esto es im portante durante el .rabia, el canto o cuando se toca un instrumento de viento.
Control reflejo de la respiración Tos y estornudo Además de los receptores mecánicos de distensión, las vías aéreas roseen receptores que responden a los irritantes. Cuando se les es timula, estos receptores desencadenan un golpe de tos o, en caso de irritantes de la mucosa nasal, un estornudo. La fase inicial de cual quiera de ambas respuestas es una inspiración profunda, seguida por una espiración forzada contra la glotis cerrada. Cuando aumen ta la presión en las vías aéreas, la glotis se abre súbitamente, y el aire atrapado es expulsado a gran velocidad. Esto provoca el des plazamiento de una parte del moco que cubre el epitelio de las vías aéreas y ayuda a expulsar el irritante a través de la boca o de la na riz. Si se aspira agua hacia la laringe tiene lugar una apnea prolon gada que im pide que el agua llegue a las vías respiratorias.
D eglu ción
Tiempo (min)
Durante la deglución la respiración queda inhibida. Ésta es una parte de un reflejo com plejo: cuando el alim ento o la bebida pe netra en la orofaringe, la nasofaringe se cierra p or el m ovim iento hacia arriba del paladar blando y por la contracción de los múscu
Fig. 16-25.
Los reflejos propioceptivos incrementan la ventilación. En
este experimento, efectuado sobre un gato anestesiado, se seccionaron los nervios motores correspondientes a los miembros inferiores, dejando in tactas las fibras aferentes. Los movimientos vigorosos de los miembros
los faríngeos superiores. A l mismo tiem po se inhibe la respiración
dieron lugar a un incremento importante de la ventilación, que disminu
y los músculos de la laringe se contraen de manera que cierran la
yó hasta los niveles de reposo tras la interrupción de estos movimientos.
glotis. El resultado es que se evita la aspiración de alim ento por
©MASSON, S.A I otocoplnr rtln autorización oh un «Jolito
las vías aéreas. La acción de tragar va seguida por una espiración, que sirve para apartar cualquier partícula de alim ento que haya
quipnea pulmonar). Los receptores que median esta respuesta son
quedado situada en las proxim idades de la glotis. Estas acciones
terminaciones de fibras C situadas en el espacio intersticial de las pa
están coordinadas p or redes nerviosas situadas en el bulbo. Si se
redes alveolares, conocidas previamente con el nombre de recepto
inhalan accidentalm ente partículas de alimento, éstas estimulan
res J (juxtapulmonary capillary receptors). N o se conoce qué papel
los receptores para sustancias irritantes de las vías aéreas superio
desempeñan estos receptores en la respiración normal.
res y provocan el reflejo de la tos.
O tras m odulaciones reflejas de la respiración Q u im io rre fle jo p u lm o n a r
El patrón respiratorio normal está m odificado por muchos otros
La inhalación de humo y de gases tóxicos, como el d ióxido de azu
factores. Por ejem plo, el m ovim ien to p asivo de las extrem idades
fre y el amoníaco, estimula los receptores de irritación (también de
provoca un aumento de la ventilación, que se cree que se produ
nominados receptores de adaptación rápida) localizados en el árbol
ce a consecuencia de la estimulación de los propioceptores de los
traqueobronquial, induciendo un potente quim iorreflejo pulmonar
músculos y de las articulaciones (fig. 16-25). Este reflejo puede
en el que tiene lugar la constricción de la laringe y los bronquios
desempeñar un papel im portante en el increm ento de la ven tila
con incremento de la secreción de moco. Si los pulmones se conges
ción durante el ejercicio (v . cap. 25). El d olor provoca alteraciones
tionan, la respiración se hace rápida y superficial (y se denomina ta-
del patrón respiratorio normal. El d olor abdom inal (p. ej., duran-
372
16 Sistema (espiratorio
Los cuerpos carotídeos responden a los cambios de PaO,, PaC02 Nervio glosotaríngeo
y pH de la sangre arterial. Las fibras aferentes del cuerpo carotídeo aumentan su velocidad de descarga de forma significativa cuando el valor de la P a0 2 cae por debajo de aproximadamente 8 kPa (60 mmHg), como muestra la figura 16-29. Los cuerpos aórticos son islotes difusos de tejido que tienen una estructura microscópica si milar a la de los cuerpos carotídeos. N o obstante, no existe eviden
Arteria carótida interna
cia de que desempeñen un papel im portante en los humanos, aun Nervio del seno carotideo
que pueden desempeñarlo en otras especies (v. más adelante). Los cuerpos carotídeos son los únicos receptores capaces de de
Seno carotideo
Arteria -»--------- carótida externa
sencadenar una respuesta ventilatoria frente a la hipoxia. Por tanto, cuando el cuerpo carotídeo ha sido extirpado quirúrgicamente por m otivos terapéuticos, se pierde la respuesta ventilatoria a la hipoxia
Cuerpo carotideo Fig. 16-26.
Artena carótida común
Diagrama simplificado que muestra las posiciones relativas
del cuerpo carolídco y del seno carotídeo.
aun cuando los cuerpos aórticos permanezcan intactos— . Cuando se respira aire ambiente normal, la influencia de los cuerpos carotí deos sobre la frecuencia respiratoria es pequeña. Por ejemplo, si un sujeto pasa bruscamente de respirar aire ambiente a respirar oxígeno al 100%, el volumen minuto cae aproximadamente un 10% durante
le un postoperatorio) puede ser tan intenso que dé lugar a una in
un breve período de tiempo, antes de recuperar su nivel previo. La
hibición refleja de la inspiración, con apnea. El dolor intenso y
naturaleza pasajera de esta respuesta se puede explicar del siguiente
prolon gado se asocia con una respiración rápida y superficial. La
modo: la acción de respirar oxígen o puro reduce el estímulo respira
inmersión de la cara en agua fría provoca el reflejo de inmersión
torio de los quimiorreceptores periféricos, y esto provoca la reduc
(diving reflex), que incluye apnea, bradicardia y vasoconstricción
ción del volumen minuto. Durante este período, la PaCO, aumenta li
periférica (v . cap. 30).
geramente, y esto actúa en los quimiorreceptores centrales, p rovo cando que el volumen minuto vuelva a su valor original. N o obstante, durante la hipoxia los cuerpos carotídeos desem
Los gases sanguíneos tienen una im portancia crucial en el control de la ventilación, y son detectados por q u im iorreceptores periféricos y centrales El ob jetivo de la respiración es suministrar oxigen o a los tejidos y
peñan un papel importante a la hora de estimular la ventilación. Esto puede demostrarse en animales anestesiados y que respiran es pontáneamente. Si la PaO, arterial disminuye por efecto de la ad ministración de una mezcla de un 8 % de oxígen o y un 9 2% de ni-
Sangre capilar
LCR
Cl
eliminar el d ióxid o de carbono derivado del metabolismo oxidativo. Esto se logra mediante una regulación estricta de la PCO, y de la PO , de la sangre arterial (es decir, de la PaC02 y de la PaO,), que
hco:
+h*
se mantienen dentro de unos límites muy estrechos durante toda la
Quimiorreceptores centrales
vida. Realmente, la PaCO, y la PaO, varían muy poco entre el sue ño profundo y el ejercicio intenso, en que el consumo de oxígen o H 2C 0 3
y la producción de d ióxid o de carbono pueden aumentar más de 10 veces. Está claro que para lograr esta notable estabilidad el organismo necesita algún m étodo para detectar los valores de
h 2°
+ co3
c o 2 + h 2o
Neuronas respiratorias bulbares
PaCO, y de P a 0 2 y para enviar esta información a las neuronas que determinan la frecuencia y la amplitud de la ventilación. Este pa pel lo llevan a cabo los quim iorreceptores periféricos y centrales.
H aC 0 3
Los quimiorreceptores arteriales periféricos (cuerpos carotídeos) son órganos pequeños, con un tamaño aproxim ado de 7 x 5 mm,
Ajuste de la ventilación
HCOj + H*
que se localizan inmediatamente p or encima de la bifurcación caBarrera hematoencefálica
rotídea en ambos lados del cuerpo. Los cuerpos carotídeos son anatómica y funcionalm ente distintos de los barorreceptores, que se sitúan en la pared del seno carotídeo (fig . 16-26). N o obstante, las fibras aferentes procedentes del cuerpo y el seno carotídeo ipsolaterales discurren a través del mismo nervio, el nervio del seno car-
Fig. 16-27.
Diagrama esquemático que ilustra cómo la PCO, de la san
gre capilar del cerebro estimula los quimiorreceptores centrales. Una ele vación del CO, plasmático provoca un aumento de la captación en el ce
tídeo; a su vez, es rama del nervio glosofaríngeo (IX par craneal). Los
rebro, donde es convertido en bicarbonato e iones hidrógeno a través de
cuerpos carotídeos muestran un flujo sanguíneo muy elevado en re
ácido carbónico. Los iones hidrógeno estimulan los quimiorreceptores
lación con su masa (aproximadamente de 20 1 • kg 1 • m in"1),
centrales, y esto aumenta la velocidad y la amplitud de la respiración.
que procede de las arterias carotídcas externas.
Una reducción del CO, plasmático tiene el efecto opuesto.
r 373
16.7 Control de lo respiración
n •_: ■
el volum en minuto aumenta aproximadamente en un
ma. Esta compensación es im portante durante los cambios cróni
54“ i Esta es una respuesta refleja que se puede bloquear cortando
cos de la PaCO, derivados de la permanencia a grandes alturas (en
ir
las que la PaC 02 dism inuye; v. cap. 30) o de las enferm edades res
- r — ios aórticos y del seno carotídeo. El aumento del volum en
■.
tc
:
z ue se observa tras la administración de una mezcla de gas
piratorias crónicas (en las que la PaC 02 aumenta).
-•.enga un 5% de CO, (en O, al 21% y N , al 7 4 % ) no se ve
s
-
m
-vr_esta a la hipercapnia está mediada por los quím íorreccpto-
' por la sección de estos nervios, hecho que demuestra que
tts -éntrales. 1 - > quimiorrecep Lores centrales responden a los cambios de - - -r. aqu ido cefalorraquídeo derivados de las alteraciones de la Se hallan situados encima o cerca de la superficie ventral
zst - ruibo, cerca del origen de los nervios glosofaríngeos y vagos, t : - . '.adiciones normales de reposo proporcionan la m ayor par as -r
estímulo quím ico de la respiración. En la figu ra 16-27 se
_
el mecanismo mediante el cual sensan la PaCO,. La PaCO,
. _ ~ ■ruada provoca un aumento de la PCO, del líq u id o cefalorra-
Efectos de la respiración de diferentes mezclas de gases Cuando se inhala aire que contiene una cantidad significativa de CO,, aumenta su presión parcial en los alvéolos y en la sangre arte rial. Esto se conoce con el nombre de hipercapnia. Si un sujeto hiperventila de forma deliberada durante un breve período de tiem po, la PC 02 en los alvéolos y en la sangre arterial disminuye, ya que se pierde por los pulmones a una velocidad superior a la de su ge-
. _ ic o . v la reacción de hidratación del d ió x id o de carbono se -
r
:i
hacia la derecha, provocan d o el aumento de la liberación nes hidrógeno: CO, + H ,0 ** H,CO,
H - + HCO,"
i. diferencia de la sangre, el liqu id o cefalorraquídeo contiene proteínas, de manera que los iones h id rógeno producidos ■ ■ esta reacción no sufren un tam ponamiento excesivo. A conr . -encía de ello, el pH cae de forma proporcional al aumento de _ .-CO., y estimula los quim iorreceptores. Por el contrario, du¿rr.e la hiperventilación, se pierde CO, de la sangre, y esto prov i una reducción de la PCO, del líq u id o cefalorraquídeo. La 40
--acción de hidratación se desplaza hacia la izquierda, y el pH del - - ido cefalorraquídeo aumenta, dism inuyendo la ventilación.
kPa
300 mmHg
Si el valor de la PaCO, se mantuviera persistentem ente por en..3 a o por debajo de su valor normal de 5,3 kPa (40 m m Hg), los - ^¡m iorreceptores centrales serían menos sensibles a los cambios
•100
50
7 t a PaC 02 que en condiciones normales. En estas situaciones la . ncentración de bicarbonato en el líq u id o cefalorraquídeo está
Curva de disociación de la oxihemoglobina
40
cgulada por el intercam bio con iones cloruro derivados del plas-
80
E 30
•60
20
■40
10
■20
a
5
-0 12
T~
20
Fig. 16-29.
—r~ 40
60 PO„
—T 80
16 kPa
~I— 100
120 mmHg
Efecto de la hipoxia aguda sobre la ventilación pulmonar
comparado con la curva de disociación de la oxihemoglobina. T.a sensibi lidad de la ventilación a la P 0 2inspirada se hace mucho más acusada a va lores situados por debajo de 8 kPa (60 mmHg), que es el punto en el cual la curva de disociación de la oxihemoglobina tiene también una pendien
W Fig. 16-28.
'
te muy acusada. El panel superior de la figura muestra la frecuencia de
Efecto sobre la ventilación de la acción de respirar CO,. La
descarga del quimiorreceptor carotídeo (impulsos • s ') representada grá
figura muestra la relación entre la concentración de C 0 2 en el aire inspi
ficamente frente a la P 0 2 inspirada. Obsérvese que la frecuencia de des
rado (F,co2) y la ventilación total para un sujeto normal. Obsérvese el acu
carga aumenta progresivamente por debajo de 13 kPa (100 mmHg). La
sado incremento cuando la F.co, aumenta desde el 5 hasta el 10%.
descarga muestra un bajo grado de adaptación.
374
16 Sistema respiratorio
neración en los tejidos. Esta caída de la PCO, se denomina hipo-
damente por debajo de 8 kPa (60 mmHg; fig. 16-29). A medida
capnia.
que el valor de la PO, sigue dism inuyendo, la ventilación aumen
Si se p id e a los sujetos que respiren una m ezcla de gas en que
ta de forma abrupta.
la PO, es in ferior a la normal, 21,2 kPa (159 m m Hg), su presión
A partir de estas observaciones, queda claro que el principal
parcial en la sangre arterial disminuirá. Esto se conoce con el
estímulo quím ico de la respiración es la PCO, del aire alveolar y
nom bre de hipoxemia. Si el contenido de ox íge n o es insuficiente
no la P 0 2. A primera vista este hecho puede parecer extraño, ya
para las necesidades del organism o, se dice que el sujeto está hi-
que el ob jeto principal del intercam bio de gases es mantener la
póxico. La ausencia total de ox ígen o es la anoxia.
oxigenación de los tejidos. El m otivo del efecto ventilatorio relati
La importancia relativa del C 0 2 y del O, a la hora de determ i
vamente pequeño de la hipoxia leve se puede com prender obser
nar el volum en ventilatorio se investiga fácilm ente pid ien d o a los
vando la curva de disociación de la oxihem oglobina (fig. 16-29).
sujetos que respiren distintas mezclas de gas. Si un sujeto normal
Esta curva muestra que a una PO, de 8 kPa (60 m m H g) la hemo
y sano respira una mezcla de gas que contenga un 2 1 % de o x íg e
globina aún está saturada en aproxim adam ente un 9 0 % . Por de
no, un 5 % de d ió x id o de carbono y un 74% de n itrógeno duran
bajo de este valor el porcentaje de saturación cae rápidamente.
te algunos minutos, su ventilación aumenta aproxim adam ente
Por consiguiente, a una presión atmosférica normal (101 kPa o
tres veces. Una fracción más elevada de d ió x id o de carbono en la
760 m m Hg), la hipoxia sería un estímulo ventilatorio relativa
mezcla de gas inhalado estimulará todavía más la ventilación. In
m ente insensible.
cluso una única inspiración de aire que contenga una concentra
Tal com o muestra la figura 16-30, el aumento de la ventilación
ción elevada de d ió x id o de carbono es suficiente para aumentar la
p rovocad o por aumento de la PCO, alveolar se hace más acusado
ventilación durante un b reve periodo de tiem po. Por el contrario,
a medida que la PO, dism inuye. Esto muestra qu e la sensibilidad
si un sujeto h ip erven tila durante un b reve periodo de tiem po, la
del control de la respiración frente al d ióx id o de carbono es ma
ventilación posterior dism inuye tem poralmente. Por tanto, cual
y o r durante la hipoxia que cuando la PO, es normal. Los efectos
qu ier maniobra que altere la presión parcial de C 0 2 en el aire al
de la hipoxia y de la hipercapnia no son simplem ente aditivos,
veolar (PaC 02) p rovoca un cam bio en la ventilación que tiende a
sino que tienen una intensa interacción sinèrgica. Esto tiene una
restablecer el valor normal de la PaC 02 (5,3 kPa o 40 m m Hg). La
cierta im portancia durante la contención voluntaria de la respira
relación entre la presión parcial de C 0 2 en el aire alveolar y la
ción y la asfixia, situaciones en las que la hipoxia y la hipercapnia
ventilación total se muestra en la figura 16-28.
aparecen conjuntamente. En este con texto se debería hacer notar
En contraste con esto, si el mismo sujeto respira una mezcla de
que la respiración de aire que contenga más del 5 % de d ió x id o de
ox ígen o al 15% y n itrógeno al 8 5 % , se produce un cambio muy
carbono es desagradable y provoca confusión mental. Respirar
pequeño en la frecuencia de la ventilación a una presión baromé
aire que contenga una concentración elevada de d ió x id o de car
trica normal. Realmente, la hipoxia sólo tiende a estimular la v e n
bono, o aire con una PO, m uy baja durante un p eríodo prolonga
tilación de forma poderosa cuando la P 0 2 alveolar cae aproxim a-
do de tiem po puede p rovocar la pérdida de conciencia. A u n qu e en este apartado se ha puesto énfasis en el papel de la
6,5 (50)
13 (100)
P02 kPa (mmHg)
PaC02 com o estímulo ventilatorio, es im portante destacar que los cambios de la PaCO, provocan cambios m uy importantes en el pH sanguíneo. Una im portante consecuencia de los cambios de venti-
Resumen 1.
El diafragma y los músculos intercostales no tienen una actividad rítmica inherente, pero se contraen en respuesta a la activi dad eferente en los nervios frénicos e intercostales. El ritmo res
2.
3.
piratorio básico se origina en el bulbo. Diversos reflejos influyen directamente sobre el patrón respirato rio. Éstos incluyen el reflejo de la tos. el reflejo de inflación pul monar de Hering-Breuer y la deglución. En términos generales, la respiración es estimulada por la falta de oxígeno (hipoxia) y por el aumento de dióxido de carbono (hi percapnia).
4.
PC02 Fig. 16-30. Respuesta ventilatoria a la hipercapnia a diferentes valores de POj. Obsérvese el elevado nivel basal de ventilación a medida que la PO, disminuye, y que el aumento de la ventilación se hace más sensible a la PCO¡ a medida que la PO, cae desde 27 kPa (200 mmHg) hasta 6,5 kPa (50 mmHg).
Las presiones parciales de los gases sanguíneos son sensadas por los quimiorreceptores periféricos y centrales. Los quimiorreceptores periféricos son los cuerpos carotideos y aórticos. Responden a los cambios de la PaO¡, la PaCOj y el pH de la sangre arterial, y son los únicos receptores que responden a la hipoxia. Los quimiorre ceptores centrales se hallan situados en el tronco del encéfalo, y son los responsables de la mayor parte de los estímulos químicos de la respiración. Responden a los cambios del pH del liquido ce falorraquídeo provocados por las alteraciones de la PCO, arterial.
16.9 Algunos trastornos frecuentes de la respiración
375
i_:ón en respuesta a la PaC 02 alterada es lim itar la m agnitud del
sar las partículas inhaladas que quedaron atrapadas en la capa de
im b io del pH de la sangre. El control pulm onar del p H sanguí
m oco durante el paso del aire en dirección a los alvéolos. Utili
neo y su papel en el equ ilib rio ácido-base se exp on e con m ayor
zando pequeñas partículas marcadas con un marcador radiactivo,
ir ia lle en el capítulo 29.
se ha demostrado que la m ayor parte de las partículas atrapadas son eliminadas dentro de un período de 24 h.
16.8 Mecanismos pulmonares de defensa
Los bronquíolos respiratorios, los conductos alveolares y los alvéolos no poseen un ep itelio ciliado, y las partículas que alcan zan estas regiones del pulm ón son procesadas por los macrófagos
. n o bien saben los habitantes de las ciudades, el aire que respi- ~.os está lleno de partículas, algunas de las cuales son inhaladas
alveolares. Éstos son unas células de grandes dimensiones que se hallan en el líqu id o que recubre las vías aéreas respiratorias. Las
. - cada inspiración. Incluso en el caso de que la concentración de
bacterias y los demás materiales biológicam ente activos son inge
rartículas fuera de sólo el 0,001% (10 partes por m illón), un v o-
ridos por los macrófagos sus lisosomas los digieren. Los macrófa
_.~en minuto respiratorio de 6 1 • m in-1 provocaría la introduc
gos tam bién ingieren pequeñas partículas de minerales (p. ej., sí
en en los pulmones de aproxim adam ente 8.500 1 de aire al día.
lice) que no son capaces de digerir. En estos casos, el material
ésto incluiría 85 mi de partículas. Queda claro que de no existir
queda almacenado en el interior de la célula y es expulsado me
- gun mecanismo para extraer estas partículas, nuestros pulm o
diante el «ascen so r» mucociliar cuando la célula muere. Si las bac
nes quedarían rápidamente llenos de p o lv o y de detritos. A d e -
terias o los viru s logran cruzar estas defensas y penetran en el es
~as, no todo el material inhalado es biológicam ente inerte. Una
pacio intersticial, es el sistema inm une el encargado de enfrentar
"arte de él lo formarán agentes infecciosos (bacterias y partículas
se a ellas (v . cap. 14).
• ¡ricas) y otra parte tendrá capacidad alergénica (p. ej., el polen). Por tanto, los pulmones necesitan expulsar el material inerte e
Resumen
nactivar los agentes infecciosos y los alérgenos. El flu jo aéreo a través de la nariz y de las vías aéreas superio
Las partículas que penetran en las vías aéreas quedan atrapadas en el
res es rápido y turbulento. A consecuencia de ello, las partículas
moco que recubre el árbol respiratorio. La mayor parte de este mate
de grandes dimensiones ( > 10-15 (Im ) entran en contacto con la
rial es expulsado por la acción del ascensor mucociliar. H1 material que
capa de m oco que recubre sus conductos, quedando atrapadas en
se deposita en los conductos alveolares o en los alveolos es ingerido
- la. Esto tiene com o consecuencia una filtración del aire y la e x
por los macrófagos alveolares.
tracción de la m ayor parte de las partículas de grandes dimensio nes antes de que alcancen la tráquea. Adem ás de filtrar el aire en trante, las vías aéreas superiores también lo calientan y lo hume decen. Tal com o ocurre en las vías aéreas superiores, en la tráquea y en los bronquios el flu jo aéreo es turbulento, y esto pone en
16.9 Algunos trastornos frecuentes de la respiración
© MASSON, S.A. Fotocopia» sin autorización «# un ilulito
contacto la columna de aire entrante con la pared de las vías aé reas. A consecuencia de esto, la m ayor parte de las partículas res
Norm alm ente, la respiración se lleva a cabo sin que nos demos
tantes de grandes dimensiones (5-10 |im) quedan atrapadas en el
cuenta y sin com plicaciones. Sólo cuando las cosas van mal tene
m oco que recubre el árbol respiratorio superior. En una porción
mos conciencia de nuestra respiración. La dificu ltad para respirar
más baja de las vías aéreas, el flu jo aéreo se hace lento y laminar.
provoca una sensación de malestar que se conoce con el nombre
En estas regiones del pulmón, las partículas más pequeñas (0,2-
de disnea. La disnea es un fenóm eno subjetivo, durante el cual un
5 |im) se depositan en las paredes de las vías aéreas por efecto de
paciente puede tener la sensación que le falta aire. Puede ser bas
la gravedad. Las partículas más pequeñas alcanzarán los alvéo
tante normal, com o en el caso de un sujeto que ha ascendido rá
los, donde la m ayoría permanecerán suspendidas en forma de ae
pidam ente a una gran altura (don de la PO, atmosférica es baja), o
rosoles y serán espiradas. Aproxim adam ente una quinta parte de
puede ser la manifestación de alguna enferm edad orgánica. En
estas pequeñas partículas se depositan en los conductos alveola
ambos casos la sensación de falta de aire es la que limita la capaci
res o en los propios alvéolos, donde son procesadas por los ma-
dad para efectuar un ejercicio.
crófagos alveolares.
La capacidad de los pulmones para proporcionar una cantidad
Tal com o se ha descrito anteriorm ente (v . apart. 16.3), desde
de aire suficiente para las necesidades del organism o se conoce
las vías aéreas superiores hasta los bronquíolos terminales, el
con el nom bre de capacidad ventilaioria. Si ésta es in ferior a la
tracto respiratorio está recubierto por un epitelio ciliado cubierto
normal, existe alguna forma de trastorno respiratorio. Los tras
por una capa de moco. Las células ciliadas constituyen aproxim a
tornos se pueden d iv id ir en aquellos en los que las vías aéreas es
damente la mitad del epitelio de las vías aéreas superiores (trá
tán obstruidas, los que presentan una restricción a la expansión
quea y bronquios) pero, a n ivel de las vías aéreas de quinta gen e
de los pulmones, y aquellos en los que los músculos respiratorios
ración, únicamente suponen el 15% del total. Los cilios se mue
son débiles e incapaces de expan dir por com pleto el tórax. En este
ven enérgicam ente en dirección a la faringe, y esto provoca el
capítulo se expon en algunos de los trastornos respiratorios que
lento desplazamiento hacia arriba de la mucosidad. Este dispositi
aparecen con m ayor frecuencia.
v o se conoce con el nom bre de ascensor mucociliar. El moco se de
El asma es una dificultad para espirar. Los ataques de asma se
glute o se expulsa p or acción de la tos, y cuando alcanza la farin
caracterizan por el com ienzo brusco de un cuadro de disnea. Ésta
ge se expectora. El ascensor m ucociliar es m uy eficaz para exp u l
aparece a consecuencia de un broncoespasmo, que habitualmente
376
16 Sistema respiratorio
io s
Fig. 16-31.
Registro de los movimientos respirato
rios para ilustrar el patrón de respiración de CheyneStokes. F.n este ejemplo, el registro se obtuvo de un
A l/ (litros)
2,0
inspiración
sujeto sano que se había desplazado recientemente a una gran altura.
se produce en respuesta a un alérgeno que se halla presente en el
provoca unos volúm enes pulmonares elevados, pero la capacidad
ambiente, aunque también puede aparecer en respuesta al ejerci
vital, el pico de flu jo espiratorio y el FEV, están reducidos. Dado
cio. La fase inicial está desencadenada, probablemente, por una in
que la causa subyacente es la destrucción del parénquima, el au
teracción entre un alérgeno y los anticuerpos presentes en las célu
mento de las resistencias se observa siempre, a diferencia de lo
las cebadas del intersticio del pulmón. A continuación estas células
que ocurre en los episodios agudos de asma.
secretan mediadores de la inflamación, incluyendo histamina y leu-
En la fibrosis pulmonar, la pared alveolar se hace más gruesa,
cotrienos. Esto provoca el espasmo del músculo liso de los bron
y esto reduce la capacidad de difusión del pulmón. La capacidad
quios y un aumento de la secreción de moco en las vias aéreas, re
de difusión también está reducida en la neumonía. En este caso, la
duciendo ambos de forma efectiva el diámetro de las vías aéreas.
infección bacteriana provoca la acumulación de líqu id o en los al
Durante un ataque de asma, la CR1: y el V R están aumentados,
véolos. En los casos graves todo un lóbulo pulm onar puede qu e
aunque la capacidad vital es normal. Los valores del FEV, y el
dar lleno de líqu id o («c o n d e n s a d o ») que contiene toxinas bacte
pico de flu jo espiratorio están notablem ente reducidos — a menos
rianas, y a consecuencia de ello se produce un aumento del flu jo
de la mitad en los casos graves (fig. 16-16)— . Esto limita la capa
sanguíneo y se altera la relación V A:Q.
cidad ventilatoria y provoca la disnea. En el asma crónica se pro
La fibrosis quística es un trastorno hereditario de carácter re
duce una destrucción del epitelio bronquial, y los valores de la
cesivo en el que el m oco existente en las respiratorias es m uy es
CRE y del VR se mantienen persistentemente elevados.
peso y d ifícil de m ovilizar. Se debe a la incapacidad del canal ep i
El broncoespasmo que aparece en la fase inicial de un ataque
telial para el cloro de abrirse norm almente en respuesta al A M P
de asma tiene una duración relativam ente corta. P or este m otivo
cíclico. La consecuencia es una disminución en la secreción tanto
se considera que la obstrucción de las vías aéreas que aparece en
de sodio com o de cloruro hacia la luz de las vías respiratorias. Así,
el asma es un fenóm eno reversible, aunque el trastorno inflama
dism inuye la cantidad de agua que atraviesa la membrana epite
torio de los bronquios persista durante mucho tiem po después de
lial y aumenta en gran medida la viscosidad del moco. Se reduce
la defervescencia del ataque agudo.
el mecanismo de elim inación normal del m oco a través del «a s
El enfisema es una enferm edad en que los alvéolos tienen un tamaño aumentado a causa de la destrucción del parénquima pul
cen sor» m ucociliar, con obstrucción de las vías respiratorias de calibre pequeño e infecciones bronquiales frecuentes.
monar. A menudo (aunque no de manera invariable) se debe al
El térm ino apnea del sueño describe varias enferm edades en
consumo de tabaco. La fisiopatología de la enferm edad no ha sido
las que la respiración se interrum pe tem poralmente. Se pueden
completamente aclarada. El lavado bronquial demuestra que los
identificar dos tipos principales: la apnea obstructiva del sueño y
espacios respiratorios de los pulmones de los fumadores están in
la apnea central del sueño.
filtrados por neutrófilos. Actualm ente se considera que estas célu
La apnea obstructiva del sueño aparece a consecuencia de la
las segregan enzimas proteolíticas que lesionan el parénquima pul
obstrucción física de la vía aérea superior. Durante el sueño pro
monar. Además, el humo de los cigarrillos inhibe el m ovim iento
fundo los músculos de la boca, la laringe y la faringe se relajan. A
de los cilios bronquiales, retrasando la eliminación de las partícu
consecuencia de ello existe una tendencia al colapso de la faringe,
las existentes en las vías respiratorias. Posiblemente, el efecto irri
obstruyéndose de este m odo la vía aérea. Los períodos de obs
tante del humo es la causa del aumento de la secreción de moco
trucción p rogresiva van acompañados de ronquidos intensos se
que tiene lugar en las vias respiratorias de m ayor calibre. Estos
guidos p or un período de silencio cuando la obstrucción es com
efectos se combinan incrementando las posibilidades de infección,
pleta. La PaO, dism inuye y la PaC02, aumenta, en ambos casos
con una inflam ación crónica del epitelio bronquial. Debido a ello,
con increm ento del esfuerzo respiratorio. A continuación los mo
dism inuye el diám etro de las vías respiratorias y, tal com o ocurre
vim ientos respiratorios aumentan de intensidad, hasta que la pre
en el asma, el paciente tiene dificultades para la espiración y mues
sión intratorácica supera la obstrucción y la ventilación se resta
tra atrapamiento de aire (lo que da nombre a la enfermedad).
blece — a m enudo con un potente ronqu ido— . Cuando el período
A consecuencia de estos cambios, la tracción sobre las vías aéreas
de apnea es prolon gado (puede durar hasta 2 min), el paciente se
queda reducida y su resistencia aumenta. Por sí mismas, estas altera
despierta, la respiración v u e lv e a iniciarse, pero el patrón de sue
ciones limitarán la ventilación, pero el problema se complica por la
ño ha quedado interrum pido. Si esto sucede con frecuencia, apa
pérdida de parénquima pulmonar, que también restringe la capaci
recen los signos característicos de privación del sueño, que inclu
dad de difusión del pulmón. Además, la destrucción no es uniforme,
yen irritabilidad y pérdida de concentración.
el espacio muerto fisiológico aumenta y se miden relacionesVA:Q
La apnea central del sueño aparece cuando el control de la res
anormales en diferentes partes del pulmón. El resultado es un inter
piración no es capaz de iniciar unos m ovim ientos respiratorios.
cambio gaseoso inadecuado, hipoxemia y disnea crónica.
Durante la fase de apnea, la PaCO, aumenta y el paciente se des
A l igual que en el asma, la evolución de la enferm edad queda
pierta. Una v e z despierto, el paciente reanuda la respiración, la
reflejada en las pruebas de función pulmonar. El aire atrapado
PaCO_, v u elve a la normalidad y v u e lv e a dormirse. Dado que este
16.9 Algunos trastornos frecuentes de la respiración
Normal
a)
20
40
60 PO.
100
120 mmHg
Hipoxia anémica
(a)
Hipoxia hipóxica
(b)
80
377
20
40
60 PO,
80
100
120 mmHg
Contenido de oxígeno de la sangre normal y de la anémica
(d) 20
Sangre n o rm a j^ ^ Saturación normal de la HbOj arterial. Contenido de 0 2 bajo. Diferencia a-v aumentada
Diferencia del contenido a-v de oxígeno igual a 5'rftr V = 40 mmHg
15
Sangre anémica
.2> 10
?
Diferencia del contenido a:v de pxigenp_¡gyal.a 5_ml_
5
V = 25 mmHg c
O
16 kPa
I
20
120 mmHg
Hipoxia por hipoperfusión
(e)
16 kPa
12
40
60 PO,
80
100
120 mmHg
Hipoxia histotóxica
(f)
O
MAMMON,
N
A
9' « »I«MXJplMI HIM AuIm IIJiI' Ulli II«
IM! »lllllln
100
kPa 20
íig . 16-32.
40
60 PO,
80
100
120 mmHg
120 mmHg
Efecto de los diferentes tipos de hipoxia sobre la saturación porcentual de la hemoglobina con oxigeno en sangre arterial y venosa. Ob
sérvese que en la hipoxia anémica el contenido total de oxigeno de la sangre arterial es inferior a lo normal, a pesar de estar totalmente saturada de xigeno, como se muestra en (d).
vicio se puede repetir muchas veces durante la nochc, el sueño ru ede quedar muy gravem ente alterado.
Respiración periódica: la importancia del control quím ico de la
periódico de la frecuencia y del volum en corriente, t i patrón res piratorio alterna entre la apnca y la hiperventilación discreta (fig . 16-31). I,a respiración comienza con unas respiraciones len
respiración queda evidenciada por un patrón que se conoce con
tas y superficiales, y la frecuencia y el volum en corriente aumen
el nombre de respiración de Cheyne-Stokes. Consiste en un cambio
tan gradualm ente hasta llegar a un máximo, antes de qu e se pro-
378
16 Sistema respiratorio
duzca una apnea. Este patrón cíclico se observa en pacientes en
Un cortocircuito o shunt derecha-izquierda perm itirá que una
estado terminal o que han sufrido una lesión cerebral. En ocasio
determinada cantidad de sangre eluda por com pleto el paso a tra
nes se observa en personas normales durante el sueño, sobre todo
vés de los pulmones. A u n qu e la hem oglobina de la sangre que no
a grandes alturas.
ha efectuado el cortocircuito (es decir, la que ha pasado por los al
En los pacientes terminales el patrón se explica del siguiente
véolos) está virtualm ente saturada por com pleto, la sangre que ha
m odo: durante el período de hipoven tilación la PaC 0 2 aumenta, y
pasado por el cortocircuito tendrá la misma P 0 2 que la sangre v e
esto estimula los quim iorreceptores centrales, que aumentan pro
nosa mezclada. A consecuencia de ello, la P 0 2 y el contenido de
gresivam ente el estímulo respiratorio, de manera que tanto la fre
ox ígen o de la sangre de las arterias sistémicas están reducidos. De
cuencia com o la amplitud de la respiración aumentan. El aumen
forma similar, una relación alterada ventilación-perfusión condu
to de la ventilación provoca una reducción de la PaCO, y del estí
cirá a la hipoxia hipóxica si la proporción V A:Q es baja en una p or
mulo respiratorio, de manera que la frecuencia y la amplitud de la
ción im portante del pulmón. Esto sucede en muchas enferm eda
respiración caen. La PaCO, aumenta y el ciclo com ienza de nuevo.
des respiratorias, y es la causa más frecuente de cianosis central
Para que este patrón aparezca debe existir un retraso anormal en
(es decir, cianosis provocada por la oxigen ación inadecuada de la
la capacidad de los quim iorreceptores centrales para responder al
sangre). Otra causa im portante de hipoxia hipóxica es una capa
cam bio en la PaCO,. Esto puede reflejar tanto una sensibilidad re
cidad de difusión reducida a causa de la fibrosis del parénquima
ducida al d ióx id o de carbono com o un enlentecim iento del flujo sanguíneo hacia el cerebro, por ejem plo durante la insuficiencia cardíaca.
pulm onar o a un edema pulmonar. La hipoxia anémica está provocada por una reducción de la cantidad de hem oglobina disponible para unirse al oxigen o, de
A gran altura la respiración periódica no indica la existencia de un estado patológico. Puede ser inducida por un b reve p erío do de h iperven tilación y abolirse m ediante la inhalación de o x í geno puro.
m odo que el contenido de ox ige n o de la sangre arterial es anor malmente bajo (fig. 16-32d). Puede estar provocada p or una p ér dida de sangre, por una disminución de la producción de hema tíes o por la síntesis de una hem oglobina anormal a causa de un defecto genético. Tam bién puede estar provocada por una in to x i
16.10 Aporte insuficiente de oxígeno a los tejidos: la hipoxia y sus causas
cación por m onóxido de carbono, ya que la afinidad de la hemo globina por este gas es superior a su afinidad por el ox íge n o (para una discusión más detallada de las anemias, v. cap. 13). En la hipoxia anémica, la PO, arterial es normal; sin embargo,
El sistema respiratorio se encarga fundam entalmente del inter cambio de gases — captando ox íge n o del aire y elim inando d ió x i do de carbono de la sangre pulmonar— . Si el contenido de ox íg e no de la sangre se reduce, el ox íge n o puede ser insuficiente para perm itir el m etabolismo aeróbico de los tejidos. Esta situación se conoce con el nom bre de hipoxia. Existen cuatro tipos principales de hipoxia: hipoxia hipóxica, hipoxia anémica, hipoxia p or hipo-
el contenido de ox íge n o de la sangre es bajo, de manera que de berá extraerse de la hem oglobina una prop orción más elevada del ox ígen o disponible para mantener el m etabolismo de los tejidos. Por consiguiente, la PO, venosa es mucho menor que la normal (fig. 16-32c, d). La hipoxia por hipoperfusión es el resultado de un flu jo san guíneo reducido. Puede aparecer en puntos periféricos a causa de
perfusión ( stagnarli) e hipoxia histotóxica. Vamos a discutirlas
una vasoconstricción local (p. ej., exposición de las extrem idades
una por una.
al frío ) o puede d erivar de un gasto cardíaco reducido. En este
El térm ino hipoxia hipóxica hace referencia a la hipoxia que
caso, la PO, alveolar y arterial pueden ser normales, pero el flu jo
aparece a consecuencia de una P 0 2arterial baja. Las causas son d i
sanguíneo a través de los tejidos m etabólicam ente activos es m uy
versas, pero todas tienen com o consecuencia una reducción del
lento, razón por la cual se produce una extracción excesiva del
contenido de ox íge n o de la sangre arterial sistèmica. Si la P 0 2 al
ox íge n o disponible y la PO, venosa es m uy baja (fig . 16-32e). Esto
veolar es baja, la P O ,arterial será inevitablem ente baja, y también
origina una cianosis periférica.
será bajo el contenido de oxígen o. A consecuencia de ello, se e x
El término hipoxia histotóxica hace referencia al envenenamien
trae m ayor cantidad de ox ígen o de la sangre para mantener el me
to de las enzimas oxidativas de las células, por ejemplo, por cianu
tabolism o o x id a tiv o de los tejidos (fig . 16-32b). Esto es bastante
ro. En esta situación, el aporte de oxígen o a los tejidos es normal,
normal después de ascender a grandes alturas, ya que la presión
pero éstos son incapaces de utilizarlo plenamente. A consecuencia
barom étrica y la PO , dism inuyen con la altura.
de ello, la PO, venosa es anormalmente elevada (fig. 16-32f).
Tal com o se e xp on e a continuación (v. apart. 16.11), la reduc ción de la ventilación (hip oven tilación ) provocará una reducción de la PO , alveolar y un aumento de la PCO, (hipercapnia). La hi
Tratam iento de la hipoxia con o xíg en o
p oventilación puede aparecer com o consecuencia de la depresión respiratoria provocada por una sobredosis de fármacos (p. ej., en
Una elevada de PO, puede ser beneficiosa en el tratam iento de la
el envenenam iento por barbitúricos). Puede aparecer también a
hipoxia hipóxica. A l aumentar la PO, en los alvéolos, aumenta el
consecuencia de una debilidad grave de los músculos respirato
contenido de ox íge n o de la sangre que abandona los pulmones.
rios, com o sucede en la poliom ielitis o en la miastenia grave. La
Esto disminuirá la cianosis central y aliviará la disnea. El trata
obstrucción de las vías aéreas tam bién provocará una h ip o ven ti
m iento con ox ígen o será menos eficaz en cualquier otra form a de
lación.
hipoxia.
16.11 Insuficiencia respiratoria
‘
i ument ar la cantidad de ox ígen o disuelta físicamente en
379
depresores respiratorios, com o los anestésicos. En este caso, la
e - - —-3 en algunas ocasiones se administra ox ige n o a presiones
ventilación dism inuye de manera inevitable. La lesión traum áti
res a la atmosférica durante periodos breves de tiempo.
ca de la columna verteb ral p or debajo del segm ento cervical C4
& . rrjctica se conoce con el nombre de oxigenoterapia hiperbá-
puede interrum pir el flu jo de inform ación desde el bulbo hasta
3 a
_
las segundas m otoneuronas respiratorias, con parálisis de los
' de carbono. La P 0 2 elevada actúa desplazando el mo-
músculos intercostales. Las lesiones p or encima del n iv e l C4 pue
_e carbono unido a la hem oglobina y proporciona el ox í-
den alterar el n e rv io frénico. La pérdida de las segundas moto-
: esarío para los tejidos. Los niños recién nacidos no debe-
neuronas tras una p oliom ielitis o alguna otra enferm edad neuro
- -c • expuestos a PO , superiores a 40 kPa (aproxim adam ente
lògica (p. ej., enferm edad de la neurona m otora) también puede
f -
r _ede ser útil para el tratamiento de la intoxicación por
W ' — H g) ya que son especialm ente sensibles a sus efectos tóxi-
causar insuficiencia ventilatoria. La dism inución de la transmi
or- v cap. 30).
sión neuromuscular que acompaña a la miastenia g ra v e puede in ducir el mismo efecto. La ventilación está reducida tras un neum otorax d ebid o a que
16.11 Insuficiencia respiratoria ..-suficiencia respiratoria tiene lugar cuando el sistema respia K
-
no puede mantener los valores normales de la PO, y -."eriales. La PaCO, normal es de 5,1 ±
1,0 kPa (38,5 ±
% - —- Hg). Estos valores los presenta el 95% de la población norn
-¡ PaO, normal depende de la P 0 2 en el aire inspirado y dis-
- - uve con la edad. En las personas jó v e n e s y sanas (< 30 años de . ; c -;ue respiran a nivel del mar, el valor m edio es de 12,5 ± 1
- P j |94 ± 10 m m Hg). Sin em bargo, la PaO¿ dism inuye con la . . c . su valor m edio en las personas sanas m ayores de 60 años c -. 10 ,8 ± 1,3 kPa (81 ± 10 m m Hg). Se establece el diagnóstico
c--- insuficiencia respiratoria cuando la P a 0 2 es in ferior a 8 kPa ~ m H g ) o bien la PaCO¡ es superior a 7 kPa (55 mmHg).
los pulmones no se pueden expan dir de manera adecuada. Tal com o ya se ha señalado, la com pliancia del tórax depende de la elasticidad de los pulmones y de la pared torácica en si misma. La com pliancia del tórax está disminuida cuando se reduce la elasti cidad de los pulmones, cuando la cavidad pleural está infiltrada por tejid o fibroso o cuando dism inuye en sí misma la elasticidad de la propia pared torácica. La reducción de la elasticidad de la pared torácica puede deberse a diversos trastornos posturales com o la escoliosis (curvatura lateral de la columna verteb ral) y la cifosis (curvatura posterior excesiva de la columna vertebral). Éstos son ejem plos de trastornos restrictivos. El aumento en la resistencia de las vías respiratorias puede ser d ebid o a la presencia de material extraño (p. ej., reflu jo del con tenido gástrico que pasa la laringe) o bien a una estenosis de la propia vía respiratoria, tal com o ocurre en el asma y el enfisema.
En la insuficiencia respiratoria tipo I, la PaO, es baja mientras que la PaCO, es normal o baja. Esta situación tiene lugar cuando hay una d erivación derecha-izquierda im portante de sangre desoxigenada, o bien cuando el cociente VA:Q está al
Síndrom e de distrés re s p ira to rio del ad u lto (S D R A )
terado. Esta situación se puede p rodu cir en cuadros de neu
Es una enferm edad en la que el parénquima pulm onar muestra le
monía, edema pulm onar o síndrom e de distrés respiratorio
siones graves, hasta el punto de que se produce el fallecim iento
del adulto (SD R A) (v . más adelante).
de más a la mitad de los pacientes. N o hay una d efin ición com
En la insuficiencia respiratoria tipo II. la PaO, es baja mientras
pletam ente satisfactoria, pero el SDRA se caracteriza por hipoxe-
que la PaCO, esta elevada. Esta situación tiene lugar cuando la
mia grave (d e aqui su denom inación alternativa de insuficiencia
ventilación alveolar no es suficiente para elim inar el d ióx id o
respiratoria aguda), presencia de unas sombras difusas en la ra
de carbono prod u cido por el m etabolismo anormal del cuer
diografía de tórax (posiblem ente por zonas de acumulación de lí
po. El cuadro se denomina insuficiencia ventilatoria y puede
quido), disminución de la com pliancia pulm onar y edema pulm o
ser d ebid o a diversos factores (v . más adelante). Su causa más
nar que no se debe a insuficiencia cardíaca izquierda. Son facto
frecuente es la enferm edad pulmonar obstructiva crónica.
res precipitantes el shock séptico (v . cap. 28), la aspiración del contenido gástrico, las situaciones de semiasfixia y la inhalación
In su ficien cia v e n tila to ria y sus causas
de gases o humos tóxicos. Este proceso parece estar origin ad o en la lesión de las membranas alveolocapilares, lo que da lugar a acu
La insuficiencia ventilatoria puede ser debida a uno o más de los
mulación de liqu id o en los espacios respiratorios. A su vez, esta
nctores siguientes:
acumulación induce una redistribución del flujo sanguíneo pul
•
Alteración del control n ervioso de los músculos respiratorios.
•
Bloqueo neuromuscular.
•
Neum otorax.
•
Disminución de la com pliancia del tórax o los pulmones.
•
Aum ento de la resistencia de las vías respiratorias.
monar debida en parte a la respuesta normal frente a la hipoxia local y en parte a la com presión de los vasos pulmonares por el edema local. Posteriorm ente, la liberación de mediadores quím i cos puede inducir una constricción todavía m ayor de la circula ción pulm onar con desarrollo de hipertensión pulmonar. A l cabo de una semana desde el inicio del cuadro, los pulmones muestran
Tal com o ya se ha señalado, la actividad de los músculos res
infiltración por fibroblastos que depositan tejido fibroso en el in
piratorios tiene un origen neurógeno. El estím ulo respiratorio
tersticio de los pulmones. Se pierde el tejid o elástico y aparece en
procedente de las neuronas del bulbo raquídeo puede estar dis
fisema. T o d o ello se refleja en un increm ento del espacio muerto
m inuido durante la hipoxia o en las situaciones de exposición a
fisiológico.
380
16 Sistemo respiratorio
Test de autoevaluación
Resumen 1.
La hipoxia es un estado en que la demanda metabolica de ox ige
Cada enunciado puede ser verd ad ero o falso. Las respuestas co
no no puede ser suplida por la sangre circulante. Existen muchas
rrectas se indican al final.
causas de hipoxia. pero se reconocen cuatro tipos fundamentales: hipoxia hipóxica, hipoxia anemica, hipoxia por hipoperfusión e hipoxia histotóxica. De ellas, la hipoxia hipóxica y la hipoxia por
1. Las siguientes afirmaciones hacen referencia a la circulación pulmonar:
hipoperfusión son las que se observan con mayor frecuencia en la
a. T o d o el gasto cardíaco pasa a través de los pulmones.
práctica clínica. La hipoxia hipóxica se puede tratar mediante la
b. Las presiones en las arterias pulmonares son similares a las
administración de oxígeno. 2.
La insuficiencia respiratoria tiene lugar cuando el sistema respi
de las arterías sistémicas. c. La presión m edia en las arterias pulmonares aumenta a me
ratorio no puede mantener los valores normales de la PO, y la PCO, arteriales. Puede deberse a una derivación derecha-izquier da importante de sangre desoxigenada, o puede ser secundaria a
dida que aumenta el gasto cardíaco. d. La resistencia de la circulación pulm onar cae a m edida que el flu jo sanguíneo pulm onar aumenta.
un cociente VA:Q alterado (insuficiencia respiratoria tip o l). Tam bién aparece insuficiencia respiratoria cuando la ventilación al
e. En un hom bre en posición erecta, el flu jo sanguíneo pulm o nar es m ayor en la base del pulmón.
veolar no es suficiente para eliminar el d ióxido de carbono de o ri gen metabòlico. Esta situación se denomina insuficiencia respira
f.
toria de tipo II (o insuficiencia ventilatoria), en la que la PO, es
g. Los pulmones inactivan todos los materiales vasoactivos.
F.l patrón de flujo sanguíneo pulmonar depende de la posición.
baja y la PCO, esta elevada.
2. Las siguientes afirmaciones hacen referencia a las vías aéreas y a los alvéolos: a. El cartílago de las paredes evita el colapso de la tráquea, los bronquios y los bronquíolos. b. Las vías aéreas superiores desempeñan un papel im portan
Bibliografia recomendada
te a la hora de p roteger los pulmones de las partículas sus pendidas en el aire.
A n a to m ia
c. Las vías aéreas de pequeño diám etro son los puntos prin ci pales de resistencia de las vías aéreas.
MacKinnon PCB, Morris JF. Oxford textbook o f functional anatomy. Vol. 2: Thorax and abdomen. Oxford: Oxford University Press, 1988; p. JO-4.
d. Los alvéolos son el único punto en que se produce el inter cam bio de gases. e. En un pulmón sano, la distancia entre el aire alveolar y la san gre contenida en los capilares pulmonares es inferior a 1 (im.
H is to lo g ia Junqueira LC, Carneiro J. Kelley RO. Basic histology (caps. 12 y 13). 8th ed. London: Prentice-Hall, 1995.
3. En un in d ivid u o sano y normal, con una capacidad pulmonar total de 6 1: a. El volum en corriente en reposo es de aproxim adam ente 1 I. b. La capacidad v ita l es igual a la capacidad pulmonar total.
Fa rm a cologia del sistem a re s p ira to rio
c. La capacidad funcional residual es de aproxim adam ente 2 I. d. El volum en de reserva espiratoria en reposo sería de apro
Rang HP, Dale M M , Ritter JM. Pharmacology (cap. 19). 4th ed. Edin burgh: Churchill-l.ivingstone. 1999.
xim adam ente I 1. e. El FEV, tendría un valor aproxim ado de 3,5 1. 4. Las siguientes afirmaciones hacen referencia a la mecánica
F is io lo g ia del sistem a re s p ira to rio Andrews P, W iddicom be J. Pathophysiology o f the gut and airways. An introduction (caps. 2, 6, 8 y 10). London: Portland Press, 1993. Hlastala MP. Berger AJ. Physiology o f respiration. 2nd ed. N ew York: Oxford University Press, 2001. Levitzk y M. Pulmonary physiology. 5th ed. N ew York: McGrawHill, 1999. Lumb A. Nunn's applied respiratory physiology. 5th cd. Oxford: Butterworth-Heincmann, 2000. Slonim NB, Hamilton LH. Respiratory physiology. St. Louis: Mosby, 1987. West .IB. Respiratory physiology: the essentials. 6th ed. Philadel phia, PA: Lippincott-Williams & W ilkins, 1999. W iddicom be J, Davies A. Respiratory physiology. 2nd ed. London: Edward Arnold. 1991.
ventilatoria: a. Se denomina com pliancia al cam bio del volum en de los pul mones por acción de un cam bio de presión. b. La compliancia total del tórax está determinada únicamente por la com pliancia de los pulmones. c. La retracción elástica de los pulmones in terviene en la ins piración. d. En el volum en funcional residual, la retracción elástica de los pulmones está equilibrada p or las fuerzas elásticas que tienden a expan dir el tórax. e. La com pliancia de los pulmones está determinada por las fuerzas de tensión superficial de los alvéolos y por los te ji dos elásticos del parénquima pulmonar. f. El surfactante pulmonar mantiene una tensión superficial constante en los alvéolos.
Problemas cuantitativos
5. Las siguientes afirmaciones hacen referencia a la ventilación y
2. Durante una estimación de la capacidad residual funcional, un
al intercam bio de gases:
sujeto respira una mezcla de aire y helio contenida en un espi
a. El espacio m uerto anatómico es el volum en de aire que se
rómetro. El espirómetro tiene un volum en de 5 1, y la concen
introduce durante una inspiración y que no penetra en los
tración de helio antes de que él respire la mezcla es del 5,0% .
alvéolos.
Después de que haya respirado el contenido del espirómetro, la
b. El espacio m uerto fisiológico es siempre m ayor qu e el espa cio m uerto anatómico. c. El espacio muerto anatómico es independiente del volum en corriente.
siempre máxima en la base. e. La relación V A:Q para un sujeto situado en p osición sen
f.
concentración de helio ha caído hasta el 3,56% . ¿Cuál es la CRF? 3. Se entrena a un sujeto para que sea capaz de respirar determ i nados volúm enes corrientes sin hiperventilar. A partir de los datos de la tabla que se muestra a continuación, calcule el espa
d. En un pulmón situado en posición vertical la ventilación es
cio muerto para cada valor de volum en corriente (con dos cifras decimales). Asuma que el Cü2alveolar se mantiene constante al 5,20% . ¿Qué conclusiones se pueden extraer de estos datos?
tada aumenta con la distancia p or encim a de la base del
Volum en corriente (1)
FCO, espirada
pulm ón.
0,50
3,64
La variación regional en las relaciones V A:Q es mucho me
1,10
4,49
nor en los sujetos que se hallan en decúbito.
1,56
4,50
2,45
4,60
g. La capacidad de difusión del d ió x id o de carbono en los pu l mones es similar a la del oxígen o. :
381
4. En un pulm ón aislado de perro se ob servó la relación entre flu
Las siguientes afirmaciones hacen referencia al ritm o respira
jo sanguíneo v presión de perfusión que se muestra a conti
torio:
nuación.
a. Los músculos respiratorios tienen una actividad rítmica in
Presión de perfusión (kPa)
Flujo sanguíneo (I • min *)
1,2
0,27
trínseca. b. La maquinaria nerviosa básica para la generación del ritmo
2,7
1,1
respiratorio se halla situada en la parte in ferior del bulbo.
3.3
2,2
c. La respiración continuará incluso si se cortan todos los ner
1.4
3,0
vios aferentes.
Calcule la resistencia vascular pulm onar para cada par de valo
d. El diafragm a es el principal músculo de la respiración.
res. ¿Qué mecanismos pueden explicar los cambios que se ob
e. Durante la espiración, la actividad de los músculos inter
servan?
costales externos queda inhibida. 7. En la regulación química de la respiración: a. La am plitud y la frecuencia de la respiración aumentan cuando un sujeto respira aire que contiene d ió x id o de car bono al 5% . b. Los quim iorreceptores centrales detectan la tensión de d ió xid o de carbono en la sangre arterial. c. Los quim iorreceptores periféricos están situados en el seno carotídeo y en el cayado de la aorta.
5. Unos volúm enes iguales de sangre procedente de regiones hipoventiiadas y de regiones normalmente ventiladas de un pul món se mezclan en una vena pulmonar. Si la P 0 2 de la sangre que drena la región hipoventilada es de 8 kPa (60 m m H g) y la de la procedente de la región ventilada con normalidad es de 13,3 kPa (100 m mHg), la PO, de la sangre mezclada será: a. 12 kPa (90 mmHg). b. 10,7 kPa (80 m mHg). c. 9,3 kPa (70 mmHg).
d. Los qu im iorrecep tores p eriféricos sólo responden a los
6. Un sujeto ha estado ventilando de forma regular y efectúa una
cam bios en la presión parcial de o x íg e n o de la sangre arte
inspiración profunda en el mom ento cero, espira y sigue respi
rial.
rando espontáneamente. Se registran los siguientes valores de
e. La ventilación aumenta considerablem ente cuando la pre sión parcial de ox ígen o en la sangre arterial cae por debajo de 8 kPa (60 m mHg).
Problemas cuantitativos
ventilación minuto. ¿Cuáles son los factores responsables de los cambios en la ventilación? Tiem p o (s)
Ventilación
-10
5,8
-5
5,8
0
Inspiración
5
5,8
1. Un sujeto escala una montaña de gran altura. ¿Cuál es la pre
10
5,6
sión parcial de ox íge n o en las vías aéreas superiores durante la
15
5,1
inspiración (a) a una altura de 3.000 m (P u, 70 kPa) y (b ) en la
20
4,7
cima, que se halla situada a 4.350 m (P 8, 56 kPa)? La p ropor
25
4,65
ción de ox ígen o en el aire atm osférico es del 21% y la presión
30
4,9
de saturación del vap or de agua es de 6,2 kPa.
35
5,3
382
16 Sistema respiratorio
7. Un sujeto ha estado respirando una mezcla hipóxica que con
3. El volum en corriente o tidal en reposo seria de aproxim ada
tiene un 14% de ox íge n o en nitrógen o al 8 6 % . En el momen
m ente 500 mi. La capacidad v ita l es igual al volum en pulmonar
to cero, inhala ox íge n o puro, y a m edida que sigue respirando
total menos el volum en residual, y el volum en de reserva espi
con norm alidad ox íge n o puro se registran los siguientes v a lo
ratoria es igual a la capacidad funcional residual menos el v o
res de ventilación minuto. Represente gráficam ente los datos y
lumen residual.
exp liqu e los cambios que se observan.
a. Falso.
T iem p o (s)
Ventilación (1 • min *)
b. Falso.
-2 0
8,5
c. Verdadero.
-1 0
8,5
d. Verdadero.
0
8,0
e. Verdadero.
10
6,8
20
5,2
30
6,2
40
6,8
50
6,3
60
6,4
4. La com pliancia del tórax vien e determinada por la de la pared torácica y por la de los pulmones. La retracción elástica del pulm ón ayuda a la espiración, no a la inspiración. El surfactante pulm onar reduce el trabajo respiratorio al reducir la ten sión superficial de la interfase aire-líquido en los alvéolos. La tensión superficial depende del grado de inflación: cuanto más se expanden los pulmones, m ayor es la tensión superficial.
Respuestas al test de autoevaluación
a. Verdadero. b. Falso.
1. T od o el débito del ventrículo derecho pasa a través de la circula
c. Falso.
ción pulmonar, y el débito de las cavidades derechas e izquierdas
d. Verdadero.
será el mismo durante cualquier período significativo de tiempo.
e. Verdadero.
Las presiones sistólica y diastólica en las arterias pulmonares son
f. Falso.
aproximadamente de 25 y 8 mmHg, respectivamente, en compa ración con 120 y 80 mmHg para las arterias sistémicas. Aunque la presión en las arterias pulmonares aumenta con el aumento del gasto cardíaco, el aumento es pequeño, ya que la resistencia de la circulación pulmonar cae. Aunque los pulmones inactivan mu chos materiales vasoactivos como la bradicinina, convierten la angiotensina 1 en su forma activa, angiotensina n.
5. El espacio muerto fisiológico es siempre mayor que el espacio muerto anatómico, ya que incluye el volumen de aire captado por los alvéolos que no son perfundidos por la sangre y que, por tan to, no pueden tomar parte en el intercambio de gases. En los suje tos sanos, la diferencia es pequeña. Cuando los pulmones se ex panden, la tracción sobre las vías aéreas aumenta, y esto las dila ta. A consecuencia de ello, el espacio muerto aumenta con el
a. Verdadero.
volumen corriente. La ventilación alveolar es mayor en la base de
b. Falso.
los pulmones para volúmenes pulmonares equivalentes o supe
c. Verdadero.
riores a la CRF. Para los volúmenes pulmonares inferiores a la
d. Verdadero.
CRF, la ventilación en el vértice puede ser mayor que en la base.
e. Verdadero. f. Verdadero. g. Falso. 2. La tráquea y los bronquios tienen anillos o placas de cartílago en sus paredes, que les perm iten mantenerse abiertos a pesar de los cambios de la presión intrapleural. Los bronquíolos no tie nen cartílago y pueden colapsarse cuando la presión intrapul monar supera a la presión en la vía aérea. Los puntos principa les de resistencia de las vías aéreas son las vías aéreas superio res (fundamentalmente la nariz y las vías aéreas de las seis
Aunque los volúmenes de dióxido de carbono y de oxígeno in tercambiados durante la respiración son similares, el gradiente de presión del dióxido de carbono es mucho menor. Esto queda su perado por la capacidad de difusión mucho mayor del dióxido de carbono (aproximadamente 20 veces mayor que la del oxígeno). a. Verdadero. b. Verdadero. c. Falso. d. Falso. e. Verdadero.
primeras generaciones). La caída de la resistencia asociada con
f. Verdadero.
la ramificación de las vías aéreas implica un gran aumento de la
g. Falso.
sección. A u n qu e los alvéolos son los puntos principales de in
6. Los músculos respiratorios son músculos estriados, y no tienen
tercambio de gases, los bronquíolos respiratorios y los conduc
ritm o intrínseco. Su activid ad rítmica d eriva de la actividad de
tos alveolares también contribuyen al intercam bio de gases.
sus motoneuronas.
a. Falso.
a. Falso.
b. Verdadero.
b. Verdadero.
c. Falso.
c. Verdadero.
d. Falso.
d. Verdadero.
e. Verdadero.
e. Verdadero.
Respuestas o los problemas cuantitativos
383
7. Los quimiorreceptores periféricos son los cuerpos carotídeos y
presión aumenta. N o existe autorregulación. La caída de la re
aórticos, que sensan el pH del plasma y las presiones parciales de
sistencia es el resultado del reclutamiento adicional de vasos y
oxígen o y de dióxido de carbono. Son los únicos quim iorrecep
de la dilatación adicional de los vasos que ya estaban abiertos.
tores que responden a la presión parcial de oxígen o en la sangre arterial. Los receptores del cayado de la aorta y del seno carotídeo son barorreceptores que monitorizan la presión arterial. a. Verdadero. b. Verdadero. c. Falso. d. Falso. e. Verdadero.
5. Aproxim adam ente 9,3 kPa (70 m m H g) ya que es el contenido de
oxígeno de cada flu jo sanguíneo el que se promedia, no sus pre siones parciales. 6. Esto demuestra la importancia del d ió x id o de carbono para de terminar la ventilación. La inspiración profunda p rovoca una ligera hiperventilación y una reducción tem poral del d ióxid o de carbono. El estímulo quím ico de la ventilación se reduce y la ventilación dism inuye. La reducción de la ventilación per mite una acumulación progresiva de d ió x id o de carbono, que
Respuestas a los problemas cuantitativos
estimula la respiración y aumenta de este m odo la ventilación. 7. Este experim ento demuestra la respuesta hipóxica a la respira ción. Obsérvese que la ventilación inicial es elevada a causa de
1. (a) 8,5 kPa; (b ) 5,6 kPa.
la hipoxem ia predom inante. La respiración de ox íge n o puro
2 . 2 , 01 .
reduce el estímulo hipóxico, y la ventilación dism inuye. Sin em bargo, ya que la ventilación inicial era elevada, existirá un
3. Los valores del espacio muerto son 0,15, 0,15, 0,21 y 0,28 1, de modo que el espacio muerto aumenta a medida que el volum en corriente aumenta. Esto está provocado por el tejido conjuntivo del parénquima, que tira de las vías aéreas y hace que se dilaten. 4. Los valores de la resistencia vascular pulmonar son 7,4, 2,45, 1,5 y 1,33 kPa • 1 ' • min. La resistencia vascular cae a medida que la
cierto grado de hipocapnia, y el estímulo del d ió x id o de car bono será inferior a lo normal. La reducción inicial de la ven ti lación minuto, desde 8,4 hasta 5,2 1, refleja este hecho. La pos terior elevación de la ventilación m inuto hasta 6,8 1 se produ ce a consecuencia del retorno de la presión de d ió x id o de carbono a su nivel normal.
17 El riñón y la regulación del medio interno El objetivo del presente capitulo es explicar: •
La estructura básica del riñón y la circulación renal
•
La estructura de la nefrona y la organización de su riego sanguíneo
•
El concepto de autorregulación y regulación del flujo sanguíneo renal
•
La formación del filtrado glomerular
•
El concepto de adaramíento renal
•
Los procesos de transporte que se producen en el riñón, incluyendo la reabsorción y la secreción a nivel tubular
•
El papel del tóbulo distal en la regulación del equilibrio iónico del organismo
•
El establecimiento del gradiente osmótico en la médula renal y su papel en la regulación de la osmolalidad plasmática
•
La función de la vejiga
E l riñón y la regulación del medio interno
17.1 Introducción
Tabla 17-1.
Comparación entre la com posición del plasma
y la de la orina
-. res humanos, al igual que todos los animales, se alimentan Á
Plasma
Orina
Unidades
-: s organismos, tanto para obtener material destinado al cre
ía.- :~ :o y al mantenimiento de sus tejidos com o para obtener los
Na'
r „-sos necesarios para llevar a cabo otras actividades, como la
K+
s e : - succión. Este estilo de vida im plica, inevitablem ente, la in..
r. de diversas cantidades de constituyentes esenciales del
a . - '. s n i o , como sodio, potasio y agua, y la producción de pro-
5 metabólicos de desecho. Adem ás, el organism o debe man-
: .r
r - : - un estricto control de la com posición de los líqu idos corpo- : v éste es el papel principal de los riñones. Éstos llevan a cabo .
-
tersticial de los tejidos, los riñones regulan de manera efecti-
-r.- - composición del líqu id o extracelular. El proceso de regula ra - requiere que los riñones elim inen el exceso de agua, sales y - - i actos metabólicos. La producción de una orina de composir. variable resulta ser, por tanto, una parte necesaria del papel • —eostático del riñón. Cada día se producen entre 1 y 1,5 1 de orina, que contiene
mmol l-‘
3,5-5
20-70
mmol
10-24
mmol •1"'
1,35-1,50
HCOj
22-28
0
l-1
mmol •l"1
Fosfato
0,8-1,25
25-60
mmol •l-‘
ci-
100-110
50-130
mmol •l-‘
0,06-0,12
6-20
mmol ■L 1
4-7
200-400
mmol •l-‘
30-50
mmol •1-'
Urea
•: _ y dado que el plasma se mantiene en equ ilib rio con el líqu i-
50-130
Ca!*
Creatinina
- ¿ : unción m ediante la regulación de la com posición sanguí-
140-150
nh;
Proteínas
0,005-0,02 65-80
Ácido úrico
0,1-0,4
Glucosa
3,9-5,2
pH Osmolalidad
7,35-7,4 281-297
0 0,7-8,7 0 4,8-7,5 50-1.300
g l ’1 mmol •I"1 mmol l-‘ H °g,o[H 1 ) mosmol • kg“'
rimadam ente 50-70 g de sólidos, fundam entalmente urea y ruro sódico. El volum en y la osm olalidad de la orina varían
Los valores qu e se muestran en la tabla corresponderían al 9 5 % de una po
i - z o con la ingesta de líquidos com o con la pérdida de líquidos
blación de adultos normales sanos. Obsérvese que, mientras que las concentra
- r el sudor y por las heces. La com posición quím ica de la orina
ciones de los principales constituyentes del plasma se m antienen relativam ente
r í muy variable (tabla 17-1 j y varía según la dieta. A u n qu e la ori-
constantes, la com posición de la orina varia considerablem ente. Adem ás, algu nos importantes constituyentes del plasma, com o las proteínas, la glucosa y el
- ; contiene cantidades mínimas de la m ayor parte de los consti-
bicarbonato, no están presentes en la orina normal. Otras sustancias, com o la
■-rentes del plasma, algunas sustancias como las proteínas, la
creatinina. el N H . , el fosfato y la urea, están presentes en la orina a concentra
; -cosa y los aminoácidos no se detectan en condiciones norma-
ciones m u y superiores.
es Otras sustancias están mucho más concentradas en la orina c _e en el plasma (p. ej., la creatinina, el fosfato y la urea). N orm alm ente la orina es ligeram ente ácida en com paración r. el plasma o con el líq u id o extracelular. Su pH se halla hábi
en la diabetes insípida (v . apart. 17.8), p ero adquiere una colora
l m e n t e com prendido entre 4,8 y 7,5, aunque en las personas
ción intensa en las infecciones, y una coloración m arrón-rojiza
cue toman una dieta m ixta normal oscila entre 5 y 6 (en compa-
cuando contiene hem oglobina.
-=c:ón con el valor de 7,35-7,40 del p H del plasma). La orina re-
Adem ás de su papel fundamental en la regulación y la excre
cnte y normal tiene un olor ligeram ente característico, que
ción, los riñones también producen la hormona eritropoyetina,
_ede ser fácilm ente enmascarado p or los olores d erivados de
que regula la producción de hematíes (v . cap. 13), y una enzima,
t
: r-armiñados alim entos (p. ej., café o ajo). P ero la descomposi-
la renina, relacionada con el equ ilib rio del sodio a través de la se
: n de la orina p or acción de las bacterias p rovoca un desagra
creción del aldosterona (v . cap. 28). Tam bién forman 1,25-dihi-
c ió le olor fétid o d ebid o a la producción de amoníaco. Su color
droxicolecalciferol (también llamado calcitriol) a partir de la v ita
iracterístico se debe, principalm ente, a la presencia de pigm en-
mina D, sustancia relacionada con el e q u ilib rio del calcio (v . cap.
5 ctrr¡an) que en
grandes dimensiones, que reciben el nom bre de cálices principa
v u e lv e una red de capilares que se denom ina glomérulo. Los capi
les. Éstos, a su vez, se d ivid en en los cálices menores, que recogen
lares glom erulares se originan en una arteriola aferente y se reú
la orina de las papilas renales.
nen para formar una arteriola eferente (fig.
Como corresponde a su papel regulador del medio interno, los riñones reciben un im portante aporte sanguíneo de la aorta abdo
17-3). Entre los
capilares glom erulares hay grupos de células del sistema fagocítico denominadas células mesangiales.
minal a través de las arterias renales. Su drenaje venoso se efectúa
El túbulo proximal se origina directam ente en la cápsula de
a través de las venas renales y hacia la vena cava inferior. La cir
Bowman. M id e entre 50 y 60 |im de diám etro y 15 mm de longi-
Columna renal (tejido cortical)
Papila
____Pirámide renal (tejido medular) ----- Seno renal (grasa) ----- Cáliz mayor
------Cáliz menor Corteza
Fig. 17-1.
Sección del riñón izquierdo que
muestra sus principales características anató micas.
17.2 Orgonizaciòn anatómica del riñón y del tracto urinario
Células de la mácula densa
Tubulo colector cortical
389
Túbulo distal
Arteriola aferente Arteriola eferente
Nervios renales
".e o e conectar
Células mesangiales extraglomeru lares
Células granulares . -, .-■'Oiución distai
Células mesangiales
MBr.na densa
irruscuto ‘
Podocitos
Ovillo vascular
Membrana basal Células endoteliales capilares
c proximal descendente
CD^iuQ ¡ubcru;
Túbulo colector de la zona externa de la médula Porción ascendente gruesa
Espacio de Bowman
Túbulo proximal
REGIÓN INTERNA DE LA MEDULA rxyi ascendente delgada -
T úbulo colector de la zona interna de la médula
Fig. 17-3.
Principales características de un glomérulo renal y del apa
rato yuxtaglomerular. La pared de la arteriola aferente presenta un engrosamiento en las proximidades del punto de contacto con el túbulo dis tai, donde se hallan situadas las células yuxtaglomerulares. Estas células secretan la enzima renina en respuesta a una baja concentración de sodio en el túbulo distal.
• j
17-2.
Diagrama de una nefrona de asa corta (cortical) y de una ne-
-¿ de asa larga (yuxtamedular) que muestra su organización básica. - sérvese que la porción inicial del túbulo distal de ambos tipos de ner;na se halla en contacto con su propio glomérulo.
las nefronas de la zona más externa de la corteza renal (nefronas
corticales o superficiales) son cortas (el segm ento delgado tiene únicamente 2 mm de lon gitu d ) y algunas de ellas quedan en glo badas totalm ente por la corteza. En cambio, las asas de las nefro
:
Las células epiteliales del túbulo proxim al tienen forma de
nas más próxim as a la médula (las nefronas yuxtamedulares) son
: . ? o y son ricas en m itocondrias. Están íntimam ente unidas a la
largas y penetran profundam ente en ella (fig. 17-2). Aproxim ad a
_ : _ra del extrem o apical por tight junctions, y la superficie lumi-
mente el 15% de las nefronas del organism o humano tienen asas
está densamente cubierta de m icrovellosidades, que forman
largas, y los segmentos delgados de esas nefronas (que pueden al
_r. orom inente ribete en cepillo (fig. 17-4). Cada |im2 de la super-
canzar los 14 mm de lon gitu d ) penetran profundam ente en las pa
apical presenta aproxim adam ente 100 m icrovellosidades,
pilas renales.
¿ja una de las cuales tiene una altura aproxim ada de 3 (im; por
La parte terminal de la rama ascendente gruesa del asa de
un to, el borde en cepillo m ultiplica por aproxim adam ente 200 la
Henle y el segm ento inicial del túbulo distal establecen contacto
-r e r fic ie disponible para el transporte. Las superficies laterales
con la arteriola aferente en la p roxim idad del glom érulo, en la
las membranas basolaterales poseen un am plio conjunto de
parte en la que se origina el túbulo. El ep itelio tubular se m od ifi
r rolongaciones interdigitadas que aumentan de forma considera
ca para form ar la mácula densa y la pared de la arteriola aferente
r e su superficie. El espacio com prendido entre las regiones baso-
es más gruesa d ebido a la presencia de células yuxtaglomerulares o
: ter ales de las células se denomina espacio intercelular lateral.
granulares. Éstas son células musculares lisas m odificadas que
El túbulo proxim al conecta con el túbulo intermedio, conocido
contienen gránulos de secreción. Las células yuxtaglom erulares,
:m bién con el nom bre de porción descendente del asa de Henle.
la mácula densa y las células mesangiales asociadas forman el apa
l a este punto, las células epiteliales son delgadas y planas (el gro-
rato yuxtaglomerular ( fig . 17-3). Las células yuxtaglom erulares de
5ir de la pared es de únicamente 1-2 (J.m). En comparación con las
la arteriola secretan una enzima, denom inada renina, que inter
---•lulas de túbulo proxim al, éstas tienen pocas m itocondrias. La
viene en la regulación de la secreción de aldosterona por parte de
melgada porción descendente gira y asciende hacia la corteza,
la corteza suprarrenal. El aparato yuxtaglom erular desempeña,
_niéndose finalm ente al segm ento grueso, que tiene aproxim ada
p or tanto, un papel im portante en la regulación del balance del
mente 12 mm de longitud. Las células del segm ento grueso son
sodio (v. apart. 17.7 y caps. 12 y 28).
cúbicas y presentan amplias invaginaciones en la membrana ba-
El túbulo distal se origina en la porción ascendente del asa de
soiateral. A l igual que las células del túbulo proxim al, contienen
Henle, y m ide aproxim adam ente 5 mm de longitud. En este pun
gran cantidad de m itocondrias, hecho que sugiere que participan
to, la pared del túbulo está formada por células cúbicas parecidas
de forma im portante en el transporte activo. Las asas de H enle de
a las de la porción gruesa ascendente. Los túbulos distales de va
390
17 El riñón y lo regulación del medio interno
Tubulo distal Célula principal
Célula intercalada
m Tùbulo colector cortical
Tùbulo colector de la región interna de la médula Porción ascendente gruesa Fig. 17-4. Porción descendente delgada
Ultraestructura de las células
que forman la nefrona.
rías nefronas se unen por m edio de túbulos conectores para formar
médula (una arteriola eferente yuxtam edular) originan diversos
los conductos colectores — de aproxim adam ente 20 mm de lon gi
vasos rectos conocidos con el nom bre de vasos rectos descenden
tud— , que atraviesan la corteza y la médula en dirección a la pel
tes (vasa recta) que se encargan de irrigar las regiones medulares
vis renal. El epitelio de los conductos colectores está form ado por
interna y externa. La sangre procedente de los vasos rectos as
dos tipos de células, las células principales (o células P), relacio
cendentes drena a las venas arcuatas.
nadas con la regulación del equ ilib rio del sodio, y las células in tercaladas (o células I), que son importantes para la regulación del equ ilib rio ácido-base. La figura 17-4 muestra esquemáticamente la ultraestructura celular de la nefrona.
Los riñones están inervados por fibras nerviosas simpáticas y parasimpáticas Los riñones están bien inervados, tanto p or fibras posgangliona-
La disposición de la circulación renal es muy ordenada
res simpáticas procedentes de la cadena paravertebral simpática (T12-L2) com o por fibras eferentes procedentes del n ervio vago. Las fibras nerviosas posganglionares simpáticas viajan ju n to a las
La arteria renal penetra en el riñón por el h ilio y se ramifica para
arterias principales que irrigan la corteza renal hasta el n ivel de
form ar las arterias interlobulares que, a su vez, originan las arte
las arteriolas aferentes. Las fibras parasimpáticas del v a g o efec
rias arcuatas, que circulan alrededor de la región más externa de
túan sinapsis en un gan glio situado en el hilio, y parece ser que
la médula. Las arterias arcuatas se continúan en las arterias corti
inervan las arteriolas eferentes. La in ervación simpática es de tipo
cales radiales (denominadas en ocasiones arterias interlobulares),
adrenérgico, mientras que las fibras parasimpáticas son colin érgi-
que ascienden hacia la cápsula renal y se ramifican para formar
cas. Esta inervación proporciona a la circulación renal un control
las arteriolas aferentes de la cápsula de Bowman (fig. 17-5). Las ar-
extrínseco capaz de superar la autorregulación intrínseca (que se
teriolas aferentes son el origen de los capilares contenidos en la
exp on e en el apartado siguiente).
cápsula de Bowman, que a continuación vu e lv en a unirse para form ar las arteriolas eferentes. Las arteriolas eferentes de la parte más externa de la corteza dan lugar a una rica red de capilares que rodea los túbulos rena les (capilares peritubulares) (fig . 17-6). La sangre procedente de
17.3 El flujo sanguíneo renal se mantiene por autorregulación
estos capilares peritubulares drena, en prim er lugar, a las venas estrelladas y, a través de ellas, a las venas corticales radiales y las
En los adultos, el flu jo sanguíneo renal (es decir, el flu jo sanguí
venas arcuatas. En cambio, las arteriolas eferentes próxim as a la
neo que se d irige a los dos riñones), que ha sido m edido por di-
17.3 El flujo sanguíneo renal se mantiene por autorregulación
391
Vena estrellada
Corteza renal
Arteriola aferente
¿steria radial cortical
Gloméailo
Vena ra d ia l------cortical
Arteriola eferente
Médula Arteria arcuata •ases rectos isceodentss
Vena arcuata
Fig. 17-5.
Diagrama que representa las caracte
rísticas principales de la circulación renal. Se mues tra la circulación después de la ramificación de la arteria renal para formar la arteria interlobular. La sangre arterial se representa en rojo y la sangre ve
■3sos rectos ascendentes
Arteria interlobular
nosa, en azul. Obsérvese que las arteriolas eferentes de las nefronas superficiales son el origen de los ca
Vena interlobular
pilares peritubulares, mientras que las de las nefro nas yuxtaglomerulares son el origen de los vasos rectos que penetran profundamente en la médula renal (vasa recta).
ersos métodos, equ ivale aproxim adam ente a 1,25 1 • min 1 o al
terna de la médula y 20 veces más que la zona interna— . Si la pre
: ' ' o del gasto cardíaco en reposo. La corteza renal es la zona que
sión arterial experim enta oscilaciones dentro del in tervalo com
recibe m ayor flu jo sanguíneo — unas 5 veces más que la zona ex-
p ren dido entre 10 y 26 kPa (80-200 m mHg), el flu jo sanguíneo re nal se mantiene considerablem ente constante (fig. 17-7). Esta es tabilidad
se mantiene después de
la denervación
y
puede
observarse en riñones aislados y perfundidos, con lo cual queda -------- Vena estrellada
claro que se debe a mecanismos renales intrínsecos. Recibe el nom bre de autorregulación.
Arteriola aferente Arteriola eferente
¿Cuáles son los mecanismos responsables de la autorregula ción? Para explicarlos se han planteado dos hipótesis: la hipótesis
miogénica y la hipótesis metabólica. La hipótesis miogénica propone que la autorregulación se debe a la respuesta de las arteriolas rena
Capilares peritubulares
les al estiramiento. La elevación de la presión distenderá la pared de la arteriola, generará tracción sobre las fibras musculares lisas y provocará una respuesta contráctil. Esto aumentará la resistencia
Arteria radial
vascular y reducirá el flujo sanguíneo (v. también cap. 15, apart. 15.9). La hipótesis metabólica propone que los metabolitos deriva dos del tejido renal mantienen cierto grado de vasodilatación. El
Arteria arcuata
aumento de la presión de perfusión conducirá a un aumento del flu jo sanguíneo, hecho que, a su vez, determinará una m ayor eli
Vena arcuata
minación de dichos metabolitos y reducirá así la vasodilatación.
Vasos rectos descendentes
trico, también pueden actuar com o vasodilatadores. Además, se ha
Otros factores humorales, como las prostaglandinas y el óx id o ní propuesto que la mácula densa del aparato yuxtaglom erular inter Vasos rectos ascendentes
viene en el mantenimiento del tono vasom otor de las arteriolas afe rente y eferente del glom érulo (v. apart. 17.5). En resumen, es pro bable que tanto factores m iogénicos como metabólicos sean los res ponsables del mantenimiento del flu jo sanguíneo en el riñón. A pesar de la existencia de una potente autorregulación, el flujo sanguíneo renal está sometido a modulación; por ejemplo, disminu
Fig. 17-6.
Vascularización de las nefronas corticales y yuxtamedulares.
y e durante el ejercicio y tras una hemorragia grave. Esta regulación
392
17 (I rinofl y lo regulodón del medio interno
Fig. 17-7.
Autorregulación del flujo sanguí
neo renal. En un riñón aislado de perro se per mitió inicialmente que el flujo sanguíneo renal se estabilizara a una presión de perfusión de 13,3 kPa {100 mmHgj. A continuación mentó de forma brusca la presión de perfusión hasta un nuevo valor, y se midió inmediata mente el flujo sanguíneo después del cambio de presión (círculos blancos y linea azul). Des pués de un breve período de tiempo, el flujo sanguíneo se estabilizó a un nuevo nivel (como muestran los circuios rojos y la linea roja). Los kpa
datos muestran que el flujo sanguíneo renal en estado estacionario se mantiene básicamente
mmHg
constante cuando la presión arterial se eleva
Presión de perfusión
por encima de 10 kPa (75 mmHg).
17.4 La nefrona regula el medio interno mediante ultrafiltración y modificación selectiva del filtrado
adicional se logra tanto por acción de los nervios renales como por acción de los factores humorales que circulan en la sangre. Como he mos visto anteriormente, la inervación de los riñones procede tanto de la división simpática como de la división parasimpática del siste ma nervioso autónomo. La estimulación simpática provoca la vaso constricción de las arteriolas aferentes y reduce asi el flujo sanguí
La regulación de la com posición plasmática se realiza a través de
neo renal. El papel de las fibras colinérgicas queda menos claro,
tres procesos clave:
pero podrían ser vasodilatadoras. Tanto la epincfrina como la norepinefrina provocan vasoconstricción en la circulación renal, pero la segunda actúa fundamentalmente en la corteza. Estos factores son los responsables de la disminución del flujo sanguíneo renal que tie
1.
Filtración.
2.
Reabsorción.
3.
Secreción.
ne lugar durante el ejercicio. La angiotensina II y la hormona anti
En prim er lugar, parte del plasma que flu y e a través de los
diurética (vasoprcsina) también son vasoconstrictoras poderosas, e
capilares glom erulares atraviesa la pared capilar d ebid o a la pre
intervienen de forma importante en la regulación del flujo sanguí
sión hidrostática de la sangre y alcanza el espacio de Bowman
neo renal, sobre todo tras una hemorragia importante.
(filtración ). Después, a m edida que este líqu id o discurre a lo lar
En la figura 17-8 se recogen los valores de las presiones m e
g o de los tú bu los renales, su com posición es m odificada tanto
dias en determ inados puntos clave de la circulación renal. Obsér
por la reabsorción de algunas sustancias com o por la secreción de
vese que la vasoconstricción en las arteriolas aferentes reduce la
otras. La reabsorción se d efin e com o el m ovim ien to de una sus
presión en los capilares glom erulares y que la vasoconstricción en
tancia desde el líq u id o tubular hasta la sangre, y éste tiene lugar
las arteriolas eferentes, en cambio, la aumenta.
a través de las células tubulares (vía transcelular) o entre las pro-
Arteria renal
Arteriolas aferentes
1 Capilares 1glomerulares i l l l 1 Arteriolas 1 eferentes 1 contraídas
Arteriolas eferentes
Capilares peritubulares
Vénulas y venas renales
16
Fig. 17-8. Caída de la presión sanguínea me dia a lo largo del circuito renal. Obsérvese que la presión es relativamente elevada en los capi
12
lares glomerulares, mientras que en ios capila res peritubulares (2 kPa o 15 mmHg) es inferior a la presión oncótica del plasma (que aquí tiene un valor aproximado de 4,7 kPa o 35 mmHg). Por consiguiente, la reabsorción de líquidos se
|3resiolutos hacia el exterior del líqu id o tubular. La secreción parace-
de los líqu id os corporales es relativam en te elevada (> 290 mos-
!ular tiene lugar cuando estas fuerzas favorecen el m ovim ien to
mol • kg '), el agua se absorbe bajo el efecto de la hormona anti diurética (o vasopresina, A D H ) y se elim ina una orina con cen
Las fases principales en la form ación de la orina se ilustran
trada. Si la osm olalidad de los líqu id os corporales es rela tiva
en la figu ra 17-10 y se pueden resum ir de la manera siguiente.
m ente baja (< 285 mosmol • k g -1), se segrega poca cantidad de
En prim er lugar, aproxim adam ente la quinta parte del plasma se
A D H y se elim ina una orina diluida.
filtra hacia el espacio de Bowman, desde el que alcanza el túbu-
En 1921, W earn y Richards demostraron que la nefrona tra
lo proxim al. A q u í, muchas sustancias son reabsorbidas mientras
baja de esta manera m ediante la obtención de muestras que liq u i
que otras son secretadas. El túbulo p roxim al reabsorbe toda la
do de la cápsula de Bowman con la técnica de m icropunción (cua
glucosa y los am inoácidos filtrados, así com o la m ayor parte del
dro 17.1). El análisis de este liqu id o demostró que tenía la misma
sodio, el cloruro y el bicarbonato. La reabsorción de estas sus
com posición que el plasma excep to por la cantidad de proteínas,
tancias se acompaña de un e qu ivalen te osm ótico de agua, de ma
que es m uy escasa.
nera qu e hacia el final del tú b u lo proxim al ya se han reabsorbi
La explicación más sencilla de esta observación clave es que el
do aproxim adam ente las dos terceras partes del líq u id o filtrado.
líqu id o capsular se forma mediante el filtrado del plasma con e x
Dado que esta fase de reabsorción no está estrecham ente rela
cepción de las proteínas plasmáticas, perm itiendo el paso lib re de
cionada con el e q u ilib rio ión ico del cuerpo, a m enudo se deno
iones y de moléculas pequeñas com o el sodio y la glucosa. La fun ción que desarrollan los demás segmentos se ha estudiado m e diante la obtención de muestras pequeñas del líqu id o tubular con la técnica de m icropunción, para su posterior análisis quím ico. En
el m antenim iento de un grad iente osm ótico en la m édula renal. Lo consigue m ediante el transporte de cloru ro sódico desde el lí
una variante de este abordaje, se realiza la perfusión de segm en
qu id o tubular hasta el tejid o que rodea a los túbulos (el intersti
tos aislados de la nefrona m ediante un pequeño volum en del lí
cio), sin perm itir la captación osm ótica de agua. El resultado es
quido, que después se analiza para determ inar cuáles son las sus
que la osm olalidad del líq u id o que abandona el asa de H enle es
tancias que han sido reabsorbidas o secretadas.
O M AM O N,
I : el potasio plasmático es elevado, aumentará la captación de
en iones hidrógeno y bicarbonato. A continuación los iones bicar
-
bonato abandonan las células tubulares por medio de un intercam
^ . r en el interior de las células a través de la Na*/K"-ATPasa;
s : pe tasio plasmático es elevado, aunque sea en una cantidad
biador de bicarbonato-cloro.
r¿n -■ecueña como 0,2 mmol • l ' 1, aumenta la secreción de aldoste-
La secreción activa de iones hidrógeno hacia la luz del túbulo
- - ; r : r las células de la zona glom erular de la corteza suprarre-
distal y de los conductos colectores provoca una caída del pH del
Esto, a su vez, estimula la producción de más moléculas de
líqu id o tubular, que puede alcanzar valores tan bajos como 4-4,5
\ '-A T P asa por parte de las células P, que se insertan en las
— mucho más bajos que en cualquier otro punto de la nefrona— .
- ; - : : ; n a s apical y basolateral, respectivam ente. T od os estos
Dado que las membranas apicales de las células del túbulo distal y
V.
. — ríos incrementan la captación de sodio por el tùbulo y au-
de los túbulos colectores tienen una perm eabilidad pasiva a los
- : r.rar. la secreción de potasio por las células P. El efecto final es
protones m uy baja, éstos no pueden difundir retrógradam ente ha
. : rea lización de la concentración plasmática de potasio.
cia las células tubulares. Dado que un pH de 4 corresponde a una concentración de ion hidrógeno libre de solamente 0,1 mmol • l’ 1, sólo 0,15 mmol de ion hidrógeno libre pueden ser excretados cada
Las células intercaladas regulan el e q u ilib r io ácido-base secretando iones h id ró gen o
día en un flu jo urinario diario normal de 1,5 1. N o obstante, el or ganismo necesita excretar aproxim adam ente 50 mmol de ácido no volátil cada día, que deriva, fundamentalmente, del catabolismo de los aminoácidos cisteina y metionina, que contienen azufre.
- -- -u e la mayor parte del bicarbonato filtrado se reabsorbe en el
Para perm itir la excreción de esta cantidad de ácido no volátil, el
. r _.o proxim al y en el asa de Henle, la concentración que llega al
riñón tampona iones hidrógeno con fosfato y genera base por m e
.:
3 distal es de 1 a 2 mmol • 1 '. En circunstancias normales todo
dio de la secreción de iones amonio.
- ■; b¡carbonato es reabsorbido. El mecanismo empleado por las cé_ : ■ .ntercaladas difiere del utilizado en el tùbulo proximal. Las : —as intercaladas secretan activamente iones hidrógeno hacia la - i ro r medio de una bomba dependiente de A T P (fig. 17-22). . rr. en el tùbulo proxim al, la reducción del pH del líquido tubu. ■ favorece la conversión de iones bicarbonato en d ióxid o de car- : no y agua, y el dióxido de carbono liberado difunde siguiendo
Los iones de calcio se reabsorben desde el tú bu lo distal gracias a un proceso activo que puede ser estimulado por la h orm ona paratiroidea
- ¿radiente de concentración hacia el interior de las células tubu-
Aproxim adam ente el 70% de la carga filtrada de calcio se reabsor
-l.-í -s. donde la anhidrasa carbónica cataliza la formación de ácido
be en el túbulo proxim al, el 20% se reabsorbe en la porción ascen
ronico en las células intercaladas. El ácido carbónico se disocia
dente del asa de Henle y la cantidad restante se reabsorbe, m ayoritariamente, en el túbulo distal y el conducto colector cortical. Sólo
Resumen 1.
La primera parte del túbulo distal continúa la dilución del líqu i do tubular que se inició en la porción ascendente gruesa del asa de Henle.
2.
El epitelio de la segunda parte del túbulo distai y del túbulo co lector está formado por dos tipos de células, las células P y las cé lulas intercaladas. Las células P absorben sodio y agua. También secretan potasio al liquido tubular. Las células intercaladas secre tan iones hidrógeno y reabsorben bicarbonato. Como en el resto de la nefrona, estos movimientos iónicos dependen de la bomba de sodio de la membrana basolateral.
3.
La captación de sodio y la secreción de potasio están reguladas ampliamente por la hormona aldosterona, que, a su vez, es regu lada por la secreción de la enzima renina por parte de las células yuxtaglomerulares de las arteriolas aferentes.
4.
Aunque el movimiento transcelular de calcio es el responsable de aproximadamente una tercera parte de la captación de calcio en el túbulo proximal, en el túbulo distai toda la captación de calcio se efectúa a través de la ruta transcelular. Esta captación está mediada por el influjo pasivo de calcio en las células — provocado por su gra diente electroquímico— y está acoplada a la extrusión activa de cal d o a través de la membrana basolateral. Esta captación de calcio la
Mecanismo a través del cual las células intercalares de la
estimula la hormona paratiroidea (PTH). En cambio, la reabsorción
mago. Probablem ente, esta enzima sólo queda inactivada
blando hacia la pared faríngea posterior im pidiendo asi que el
-pués del m ezclado com pleto del con tenido del bolo con el
alim ento in gerid o se introduzca en la nasofaringe. Tam bién in i
- í o gástrico.
cia una onda de contracción peristáltica que empuja el b olo a tra vés del esfínter esofágico superior, que está relajado, en direc ción al esófago. La laringe se eleva, de m odo qu e la ep iglotis cu
D eglución
bre la abertura de la nasofaringe a la tráquea y la abertura esofágica se tracciona. A l mismo tiem po, se inhibe la respiración
■.a vez com pletada la masticación y form ado el bolo alim enticio
(apnea de deglución). De este m odo se evita la entrada de alim en
-ricado, éste es deglutido. El alim ento pasa hacia la región pos
to en la tráquea.
t o r de la boca para penetrar en la orofaringe y, a continuación,
Las lesiones del centro de la deglución en el SNC o de los ner
a laringofaringe, que son puntos de paso comunes para el ali-
vios glosofaríngeo y vago, que transportan los impulsos eferen
-.ento, los líquidos, y el aire.
tes, provocan dificultades de deglución (disfagia). Los aconteci
La prim era fase (oral) de la deglución es voluntaria, pero las :apas posteriores — faríngea y esofágica— están sometidas a un >ntrol autónom o reflejo (in volu ntario). Durante la fase oral de la
mientos principales del reflejo de deglución se ilustran en la fig u ra 18-11. En la fase esofágica final de contracción, la onda de contrac ción peristáltica que se inició en la faringe continúa a lo largo de
Miedo
Reflejos condicionados
Deshidratación
todo el esófago. Dura unos 7-10 s y, habitualmente, es suficiente para impulsar el bolo hacia el in terior del estómago. Si no es capaz de hacerlo, la distensión resultante del esófago inicia un reflejo vagovagal que desencadena una segunda onda peristáltica. La
Centros superiores del cerebro
submucosa del esófago contiene glándulas que secretan m oco en respuesta a la presión provocada p or un bolo alim enticio. Este m oco ayuda a lubricar el esófago y facilita el transporte de ali
© •'
mento. El arco reflejo que desencadena la deglución se ilustra en
i' ©
la figura 18-12.
Sabor
El tiem po que tarda el alim ento en descender por el esófago Masticación
depende de su consistencia y de la posición corporal. Los líquidos tardan sólo 1-2 s en alcanzar el esfínter cardial, pero los alimentos
Olor
sólidos pueden tardar mucho más. El proceso cuenta normalmen te con la ayuda de la gravedad. A la altura de la unión entre el SNS
SNP
esófago y el estóm ago existe un ligero engrosam iento del múscu lo liso circular del tracto GI, que recibe el nom bre de esfínter eso fágico in ferior (denom inado también esfínter cardial o gastroesofágico). El esfínter cardial actúa com o una válvula: permanece ce rrado cuando no se está deglutien do ningún alim ento para evitar la regurgitación de éste, así com o de ju gos gástricos. Justo antes de que la onda peristáltica (y el alim ento) alcance el final del esó fago, el esfínter esofágico in ferior se relaja para perm itir la entra
Fig. 18-10.
Resumen de los principales factores que influyen sobre la
secreción de saliva. SNP, sistema nervioso parasimpàtico; SNS, sistema nervioso simpático.
da del b olo en el estómago. En ciertas condiciones se puede producir el reflu jo gastroesofágico del contenido ácido del estómago. Si el esfínter esofágico
430
18 Sistema digestivo
in ferior permanece relajado durante períodos de tiem po prolon gados, o bien si la presión abdom inal supera a la del tórax, el con tenido ácido del estóm ago puede introducirse en el esófago (re flujo). El reflu jo prolon gado o excesivo puede causar inflam ación esofágica con aparición de un dolor retroesternal de carácter que Lengua
mante en la zona entre el epigastrio y la garganta (pirosis). Estos Faringe Epíglotis
Resumen
Glotis Esfínter faringoesotágico
1.
Hn la boca, el alimento se mezcla con la saliva a medida que va sien do masticado. Tres pares de glándulas salivales (parótidas, submaxilares y sublinguales) segregan aproximadamente 1.500 mi de sali
Tráquea
va cada dia. Ésta contiene moco, que ayuda a lubricar el alimento, y una OC-amilasa, que inicia la digestión de los hidratos de carbono. 2.
I.as células acinares de las glándulas salivales producen un líqui do '¡«nórtico por secreción de electrólitos y agua. Este líquido su fre modificaciones a medida que fluye por los conductos saliva les. de modo que la composición final de la saliva depende de la velocidad a la que fluye.
3.
T.a secreción salival está controlada por reflejos mediados por el sistema nervioso autónomo. La estimulación parasimpática pro mueve una abundante secreción de saliva acuosa, rica en amilasa y en moco. El flujo sanguíneo en dirección a las glándulas saliva les también aumenta. La estimulación simpática promueve la se creción de amilasa, pero reduce el flujo sanguíneo hacia las glán dulas. El efecto global de la estimulación simpática consiste, en general, en una reducción de la tasa de secreción salival.
4.
La deglución consta de tres fases. La primera u oral es voluntaria, pero las fases posteriores están sometidas a un control autónomo reflejo. Cuando se inicia la deglución, se desencadena una onda peristáltica que empuja el bolo alimenticio a través del esfínter
Fig. 18-11.
Acontecimientos que se producen durante la deglución (a-
esofágico superior y hacia el interior del esófago. Esta onda de
d) a medida que el bolo alimenticio se desplaza desde la boca hasta el esó
contracción se mantiene durante varios segundos y m ueve el bolo
fago.
hacia el esfínter esofágico inferior, que se relaja para permitir la entrada de alimento en el estómago.
----- NTS ----- Núcleo ambiguo
Cadena simpática
Fig. 18-12. Vías nerviosas relacionadas con el reflejo de la deglución. NTS, núcleo del tracto solitario.
18.4 Estómago
431
entornas suelen exacerbarse por el embarazo, la inclinación del
Las regiones principales del estómago se ilustran en la figura
cuerpo hacia delante, al acostarse o el consumo de cantidades e x
18-13. La región cardial del estóm ago (cardias) rodea el orificio
cesivas de comida, todas ellas situaciones en las que la presión in-
cardial, por el cual el alim ento penetra en el estómago. La parte
traabdominal aumenta. Muchas personas de edad avanzada que
del estóm ago que se extien de por encima del orific io cardial se de
sufren reflu jo gastroesofágico padecen una hernia de hiato, un
nomina fundus, mientras que la porción media recibe el nombre
trastorno en el que la parte proxim al del estóm ago presenta her-
de cuerpo. Éste se continúa con la región pilórica, que tiene forma
niación a través del orific io diafragm ático por el que pasa el esó-
de embudo. La porción superior y más ancha de la región p ilóri
:^go (el hiato esofágico) hacia la cavidad torácica.
ca es el antro, que se estrecha para form ar el canal pilórico, que, a su vez, termina en el mismo piloro. La porción con vexa del estó m ago recibe el nom bre de curvatura mayor, mientras que la cón
18.4 Estómago
cava es la curvatura menor. El fundus y el cuerpo del estóm ago actúan com o reservorio
? ->r debajo del esófago, el tracto GI se continúa con el estómago,
tem poral de alimento. Pueden almacenar grandes volúm enes de
ca e se sitúa en la parte izquierda de la cavidad abdominal. Las
alim ento sin experim entar cambios apreciables en la presión in-
ranclones del estómago incluyen:
tragástrica, ya que el músculo liso de estas áreas se relaja en res puesta a la presencia de alimento. Este reflejo está m ediado, al me
Alm acenam iento tem poral del alimento. Fragmentación mecánica del alim ento en partículas pequeñas. Digestión quím ica de las proteínas en p olipéptidos por acción de las pepsinas. •
Regulación del paso del quim o hacia el intestino delgado. Secreción del factor intrínseco, esencial para la absorción de la vitam ina B]2.
nos en parte, por fibras aferentes y eferentes que viajan por el n ervio v a g o y provocan una inhibición del tono muscular. La ac tivid ad contráctil en el fundus y en el cuerpo es relativam ente dé bil, de m odo que el alim ento permanece en ellos quieto durante períodos de tiem po bastante prolongados. En cambio, en la región antral se producen contracciones vigorosas que contribuyen a la fragm entación del alim ento en partículas más pequeñas y al m ez
El estóm ago se comunica con el esófago a través del esfín ter esofágico inferior (cardial), y con el duodeno a través del es-
clado de éste con ju g o gástrico para formar el quim o, la forma scm ilíquida que pasa al duodeno.
■ nter pilórico. La figura 18-1 muestra su posición en relación con . is órganos. Tiene unos 25 cm de longitud y forma de « J » , aun_ue su tamaño y forma varían de unos individuos a otros y en
Irrig a c ió n e inervación del estómago
•unción de su grado de repleción. Cuando el estómago está vacío, ::ene un volum en aproxim ado de 50 mi, y su mucosa y submuco-
Las arterias gástricas, que aportan sangre arterial al estómago, son
¡ se disponen en grandes pliegues longitudinales denominados
ramas de la arteria celíaca que forman un p lexo de vasos en la
restas. Cuando está totalm ente dilatado, el estómago tiene una
submucosa. A partir de aquí, los vasos se ramifican ampliamente
. jpacidad de hasta 4 1.
para proporcionar a la capa mucosa una rica red de vasos. El dre naje venoso se efectúa a través de las v e g as gástricas que desem bocan en la vena porta, que lleva la sangre hacia el higado. El flu Fundus
jo sanguíneo en dirección a la mucosa gástrica aumenta de forma significativa cuando el estóm ago es estimulado para segregar ju g o gástrico en respuesta a una ingesta. Los linfáticos del estómago discurren ju n to con las arterias y drenan en los ganglios linfáticos que rodean a la arteria celíaca.
Cardias
Curvatura menor Esfínter pilórico
Pliegues rugososcrestas
El estóm ago está ricam ente in ervad o tanto por n ervios in trínsecos com o por nervios extrínsecos. Las neuronas intrínsecas se encargan de la inervación del músculo liso y de las células se cretoras gástricas. Sus axones hacen sinapsis con fibras extrínse
Cuerpo del estómago
cas. La inervación extrínseca incluye fibras simpáticas proce dentes del p le x o celiaco y de neuronas vagales parasimpáticas. A lgunas fibras aferentes tam bién inervan el estómago. Éstas son
Curvatura mayor
sensibles a diversos estímulos, inclu yen d o la distensión y el d o lor. Muchas fibras aferentes salen del tracto G l a través del ner v io va g o y de los nervios simpáticos. Otras forman las ramas afe rentes de los arcos reflejos intrínsecos m ediados p or el SNE.
Duodeno
Fig. 18-13.
Antro pilórico Vista lateral del estómago que muestra sus principales rc-
_-ones anatómicas y las crestas.
Estructura de la mucosa gástrica La organización básica de la pared gástrica es parecida a la que muestra la figu ra 18-2. Adem ás de las capas musculares lon gitu
432
18 Sistema digestivo
dinal y circular, existe, en la cara anterior y posterior del estóma
2.
Células principales. Se sitúan en las regiones basales de las glándulas gástricas y segregan pepsinógeno, la form a inactiva
go, una capa adicional de músculo situada entre la membrana mu
de la enzima proteolítica pepsina.
cosa y la capa circular. Las células musculares lisas que forman esta capa tienen una orientación oblicua, y pueden intervenir en
3.
Células parietales u oxinticas. Se reparten entre las células principales. Segregan ácido clorhíd rico y fa c to r intrínseco.
los m ovim ientos destinados a m oler v agitar el contenido gástrico. La capa circular de músculo liso muestra un grosor variable en las
4.
Células enteroendocrinas. Segregan diversos péptidos regula
diferentes zonas del estómago. Es relativam ente fina en el fundus
dores, que pasan al torrente circulatorio y ejercen efectos so
y en el cuerpo pero muestra un grosor m ayor en la región antral,
bre la m otilidad y los procesos secretores en el tracto GI.
en la que tiene lugar la actividad contráctil más intensa. Presenta un engrosam icnto todavía m ayor en el píloro, donde el músculo circular forma un esfínter que regula el vaciam iento gástrico.
En el fundus y en el cuerpo gástrico, las células principales y oxinticas son abundantes. En las regiones antral y pilórica, las cé
La mucosa gástrica contiene diversos tipos de células secreto
lulas oxinticas son mucho menos numerosas; el moco, los pepsi-
ras. El epitelio superficial de la mucosa gástrica es un ep itelio co-
nógenos y la gastrina son sus principales secreciones. En la región
lumnar simple com puesto casi enteram ente por células secretoras
cardial del estómago, las glándulas gástricas están formadas casi
que producen un líqu id o alcalino protector qu e contiene moco.
exclusivam ente por células secretoras de moco. Dadas estas varia
Esta capa epitelial contiene m illones de erigías ga sifica s d e gran
ciones regionales en la estructura, los efectos precisos de la gas-
profundidad, que no son más que depresiones a las cuales se vie r
trectomía parcial dependen de la zona del estóm ago extirpada.
ten las secreciones de las glándulas gástricas. Existen aproxim a damente 100 criptas en cada m ilím etro cuadrado de la mucosa, y
Resumen
ocupan aproxim adam ente el 50% de su superficie total. Las glá n dulas gástricas contienen varios tipos de células cuya naturaleza
1.
exacta difiere en función de la región del estómago. La figura 18-14
tación y amasado del alimento para producir el quimo. y secre ción de ácido, enzimas, moco y factor intrínseco.
representa esquemáticamente una glándula gástrica con las loca lizaciones de los diversos tipos de células glandulares.
Las funciones del estómago son: almacenamiento, mezclado, agi
2.
Además de las capas musculares lisas circular y longitudinal, la pared del estómago posee una tercera capa muscular, situada
Las glándulas gástricas contienen cuatro tipos de células:
oblicuamente, que promueve los movimientos de agitación.
1.
Células mucosas del cuello. Se sitúan en la abertura de las glán
3.
El epitelio superficial de la mucosa gástrica está compuesto casi
dulas gástricas y segregan un m oco distinto del de las células
exclusivamente por células caliciformes que segregan un líquido
epiteliales superficiales. Su sign ificado concreto todavía se
alcalino que contiene moco. Las glándulas gástricas vierten su se
desconoce.
creción en las criptas gástricas del epitelio. Las glándulas contie nen células mucosas, células principales que segregan pepsinógenos, y células parietales, que producen ácido gástrico y factor in
Luz Cripta gástrica
trínseco. También existen diversas células endocrinas, como, por ejemplo, las células G. que segregan gastrina.
18.5 Composición del jugo gástrico El liqu id o segregado en el interior del estómago por las glándulas gástricas se denomina ju go gástrico. Contiene sales, agua, ácido clorhídrico, pepsinógenos, factor intrínseco y moco. La com posi ción exacta y la tasa de producción del ju g o gástrico vienen de terminadas por las actividades relativas de los diferentes tipos de células de las glándulas gástricas, y varían en función del tiem po transcurrido desde la última ingesta de alimento. Los adultos se gregan cada día entre 2 y 3 1 de ju g o gástrico. Las pruebas clínicas de la función secretora gástrica, inclu y en d o la recogida de ju g o gástrico con una sonda gástrica, han m ostrado cjue durante el ayuno existe una secreción escasa o nula de ju g o gástrico, y que el estómago contiene sólo aproxim ada m ente 30 mi de líquido. Tras la ingestión de una comida de prue ba (com o un caldo ligero), el pH del contenido gástrico aumenta, ya que el ácido presente es neutralizado, pero durante los si guientes 90 m in cae progresivam ente a m edida que las células oxinticas de las glándulas gástricas van segregando ácido clorhí Fig. 18-14.
Representación de una glándula gástrica para mostrar los
diversos tipos de células secretoras que Contiene.
drico. La producción de todos los demás constituyentes del ju g o gástrico también se incrementa después de una ingesta.
433
18.5 Composición del jugo gàstrico
mposición electrolítica del ju g o gástrico depende de su
en el cuerpo del estómago. La m ayoría de estas células sólo segre
- ■ j j d de secreción. Cuando la velocidad de secreción aumen-
gan HC1 si han sido estimuladas. En el citoplasma de las células no
: ncentración de sodio dism inuye, al tiem po qu e la de iones
estimuladas existe un com plejo sistema arboriform e de estructu
»
; - >¿fno crece. El n ivel de iones potasio es siempre eleva do en :
.¿
gástrico, y superior al del plasma. Por este m otivo, vóm i-
ras tubulares derivadas del retícu lo endoplásm ico. Estas estruc turas están recubiertas por m icrovellosidades y poseen el aparato
=s . - .ndantes y prolongados pueden p rovocar una hipopotase
secretor de iones hidrógeno. Cuando las células parietales son es
- . - ■■d bajo de potasio en plasma).
timuladas (es decir, después de una comida), las estructuras tu bulares se fúnden para form ar unas invaginaciones profundas de la membrana apical que se conocen con el nombre de canalículos
Formación de ácido en el estómago
secretores. La form ación de canalículos provoca un gran aumento (de hasta 10 veces) de la superficie de la membrana de la célula pa
£ r - ¿el ju g o gástrico es m uy bajo (p H = 1-3). A u n qu e el HC1 no
rietal, y acerca un gran número de puntos de bom beo de ion hi
s r
d rógen o al líqu id o luminal.
. .al para el conjunto del proceso digestivo, el am biente al-
. - ; - c ácido que crea es im portante por varios m otivos:
La figura 18-15 resume los procesos m etabólicos implicados en la producción de ácido por parte de una célula parietal. La cé
..Ja a digerir el tejid o con ju n tivo y las fibras musculares
lula excreta iones cloruro en contra de un gradiente tanto quím i
ze la carne ingerida.
co com o eléctrico. Los iones h id rógeno se m ueven a fa v o r de un
-. .'iv a los pepsinógenos.
gradiente eléctrico, pero en contra de un gradiente de concentra
rr- porciona unas condiciones óptimas para la actividad de las
ción m uy alto (de hasta un m illón a uno). Por tanto, el proceso de
rvpsinas.
producción de ácido es altamente dependiente de energía, y las
i
combinarse con calcio y hierro para formar sales solubles ¿ . jd a a la absorción de estos minerales. -
células parietales contienen numerosas mitocondrias. En Ja actualidad, se sabe que existe un sistema único de trans
■u¿ com o un im portante mecanismo de defensa para el es-
porte de membrana en Ja membrana canalicular de las células pa
-íago, ya que destruye buena parte de las bacterias que po-
rietales. El sistema es condu cido p or una H /K*-ATPasa y utiliza
cr.an provocar una infección (p. ej., fieb re tifoidea, salmone-
energía derivada de la hidrólisis del A T P para bom bear iones hi d rógeno al exterior de la célula e intercam biarlos por iones de po
>.s. cólera y disentería). E. je id o gástrico es segregado por las células parietales de las
tasio. Existen dos vías a través de las cuales los iones cloruro pue
c-ias gástricas, situadas predom inantem ente en el fundus y
den salir de la célula. En prim er lugar, a través de un canal de clo
Ácido gástrico
l-T CI
Tight junction entre las células parietales en la membrana luminal Bomba de protones
>*xondnas
Canalículos
Fig. 18-15.
Etapas de
la formación y la secre ción de ácido gástrico por una célula parietal
Marea alcalina en el plasma
(oxíntica).
3
AC.
drasa carbónica.
anhi-
434 1
18 Sistemo digestivo
ruro del canalículo secretor y, en segundo lugar, a través de un
m iento de por vida con inyecciones intramusculares de vitamina
sistema de cotransporte de potasio-cloro, que facilita la salida de
B,, hace desaparecer esta anemia y puede perm itir la superviven
este último. Por tanto, los iones potasio entran y salen continua
cia de los pacientes incluso después de una gastrectomia total.
mente de la célula: salen ju n to a iones cloruro y vu elven a entrar intercam biándose por iones hidrógeno. Los propios iones hidrógeno derivan de procesos oxid ativos que se producen en el interior de la célala (fig . 18-15); estos pro
¿Por qué el estómago no se d ig ie re a sí mismo?
cesos también dan lugar a la form ación de iones hid roxilo, que asociados con ácido carbónico generan iones bicarbonato que sa
La mucosa gástrica está expuesta a unas condiciones químicas e x
len de la célula intercam biándose por iones cloruro en la m em
tremadamente duras. El ju g o gástrico tiene una acidez corrosiva y
brana basolateral. Estos son los iones cloruro que proporcionan el
contiene enzimas que digieren las proteínas. Para protegerse a sí
cloro que abandonará la célula en la membrana canalicular por el
mismo, el estómago crea lo que se denomina una barrera mucosa.
canal de cloruro y el cotransportador de potasio-cloro. Puesto que
Tres factores contribuyen a generar esta barrera. En prim er lugar,
durante la secreción de ácido por parte del estóm ago se añade bi
las tight junctions que hay entre las células del ep itelio de la mu
carbonato al plasma, la sangre venosa que drena el estóm ago es
cosa ayudan a preven ir la penetración del jugo gástrico en las ca
más alcalina que la sangre arterial. Esta característica se conoce
pas subyacentes del tejido. En segundo lugar, el m oco secretado
con el nombre de «m area alcalina».
por las células epiteliales superficiales y por las células del cuello de las glándulas gástricas se adhiere a la mucosa gástrica y forma una capa protectora de 5 a 200 |lm de grosor. Este m oco es alcali
Secreción de enzimas por las glándulas gástricas La secreción gástrica de ácido va acompañada por la liberación de diversas enzimas proteolíticas por parte de las células principales de las glándulas gástricas. Estas enzimas reciben el nombre genéri co de pepsinas. Se segregan en forma de precursores inactivos lla mados pepsinógenos y se hallan contenidos en los gránulos de cim ógeno unidos a la membrana que se liberan por exocitosis cuan do las glándulas gástricas son estimuladas. En el ambiente ácido del estómago, los pepsinógenos se convierten en pepsinas activas. Las pepsinas muestran su m ayor actividad proteolitica a unos valores de pH inferiores a 3. Las pepsinas gástricas son endopeptidasas, es decir, hidrolizan uniones peptídicas dentro de la molécula de pro teína para liberar polipéptidos y algunos aminoácidos libres. Aun que la digestión de las grasas en el estóm ago es p robable mente despreciable, las glándulas gástricas segregan una lipasa que actúa dentro del am plio in tervalo de pH com prendido entre 4 y 7, y que es estable a los bajos niveles de pH que se observan en el ju g o gástrico. Muestra su máxima actividad sobre los triglicéridos de cadena corta de la leche, y probablem ente tiene una importancia m ayor en los niños que en los adultos.
no porque las células epiteliales superficiales segregan un líqu id o acuoso rico en iones bicarbonato y potasio. Cuando se ingiere ali mento, las tasas de secreción tanto de moco com o de líqu id o alca lino aumentan y, a consecuencia de ello, las superficies del epite lio gástrico quedan bañadas por su prop io líqu id o protector y protegidas del contacto directo con el contenido gástrico potencialm ente lesivo, finalm ente, las prostaglandinas, en especial las de la serie E, parecen desempeñar un papel im portante en la pro tección de la mucosa gástrica. Aum entan el grosor de la capa de gel mucoso, estimulan la producción de bicarbonato y provocan la vasodilatación de la m icrovasculatura de la mucosa. Esto m ejo ra el aporte de nutrientes a cualquier área dañada de la mucosa, al tiem po que el increm ento del contenido de bicarbonato en el lí qu id o neutraliza el ácido gástrico y optim iza con ello las con di ciones para la reparación del tejido. Las células epiteliales de la mucosa gástrica están sometidas a un proceso dinámico de crecim iento, m igración y descamación (exfoliación). En realidad, el ep itelio gástrico se renueva conti nuamente y esto proporciona una protección adicional contra el daño p rovocad o por un ambiente hostil. Las células epiteliales da ñadas se descaman y son sustituidas por células nuevas derivadas de células madre relativam ente indiferenciadas que m igran hacia arriba desde los cuellos de las glándulas gástricas. Cualquier factor que rompa la barrera mucosa provoca la infla mación del tejido subyacente, un cuadro que se conoce con el nom
Secreción del factor intrínseco por las glándulas gástricas
bre de gastritis. La erosión persistente de la pared gástrica puede conducir a la formación de úlceras gástricas. Los factores predispo nentes habituales para la formación de úlceras gástricas incluyen la
La secreción de una glucoproteína denominada factor intrínseco
hipersecreción de ácido y/o la secreción reducida de moco. Diversos
por parte de las células parietales del estómago es esencial para la
fármacos parecen prom over la formación de úlceras al alterar las ta
vida. El factor intrínseco se secreta en respuesta a los mismos estí
sas de producción de ácido y de moco. Éstos incluyen los fármacos
mulos que prom ueven las secreción de ácido. Se une a la vitamina
antiinflamatorios no esteroideos, como el ibuprofeno, la cafeína, la
Bp (cobalamina) del alimento en la parte superior del intestino del
nicotina y la aspirina (esta última interfiere en la producción de
gado y la protege de las acciones enzimáticas del intestino. El com
prostaglandinas). Ocasionalmente, se produce un reflujo de ácidos
plejo formado por la vitam ina B ,. y el factor intrínseco es absorbi
biliares desde el intestino delgado a través del esfínter pilórico. Su
do por las células epiteliales de la mucosa del íleon distal. La vita
acción detergente puede romper la barrera mucosa, haciéndola sus
mina B,, es necesaria para la producción de hematíes maduros, y
ceptible a la erosión por parte del ácido gástrico. El estrés también
su ausencia da lugar a la anemia perniciosa (v. cap. 13). El trata
puede contribuir al desarrollo de úlceras gástricas en algunos indi-
18.6 Regulación de la secreción gástrica
435
caos. N o obstante, en la actualidad se cree que la gran mayoría de
secreten ácido y pepsinógenos. Además, tanto la actividad vagai
_ - ulceras están causadas por una bacteria resistente al ácido, H eli-
com o la gastrina estimulan la liberación de histamina por parte de
-jc te r pylori, que se adhiere al epitelio gástrico y destruye la ba-
las células cebadas. La histamina actúa sobre las células parietales
-r r a mucosa, dejando desprotegidas grandes áreas.
a través de los receptores H , para estimular la secreción de iones hidrógeno. Por tanto, la acetilcolina, la gastrina y la histamina au
Resumen
mentan toda la secreción de ju g o gástrico.
El ju go gástrico, que es segregado por las células parietales de las glándulas gástricas cuando la entrada de alimento las estimula,
Fase gástrica
contiene sales, agua, ácido clorhídrico, pepsinógeno, factor in trínseco y moco. Los iones hidrógeno se segregan al exterior de las células en contra de un importante gradiente de concentra ción. Los iones cloruro se mueven en contra de un gradiente eléc :
La llegada de sangre al estóm ago estimula la fase gástrica de la producción de ácido, de pepsinógeno y de moco, que supone más
trico y químico.
del 60% de la secreción gástrica total. Los dos principales desen
Las células principales de las glándulas gástricas secretan d iver
cadenantes son la distensión de la pared gástrica y el contenido
sas enzimas proteolíticas que se liberan en forma de pepsinógenos
quím ico del alimento.
inactivos y se activan como consecuencia del ambiente ácido de
La distensión del estómago activa los mecanorreceptores e ini
la luz gástrica. Estas enzimas hidrolizan enlaces peptídicos en las
cia tanto reflejos mientéricos locales (de bucle corto) como reflejos
moléculas de proteína para liberar polipéptidos.
vagovagales de bucle largo. Am bos conducen a la secreción de ace
Las células parietales secretan una glucoproteína denominada
tilcolina, que estimula la producción de ju g o gástrico por parte de
factor intrínseco, que es esencial para la absorción de vitamina Bi2 en la parte final del íleon. La mucosa gástrica crea una «ba rrera» para protegerse del jugo gástrico. El líquido alcalino y rico en moco que segregan las glán dulas gástricas proporciona un recubrimiento protector para la
las células secretoras del estómago. La importancia de los reflejos mediados por el vago queda reflejada en la reducción que se obser va tras una vagotomía en la producción de ácido como respuesta a la distensión, que es del 80% . El estrés emocional, el miedo, la an
mucosa. Las prostaglandinas de la serie E aumentan el grosor de
siedad o cualquier otro estado que desencadene una respuesta sim
esta capa y estimulan la producción de bicarbonato.
pática inhibirá la secreción gástrica, porque los controles parasimpáticos del tracto GI quedan temporalmente desbordados. Además de su acción colinèrgica directa, el vago estimula la
18.6 Regulación de la secreción gástrica
producción de gastrina por las células G en respuesta a la disten sión del cuerpo del estómago. La gastrina es un potente estímulo para la secreción de ácido por parte de las células parietales, y tam
secreción de ácido clorhídrico y de pepsinógenos por parte de
bién aumenta la liberación de enzimas y de moco por parte de las
-s glándulas de la mucosa gástrica están reguladas ampliamente en
glándulas gástricas. Aunque las proteínas intactas no tienen efecto
aralelo, y por los mismos factores. En esta regulación participan
sobre la tasa de secreción gástrica, los péptidos y los aminoácidos
cnto mecanismos nerviosos como endocrinos que interaccionan a
libres estimulan la secreción de ju g o gástrico a través de una acción
-a ltip le s niveles. Se considera que normalmente la secreción gás
directa sobre las células G. Los aminoácidos triptófano y fenilalani-
trica ocurre en tres fases, cuya distribución temporal se solapa con-
na son secretagogos especialmente potentes, como lo son también
derablemente. Se trata de las fases cefálica, gástrica e intestinal.
los ácidos biliares y los ácidos grasos de cadena corta. Cuando el pH del contenido gástrico cae hasta valores com prendidos entre 2 y 3, se inhibe la secreción de gastrina. Por tan
Fase cefálica
to, la secreción de gastrina es máxima poco después de la entrada de alim ento en el estómago, cuando el pH es relativam ente eleva
5 sta fase tiene lugar incluso antes de que el alimento penetre en el
do, pero dism inuye a m edida que la secreción de ácido y la diges
estómago, y resulta de la presentación del alimento, de su visión,
tión de las proteínas se ponen en marcha y el pH del contenido
j olor y su sabor. La contribución relativa de la fase cefálica a la
gástrico dism inuye. La inh ibición de la secreción de gastrina está
jcreción gástrica global en respuesta a una ingesta es variable, y
mediada por un aumento de la secreción de somatostatina por
depende del estado de ánimo y del apetito, pero puede suponer
parte de las células D de la mucosa gástrica. De este modo, la se
.-.asta el 30% . Las señales nerviosas que se originan en la corteza ce
creción àcida gástrica se autolimita y la fase gástrica suele durar
rebral o en los centros del apetito de la amígdala y del hipocampo
sólo alrededor de una hora.
legan hasta el estómago a través de fibras eferentes, cuyos cuerpos celulares se sitúan en los núcleos motores dorsales del vago. La actividad parasimpàtica vagai in flu ye tanto directa com o
Fase intestinal
indirectamente en la secreción gástrica. Las fibras parasimpáticas posganglionares del p lexo m ientérico liberan acetilcolina y esti
Una pequeña proporción (aproxim adam ente el 5 % ) de la secre
mulan la producción de las glándulas gástricas. La estimulación
ción gástrica total en respuesta al alim ento tiene lugar a medida
vagai también p rovoca la secreción de gastrina a partir de las cé
que el alimento parcialmente d igerid o comienza a entrar en el
balas G de las glándulas antrales. La gastrina llega a las glándulas
duodeno. Se cree que esto se debe a la secreción de gastrina por
gástricas a través del torrente circulatorio y las estimula para que
parte de las células G de la mucosa intestinal, que induce a las
436
18 Sistema digestivo
glándulas gástricas a continuar secretando. Este efecto es, no obs
cia de la pérdida de células parietales. A u n qu e los procesos di
tante, corto, y cuando el quim o ácido distiende el duodeno se in i
gestivos no suelen verse afectados, la aclorhidria puede alterar la
cia un reflejo enterogástrico que suprime la actividad secretora
absorción de sustancias que precisan un am biente ácido. Los pa
gástrica. Diversas hormonas contribuyen a este reflejo.
cientes con aclorhidria presentan norm almente niveles circulan
La mucosa duodenal segrega secretina en respuesta al ácido.
tes elevados de gastrina debido a que su contenido gástrico nun
Esta secretina alcanza el estóm ago a través del torrente circulato
ca es lo suficientem ente ácido com o para inh ibir la producción de
rio e inhibe la liberación de gastrina. Tam bién ejerce una acción
esta hormona (v . anteriorm ente).
inhibidora directa sobre las células parietales para reducir su sen sibilidad a la gastrina.
Diversos trastornos, incluyendo el estrés, se asocian a unas ta sas anormalmente elevadas de secreción de ácido gástrico, y se
Dos hormonas son segregadas en respuesta a la presencia de
sabe que diversos fármacos y constituyentes de los alimentos esti
productos de la digestión de las grasas en el duodeno y en el y e y u
mulan la producción de ácido (p. ej., la cafeína y el alcohol). Un
no proximal. Se trata de la coiecistocinina (CCK) y e l péptido inhibi
problem a mucho menos frecuente, el síndrome de Zollinger-Elli-
dor gástrico (Ü1P, también denominado péptido insulinotrópico de
son, está provocado por un tum or secretor de gastrina de las célu
pendiente de glucosa). Am bas inhiben la liberación de gastrina y
las no-P de los islotes pancreáticos. En este caso, la secreción gás
de ácido gástrico, aunque su importancia relativa no está clara. La
trica ácida alcanza valores tan elevados que se erosiona la barrera
figura 18-16 resume los factores que regulan la secreción gástrica.
mucosa y, com o consecuencia, se ulcera la pared del estómago. Se han desarrollado varias estrategias para tratar la producción excesiva de ácido y prom over la curación de la mucosa gástrica.
Trastornos de la secreción ácida gástrica
Para inhibir esta secreción ácida se pueden utilizar antagonistas es pecíficos del receptor de H,, como la cimetidina y la ranitidina, que
La reducción de la secreción gástrica es un cuadro relativam ente
bloquean los receptores de la histamina de la célula parietal. Se sabe
raro que generalm ente se da en pacientes ancianos que presentan
que otros agentes, como los benzimidazoles, que son bases débiles,
una atrofia de la mucosa gástrica. Puede aparecer una aclorhidria
inhiben la actividad de las bombas de protones de la superficie api
(una reducción de la secreción de ácido clorhíd rico) a consecuen
cal de las células parietales. Los fármacos basados en agentes de este
Fase cefálica:
Fig. 18-16.
Fase gástrica:
Fase intestinal:
Principales factores que participan en la regulación de la secreción gástrica durante sus diferentes fases. La secretina, la CCK y el GTP son
secretados por células enteroendocrinas del epitelio duodenal y tienen un efecto inhibidor sobre la secreción gástrica; un pH bajo en la luz del estó mago tiene el mismo efecto.
18.7 Almocenamiento, mezclado y propulsión del contenido gàstrico
mo omeprazol, se utilizan cada vez con mayor frecuencia
437
cativamente sin alterar su tono, una propiedad que recibe el nombre
-jtar a los pacientes que presentan úlceras provocadas por la
de plasticidad (v. cap. 7). El estómago muestra una relajación recep
-secreción de ácido gástrico. Actualmente, los individuos cuyas
tiva. A medida que se distiende se desencadena un reflejo vagal que
-- gástricas están provocadas por H. pylori son tratados con
inhibe la actividad muscular en su cuerpo. Se cree que este reflejo es
_ - z í í de antibióticos combinadas con tratamiento antiácido.
coordinado por las regiones del tronco cerebral responsables de la
: ¿sumen
efectividad de éste como reservorio. A medida que el diámetro del
deglución. Finalmente, la propia forma del estómago contribuye a la
...
— —
estómago aumenta durante el llenado, también aumenta el radio de
Mecanismos nerviosos y endocrinos se combinan para regular la
curvatura de sus paredes. A una presión determinada, la fuerza de
secreción gástrica. La secreción se lleva a cabo en tres fases: cefá-
distensión que se ejerce sobre las paredes aumenta de forma pro
lica. gástrica e intestinal.
porcional al radio de curvatura (ley de Laplace, v. también cap. 16).
La fase cefálica de la secreción se produce en respuesta a la visión
A consecuencia de ello, y a pesar de las significativas distensiones,
v el olor del alimento. Las fibras parasimpáticas vagales estimulan
la presión intragástrica sólo aumenta ligeramente.
a secreción liberando acetilcolina, tanto directamente como esti mulando la secreción de gastrina. La llegada de alimento al estómago inicia la fase gástrica de la se creción, en la cual la distensión y la presencia de aminoácidos y de pcptidos estimula la secreción de HC1 y de pepsinógeno. La gas-
A ctivid a d contráctil del estómago lleno: m ezclado y propulsión
trina es un importante mediador de esta fase. La secreción se inhi be cuando el pH del contenido gástrico cae hasta valores de 2 o 3.
La m otilidad gástrica es resultado de la contracción coordinada de
A medida que el alimento parcialmente digerido entra en el duo
las tres capas de músculo liso de la pared del estómago. Las d ife
deno, las células G de la mucosa intestinal segregan gastrina. La
rentes orientaciones de las capas longitudinal, circular y oblicua
gastrina estimula aún más la secreción. N o obstante, la secretina. la
perm iten que el estóm ago lle v e a cabo una amplia variedad de
CCK y el GIP contribuyen a la inhibición de la secreción gástrica.
m ovim ientos diferentes, incluyendo el m olido, el amasado, el ba tid o y el estrujado, así com o la propulsión. Durante el ayuno, el estóm ago sólo muestra una actividad contráctil débil (aunque en caso de hambre extrema pueden apa
18.7 Almacenamiento, mezclado y propulsión del contenido gástrico
recer breves periodos de intensa actividad contráctil que se per ciben com o «co n traccion es» de hambre). Después de una ingesta, se inician contracciones peristálticas en el cuerpo del estómago. Se trata de m ovim ientos ondulantes m uy débiles, pero a medida
-.demás de su im portante actividad secretora, el estóm ago desem-
que las contracciones se aproxim an al píloro — donde la muscula
ña un papel im portante en el proceso glob al de la digestión. El
tura es más gruesa— se hacen mucho más potentes, hasta alcan
; :om ago almacena el alimento hasta que éste puede pasar a las
zar un m áxim o en las proxim idades de la unión gastroduodenal.
• ; ones más bajas del tracto GI. Tam bién lo mezcla con las secre-
P or tanto, el contenido del fundus permanece relativam ente inal
nes gástricas y, a través de su acción de m olido, lo rom pe en
terado, mientras que el de las regiones pilóricas es som etido a un
¿gmentos más pequeños hasta con vertirlo en el quim o semilí-
m ezclado y un batido vigorosos. A u n qu e numerosos factores
_-.d o. A continuación, el contenido gástrico pasa al duodeno a
pueden m odificar la intensidad de estas contracciones peristálti
-na velocidad com patible con la digestión y la absorción. Estas
cas, su frecuencia se mantiene notablem ente constante, alrededor
•
d on es son controladas por complejas interacciones entre el
SNE, el sistema nervioso autónomo y diversas hormonas. Desde el punto de vista de su función motora, el estómago
de 3 contracciones por minuto. La velocidad de propagación de la onda peristáltica aumenta a medida que ésta se acerca a las regio nes distales, de manera que los músculos lisos del antro y del pí
..ede d ividirse en dos partes: la unidad motora proxim al — fo r
loro se contraen de forma simultánea y empujan el contenido gás
r a d a por el fundus y el cuerpo del estómago— y la unidad moto
trico situado por delante de la onda peristáltica. A medida que la
ra distal — formada por las regiones antral y pilórica— . La unidad
presión en el antro aumenta, el esfínter p ilórico se abre, y unos
motora proxim al desempeña las funciones de reservorio, mientras
pocos m ililitros de quim o pasan a través de él hacia la primera
que la unidad motora distal es la responsable del m ezclado de los
parte del duodeno, el bulbo duodenal. El esfínter se cierra casi de
- ímentos y de su propulsión en dirección al duodeno.
inm ediato, evitan d o así un vaciam iento m ayor y, a consecuencia de la presión elevada y constante en el antro, parte del contenido gástrico es impulsado hacia atrás, en dirección a las regiones más
Función de alm acenam iento del estómago
proximales. Este fenóm eno se denomina retropulsión y aumenta la efectivid ad del m ezclado y de la fragm entación de las partícu
El estómago vacío tiene un volum en aproximado de 50 mi, y una
las de alim ento en el interior del estómago.
presión intragástrica igual o inferior a 0,6 kPa (5 mmHg). Aunque
Los mismos factores nerviosos y hormonales que estimulan la
puede dilatarse para dar cabida a grandes volúmenes de alimento,
secreción gástrica aumentan la m otilidad gástrica. A u n qu e la pre
hasta que no supera el volumen de 1 1 la presión intragástrica au
sión intragástrica aumenta sólo de manera m uy ligera, la disten
menta m u y poco. Existen varias causas que explican este hecho. El
sión de la pared del estóm ago por el alim ento activa los recepto
músculo liso de la pared del estómago es capaz de alargarse signifi
res de distensión y las células secretoras de gastrina, aumentando
438
18 Sistema digestivo
ambas la fuerza de las contracciones peristálticas e incrementan
pidos y a sus productos de digestión, y se ha demostrado que am
do asi la eficacia de los m ovim ientos de m ezclado y de vaciado.
bas hormonas retardan el vaciada gástrico.
Las células secretoras de gastrina son estimuladas por la presencia
Se cree que también los productos de la digestión de las pro
de alim ento en el estómago; esta hormona también aumenta la
teínas ejercen su efecto in h ibidor sobre el vaciado gástrico a tra
m otilidad gástrica. El control nervioso de la m otilidad gástrica no
vés de vías endocrinas.. La gastrina es segregada por las células G
se com prende p or com pleto. El músculo liso es in ervad o tanto por
del antro y del duodeno en respuesta a los péptidos y a los ami
fibras parasimpáticas (vagales) com o por fibras simpáticas y , en
noácidos. La acción de la gastrina es doble. A u n qu e estimula la
general, parece que la actividad parasimpática aumenta la m otili
contracción del antro, también aumenta el grado de constricción
dad, mientras que la actividad simpática la reduce.
del esfínter pilórico, de m odo que el efecto neto de la secreción de gastrina suele consistir en retrasar el vaciado del estómago. El retraso del vaciado gástrico que se observa cuando el ácido pe
La velocida d de vaciado gástrico está cuidadosamente controlada
netra en el duodeno está mediado probablemente, y al menos en par te, por el nervio vago, ya que una vagotomía reduce la respuesta. La secretina también puede intervenir en este proceso. Esta hormona se
Si la digestión y la absorción se tienen que llevar a cabo con una
libera en respuesta a la presencia de ácido en el duodeno; al inhibir
eficiencia óptima, es esencial que el quim o pase al duodeno a una
la contracción del antro y constreñir el esfínter pilórico, retarda el
velocid ad que permita al intestino delgado procesarlo de forma
vaciado gástrico. La secretina también estimula el flujo de ju go pan
completa. Adem ás, es im portante que se ev ite la regurgitación del
creático rico en bicarbonato, que neutraliza el ácido en el interior del
contenido duodenal hacia el estómago. Los ambientes gástrico y
duodeno. De hecho, todas las acciones conocidas de la secretina están
duodenal son m uy diferentes. La mucosa gástrica es resistente al
encaminadas a contrarrestar la acidificación duodenal.
ácido, pero puede ser erosionada por la bilis, mientras que el duo deno es resistente a los efectos de la bilis, pero es incapaz de tole rar un pH bajo. Por consiguiente, un vaciado gástrico demasiado rápido puede p rovocar la form ación de úlceras duodenales, m ien tras que la regurgitación del contenido duodenal puede provocar una ulceración gástrica.
A c tiv id a d eléctrica subyacente a las contracciones gástricas Las contracciones peristálticas regulares que muestra el estómago son la consecuencia mecánica del ritm o eléctrico básico (REB) de
M ú ltip le s fa c to re s contribuyen a la regulación del vaciado g á s trico El vaciado del estóm ago depende de los factores que in flu yen so bre la actividad motora en todo el tracto G1
-la excitabilidad in
trínseca del músculo liso, las vías nerviosas intrínseca v extrínse ca y las hormonas— . En general, el estóm ago se vacía a una v e lo cidad proporcional al volum en gástrico, es decir, cuanto más llen o está el estómago, más deprisa se vacía. Además, la naturale za física y quím ica del contenido gástrico afecta a la velocidad de vaciado. Las grasas y las proteínas del alim ento ingerido, un ju g o m uy ácido, y una mezcla hipertónica de ju go y la comida serán factores que retrasarán el vaciado. En general, cuanto más pareci dos sean los contenidos con el suero salino isotónico, más rápida mente saldrán del estómago. La permanencia de los líquidos en el estóm ago es de 20 min, y la de los sólidos de unas 2 h. En el duo
las células musculares lisas. Este ritm o queda marcado por la acti vidad espontánea de células marcapasos situadas en la capa lon gi tudinal de músculo liso de la pared del estómago, en la región de la curvatura m ayor. Estas células muestran una despolarización y repolarización espontáneas aproxim adam ente cada 20 s, destina das a establecer el REB o ritm o «d e ondas lentas» del estómago. Las células marcapasos están acopladas al resto de la lámina mus cular del estómago mediante ga p junctions y, por tanto, su ritm o se transmite a toda la muscular. Las propiedades eléctricas de la onda lenta gástrica y su rela ción con la fuerza contráctil generada por el músculo liso se ilus tran en la figura 18-17. El cambio de potencial es trifásico y similar al potencial de acción del músculo cardíaco, aunque dura diez v e ces más. La corriente entrante, responsable de la despolarización inicial, se debe, probablemente, a iones calcio que se m ueven a tra-
deno existen varias clases de receptores que contribuyen a regu lar el vaciado gástrico a través del denom inado reflejo enterogás-
Fuerza contráctil
trico, un térm ino gen érico que se utiliza para describir todos los mecanismos hormonales y nerviosos que median el control intes tinal de vaciado gástrico. La presencia de ácidos grasos o de m onoglicéridos en el duo deno p rovoca un aumento de la contractilidad del esfínter p ilórico. Esto tenderá a reducir la velocidad a la cual el contenido gás trico puede ser impulsado a través del esfínter hacia el intestino delgado. Este im portante mecanismo asegura que el"paso-de los lipidos al duodeno .no se realiza a una velocid ad superior a la que las sales biliares pueden procesarlos. El mecanismo de acción de los lípidos no está totalm ente aclarado, pero tanto la CCK com o el
Fig. 18-17.
G IP son segregados por el intestino delgado en respuesta a los lí
músculo liso del estómago.
Relación entre la contracción y la actividad eléctrica del
18.7 Almacenamiento, mezclado y propulsión del contenido gástrico
439
: • de canales regulados por el voltaje, mientras que la meseta se
vom itado (v ó m ito ). El estómago y el esfínter p ilórico se relajan y
tiene gracias a la entrada de iones de sodio y calcio. La repola-
la contracción del duodeno in vierte el gradiente normal de pre
ü c ió n se asocia a una corriente de salida retardada de potasio.
sión para perm itir el paso del contenido intestinal hacia el estó
A pesar de que los potenciales de acción no se asocian nor-
mago (un proceso que a veces se conoce con el nom bre de peris-
- i ámente a los potenciales del marcapasos gástrico en el fundus y
taltismo invertid o). A continuación, el diafragma y la pared ab
. uerpo del estómago, la contracción del músculo liso se produ-
dominal se contraen poderosamente, el esfínter gastroesofágico se
; cuando la fase de despolarización del potencial alcanza el um-
relaja y el p iloro se cierra. La elevación resultante de la presión
-:a i para la contracción (el umbral mecánico). La fuerza de con-
intragástrica provoca la expulsión del contenido gástrico.
acción se relaciona con el grado de despolarización y el tiem po
El reflejo del vóm ito está coordinado por la porción dorsal de
; -rante el cual el potencial supera el umbral. En las regiones dis-
la formación reticular de la médula, que se sitúa en las proxim ida
¡ del antro y pilórica del estómago, los m ovim ientos propulsores
des de las áreas de control respiratorio y cardiovascular del tronco
gorosos se asocian a la superposición de potenciales de acción
cerebral. A esta región llegan impulsos aferentes de múltiples par
?re el REB. Estos potenciales se asocian a m ovim ientos de pro-
tes del cuerpo, incluyendo la faringe y otras áreas del tracto GI,
: -isión vigorosos que pueden inducir el vaciam iento gástrico.
visceras como el hígado, la vesícula biliar, la vejiga urinaria, el
í
útero y los riñones, la corteza cerebral y los canales semicirculares del oíd o interno (causantes de la sensación de vértig o o mareo).
V ó m ito
Además, diversos agentes químicos, entre los cuales se incluyen
11 vom ito (o emesis) es la expulsión brusca y violenta del conteni-
nar el vóm ito a partir de la estimulación de los receptores del sue
los anestésicos, los opiáceos y los digitálicos, parecen desencade co del estómago, y en ocasiones del duodeno, p or la boca. A me-
lo del cuarto ventrículo. Los impulsos motores responsables de la
- jd o va precedido de anorexia (pérdida del apetito) y de náuseas
acción de vom itar se transmiten desde el «c e n tr o » del vóm ito a
ina sensación de mareo). Inm ediatamente antes del vóm ito es
través de los nervios trigém ino, facial, glosofaríngeo, vago e hipo-
: recuente experim entar respuestas autónomas características,
gloso (V, V II, IX, X y X II pares craneales). La figura 18-18 ilustra
. im o salivación acuosa abundante (sialorrea), vasoconstricción
las vías nerviosas implicadas en el reflejo del vóm ito.
con palidez, sudoración, mareo y taquicardia. A menudo, el v ó
A u n qu e el vóm ito es un mecanismo protector para expulsar
mito va precedido de arcadas. La respiración se inhibe durante el
del organism o las sustancias potencialm ente tóxicas, los vóm itos
rroceso del vóm ito. La laringe se cierra y el paladar blando se ele
prolongados pueden conducir a un estado de alcalosis metabòlica
va para cerrar la nasofaringe y evitar la inhalación del material
por la pérdida continuada de ácido del estómago (v . cap. 29).
Estimulación parasimpàtica: a la glándula salival (VII, IX), a la laringe y al estómago (X)
Pares craneales accesorio y glosofaríngeo
Nervio frénico
Nervios intercostales (T6-12.L1)
Cadena simpática
Fig. 18-18. Vías nerviosas relacionadas con el reflejo del vómito.
440
18 Sistema digestivo I aspirina, que tiene un pATa de 3,5, y que por ello se mantiene sin io
Absorción p o r el estómago
nizar en el estómago. Las moléculas de aspirina difunden a través
En el estómago se produce una absorción m uy reducida. El alcohol etílico es la única sustancia hidrosoluble que se absorbe en canti dades significativas, ya que su liposolubilidad le permite difundir fácilmente a través de las membranas plasmáticas de las células de
de la barrera mucosa hacia el compartimento intracelular, en el cual el pH está próxim o a la neutralidad. Posteriormente, las moléculas de aspirina se ionizan y son incapaces de v o lver a difundir hacia la luz del estómago, pero pasan al torrente circulatorio.
la mucosa gástrica. Otras sustancias orgánicas que no están ioniza
18.8 Intestino delgado
das y que, por tanto, son relativamente liposolubles al pH ácido del estómago también pueden ser absorbidas. Un ejem plo de ello es la
El intestino delgado es el punto d el tracto GI en que tiene lugar la
Resumen 1.
2.
3.
m ayor parte de la digestión y la absorción. El intestino delgado de 2.5 cm de diám etro que se d iv id e en tres segmentos: duodeno, y e
mo semiliquido. A continuación, el estómago envía el quimo ha
yu n o e íleon.
cia el duodeno de forma controlada. El estómago es capaz de almacenar grandes cantidades de alimen
te, «d u o -d en o » significa que mide doce dedos). Tiene una forma de
to, dado que la presión intragástrica aumenta poco a pesar de que la distensión sea significativa.
acciones química y mecánica del estómago, es vertid o al duodeno,
5.
El duodeno tiene una longitud aproximada de 25 cm (literalmen arco en cuyo seno se sitúa el páncreas. El quimo, producido por las
En situación de ayunas, el estómago muestra sólo una débil acti vidad contráctil. Después de comer se inician las contracciones
donde se mezcla con las secreciones procedentes del hígado y del
peristálticas, que aumentan su intensidad a medida que se apro ximan al antro, donde el mezclado es más vigoroso. El peristaltis-
ductos que vierten la secreción biliar y pancreática se unen en las
mo es la consecuencia mecánica del REB o ritmo de ondas lentas del músculo liso gástrico. La motilidad gástrica se ve incrementa 4.
un in d ivid u o v iv o es un tubo de unos 4 m de lon gitu d y de unos
El estómago almacena alimento, lo mezcla con jugo gástrico y lo fragmenta en trozos más pequeños. Finalmente, se forma el qui-
da por la distensión mecánica y por la gastrina. El estómago se vacía normalmente a una velocidad compatible
páncreas exocrino, asi como del propio intestino delgado. Los con proximidades del duodeno, a la altura de la ampolla hepatopancreática que se abre al duodeno a través de la papila duodenal principal. El esfínter de Oddi controla el paso de la bilis y del ju g o pancreático al intestino delgado. La zona de unión del duodeno y el yeyun o es
con la digestión y absorción completas en el intestino delgado.
una curvatura abrupta, la flexura yeyunoduodenal (fig. 18-19). El
Numerosos factores contribuyen a esta regulación. La distensión
yeyuno tiene una longitud aproximada de 1,5 m, y se extiende des
del estómago aumenta la velocidad del vaciado. La presencia de lípidos, proteínas, una acidez elevada e hipertonía del quimo dis minuyen la velocidad de vaciado. El vómito es un mecanismo protector mediante el que se expulsan
2.5 m de longitud. El yeyuno y el üeon están soportados por el me-
del tracto GI las sustancias nocivas o potencialmente tóxicas. El reflejo del vómito está coordinado en el bulbo raquídeo. Los vó mitos prolongados pueden provocar alcalosis metabólica a causa
de el duodeno hasta el íleon, un tubo sinuoso de aproximadamente senterio, que contiene ramas de la arteria mesentérica superior, así como los vasos venosos y linfáticos del drenaje del intestino delga do. N o hay un limite anatómico claro entre el yeyu n o y el íleon, aunque a lo largo de toda la longitud del intestino delgado se obser va una reducción gradual en el grosor de la mucosa, así como dife
de la pérdida de ácido gástrico.
rencias poco llamativas en sus características histológicas.
Colédoco
Vena porta
Arteria celiaca
Bazo
Conductos pancreáticos accesorios y principal
Vena mesentérica inferior
Riñón derecho Vasos mesentéricos superiores Vena cava inferior
Aorta
Fig. 18-19.
Disposición anatómica del duodeno,
el yeyuno y el páncreas.
18.8 Intestino delgado
Características histológicas especiales del intestino d elga do
441
(a)
El intestino delgado está perfectam ente adaptado para la absorn de los nutrientes, sobre todo su porción proxim al. Tiene una -p erficie enorm e (estimada en unos 200 m2), tanto a causa de su r-.gitud com o por las m odificaciones estructurales de su pared, - i mucosa y la submucosa, sobre todo en el yeyu n o, están dis: -estas en forma de pliegues profundos, denom inados pliegues
Pliegues circulares
':u la res (fig. 18-20a) los cuales, a causa de su forma, fuerzan al _ -im o a seguir un trayecto en espiral a m edida que pasa a través de su luz. Este m ovim ien to en espiral enlentece el paso del quim o facilita el m ezclado con los ju gos intestinales, optim izando así •s condiciones para la digestión y la absorción.
Folículo linfoide agregado
La su p erficie p legada del intestin o d elgad o está cubierta de p royeccion es d igitifo rm es o vellosidades qu e tienen una altura aproxim ada de 1 mm (fig . 18-20b). La su p erficie de estas v e llo sidades está form ada sobre to d o p or células ep iteliales absor bentes en form a de colum na (en terocitos), unidas m ediante :ight ju n ction s en sus superficies apicales. La su p erficie mucosa de estas células está form ada por m últiples prolongaciones o m icrovellosidades (qu e tienen una lon gitu d aproxim ada de 1,0 |im y un diám etro de 0,1 |im) que form an el d enom inado ribete en
(b)
cepillo. Esto aumenta to d a vía más la su p erficie del in testin o d e l gado. Otras células ep iteliales son endocrinas y paracrinas. Se ha dem ostrado qu e estas células producen som atostatina (célu.as D), secretina (células S), neurotensina (células N ), CCK y 5-h idroxitriptam ina (5 -H T ). La secretina y la CCK son secreta das p or células de la pared del d u odeno en respuesta a la p re sencia de productos de la digestión de los líp id os y de ácido,
Microvellosidades
respectivam ente. Las vellosidades tienen un aspecto diferente en las distintas rartes del intestino delgado. Son anchas en el duodeno, más del Enterocito
gadas y con forma de hoja en el yeyu n o, y más cortas y con asrecto de dedo en el íleon. En el interior de cada vellosidad se en-
Quilífero
: -entra un vaso linfático (qu ilífero ) que se abre a vasos linfáticos ocales, vasos sanguíneos, una pequeña cantidad de músculo liso i ^ j e perm ite a la vellosidad m odificar su lon gitu d ) y tejid o con-
Red capilar
jn tiv o . Las arteriolas de las vellosidades se ramifican amplia mente para form ar una red de capilares que se reúnen nuevam en te a la altura de las venas de la base.
Célula caliciforme
Entre las vellosidades se sitúan glándulas tubulares simples, ron una profundidad de 0,3-0,5 mm, denominadas criptas de Liez -
berkühn. Se las puede encontrar por todo el intestino delgado, oero son más numerosas en la mucosa de la parte proxim al. En
O MAMMON, ti A I «»1«m • »|»*«•• «un ntiliHUw
*«'*•»
este punto se observan diversos tipos de células, entre las cuales las más abundantes son células indiferenciadas que proliferan para sustituir los enterocitos que se pierden (v . más adelante).
Cripta intestinal
Además de las criptas de Lieberkühn, el duodeno (pero no el y e yuno ni el íleon) también contiene glándulas de Brunner en la sub mucosa, que segregan un liqu id o alcalino rico en mucina. En las paredes del íleon se pueden observar las placas de Peyer, grandes acumulaciones aisladas de nodulos linfáticos pareci
Linfático
dos a las amígdalas. Forman parte de la colección de pequeños te
Fig. 18-20.
jid os linfoides de los tractos GI y respiratorio que reciben el nom
ción del íleon que muestra los pliegues circulares y un nodulo linfático
bre común de tejid o linfático asociado a la mucosa (M A L T ,
(placa de Peyer); b) visión esquemática de una vellosidad intestinal cor
mucosa-associated lymphatic tissue) (v . cap. 14).
tada longitudinalmente.
Características estructurales del intestino delgado: a) sec
442
18 Sistema digestivo
Los niños menores de 4 años también expresan la enzima lac-
El ep itelio del intestino d elga do se autorrenueva
tasa, que d igiere la lactosa (el azúcar de la leche). La enzima es me
El intestino delgado tiene un ciclo de recambio celular m uy rápi
causada por la carencia de esta enzim a (v. apart. 18.12). En la ta
nos activa en in d ividu os ancianos. La intolerancia a la lactosa está
do. En los seres humanos, todo el epitelio se renueva en un plazo
bla 18-1 se listan las principales hormonas, electrólitos y enzimas
de unos 6 días aproximadamente. Este ciclo de recambio rápido es
producidos por el intestino delgado.
importante, ya que las células epiteliales son sensibles a la hipoxia y a otros irritantes. Las células epiteliales se forman por prolifera
Tabla 18-1.
Secreciones del intestino delgado
ción mitótica de una población de células madre indiferenciadas Producto de secreción
situadas en el interior de las criptas. Estas nuevas células migran
Fuente
hacia el extrem o distal de la vellosidad, desde donde se despren
Hormonas
den a la luz intestinal. A medida que las células migran y abando
Colecistocinina (CCK)
Células I
nan las criptas completan su maduración, y es entonces cuando se
Neurotensina
Células N
Secretina
Células S
Serotonina (5-HT)
Células enterocromafines
Somatostatina
Células D
desarrolla el ribete en cepillo. La velocidad de proliferación de las células puede verse alterada por diversos factores. La radiación, la inanición y la alimentación intravenosa prolongada, por ejemplo, pueden provocar atrofia de las células y reducción de su prolifera ción. Algunos medicamentos, como el m etotrexato y otros fárma
Otros productos
cos utilizados en el tratamiento del cáncer, también pueden dismi
Lisozima
nuir la tasa de producción de los enterocitos. Por el contrario, esta
Moco
Células caliciformes
tasa de formación de células nuevas aparece aumentada durante la
Liquido isotónico (1,5 1 • día“1)
Criptas
Líquido alcalino
Glándulas de Brunner (sólo en el duodeno)
lactancia y también por la administración de cortisol.
Secreción de líq u id o y enzimas por el intestino d elga do
Células de Paneth de las criptas
Resumen
Las células de las criptas son responsables de la secreción de aproxi
El intestino delgado es el principal punto de digestión y absor
madamente 1,5 1 de líquido isotónico cada día. La secreción se pro
ción del tracto GI. En él, el quimo se mezcla con la bilis, el jugo pancreático y las secreciones intestinales.
duce a consecuencia del m ovimiento transcelular de cloruro desde el liquido intersticial a la luz intestinal, que va seguido por el m ovi miento paracelular de sodio y agua. El principal estimulante de la se creción de líquido es la distensión del intestino por quimo ácido o hi pertónico. En el duodeno, las glándulas de Brunner secretan un li
2.
El intestino delgado proporciona una enorme superficie para la ab sorción de nutrientes. La superficie plegada de la mucosa está cu bierta por proyecciones denominadas vellosidades. Las membra nas con ribete en cepillo de las células epiteliales de la mucosa al
contiene el quimo que llega desde el estómago. Aunque las glándu
bergan enzimas. Entre las vellosidades existen glándulas tubulares simples, las criptas de Lieberkühn. Los epitelios de las vellosidades y de las criptas contienen muchos tipos de células, incluyendo cé lulas caliciformes secretoras de moco y células fagocíticas. El epitelio del intestino delgado se autorrenueva por completo cada
las secretan este moco espontáneamente cuando el quimo ácido entra
6 dias, aproximadamente. La pérdida de células en los extremos de
en el duodeno, su secreción puede ser estimulada todavía más por la
las vellosidades libera enzimas del ribete en cepillo de los enteroci tos a la luz intestinal. Una de éstas, la enterocinasa, activa la tripsi
quido alcalino, rico en bicarbonato y que contiene moco, el cual, junto con las secreciones de las criptas, protege la mucosa duodenal de la lesión mecánica y de la erosión por el ácido y la pepsina que
actividad vagal, por las prostaglandinas endógenas y por las hormo nas gastrina, secretina y CCK. N o obstante, la estimulación simpática provoca una notable reducción de la producción de moco, lo cual in crementa la susceptibilidad del duodeno a la erosión. De hecho, tres cuartas partes de las úlceras pépticas aparecen en esta región del in testino, y muchas de ellas están relacionadas con el estrés, que se ca racteriza por un incremento generalizado de la actividad simpática. Antiguam ente se creía que el ju g o intestinal (o succus entericus) contenía la m ayor parte de las enzimas necesarias para la digestión
na pancreática, que a su vez activa otras enzimas proteoliticas. Las células de las criptas secretan 1,5 1 de líquido isotónico cada día. El ion cloruro es transportado al exterior de las células, y el sodio y el agua siguen pasivamente la vía paracelular. En el duo deno, las glándulas de Brunner contribuyen a la secreción de lí quido alcalino, que ayuda a proteger el epitelio de los efectos co rrosivos del quimo ácido que llega desde el estómago. La secre ción es estimulada por neuronas vagales y por la CCK, la secretina, la gastrina y las prostaglandinas endógenas.
completa de los alimentos. Pero en la actualidad ha quedado bien establecido que las únicas enzimas derivadas del p ropio intestino delgado (y no del páncreas) son las enzimas del ribete en cepillo. Las
18.9 Motilidad del intestino delgado
principales enzimas de este ribete son las disacaridasas (maltasa, sucrasa. etc.), las peptidasas y las fosfatasas. Una de las peptidasas
El quim o atraviesa todo el intestino delgado en 3-5 h (aunque en
del ribete en cepillo duodenal, la enteropeptidasa (denominada
determinadas condiciones puede tardar hasta 10 h). La velocidad
habitualmente — aunque de manera errónea— enterocinasa), frag
de este m ovim iento es tal, que la última parte de una ingesta sue
menta el tripsinógeno pancreático para activarlo.
le estar saliendo del íleo cuando la siguiente entra en el estómago.
18.9 Motilidad del Intestino delgado
443
1 >s principales tipos de m ovim iento en el intestino delgado son la
Las vellosidades tam bién muestran unos m ovim ientos pendu
¿¡mentación y el peristaltismo, que se han descrito al principio
lares (de vaivén ) que pueden contribuir al m ezclado del quim o en
: e¡ capítulo. La segmentación tiene gran importancia en el mez-
la luz intestinal. Estos m ovim ientos se v e n aumentados por la pre
ado de quim o con las enzimas digestivas presentes en el intesti-
sencia de aminoácidos y de ácidos grasos en la luz intestinal.
delgado, lo que facilita la absorción de los productos de la di■fstión. Las vellosidades y m icrovellosidades de la mucosa intes-
Patrones de m o tilid a d en el intestino delga do durante el ayuno
nal también muestran m ovim ientos de mezclado. Las ondas peristálticas raramente se desplazan más de 10 cm, y r esto reciben el nombre de contracciones peristálticas de «c o ralcance». Una excepción la constituyen unas ondas peristálticas
Los patrones de contractilidad que se han descrito anteriorm ente
: ; largo alcance que se describen más adelante. Las ondas peris-
hacen referencia al com portam iento del intestino delgado tras
ticas se desencadenan por la distensión del intestino delgado.
una ingesta. Durante los periodos de ayuno, o cuando ya se ha procesado la comida, el músculo liso del intestino delgado mues tra un patrón característico en que los m ovim ientos de segmenta
La segmentación y el peristaltismo son propiedades intrínsecas del músculo liso intestinal
ción desaparecen y unas ondas peristálticas que se inician en el extrem o duodenal barren lentamente todo el intestino delgado. Se trata de ondas de largo alcance que se desplazan a distancias de hasta 70 cm antes de desaparecer. La onda de contracción tarda
ritmo eléctrico básico del intestino delgado es independiente de la ervación extrínseca, y tanto la segmentación como las contracciors peristálticas son propiedades intrínsecas del músculo liso intesti.. N o obstante, la excitabilidad del músculo liso y su fuerza de coniccíón pueden ser modificadas por los nervios extrínsecos, así >mo por las diversas hormonas utilizadas como neurotransmisores - ios plexos intramurales. La estimulación parasimpàtica aumenta _ excitabilidad del músculo liso, mientras que la estimulación simanca la deprime. Estos efectos autónomos son ejercidos, sobre todo, rravés de los plexos nerviosos entéricos. Los nervios extrínsecos participan en determinados reflejos in- inales de largo alcance. Se trata de los denominados reflejos ile-
2 h en recorrer todo el intestino delgado. La actividad eléctrica que subyace bajo este com portam iento contráctil se conoce como complejo de m otilidad m igratoria (M M C ) y se repite cada 7090 min. Parece que el o b je tiv o de estas ondas peristálticas es im pulsar o «b a r r e r » los últimos restos de la comida digerida, ju n to con bacterias y otros detritos, hacia el intestino grueso. Por ello, estas contracciones en ocasiones se denom inan «d e barrido». Se desconocen los mecanismos que inician y controlan el M M C , pero parece que tanto los mecanismos vagales com o los hormonales (sobre todo otra hormona del intestino, la m otilina) están implicados.
Resumen
_istrico y gastroileal, que permiten interacciones reflejas entre el • 'mago y el íleon terminal. El reflejo ileogàstrico consiste en la re-
1.
La velocidad de desplazamiento del quimo a través del intestino delgado está finamente controlada para asegurar que se dispone
.ción de la m otilidad gástrica que se produce como respuesta a distensión del íleon. El reflejo gastroileal describe el aumento de
de tiempo suficiente para completar la digestión y la absorción.
. motilidad del íleon terminal (sobre todo de la segmentación) que
Hay dos tipos de movimientos que son propiedades intrínsecas del músculo liso intestinal: la segmentación, responsable del mez
rre siempre que se registra un incremento de la actividad secre-
clado del quimo con las enzimas y de la exposición de éste a la su
-j v o motora del estómago. Los dos reflejos juntos acoplan el va-
perficie absorbente de la mucosa, y las contracciones peristálti
ado del intestino delgado con la llegada del quim o al duodeno.
cas, que impulsan el quimo en dirección a la válvula ileocecal. 2.
La segmentación se caracteriza por unas contracciones frecuentes de la capa circular del músculo liso, la frecuencia de las cuales coincide
Los m ovim ien tos de las vellosidades de la mucosa contribuyen a la absorción y al m ezclado
con la frecuencia de la actividad de ondas lentas de cada parte del in testino. Las contracciones peristálticas son menos frecuentes y, ha bitualmente, sólo impulsan el quimo a lo largo de distancias cortas. 3.
La motilidad del músculo liso intestinal está influida por neuro nas intrínsecas y extrínsecas y por los neurotransmisores de los
__=s vellosidades intestinales muestran unos m ovim ientos de con-
plexos intramurales. La actividad parasimpàtica estimula la moti
-ajción y de relajación similares a los de un pistón. Se cree que >s m ovim ientos facilitan la salida de los productos de la diges-
lidad intestinal. 4.
Las vellosidades intestinales experimentan contracciones en íbrma
n de las grasas de los qu ilíferos (los vasos linfáticos del interior
de pistón y movimientos pendulares o de vaivén. Estos últimos
: v las vellosidades). Una posible secuencia de acontecimientos es
pueden contribuir a mezclar el quimo, mientras que los primeros sirven para facilitar la salida de los productos de la digestión de las
. _e cuando la vellosidad se relaja, se produce la absorción a tra-
grasas procedentes de las vasos quilíferos de las vellosidades.
r> de los canales intercelulares. Cuando la vellosidad se contrae, >.os canales intercelulares se cierran y el material absorbido se e forzado a avanzar hacia las partes más distales del sistema linitico. Este proceso se asemeja a un fenóm eno de «o r d e ñ o » de los -iliferos. Se cree que son las hebras de músculo liso de la propia - in a las que generan estos m ovim ientos de bombeo.
5.
En el intestino en situación de ayuno, la segmentación desapare ce y se observan brotes periódicos de actividad peristáltica de largo alcance, en los cuales el contenido del intestino es impulsa do a larga distancia por el intestino. Son las denominadas con tracciones «d e barrido».
444
18 Sistema digestivo
La primera parte del intestino grueso se denomina ciego, y la unión entre el íleon terminal y el ciego es el esfínter ileocecal, que regula la velocid ad de entrada del quim o en el intestino grueso para asegurar que el agua y los electrólitos son totalm ente absor bidos en el colon. Su actividad está controlada por las neuronas de los plexos intramurales. Norm alm ente, el esfínter está cerrado, pero las contracciones peristálticas de corto alcance del íleon ter minal hacen que se relaje y deje pasar una pequeña cantidad de quimo. Los reflejos de largo alcance aseguran que la velocidad del vaciado sea equivalente a la capacidad del colon para manejar el volum en de quim o que le llega. Después de una ingesta, por ejem plo, el reflejo gastroileal estimula el vaciado del íleon.
18.10 Funciones exocrinas del páncreas Céluia
El páncreas lleva a cabo dos funciones distintas: en prim er lugar,
acinar
actúa com o glándula endocrina al secretar insulina y glucagón al
CCK ACh Secreción rica ______ en enzimas yCr
torrente circulatorio; en segundo lugar, es un órgano d igestivo accesorio (exocrin o) que secreta un liqu id o rico en enzimas al tracto GI. El papel endocrino del páncreas se discute con detalle
Células Secretina ductales
en el capítulo 27. En este punto vamos a describir únicamente su
Secreción rica en HCO3-
función exocrina.
Estructura macroscópica y microscópica del páncreas
Fig. 18-21.
a) Representación esquemática de la estructura del páncreas
exocrino; b) resumen de los puntos de acción y de los efectos de la secre tina, la colecistocinina (CCK) y la acetilcolina (AC h) sobre la secreción de las células acinares y ductales del páncreas exocrino.
El páncreas se sitúa detrás del estóm ago y se dispone transversal mente en el abdomen. Su longitud es de unos 20 cm. Su cola que da situada cerca del bazo, mientras que su cabeza queda rodeada
Com posición d el ju g o pancreático
por el duodeno. Las figuras 18-1 y 18-19 muestran la situación anatómica de este órgano.
El ju go pancreático tiene dos componentes principales — un com po
En la figura 18-21 se esquematiza la estructura del páncreas
nente acuoso y un componente enzimàtico— . Cada día se secretan
exocrino, que es parecida a la de las glándulas salivales. Este ór
alrededor de 1.500 mi de líquido cuyo componente acuoso es rico en
gano está form ado por lóbulos de células acinares que secretan
bicarbonato y presenta un pH aproximado de 8; junto con las secre
enzimas y líqu id o en un sistema de conductos m icroscópicos (in
ciones intestinales ayuda a neutralizar el quim o ácido cuando éste
tercalados) recubiertos por células epiteliales que tam bién secre
llega al duodeno. Las enzimas principales necesarias para completar
tan líquido. Estos conductos m icroscópicos drenan a conductos
la digestión de las grasas, las proteínas y los hidratos de carbono se
intralobulares de m ayor diám etro que, a su vez, desembocan en
encuentran en el componente enzimàtico del ju go pancreático.
conductos interlobulares y, finalm ente, en el conducto pancreáti co principal, que cruza el páncreas de izquierda a derecha. En la m ayoría de personas, el conducto pancreático principal se funde
Com ponente acuoso del ju g o pan creá tico
con el conducto biliar antes de desembocar en el duodeno. Existe
Está p roducido casi exclusivam ente por las células epiteliales co-
también un conducto pancreático menor (el conducto de Santori
lumnares que recubren los conductos. La secreción que tiene lu
ni) que drena directam ente al duodeno. Las células acinares ocu
gar en condiciones de reposo procede mayoritariamente de los
pan más del 8 0 % del volum en total del páncreas y las células de
conductos intercalados e intralobulares, pero durante la estimula
los conductos, aproxim adam ente el 4 % . Las células de los islotes
ción los conductos interlobulares tam bién secretan ju g o pancreá
ocupan aproxim adam ente el 2-3% de la glándula, y el resto está
tico. Las células de los conductos secretan un líqu id o ligeram ente
form ado por tejid o conjuntivo, vasos sanguíneos, etc.
hipertónico, rico en iones bicarbonato, y con unas concentracio
El páncreas está irrigado por ramas de las arterias celíaca y me
nes de sodio y de potasio parecidas a las del plasma.
sentérica superior, y su drenaje venoso se realiza a través de la vena
N o se han esclarecido los detalles precisos de los mecanismos
porta. Lo inervan fibras preganglionares parasimpáticas vagales
iónicos subyacentes a la secreción del líqu id o alcalino. En la fig u
que hacen sinapsis con fibras posganglionares colinérgicas en su
ra 18-22 se muestra una posible secuencia de acontecimientos.
interior. Los vasos sanguíneos pancreáticos reciben una inervación
Los iones hidrógeno se transportan al exterior de la célula, hacia
simpática procedente los plexos celíaco y mesentérico superior.
el líqu id o intersticial, y de allí al plasma intercambiándose por io-
18.10 Funciones exocrinas del páncreas
445
Luz del conducto
•o s 2 o O
Velocidad de secreción (mi ■g"1 • min ’ ) Fig. 18-23. Composición electrolítica del jugo pancreático del conejo en función de la velocidad de secreción. Cuanto mayor es la velocidad de secreción, mayor es la concentración de bicarbonato. Fluido intersticial rig. 18-22.
Movimientos iónicos subyacentes a la secreción de un lí-
_-:do alcalino por parte de las células ductales del páncreas exocrino.
este proceso es que los niveles de bicarbonato en el líqu id o son m uy inferiores (hasta de 20-30 m M ) a flujos bajos que a flujos ele vados, cuando el líq u id o permanece poco tiem po en los conduc
r.es de sodio o potasio. A continuación, se transportan los iones
tos y, por tanto, sufre pocas m odificaciones. A flujos máximos, la
- .carbonato al exterior de la célula ductal a través de su membra
concentración de bicarbonato en el ju g o pancreático humano es
na luminal, intercam biándose por cloruro o a través de un canal
de aproxim adam ente 140 m M . Como se puede com probar en la fi
¿e aniones de dicha membrana. El sodio difunde desde el líqu id o
gura 18-23, a medida que la concentración de bicarbonato dismi
ntersticial hacia la luz del conducto a través de una vía paracelu-
nuye, los niveles de cloruro aumentan proporcionalm ente.
lar con el o b je tiv o de mantener la neutralidad eléctrica. El agua le - g u e por efecto osmótico, desplazándose por vía transcelular o
Com ponentes en zim á ticos del ju g o p a n creá tico
raracelular hacia la luz del conducto. La secreción del com ponente acuoso del ju g o pancreático pa
El ju g o pancreático contiene un am plio conjunto de enzimas d i
rece estar regulada por el A M P cíclico, que aumenta el tiem po du-
gestivas, entre las cuales se cuentan agentes proteolíticos, amilo-
-in te el cual los canales del Cl~ de la membrana apical están abier
líticos y lipolíticos, una ribonucleasa, una desoxirribonucleasa y
tos, y además estimula la actividad de las bombas de protones de
elastasas. La tabla 18-2 contiene un listado de las principales en
la membrana basolateral.
zimas y de sus acciones.
La com posición iónica del líqu id o pancreático depende de su velocidad de secreción, como muestra la figu ra 18-23. A medida
Enzimos proteolíticos del páncreas
que flu y e por los conductos, la secreción principal de las células
Las enzimas proteolíticas, que incluyen la tripsina, diversas quimo-
epiteliales ductales sufre una m odificación. Se reabsorben iones
tripsinas y carboxipeptidasas, se almacenan en el interior de las cé
bicarbonato del líq u id o a cambio de iones cloruro. El resultado de
lulas atinares en forma de gránulos de cimógeno. Se secretan en for
Tabla 18-2.
Las enzimas del intestino delgado
Enzima
Cimógeno
Activador
Acción
Tripsina
Tripsinógeno
Enterocinasa
Rompe los enlaces peptídicos internos
Quimotripsina
Quimotripsinógeno
Tripsina
Rompe los enlaces peptídicos internos
Elastasa
Proelastasa
Tripsina
Rompe los enlaces peptídicos internos
Carboxipeptidasa
Procar boxipeptidasa
Tripsina
Ataca los péptidos por su extremo C-terminal
Amilasa
Digiere el almidón en maltosa y olígosacáridos
Lipasa
Rompe los glicéridos, liberando ácidos grasos y glicerol
Colipasa
Procolipasa
Tripsina
Se une a las micelas para anclar la lipasa al lípido
Fosfolipasa A 2
Profosfolipasa
Tripsina
Separa los ácidos grasos de los fosfolípidos
Enterasa de colesterol
Tripsina
Libera colesterol esterificado
ARNasa
Rompe el A R N en fragmentos cortos
ADNasa
Rompe el A D N en fragmentos cortos
446
18 Sistemo digestivo
ma inactiva (tripsinógeno, quimotripsínógenos y procarboxipepti-
da, aumentan las concentraciones sanguíneas de amilasa pancreá
dasas) y se activan en la luz del intestino delgado. De este modo, el
tica. La determ inación de los niveles plasmáticos de la enzima
páncreas evita autodigerirse, igual que el estómago. La activación
puede aportar inform ación diagnóstica útil respecto a la intensi
del tripsinógeno se puede producir espontáneamente, en respuesta
dad y evolu ción de la lesión del tejid o pancreático.
al ambiente alcalino del intestino delgado o bien en respuesta a la enterocinasa (enteropeptidasa), una de las enzimas del ribete en ce
Enzimas lipolHicos de! páncreas
pillo. A continuación, la propia tripsina activa los quim otripsinóge
El ju g o pancreático contiene varias lipasas que se secretan en forma
nos. La tripsina y las quimotripsinas son endolipopeptidasas que hi-
de cimógenos inactivos. Entre ellas, las más importantes son la co-
drolizan las uniones peptídicas de las moléculas proteicas para obte
lipasa, la esterasa de colesterol y la fosfolipasa A 2. Son inactivadas
ner algunos aminoácidos libres y polipéptidos de tamaño variable.
por la tripsina en la luz intestinal. Se cree que la lipasa pancreática
Las carboxipeptidasas (activadas por la tripsina), la elastasa y las
(triacilglicerol hidrolasa) se secreta en forma activa e hidroliza los
aminopeptidasas son entonces capaces de completar la digestión de
triglicéridos insolubles en agua para formar ácidos grasos libres y
éstos liberando péptidos pequeños y aminoácidos.
m onoglicéridos. La colipasa ancla la lipasa en las proxim idades de
Es im portante que el tripsinógeno no se active en el interior de
la interfase aceite/agua, de modo que esta última puede actuar de
las células acinares o mientras circula por los conductos. En condi
forma más efectiva. La fosfolipasa A 2 digiere los fosfolípidos para
ciones normales, la activación se evita manteniendo un ambiente
formar ácidos grasos libres y lisolecitina. El papel de la bilis en la
ácido en los gránulos de cimógeno (probablem ente por medio de la
digestión y la absorción de los lipidos se discute más adelante.
acción de una bomba de protones) y por la presencia de inhibidor de la tripsina en el ju g o pancreático. Este último se fija a cualquier tripsina activa existente para formar un com plejo inactivo. La pan
Regulación de la secreción pancreática
creatitis aguda necrotizante es un trastorno que pone en peligro la vida y que con frecuencia está causado por ei reflujo de bilis hacia el páncreas o por un cuadro de alcoholismo. Se caracteriza por la autodigestión del tejido pancreático, con inflamación y lesión tisular provocadas por la fuga de las enzimas activadas del páncreas.
A l igual que la secreción gástrica, la secreción pancreática está re gulada tanto por la actividad de los nervios vagos com o por hor monas. N o obstante, el control endocrino es el más importante. La tabla 18-3 inclu ye una lista de los principales m oduladores de la secreción exocrina del páncreas. Como en el caso del estómago, el
Amilaso pancreática A u n qu e la amilasa salival puede iniciar la digestión del almidón en la boca y posiblem ente en el estómago, la a-amilasa pancreáti ca es la responsable de la m ayor parte de la digestión del almidón en el duodeno. Esta enzima se secreta en form a activa y es estable a un p H com prendido entre 4 y 11, aunque su pH óptim o es 6,9.
proceso de secreción puede dividirse en tres partes: cefálica, gás trica e intestinal. La fase cefálica está sometida al control n e rv io so, mientras que las fases gástrica e intestinal están controladas principalm ente por hormonas. La figu ra 18-24 ilustra los factores principales que regulan la secreción pancreática.
Igual que la amilasa salival, rom pe el enlace a -l,4 -glu co s íd ic o
Fase cefá lica
(v . cap. 2) , pero a diferencia de aquella enzima, es capaz de ata car tanto el alm idón cocido com o crudo. A l cabo de unos 10 min de haber penetrado en el intestino delgado, el alm idón ha queda do con vertid o en diversos oligosacáridos, fundamentalmente maltosa y maltotriosa. A continuación, las disacaridasas intestina les del ribete en cepillo hidrolizan los oligosacáridos en glucosa. En algunos procesos patológicos, incluyendo la pancreatitis agu
Tabla 18-Î.
Las células acinares y las células musculares lisas de los conduc tos y de los vasos sanguíneos están inervadas por fibras eferentes parasimpáticas vagales. La estimulación de estas fibras provoca la liberación de los gránulos de cim ógeno de las células acinares a los conductos, así com o un aumento del flu jo sanguíneo. Los va sos sanguíneos también reciben algunas fibras vasoconstrictoras
Reguladores quím icos de la secreción pancreática exocrina Acción sobre el páncreas
A g e n te s
Colecistocinina (CCK) Gastrina Acetilcolina Sustancia P Secretina Péptido intestinal vasoactivo (VIP) Péptido histidina-isoleucina (PHI) Insulina Factores de crecimiento cipo insulina (IGF) Somatostatina
* Aumentan la secreción de enzimas pancreáticas y de líquido rico en ácido clorhídrico por parte de las células acinares f •
Aumenta la secreción de liquido rico en bicarbonato por parte de las células ductales
.
I
Aumento de la síntesis y de la secreción de enzimas, efectos tróficos
Inhibe la secreción de las células acinares y ductales
18.11 Papel del hígado y de la vesícula biliar como componentes del tracto gastrointestinal
447
apáticas, cuya actividad p rovoca una reducción del flu jo san-
cretada por la mucosa de la porción superior del intestino cuan
; _:neo. La visión, el olor y el sabor del alim ento estimulan la ac
do su superficie es bañada por m onoglicéridos, ácidos grasos,
idad parasimpàtica vagai. Se liberan acetilcolina y V IP, neuro-
péptidos y am inoácidos (especialm ente trip tófan o y fenilalani-
-ansmisores que al parecer actúan de forma sinèrgica para p ro
na). La secretina se libera en respuesta al pH bajo. La CCK esti
b a r aumentos del flu jo sanguíneo y de la secreción de ju g o
mula la producción de un líqu id o rico en enzimas p or parte de
rancreático. Además de la acción directa de los eferentes vagales,
las células acinares, mientras que la secretina aumenta el flu jo de
_na pequeña parte de la secreción pancreática de la fase cefálica
líq u id o rico en bicarbonato procedente de las células ductales.
ritá mediada p or la gastrina liberada por las células antrales en
Además, parece que la CCK potencia los efectos secretores de la
-espuesta a la estimulación vagai.
secretina.
Fase gástrica l a gastrina es la responsable principal de este componente, relatiamente pequeño, de la secreción pancreática. La gastrina se se:reta en respuesta a la distensión del estómago y a la presencia de
18.11 Papel del hígado y de la vesícula biliar como componentes del tracto gastrointestinal
-ninoácidos y péptidos en el antro. La distensión también p ro vo ca su secreción a través de un reflejo vagovagal gastropancreàtico.
El hígado y la vesícula biliar son órganos accesorios del tracto GI que tienen relación con el intestino delgado. El hígado es el ma
Fase intestinal
y o r de los órganos abdominales, con un peso m edio de 1,3 kg; re cibe y procesa la sangre venosa rica en nutrientes que le llega des
Esta fase supone más del 7 0% de la secreción total del páncreas
de el tracto GI, y lleva a cabo numerosas funciones metabólicas y
exocrino. Se produce en respuesta a la CCK y a la secretina se
homeostáticas vitales, que se resumen brevem ente aquí (v. tam-
448
18 Sistema digestivo
---- 1 ----
Resumen
Pericardio fibroso Diafragma
1.
Vena cava inferior
La porción exocrina del páncreas está formada por células acinares que secretan enzimas y liquido a un sistema de conductos del gados, recubiertos de células epiteliales, que a su vez secretan lí
2.
quido alcalino y modifican la secreción acinar principal. Las principales enzimas necesarias para completar la digestión de grasas, hidratos de carbono y proteínas se encuentran en el liqui do pancreático. La composición iónica del jugo pancreático de pende de su ritmo de secreción. A niveles elevados de secreción,
3.
el contenido de bicarbonato del jugo es mayor que a flujos bajos. La mayor parte de las enzimas proteolíticas (tripsinas) se almace nan en las células acinares en forma de precursores inactivos (gra nulos de cimógeno) para evitar la autodigestión. La activación de
4.
estas enzimas tiene lugar en el duodeno. La a-amilasa pancreática es responsable de la digestión del almidón
5.
en oligosacáridos en el duodeno. Se secreta en forma activa. Varías lipasas están presentes en el jugo pancreático. Hidrolizan
6.
los triglicéridos insolubles en agua para liberar ácidos grasos li bres y monoglicéridos. El control de la secreción pancreática exocrina es fundamental
Vesícula biliar
Lóbulo caudado
mente hormonal, aunque la fase cefálica inicial de la secreción está controlada por el sistema parasimpático. La gastrina contri buye a la fase gástrica de la secreción, pero aproximadamente el 70% de ésta se produce durante la fase intestinal, en respuesta a la CCK y a la secretina. Estas hormonas son liberadas por la mu
Venas hepáticas
Vena cava inferior
cosa de la porción superior del intestino en respuesta a los iones hidrógeno y a los productos de la digestión de grasas y proteínas.
Vena porta bién cap. 31). El hígado desempeña un papel extremadamente im portante en el metabolismo energético: almacena glucosa en fo r
Arteria hepática
ma de glucógeno, con vierte algunos aminoácidos en glucosa y de
Colédoco
Vesícula biliar bil
grada lípidos. Tam bién es im portante en la biosintesis: sintetiza todas las proteínas plasmáticas — a excepción de las inm unoglobulinas— , incluyendo el com plem ento y los factores de la coagu
Ligamento falciforme F ig. 18-25.
Lóbulo cuadrado
Características anatómicas principales del hígado.
lación. Tam bién fabrica proteínas portadoras para el colesterol y los triacilgliceroles. El hígado secreta bilis, que contiene sales bi liares cruciales para la emulsión de las grasas antes de su diges tión y absorción. Finalmente, este órgano con vierte amoníaco en
form ar el grueso conducto hepático común. En su camino hacia el
urea, mucho menos tóxica, y añade grupos polares a muchos fár
duodeno, este conducto se une al conducto cístico que drena la ve
macos, algunas hormonas y determ inados metabolitos para que
sícula biliar para form ar el conducto b ilia r (colédoco). El esfínte:
puedan ser excretados en la orina o en la bilis.
de Oddi, un anillo muscular que evita el reflu jo de bilis, separa ei conducto biliar del duodeno (fig. 18-19). Microscópicamente, el hígado está formado por 50.000-100.00
Estructura del hígado
(f ig . 18-25)
lobulillos separados por septos. Los lobulillos son unas estructura; más o menos hexagonales, con un diámetro de 1-2 mm, que formar
Situado en el cuadrante superior derecho de la cavidad abdom i
las unidades funcionales del órgano; cada uno está formado por
nal (v . fig. 18-1), el hígado está form ado por cuatro lóbulos ro
una vena central que desemboca en la vena hepática y a partir de la
deados por una cápsula fibroelástica resistente, denominada cáp
cual irradian columnas de hepatocitos (células hepáticas) en direc
sula de Glisson. El ligam ento falciform e, que une el hígado al dia
ción a la delgada capa de tejido conjuntivo que las rodea. Entre lo:
fragma y a la pared anterior del abdomen, separa los lóbulos
hepatocitos existen unos pequeños canalículos biliares que desem
principales, izqu ierd o y derecho. Los dos lóbulos menores, visce
bocan en los conductos biliares y, finalmente, en los conductos bi
ral y caudado, se sitúan en la superficie ventral del hígado. Un
liares terminales. En cada uno de los seis ángulos de un lóbulo se s:-
m esenterio dorsal, el epiplón menor, une el hígado a la curvatura
túa una tríada portal, denominada así porque en ella existen siem
menor del estómago. La vesícula biliar se sitúa en un receso de la
pre tres estructuras: una rama de la arteria hepática, una rama de ia
superficie in ferior del lóbulo hepático derecho. La bilis sale de
vena porta y un conducto biliar. La figura 18-26 muestra un es
este órgano por los conductos biliares terminales, que se unen para
quema simplificado de la estructura de un lobulillo hepático.
18.11 Popel del hígado y de lo vesícula biliar como componentes del tracto gastrointestinal
Sinusoides
Células hepáticas
Espacio de Disse
449
y /
Célula de Kupffer Canalículos biliares
Linfáticos terminales
0oo°
Vaso mfático Vena porta Arteria hepática Conducto biliar
Fig. 18-26. Estructura histológica básica de un lobulillo hepático.
Circulación hepática
Producción de bilis
f » : m alm en te, el hígado recibe alrededor del 25% del gasto car-
Los hepatocitos secretan a los canalículos biliares un líquido que se
■saco. Es único entre los órganos abdominales por el hecho de
conoce con el nombre de bilis hepática. Se trata de un líquido isotó-
it s p o n e r de una d oble irrigación sanguínea: la arteria hepática,
nico con un pH com prendido entre 7 y 8 y que tiene una composi
l c - í transporta unos 400 mi • m in '1de sangre, y la vena porta, que
ción iónica parecida a la del plasma. También contiene sales biliares,
tra-sporta unos 1.000 mi • min-1 de sangre rica en nutrientes. Las - - ^eñas vénulas portales que se sitúan en los septos que separan t í .chulillos entre sí reciben sangre de las venas portales. A par
pigmentos biliares, colesterol, lecitina y moco. A medida que pasa por los conductos biliares, las células epiteliales ductales modifican esta secreción primaria secretando un liquido acuoso rico en bicar
ir de las vénulas, la sangre flu y e hacia unos sinusoides que se ra-
bonato. Esto aumenta considerablemente el volum en de bilis, de
c .f.c a n entre las columnas de hepatocitos. Los sinusoides forman
manera que, en total, el hígado produce 600-1.000 mi de bilis cada
red capilar laxa, desde la cual flu y e la sangre hacia la vena
día. La bilis puede descargarse en el duodeno o almacenarse en la
er.’.ral del lobulillo. La sangre desoxigenada de las venas centra-
vesícula biliar; en este segundo caso, su composición se va m odifi
.r- desemboca en las venas hepáticas, que se unen a la vena cava
cando durante el tiempo que permanece en ella (v. más adelante).
í
ir.íerior justo por debajo del diafragma. La presión en la vena pores de aproxim adam ente 1,3 kPa (10 m mHg), mientras que en vena hepática es sólo ligeram ente in ferior (aproxim adam ente 0,6 kPa o 5 m mHg). Por consiguiente, en los vasos de capacitan
Naturaleza qu ím ica de los ácidos y las sales biliares
z a del hígado se almacenan entre 200 y 400 mi de sangre, que ru ed e ser desviada hacia la circulación sistèmica durante los pe
Los ácidos biliares derivan del metabolismo del colesterol. El ácido
riodos de h ipovolem ia o de shock.
cólico y el ácido quenodesoxicólico se forman en los propios hepa
Los septos interlobulares tam bién contienen arteriolas hepáti
tocitos y se les conoce como ácidos biliares principales. En el intes
cas derivadas de las ramas de la arteria hepática, muchas de las
tino se forman pequeñas cantidades de ácidos biliares secundarios
ales drenan directamente en el interior de los sinusoides y
(ácido desoxicólico y ácido litocólico) a partir de los ácidos princi
porta sangre saturada de oxígen o. Los sinusoides están revestidos p or dos tipos de células: célu-
pales por la acción deshidroxilante de las bacterias. Antes de ser se cretados en la bilis, los ácidos biliares principales se conjugan (me
:S endoteliales típicas y células fagocíticas de K upffer. Las célu-
diante una unión peptídica) con aminoácidos como la glicina y la
s endoteliales no suponen prácticamente ninguna barrera para
taurina en un com plejo con sodio para formar sales biliares hidro-
el intercam bio (entre los sinusoides y los hepatocitos) de materia
solubles. La figura 18-27 ilustra las estructuras de los ácidos bilia
les con un peso m elecular de hasta 250.000. N o existe lámina ba
res principales y la conjugación del ácido cólico con glicina.
sai, y el citoplasma del endotelio está fenestrado (v . cap. 15). La
Las sales biliares son amfipáticas, es decir, poseen tanto reg io
presencia de m icrovellosidades en la zona de la membrana del he-
nes hidrófobas como hidrófilas; cuando alcanzan una determ ina
patocito correspondiente a los sinusoides aumenta la superficie
da concentración en la bilis, forman agregados denom inados m i-
de intercambio. El espacio que existe entre los hepatocitos y la
celas (esta concentración se conoce com o concentración m icelar c rí
pared del sinusoide se denom ina espacio de Disse (figs. 18-26 y
tica). Las micelas están organizadas de tal m odo que los grupos
18-28), contiene un sistema de fibras de colágeno con funciones
hidrófilos se sitúan en la periferia, en contacto con el m edio acuo
de soporte y es drenado por vasos linfáticos terminales.
so, mientras que los grupos hidrófobos se sitúan frente a frente
450
18 Sistema digestivo
Ácidos biliares principales
Ácidos biliares secundarios
Ácido cólico
Ácido desoxicólico
Ácido quenocólico
Ácido litocólico
Colesterol
I
7a-Colesterol
(b)
Acido cólico Fig. 18-27.
Glicina
Ácido giicocólico
Estructura de los ácidos biliares y su formación a partir del colesterol (a). Conjugación del ácido cólico con glicina para formar ácido gli-
cocólico (b), que es una sal biliar.
entre si para form ar un núcleo central. Esta característica quím i
La fracción independiente de los ácidos biliares de la secre
ca de las sales biliares tiene una importancia fundam ental para su
ción biliar hace referencia a la secreción de agua y electrólitos
papel en la emulsión de las grasas.
por parte de los hepatocitos y de las células epiteliales d ú d a les. El sodio se transporta activam ente hacia los canalículos biliares, y lo siguen por m ovim ien to pasivo los iones cloruro
Com ponentes de la secreción biliar dependientes e independientes de los ácidos biliares
y el agua. Las células ductales secretan activam ente iones bi carbonato en la bilis; los siguen por m ovim ien to pasivo el so dio y el agua. Los procesos im plicados en la form ación de la bilis hepática se resumen en la figura 18-28.
Existen dos mecanismos secretores distintos involucrados en la elaboración de la bilis por el hígado y que dan lugar a los denom i
Circulación enterohepática
nados componentes de la bilis dependientes de los ácidos biliares y componentes de la bilis independientes de los ácidos biliares:
Aproxim adam ente el 9 4% de las sales biliares que llegan al intes tino son reabsorbidas hacia la circulación portal mediante trans
•
La velocidad a la cual se secretan sales biliares de forma acti
porte activo en el íleon distal. La m ayor parte de las sales biliares
va a los canalículos depende de la velocidad con que los áci
v u e lv e al hígado sin sufrir alteraciones y se recicla. Una parte de
dos biliares retornan desde el intestino delgado hacia los he
ellas se desconjuga inicialm ente en la luz intestinal y vu e lv e al hí
patocitos a través de la circulación enterohepática. Este com po
gado para ser conjugada nuevam ente y reciclada. Una pequeña
nente de la secreción biliar se denomina, por tanto, fracción
porción se desconjuga, es m odificada por las bacterias intestina
dependiente de los ácidos biliares.
les y, finalm ente, forma ácidos biliares secundarios. A lgu nos de
18.11 Papel del hígado y de lo vesícula biliar como componentes del tracto gastrointestinal
Sinusoide
451
Sangre
Célula endotelial
©
Espacio ___ intercelular
: ' î p , SB‘ SB“
Hepatoclto Na*
Tight junction-
; ^
/
H_0
Canalículo biliar
Glucagón Secretina Gastrina
Fig. 18-28. Duodeno
Hígado
Proceso de formación de la bilis por los
hepatocitos. SB, sal biliar.
lación enterohepática. Este circuito constituye la fuerza im pulso ra para el transporte de líqu id o hacia el sistema biliar. Au n qu e la producción de bilis hepática no está sometida a un control hor monal, la secreción de líqu id o acuoso rico en bicarbonato por par te de las células epiteliales ductales está estimulada por la secreti na y , en menor grado, p or el glucagón y la gastrina. Se cree que otro factor que estimula la producción de bilis por el hígado es el aumento del flu jo sanguíneo hepático que sigue a una ingesta. La ingesta también provocará un aumento de la tasa de reabsorción de sales biliares a través de la circulación enterohepática. Esto es timulará a su vez, la fracción dependiente de los ácidos biliares de la secreción de bilis.
Fig. 18-29.
Circulación enterohepática. Sólo se muestra la recirculación
Otros constituyentes importantes de la bilis: fosfolípidos, colesterol y pigm entos biliares
de los ácidos biliares principales. El transporte de las sales biliares conju gadas está representado por la línea roja continua y el de las sales biliares
La bilis es la principal vía de excreción del colesterol existente en
no conjugadas, por la linea roja discontinua.
el organismo. Los fosfolípidos, especialm ente la lecitina, también se secretan en la bilis. Am bos, colesterol y lecitina, se secretan en forma de vesículas lipídicas que, a continuación, forman micelas.
ellos, especialm ente el ácido litocólico, son relativam ente insolu
El prim ero se sitúa en el núcleo hidrófobo, mientras que la se
bles y se excretan en las heces. Se estima que los ácidos biliares
gunda, que es amfipática, se sitúa en parte en el núcleo y en par
pueden reciclarse hasta 20 veces antes de ser excretados fin al
te cerca de la superficie externa de la micela. Si existe una canti
mente en las heces. La figura 18-29 esquematiza la circulación en
dad excesiva de colesterol y no puede ser solubilizado en forma
terohepática de los ácidos biliares principales.
de micelas, puede form ar cristales en la bilis. Estos cristales ac túan com o núcleos para el depósito de sales de calcio y de fosfato, y con ello contribuyen a la form ación de cálculos de colesterol en
Regulación de la secreción biliar
los conductos hepáticos o en la vesícula biliar. Si el conducto he pático común queda bloqueado por un cálculo, la bilis no puede
Las sustancias que aumentan la secreción de bilis reciben el nom
pasar al duodeno; se produce distensión y aumento de la presión
bre de coleréticos. Los colagogos son sustancias que, com o la CCK,
en la vesícula biliar, que puede provocar un dolor intenso (cólico
aumentan el flu jo de bilis estimulando el vaciado de la vesícula
b ilia r) e ictericia (v . más adelante).
biliar. El factor principal en la producción de bilis hepática es el
La bilis es una vía de elim in ación de los p igm entos biliares
regreso de las sales biliares a los hepatocitos a través de la circu
y otros prod u ctos de desecho, en particular de m oléculas poco
45 2
18 Sistemo digestivo
polares de peso m olecular e le v a d o qu e n o son excretadas p or
Papel de la vesícula biliar
los riñones. Los pigm entos biliares son los p ro d u ctos de e x c re ción d el g ru p o hem o, y son responsables de p ro p orcio n a r los colores característicos tanto de la bilis com o de las heces. Cons titu ye n ap roxim ad am ente el 0 ,2 % de la bilis, y se form an a partir de la d estrucción de los hem atíes v ie jo s en el bazo. El p rin cip a l p igm en to b iliar es la b ilirru b in a , qu e es rela tiva m en te in so lu b le y p or esta razón se transporta hasta el hígad o en com b in ación con la albúm ina plasm ática. En los hepatocitos, ap roxim adam ente el 8 0 % de la b ilirru b in a se conjuga con áci do g lu cu ró n ico en presencia de una enzim a, la g lu cu ro n il transferasa, para form ar un d ig lu cu ró n id o de b ilirru b in a que es h id rosolu b le y pasa a la bilis, d ándole su colo r verd e-am arille n to característico. La b ilirru b in a restante se con ju ga con sulfato para form ar sulfato de b ilirru b in a , o con d iversos a gen
La vesícula biliar es un órgano muscular en forma de saco, de co lor verde, paredes delgadas y 10 cm de longitud, que protruye en la cara in ferior del hígado (fig. 18-25). Alm acena la bilis que no se necesita de forma inmediata para la digestión, y la concentra ab sorbiendo agua y electrólitos. La mucosa de la vesícula biliar, com o la del estómago, presenta m últiples pliegues cuando el ór gano está vacío. Estos pliegues pueden expandirse para dar cabi da a una cantidad de hasta 60 mi de bilis durante el período com pren dido entre ingestas. Entre comidas, la m ayor parte de la bilis producida p or el hí gado se desvía hacia el interior de la vesícula biliar a causa del tono relativam ente elevado del esfínter de Oddi. La vesícula biliar
tes h id rófilos. En el intestino, y especialm ente en el colon, las bacterias hidrolizan el diglu cu rónido de bilirrubina para form ar u robilinógeno, que es extremadamente hidrosoluble e incoloro, y también estercobilina y urobilina, que dan a las heces su color marrón ca racterístico. Una parte del urobilinógen o se reabsorbe en el intestino y pasa a la sangre; de allí es secretado nuevam ente a la bilis p or el hígado o excretado en la orina por los riñones. El dia grama de la figura 18-30 ilustra el proceso de formación, circula ción y elim inación de la bilirrubina.
La acum ulación de b ilirru b in a en la sangre p rovoca icte ricia La ictericia (icterus, en latín) se debe a un n iv e l anormal de b ili rrubina en la sangre (hiperbilirrubinem ia). Se caracteriza por una coloración amarilla de la piel, la esclerótica de los ojos y los teji dos profundos. Existen muchas causas de ictericia, pero las más importantes son: destrucción excesiva de hematíes (hemolisis), al teración en la captación de la bilirrubina por los hepatocitos y obstrucción del flu jo biliar, ya sea en los canalículos biliares o en los conductos biliares. Después de una transfusión de sangre no totalm ente com patible, o en determ inados trastornos heredita rios, se puede producir una hemolisis excesiva. La ictericia se o b serva también en aquellos recién nacidos cuyos hematíes fetales se hem olizan más deprisa de lo que el hígado inm aduro puede procesar la bilirrubina. La ictericia que aparece a consecuencia de la incapacidad del hígado para captar o conjugar la bilirrubina se conoce con el nom bre de ictericia hepática. La hepatitis y la cirrosis son las cau sas más frecuentes de este trastorno. La ictericia obstructiva aparece si existe una dificu ltad para el paso de la bilis desde el hígado hacia el intestino. Los cálculos, las estenosis o los tumores de los conductos biliares y del páncreas son las causas más frecuentes de esta enferm edad. Con frecuencia, este tip o de ictericia se acompaña de pru rito (picor generalizado), p rovocad o por la acumulación de sales biliares en la sangre. Las heces son de color claro d ebido a la ausencia de bilirrubina en la bilis, y a menudo contienen vetas de grasa a causa de la reducción de la absorción de las grasas de la dieta. N o obstante, la orina tie ne un color más oscuro de lo habitual a causa del aumento de e x creción de bilirrubina por los riñones.
Fig. 18-30. rrubina.
Procesos de formación, circulación y eliminación de la bili
18.11 Papel del hígado y de la vesícula biliar coma componentes del tracto gastrointestinal
Tabla 18-4.
Con cen tracion es relativa s d e algu n os constituyentes
de la b ilis hepática y d e la b ilis d e la vesícu la b ilia r Soluto
Na*
453
capa única de células epiteliales columnares de gran altura, uni das en sus regiones apicales p or tight junctions de manera que en
Proporción de la concentración de solutos (bilis de la vesícula biliar/bilis hepática)
tre las células se forman unos canales laterales m uy largos. A me dida que las sales se dirigen hacia estos canales se crean zonas lo cales con una presión osmótica alta y la tonicidad es más elevada en las regiones apicales del canal. Este hecho se conoce con el
1,7
CaÍT
5,0
nom bre de gradiente osm ótico vertical y perm ite la reabsorción
HCO,-
0,2
continua de agua desde la vesícula biliar hacia el líqu id o intersti
CL
0,2
cial. La figura 18-31 ilustra este mecanismo de absorción de solu
Ácidos biliares
8,9
tos y agua por parte de la vesícula biliar.
Pigmentos biliares
4,0
Colesterol
8,3
Lecitina
8,0
Osmolalidad de la bilis
290-300 mosmol • kg 1
Volumen de bilis secretado desde la vesícula biliar
500 mi • día 1
La contracción de la vesícula biliar impulsa la bilis hacia el du o d en o A los pocos minutos de haberse iniciado una ingestión, especial mente si se trata de una ingesta rica en grasas, el músculo de la v e sícula se contrae y genera una presión que p rovoca el flu jo de la
concentra la bilis por m edio de la reabsorción de sodio, cloruro, bicarbonato y agua. A consecuencia de ello, las sales biliares pre sentes en la bilis pueden llegar a concentrarse hasta 20 veces. El transporte activo de sodio por parte de la mucosa desde la luz de la vesícula biliar hacia la sangre es el principal mecanismo im pli cado en la concentración de la bilis. Los aniones cloruro y bicar bonato se reabsorben para mantener la neutralidad eléctrica y el agua los sigue de forma pasiva. Las concentraciones de potasio aumentan a m edida que se absorbe el agua, pero vu elven a dism i nuir a m edida que el potasio d ifunde de forma pasiva siguiendo el gradiente de concentración que se ha establecido. La tabla 18-4 muestra las concentraciones de solutos para la bilis de la vesícula biliar y la hepática, consecuencia de los procesos de reabsorción
bilis hacia el duodeno. Esta respuesta inicial está mediada p or los n ervios vagos, pero el principal estímulo para la contracción es la CCK. Esta hormona se secreta en respuesta a la presencia de qu i nao graso y ácido en el intestino. La CCK también estimula la se creción pancreática y relaja el esfínter de Oddi para que la bilis y el ju g o pancreático puedan pasar al duodeno. La actividad vagal parasimpática con tribuye relativam ente poco a la estimulación de la contracción de la vesícula biliar. Por el contrario, el vaciado d e la vesícula es in h ib ido por la actividad simpática. Norm alm en te, la vesícula biliar se vacía por com pleto aproxim adam ente 1 h después de una ingesta rica en grasas. Gracias a este mecanismo se m antiene el nivel de ácidos biliares en el duodeno por encima de la concentración micelar crítica.
que se llevan a cabo en la primera. El agua sale de la vesícula biliar para mantener la isotonicidad, a pesar de que la mucosa no es excesivam ente perm eable al agua. Se cree que esto es posible gracias a la naturaleza física de la
Resumen 1.
capa mucosa de esta vesícula. La mucosa está formada por una
El hígado secreta entre 600 y 1.000 mi de bilis cada día. La bilis es imprescindible para la absorción de las grasas en el intestino del gado. Se almacena y se concentra en la vesícula biliar, que des pués de una ingesta se contrae para enviar bilis hacia el duodeno.
Capilar
2.
Los ácidos biliares son constituyentes importantes de la bilis. Se conjugan con aminoácidos para formar sales biliares, que son am-
Luz de la vesícula biliar
fipáticas (es decir, poseen regiones hidrófobas e hidrófílas}. A con centraciones elevadas, las sales biliares se agregan en micelas. La
C MASSON. 3 A I olix ;oplni nln mituilsm'lón nn nn 50 años
Hombres
20
12
8,3
12,5
30
13
16
18,5
40
16.5
19
23
50
19
21,5
26
60
21
23,5
29
70
23
25
32
Mujeres
20
14
17
21
30
19
22
26,5
40
23
25,5
30
50
26
28
33
60
28
31
35,5
70
30,5
32,5
37,5
El grosor del p liegu e cutáneo se determina en cuatro localizaciones: el bíceps, el tríceps, por debajo del om óplato y en la cintura (pliegu e cutáneo suprailíaco). Los valores se suman para determ inar el grosor fin al del pliegu e cutáneo. F.n los hombres, el porcentaje idóneo de tejido adiposo corporal está entre el 15 y el 2 1 % , se gún la edad. En las mujeres, este porcentaje es del 17-25%.
porte nutricional. La nutrición enteral (a través del tracto G I) es po-
Resumen
sible en los casos en los que el intestino es normal, mientras que la nutrición parenteral (sin pasar por el tracto G I) puede ser necesaria
La dieta equilibrada es esencial para la salud. Las dietas mixtas
en las situaciones en las que el intestino está alterado.
contienen cantidades adecuadas de los nutrientes esenciales; las
Iil
soporte nutricional enteral se puede realizar m ediante la
administración por via oral de alimentos líquidos fuertem ente energéticos o de distintas fórmulas administradas m ediante sonda nasogáslrica. Estos compuestos nutricionales contienen las canti dades adecuadas de proteínas, hidratos de carbono (inclu yend o
dietas vegetarianas estrictas requieren un control estrecho. Los principales compuestos nutricionales son los hidratos de car bono, las grasas y las proteínas. Los hidratos de carbono repre sentan una fuente importante de energía. Las grasas también son importantes para la provisión de energía y constituyen elementos esenciales en las membranas celulares. Algunos ácidos grasos son
glucosa), grasas, vitaminas y minerales, y hay fórmulas diferentes
esenciales debido a que el organismo no puede producirlos. T.as
para solucionar los requerim ientos de los distintos pacientes. Si se
proteínas son degradadas en sus aminoácidos constituyentes an
obstruye en la sonda nasogástrica, o bien el intestino no puede
tes de ser absorbidas y se utilizan para la producción de proteínas
procesar adecuadamente los alimentos, puede ser necesaria la ali
estructurales, enzimas, hormonas, etc. La dieta debe contener
m entación por via parenteral. En este caso, el intestino no parti
ocho aminoácidos esenciales.
cipa en la nutrición y los nutrientes son introducidos directa
Además de los compuestos nutricionales principales, hay una am
mente a una vena central de gran calibre, generalm ente la vena
plia gama de factores alimentarios accesorios que son necesarios
subclavia o la vena yugular. Los nutrientes deben tener una com posición que pueda utilizarse sin necesidad de la digestión, por ejem plo, aminoácidos puros, glucosa y una emulsión de triglicéri-
para un buen estado de salud. Estas sustancias orgánicas son las vitaminas y los minerales. Las deficiencias vitamínicas se asocian a síntomas característicos (p. e j„ raquitismo, pelagra y beribcri| El hambre y el apetito son elementos reguladores importantes del
dos. En las situaciones de alimentación parenteral prolongada
consumo de alimentos. En el hipotálamo se localizan los «centróse
también es necesario incluir vitaminas, minerales y oligoelem en-
del hambre y la saciedad. La obesidad, la anorexia nerviosa y la bu-
tos en los nutrientes. Compuestos nutricionales de este tip o son
limia nerviosa son trastornos relacionados con el consumo inadecua
hipertónicos y se deben administrar ju n to con las cantidades
do de alimentos y pueden dar lugar a diferentes problemas de salud
apropiadas de líquido. Además, es esencial un control regular del
Para la determinación del estado nutricional se pueden realizar
peso corporal y del grado de hidratación del paciente.
diversas pruebas antropométricas y fisiológicas. Entre ellas, la medición del grosor del pliegue cutáneo, la determinación del pe rímetro del brazo, el estudio de la composición corporal y el aná
Bibliografía recomendada
lisis del equilibrio de nitrógeno. En algunas circunstancias es necesario el soporte nutricional me diante una sonda nasogástrica (nutrición enteral) o mediante la
Bender DA. Introduction to nutrition and metabolism. 2nd ed. London: Taylor and Francis, 1997. Mann JA,
Truswell S, editors. Essentials o f human nutrition. Ox
ford: Oxford Medical Publications, 1998.
infusión de los nutrientes directamente en el torrente sanguine a través de una cánula introducida en una vena de calibre grande (nutrición parenteral).
Respuestas
Test de autoevaluación Las afirmaciones siguientes son verdaderas o falsas. Las respues
477
lismo de las grasas y aparecen en la orina de las personas que consumen cantidades escasas o nulas de hidratos de carbono. a. Verdadero. b. Verdadero.
tas se muestran a continuación.
c. Falso. .
a. En el organismo, los hidratos de carbono se almacenan en forma de glucógeno. b. La carne contiene todos los aminoácidos esenciales. c. El edema es una alteración característica del marasmo. d. Los aceites vegetales están constituidos principalm ente por grasas insaturadas.
d. Verdadero. e. Verdadero. 2. La deficiencia de vitamina A causa ceguera nocturna y xeroftalmía. Su exceso puede ser fuertemente tóxico y puede dar lugar a diversos problemas neurológicos. También causa alteraciones
c. Las cetonas suelen aparecer en la orina de las personas que to man dietas con contenidos muy bajos en hidratos de carbono.
en el desarrollo. La vitamina K es esencial para la coagulación sanguínea normal. Su deficiencia se asocia a trastornos hemorrágicos. La deficiencia de vitam ina B, induce la pelagra. Esta en
2. a. El consumo excesivo de vitam ina A puede causar p rob le mas tóxicos importantes.
fermedad cursa con diversos síntomas neurológicos y trastornos cutáneos. La deficiencia de vitamina B12causa anemia pernicio
b. La deficiencia de vitam ina K puede incrementar el riesgo de trombosis.
sa. El raquitismo se debe a la deficiencia de vitamina D. El es corbuto está causado por la deficiencia de vitamina C.
c. La deficiencia de vitam ina
puede inducir trastornos neu-
rológicos graves.
a. Verdadero. b. Falso.
d. La deficiencia de vitam ina B,, causa anemia aplásica. c. Verdadero. e. El raquitism o se debe a la deficiencia de vitam ina C. d. Falso. a. Las dietas con deficiencia de y o d o pueden causar bocio.
e. Falso.
b. El hipotálamo desempeña una función im portante en la re gulación del consumo de alimento. c. Los pacientes que sufren bulimia nerviosa suelen presentar un peso corporal gravem ente reducido. d. Las personas con un IM C de 25 kg • m : muestran sobre peso.
3. La deficiencia de y o d o puede dar lugar a la aparición de bocio d ebid o a que la glándula tiroides aumenta de tamaño para atra par tod o el y o d o que pueda obtener del plasma. Los pacientes con bulimia suelen presentar un peso corporal normal. El IM C es un parámetro que relaciona el peso corporal con la estatura. Como parámetro para determ inación del estado de salud es más
e. Un niño en fase de crecim iento puede presentar un IM C sig nificativam ente m enor de 20 kg ■mm 2 y , a pesar de ello, ser com pletamente sano.
útil en los adultos. Sus valores normales oscilan entre 20 y 25 k g • m"-: los valores superiores a 30 representan niveles p ro gresivam ente m ayores de obesidad. Durante los períodos de crecim iento acelerado en los niños, el organism o muestra un
Respuestas
e q u ilib rio de n itrógeno p ositivo que indica que la síntesis de nuevas proteínas supera al m etabolismo proteico o al depósito de tejid o adiposo.
Las proteínas de origen animal son proteínas de primera clase y contienen los 20 aminoácidos utilizados por el organismo para
a. Verdadero. b. Verdadero.
la síntesis de nuevas proteínas. El edema es característico del kwashíorkor. Los niños con marasmo suelen presentar una piel
c. Falso.
arrugada sin edema. Los aceites vegetales son ricos en grasas in
d. Falso.
saturadas. Las cetonas son productos intermedios del metabo
e. Verdadero.
20 Fisiología de los sistemas reproductores masculino y femenino El objetivo del presente capitulo es explicar: •
El significado de la reproducción sexual
•
Las principales estructuras del sistema reproductor masculino y su función
•
La formación de espermatozoides maduros por espermatogénesis y espermiogénesis
•
La regulación de la función testicular por la adenohipófisis y la testosterona
•
Las principales estructuras del sistema reproductor femenino y su función
•
El ciclo ovárico (o menstrual) y su regulación hormonal
•
El papel de las hormonas hipofisarias y ováricas en la regulación del sistema reproductor femenino
•
La pubertad y la menopausia
•
Las acciones periféricas de los esteroides testiculares y ováricos en el adulto
Fisiología de los sistemas reproductores masculino y femenino
20.1 Introducción
es decir, contienen una única dotación de cromosomas. Las células haploides son el resultado de la d ivisión por meiosis de una célula diploide, un proceso en que los genes se reparten en dos series de
La reproducción, la capacidad de producir una nueva generación
cromosomas (para más detalles, v. cap. 3). Durante la división
de ind ivid u os de la misma especie, es una de las características
meiótica se fragmentan combinaciones antiguas de genes y se fo r
fundamentales de los organismos viv o s . El material gen ético se
man combinaciones nuevas por intercam bio cromosómico, de
transmite de los padres a la generación siguiente para garantizar
m odo que se m odifica la composición genética de cada cromoso
la perpetuación de las características de los progenitores y las de
ma. En el momento de la fecundación, los gametos se fusionan for
la especie. La característica esencial de la reproducción sexual
mando una nueva célula que posee una serie completa de crom o
es la com binación de cromosomas de dos in d ividu os diferentes
somas, la mitad originados a partir del espermatozoide y la otra
para producir una descendencia que difiere genéticam ente de sus
mitad, a partir del óvulo. Esta nueva célula se conoce com o cigoto.
padres. La parte esencial del proceso es la creación y fusión de los
La reproducción sexual perm ite una reorganización de los genes
gametos masculino y fem enino (el esperm atozoide y el ó v u lo o
que contribuye a crear poblaciones genéticamente diversas capa
huevo, respectivam ente).
ces de una m ayor adaptación a los cambios medioambientales.
Los gametos son células sexuales especializadas producidas p o r
El presente capítulo describirá los procesos que dan lugar a la
las ganadas que conectan una generación con la siguiente. Los esper
producción de los gametos masculino y fem enino y los mecanis
matozoides, los gametos masculinos, son producidos por los tes
mos hormonales que regulan la actividad de estos procesos. A d e
tículos; mientras que los óvulos, los gametos femeninos, son pro
más, se describirán el control neural y endocrino de la actividad
ducidos por los ovarios. Los núcleos de estas células son haploides.
reproductora, de la pubertad y de la menopausia.
Vesícula seminal
Próstata
Cuerpo esponjoso Uretra
Testículo
Fig. 20-1. Visión posterior del sistema reproductor mascu lino de un hombre adulto con sus principales estructuras.
482
20 Fisiologia de los sistemas reproductores masculino y femenino
Fisiología reproductora del hombre 20.2 Anatomía del sistema reproductor masculino
peratura ambiente unos 2 o 3 “C inferior a la temperatura corporal central. Para alcanzar el escroto, los testículos descienden o «m ig ra n » a través de la cavidad abdominal y sobre el borde pélvico. La ausencia de migración causa un proceso conocido com o criptorqui dia que, si persiste hasta la pubertad, detiene la espermatogénesis
La figura 20-1 es un diagrama sencillo del tracto reproductor mas
y provoca, por consiguiente, infertilidad, ya que a la temperatura
culino con sus principales órganos, y la figura 20-2 ilustra la estruc
corporal los testículos no pueden funcionar normalmente.
tura interna de los testículos, la gónada masculina responsable de la producción de espermatozoides y hormonas sexuales masculinas
20.3 El testículo adulto produce gametos y andrógenos
(los andrógenos). Los testículos se localizan fuera de la cavidad ab dominal, dentro del saco escrotal. Cada testículo mide alrededor de 4,5 cm de diámetro y pesa aproximadamente 40 g; está formado por un elevado número de túbulos seminíferos sinuosos que contienen las células de Sertoli, donde se producen los espermatozoides. Entre
F.n el hombre m aduro sexuaimente, los testículos desempeñan
estos túbulos se extiende el tejido conjuntivo de sostén que contie
dos papeles fundamentales que son vitales para su fertilidad y
ne las células intersticiales o de Leydig, responsables de la síntesis y
com petencia sexual. Estas funciones son:
secreción de andrógenos testiculares, en especial de testosterona. Esta disposición anatómica confiere a los testículos una estructura lobular en que cada lóbulo contiene dos o tres túbulos. Los túbulos seminíferos se unen en el vértice de cada lóbulo y alcanzan la pri mera parte de los conductos excretores, los túbulos rectos. Los túbu
•
Producción de espermatozoides, que transmitirán sus genes y
•
Secreción de andrógenos testiculares, en especial testostero-
fecundarán un óvu lo. na, que induce el desarrollo masculino com pleto.
los rectos son conductos cortos y rectos que penetran en el tejido
Los dos principales productos de las gónadas masculinas, los
conjuntivo denso del mediastino testicular y dentro de éste forman
espermatozoides y las hormonas esteroideas androgénicas, se sin
un sistema de espacios irregulares revestidos de epitelio, la llamada
tetizan en compartimentos diferentes. Los espermatozoides se pro
red testicular. A partir de aquí, los túbulos drenan a otro conducto
ducen en los túbulos seminíferos, mientras que los andrógenos son
sinuoso, el epididimo, que a su v e z da lugar a los conductos deferen
sintetizados y secretados por las células de L e y d ig que se extien
tes, estructuras tubulares de entre 30 y 35 cm de longitud que ter
den entre los túbulos. De hecho, estos compartimentos de los tes
minan en el conducto evaculatorio, cerca de la próstata. Las vesícu
tículos parecen estar separados no sólo desde un punto de vista
las seminales se localizan a cada lado de la próstata y vacían sus se
funcional, sino también anatómico, puesto que existe una barrera
creciones en el conducto eyaculatorio. Junto con los espermatozoides
que im pide el intercam bio libre de materiales hidrosolubles entre
y las secreciones prostáticas, las secreciones vesiculares forman el
ellos. Esta barrera se conoce com o barrera hemotesticular y se ori
semen. Desde el conducto eyaculatorio el semen penetra en el pene,
gina por efecto de las tight junctions que existen entre las regiones
y a través de éste se libera durante la cópula o coito.
basales de las células adyacentes de Sertoli (fig . 20-3). La barrera
El desarrollo de los testículos tiene lugar dentro de la cavidad
hemotesticular protege los espermatozoides en desarrollo de cual
abdominal del feto (v . cap. 22). Sin embargo, en el momento de na
quier agente deletéreo vehiculizado por la sangre y, de este modo,
cer, o poco después, los testículos se localizan dentro del saco es
mantiene un entorno adecuado para su maduración. Tam bién im
crotal, fuera de la cavidad abdominal, donde encuentran una tem-
pide que los materiales antigénicos (p. ej., proteínas) que se ori ginan en el curso de la espermatogénesis alcancen el torrente cir culatorio y desencadenen una respuesta autoinmunc frente a los espermatozoides. Cuando esto ocurre
por ejem plo, com o conse
cuencia de un traumatismo en los testículos— , puede producirse infertilidad. A pesar de que la producción de espermatozoides y la de andrógenos tienen lugar en compartimentos separados, ambas están estrechamente relacionadas desde un punto de vista fu n cio nal, porque la elaboración de espermatozoides maduros sólo es p o sible si la secreción de andrógenos es normal.
La testosterona es el principal an d rógen o testicular Las células de L e y d ig de los testículos sintetizan y secretan testos terona — el principal andrógeno testicular
a partir de acetato y
colesterol, como se describe en el cuadro 20.1. Los hombres adultos secretan aproximadamente 4-10 mg de testosterona cada dia, la ma Red testicular Fig. 20-2.
Testiculo adulto, epididimo y condueto deferente.
y o r parte de la cual alcanza la sangre. N o obstante, una pequeña cantidad penetra en los túbulos seminíferos, donde se une a una
20.3 El testículo adulto produce gametos y andrógenos
483
Espermatozoide Luz
Cuerpo residual
Espermátide
Compartimento > adluminal
Espermatocito Tight junction entre células adyacentes de Sertoli
Compartimento basal Espermatogonia Membrana
(jasal
Fig. 20-3.
„
, ,
, ,
,
Corte de Ja pared de un tubulo seminí
fero para mostrar la relación entre las células de Sertoli y los espermatozoides en desarrollo. Obsér
Vaso sanguíneo
vense las tight junctions de las células de Sertoli, que separan el compartimento basai del comparti mento adluminal.
proteína fijadora de andrógenos secretada por las células de Serto-
cesarios para cum plir los ob jetivos específicos de la hormona (cre
¡i, y posteriormente interviene de forma decisiva en el desarrollo de
cimiento, maduración, etc.). Estos tejidos incluyen los órganos ac
los espermatozoides (v. más adelante). A l ser un esteroide y , por
cesorios del tracto reproductor masculino, la próstata, las vesícu
consiguiente, relativamente liposoluble, la testosterona es capaz de
las seminales y el epidídim o, asi com o tejidos no reproductores
cruzar la barrera hemotesticular por difusión pasiva.
com o el hígado, el corazón y el músculo esquelético. La dihidrotestosterona es importante en el feto para la diferen ciación de los genitales externos y, en el momento de la pubertad,
Acciones periféricas de la testosterona
para el crecimiento del escroto, la próstata y el vello sexual. Además de su papel en la producción de espermatozoides, la testosterona es
§
El modo de acción de las hormonas esteroideas ya se ha descrito
timula el desarrollo fetal del epidídim o, el conducto deferente y las
anteriorm ente (v . caps. 5 y 12) y las normas generales son aplica
vesículas seminales. En la pubertad, es responsable del aumento del
bles a la testosterona. La hormona circula en el plasma unida a la
tamaño del pene, las vesículas seminales y la laringe, y de los cam
globulina transportadora de esteroides sexuales o a otras p roteí
bios en el esqueleto y la musculatura característicos del hombre.
nas plasmáticas. Penetra en la célula librem ente, donde puede |
convertirse en dihidrotestosterona o en 5-a-androsiendiona. Los
I
res andrógenos se unen a proteínas receptoras citoplasmáticas
i
específicas para form ar un com plejo csteroide-receptor que se
^
desplaza hasta el núcleo c interacciona con el A D N cromosómico, romo se describe en el capitulo 5. Además, pueden unirse a re-
í
Espermatogénesis: producción de esperm atozoides por los testículos Un hombre sexualmente maduro produce unos 200 m illones dia
reptores de la membrana plasmática o interaccionar directamente
rios de espermatozoides. La espermatogénesis es un proceso com
ron el A D N nuclear, m odificando así la expresión génica. En los
p lejo que implica la generación de un elevado número de células
’.ejidos existen más receptores androgénicos de los que serían ne
por mitosis y la reducción de la dotación cromosómica por m eio-
484
20 Fisiologia de los sistemas reproductores mosculino y femenino
Cuadro 20.1 colesterol
Biosintesi; de las principales hormonas esteroideas sexuales a partir de
sis. Tam bién im plica la form ación de una célula especializada des
los llamados espermatocitos primarios. Hasta aquí, las divisiones ce
tinada a transportar el material genético al interior del tracto re
lulares tienen lugar dentro del compartimento basal del tú bulo
productor fem enino con el o b je tiv o de m axim izar las p robabili
(fig. 20-3), pero en este punto los espermatocitos primarios penetran
dades de fecundación. La figura 20-4 resume los principales pasos
en el compartimento tubular adluminal. Aparentemente, lo logran
en el proceso de la espermatogénesis.
alterando transitoriamente las tighi junctions existentes entre células
En la pubertad, las células germ inales masculinas se activan
de Sertoli vecinas. Después de un período de crecimiento, cada uno
para poder iniciar la d ivisión mitótica, un acontecim iento que ca
de los espermatocitos primarios experimenta dos divisiones meióti-
racteriza el inicio de la espermatogénesis. El resultado es la fo r
cas; la primera de ellas da lugar a los espermatocitos secundarios, ya
mación de una población de espermatogenias que se extienden en
haploides, que se d ividen de nuevo inmediatamente formando las
el interior del com partim ento basai de los túbulos seminíferos.
espermátides. Cada espermátide posee 22 autosomas (es decir, cro
Las dos primeras divisiones mitóticas de cada célula germinal
mosomas no implicados en la determinación del sexo) y un cromo
dan lugar a cuatro células que permanecen conectadas entre si por
soma X o un cromosoma Y. La progenie de una espermatogonia in
un fin o puente citoplasmàtico (fig. 20-4). De estas células, tres expe
dividual permanece conectada por puentes citoplasmáticos. Estos
rimentan una división adicional y forman espermatogonias, mien
procesos completan los acontecimientos genéticos de la espermato
tras que la cuarta se detiene en este estadio y más tarde servirá como
génesis. Los estadios finales, no genéticos, consisten en la conver
célula pluripotencial para una generación ulterior de espermatozoi
sión de las espermátides, redondas, en espermatozoides móviles ma
des. Las tres células activas se dividen dos veces más dando lugar a
duros, un proceso conocido como espermiogénesis.
20.3 El testículo adulto produce gametos y andrógenos
485
que la observada en todos los cilios o flagelos, desde los de las al
Espermatogenia
gas verdes hasta los del ser humano. T iene un axonema central,
I
MITOSIS
que se origina a partir de un cuerpo basai situado ju sto detrás del Espermatogoma diploide
núcleo. El axonema está formado por dos m icrotúbulos centrales rodeados de nu eve pares de m icrotúbulos separados uniform e
I PRIMERA DIVISIÓN MEIÓTICA
'....✓ ''“ v —'
ijr
res adyacentes de m icrotúbulos entre sí. Este m ovim ien to depen de de la hidrólisis del A T P generado por la m itocondria de la p ri
f
SEGUNDA DIVISIÓN MEIÓTICA
mente. La flexión activa de la cola la causa el deslizam iento de pa
Espermatocitos primarios Espermatocitos secundarios
Puentes citoplasmáticos
^
mera parte de la cola (la porción media). En el ser humano, el proceso de diferenciación de un espermatocito hasta convertirse en un esperm atozoide m óvil requiere
pp,e™átldes
haploïdes
aproxim adam ente 70 días. Pasado este tiem po, los esperm atozoi des recién formados son liberados desde el com partim ento adluminal de las células de Sertoli a la luz de los túbulos seminíferos, y a partir de aquí pasan al epidídim o, donde siguen madurando y
Espermátides en diferenciación
adquieren la capacidad de mantener una m otilidad sostenida. Como puede observarse a partir de la figura 20-4, los espermato zoides m óviles liberados dejan atrás cuerpos residuales de cito plasma.
Cuerpos residuales
Formación del líq u id o seminal El epidíd im o puede servir com o reservorio de espermatozoides; el paso a través de este conducto sinusoide requiere 1-21 días. Los
Espermatozoides (o espermatozoos) maduros Fig. 20-4.
esperm atozoides y otras secreciones testiculares circulan a lo lar g o del conducto deferente hasta el conducto eyaculatorio. El lí-
Principales estadios de la espermatogénesis. Las células pri
mordiales se dividen formando espermatogenias que experimentan dos divisiones más para formar los espermatocitos primarios. Los espermato citos primarios experimentan divisiones meióticas y generan los esper matocitos secundarios y las espermátides. Durante la meiosis, el número
Cabeza « (5nm)
Vesícula acrosómica Núcleo
de cromosomas se reduce a la mitad. Obsérvense los puentes citoplasmá ticos entre las espermátidas en diferenciación.
Porción media
Mitocondria (dispuesta en espiral)
(5nm)
La esperm iogénesis im plica el re m o d ela d o citoplasmático de las espermátides Mitocondria
La figura 20-5 muestra las estructuras esenciales de un espermato
Membrana plasmática
y una espermátide redonda. El proceso de espermiogénesis se re
Cola (50 pm)
A I
nln milon/m.lrtn nu un ilnlilo
zoide humano m óvil y maduro. A la vista de esta figura queda cla ro que existen diferencias considerables entre un espermatozoide
ca com pleta) y una vesícula secretora especializada, llamada ve
Microtubulos del axonema
sícula acrosómica, que contiene enzimas hidrolíticas que ayudan
(a)
al esperm atozoide a penetrar el óvu lo antes de la fecundación.
Fig. 20-5.
La región caudal del esperm atozoide es m óvil. Consiste en un largo flag elo que posee esencialmente la misma estructura interna
Visión de un espermatozoide maduro en corte longitudinal (a)
y corte transversal (b) a través de su porción media. Obsérvense la mito condria en espiral y la disposición de los microtúbulos.
20 Fisiologia de los sistemas reproductores masculino y femenino
Neuronas GnRH
qu id o seminal aumenta notablemente de volum en por las secre ciones de las vesículas seminales (que aportan, aproxim adam ente, el 6 0% del volum en total) y la próstata (que aporta alrededor del 2 0 % ). Los líquidos secretados por estas glándulas proporcionan nutrientes a los espermatozoides. El líqu id o prostático es alcalino y con tribu ye a neutralizar el contenido normalmente ácido del conducto deferente. Por está razón, aumenta la m otilidad y ferti lidad de los espermatozoides, cuya función es óptima a un pH de aproxim adam ente 6,5.
20.4 Control hormonal de la espermatogénesis: eje hipofisario testicular En el capítulo 12 se han exp licad o algunos de los mecanismos g e nerales relacionados con la regulación de la secreción hormonal, inclu yend o la im portancia de las hormonas o factores hipotalámicos de liberación y el concepto de feedback negativo. Estos procesos reguladores clave también funcionan en el control en d ocrino de la función reproductora masculina y se resumen en la figura 20-6. El factor hipotalám ico liberador de gonadotropinas (G nR H ) es sintetizado p or las neuronas del hipotálamo, se secreta a los vasos del sistema portal hipofisario y es transportado hasta la adenohipófisis, don de estimula la liberación de las gon a dotrop i nas foliculoestim ulantes (FSH) y hormona luteinizante (L H ) al circuito sistèmico. La LH actúa principalm ente sobre las células de L e y d ig , provocan d o la liberación de testosterona, mientras
Fig. 20-6.
Relación entre las secreciones hormonales del hipotálamo, la
hipófisis y los testículos.
que la FSH actúa sobre las células de Sertoli induciendo la lib e ración la proteina de unión a los andrógenos, el estradiol, y una hormona conocida com o inhibina. Tam bién estimula la síntesis del com plejo aromatasa que es el responsable de la con versión de
Fisiología reproductora de la mujer
la testosterona en estradiol. A su vez, la testosterona inhibe la se creción de L H al ejercer una acción de feedback n egativo a nivel tanto de la adenohipófisis com o del hipotálamo. Tam bién se con sidera que la inhibina y, posiblem ente, el estradiol reducen la se creción de FSH m ediante un mecanismo de feedback similar. Es tos circuitos de feedback n eg a tivo constituyen un im portante sis tema de control interno para m antener constantes los n iveles circulantes, tanto de las hormonas gonadotrópicas com o de las androgénicas.
20.5 Introducción De manera parecida a como ocurre en el testículo del hombre, el ovario produce gametos haploides y diversas hormonas. La pro ducción de gametos en el ovario está coordinada con la actividad endocrina de éste. Sin embargo, a diferencia de los testículos, que liberan un elevado número de gametos de manera continua, los ovarios producen un número relativamente reducido de óvulos y
Como se ha descrito anteriorm ente (v . apart. 20.3), la testos
los liberan, en condiciones normales, una vez cada 4 semanas,
terona tiene im portantes efectos en el organism o del hombre, en
aproximadamente en el momento de la ovulación. Esta liberación
tre los cuales se incluyen el desarrollo de las características se
regular de óvulos por parte del ovario está controlada por mecanis
xuales secundarias en la pubertad. Tam bién es esencial para la
mos físicos, neurales y, ante todo, endocrinos, en que interaccio-
producción norm al de esperm atozoides. Como es liposoluble,
nan de manera compleja hormonas hipotalámicas, hipofisarias y
parte de la testosterona secretada p or las células de L e y d ig pene
ováricas. Lstos mecanismos se describen con detalle más adelante,
tra en el com partim ento intratubular, don de se une a la proteína
pero, en síntesis, se puede decir que los esteroides ováricos (cstró-
fijadora de androgenos secretada por las células de Sertoli. De al
genos y progesterona) son secretados de forma cíclica. La primera
gún m odo todavía p oco conocido, esta testosterona unida con tri
mitad de cada ciclo se caracteriza por la predominancia de estróge-
buye a mantener la producción de esperm atozoides. A u n qu e la
nos. Durante este período, un folículo ovárico (v . apart. siguientes)
testosterona es necesaria para el m antenim iento de la espermato
completa el proceso de maduración y el organismo se prepara para
génesis, tanto para iniciar el proceso com o para que las espermá-
el transporte de gametos y para la fecundación. Esta fase culmina
tides se diferencien en esperm atozoides se requiere la presencia
en la ovulación, que tiene lugar, aproximadamente, en la mitad del
de FSH hipofisaria.
ciclo. Le sigue un periodo de predom inio de progesterona, durante
487
20.6 Anatomía del tracto reproductor femenino
detalle el ovario, en que se pueden identificar los estadios im por
Resumen
tantes del desarrollo folicular. 1.
El testículo adulto produce espermatozoides, que son los game
Los ovarios m iden unos 3-4 cm de longitud, pesan unos 15 g
tos portadores de los genes masculinos. También secreta hormo
y se localizan en la fosa ovárica de la pelvis. Están fijados a la pa
nas esteroideas, conocidas con el nombre de andrógenos, que
red posterior del abdom en por el m esovario o m esenterio ovárico.
ayudan a completar el desarrollo masculino. 2.
El órgano adulto está form ado por tejido estromal que contiene
La espermatogénesis tiene lugar en las células de Sertoli de los túbulos seminíferos, mientras que los andrógenos son secretados por las células de Leydíg, que se extienden entre los túbulos se miníferos.
3.
4.
ovocitos prim arios — alojados dentro de los folículos prim ordia les— y células intersticiales glandulares. La fisiología de los ova rios se considera con más detalle en apartados posteriores.
La espermatogénesis es un proceso complejo que requiere que se
El resto del tracto reproductor no está im plicado en la p ro
genere un elevado número de células por mitosis y que se reduz
ducción de gametos, sino en el proceso de fecundación y desarro
ca la dotación cromosómica por meiosis. Este proceso culmina
llo del em brión. Para que tenga lugar la fecundación, los gametos
con la formación de una célula muy especializada, el espermato
tanto masculinos com o femeninos deben ser transportados hasta
zoide maduro, que es móvil.
las trompas de Falopio, y es preciso crear un m edio favorab le para
Los espermatozoides se mezclan con otras secreciones proceden
la implantación y el desarrollo posterior del embrión. Cada ciclo
tes de las vesículas seminales y la próstata para formar el líquido
ovárico refleja estas dos funciones.
seminal. Dicho liquido es liberado por el pene en forma de semen en el momento de la eyaculación, durante el coito. 5.
Mesovario (ligamento ovárico)
Diversas hormonas, in clu yend o la FSH, la LH y la testosterona testicular, regulan la espermatogénesis. A su vez, los
Trompa de Falopio
niveles hormonales están regulados por circuitos de feedback n egativo que actúan sobre el eje hipotalám ico-hipofisario-testicular.
Fimbrias Útero el cual el tracto genital se mantiene en un estado favorable para la Ovario
implantación y el desarrollo precoz de un cigoto.
20.6 Anatomía del tracto reproductor femenino
Vagina Fig. 20-8.
Fol'cul° maduro
Cuerpo lúteo
Cuello uterino
T
O
Relación entre el ovario, la trompa de Falopio y el útero. El
En la figura 20-7 se representan esquemáticamente los órganos re
corte transversal a través del ovario muestra un folículo, un cuerpo lúteo
productores de la mujer adulta. La figura 20-8 muestra con más
y un cuerpo albicans.
Sacro Trompa de Falopio Ovario
Útero
Vejiga Conducto cervical
Sínfisis pùbica
Recto
Uretra Clitoris
Vagina
Labio mayor
Fig. 20-7.
Labio menor
Anatomía macroscópica de los órganos re
productores femeninos y su relación espacial con otras estructuras.
48 8
20 Fisiología de los sistemas reproductores masculino y femenino
Las trompas de Falopio o trompas uterinas son unos finos con
y diversas hormonas estrogénicas. En la mujer no embarazada, la
ductos de unos 12 cm de longitud que sirven para transportar el
hormona estrogénica predom inante es el 17(J-estradiol, mientras
ó v u lo liberado en el momento de la ovulación desde el ovario has
que durante el em barazo se producen estrona y estriol (especial
ta el útero. Cerca de su abertura, el conducto se ensancha y pre
mente secretadas por la placenta). En la descripción de la función
senta unas prolongaciones llamadas fimbrias, que en el momento
ovárica que hacemos a continuación se utilizará el térm ino «es-
de la ovulación se acercan al ovario. Las fim brias poseen numero
tróg en os» para hacer referencia a los agentes estrogénicos secre
sos cilios que crean corrientes en la cavidad peritoneal, de modo
tados por las células foliculares. En la descripción de la función
que después de la ovulación el óvu lo se d irige hacia el ostium u
placentaria, en cambio, este térm ino se utiliza colectivam ente
o rific io de la trompa de Falopio. Ésta consiste en un conducto
para designar a las diversas hormonas estrogénicas de im portan
muscular recubierto de peritoneo; internamente, posee una capa
cia fisiológica durante el embarazo.
de tejido estromal recubierta de células epiteliales secretoras columnares, altas y ciliadas.
En la descripción que sigue de la función ovárica es im por tante tener en cuenta las dos preguntas siguientes:
El útero de una mujer no embarazada m ide unos 7,5 cm de longitud y unos 5 cm de anchura, y es el órgano que aloja el feto
1.
durante las 38 semanas de gestación. Es preciso que se adapte para recib ir el em brión y perm itir la implantación y la formación de la placenta. Au n qu e debe contraerse enérgicam ente para e x
¿Cuáles son los mecanismos que garantizan la liberación regu lar de óvulos?
2.
¿Cómo prepara la actividad endocrina de los ovarios el resto del tracto reproductor para la fecundación y el embarazo?
pulsar el feto en el m om ento del parto, durante to d o el embarazo
Es bien sabido que durante los años fértiles de la vid a de una
ha de permanecer quiescente para que el desarrollo fetal sea com
m ujer la actividad de los ovarios muestra un patrón cíclico. La se
pleto. El útero consiste en una membrana externa o serosa, una
cuencia ordenada de acontecimientos de este patrón cíclico se de
capa m edia de músculo liso, el m iom etrio, que form a el grueso de
nomina ciclo ovárico o, más a m enudo, ciclo menstrual. Durante el
la pared, y una capa endom etrial interna, o endometrio. Esta últi
ciclo menstrual, existe una coordinación notable entre los cam
ma capa está formada, esencialmente, por células epiteliales, glán
bios físicos experim entados p or los diversos órganos y la secre
dulas tubulares simples y unas arteriolas espirales que irrigan las
ción hormonal. Pero la interacción entre los acontecimientos m or
células. En cada ciclo ovárico se alteran considerablem ente las ca
fológicos y endocrinos es complicada. Para sim plificar, d iv id ire
racterísticas del endom etrio.
mos la descripción del ciclo ovárico en dos partes: la primera
El cuello del útero está form ado por el cérvix o cuello uterino,
com prenderá los cambios físicos que dan lugar a la liberación de
un anillo de músculo liso que contiene numerosas células secreto
un ó v u lo a mitad del ciclo, y la segunda, los cambios que se p ro
ras de moco. Este anillo forma el inicio del llamado canal del par
ducen después de la ovulación. Los mecanismos que regulan cada
to, que deben atravesar tanto los espermatozoides com o el feto.
mitad del ciclo se describen después de los cambios físicos.
Las células secretoras de m oco experim entan importantes cam bios de actividad durante cada ciclo menstrual, cambios destina dos a optim izar las condiciones para la fecundación. La estructura interna final del tracto reproductor fem enino es la vagina. Las células que revisten la vagina y las secreciones va
A l nacer, el o va rio ya contiene su dotación com pleta de gametos
ginales también muestran variaciones cíclicas. Estas variaciones cíclicas de las secreciones vaginales (en especial su p H ) pueden
La unidad funcional fundamental del ovario es el folículo. De he
utilizarse para determ inar qué estadio del ciclo se ha alcanzado, lo
cho, el ovario está form ado fundam entalmente por m últiples fo
que puede ser útil para el tratam iento de la infertilidad.
lículos en diversos estadios de desarrollo, que se muestran esque
El o rificio vaginal, el orific io uretral y el clítoris están p rote
máticamente en la figura 20-9. Durante la vida fetal, se depositan
gidos por unos pliegues de tejid o que constituyen la vulva, fo r
células germ inales prim ordiales del ova rio que continúan su pro
mada por los labios mayores y los menores. Dentro de las paredes
liferación mitótica durante todo el embarazo. En el momento de
de la vu lv a se extienden las glándulas vestibulares, que durante
nacer, la mitosis ya se ha com pletado, de m odo que una mujer ya
la excitación sexual secretan un m oco que con tribuye a lubricar
posee todos los gametos que tendrá cuando sea adulta. Las células
el pene durante el coito. El clítoris es una estructura eréctil, de
germ inales prim ordiales presentes en la vida fetal se conocen
pequeño tamaño, homologa al pene masculino.
com o ovogonias. Una v e z completada la mitosis, las ovogonias en tran en su primera división meiótica y se convierten en ovocitos,
20.7 Ciclo ovárico
al tiem po que quedan rodeadas por células mesenquimales en una membrana basal (la lámina basal) para formar los folículos p ri mordiales. Los ovocitos se detienen en el diploteno de la primera
A l igual que los testículos, el o va rio tiene un papel fundamental
profase meiótica (v . cap. 3) y permanecen en este estadio hasta
en la fisiología reproductora de la mujer: libera óvulos maduros y
que reciben señales para reanudar su desarrollo. Esto puede ocu
fecundables, a intervalos regulares, durante todos los años férti
rrir en cualquier m om ento de la vida reproductora de la mujer.
les de la vida de una mujer, y también secreta una serie de hor
La reserva de folículos primordiales que se crea durante la vida
monas relacionadas con la regulación, no sólo de los propios o v a
fetal se pierde gradualmente entre la pubertad y el climaterio (m e
rios, sino tam bién del resto del tracto reproductor. Son las hor
nopausia), ya que cada día algunos de ellos prosiguen su desarro
monas esteroideas, entre las cuales se encuentran la progesterona
llo. Se considera que cada día inician este proceso entre uno y cua
20.7 Ciclo ovàrico
Folículo primordial
Folículo primario
i
489
Formación precoz del antro Folículo atrésico Folículo antral maduro
Mesovario
/asos sanguíneos
Cuerpo albicans
Fig. 20-9.
Estructura interna del ovario
que muestra los estadios de desarrollo fo li
Tejido estromal
cular: la ovulación, la formación del cuerpo
germinal
lúteo y su regresión posterior. En realidad, no todos los estadios pueden observarse al
Ovulación
mismo tiempo.
Cuerpo lúteo maduro tro folículos primordiales. En cada ciclo ovárico, un folículo pro
pasa de aproximadamente 20 um a 200-400 pm. El ovocito primario
gresa a través de una serie de estadios de desarrollo que incluyen:
también aumenta de tamaño dentro del folículo hasta alcanzar
crecimiento y maduración, ovulación, formación del cuerpo lúteo
aproximadamente los 120 pm. Durante esta fase del crecim iento se
y, en ausencia de fecundación, degeneración. En la mayoría de mu
produce una gran actividad anabólica dentro del ovocito, destina
jeres, el ciclo menstrual dura entre 25 y 35 días, aunque ocasional
da a cargar su citoplasma con los nutrientes que requerirá para su
mente pueden producirse variaciones mayores. Éste es el tiempo
ulterior maduración. Las células estromales que rodean el ovocito
que necesita el ovario para completar el ciclo de actividad folicular.
se d ividen form ando diversas capas de células de la granulosa, y se
Si no se produce embarazo, la actividad cíclica se pone en eviden
cretan una glucoproteína que deja una región alrededor del ov o ci
cia con la aparición de la menstruación, de modo que un ciclo ová
to sin células, conocida como zona pelúcida. Además, las células ad
rico se completa entre dos períodos menstruales sucesivos.
yacentes a la lámina basal se multiplican y se diferencian formando
Para descubrir el desarrollo de un folículo, lo podemos d iv i
capas concéntricas, denominadas, teca alrededor del folículo p ri
dir en varios estadios que se conocen con nombres que reflejan la
mario. Las capas más externas de las células tecales son planas y de
estructura o función cambiante del folículo. La primera mitad del
naturaleza fibromuscular (teca externa), mientras que las capas in
ciclo consta de los estadios preantral, antral y preovu latorio, que
ternas son más cuboidales (teca interna). La figura 20-1 Ib muestra
se relacionan con el crecim iento y desarrollo folicular. La ovu la
el aspecto del folículo primario al término del estadio preantral.
ción se produce a mitad del ciclo, y a continuación el folícu lo co-
Apenas se conocen los factores que controlan la entrada de los
lapsado se con vierte en un cuerpo lúteo por un proceso conocido
folículos prim ordiales en el estadio preantral. N i siquiera está cla
como luteinización. Durante el estadio final del ciclo, el cuerpo lú
ra la duración de esta fase, aunque probablem ente es de unos
teo entra en un proceso de involu ción y regresión llam ado luteó-
2 días. El reclutam iento regular de folículos parece ser indepen
lisis. Estos acontecimientos se resumen en la figura 20-10.
diente del control hormonal, ya que la extirpación de la adenohipófisis no tiene ningún efecto sobre el proceso. Sin embargo, hacia el final del estadio preantral se produce un acontecim iento
Folículo preantral
d ecisivo para el posterior desarrollo del folículo: las células fo li culares adquieren receptores para ciertas hormonas. Las células
Cuando el folículo primordial ya ha sido activado para iniciar el de
de la granulosa desarrollan receptores para los estrógenos y la
sarrollo, se convierte en un folículo preantral (fig. 20-1 la). Esta
FSH hipofisaria, mientras que las células tecales desarrollan re
conversión incluye un aumento considerable de su diámetro, que
ceptores para la LH hipofisaria. Esta adquisición de sensibilidad
Menstruación Fig. 20-10.
Fase preantral ¿1-2 días?
Fase antral 8-12 días
Fase preovulatoria 36 h
Fase luteínica 10-15 días
Fase folicular
Fase luteínica
Predominio de estrógenos
Predominio de progesterona
Siguiente fase preantral
Resumen de las principales fases del
ciclo ovárico. El panel superior muestra las etapas del desarrollo folicular, la ovulación y la formación del cuerpo lúteo. La parte in ferior de la figura mues tra la relación entre las fases folicular y luteínica del ciclo en relación con el desarrollo folicular.
490
20 Fisiología de los sistemas reproductores masculino y femenino
Folículo preantral precoz
Folículo preantral tardío
Membrana propia
Teca externa
Células estromales
Células eslromales
- 20
Células de la granulosa planas
fi20/jm Interna Óvulo
Ovulo
Membrana
Granulo cortical (a)
Zona pelúcida
propia
(b)
Células de la granulosa
Folículo antral
Teca externa Células estromales Teca Interna Células de la granulosa
Estigma (tallo de células)
de líquido folicular
Fig. 20-11.
Membrana propia
Estadios en el desarrollo del
óvulo: a) folículo preantral precoz; b) fo lículo preantral tardío, y c) folículo antral tardío {o de Graaf). Obsérvense la prolifera ción de células estromales y de la granulosa y el desarrollo del antro lleno de líquido
hormonal es un requisito im prescindible para continuar el desa
desarrollo suele durar de 8 a 10 días. Durante este tiem po, las ca
rrollo folicular, puesto que todos los estadios ulteriores dependen
pas celulares de la granulosa y tecales continúan aumentando de
del control hormonal.
grosor. Las células de la granulosa empiezan a secretar, además, líqu id o folicular alrededor del ovocito. Este líq u id o form a el an tro, que da nombre a este estadio. La figura 20-1 le ilustra el as
Folículo antral
pecto general de un folícu lo antral hacia el final de este estadio: el folícu lo es mucho m ayor (alrededor de 5 mm de diám etro) aunque
El flu jo continuo de folículos por el estadio preantral, no depen
el ovo cito sigue teniendo más o menos el mismo tamaño (120 jim).
diente de hormonas, garantiza la presencia de varios folículos dis
Rodeado de células de la granulosa, el o v o cito queda virtualm en
ponibles que han completado su crecim iento preantraJ y poseen los
te suspendido en el líqu id o folicular y permanece unido al borde
receptores apropiados para las gonadotropinas y los estrógenos. Su
principal de las células de la granulosa por un tallo fino. El fo
posterior desarrollo depende del estado endocrino del organismo
lículo antral com pletamente desarrollado tam bién se conoce con
en ese momento. Siempre que los valores de FSH y LH circulantes
el nom bre de folícu lo de Graaf.
sean adecuados, cualquier folículo con los receptores apropiados
Bajo la influencia de las gonadotropinas, las células del folícu
entrará en el siguiente estadio de desarrollo, el estadio antral. Los
lo antral empiezan a secretar grandes cantidades de hormonas.
folículos preantrales que no poseen receptores hormonales exp eri
Tanto las células de la granulosa com o las tecales adoptan las ca
mentan un proceso de atresia, es decir, degeneran y mueren.
racterísticas del tejido secretor de esteroides, con numerosas goti-
Las gonadotropinas de la adenohipófisis, la FSH y la LH, con
tas de lípidos, m icrotúbulos y retículo endoplásm ico liso en su in
vierten los folículos preantrales en antrales. El estadio antral de
terior. Bajo la influencia de la LH hipofisaria, las células de la teca
20.7 (ido ovárico
491
interna sintetizan y secretan los andrógenos tcstosterona y an-
El estadio preovulatorio sólo dura unas 36 h, pero durante este
drostendiona. Tam bién producen pequeñas cantidades de cstró-
tiempo el folículo experimenta importantes cambios que culminan
genos. Las células de la granulosa, que poseen receptores para la
con su rotura y la liberación del óvulo. Este es el proceso denomina
FSH, parecen responder a la presencia de esta hormona con vir-
do ovulación, y se produce, aproximadamente, a
tiendo los andrógenos en estrógenos (en especial, 17(}-estradiol).
menstrual. Todos los cambios que caracterizan el estadio preovulato
El resultado final de esta actividad secretora es un aumento sus
rio dependen de las gonadotropinas hipofisarias, en especial de la LH.
mitad del ciclo
tancial de los valores circulantes tanto de andrógenos com o de es
Poco después del aumento de la secreción de LH, que se pro
trógenos, especialmente de los segundos, durante la fase antral
duce al p rin cipio del estadio preovulatorio, los ovocitos completan
del ciclo menstrual. El cuadro 20.1 muestra un diagrama sim plifi
su primera división meiótica. En esta peculiar división, la mitad de
cado de la síntesis de las principales hormonas sexuales.
los cromosomas y prácticamente todo el citoplasma quedan conte
Los estrógenos secretados en este m om ento parecen tener un
nidos dentro de una misma célula, el ovo cito secundario— los cro
efecto sign ifica tivo dentro del prop io folículo. Además de con
mosomas restantes se desechan en forma del prim er cuerpo po
vertir los andrógenos en estrógenos, las células de la granulosa
lar— . A continuación, la meiosis se detiene de n u evo y el ovocito
del folícu lo antral poseen receptores para los estrógenos. Los es
secundario es ovulado en este estadio del desarrollo. Se desconoce
trógenos producidos por las células foliculares se unen a estos re
el mecanismo por el cual la LH inicia de n u evo una meiosis — qui
ceptores y estimulan la proliferación de células de la granulosa
zás antagoniza la actividad de un factor in h ibidor meiótico.
sensibles a los estrógenos. Por consiguiente, un m ayor número de
Durante el estadio antral, las células de la granulosa del fo
células de la granulosa está disponible para con vertir andrógenos
lículo eran responsables, principalm ente, de con vertir los estró
en estrógenos. Este tip o de mecanismo de potenciación interna
genos en andrógenos bajo la influencia de la FSH hipofisaria. En
genera un aumento sustancial de los valores circulantes de estró
el estadio preovu latorio, en cambio, la LH estimula estas células
genos durante toda la fase antral. De hecho, durante los 2 o 3 días
para que em piecen a sintetizar progesterona. A m edida que au
finales de este estadio (alrededor de los días 10-12 del ciclo) los
menta la secreción de progesterona, los niveles de estrógenos em
valores de estrógenos aumentan rápidamente (fase de aumento re
piezan a dism inuir ligeram ente, y las células de la granulosa pier
pentino de los estrógenos). El gráfico de la figura 20-12 ilustra la
den sus receptores para la FSH y los estrógenos.
secreción de estrógenos durante el ciclo menstrual y muestra este aumento repentino. Los estrógenos secretados en este mom ento desempeñan importantes funciones en todo el tracto reproductor, com o se verá más adelante.
Folículo p reovu la torio A medida que el folículo se acerca al final de la fase antral de desa rrollo y se produce la fase de aumento repentino de estrógenos, es preciso que coincidan dos importantes acontecimientos para que el folículo continúe progresando y entre en el breve pero espectacu lar estadio preovulatorio. F.stos acontecimientos son los siguientes: 1.
Las células de granulosa deben adquirir receptores para la LH
2.
Los valores circulantes de LH deben aumentar súbitamente.
hipofisaria.
La síntesis de receptores de LH se produce com o respuesta a la FSH hipofisaria (para la cual las células de la granulosa ya p o seen receptores) y los estrógenos. Tam bién parece ser necesario un aumento repentino de estrógenos para que aumente la secre ción de LH. Si un folícu lo antral ha de entrar en el estadio preovu latorio -c o n la consiguiente ovulación a mitad del ciclo— , la adquisi ción de los receptores apropiados ha de coin cidir con valores de gonadotropinas circulantes elevados. En ese momento, cualquier folícu lo que no posea receptores para la L H experim entará atresia. Por consiguiente, aunque durante la vid a fértil de una mujer
Fase folicular
cada día empiezan a desarrollarse varios folículos prim ordiales,
t Ovulación
Fase luteínica
habitualmente sólo uno llega a la ovulación (el llamado folícu lo
Fig. 20-12.
dom inante). A sí pues, en cada ciclo se produce un desperdicio
trual: a) patrón de secreción de las gonadotropinas (FSH y LH ): b) cam
Cambios en los niveles hormonales durante el ciclo mens
considerable de folículos, ya que en cada estadio del desarrollo
bios de los niveles plasmáticos de 17(5-estradiol y progesterona. La barra
varios de ellos experim entan atresia.
continua marcada con una « m » representa el período de menstruación.
492
20 Fisiologío de los sistemos reproductores masculino y femenino
En el m om en to de la ovu lación se ro m p e el fo lícu lo y el ovocito secundario entra en la trom pa de Falopio Cuando termina el estadio preovulatorio de desarrollo, el volum en de líquido folicular ha aumentado sustancialmente y el ovocito per manece unido al borde externo de las células de la granulosa por un
progesterona, que experim entaron un pequeño aumento justo antes de la ovulación, aumentan ahora espectacularmente, desde 1 ng
• m L l hasta aproxim adam ente 6-8 ng • mi ‘ . Tam bién hay
una cantidad considerable de estrógenos secretados por el cuerpo lúteo y, aproxim adam ente a la mitad de la fase luteínica, se o b serva un segundo p ico de estrógenos. Sin em bargo, el esteroide predom inante es, con mucha diferencia, la progesterona.
tallo fin o (fig. 20-1 le). En el momento de la ovulación, y bajo la in fluencia de la LH, las células del tallo se disocian y se rompe el fo lículo. N o se conoce con detalle la bioquímica de este proceso, pero se sospecha que la rotura folicular depende, en cierto modo, de la reducción de estrógenos y la secreción de progesterona que se pro duce en las células de la granulosa justo antes de la ovulación. En el momento de la ovulación, el líquido folicular flu ye hasta la superficie del ovario, transportando el segundo ovocito con unas pocas células circundantes. La masa del óvu lo se introduce en la trompa de Falopio gracias a las corrientes generadas por el m ovi miento de los cilios en las fimbrias del orificio u ostium (v. apart. 20.8); con ello se completa la primera mitad del ciclo ovárico.
En ausencia de fecundación, el cuerpo lúteo tiene un tiem p o de vida lim ita do Si el ovo cito que ha sido liberado en el momento de la ovulación no es fecundado, al cabo de 10-14 días el cuerpo lúteo degenera. Este proceso se conoce como luteólisis; se trata del colapso de las células luteinizadas, isquemia y m uerte celular, y se relaciona con la consiguiente disminución de la secreción de estrógenos y p ro gesterona. Esta rápida disminución de la producción de esteroides se observa en la figura 20-12. El cuerpo lúteo degenerado deja una escara blanquecina dentro de la estroma ovárica que persiste durante varios meses y que se conoce con el nombre de cuerpo al-
Después de la ovulación, el fo lícu lo forma el cuerpo lúteo, qu e es regu la d o por la LH secretada por la adenohipófisis
bicans (cuerpo blanco).
¿Qué causa la degeneración del cuerpo lúteo en ausencia de fecundación?
Después de la salida del ov o cito y del líq u id o folicular, el resto del folícu lo se colapsa y dentro de la cavidad se forma un coágulo de
N o se han esclarecido los mecanismos responsables de la regresión
sangre. El folícu lo postovu latorio consiste, por lo tanto, en una
de las células luteínicas después de unos 12 días. En el ser humano,
parte central de fibrina rodeada de capas colapsadas de células de
se han implicado los estrógenos en el control de la regresión luteíni
la granulosa recubiertas de una cápsula tecal fibrosa. Este folícu
ca por dos razones. En primer lugar, el inicio de la degeneración
lo colapsado experim enta una transformación y se con vierte en el
coincide, aproximadamente, con el pico de estrógenos observado a
cuerpo lúteo (del latín corpus luteum, «c u e rp o am arillo»). En caso
los 6-8 días de la ovulación (fig. 20-12) y, en segundo lugar, si se ad
de fecundación, el cuerpo lúteo será el responsable de mantener
ministran inyecciones de estrógenos antes del pico que se produce
el equ ilib rio de hormonas esteroideas que garantice la im planta
de forma natural, se acelera el declive luteínico. Sin embargo, una
ción y el mantenimiento del em brión durante las primeras sema
explicación alternativa es que la luteólisis simplemente se produce
nas de embarazo. Con frecuencia se hace referencia a la segunda
de manera gradual a medida que va disminuyendo el apoyo provis
mitad del ciclo ovárico con el nombre de fase luteínica.
to por las gonadotropinas durante la fase luteínica (fig. 20-12).
La formación del cuerpo lúteo depende por com pleto del au mento repentino de los niveles de LH hipofisaria que tiene lugar durante el estadio preovu latorio y que da lugar a la ovulación. N o están claros los factores que mantienen al cuerpo lúteo tras la dis
20.8 Regulación hormonal del tracto reproductor femenino
minución súbita de los valores de gonadotropinas que se registra después de la ovulación. En algunos animales parece que in tervie ne un com plejo luteotrófico de LH, la prolactina, así como otras hormonas, pero en el ser humano no está claro. Para la función lu teínica basta con que los valores basales de LH sean normales.
Durante la fase folicu lar los estrógenos preparan el tracto reprodu ctor para la fecundación
En las horas siguientes a la expulsión del óvu lo del ovario, las células foliculares residuales experim entan el proceso de luteini-
La fase folicular del ciclo ovárico se caracteriza por la secreción de
zación: aumentan de tamaño y desarrollan inclusiones de lipidos,
cantidades crecientes de estrógenos. Las figuras 20-12 y 20-13 repro
que dan al cuerpo lúteo su color am arillento — razón por la que se
ducen este patrón de secreción. Durante el estadio antral de desarro
le conoce con este nombre— . El cuerpo lúteo puede crecer hasta
llo folicular, los niveles de 17|3-estradiol aumentan gradualmente
m edir entre 15 y 30 mm a los 8 días de la ovulación. En este mo
hasta alcanzar máximos de 300 pg • mi 1justo antes de la ovulación
mento, su capacidad secretora está en pleno apogeo. Las células
(fig. 20-12). Los estrógenos secretados durante la primera mitad del
del cuerpo lúteo contienen grandes cantidades de aparato de Gol-
ciclo se encargan de la tarea crucial de preparar el tracto reproductor
gi, retículo endoplásm ico y proteínas mitocondriales, y secretan
para recibir y transportar gametos, a la vez que proporcionan un me
grandes cantidades de progesterona (fig. 20-12). Los niveles de
dio favorable para la fecundación y la implantación.
20.8 Regulación hormonal del tracto reproductor femenino
Resumen 1.
La primera mitad del ciclo ovárico o menstrual se conoce como fase folicular. Es el periodo durante el cual nace y se desarrolla el
493
Los estrógenos estimulan la proliferación del en d o m etrio y aumentan la excitabilidad m iom etrial
folículo, y culmina con la ovulación, la rotura del folículo y la li 2.
3.
beración del o vocito desde el ovario.
Tanto el m iom etrio com o el endom etrio del útero son sumamente
Diversos folículos empiezan a desarrollarse cada día, pero en ge
sensibles a los esteroides ováricos. Los cambios en su aspecto y
neral sólo uno en cada ciclo; el folículo dominante madura hasta
función se producen com o respuesta a estas hormonas, y reflejan
la ovulación. El resto de folículos se atresian y mueren.
los diferentes papeles que el útero debe desempeñar durante cada
Los cambios físicos que se producen a medida que se desarrolla el
ciclo. El útero se prepara prim ero para recibir y transportar los
folículo están regulados por hormonas, en especial las gonadotro-
esperm atozoides desde el cuello uterino hasta las trompas de Fa
pinas FSH y LH de la adenohipófisis y los estrógenos producidos
lop io y , más tarde, para recibir y nutrir al embrión.
por el propio folículo. 4.
La fase folicular puede subdividirse en los estadios preantral, antral y preovulatorio. El estadio preantral del crecimiento dura unos 2 días y parece que es independiente de las hormonas. El es tadio antral, cuya duración es considerablemente mayor, depen
5.
6.
secretados durante la fase folicular del ciclo tienen un efecto tró fic o (estim ulador) sobre el endom etrio uterino (fig . 20-13). Como
de de la FSH y de la LH.
consecuencia, la estroma endom etrial prolifera y el área del epite
Bajo la influencia de la FSH y la LH, el folículo secreta grandes
lio superficial aumenta; las células epiteliales preparadas por los
cantidades de estrógenos. Las células foliculares también secretan
estrógenos secretan un líqu id o acuoso. A l mismo tiem po, las arte
grandes cantidades de líquido, de modo que, al término del esta
rias espirales que penetran a través de la estroma empiezan a au
dio antral, el ovocito se encuentra en una suspensión líquida y
mentar de tamaño. En el mom ento de la ovulación, el grosor en
unido al borde externo de las células foliculares por un fino tallo.
dom etrial ha aumentado hasta aproxim adam ente 10 mm (desde
Durante el estadio preovulatorio y bajo la influencia de elevados
los 2 o 3 mm que tenía justo después de la menstruación). Esta
valores circulantes de LH se completa la primera división meiótica del ovocito, se inicia la secreción de progesterona y se rompe el folículo, liberando así la masa del óvulo. Es la ovulación. 7.
Los esteroides secretados por las células foliculares actúan en el útero perm itiendo que realice estas funciones. Los estrógenos
La segunda mitad del ciclo ovárico, después de la ovulación, se conoce como fase luteínica. El folículo postovulatorio se transfor
fase del ciclo endom etrial — qu e corresponde a la fase folicular dominada por los estrógenos— se conoce com o fase proliferativa. Durante esta fase, el útero se prepara para recib ir al óvu lo fecu n dado. Los estrógenos también estimulan el desarrollo de recepto-
ma en el cuerpo lúteo bajo la influencia de la LH de la adenohi pófisis, y se produce un cambio de la estructura y función de las células luteínicas.
8.
La fase luteínica se caracteriza por la secreción de grandes canti dades de progesterona, que tiene importantes efectos sobre todo el tracto reproductor. También se secretan estrógenos.
9.
En ausencia de fecundación, después de 10 a 14 días el cuerpo lú teo degenera y la secreción de esteroides disminuye hasta niveles muy bajos. Es el proceso de luteólisis, que caracteriza el final de un ciclo ovárico.
Los estrógenos aumentan la actividad ciliar en las trompas de Falopio Las hormonas esteroideas ováricas parecen tener una acción sig n ificativa en las trompas de Falopio. La extirpación de los ovarios da lugar a la pérdida de los cilios tubáricos y a una disminución de la actividad tanto secretora como contráctil de las células tubáricas. Estos efectos se invierten con la adm inistración ulterior de 17p-estradiol, lo que sugiere que los estrógenos son im portan tes para la actividad ciliar y muscular en las trompas de Falopio. Esto es razonable cuando se considera el papel reproductor que tienen las trompas. Los elevados niveles de estrógenos registrados en la fase folicular inducen un aumento de la actividad ciliar y contráctil tubárica, y esto prepara para la recuperación del o v o ci Ovulación
to desde la cavidad peritoneal después de la ovulación y para su transporte hacia el útero. Del mismo m odo, la actividad contráctil
Fig. 20-13.
y ciliar puede contribuir al transporte de los esperm atozoides ha
cervicales y el endometrio uterino en relación con los niveles circulantes
cia el óvulo.
de 17p-estradiol y progesterona.
Cambios cíclicos de la temperatura corporal, las secreciones
494
20 Fisiología de los sistemas reproductores masculino y femenino
res de progesterona en las células endom etriales de m odo que, al
Por esta razón, a menudo se hace referencia a la segunda mitad
término de la fase folicular, el endom etrio está preparado para
del ciclo uterino com o fase secretora, que coincide con la fase lu
responder a la progesterona.
teínica del ciclo ovárico. Todos estos cambios mediados por la
Las hormonas ováricas también influyen en el m iom etrio uteri
progesterona contribuyen a crear un medio favorab le para la im
no. Los estrógenos parecen aumentar la excitabilidad del músculo
plantación del ó v u lo recién fecundado, y optim izan las con dicio
liso miometrial y, por consiguiente, su contractilidad espontánea.
nes para la formación de la placenta. En ausencia de ó v u lo fecundado, el cuerpo lúteo degenera después de 10 a 14 días y la secreción de esteroides dism inuye sú
Los estrógenos tam bién afectan a los tejidos no reproductores
bitamente (figs. 20-12 y 20-1 3). Cuando el endom etrio se v e p ri vado de su soporte esteroide, su ep itelio secretor se colapsa; las capas endom etriales se descaman ju n to con la sangre resultante
Los estrógenos ejercen efectos amplios y generalizados en todo el
de la rotura de las arterias espirales, que se contraen para reducir
organismo, además de las acciones especificas sobre el tracto re
la hemorragia. Este proceso se conoce com o menstruación. Se con
productor descritas anteriormente. En especial, actúan sobre el
sidera que el inicio de la hemorragia menstrual marca el com ien
m etabolismo y el sistema cardiovascular:
zo de un n u evo ciclo ovárico. F.n algunas mujeres, la contracción
•
Son ligeramente anabolixantes y tienden a disminuir el apetito.
•
Reducen los valores plasmáticos de colesterol; esto explicaría que las mujeres premenopáusicas corran m enor riesgo de in farto de m iocardio que las mujeres posmenopáusicas y los hombres de edad comparable. Reducen la fragilidad capilar.
•
Parecen tener efectos importantes sobre el humor y la conduc ta, pero no se han descrito aún los mecanismos subyacentes.
•
Causan una p roliferación del sistema ductal del tejido mama rio (v. cap. 21).
•
Causan efectos im portantes en el m antenimiento del esquele to (v . cap. 23).
de las arterias espirales puede causar dolor al inicio de la mens truación (dism enorrea). La hemorragia continúa durante un pe riod o de 3 a 7 días, durante los cuales se pierde una cantidad to tal de sangre de 30-200 mi. Pasado este tiem po, el epitelio endo metrial se ha reparado p or com pleto. La progesterona también produce un importante efecto sobre el miometrio uterino. Como se ha descrito anteriormente, el miome trio dominado por los estrógenos muestra un grado considerable de excitabilidad y contractilidad espontánea. Aun que esto puede ser útil para el transporte del gameto, no es adecuado una v e z que el embrión ha entrado en el útero. Una excitabilidad excesiva daría lugar a un aborto espontáneo del feto. La progesterona tiene ten dencia a relajar el músculo liso del miometrio, y esto provoca, pro bablemente, una hiperpolarización de las membranas celulares, al
La progesterona secretada por el cuerpo lúteo o ptim iza las condiciones del útero para la im plantación del ó v u lo
tiempo que reduce la probabilidad de contracciones espontáneas
La progesterona in flu ye en algunos tejidos no reproductores
El útero alberga el em brión durante todo su desarrollo (embara zo). Existen dos elementos que in flu yen en esta actividad: 1.
La capa endom etrial, que ha de perm itir la im plantación del óvu lo recién fecundado y , posteriorm ente, participar en la formación de la placenta (placcntación).
2.
El miom etrio, que debe perm anecer quiescente durante el em barazo para evitar la expulsión prematura del feto. La progesterona desempeña un papel clave en cada uno de es
tos procesos. De hecho, es esencial que durante todo el embarazo los niveles de progesterona sean adecuados para ga ra n tiza r un resulta do satisfactorio y para que el feto llegue a término.
A l igual que los estrógenos, los efectos de la progesterona afectan a todo el organismo; la m ayor parte de ellos, sin embargo, son poco conocidos. Por ejem plo, se sabe que es un esteroide ligera mente catabólico que estimula el apetito, y también que el au mentó de los niveles de progesterona durante la fase luteínic: p rovoca un aumento de la temperatura corporal basal de 0,20,5 °C (fig. 20-13). Este aumento es un indicador útil de que se ha producido la ovulación, tanto para las mujeres que tratan de con cebir com o para las que no desean un embarazo. La progesterona estimula el desarrollo de los lóbulos y alvéolos de la glándula mamaria (v. cap. 21), y como consecuencia de la re
Durante la fase folicular del ciclo, los estrógenos secretados
tención de líquidos por parte del tejido mamario provoca un edenu
p or el folícu lo antral estimulan la proliferación del endom etrio
de la mama. Ésta podría ser la razón del dolor mamario experim en
uterino y el aumento de las estructuras glandulares (v. anterior
tado por numerosas mujeres durante el período premenstrual.
mente). Los estrógenos también estimulan la adquisición de re ceptores de progesterona por parte de las células del endom etrio. A medida que aumentan los valores de progesterona durante la fase luteínica, la proliferación estromal continúa y las arterias es pirales se desarrollan completamente. En caso de embarazo, las
La secreciones cervicales y el ep itelio vaginal experim entan cambios cíclicos dependientes de las hormonas
arterias espirales aportarán el riego sanguíneo al lado m aterno de la placenta. Las glándulas endom etriales empiezan a secretar un
Las glándulas endocervicales secretan un m oco cuyas caracteris
líqu id o espeso, rico en azúcares, aminoácidos y glucoproteina.
ticas varían considerablem ente durante el ciclo ovárico. Esto-
20.9 ¡fw que vonon los contentrociones ptemolkos de gonadoltoptixc y esteroides ovárkos durante el cido ovórito?
cambios están regulados p or las hormonas ováricas y tienen im
49 5
Resumen
portantes consecuencias para la fertilidad. Durante la fase folicu lar, los elevados niveles circulantes de estrógenos hacen aumen
1.
fase folicular del ciclo ovárico o menstrual está dominada por
tar la actividad secretora del epitelio cervical, que produce moco
los estrógenos, secretados por el folículo en desarrollo. Estos es-
en grandes cantidades — hasta 50 veces la cantidad secretada en
trógenos actúan en los tejidos del tracto reproductor y lo prepa ran para el transporte de los gametos, la fecundación, el desarro
ausencia de estrógenos (fig . 20-13)— . Este m oco es delgado, acuo
llo precoz del embrión y la implantación. Durante la fase folicular
so y claro, y muestra un patrón en «h e le c h o » característico si se
aumenta la actividad ciliar y contráctil en las trompas de Falopio,
deja secar sobre un porta (cristalización en hojas de helecho).
el endometrio uterino prolifera y las glándulas del cuello uterino
Tam bién muestra gran elasticidad, una gota de moco puede esti
secretan grandes cantidades de un moco fino y elástico que ios es
rarse hasta una longitud de 10-12 cm. Su volum en y elasticidad máximos coinciden con el aumento repentino de estrógenos que
permatozoides pueden penetrar con facilidad. 2.
Durante la segunda mitad del ciclo ovárico — fase luteínica
la
se produce ju sto antes de la ovulación. Los espermatozoides pe
principal hormona esteroidea que secreta el cuerpo lúteo es la
netran más fácilm ente el m oco de estas características. Esta acción
progesterona. La secreción máxima de progesterona se detecta
de los estrógenos sobre las glándulas cervicales es un buen ejem
8 dias después de la ovulación. La progesterona prepara al útero para recibir y nutrir al embrión en caso de fecundación, y man
p lo del m odo en que la actividad endocrina del ovario crea las
tiene el endometrio en condiciones favorables para la implanta
condiciones óptimas para que la reproducción sea satisfactoria:
ción y la placentación. La progesterona también reduce la excita
cuando es probable que haya un óvu lo presente, se facilita el paso
bilidad del miometrio con la finalidad de evitar la expulsión pre
de los espermatozoides a través del tracto genital fem enino. Durante la fase luteínica, en que los niveles de progesterona
matura del embrión. 3.
En ausencia de fecundación, el cuerpo lúteo degenera después de
son elevados, la producción de moco es mucho menor y éste es
entre 10 y 14 dias, y la secreción de esteroides disminuye brusca
mucho más espeso, pegajoso y relativam ente hostil a los esperma
mente. A medida que disminuyen los niveles de progesterona, se
tozoides. Por consiguiente, es menos probable que los espermato
descama el endometrio formado durante el ciclo junto con la san
zoides alcancen el útero y las trompas de Falopio durante la fase
gre procedente de las arterias espirales. Este proceso se conoce
luteínica. Esta acción de la progesterona se utiliza en un tip o de
con el nombre de menstruación y su inicio marca el comienzo de
píldora anticonceptiva que sólo contiene progesterona (v. tam
un nuevo ciclo ovárico.
bién cuadro 21.1). El ep itelio escamoso estratificado que reviste la vagina tam bién cambia com o respuesta a las hormonas ováricas. De hecho, el aspecto histológico de las células epiteliales vaginales puede utili zarse com o indicador de la fase en que se encuentra el ciclo mens trual. En la fase folicular, el aumento de la secreción de estróge nos estimula la p roliferación de capas epiteüales. A medida que las capas superficiales se alejan del suministro de sangre, se queratinizan y se desprenden. A mitad del ciclo, el frotis vaginal mostrará una preponderancia de estas células queratinizadas.
Los esteroides ováricos pueden ejercer un control de feedback tanto negativo como positivo sobre la secreción de FSH y LH; ello depende de la concentración de hormona y del tiempo durante el cual ha estado presente. Niveles bajos o moderados de estrógenos, en especia! de 17¡}-estradiol, ejercen un control de feedback negati v o sobre la secreción de gonadotropinas, es decir, inhiben la secre ción de FSH y LH. Sin embargo, si se registran altas concentraciones de estrógenos durante varios días, el efecto pasa a ser de feedback positivo, es decir, se estimula la secreción de FSH y LH. Las acciones
20.9 ¿Por aué varían las concentraciones plasmáticas ae gonadotropinas y esteroides ováricos durante el ciclo ovárico?
de feedback de la progesterona son más o menos opuestas a las de los estrógenos. Concentraciones altas de progesterona inhiben la libera ción de gonadotropinas, mientras que niveles bajos parecen aumen tar los efectos de feedback positivo de los estrógenos. El feedback de los esteroides ováricos está controlado, prin ci palmente, p or la propia adenohipófisis, es probable que m edian
En los apartados precedentes se ha prestado especial atención a los
te alteraciones de la sensibilidad de las células secretoras de g o
cambios estructurales y funcionales que se producen durante los
nadotropinas al GnRH hipotalámico. Los esteroides también pue
aproxim adam ente 28 días que dura un ciclo ovárico. Las variacio
den ejercer un efecto directo sobre la secreción de GnRH por
nes cíclicas de los niveles plasmáticos de FSH y LH (mostradas en
parte de las neuronas hipotalámicas, aunque resulta d ifícil con fir
la fig. 20-12) son decisivas para el control de la actividad celular y
mar este hecho de manera concluyente debido a la dificultad para
endocrina del ovario, es decir, para el crecim iento de los folículos,
detectar valores m uy bajos de GnRH en sangre portal.
la formación del cuerpo lúteo y para su actividad endocrina.
El ciclo ovárico se inicia el primer día de la menstruación. Justo
¿Cómo se producen estas fluctuaciones y cóm o regulan las células
antes, los niveles de estrógenos y de progesterona han disminuido
foliculares? Para responder a estas preguntas es im portante tener
debido a la involución sufrida por el cuerpo lúteo. Los niveles de
en cuenta que las gonadotropinas regulan la función ovárica y que
FSH — que puede ser liberada gracias a la inhibición del feedback
las propias hormonas esteroideas ováricas, los estrógenos y la pro
negativo de los esteroides ováricos— empiezan a aumentar lenta
gesterona, influyen a su vez en la secreción de gonadotropinas.
mente, y lo mismo ocurre poco después con la LH. Estos aconteci
Esta interacción de tip o feedback entre la adenohipófisis, el hipo-
mientos coinciden con el inicio de la fase antral del desarrollo foli
tálamo y el ovario se ilustra en la figura 20-14.
cular. Hacia el término de la fase preantral, independiente de hor-
496
20 Fisiologia de los sistemas reproductores masculino y femenino
Neuronas GnRH
nos son reemplazados por un feedback positivo, que tiene como con secuencia un aumento brusco de la secreción de ambas gonadotro pinas, pero especialmente de LH. Este aumento corresponde al lla mado aumento repentino de LH, responsable de los acontecimientos de la fase preovulatoria y de la propia ovulación (v. anteriormente). Una v e z que ha tenido lugar la ovulación, los estrógenos dismi nuyen bruscamente a medida que las células luteínicas empiezan a producir progesterona. En consecuencia, las gonadotropinas se li beran del feedback positivo generado por niveles altos de estróge nos, y la secreción de FSH y LH disminuye porque el feedback ne gativo recupera el control (fig. 20-12). A pesar de que los niveles de estrógenos pueden aumentar hasta valores muy similares a los ob servados durante el aumento repentino preovulatorio, esta segun da fase, la luteinica, no desencadena ningún aumento repentino adicional de LH. ya que los niveles circulantes de progesterona pa recen bloquear el feedback positivo de los estrógenos. En cambio, continúa predom inando un feedback negativo y la secreción de gonadotropínas se mantiene baja durante toda la fase luteinica. En ausencia de fecundación, después de 10 a 14 días, el cuer p o lúteo degenera y la secreción de esteroides dism inuye rápida mente. Las capas endom etriales uterinas especializadas, privadas del ap oyo esteroide, se descaman durante la menstruación. Poco después, los niveles de FSH y LH em piezan a aumentar lentamen te, a medida que el efecto de feedback negativo de los estrógenos sobre la adenohipófisis va dism inuyendo; cuando los folículos preantrales entran en la fase antral, sensible a las gonadotropinas, se inicia un nu evo ciclo.
El ciclo menstrual está in flu id o p o r factores nerviosos A pesar de que están bien documentadas las interacciones entre Fig. 20-14. Control por feedback positivo (+ ) y negativo (-) de las se creciones hormonales del hipotálamo, la hipófisis y los ovarios.
los esteroides ováricos y las gonadotropinas hipofisarias, y que éstas parecen ofrecer una explicación razonable de la actividad cíclica de los ovarios, es bien con ocido que una serie de factores nerviosos y hormonales pueden afectar al control de la fertilidad. La conducta reproductora de numerosos animales de granja, do
monas, las células de la teca ganan receptores para la LH, mientras
mésticos y de laboratorio ilustra el papel de los estímulos medioam
que las células de la granulosa se vuelven más sensibles a la FSH y a
bientales mediados por el SNC (olfatorios, táctiles, relacionados con
los estrógenos. El hecho que la adquisición de receptores coincida
la actividad sexual y visuales) en la regulación de la función gona-
con niveles constantemente crecientes de FSH y LH permite que el
dal. Por ejemplo, se cree que los periodos fértiles de algunos anima
folículo entre en una fase antral, dependiente de hormonas.
les, com o la oveja, están controlados por las duraciones relativas del
Durante las fases preantral y antral precoz del ciclo ovárico, la
dia y la noche. Otros animales, como los gatos y los conejos, son
secreción de esteroides ováricos apenas se m odifica (fig. 20-12). Sin
ovuladores reflejos, es decir, ovulan en respuesta al coito. Estos me
embargo, durante los 6-8 días siguientes los niveles de estrógenos
canismos reguladores están mediados por el SNC, y la información
aumentan constantemente a medida que el folículo en maduración
aferente es integrada en el hipotálamo con el objetivo de controlar la
empieza a producirlos en grandes cantidades bajo la influencia de la
secreción de GaRH y, por consiguiente, de gonadotropinas.
l-'SH y LH. Durante este período, los niveles de gonadotropinas per
Aunque la función gonadal humana no está sometida a meca
manecen bajos como consecuencia del feedback negativo producido
nismos tan rígidos de control externo, no puede descartarse la po
por niveles bajos y moderados de estrógenos. N o obstante, este au
sibilidad de influencias mediadas p or el sistema nervioso en la li
mento constante de la secreción de estrógenos culmina en un incre
beración de gonadotropinas. De hecho, la gran cantidad de afe-
mento repentino durante los últimos días de la fase antral, cuando
rencias nerviosas hacia las neuronas secretoras de GnRH del
las concentraciones plasmáticas de 17(}-estradiol alcanzan valores
hipotálamo respaldaría convincentem ente la existencia de meca
de 200-400 pg • m T1. Este aumento repentino de los estrógenos ini
nismos nerviosos. Ha quedado bien establecido que factores
cia un importante cambio en la secreción de gonadotropinas. Des
com o la ansiedad y el estrés emocional pueden alterar la actividad
pués de unas 36 h. los efectos del feedback negativo de los estróge
ovárica cíclica y la fertilidad.
20.10 Activación y regresión de las gónadas: pubertad y menopausia
Resumen
497
una mujer adulta hay aproxim adam ente el doble de grasa corpo ral que en el hom bre y menos masa de músculo esquelético.
1.
2.
3.
4.
5.
Las variaciones cíclicas de los niveles de hormonas esteroideas y gonadotrópicas actúan simultáneamente para garantizar la libera ción regular de un óvulo maduro y preparar el organismo para la fecundación y el embarazo. Aunque las gonadotropinas controlan la función ovárica. los es-
esta edad y al aparecer la menarquia, se establece una liberación pulsátil de gonadotropinas, con picos de secreción durante el sue ño. Además del aumento de gonadotropinas, se detecta también
trógenos y la progesterona secretados por el ovario regulan la se creción de FSH y LH hipofisarias a través de un mecanismo de
un increm ento de la secreción de estrógenos ováricos, bajo la in
feedback tanto positivo como negativo. Niveles muy elevados de estrógenos estimulan la adenohipófisis
suele ser la prim era m anifestación física externa de la pubertad.
fluencia de los cuales empieza el desarrollo de las mamas. Esta
para que inicie la secreción de LH, hormona decisiva para los
Entre 2 y 3 años antes del inicio de la menstruación aumenta
acontecimientos del estadio preovulatorio y para la propia ovula ción. Durante el resto del ciclo, prevalece un feedback negativo, y la secreción de gonadotropinas es relativamente baja. El ciclo menstrual parece ser sensible a estímulos tanto nerviosos
la secreción de andrógenos producidos por la corteza suprarrenal
como hormonales, pero su regulación fundamental depende de la interacción entre las gonadotropinas hipofisarias y los esteroides ováricos.
a pesar de que no se ha establecido una relación clara entre am
Diversos factores emocionales y físicos, mediados a través de aferencias nerviosas que se dirigen al hipotálamo, influyen en el ca rácter cíclico de la función ovárica.
6.
Los niveles circulantes de gonadotropinas hipofisarias — FSH y L H — aumentan gradualmente hasta los 10 años. Después de
La prolactina, otra hormona secretada por la adenohipófisis, pa rece inhibir la ovulación.
(adrenarquia). Estas hormonas son importantes en la estimulación del crecim iento del v e llo púbico. Tam bién se ha sugerido que la secreción de andrógenos in terviene en el control de la menarquia, bos. Lo que sí está claro es que la síntesis y la secreción crecientes de FSH y LH desencadenan, en últim o término, el inicio de la menstruación. Los prim eros ciclos suelen ser anovulatorios y no se produce progesterona en grandes cantidades. Por consiguien te, al prin cipio la hemorragia menstrual suele ser menos abun dante y aparece de forma irregular. Todavía no se conocen con detalle los mecanismos que desen cadenan la menstruación, pero se han sugerido varias hipótesis. Una de ellas sugiere que los ovarios se vu elven más sensibles a las
N o está claro el papel fisiológico de la prolactina en el ciclo menstrual normal, pero en clínica es bien sabido que la secreción
gonadotropinas, o que la adenohipófisis se v u e lv e más sensible a los efectos del feedback negativo de los estrógenos.
excesiva de prolactina (hiperprolactinemia) es una causa frecuente
En el Reino Unido, la edad media de menarquia es de 12 años,
de infertilidad femenina. El proceso puede ser fisiológico, com o en
y los prim eros ciclos ovulatorios tienen lugar entre 6 y 9 meses
las mujeres en período de lactación (v. cap. 21), o patológico, causa
más tarde. Sin em bargo, los lim ites normales se extien den de los
do por un tumor hipofisario. A menudo se asocia el exceso de pro-
10 a los 16 años (tabla 20-1). En los últimos 150 años se ha evi-
lactina con ciclos anovulatorios (ciclos en los que no se produce ovulación) o con una pérdida completa de actividad ovárica cíclica.
Tabla 20-1.
Resumen d e los principales cambios durante la pubertad
Valores elevados de esta hormona parecen deteriorar la respuesta de la adenohipófisis al GnRH, de modo que no se observan aumentos repentinos en la secreción de la LH y la ovulación no tiene lugar.
20.10 Activación y regresión de las gónadas: pubertad y menopausia >N. S.A. Fotocopia* sin autorización es un delito.
M en a rq u ia y menopausia En la mujer, los años fértiles están defin idos por dos aconteci mientos: el in icio de la menstruación en la pubertad (m enarquia) y el cese de la actividad ovárica cíclica que se produce en torno a los 50 años de edad ( menopausia o clim aterio). El térm ino genérico pubertad incluye los diversos cambios
Principales hormonas responsables del desarrollo
Niñas Desarrollo mamario
8-13
Estrógenos. progesterona. GH
Vello púbico
8-14
Andrógenos suprarrenales
Menarquia
10-16
Estrógenos, progesterona
«Estirón» del crecimiento
10-14
Estrógenos, GH
Niños Crecimiento de los testículos Crecimiento del pene
10-14 11-15
Tcstosterona, FSH y GH Testosterona
Vello púbico
10-15
Testosterona
qu e tienen lugar en el cuerpo de una adolescente a medida que
Vello facial y axilar
12-17
Tcstosterona
sus ovarios maduran. La menarquia, el in icio de la menstruación,
Aumento de tamaño de la laringe
11-16
Testosterona
12-16
Testosterona, GH
es la señal externa de que estos cambios han tenido lugar y de que se ha iniciado una secreción cíclica de esteroides ováricos. Los cambios que acontecen durante los 2 o 3 años que preceden la me narquia incluyen el «e s tir ó n » de crecim iento p ro p io de la adoles cencia, el desarrollo de características sexuales secundarias (v e llo
o
Característica
lim ite s de edad de la prim era aparición (jilo s )
púbico y mamas) y los cambios en la com posición corporal — en
«Estirón» de crecimiento y patrón masculino de desarrollo
498
20 Fisiología de los sistemas reproductores masculino y femenino
dcnciado una tendencia a una monarquía más precoz, posible
za en la base del pene, oscurecim iento y m ayor rugosidad del saco
mente com o consecuencia de una m ejora de la asistencia sanitaria
escrotal y, finalmente, aumento del tamaño del pene. También em
y de la nutrición. Esta última es especialm ente im portante, ya que
pieza a aparecer vello facial, la distribución del cabello adopta un
se considera que para llegar a la monarquía es necesario haber al
patrón masculino y la v o z se hace más grave por el engrosamiento
canzado una masa corporal crítica (de aproxim adam ente 47 k g ) o,
de las cuerdas vocales y al aumento de tamaño de la laringe. Estos
posiblemente, un porcentaje crítico de grasa con respecto a la
cambios tienen lugar a lo largo de un período de varios años. En la
masa magra. En las adolescentes (o adultas) qu e pierden mucho
tabla 20-1 se indican los momentos en que suelen darse los princi
peso d ebid o a una anorexia, al ejercicio excesivo o al ayuno, los
pales cambios asociados a la pubertad masculina.
ciclos menstruales regulares se interrumpen.
¿Existe la menopausia masculina? Cese de los ciclos menstruales (clim a terio ) A pesar de que no existe ningún acontecimiento evidente que se La menopausia o clim aterio señala el final de la edad fértil de la
ñale el término de la capacidad reproductora en el hombre y que
mujer. Este proceso im plica la incapacidad progresiva del sistema
sea comparable a la menopausia femenina, la producción de esper
reproductor y suele aparecer entre los 45 y los 55 años de edad.
matozoides disminuye entre los 50 y los 80 años de edad. Además,
En la menopausia se produce una depleción del número de ó v u
en hombres de más de 70 años se detecta una disminución de los ni
los por atresia, y dism inuye la sensibilidad del ovario a las gona
veles plasmáticos de testosterona y un aumento paralelo de los
dotropinas. Antes de interrumpirse por com pleto, los ciclos se
niveles plasmáticos de FSH y LH — aunque mucho menos marcado
vu elven a menudo anovulatorios c irregulares. Las mujeres pos-
que en la mujer
menopáusicas tienen niveles de FSH y L H elevados d ebido a la su
significantes y muchos ancianos no sólo mantienen una vida sexual
presión del feedback negativo que ejercían los estrógenos, aunque
activa, sino que también conservan su capacidad reproductora.
. Sin embargo, estos cambios son relativamente in
dejan de identificarse los picos de secreción de LH. La pérdida de esteroides ováricos se acompaña de numerosos cambios somáticos y emocionales. El músculo uterino se vu e lv e fibroso, aumenta la sequedad vaginal y se pierde tejido mamario. La menopausia tam bién se asocia con depresión, sudoración noc
Resumen 1.
turna, oleadas de calor y m ayor predisposición al infarto de m io
rica , que se producen en torno a los 12 y los 50 años de edad, respectivamente.
cardio. Las mujeres posmenopáusicas también manifiestan m ayor fragilidad ósea, d ebid o al aumento de la reabsorción. La m ayor
2.
El cuerpo de una adolescente experimenta numerosos cambios, además del inicio de los ciclos menstruales. Dichos cambios in cluyen el «estirón» de crecimiento y el desarrolló de las caracte rísticas sexuales secundarias.
3.
La FSH y la LH se secretan en cantidades cada vez mayores antes de la menarquia, pero no se sabe qué factor desencadena el inicio
parte de estos cambios son atribuibles a la pérdida de estrógenos ováricos y pueden tratarse satisfactoriamente con terapia horm o nal sustitutiva (T H S ) si son suficientem ente graves para justificar una intervención médica.
Pubertad en el h om bre
4.
las gonadotropinas hipofisarias. La pérdida de esteroides ovári cos se acompaña de numerosos cambios somáticos y emocionales.
bre. Su participación es decisiva en la diferenciación sexual du 5.
en torn o a los 16 años de edad. Entre los primeros meses de vida na y los niveles de gonadotropinas hipofisarias también son ba jos. En torno a los 10-16 años de edad (com o prom edio) los ado lescentes desarrollan toda su capacidad reproductora; al mismo
Entre los 10 y los 16 años de edad, los adolescentes experimentan un «estirón» de crecimiento y desarrollan su plena capacidad re productora.
aumenta al inicio de la pubertad y alcanza los niveles del adulto y el inicio de la pubertad, los testículos secretan poca testostero
de la actividad oválica cíclica. La menopausia señala la incapacidad progresiva del sistema re productor y se debe a la depleción de la reserva de óvulos por atresia, asi como a una disminución de la sensibilidad ovárica a
La testosterona es la clave de la función reproductora en el hom rante la vida embrionaria (v . cap. 21); su concentración en plasma
En la mujer, los años fértiles están comprendidos entre la menarquia y la menopausia — el comienzo y el cese de la actividad ová-
6.
La LH hipolisaria influye en la maduración de las células de Ley dig, que empiezan a producir espermatozoides. La secreción de testosterona aumenta e induce el desarrollo de las características sexuales secundarias.
tiem po adquieren las características sexuales secundarias y la musculatura del adulto, y experim entan un «e s tir ó n » de creci m iento lineal que se interrum pe al cerrarse las epífisis cuando se alcanza la estatura del adulto (tabla 20-1). F.1 prim er acontecimiento endocrino de la pubertad es el au mento de la secreción de LH. Como consecuencia, las células de L e yd ig maduran y se inicia la espermatogénesis. La producción de testosterona también aumenta. Esta hormona es responsable de los cambios anatómicos característicos de la pubertad: aumento del tamaño de los testículos, crecim iento del vello púbico, que em pie
Bibliografia recomendada A n a to m ia MacKinnon PCB, Morris JF. Oxford textbook o f functional anatomy. Vol. 2. Oxford: Oxford University Press, 1988: p. 99-109.
Respuestas
B iología c elu la r de las células germ in ales Alberts B, Johnson A, Lewis J, R aff M, Roberts K, W aller P. Molecu lar biology o f the cell (cap. 20). 4th ed. N ew York: Garland, 2002.
499
e. El período que precede a la ovulación se conoce com o fase luteínica. f. La fase luteínica se asocia con un gran aumento de la testos terona plasmática. g. El m iom etrio prolifera por influencia de los estrógenos.
H is to lo g ía Junqueira LC, Carneiro J, Kelley RO. Basic histology (caps. 22 y 23). 8th ed. London: Prentice-Hall, 1995.
4. Los enunciados siguientes se refieren al control hormonal del ciclo menstrual: a. Los estrógenos son sintetizados principalm ente por las cé lulas de la teca interna.
F isiología
b. En ausencia de receptores para la FSH y la LH , los folículos
Case RM, Waterhouse JM, editors. Human physiology: age, stress
c. Después de la ovulación y tras la rotura del folículo, este se
preantrales experim entan atresia. and the environment (caps. 3 y 4). 2nd ed. Oxford: Oxford Scien ce Publications, 1994. Ferin M, Jewckwicz R, Warrcs M. The menstrual cycle. Oxford: Ox ford University Press, 1993. Griffin NE, Ojeda SR. Textbook o f endocrine physiology. 4th ed. Ox ford: Oxford University Press, 2000.
con vierte en el cuerpo albicans, que secreta progesterona. d. La progesterona estimula el desarrollo com pleto del endometrio. e. Si el óvu lo no es fecundado, los niveles de progesterona dis m inuyen, y esto desencadena la menstruación.
Johnson MH, Everitt BJ. Essential reproduction (caps. 2-5 y 7). 5th ed. Oxford: Blackwell Scientific, 2000.
Test de autoevaluación
Respuestas 1. Durante la espermatogénesis, el número de cromosomas se redu ce a la mitad por meiosis. Los espermatocitos primarios experi
Cada enunciado puede ser verdadero o falso. Las respuestas co
mentan dos divisiones meióticas que dan lugar a las espermátides.
rrectas se indican a continuación.
Como consecuencia de estas divisiones, los espermatozoides ma duros son haploides. Esto también es cierto para el óvu lo maduro,
1. Los enunciados siguientes se refieren a la reproducción sexual
que experimenta una meiosis antes de la ovulación. Después de la
en el ser humano:
fecundación, se restaura la dotación cromosómica completa.
a. Los gametos masculinos se conocen como espermatozoides.
a. Verdadero.
b. Un esperm atozoide maduro contiene una dotación com ple ta de cromosomas. c. A l nacer, el ovario contiene todos los óvulos que tendrá la
b. Falso. c. Verdadero. d. Falso.
mujer adulta. d. Los esperm alocitos primarios y secundarios se d ivid en por mitosis y originan las espermátides. 2. En el testículo: a. Las células de L e y d ig secretan testosterona. b. La síntesis de testosterona requiere tanto FSH com o LH. c. Las células de Sertoli im piden la difusión libre de sustancias ©MASSON, S. A I otocoplm win
ficie adecuada para el intercambio transplacentario, el crecimiento
del tejid o trofoblástico.
del feto se alterará y su vida se verá amenazada. La asociación entre
La invasión del endom etrio y la formación de vellosidades tic
las circulaciones materna y fetal a través de la placenta permite el
nen lugar durante el prim er mes después de la concepción. Pe:
desarrollo prolongado del feto dentro del útero y, en consecuencia,
consiguiente, la sangre materna y la fetal siguen estando mu
el parto de un recién nacido com plejo y altamente desarrollado. A pesar de que los detalles anatómicos del desarrollo de la pla
próximas. En los 2 meses siguientes, las vellosidades vascu lar.forman un núm ero cada v e z m ayor de arborescencias, con lo qu:
centa están fuera del alcance de este libro, es importante entender
aumenta la superficie disponible de capilares fetales para el inter
cómo se adapta la placenta, desde un punto de vista estructural,
cam bio transplacentario de nutrientes y productos de desecho. A l
para llevar a cabo su papel como órgano de intercambio. Hn la figu
térm ino del prim er trimestre de embarazo, la placenta se con.
ra 21-5 se ilustra la relación espacial macroscópica entre los tejidos
com o placenta definitiva, ya que sus estructuras básicas apena -
fetales y maternos. Esencialmente, la placenta en desarrollo es una
cambiarán durante el resto de la gestación.
asociación entre el endometrio uterino y las membranas embriona
En la figura 21-7 se representa m uy simplificadam ente la pla
rias derivadas de una capa de células conocida como trofoblasto.
centa a los 3 meses. Las células trofoblásticas