Curso: Biología Mención Material Nº 33 Unidad II: Procesos y funciones vitales. Fisiología Cardíaca. INTRODUCCIÓN. El corazón es el órgano que en el curso de la evolución de los vertebrados ha experimentado variación en el número de cámaras. Conteniendo una o dos aurículas, cámaras que reciben sangre proveniente de los tejidos, y uno o dos ventrículos que bombean sangre hacia las arterias. En aves y mamíferos, la pared de los ventrículos es completa, impidiendo la mezcla de sangre oxigenada y desoxigenada. La separación completa de las mitades derecha e izquierda, exige que la sangre pase 2 veces al circular por el cuerpo. Resulta así posible mantener presiones sanguíneas elevadas y suministrar a los tejidos los materiales de forma rápida y eficiente. En estos organismos la sangre contiene más oxígeno por unidad de volumen y su velocidad de circulación es mayor, ya que los tejidos reciben gran oxigenación y esto posibilita que estos organismos puedan mantener una alta tasa metabólica y una temperatura corporal regular, independiente de la temperatura ambiental. En condiciones normales, las diferentes partes del corazón laten en secuencia ordenada. El corazón humano es un órgano notable, que bombea activamente más de 14.000 L diarios y unos 10 millones de L en un año, variando su gasto cardíaco de 5 a 20 L de sangre por minuto de acuerdo a las cambiantes necesidades del organismo. Pese a su enorme capacidad de bombeo, el corazón es una estructura cónica relativamente pequeña, de tamaño casi igual al puño de la persona: unos 12 cm de longitud, 9 cm de anchura y 6 cm de grosor máximo. Su masa promedio es de 250 y 300 g en mujeres y varones adultos, respectivamente. 1. ANATOMÍA CARDÍACA. El corazón es un órgano muscular situado en medio del tórax (mediastino), está recubierto por el pericardio, que podemos dividirlo en: • pericardio fibroso, saco inextensible, fuerte, de ajuste laxo; y • pericardio seroso, constituido por una capa parietal y otra visceral. La última es llamada epicardio y está adherida al corazón en contacto con el miocardio. Entre ambas capas del pericardio seroso se encuentra una cavidad denominada espacio pericárdico, llena de líquido pericárdico. La función de las cubiertas que rodean el corazón, es fundamentalmente proteger al corazón de la fricción que este órgano tendría con otras estructuras presentes en el tórax y las paredes del mismo tórax. 1.1. Capas de la pared cardíaca. En términos generales puede decirse que el corazón está formado por tres capas, que desde el exterior son: • Epicardio, capa más externa del corazón, que forma parte del pericardio seroso. • Miocardio, capa media gruesa, contráctil; constituye la musculatura cardíaca (miocitos). Su contracción (sístole) comprime con fuerza las cavidades internas del corazón, permitiendo a la sangre ser eyectada del mismo hacia sus arterias correspondientes. • Endocardio, delicado epitelio monoestratificado que se continúa con el endotelio de los vasos sanguíneos. 1.2. Cavidades del corazón. Interiormente, el corazón está dividido en dos partes: los lados derecho e izquierdo. La división anatómica y funcional está físicamente constituida por el tabique central. Tanto en el lado derecho como en el izquierdo hay una cavidad superior (aurícula) que recibe la sangre proveniente de las venas, y una cavidad inferior (ventrículo), por donde la sangre es eyectada hacia las arterias (Figura 1). Para “asegurarse” que la sangre fluya en una sola dirección, los ventrículos (derecho e izquierdo) tienen una válvula en sus entradas (válvulas aurículoventriculares) y otra en sus salidas (válvulas semilunares o sigmoideas). Figura 1. Anatomía del corazón: A) nodo sinoatrial, B) nodo atrioventricular, C) aurícula izquierda, D) ventrículo izquierdo, E) haz de His y vías de Purkinje, F) ventrículo derecho, G) aurícula derecha. 2 1.3. Coloque nombre a las estructuras numeradas en el esquema: 3 2. FISIOLOGÍA CARDÍACA. 2.1. Ciclo cardíaco. La sangre que retorna desde los tejidos corporales periféricos, penetra en la aurícula derecha a través de dos grandes venas: cava superior e inferior, transportando principalmente CO2. La sangre oxigenada retorna de los pulmones, a través de las venas pulmonares (cuatro) hasta la aurícula izquierda. No se acumula sangre en las aurículas, ya que su peso vence la resistencia de las válvulas aurículo - ventriculares, abriéndolas, por lo que gran parte de la sangre que llega a los ventrículos ha pasado libremente por las aurículas correspondientes. Luego, ambas aurículas se contraen simultáneamente (sístole auricular), haciendo que la sangre que aún no ha pasado a sus ventrículos penetre en ellos de forma activa. Posteriormente, se produce la sístole ventricular, durante la cual ambos ventrículos se contraen, también, simultáneamente. Al inicio de esta etapa, las válvulas aurículo ventriculares se cierran, como consecuencia de la presión que se ejerce sobre la sangre que se encuentra en los ventrículos, escuchándose el primer ruido cardíaco (figura 2). Figura 2. sanguínea. Ruidos cardíacos y circulación En la sístole ventricular, durante una pequeña fracción de segundos (~ 0,05 seg.), la sangre permanece en los ventrículos sin que exista variación de su volumen (contracción isovolumétrica), a pesar de que, producto de la sístole ventricular, continúa aumentando significativamente la presión al interior de los ventrículos, encontrándose todas las válvulas cardíacas cerradas. La sangre es eyectada desde el corazón hacia las arterias sólo cuando la presión intraventricular logra vencer a las válvulas semilunares (Figura 3). El ventrículo derecho impulsa la sangre desoxigenada hacia los pulmones mediante las arterias pulmonares; el ventrículo izquierdo impulsa la sangre oxigenada hacia la aorta. Desde esta última, la sangre se distribuye a los distintos tejidos corporales, ingresando además al circuito coronario que irriga al tejido cardíaco (arterias coronarias). Figura 3. Sístole y diástole cardíaca. 4 La relajación de los ventrículos (diástole ventricular) provoca una caída importante de la presión intraventricular, con lo que se produce el cierre de las válvulas semilunares y con ello el segundo ruido cardíaco (Tabla 1). Tabla 1. Presión auricular y ventricular durante sístole y diástole. Presión Presión (mm Hg.) Diferencial en (mm Hg.) entre la aorta y Aorta Ventrículo Ventrículo Ventrículo Ventrículo izquierdo derecho izquierdo derecho Sístole 120 121 25 -1 95 Diástole 80 0 0 80 80 2.2. Actividad Eléctrica y electrocardiograma. El corazón presenta contracciones rítmicas; el latido cardíaco. En este latido, todos los miocitos responden a los estímulos nerviosos. El estímulo que origina la contracción cardíaca se origina en células especializadas del propio músculo cardíaco; el nódulo sino auricular (SA), el marcapasos (Figura 4). Los impulsos que genera este sitio del corazón, ubicado en la aurícula derecha, se extienden desde el marcapasos a ambas aurículas en forma simultánea, por lo que las dos cámaras superiores se contraen al mismo tiempo. Cuando el impulso eléctrico alcanza al nódulo aurículo – ventricular (AV), ubicado entre las aurículas y los ventrículos, sus fibras de conducción lo transmiten al haz de His, y de ahí hasta la red de Purkinje, lo que asegura que ambos ventrículos se contraigan simultáneamente. Dado que las fibras del nódulo aurículoventricular conducen el estímulo con relativa lentitud, los ventrículos no se contraen, sino hasta que se ha completado un “latido” auricular. Diversos neurotransmisores y hormonas pueden acelerar o desacelerar la frecuencia del latido cardíaco que fijan las fibras del nodo SA. Por ejemplo, en reposo el sistema parasimpático libera acetilcolina, que desacelera el nodo SA hasta unos 75 potenciales de acción por minuto. Figura 4. Actividad eléctrica del corazón. 5 Cuando los impulsos del sistema de conducción viajan a través del corazón y producen su contracción, se genera una corriente eléctrica en su superficie. Esta corriente se transmite a los fluidos corporales y, desde allí, parte de ella alcanza la superficie del cuerpo. Esta corriente puede ser registrada con un electrocardiograma, que permite establecer la capacidad del corazón de iniciar y transmitir los impulsos (Figura 5). Figura 5. El electrocardiograma (ECG) está dividido en ondas (P, QRS, y T), segmentos entre las ondas, e intervalos que incluyen las ondas. El ECG registra la actividad eléctrica del corazón, "mirada" desde distintos puntos del cuerpo. Su realización requiere de la colocación de electrodos en diferentes puntos de la piel del paciente y toma alrededor de 15 minutos. No presenta riesgos ni produce molestias en el paciente. Es un examen que el cardiólogo solicita por lo general en todo paciente en quien se plantea la posibilidad de enfermedad cardíaca. Principales indicaciones de un ECG: 9 9 9 Determinación inicial del ritmo cardíaco del paciente y pesquisa de arritmias (importante en pacientes que presentan pulsos extremadamente lentos o extremadamente rápidos) Diagnóstico de Infarto del Miocardio y otros cuadros causados por insuficiencia de la circulación coronaria (importante en pacientes que presentan dolor al pecho). Evaluación de la hipertrofia de cavidades cardíacas (puede ser importante en pacientes hipertensos y otros). Resumen: Figura 6. Relación entre el ECG y las distintas fases del ciclo cardíaco. 6 2.3. El gasto cardíaco. En cada latido, el corazón eyecta un determinado volumen de sangre. El volumen total de sangre bombeada por minuto se llama gasto cardíaco. Éste se relaciona con el volumen de sangre que el corazón es capaz de movilizar y, por lo tanto, con la cantidad de energía química necesaria para realizar ese trabajo y con el consumo de oxígeno necesario para disponer de esa energía química. Un cambio del gasto cardíaco puede deberse a cambios de la frecuencia del latido, del volumen de eyección o a ambos. Frente a variaciones en las necesidades orgánicas de aporte sanguíneo a los tejidos (por ejemplo, durante el ejercicio), por acción nerviosa, por acción de hormonas o por un control intrínseco del corazón ligado al retorno venoso. En el sistema cardiovascular, como consecuencia del aumento de la diuresis y la natriuresis, el volumen total de sangre disminuye y, por lo tanto, el retorno venoso y la presión arterial caen con lo que el gasto cardíaco se reduce. Estos mecanismos tienden a contrarrestar las causas que llevaron a la liberación de factor natriurético atrial y son un buen ejemplo de un proceso de retroalimentación negativa (Figura 7). Elongación de las fibras cardíacas ventriculares Aumenta el retorno venoso Aumenta la fuerza de contracción Aumenta el volumen de eyección Corazón Aumenta el factor natriurético atrial Distensión de las paredes auriculares Retroalimentación negativa Aumenta la diuresis Disminuye el volumen sanguíneo (hipovolemia) Aumenta la natriuresis Riñón Figura 7. Efecto de la diuresis y natriuresis sobre la actividad del corazón. La infusión de una cierta cantidad de suero puede provocar el aumento del retorno venoso al corazón. Como consecuencia, las paredes cardíacas se distienden por un aumento del volumen de sangre contenido en los ventrículos y las aurículas. La fuerza de contracción ventricular se incrementa (Ley de Starling) y también el volumen de eyección. El estiramiento de las paredes auriculares induce la secreción de factor natriurético atrial que viaja por el torrente sanguíneo hasta los riñones, donde provoca un aumento de la diuresis y la natriuresis. Estos dos últimos efectos tienden a disminuir el volumen de sangre y, en consecuencia, el retorno venoso que desencadenó el proceso descrito. 7 2.4. Presión sanguínea. La presión sanguínea se genera por la acción de bombeo del corazón y cambia con la frecuencia y la fuerza de contracción. La elasticidad de las paredes arteriales y la resistencia que el sistema opone al paso de la sangre son algunos de los factores que desempeñan también papeles importantes para determinar la presión sanguínea. En el esquema siguiente se resumen los elementos involucrados en un alza de la presión. ↑ Volumen sistólico. ↑ Frecuencia cardíaca. ↑ Viscosidad de la sangre. ↑ Gasto cardíaco por minuto. ↓ Diámetro de las arteriolas. ↑ Resistencia periférica. ↑ Volumen de sangre que entra en las arterias por minuto. ↓ Volumen de sangre que sale de las arterias por minuto, la salida arterial. ↑ Volumen de sangre arterial. ↑ Presión arterial En la aorta y en las grandes arterias, las paredes arteriales deben soportar grandes presiones y velocidades. En los capilares, en cambio, las presiones y velocidades son bajas, lo que permite que se equilibren las concentraciones de solutos entre el plasma y el espacio intersticial. Nótese en la figura 8 y tabla 2 la gran cantidad de sangre contenida en las venas: en ciertas condiciones como el ejercicio, esta cantidad puede disminuir e incrementarse el retorno venoso. Figura 8. Distribución de la sangre en las distintas porciones del sistema cardiovascular. Porcentaje respecto del volumen total de sangre corporal. 8 Cuando la sangre fluye a través del circuito vascular, su presión cae gradualmente como consecuencia de la amortiguación causada por el retroceso de las paredes arteriales elásticas, y por la resistencia de las arteriolas y capilares (tabla 2). La presión es más elevada en la aorta y en otras arterias sistémicas grandes, mucho menor en las venas, y casi nula en la aurícula derecha. Tabla 2. Volumen, presión y velocidad en los diferentes territorios vasculares. Volumen Aorta Arterias Arteriolas Capilares Vénulas Venas Vena cava 100 300 50 250 300 2.200 300 Presión (mm Hg.) 100 100-40 40-30 30-12 12-10 10-5 2 Velocidad cm/s 40 40-10 10-0,1 0,1 0,3 0,3-5 5-20 Las venas, con sus paredes delgadas y sus diámetros relativamente grandes, ofrecen poca resistencia al flujo sanguíneo, haciendo posible el movimiento de retorno de la sangre al corazón, a pesar de su baja presión. Las válvulas de las venas evitan el reflujo. El regreso de la sangre al corazón (retorno venoso) es intensificado por las contracciones de músculos esqueléticos. 3. GLOSARIO. Agujero oval: Abertura en el tabique cardiaco fetal entre las aurículas derecha e izquierda. Bradicardia: Frecuencia o pulsos cardíacos lentos. (Menos de 60/min.). Centro vasomotor espinal: Grupo de neuronas esparcidas dentro de la médula oblonga que regulan la frecuencia cardíaca, la fuerza de contracción y el diámetro de los vasos sanguíneos. Ciclo cardíaco: Latido cardíaco completo que consiste en la sístole (contracción) y la diástole (relajación) de ambas aurículas, más la sístole y la diástole de los ventrículos. Complejo QRS: Complejo que forman las ondas de deflexión en un electrocardiograma y representan el inicio de la despolarización ventricular. Contracción isométrica: Contracción muscular en que aumenta la tensión del músculo, pero su acortamiento es mínimo, de modo que no se produce movimiento alguno. Contracción isotónica: Contracción en que se mantiene la misma presión; se produce al mover una carga constante por medio de la gama de movimientos posibles en una articulación. Contracción isovolumétrica: Periodo de aproximadamente 0.05 segundos, entre el inicio de la sístole ventricular y la abertura de las válvulas semilunares; hay contracción de los ventrículos, pero no se vacían y se produce un rápido aumento en la presión ventricular. Diástole: Fase de relajación o dilatación del músculo del corazón especialmente el de los ventrículos. 9 en el ciclo cardíaco, Electrocardiograma (ECG): Registro gráfico de los cambios eléctricos que se producen durante el ciclo cardíaco y pueden detectarse en la superficie corporal; se puede tomar en reposo, bajo tensión o con paciente ambulatorio. Endocardio: Capa de la pared cardíaca que se compone de endotelio y músculo liso. Cubre la pared interior del corazón y las válvulas y tendones que las mantienen abiertas. Epicardio: Delgada capa externa de la pared cardíaca; se compone de tejido seroso y mesotelio. También se le llama pericardio visceral. Gasto cardíaco: Volumen de sangre que se bombea desde un ventrículo del corazón (por lo regular se mide en el izquierdo) en un minuto; en condiciones normales de reposo es de unos 5.2 litros/min. Ley cardíaca de Starling: La longitud que tienen las fibras miocardiacas justo antes de contraerse determina la fuerza de la contracción muscular; dentro de ciertos límites, mientras mayor sea la longitud de las fibras que se contraen, mayor será la fuerza de la contracción. PREGUNTAS. 1. El aparato cardiovascular humano A) B) C) D) E) está formado por la sangre y la linfa. está formado sólo por vasos sanguíneos. está formado por el corazón y el miocardio. es un circuito abierto formado por el corazón, venas y arterias. es un circuito cerrado formado por el corazón y los vasos sanguíneos. 2. Señale la alternativa correcta: A) las aurículas poseen paredes más gruesas que los ventrículos. B) la parte derecha e izquierda del corazón están comunicadas por la válvula mitral. C) las paredes del corazón están formadas por un músculo denominado miocardio que se contrae de forma involuntaria. D) el corazón expulsa sangre venosa hacia los pulmones por la aurícula izquierda y la recibe de los mismos por la aurícula derecha. E) el corazón recibe la sangre venosa por la aurícula izquierda y recibe sangre arterial por la aurícula derecha. 3. Los ruidos cardíacos primero y segundo, respectivamente, implican A) B) C) D) E) el el el el el término de la diástole ventricular. inicio y término de la contracción auricular. inicio y término de la activación de la red de Purkinje. inicio de la sístole ventricular y el comienzo de la diástole ventricular. cierre de las válvulas sigmoideas y la apertura de las aurículoventriculares. 10 4. El corazón se mantiene fisiológicamente activo gracias a la circulación coronaria, de ésta se puede afirmar que I) deriva desde la aorta. II) pertenece al circuito menor. III) mantiene un constante intercambio de sustancias con el miocardio. A) B) C) D) E) Sólo I Sólo II Sólo I y III Sólo II y III I, II y III 5. Si se bloquea el nodo sinoauricular A) B) C) D) E) la paralización auricular es temporal. el corazón se detiene indefinidamente. no existe cambio en la frecuencia cardíaca. los ventrículos se mantienen activos a un ritmo diferente. el corazón realiza contracciones más seguidas y con mayor intensidad. 6. La circulación de sangre oxigenada desde el pulmón A) B) C) D) E) pertenece al circuito mayor. se desarrolla a través de las venas cavas. implica activación de las venas coronarias. compromete a la red de venas pulmonares. se realiza por intermedio de las arterias bronquiales. 7. Durante el ejercicio se genera un incremento del gasto cardíaco, esto probablemente ocurre por I) estimulación de origen simpática. II) disminución de la acidez sanguínea. III) estimulación de origen parasimpático. A) B) C) D) E) Sólo Sólo Sólo Sólo Sólo I II III I y II I y III 8. En el organismo una subida brusca de la presión arterial puede provocar I) mareos. II) un accidente vascular. III) incremento de la temperatura corporal. A) B) C) D) E) Sólo I Sólo II Sólo III Sólo I y II I, II y III 11 9. El siguiente gráfico representa una parte de un electrocardiograma normal Al respecto, es correcto afirmar que A) B) C) D) E) el eje Y representa la presión arterial. durante el ejercicio, el intervalo P-T se alarga. la onda QRS precede a la contracción ventricular. la onda T resulta de la repolarización auricular. la onda P coincide con la despolarización ventricular. 10. ¿En qué estado se encuentran las válvulas cuando los ventrículos están relajados? A) B) C) D) E) Válvulas aurículoventriculares Abiertas Abiertas Cerradas Cerradas Semicerradas Válvulas semilunares en las arterias Abiertas Cerradas Abiertas Cerradas Semiabiertas Puedes complementar los contenidos de esta guía visitando nuestra Web. http:/clases.e-pedrodevaldivia.cl DMSE-BM33 12