Principios de Hidrodinámica Aplicados al Sistema Cardiovascular

Los principios generales de la hidrodinámica son fundamentales para entender el funcionamiento del sistema cardiovascular. A continuación, se detallan los conceptos clave:

Gradiente de Presión

El gradiente de presión es la diferencia de presión entre dos puntos en el sistema circulatorio. Para la circulación sistémica, este gradiente se da entre el ventrículo izquierdo (VI) y la aurícula derecha (AD), y para la circulación pulmonar, entre el ventrículo derecho (VD) y la aurícula izquierda (AI). El valor P1 representa un valor medio entre la presión máxima durante la sístole y el valor mínimo durante la diástole. Cuanto menor sea P2, mayor será el flujo (Q). Este gradiente se mide en mmHg o cmH2O y se representa en la fórmula Q = (P1 – P2) / R.

Características Físicas del Conducto

La resistencia (R) al flujo sanguíneo está determinada por la longitud del vaso y su sección transversal o área. La fórmula es: R = longitud / área.

Naturaleza del Fluido

La viscosidad de la sangre influye directamente en el flujo sanguíneo. A un valor normal de hematocrito del 45%, el flujo es normal. Sin embargo, si el hematocrito aumenta, la viscosidad también lo hace, reduciendo el flujo. Esto implica que la viscosidad es directamente proporcional a la resistencia.

Relación entre Flujo, Presión y Resistencia

La relación entre viscosidad, longitud y área se expresa en una ecuación donde el radio del vaso está elevado a la cuarta potencia. Esto significa que el flujo de sangre depende en gran medida del radio del vaso por el que circula. En un sistema de circulación como el cardiovascular, la resistencia total es la suma de las resistencias de sus ramas colocadas en serie o el inverso de la suma de las resistencias si están en paralelo. La velocidad multiplicada por el área de una zona debe ser igual a la velocidad por el área de otra zona. Por lo tanto, aunque la presión y la velocidad son mayores en la aorta que en los capilares, el área total de los capilares es mayor para compensar esta relación.

Electrocardiograma (ECG)

El electrocardiograma es el registro de la actividad eléctrica del miocardio a través de la piel. En él se pueden observar una serie de ondas e intervalos:

• Onda P: Representa la despolarización de las aurículas.
• Ondas Q, R, S: Representan la despolarización de los ventrículos.
• Onda T: Representa la repolarización de los ventrículos.

El tamaño de las ondas QRS debe mantenerse constante; puede variar su número y frecuencia, pero no su amplitud. Además, se identifican los siguientes intervalos:

• Intervalo PR: Tiempo que tarda el impulso desde el nódulo sinusal hasta el ventrículo.
• Intervalo QT: Representa la sístole eléctrica.
• Intervalo ST: Periodo de espera entre la despolarización y la repolarización ventricular.

Ciclo Cardíaco

El ciclo cardíaco es la sucesión de dos fenómenos: sístole (contracción/vaciado) y diástole (relajación/llenado). Estas fases se analizan en relación con los ventrículos.

Diagrama de Wiggers

El diagrama de Wiggers representa la presión, el volumen y el tiempo durante el ciclo cardíaco. A continuación, se describen las fases:

1. A: Cierre de las válvulas auriculoventriculares y aórtica. Contracción isovolumétrica. Aumento de la presión y primer ruido cardíaco.
2. B: Apertura de la válvula aórtica. Eyección rápida. Salida de sangre debido a la presión.
3. C: Cierre de la válvula aórtica. Relajación isovolumétrica. Caída de la presión ventricular. Segundo ruido cardíaco.
4. D: Apertura de las válvulas auriculoventriculares. Llenado rápido. Tercer ruido cardíaco.
5. Llenado lento: Equilibrio de presiones.
6. Contracción auricular: Cuarto ruido cardíaco.

Propiedades Mecánicas del Corazón

Para entender las propiedades mecánicas del corazón, es necesario conocer los siguientes términos:

• Volumen Sistólico Final (VSF): Volumen de sangre en el ventrículo después de la contracción y al inicio de la relajación.
• Volumen Diastólico Final (VDF): Volumen de sangre en el corazón antes de la contracción.
• Volumen de Eyección: VDF – VSF.

Propiedades Sistólicas

Las propiedades sistólicas son las características contráctiles que permiten al miocardio desarrollar tensión y expulsar sangre. La Ley de Frank-Starling establece que la energía de contracción del corazón es función del VDF, es decir, de la elongación previa de las fibras miocárdicas. La velocidad de contracción también es una propiedad importante; a mayor carga, menor velocidad de acortamiento. La capacidad del corazón para expulsar sangre depende del volumen (Ley de Frank-Starling), la velocidad de acortamiento y la carga a vencer, lo que se conoce como contractilidad cardíaca o inotropismo.

Propiedades Diastólicas

Además de la Ley de Frank-Starling, la principal propiedad diastólica es la distensibilidad o compliance, que permite al ventrículo llenarse en función de las diferencias de presión entre la aurícula y el ventrículo. La elastina y el colágeno en las paredes ventriculares juegan un papel crucial en esta propiedad.

Respuesta y Adaptación del Corazón al Ejercicio

Durante el ejercicio, el gasto cardíaco de un individuo aumenta. A continuación, se analizan los cambios en la actividad eléctrica y el ciclo cardíaco:

Actividad Eléctrica

En ejercicio, las distancias entre las ondas del ECG son menores, lo que indica un mayor número de ciclos cardíacos en el mismo período de tiempo. En individuos entrenados, puede haber una menor frecuencia de despolarización del nódulo sinusal o un predominio del sistema nervioso parasimpático (SNVP).

Ciclo Cardíaco

Durante el ejercicio, el corazón aumenta la frecuencia cardíaca, reduciendo más el tiempo de diástole que el de sístole para satisfacer las demandas de un mayor gasto cardíaco.

Respuesta del Corazón al Ejercicio

El gasto cardíaco puede incrementarse mediante:

• Aumento del Volumen de Eyección (VE) o Volumen Sistólico (VS): Puede ocurrir por un incremento del VDF o una disminución del VSF, ambos indicativos de una mayor fuerza contráctil.
• Aumento de la Frecuencia Cardíaca: La frecuencia cardíaca se adapta a las necesidades del ejercicio mediante una mayor influencia del sistema nervioso simpático (SNVS) y una inhibición del SNVP.

Estructura del Corazón

El corazón está formado por tres capas:

• Endocardio: Evita que la sangre altere sus propiedades de coagulación.
• Miocardio: Compuesto por fibras musculares estriadas.
• Pericardio: Formado por dos hojas (visceral y parietal) que protegen el corazón.

Actividad Eléctrica del Corazón

El miocardio está formado por dos tipos de células:

• Miocitos contráctiles: Se disponen de manera que les permite actuar de forma coordinada. Poseen discos intercalares que les permiten unirse y actuar como una sola unidad.
• Miocitos especializados: Incluyen células P (marcapasos), células de transición y células de Purkinje. Estas células forman el nódulo sinusal, el nódulo auriculoventricular y el haz de His, que se divide en dos ramas y la red de Purkinje.

Potencial de Acción Cardíaco

El potencial de acción en el corazón se compone de:

• Despolarización: Cambio de negatividad a positividad en el interior de la célula.
• Repolarización: Proceso inverso a la despolarización.

Existen dos tipos de potencial de acción en los miocitos:

• Despolarización rápida: En aurículas, ventrículos y células de Purkinje.
• Despolarización lenta: En los nódulos, lo que les permite autodespolarizarse.

Barorreflejo

El barorreflejo es un sistema que regula la presión arterial mediante un mecanismo de acción reflejo. Se organiza en:

• Receptores: Ubicados en el cayado aórtico y la bifurcación carotídea. Responden al estiramiento de los vasos.
• Vías aferentes: Llevan la información a los centros nerviosos.
• Centros nerviosos: Ubicados en el bulbo raquídeo.
• Vías eferentes: Parten del bulbo raquídeo y ejecutan la respuesta.

Mecanismo de acción:

• Aumento de la presión arterial: Disminución del tono simpático en la musculatura lisa arteriolar.
• Aumento de la acción parasimpática sobre el corazón para reducir la contractilidad y la frecuencia cardíaca.

Función de la Red Capilar: Sistema de Intercambio

Las fuerzas que determinan el paso del líquido de los capilares al intersticio son:

• Presión sanguínea capilar: Tiende a desplazar el líquido del capilar al intersticio (30-45 mmHg).
• Presión del líquido intersticial: Se opone a la filtración (10 mmHg).
• Presión osmótica del plasma: Determinada por la concentración de solutos, principalmente proteínas como la albúmina.
• Presión coloidosmótica del líquido intersticial: Debida a los coloides disueltos en el líquido intersticial (considerada 0 mmHg).

En la porción arterial del capilar, la presión sanguínea capilar favorece el intercambio. A lo largo del capilar, esta presión varía, y en la porción venosa, la presión es menor, lo que reduce el intercambio.

Función del Sistema Venoso: Sistema de Baja Presión

El sistema venoso actúa como un reservorio y está influenciado por:

• Presión en la aurícula derecha: A mayor presión, más difícil es el retorno venoso.
• Retorno venoso: Cantidad de sangre que retorna por unidad de tiempo.

Factores que intervienen en el retorno venoso:

• Válvulas venosas: Impiden el reflujo de sangre.
• Acción del SNVS sobre la musculatura lisa de las venas.
• Actividad cardíaca.
• Movimientos respiratorios: Actúan como bomba auxiliar.
• Movimientos musculares: Actúan como bomba auxiliar a través de la contracción muscular.

Descripción Morfofuncional de los Vasos Sanguíneos

Los vasos sanguíneos (arterias y venas) están formados por tres capas: interna, media y externa.

Estructura de los Vasos

• Arterias: Contienen una proporción de elementos elásticos y musculares que mantiene la presión. Las arterias grandes tienen menos elementos elásticos que musculares, y viceversa en las pequeñas.
• Microcirculación:
  • Arteriolas: Calibre pequeño, con una capa media desarrollada de fibras musculares lisas que regulan la resistencia.
  • Capilares: Encargados del intercambio, formados por una sola capa.
  • Vénulas: Similares a las arteriolas, favorecen el retorno venoso.
  • Anastomosis arteriovenosa: Comunican arteriolas y vénulas, importantes para el intercambio de calor.
• Venas: Mayor diámetro y menor grosor de paredes que las arterias. Intervienen en el retorno venoso.