Fisiologia I

Fisiología I

Temario completo

Alberto Gómez Esteban

Fisiología I

Alberto Gómez Esteban 2º Medicina

Fisiología I Temario completo

Alberto Gómez Esteban 2

Bloque I

Introducción a la fisiología

− Tema 1. Homeostasis, medio interno y sistemas de control biológico

− Tema 2. Membrana plasmática

− Tema 3. Mecanismos generales de transporte

− Tema 4. Potenciales de membrana

− Tema 5. Células excitables

− Tema 6. Fibras nerviosas y conducción del impulso

− Tema 7. Fisiología de la comunicación celular

− Tema 8. Sinapsis electroquímicas

− Tema 9. Fisiología general del músculo esquelético

− Tema 10. Fisiología general del miocardio

− Tema 11. Fisiología general del músculo liso

− Tema 12. Mecanismos de secreción celular

− Tema 13. Introducción a la fisiología de los receptores sensoriales



Tema 1. Homeostasis. Medio interno. Sistemas de control biológico

Medio interno

El medio interno esta principalmente formado por el agua corporal, que es el elemento mayoritario del organismo a cualquier edad y sexo. A pesar de ser el mayoritario en el organismo, existen diferencias en la proporción de agua corporal dependiendo de dichos factores, disminuyendo la proporción de agua corporal (en general) con la mayor edad; también hay mayor proporción de agua en los hombres que en las mujeres.

Es el medio en el que se llevan a cabo todas las reacciones químicas fisiológicas y como se ha mencionado antes varía con la edad y sexo a pesar de ser el componente mayoritario del organismo.

Se reparte en líquido intracelular (LIC - 2/3 del total de agua) y liquido extracelular (LEC - 1/3 del total de agua).

El LIC o líquido intracelular es el agua que se encuentra en el interior de todas las células del organismo. El LEC o líquido extracelular se encuentra repartido entre el plasma que circula por los vasos sanguíneos (5% del LEC) y el líquido intersticial o intersticio (15% del LEC).

Ambos líquidos establecen medios de distinta composición debido a que se hallan separados por barreras de permeabilidad selectiva. Todos los compartimentos tienen casi todos los elementos en común, pero en distinta concentración, lo que favorece los gradientes electroquímicos.

Existen dos barreras de permeabilidad selectiva:

− Membrana plasmática. Separa el liquido intracelular del intersticio

− Paredes capilares. Separan el intersticio del plasma

El medio interno se utiliza en fisiología como sinónimo exacto de líquido extracelular. Este término se aplica debido a que el líquido extracelular presenta una gran constancia a pesar de hallarse en equilibrio dinámico, manteniéndose la composición química. Lógicamente el medio interno excluye el líquido intracelular.

Las células al estar vivas continuamente captan elementos del medio interno para garantizar su supervivencia; en caso de isquemia en el tejido (se suspende la renovación del medio interno), se produce masiva muerte celular, lo que demuestra claramente la dependencia de las células del medio interno.

En el medio interno las células eliminan sus deshechos metabólicos así como captan nutrientes y oxígeno para continuar con este metabolismo. El funcionamiento celular, por tanto, va a quedar reflejado en la composición del medio interno, siendo esta un útil instrumento diagnóstico.



El medio interno es constante en cuanto a composición y similar en todos los tejidos corporales. Además es un medio dinámico que se mantiene en continua renovación, precisamente para asegurar su constancia.

Nuestras células requieren unas condiciones ambientes determinadas que son proporcionadas por el medio interno. El conjunto del organismo trabaja encaminado a mantener la constancia del medio interno en un proceso que se denomina homeostasis.

Uno organismo se encuentra en homeostasis cuando su medio interno tiene:

1. Concentraciones óptimas de nutrientes, agua, electrolitos, etc…

2. Temperatura óptima, que en estado de salud es una constante cercana a los 37º C

3. Presiones óptimas de O2 (pO2), CO2 (pCO2) y las presiones hidrostáticas, osmóticas, etc...

Un organismo será mas independiente del medio externo cuanto mayor sea su capacidad de mantener estable su medio interno.

Los sistemas corporales trabajaran por tanto a favor de mantener el medio interno, pero beneficiándose al mismo tiempo de él.

Mecanismos homeostáticos

Toda persona esta sometida a continuos cambios y perturbaciones del medio externo, lo que obliga a una respuesta para el mantenimiento correcto del medio interno.

Puede haber desajustes a nivel de los distintos niveles de organización fisiológicos, como los que afectan a:

− Células. Obliga a la actuación de orgánulos

− Tejidos enteros. Obliga a la actuación de aparatos y sistemas enteros.

Para regular estos mecanismos son precisos sensores para conocer las condiciones del medio. Estos sensores se pueden identificar con receptores sensoriales, que se localizan tanto a nivel interno, que aportan información acerca del medio interno como a nivel externo que hacen lo propio en el medio externo.

El estrés orgánico corresponde a la perturbación que modifica el estado homeostático a distinto nivel según la intensidad de la perturbación.

La homeostasis puede ser definida como el mantenimiento de las constantes del organismo por la acción coordinada de los procesos biológicos.



En un organismo sano hay muchas situaciones de estrés fácilmente superables. Si ese organismo se ve desbordado por esa situación y no es capaz de reajustar su actuación, sobreviene la enfermedad, que puede llegar a requerir de ayuda externa, como la actuación clínica o farmacológica para restaurar la salud.

Sistemas de control biológico

Las estructuras corporales emplean un sistema de “lazo cerrado” para mantener la constancia del medio interno. Este sistema garantiza que no exista ni exceso ni defecto de respuesta.

En caso de estrés orgánico se produce una entrada de información mediante los sensores del organismo; esta información llega a un sistema corporal que provoca una respuesta adecuada.

Los sistemas de control biológico pueden basarse en la retroalimentación negativa o la retroalimentación positiva.

Retroalimentación negativa

La retroalimentación negativa o por termostato es el más frecuente de los dos sistemas, y es la única forma de mantener un valor constante en el organismo.

La retroalimentación negativa es contraria al estimulo que la originó, por lo que tiene que descender si el estimulo era algo alto, lo que permite mantener las constantes vitales en el rango de normalidad.

*Ejemplo*

Una ascensión a una montaña con poco oxigeno supone una situación de estrés orgánico que requiere una respuesta adaptativa.



Nuestros mecanismos homeostáticos nos permiten un margen de actuación, y si nos salimos de este margen se pueden ver desbordados y disminuir su eficacia.

Ejemplos de retroalimentación negativa son la glucemia, la temperatura corporal, la presión arterial, la pCO2, los niveles de hormonas, etc…

*Ejemplo*

El termostato si hace frío genera calor, estabilizando la temperatura. En cambio si hace calor, genera frío con la misma finalidad.

Nuestro termostato hipotálamico realiza la misma función que un termostato convencional, pero utilizando los sistemas corporales para estabilizar la temperatura en torno a los 37º C.



Existen intervalos de normalidad en los cuales la constante es estable. Normalmente si el sistema actúa por defecto el límite se aproxima a la zona mas baja del intervalo y viceversa. Dentro de esos intervalos, la constante se considera estable.

Estos intervalos de normalidad también se basan en edad, peso, sexo, etc… Ya que pueden variar dependiendo de estos factores.

Retroalimentación positiva

Es menos frecuente que la retroalimentación negativa, pero no obstante también sirve para regular determinados momentos en los que necesitamos más de lo mismo. Es fundamental que este limitada en el tiempo para que no se exageren sus efectos.

Un feedback positivo correría el peligro de llegar a un círculo vicioso, que seria una situación patológica de mayor o menor gravedad según las características del mismo.

Algunos ejemplos de círculos viciosos son:

− Choque hipovolémico. Si perdemos un volumen amplio de sangre (∼ 2L) considerando el sistema circulatorio como el circuito cerrado que es, el corazón recibirá menos sangre, y por lo tanto, bombeará menos sangre en cada latido. Esto causa que la perfusión sea cada vez menor, con el consiguiente debilitamiento del corazón y su perdida de eficacia. Esto puede finalizar con la muerte si no es solucionado a tiempo.

− Aumento excesivo de la temperatura. El aumento de temperatura causa una mayor velocidad del ritmo metabólico, lo cual a su vez hace subir la temperatura aun más, pudiendo llegar a causar la desnaturalización de las enzimas y fallo metabólico

Algunos ejemplos de procesos de retroalimentación positiva fisiológicos son:

− Potencial de acción. Se encuentran regulados en las neuronas mediante canales de voltaje que permiten el paso de iones Na+. Estos canales responden a aumentos de potencial en el interior celular, es decir, cada vez que entra un Na+ aumenta el potencial, lo que causa a su vez que entre más sodio debido a los canales.

− Coagulación sanguínea. La coagulación normal es un proceso que sirve para mantener una perfusión sanguínea constante y es una cascada de acciones. Cuando se rompe un vaso se libera un factor de coagulación lo cual activa a su vez otros, lo cual causa una reacción en cadena que causa que el fibrinógeno se transforme en fibrina y la sangre coagule para reparar el vaso.

− Oxigenación de la hemoglobina. La hemoglobina es una molécula con un efecto similar al alostérico, es decir, cuando permite la entrada de una molécula de oxigeno, la facilidad para captar más oxigeno aumenta, y viceversa a la hora de expulsarlo debido a cambios de conformación en el interior de la molécula de hemoglobina.



Participación en la homeostasis de los sistemas corporales

El sistema cardiovascular tiene como función fundamental mantener el medio interno en continua renovación en todos los órganos mediante la llegada de sangre nueva a todos los tejidos.

El sistema linfático colabora con el anterior en la recuperación de líquido que tiende a quedarse en el intersticio, lo que previene el edema (acumulación excesiva de líquido intersticial que provoca hinchazón). El sistema linfático también es el portador de células implicadas en la línea defensiva

El aparato respiratorio sirve para la incorporación de oxigeno del exterior a nuestro organismo así como la eliminación del principal metabolito de deshecho: el CO2

El aparato digestivo sirve para incorporar nutrientes de los alimentos y se encarga de la incorporación de agua y electrolitos. Es un sistema de procesamiento compuesto por una serie de órganos que procesan el alimento para convertirlo en nutrientes utilizables por todos los tejidos.

El sistema urinario es también fundamental para mantener la homeostasis debido a que ayuda a eliminar los deshechos metabólicos disueltos en agua en forma de orina.

El esqueleto junto con los músculos (sistema musculoesquelético) sirve para mantener la temperatura y sobre todo posibilita el movimiento para alimentarnos y escapar de un ambiente desfavorable.

El sistema nervioso junto con el endocrino son los principales sistemas reguladores:

− El sistema nervioso nos proporciona información de los cambios y da las órdenes motoras al resto de los sistemas, actuando sobre los músculos esquelético, cardiaco y liso. Colabora estrechamente con el endocrino

− El sistema endocrino es un sistema de regulación metabólico. También colabora con el sistema nervioso en tareas como la regulación en la contracción del músculo liso.

El aparato reproductor es difícil de englobar homeostáticamente pero podemos afirmar que su misión es ayudar a la perpetuación de la especie.





Tema 2. La membrana plasmática

Introducción

La membrana plasmática o celular es la barrera que delimita la célula y separa el LIC del LEC.

En resumen se trata de una bicapa lipídica que sirve para establecer una frontera entre dos medios acuosos. La estructura de la membrana sigue el modelo del mosaico fluido en el cual existe doble capa de fosfolípidos y otras estructuras lipídicas como el colesterol, además de proteínas que se encuentran inmersas en esa bicapa.

Lípidos

El carácter anfipático de los fosfolípidos junto con el hecho de que se trate de una doble capa permite la separación ya que ambas monocapas se disponen enfrentadas.

Cuando una molécula ha de pasar por esta frontera es común que se encuentre con un lípido ya que es el componente mayoritario de esta membrana.

Proteínas

Las proteínas son el componente mayoritario en peso de la membrana (55% del peso). Las proteínas de membrana le proporcionan numerosas características funcionales a la célula, como formar parte de canales de paso selectivo de sustancias. También serán receptores de mensajeros químicos. Muchas proteínas integrales tienen por si mismas función enzimática o están adosadas a proteínas con función enzimática.

En la membrana celular dispondremos de distintos tipos de proteínas con distintas funciones. Estas proteínas hacen que la membrana no sea universal ya que cambian de un tipo celular a otro. Definen las características de la célula como su permeabilidad o el hecho de ser células diana.

Glúcidos

El tercer componente son los glúcidos que están asociados a lípidos y a proteínas.

Es frecuente que los glúcidos estén expuestos hacia la superficie exterior fundamentalmente, y también tienen su papel aunque sean minoritarios los que forman parte de las proteínas. Sirven de etiquetaje y reconocimiento celular.

Función de la membrana

Resumida la función de esta membrana es el de mediar controladamente el paso de sustancias del medio interno hacia el interior celular. Esto mismo esta en concordancia con que se encuentra separando dos medios de distinta composición (en el sentido de concentración).



Los principales cationes son el sodio y el potasio:

� El sodio es mayoritario en el medio interno

� El potasio es mayoritario en el citosol.

Dado que la membrana tiene una composición definida con función especifica, presenta una permeabilidad selectiva. Es una barrera que tiene que servir de intercambio y paso. El organismo renueva el medio interno, el cual dota de nutrientes a la célula. La permeabilidad selectiva por tanto deja pasar más fácilmente unas sustancias que otras.

Factores que influyen en la permeabilidad

A priori los factores que influyen en la permeabilidad son principalmente 4:

Tamaño de la sustancia que va a atravesar la membrana, el cual va en relación a su peso molecular (PM). Las sustancias pequeñas y de menor peso molecular atraviesan con mayor facilidad la membrana. También la forma influye en este factor (moléculas globulares atraviesan mas fácilmente que las fibrosas).

Los gases atraviesan muy fácilmente la membrana plasmática por su tamaño y peso molecular.

Liposolubilidad, debido a que la mayor parte de la superficie expuesta esta formada por lípidos, por lo que si es capaz de trasladarse entre éstos, atravesará la membrana con más facilidad. Esto hace que moléculas orgánicas de un PM relativamente elevado puedan atravesar la membrana a pesar de ser grandes.

Carga. A pH y temperaturas fisiológicas hay numerosas partículas cargadas, sales inorgánicas disociadas, etc… Por tanto la carga es condicionante ya que estas sustancias solo pueden pasar por regiones de la membrana sin carga o con carga inversa.

Presencia de transportadores, que diferencian unas células de otras y permiten el paso de sustancias que en relación a los tres puntos anteriores no podían pasar (por ejemplo moléculas grandes e hidrosolubles). Estos transportadores son proteínas que permiten atravesar la membrana a metabolitos esenciales como la glucosa.

El LIC es más rico en potasio, fosfatos y proteínas.

El LEC es más rico en sodio, cloruro y muy pocas proteínas.





Tema 3. Mecanismos generales de transporte

Introducción

La membrana plasmática media el transporte de sustancias para entrar en la célula desde el medio interno, así como para salir de la célula al intersticio. Este movimiento bidireccional es imprescindible para la supervivencia de la célula.

En términos generales los transportes transmembrana pueden ser pasivos o activos.

En los procesos pasivos la célula no tiene que aportar energía porque la sustancia que se va a desplazar lo va a hacer a favor de gradiente, debido a su energía cinética.

Esta sustancia se desplazara mediante un gradiente electroquímico (de carga o concentración) o de presión y se dirige de + a – intentando llegar a deshacer el gradiente.

En los procesos activos se requiere energía ya que el movimiento es contra gradiente electroquímico o de presión. Muchos procesos metabólicos generan energía que luego se va a utilizar en transportes activos en sustancias que la célula desea introducir.

Un ejemplo de proceso activo se da en las células del intestino delgado en las cuales es preciso que los nutrientes entren contra gradiente para que no prosiga el transito intestinal sin producirse digestión y los nutrientes lleguen al medio interno y puedan ser aprovechados por los tejidos.

Procesos pasivos

Los procesos pasivos o de difusión no requieren de energía. El proceso de difusión es el proceso por el cual se expande un gas o una molécula en solución ya que tiende a ocupar el máximo espacio posible. Existe por tanto un flujo neto de donde hay más sustancia a donde hay menos sin mediar en éste aporte energético.

En los procesos pasivos se aplica la Primera ley de Fick que indica hacia donde se produce ese flujo neto. La formula del flujo neto enuncia que:

Tx

CADJN s ···

∆∆

=

− D. Difusibilidad. Capacidad de esa sustancia concreta a moverse en esa

membrana concreta = PM

1

− A. Área. El flujo neto es proporcional al área. Los tejidos con mayor capacidad de intercambio amplían mediante orgánulos el área de intercambio para mejorar la difusión.



− ∆∆∆∆C. Gradiente de concentración. Se refiere a la diferencia de concentración entre los dos medios. Esta variable nos indica la dirección y el sentido del flujo neto. Indica asimismo que cuando C1 = C2 no existe flujo neto = C1 – C2

− ∆∆∆∆x. Distancia. Se trata del grosor/distancia que debe atravesar el soluto. Lógicamente tejidos que realicen muchas difusiones, deben tener membranas finas y cercanía entre las estructuras de difusión

− T. Temperatura. Influye en todos los factores anteriores, alterando la fluidez de la membrana. Es constante en estado de salud.

Esta ley es muy importante en fisiología.

Para diferenciar estos procesos de difusión distinguimos entre la difusión simple y la difusión facilitada por un transportador de membrana. Ambos son procesos pasivos en los cuales la sustancia se mueve a través de la membrana favorecida por su gradiente.

Difusión simple

Por difusión simple pasaran todas las sustancias capaces de pasar por los espacios intermoleculares como moléculas liposolubles (alcoholes, ácidos grasos, vitaminas liposolubles, esteroides…) y/o moléculas pequeñas (O2, CO2, urea…).

Si la molécula que pasa por difusión simple es el agua, hablamos de ósmosis.

Ósmosis

El agua no es una molécula grande por lo tanto pasa fácilmente por todas las regiones proteicas (poros acuosos, AQP). En la mayoría de los casos como el agua se mueve por difusión, aplicamos la idea de que el agua se mueva por ósmosis en función de su gradiente de concentración.

Si disponemos de un recipiente de dos medios de distinta concentración de soluto ambos separados por una membrana de permeabilidad selectiva.

El agua es el disolvente que se encuentra en ambos compartimentos y puede atravesar la barrera (no así el soluto). El agua se puede mover, igualando las concentraciones, lo que se conoce como ósmosis.

La única manera de oponerse al movimiento de ósmosis sería aplicar en el compartimento más diluido una fuerza con un émbolo la cual seria igual a la presión osmótica y de signo opuesto.

En esta situación aparece el concepto de presión osmótica (π) que es la fuerza atractiva que se ejerce sobre las moléculas de agua (disolvente) desde la solución más concentrada, y que promueve el movimiento del agua desde la solución más concentrada a la más diluida para romper el gradiente.

V

TRn ··=π



n. Número de partículas

R. Constante de los gases perfectos

T. Temperatura. Como decíamos en un individuo sano es constante

V. Volumen

Unidades empleadas.

� Osmolalidad. Número de osmoles / Kilogramo de disolución

� Osmolaridad. Número de osmoles / Litro de disolución

*Osmol. Partícula osmóticamente activa. No es preciso que coincida con mol. La coincidencia o no depende de si es un ión que se disocia en disolución*

La osmolaridad intracelular debe ser igual a la extracelular. El sodio es el catión mas abundante y forma la gran mayoría de las sales extracelulares.

Al comparar osmolaridades resulta el término de medida que es la tonicidad. Podemos hablar de los siguientes líquidos comparados con el plasma:

− Medio hipertónico. Presenta una osmolaridad mayor que el plasma sanguíneo. En estos medios la membrana semipermeable hace que el agua salga de la célula, y causa que las células (eritrocitos) queden con forma de ruedas dentadas (proceso de crenación).

− Medio hipotónico. Presenta una osmolaridad menor que el plasma sanguíneo. Causaría la entrada de agua a la célula (eritrocito) que ganaría turgencia.

Esto se utiliza en pruebas de resistencia celular, en el que se colocan muestras de eritrocitos en disoluciones con concentraciones salinas progresivamente diluidas y observaríamos cuando sedimentan (mantienen la forma) o bien se produce hemólisis. Esto permite estudiar el envejecimiento eritrocitario (eritrocatéresis) en el cual la hemólisis es prematura.

− Medio isotónico. Presenta la misma osmolaridad que el plasma sanguíneo. Nos permite mantener eritrocitos en un medio isotónico en caso de realizar una analítica.

Filtración

En el proceso de filtración el líquido se mueve por gradiente de presión, es decir, sale o entra a presión a través de la membrana.

Como todo proceso de difusión se aplica la 1ª ley de Fick, previamente vista, pero hablando de un proceso en el que el movimiento es por gradiente de presión:

Tx

PADJ N ···

∆∆

=



En estos procesos se produce arrastre por solvente que salen por la presión del líquido. El incremento de presión marca el sentido del movimiento, ya que siempre hemos de tener una presión mayor en la zona de salida que en la zona de entrada.

La aplicación fisiológica de este proceso de filtración es la salida de líquido de los capilares sanguíneos que están en estrecha proximidad de los tejidos, y se encargan del intercambio circulatorio.

Los capilares sanguíneos en la región próxima a las arterias todavía tienen una presión hidrostática relativamente alta, lo suficientemente grande como para que se favorezca la salida de agua de ellos. Hablamos normalmente de esto como ultrafiltración. En la región venosa se produce lo contrario, es decir, la presión es menor que en los capilares del lado arterioso, y se produce la entrada de fluido.

Esta ley se denomina Ley de Starling que se basa en las presiones hidrostáticas para enunciar la salida de sangre en la porción arterial, y la reentrada en la región venosa.

Además de la presión hidrostática actúa la presión osmótica que actúa en sentido inverso a la hidrostática, ésta es debida a las proteínas disueltas en el plasma, las cuales por no encontrar presentes en el intersticio generan una presión osmótica que promueve la salida de fluido del capilar. Esto ocurre también en la filtración renal, en los glomérulos.



En los capilares arteriosos disponemos de una presión hidrostática mayor que en el intersticio, pero también disponemos de una presión osmótica u oncótica, debida al efecto osmótico de las proteínas, presentes en un solo compartimento (el vascular). Si la presión hidrostática del vaso es mayor que la oncótica, entonces puede salir líquido hacia el intersticio.

Si la concentración plasmática de proteínas es baja, sale agua excesiva al intersticio en el lado arterioso y se reabsorbe menos agua de la necesaria en el capilar venoso. En estos casos se da el edema o acumulación excesiva de líquidos en el intersticio. También se puede dar por un aumento de presión venosa que impida la reabsorción de fluidos.

Canales iónicos

La difusión mediante canales iónicos se considera un transporte pasivo debido a que el ión que atraviesa no interacciona con la proteína canal de manera específica, además de moverse a favor de gradiente.

El concepto de gradiente debe ser ampliado ya que al hablar de un ión con carga, no solo hablamos de afinidad en cuanto a concentración, sino en cuanto a carga eléctrica (hablando ya de gradiente electroquímico), es decir, una molécula cargada positivamente tiende a verse atraída por un campo eléctrico negativo y viceversa.

Este transporte se trata de un trasiego bidireccional que sigue la ley de Fick. La estructura de la proteína de la membrana permite el movimiento a un lado o a otro. Estos mecanismos de transporte son muy eficaces (108 moléculas/segundo)

Existen algunos tipos de estos canales que son regulables, lo que quiere decir que el canal puede estar abierto o cerrado. En estado normal el poro se encuentra abierto, pero en otros momentos, como estado de reposo celular la proteína se cierra a modo de compuerta. La proteína tiene una estructura en forma de ala, que puede plegarse o desplegarse.

*Clínica*

La filtración tiene una aplicación en las membranas de diálisis. Si disponemos de una solución separada por una membrana de diálisis, que permite separar moléculas grandes de moléculas pequeñas que difunden.

La aplicación clínica se da en la hemodiálisis que se basa en crear un riñón artificial mediante este proceso de diálisis. Se da en un cartucho de diálisis en el que le llega la sangre “contaminada” de un paciente, es depurada, y vuelve a ser prefundida al paciente.



Los canales iónicos tienen cierta especificidad:

� Carga. El polo proteico por el que pasa un catión debe ser aniónico y viceversa. Esto significa que son necesarios distintos canales para aniones que para cationes.

� Tamaño del ión. Permite cierta discriminación. Por ejemplo algunos canales permiten el paso más facilitado de K+ que de Na+ debido a que el Na+ pasa hidratado, y de mayor tamaño, dificultando por tanto el paso.

Existen sustancias que bloquean algún tipo de canal (el bloqueo de los canales de Na+ se pueden bloquear por tetrodotoxina) las cuales se pueden utilizar a modo de drogas.

Se nombran de acuerdo al ión que transportan y si están regulados. También se denominan “ionóforos” y “permeasas”.

Los canales iónicos como decíamos pueden estar regulados en ciertos casos, cambiando su conformación espacial. Los métodos de regulación son:

� Ligando. Son moléculas que no son el ión a transportar que tienen un sitio de unión en la proteína de membrana y su unión a la misma produce el cambio conformacional.

Ejemplo. Canal de sodio regulado por acetilcolina, es frecuente en la unión neuromuscular.

� Voltaje. Es un tipo de canal que se encuentra en el axón neuronal, de importancia en la transmisión del impulso nervioso, que se basa en cambios de potencial en la célula.

Partimos de una situación de reposo (canal de sodio cerrado) que pasa a una situación de excitación con el canal abierto.

Las canalopatías tienen una interesante aplicación clínica. Afectan a tejidos excitables (fundamentalmente nervioso y muscular). Se han encontrado en afectaciones como migrañas, mialgias… Y fundamentalmente en patologías paroxísticas (intermitentes) que cursan con crisis convulsivas.

Difusión facilitada

Es un tipo de transporte mediado, que a diferencia de los transportes citados hasta ahora, la difusión facilitada junto con los transportes activos utilizan una proteína transportadora con la que tiene que interaccionar la sustancia que se va a transportar. Se trata de un transporte mediado.

Cualquiera de los transportes mediados por el mero hecho de la interacción sustancia-transportador, cumple una serie de características comunes:

1. El transportador facilita el transporte (de ahí el nombre). La glucosa al ser grande e hidrosoluble tiene dificultad para atravesar la bicapa, lo que requiere de un carrier de membrana para su entrada en la célula.



2. Es un proceso saturable, debido a que cuando todos los canales están ocupados por sustancia a transportar, la velocidad se estabiliza en una meseta.

3. Es inhibible, normalmente con una molécula semejante que se une al mismo sitio que la original, de modo que si tenemos una sustancia compitiendo con la que es preciso transportar, el transporte de la molécula se dificulta.

4. Es muy especifico debido a que lo que hace que la proteína permita el paso de la sustancia, es la unión de esa molécula a un “sitio receptor”, lo que causa el cambio conformacional del carrier.

Existen varios transportadores para la glucosa (proteínas GLUT):

− Glut 4. Se encuentra en el músculo esquelético, cardiaco y tejido adiposo. Es activado por insulina. A este tipo de transporte se le denomina uniporte.

La insulina actuando sobre sus receptores aumenta el transporte de glucosa, debido a que favorece la translocación, es decir, la presencia de transportadores en la membrana plasmática, retrasando la saturación.



Procesos activos

Primario

Se produce contra gradiente, el aporte de energía viene en forma de ATP del cual depende directamente.

Se subdivide en dos tipos de transportadores dependientes de ATP:

− Transportadores iónicos ATPasa. Normalmente ellos mismos presentan la actividad ATPasa, son los más frecuentes. Se subdividen en dos tipos:

� Tipo P. El fósforo del ATP fosforila la proteína. Esto ocurre en numerosos transportadores como la bomba de sodio

� Tipo V. Se encuentran en orgánulos. Un ejemplo es la ATPasa de H+ en endosomas y lisosomas.

− Transportadores con casete de unión al ATP. Están peor caracterizados y la idea de este tipo de transportadores es que el ATP esta unido a un dominio aminoacílico de esta proteína transportadora.

Se han descrito transportadores de este tipo para colesterol, hierro, iones cloruro. Un ejemplo es el CFTR (regulador transmembrana de la fibrosis quística) que es un transportador de cloruro y sodio que en caso de mutación, provoca la patología de la fibrosis quística.

La bomba de sodio potasio (Na+-K+-ATPasa) es una ATPasa tipo P. Tiene actividad enzimática y transporta sodio y potasio. Se conoce muy bien su estructura proteica, siendo multimérica, en la que se compone de una subunidad α, una β y una γ.

La subunidad αααα de esta proteína es la que realiza casi todas las actividades, ya que tiene actividad ATPasa y unión a reguladores, mientras que el resto de subunidades se encargan del mantenimiento estructural.

Su mecanismo de acción se basa en los siguientes pasos:

1. Se unen tres sodios intracelulares (3Na+)

2. Se produce la hidrólisis del ATP, que fosforila a la proteína

3. Se unen dos potasios extracelulares (2K+)

4. Al defosforilarse la proteína, los dos potasios entran al citosol y los tres sodios salen al intersticio

Este transportador es muy importante por su universalidad ya que se encuentra en todas las células y genera gradientes iónicos causando que haya mucho sodio en el exterior, y mucho potasio en el interior. Es una bomba electrógena ya que intercambia tres cargas positivas por dos, lo que causa que la célula quede polarizada, dejando el interior celular más negativo.



Es importante en el mantenimiento del volumen celular ya que ayuda a regular la ósmosis. Si hay alteraciones en la bomba de sodio, los niveles de sodio intracelulares aumentan, este nivel actúa atrayendo el agua al interior de la célula que aumenta de tamaño pudiendo llegar a explotar.

Secundario

Se trata de un transporte que se realiza dependiente de un transporte activo primario. En cualquiera de los casos trata de mover sustancias contra gradiente, pero en el secundario, la energía para el movimiento contra gradiente se debe a otra sustancia que se mueve a favor de su gradiente. Es la energía potencial de esa sustancia que se mueve a favor de gradiente la que permite el transporte activo secundario.

Muy frecuentemente la energía la proporciona la entrada de sodio en la célula a favor de gradiente electroquímico, arrastrando consigo una molécula, o permitiendo que salga de la célula. Todas las células que utilicen al sodio como molécula primaria, requieren de la Na+-K+-ATPasa.

Hay dos posibilidades te transporte activo secundario:

− Cotransporte. Las sustancias (contra gradiente, y a favor de gradiente) se mueven en la misma dirección.

Se da por ejemplo para la entrada de aminoácidos de la luz intestinal al enterocito mediante la entrada de sodio. También se da en los transportadores SGLT que transportan glucosa al interior del enterocito en contra de gradiente, y mediando de nuevo la entrada de sodio.

En los túbulos renales (Asa de Henle) disponemos de una bomba Na+-K+-2Cl-.

− Contratransporte. Ambas sustancias se mueven en dirección contraria, es decir si entra sodio a la célula, la sustancia contra gradiente sale de la célula.

Se utiliza por ejemplo para evitar la acidosis intracelular extrayendo protones a costa de introducir sodio en la célula.

En el miocito se utiliza para extraer calcio en contra de gradiente.

Otro ejemplo frecuente es el intercambio anión-anión, en este caso el cloruro con el bicarbonato. El cloruro se introduce en la célula a costa de extraer bicarbonato. Este tipo de transporte se da en el estómago en el que se exporta bicarbonato a la sangre, a costa de extraer cloruro y protones (HCl) al lumen gástrico.



Endocitosis y exocitosis

En la endocitosis mediante la formación de una vesícula se introduce material desde el exterior de la célula

En cambio en los procesos de exocitosis algún producto celular se libera al medio interno, al exterior de la célula, por ejemplo como medio de secreción.

En ambos procesos hay un gran número de orgánulos membranosos implicados.

Endocitosis

Hay varios tipos de endocitosis dependiendo del tamaño de lo que se introduzca.

1. Fagocitosis. Se introducen partículas grandes. Es importante en el sistema defensivo y mediante el actúan los leucocitos. Tras la entrada de la vesícula, ésta se funde con un lisosoma primario (lo que da como resultado un lisosoma secundario), lo que causa la destrucción de la partícula endocitada.

2. Pinocitosis. Se introducen partículas en disolución que pueden ser incluso macromoléculas como proteínas.

3. Mediada por receptor. Es específica ya que se produce en regiones determinadas de membrana (indentaciones) que reconocen lo que se va a introducir. Las indentaciones suelen tener una proteína llamada clatrina para revestir las vesículas formadas. En la vesícula también encontramos una GTPasa llamada dinamina.

Ejemplos de este sistema se dan en los receptores de LDL-colesterol, y asociados a sinapsis nerviosas.

Exocitosis

Es el proceso principal por el que la célula exporta sustancias sintetizadas en la propia célula.

Algunas de estas sustancias se encuentran en vesículas formadas en el Aparato de Golgi. Esta secreción es dependiente de calcio, y para el movimiento y traslado de la vesícula, así como para la expulsión de la sustancia, se requiere de un entramado proteico formado por proteínas dependientes de GTP o bien proteínas v-SNARE (se encargan de la vesícula) y t-SNARE (se encuentran en la membrana).

Otra aplicación de la exocitosis no es verter sustancias, sino para traslocar transportadores sintetizados en el interior de la célula, a la membrana. Disponemos de transportadores en el interior de la célula. De recibir la señal adecuada se desplazan a la membrana fusionándose con esta y sumando sus transportadores.

Transportes en epitelio

Son necesarios para la digestión y para recuperar nutrientes en la nefrona tras la filtración.



Los epitelios especializados tienen membranas orientadas, es decir, son células polarizadas (no en el sentido de cargas sino de orientación). Las células epiteliales tienen membranas luminales con distinta estructura y composición que la del resto de la membrana (basolateral). Esto permite que haya distintos transportadores en ambas membranas.

Las células epiteliales suelen estar unidas entre ellas por uniones estrechas (tight junctions) en las que hay varios tipos de proteínas implicadas, sobre todo de la familia de las claudinas y ocludinas, que se encuentran en estas regiones de unión y evitan el paso de sustancias entre células adyacentes.

Cuando una sustancia se debe mover a través del epitelio lo puede hacer por dos posibles vías:

− Vía transcelular. Atraviesa la célula, lo que implica transporte luminal y transporte basolateral.

− Vía paracelular. Sustancias que son capaces de atravesar las uniones estrechas. No todas las sustancias pueden ni las mismas sustancias en todas las uniones estrechas de un mismo tracto.





Tema 4. Potenciales de membrana

Generalidades

Se trata de una forma de comunicación entre células, que parte de las bases de permeabilidad de membrana, canales iónicos, etc…

La difusión de iones se ve afectada por su carga eléctrica y si existe un campo, se verán afectados por el. Esto se conoce como efecto Donnan el cual afirma que si existe un campo eléctrico los cationes se mueven hacia las cargas negativas y viceversa.

Modelo de Donnan

El efecto Donnan se explica si observamos dos disoluciones separadas por una membrana semipermeable. Llamamos a los medios A y B en los que hay el mismo número de cationes proteicos y cloruro que de aniones potasio. Si la membrana permite pasar potasio y cloruro, pero no proteínas cargadas existe igualdad de cargas pero si existe un gradiente de cloruro que fuerza a difundir de B (donde está mas concentrado) hacia A y se genera una diferencia de potencial.

El movimiento de unión cloruro que antes estaba en el otro compartimento con cargas neutralizadas, conlleva un cambio de cargas, ahora A es negativo, y B es positivo. Esto detiene el paso de cloruro lo que causa que no se iguale la concentración. El potasio se ve atraído por el campo de A- para igualar las cargas, moviéndose y desequilibrando su gradiente químico para igualar el eléctrico.

El principio de Donnan enuncia que en presencia de iones no difusibles se regula el movimiento de aquellos que si pueden difundir.

A

B

B

A

Cl

Cl

K

K

][

][

][

][−

−

+

+

=

Ecuación de Gibbs-Donnan

La solución al efecto Donnan, causa que exista una desigualdad a pesar de haberse detenido el flujo neto. Esto causa que se genere una pequeña diferencia de cargas a ambos lados de la membrana debido a las partículas cargadas no difusibles, lo que también se suma a los efectos de la bomba de Na+/K+



Potenciales

El VM, potencial de membrana se trata de la diferencia de potencial que presenta la membrana en cada momento:

VM= Vcito – VLEC

En los tejidos excitables hablamos del potencial de reposo VR, que se trata del potencial existente en una célula excitable cuando esta en reposo. Relacionado con este concepto nace el del potencial de acción VA, que es el potencial de membrana cuando la célula excitable es estimulada.

El interior de la membrana es siempre más negativo que el exterior. Esto se puede comprobar midiendo con un voltímetro, usando dos electrodos que situaríamos en proximidad de la membrana, uno fuera y otro dentro. Esta diferencia de potencial a ambos lados de la membrana en reposo en algunas neuronas humanas es de -90 mV.

El potencial de reposo VR significa que no hay excitación, pero si existe diferencia de potencial (VR ≠ 0) debido a:

1. Los gradientes existentes en el interior de la célula, debido a los mecanismos de transporte activo, pasivo y a la existencia de un campo eléctrico.

2. La membrana en reposo presenta distinta permeabilidad para iones difusibles: aunque exista un campo eléctrico la permeabilidad para algunas partículas es muy baja aunque vayan a favor de gradiente electroquímico.

El Ex ó potencial de equilibrio siendo X la especie iónica, es el potencial de equilibrio de un ión X. Se trata del potencial que tiene la membrana celular cuando el flujo neto para ese ión es nulo, lo que responde tanto al gradiente químico como al eléctrico. Cuando la presión osmótica iguala a la atracción eléctrica de ese ión, se da esta circunstancia.

)][

][·log(

3,2

e

iQ

K

K

z

RTW

+

+−=

Ecuación de Nernst. Va respecto al K+

WE= - z·F·EQ

Si JN=0 → WQ = - WE

)][

][·log(

··3,2

)][

][·log(

··3,2··

e

iK

e

i

K

K

K

F

TRE

K

K

z

TREFz

+

+

+

+

+

+

−=

−=

z. Carga iónica



F. Constante de Faraday

El VM entonces dependería de tres factores

� Permeabilidad de la membrana a ese determinado ión

� Concentraciones intra y extracelulares del ión

� Carga iónica

La membrana neuronal en reposo tenemos canales de fuga de K+ en los que el sodio entra con dificultad elevadísima en comparación al potasio. En estos casos cuando la bomba de Na+/K+ detecta un aumento de concentración de sodio, lo bombea al exterior para mantener el gradiente.

Para hallar el potencial de membrana de células permeables a múltiples iones aplicaremos la ecuación de Goldmann-Hopkin que tiene en cuenta a las tres especies iónicas principales que contribuyen al potencial de membrana:

−=

−++

−++

iCleNaeK

eCliNaiK

MClPNaPKP

ClPNaPKPV

][·][·][

][·][·][·log61

La permeabilidad de un ión se debe a la presencia de canales para ese ión. Existen canales con distinto grado de especificidad, regulables, etc… En reposo el canal abierto es un canal catiónico que permite fácilmente el paso de potasio (canal de fuga de potasio) el cual tiende a salir por gradiente químico.

El cloruro por su carga tiene muy poca atracción hacia el citosol debido a que en éste existen numerosos aniones permanentemente.

El potencial de membrana VM que tiene una célula en cada momento es muy próximo al potencial de equilibrio del ión más permeable que es el potasio (EK+).

Según parece otra variación de la ecuación de Nernst es la siguiente:

−=

=→

−=

−+

−+

−+

−+

e

iX

e

iX

X

XE

mVe

kT

X

X

e

kTE

][

][·log4,61

7,26][

][·log·3,2

/

/

/

/

k. Constante de Boltzmann



En una neurona grande tiene un potencial estándar de -86mV que es un valor muy próximo al EK (-94mV). Este valor si se combina al ENa (+61mV) da el valor que conocemos, lo que indica que el potencial de membrana de una neurona se debe fundamentalmente al potasio, y en menor medida al sodio.

La baja contribución del sodio se debe a que la membrana en reposo es muy poco permeable al sodio, lo que dificulta su entrada a pesar de que pasaría a favor de gradiente.

El potencial en reposo se debe en su mayor parte a la Na+-K+-ATPasa ya que intercambia tres cargas positivas por dos, es decir, es electrógena.

*Cuadro aclaratorio*

En una neurona en reposo existen tres principales potenciales en reposo:

� Potencial del potasio. Se trata de una diferencia de potencial de -94 mV y se trata del potencial existente cuando la membrana es permeable únicamente al potasio. Fisiológicamente se da en la fase de hiperpolarización de los potenciales de acción (estudiada a fondo en la unidad siguiente).

� Potencial de sodio + potasio. Se trata de una diferencia de potencial de -86 mV cuando difunde únicamente sodio y potasio. La membrana es muy poco permeable al sodio en condiciones normales y por ello la contribución del sodio es muy inferior a la del potasio.

� Potencial de sodio + potasio (con actividad de Na+/K+/ATPasa). Se trata de la diferencia de potencial presente en las neuronas en reposo y es de -90 mV. Se da cuando además de difundir iones sodio y potasio, actúa la Na+/K+/ATPasa.





Tema 5. Células excitables

Introducción

En todas las células existe una diferencia de potencial a ambos lados de la membrana. En células no excitables existe igualmente un potencial negativo en el interior, pero suele suponer menos diferencia, y es bastante estable.

Las células excitables son aquellas cuya función se basa en el cambio de potencial. Estas células son capaces de generar potenciales de acción, es decir, cambios de potencial en su membrana. Hablamos en el caso contrario de potencial de reposo. Éstas son las células nerviosas, musculares y ciertos tipos de células secretoras.

En este tema hablaremos sobre todo de células nerviosas, y la sinapsis neuromuscular.

Potencial de acción

Un tejido excitable para que abandone el potencial de reposo y su potencial pase a ser de acción necesita recibir un estímulo. Para mayor regulación, el potencial de acción se produce si el estimulo tiene cierta intensidad (valor umbral). Si no tenemos esa intensidad, hay un ligero cambio de potencial, pero no un potencial de acción

Los tipos de estímulos que pueden recibir los tejidos excitables son:

� Químicos. Se trata de moléculas ligando que regulan el canal iónico neuronal, modificando la permeabilidad de la membrana a algunos iones. La mayoría de estas sustancias son neurotransmisores, aunque en el músculo liso también hay hormonas capaces de modificar el potencial

� Eléctricos. Requieren un flujo iónico entre células mediante canales. También se puede dar de forma exógena mediante electrodos, desfibriladores, etc…

� Mecánicos. Los receptores se denominan mecanoreceptores. Detectan presiones, cambios espaciales, fricciones, etc…

Los potenciales de acción son requeridos para la transmisión del impulso nervioso independientemente del tipo de entrada.



Potencial de acción neuronal

Un cambio de potencial se debe a un cambio de permeabilidad iónica, es decir, en la región del axón en la que el potencial es inverso al habitual, se ha debido producir una corriente iónica de cargas positivas. Suele ser un cambio brusco y transitorio (la duración es de milisegundos, o incluso inferior). Implica una retroalimentación positiva muy breve.

El sodio es el ión encargado de la electrogénesis del potencial. El sodio se encuentra en el intersticio en contra de gradiente y cuando se abren los canales iónicos se produce la entrada masiva de sodio, cambiando la proporción de cargas entre el citosol y el intersticio.

El potencial de acción es un potencial de membrana de una célula excitable que podemos dividir en cuatro etapas:

1. Fase de reposo. Existe un potencial debido a gradientes, etc… En reposo el interior es más negativo que el exterior.

2. Fase de despolarización. Comienza a entrar sodio por canales regulados por neurotransmisor hasta llegar a un potencial más positivo en el interior que en el exterior. El sodio entra por gradiente electroquímico.

3. Fase de repolarización. Los canales de sodio se cierran con muchísima rapidez hasta llegar a tener el interior negativo frente al exterior.

4. Fase de hiperpolarización. Se trata de un estado en el que el interior es más negativo de lo que debería hasta llegar a la repolarización definitiva.



Dentro de estas 4 etapas distinguimos los siguientes puntos:

1. Estimulo umbral. Se trata de un estimulo que alcanza un valor umbral. Si el estimulo alcanza un potencial umbral, se desencadena el potencial de acción.

Hasta que llega al valor umbral, el estimulo crea un ligero potencial, pero cuando llega a cierto valor de electropositividad, se desencadena el potencial de acción de manera muy rápida, dándose el siguiente paso.

2. Potencial invertido. La célula llega a invertir sus cargas. En algunos casos la célula se despolariza a 0, pero lo normal es que llegue a ser un electropositiva. El sodio es el ión responsable de ese cambio de potencial.

El potencial invertido suele estar por debajo de +61 mV (ENa) pero suele ser positivo.

3. Postpotenciales. El potencial de la membrana se acerca al potencial de equilibrio del potasio.

Cuando termina el potencial de membrana se regresa al estado de VR de -90 mV.

Primero el estimulo hace que se alcance un potencial umbral, que es un valor concreto distinto en cada neurona, y se trata del potencial que requieran los canales iónicos para su apertura.

Los canales iónicos necesitan un valor de voltaje concreto para su apertura, lo que se conoce como valor umbral, si no se alcanza, se da el llamado potencial electrotónico ó sinérgico, que se extingue antes de generar un potencial de acción.

La entrada del propio sodio al llegar al valor umbral, produce que vaya entrando cada vez más sodio mediante un sistema de retroalimentación positiva hasta llegar a la fase de despolarización. Una vez llegado un momento se inactiva el poro de entrada de sodio impidiendo completamente la entrada de sodio.

Los canales de sodio tienen dos compuertas: una de activación y una de inactivación.

� El poro activo tiene las dos compuertas abiertas.

� En estado de reposo la compuerta exterior esta cerrada

� En estado inactivación la compuerta interior se cierra, tras dejar entrar sodio.



Para que se produzca la despolarización es preciso que salgan cargas positivas. Esto se consigue gracias a canales de potasio regulados por voltaje que no están abiertos en reposo. En la fase de repolarización comienza a salir sodio debido a la Na+-K+-ATPasa y a salir potasio por gradiente debido a los canales de potasio, es decir, se produce la salida masiva de cargas positivas.

Cuando se cierran los canales de potasio regulados por voltaje se reestablecen las condiciones iniciales de potencial, en torno a los -90 mV.

Cuando comienza el potencial de acción en el canal de sodio se abre la compuerta de activación de forma muy rápida y causa que el sodio difunda a muchísima velocidad, la compuerta de inactivación se cierra al llegar a cierto potencial (+35 mV), y se cierra de manera más lenta de forma que el valor de potencial asciende aun más en torno al ENa.

Los canales de potasio se activan lentamente al llegar a un potencial de +35 mV (el mismo al que se cierran los canales de sodio) y se cierran al llegar a los -90 mV. El cierre lento provoca la fase de hiperpolarización, con potenciales más negativos de los habituales.

Esto se ha estudiado por dos métodos:

− Pinzamiento de parche de membrana. Permite apreciar las corrientes iónicas y la conductancia al ión sodio y la conductancia al ión potasio.

− Bloqueantes de canales. Los canales iónicos se pueden bloquear por determinadas sustancias. Si bloqueamos el canal de potasio con tetraetilamonio nos muestra una gráfica de la conductancia de sodio.

Si bloqueamos el canal de sodio con tetrodotoxina (localizada en órganos de algunos peces) o bien anestésicos locales como la provocaína podemos medir la conductancia del potasio. .

La recuperación de la neurona tras el potencial de acción supone la reactivación de los canales de voltaje, y el restablecimiento iónico mediante la Na+-K+-ATPasa.

En el potencial de acción hablamos de periodos refractarios como aquellos momentos en los que en cierta porción de la membrana no puede darse una nueva despolarización. Si una neurona esta despolarizada no puede despolarizarse más, y hablamos que es refractaria a otro estimulo, es decir, no responde a el.

La tetrodotoxina es un poderoso agente neurotóxico localizado en los órganos del fugu, un pez muy apreciado en la gastronomía japonesa que contiene esta neurotoxina que paraliza los músculos hasta que el afectado muere por asfixia.

No existe antídoto para la tetrodotoxina, solo se brinda apoyo respiratorio hasta que cesen sus efectos.



Hablamos de periodo refractario absoluto y relativo:

� Absoluto. Ningún estimulo puede llegar a desencadenar el potencial de acción.

� Relativo. Es mas difícil llegar al potencial de acción, y se requiere un estimulo con mayor valor umbral que el que normalmente se necesitaría.

El periodo refractario absoluto se debe a todo el tiempo que los canales de sodio están abiertos y algunos empiezan a inactivarse, pero es absoluto, debido a que todos los canales de sodio tienen que inactivarse y luego cerrarse para que vuelva a producirse un nuevo potencial de acción. Así garantizamos la intensidad del potencial de acción de una membrana, pero si llega un nuevo estimulo cuando los canales de sodio están cerrados para restablecer la normalidad, no se desencadenará un nuevo potencial.

El periodo refractario relativo ofrece dificultad a la aparición de un potencial de acción debido a que pueden quedar canales de sodio activos sin que se haya establecido del todo el periodo de reposo. Aunque existe poca diferencia, es más difícil establecer un potencial de acción debido a que quedan canales de sodio que aun permanecen en ciclo. El periodo refractario relativo finaliza al llegar a la fase de hiperpolarización.





Tema 6. Fibras nerviosas y conducción del impulso

Generalidades

El potencial de acción es la medida en una zona de la membrana del potencial de membrana, que se da normalmente en el axón neuronal.

Las membranas despolarizadas forman parte de una misma célula, y los cambios iónicos por tanto afectaran a las zonas adyacentes. Si se produce un aumento de concentración de sodio, éste tendera a difundir al resto de la célula.

En una neurona el potencial de acción se produce en la colina o cono axónico, en la que hay muchos canales iónicos y menor valor umbral, por lo que es más probable que se produzca el potencial de acción, y en caso de que se produzca, que éste se desencadene con mayor velocidad. La corriente iónica se propaga hasta el terminal axónico por conducción del potencial de acción.

Mientras se conduce el potencial a lo largo del axón, la señal no sufre decremento suponiendo que exista la misma densidad de canales iónicos en la fibra, el potencial se autoregenera en cada segmento.

El potencial de acción es ¿unidireccional?, es decir, esta diseñado para que si se integra en el cono axónico, se dirija únicamente hacia el terminal axónico. Esto es posible debido a que el axón se repolariza en la dirección inversa a la de propagación. La unidireccionalidad se debe al periodo refractario. Esto se denomina conducción ortodrómica.

El potencial de acción es un potencial “todo o nada” es decir, si el estimulo llega a un valor umbral, se desencadena hasta el final el potencial de acción, pero si no llega a cierto valor, el potencial no se desencadena.

No hay potenciales grandes, pequeños o medianos, sino un único potencial.



El potencial de acción se puede propagar mediante dos formas, la conducción continua y la conducción saltatoria.

Conducción continua

Se produce en las fibras amielínicas. En estas fibras la conducción se produce punto a punto, despolarizándose regiones adyacentes debido a canales iónicos regularmente repartidos por todo el axón.

En una fibra amielínica aumenta la velocidad del impulso si se aumenta el diámetro de la fibra nerviosa (aumenta la conductividad).

Conducción saltatoria

Se produce en fibras mielínicas. En esta propagación se ahorra energía y el impulso viaja a mayor velocidad, esto es debido a que el impulso se regenera solo en los nódulos de Ranvier que son los que tienen los canales iónicos. En la región internodal apenas hay canales iónicos.

La difusión de sodio se da del axoplasma al nodo de Ranvier. Ahorra energía debido a que entra menor cantidad de sodio (más concentrado en los nodos) y se requiere menos actividad de la bomba de sodio/potasio.

Si los nodos de Ranvier están lo bastante separados, el sodio avanza mucho tramo solo por difusión y la inactivación llega solo a zonas muy concretas, lo que significa mayor velocidad del impulso.

La distancia internodal no puede ser ilimitada, ya que la concentración de sodio requiere un mínimo (es decir un potencial de acción suficiente) para que se desencadene la regeneración del impulso, es decir, para que se abran los canales de sodio del nodo siguiente.

En las fibras con mielina no suelen haber canales de potasio (se prescinde de la 4ª etapa).





Tema 7. Fisiología general de la comunicación celular

Generalidades

En términos generales, la comunicación celular se trata de pasar un mensaje de una célula a otra.

Por ejemplo si a una neurona llega un potencial de acción al terminal, se utilizara para causar un efecto en otra célula que se encuentre en esa vía.

En términos generales en las células corporales la comunicación se podría agrupar en una clasificación en tres dimensiones:

� Comunicación paracrina. Las células vierten un mensajero químico dirigido a células adyacentes (muchas veces en el mismo órgano). Ese vertido se realiza a la matriz extracelular y se dirige a células próximas.

Así funcionan los factores de crecimiento tisular, que se encuentran en los propios tejidos.

� Transmisión sináptica. Tras propagarse la señal en el axón, ésta llega al terminal, que vierte por exocitosis al neurotransmisor. Es similar a la comunicación paracrina, pero exclusivo de neuronas.

� Comunicación endocrina. Se realiza un vertido al medio interno. Los intermediarios son glándulas y el mensajero se denomina hormona y normalmente circula por la sangre.

Sinapsis

Se trata de la interfase especializada entre una neurona y otra célula nerviosa, muscular o glandular. Este término se utiliza cuando la señal parte de una neurona.

La sinapsis es el punto de actuación farmacológica y el punto vulnerable donde se producen alteraciones patógenas.

En una sinapsis destacamos de entrada tres componentes principales:

1. Elemento presináptico. Es de donde sale la sinapsis.

2. Elemento postsináptico. Es la célula o parte de la célula que recibe la señal.

3. Hendidura sináptica. Es la oquedad que queda entre ambos elementos pre y postsinápticos por donde viaja la sinapsis.



Clasificación de la sinapsis

− Neuroneurales. Entre dos células nerviosas

� Axodendrítica. Es la más frecuente. El elemento presináptico es el axón de otra neurona que manda un mensaje a la dendrita del elemento postsináptico.

� Axosomáticas. En ocasiones el axón presináptico hace sinapsis sobre el soma de la neurona.

� Axoaxónicas. El presináptico media la liberación de sustancias del postsináptico

� Dendrodendríticas. Se produce en algunas células sensoriales entre dos dendritas.

− Neuromusculares. El elemento postsináptico es una célula muscular de cualquier tipo.

− Neuroglandulares. El elemento postsináptico es una glándula.





Tema 8. Tipos de sinapsis

Generalidades

Podemos clasificar la sinapsis en función del tipo de señal de comunicación entre una célula y la otra. En estos casos hablamos de sinapsis eléctricas frente a sinapsis químicas.

La sinapsis química es la más frecuente y esta mediada por un neurotransmisor.

La sinapsis eléctrica es mas primitiva y frecuente en el estadio embrionario, aunque también existe en el adulto. Se trata de una prolongación del efecto de los canales iónicos, y por tanto requiere una corriente iónica mediada por GAP junctions (uniones en hendidura) de ambas células.

Sinapsis eléctricas

Cuando la comunicación se realiza mediante corrientes iónicas hablamos de sinapsis eléctricas y requieren uniones GAP en hendidura que se encuentran en ambas células, de forma que hay una continuidad de esas proteínas que operan de manera similar a un canal iónico

Esas proteínas multiméricas forman un hemicanal en cada célula que denominamos conexón, y esta compuesto por 6 subunidades del monómero conexina. Son uniones de baja resistencia (muy permeables a los iones) que permiten que prácticamente se propague el potencial de acción. El ión que más frecuentemente pasa por estas uniones es el ión sodio.

En muchas de estas uniones GAP tenemos posibilidad de estado abierto o estado cerrado. Que el estado cerrado pase a estado abierto depende de un cambio de potencial. La despolarización de una de las células permitirá la despolarización de la siguiente.

En principio la estructura es muy simétrica. Este tipo de unión se da en cardiomiocitos y miocitos lisos (en este caso no sería sinapsis ya que no interviene un elemento neuronal), es decir, se da entre dos estructuras muy semejantes.

Sólo en algunos casos (sinapsis eléctricas) se produce una utilización de las uniones GAP unidireccional, y este proceso se denomina rectificación.



Sinapsis químicas

Una sinapsis se considera química, cuando la señal que atraviesa la hendidura sináptica es química y se denomina neurotransmisor que será vertido por exocitosis, y se almacena en el terminal en vesículas.

En el elemento postsináptico disponemos de receptores para el neurotransmisor que se vierte desde el elemento presináptico. Para que se produzca el efecto el neurotransmisor se debe unir al receptor postsináptico. Esto produce un cambio biológico que causa un cambio de potencial en la célula postsináptica.

Las diferencias con la sinapsis eléctrica es que:

− Las sinapsis químicas son más lentas que las eléctricas debido a que requieren más actividad celular que las eléctricas que solo requieren la apertura del canal GAP.

− Las sinopsis químicas son unidireccionales. El elemento presináptico es el que tiene las vesículas y el elemento postsináptico es el que tiene los receptores, lo que garantiza que no se pueda dar en dirección contraria.

− Las sinapsis químicas son más versátiles ya que permite regular la cantidad de neurotransmisor, receptores. Asimismo el receptor puede causar distintos efectos, permeabilizando la membrana a iones positivos y causando una despolarización, o bien a aniones y causando una hiperpolarización.

La sinapsis elegida para los primeros estudios fue la unión neuromuscular. Son sinapsis muy amplias cuyo neurotransmisor es la acetilcolina (ACh) es decir, se trataba de una sinapsis colinérgica.

Las neuronas tienen una zona de recepción de señales que son las dendritas y el soma. En esas zonas existen canales regulados por ligandos.

En el axón se da la propagación y los canales están regulados por voltaje, siempre de sodio y en ocasiones también de potasio por voltaje. En los botones del terminal existen canales de voltaje también para el ión calcio.

En la neurotransmisión en primer lugar llega un potencial de acción al elemento presináptico conducido de acuerdo con la naturaleza de la fibra. En el botón disponemos de canales de calcio regulados por voltaje, los cuales se abren al llegar el potencial de acción, y se difunde calcio al interior del terminal presináptico.

El calcio es un ión implicado en el proceso de exocitosis que, además de producir la despolarización interacciona con las vesículas y proteínas dependientes de calcio (calmodulina).

La interacción con calcio produce la secreción de vesículas con acetilcolina desde unas vesículas secretorias que denominamos vesículas sinápticas.



Una vez disponemos de ACh en la hendidura sináptica esta se une a su receptor específico en el elemento postsináptico, que se trata de una proteína integral de membrana la cual reconoce la ACh.

En el músculo esquelético el receptor de ACh se trata de un ionóforo (un ionóforo es aquel canal que además de ser proteína receptora, también es canal iónico) de sodio regulado por ligando (precisamente el ligando es la acetilcolina). Esto causa un potencial postsináptico que denominamos PPM (potencial de placa motora).

En el músculo una vez alcanzamos un potencial umbral se da un efecto mecánico que es la contracción muscular.

Este proceso es un sistema muy especializado de comunicación celular de forma que el elemento presináptico, liberando un neurotransmisor, provoca un cambio en el elemento postsináptico.

Vesículas sinápticas

Las vesículas se forman en las estructuras del cuerpo celular fluyen por transporte axonal, hasta llegar al terminal axónico. Esa vesícula que viaja no contiene neurotransmisor. En general el neurotransmisor se sintetiza en el citoplasma del terminal, y de ahí se introduce a la vesícula.

El paso de exocitosis es un proceso que intervienen multitud de proteínas, entre ellas proteínas del complejo SNARE (target-SNARE y vesicle-SNARE) y hay una serie de pasos consecutivos que transportan las vesículas hasta un sitio activo.

Las vesículas suelen estar almacenadas en grandes cantidades en una zona de reserva. Hay otras vesículas mas próximas a la hendidura que se sitúan ya en el sitio activo, y luego hay un punto concreto que es donde las vesículas son liberadas.

Normalmente las vesículas se funden con la membrana del terminal, aunque a veces esta unión es muy leve (sistema de beso-y-escape).

En este entramado hay inhibidores como la toxina botulínica que se une al elemento presináptico y no permite la exocitosis.

El funcionamiento del sistema nervioso es pulsátil, de forma que la actuación sobre el receptor debe ser puntual. Lo fisiológico es que existan sistemas de terminación del neurotransmisor. Una forma drástica es hidrolizar la molécula por una enzima específica.

En este tipo de canales receptores de acetilcolina además de sodio, puede difundir el potasio.



En el caso de la ACh tenemos la acetilcolinesterasa que hidroliza la ACh en acetato y colina. Es frecuente que la acetilcolinesterasa se encuentre en la matriz extracelular y compite con el receptor de ACh.

Las formas posibles de terminación de un neurotransmisor son:

1. Difusión lejos de la membrana postsináptica. Al ir bajando el gradiente con el tiempo, la concentración de neurotransmisor deja de ser significativa.

2. Degradación enzimática. La acción de una enzima que rompe o modifica el neurotransmisor para inutilizarlo.

3. Recaptación en la terminación presináptica. Tiene lugar por transporte activo secundario. Esto ocurre en numerosas aminas biógenas y catecolaminas

En el caso de la unión neuromuscular mediada por acetilcolina no hay recaptura de ACh, pero el terminal presináptico si que tiene un sistema de recaptura de la colina una vez la ACh ha sido hidrolizada, para sintetizar nuevo neurotransmisor.

La síntesis de acetilcolina se da tras unir AcetilCoA del metabolismo celular a la colina recapturada o sintetizada, dando lugar a acetilcolina mas CoA libre. La enzima encargada es la colina-acetiltransferasa.

Existe un sistema de endocitosis llevado a cabo por el terminal presináptico, por el que se reciclan las vesículas. En el terminal disponemos de endosomas Este es el sistema de vesículas revestidas de clatrina mediado por receptor.

Al llegar un potencial de membrana la vesícula sináptica que se encuentra almacenada se va a desplazar liberándose. Una vez liberado el neurotransmisor y vacía la vesícula, ésta se reviste de clatrina. Cuando se ha alejado de la membrana pierde el revestimiento de clatrina y vuelve a rellenarse de neurotransmisores, situándose de nuevo en el sitio de reserva y aumentando la disponibilidad de neurotransmisor, evitando la fatiga neuronal.

La liberación del neurotransmisor es cuántica, debido a que las vesículas suelen tener una cantidad exacta de neurotransmisor, es decir, liberan múltiplos de una cantidad exacta de neurotransmisor.



Receptores de neurotransmisor

En una sinapsis química es clave el receptor del neurotransmisor. Existen dos clases de receptores:

� Ionotrópico. Se trata de una proteína integral de la membrana que sirve ella misma como canal iónico.

� Metabotrópico. Existe también en las células para receptores hormonales. Se trata de receptores asociados a proteínas G. Se produce una cascada de mensajeros intracelulares, lo que hace que este proceso sea más lento, con mayor tendencia a la amplificación, pero más perdurable. Esta relacionado con procesos de aprendizaje y expresión génica.

El objetivo final es el mismo: un cambio de permeabilidad para producir una corriente iónica.

Potenciales postsinápticos

Por medio de cualquier tipo de receptor mediante la unión del neurotransmisor se produce un potencial postsináptico, lo que significa un cambio de potencial en esa sinapsis activa por medio del neurotransmisor.

En la unión neuromuscular se produce la entrada de sodio lo que provoca una despolarización cuyo efecto es la contracción muscular.

*Ejemplo*

Receptor nicotínico de ACh (Ionotrópico)

La nicotina es agonista de este receptor. Se trata de una proteína multimérica que es al mismo tiempo un poro. También es receptor de la familia de los muscarínicos (su análogo estructural es la muscarina) de la acetilcolina.

Este receptor va a tener un efecto inhibitorio (hiperpolarizante) dificultando el potencial de acción dado que favorece la activación de un canal de potasio.

Esto causa que la ACh tenga efectos tanto excitatorios como inhibitorios dependiendo del receptor con el que interaccione.

La ACh en el miocardio es inhibitoria en el cardiomiocito, ralentizando la frecuencia cardiaca y la fuerza de la contracción, pero en el músculo liso es estimulatoria, favoreciendo el peristaltismo.



Si pensamos en una sinapsis neuroneural el potencial postsináptico se recibe en el cuerpo celular, se integra en el cono y se propaga por el axón, de forma que el cuerpo celular está recibiendo señales de entrada directamente o bien a través de las dendritas. Este potencial postsináptico se diferencia del potencial de acción:

� Su amplitud puede variar

� Decrece según nos alejamos de la sinapsis debido a que la difusión de sodio es local y la concentración del mismo disminuye cuando nos alejamos de dicha sinapsis.

� Pueden sumarse, es decir, no es obligatorio que la descarga de un potencial postsináptico produzca un potencial de acción pero pueden sumarse varios receptores postsinápticos para provocarlo

La sumación espacial requeriría la descarga simultanea de dos botones sinápticos que se encuentren próximos, de forma que generen un gradiente de iones (y despolarización) mayor.

La sumación temporal requiere solo una entrada, que descargue repetidamente por lo que puede llegar a alcanzar el potencial umbral.

Una de las posibilidades que tenia la sinapsis química era la versatilidad, de forma que el cambio de acción que provoca puede ser:

� Despolarización. Conduce al potencial de acción y decimos que es excitatorio. Se producen debido a la entrada de cationes (Na+ y Ca2+)

� Hiperpolarización. Dificulta el potencial de acción y decimos que es inhibitorio. Se producen debido a la entrada de cationes (Cl-) o bien salida de K+.

En este caso cuando realizamos sumación de dos terminales, no es indiferente que el cambio de acción de uno o más terminales sea excitatorio a que sea inhibitorio.

Existen otras posibilidades como modificar el metabolismo interno de la neurona postsináptica destinados a aumentar el número de potenciales inhibitorios o bien disminuir el número de excitatorios.



Tipos de inhibición

Existe la posibilidad de realizar una inhibición presináptica y otra postsináptica. Un potencial postsináptico también puede ser inhibitorio, alejando la carga del potencial umbral.

− Postsináptica. El neurotransmisor liberado por el terminal presináptico realizará una inhibición postsináptica

− Inhibición presináptica. El elemento postsináptico de la sinapsis axoaxónica es otro axón que va a ser el elemento presináptico del elemento presináptico de la segunda sinapsis.

Si liberara un neurotransmisor excitatorio desde el segundo elemento, la sinapsis del primer elemento reduce el efecto de dicho neurotransmisor. Esto se ha observado como receptores postsinápticos en terminales que consideramos presinápticos de otra sinapsis posterior.

Si una neurona va a tener sobre ella multitud de elementos presinápticos, va a ser muy posible que más de uno de ellos descargue a la vez, por lo que la neurona postsináptica enviará la porción resultante. El impulso se integra en el cono o colina axónica, donde se produce o no el potencial de acción.

La integración del impulso no se da como suma algebraica, sino que en un determinado milisegundo puede ser que se esté recibiendo una cantidad suficientemente elevada de potenciales excitatorios tanto que la suma de ellos es mayor que el umbral, con lo que el resultado es que se produce un potencial de acción.

Si hay una elevada cantidad inhibitoria, el efecto es modular una excitación y por tanto no se produce el potencial de acción, cortándose la comunicación sináptica en dicho punto.

Si la excitatoria es superior a la inhibitoria pero inferior al valor umbral, no se da el potencial de acción (todo o nada), sino que se da el estado de facilitación es decir, el descenso del valor umbral para que un segundo estímulo muy próximo en el espacio o en el tiempo pueda llegar a conseguir el potencial de acción. Esta es la base que permite la sumación espacial o temporal antes explicada.



Neurotransmisores

El neurotransmisor (NT) es el detonante de todo el complejo que incidiendo sobre sus receptores es el que causa el potencial postsináptico.

Son mensajeros químicos presentes en las neuronas y que parten de ellas. Los criterios que se aplican para afirmar que una sustancia química es un neurotransmisor son los siguientes:

1. Se encuentra en el terminal presináptico en cantidades apropiadas, es decir, una cantidad que pueda ser responsable de un cambio en el elemento postsináptico.

2. Existencia de mecanismos capaces de explicar la síntesis y terminación del neurotransmisor

3. Debe liberarse como respuesta a la despolarización del terminal, es decir, que se podría liberar el neurotransmisor artificialmente, aplicando una descarga eléctrica exógena sobre el terminal presináptico.

Hay asimismo varios tipos de neurotransmisores agrupados:

Neurotransmisores de bajo peso molecular

A este grupo pertenecen los NT clásicos. Son moléculas de tamaño discreto.

Se sintetizan en el citoplasma y en general lo hacen mediante enzimas específicas de síntesis. Suelen ser asimismo de respuesta rápida y se encuentran en vesículas sinápticas más pequeñas (como resultado de su liberación cuántica).

Pueden coexistir con un neuropéptido, es decir, en la vesícula no solo encontraremos un solo tipo de neurotransmisor. El terminal para saber que NT liberar cambia la frecuencia de los potenciales, en estas frecuencias los neuropéptidos responderían a un tren o ráfaga de impulsos.

Ésteres

Acetilcolina

Las sinapsis se denominan colinérgicas y los receptores pueden ser:

− Muscarínicos. En general son metabotrópicos

− Nicotínicos. En general son ionotrópicos

Se localiza en las sinapsis sobre la unión neuromuscular sobre el músculo esquelético y la fracción del sistema nervioso que actúa sobre el mismo es el sistema nervioso somático (contiene la ACh)

Lo encontraremos asimismo en las neuronas preganglionares en el SN autónomo y en neuronas postganglionares del SNPS y escasas SNS así como en el encéfalo (corteza motora) y en los ganglios basales, aunque en el encéfalo es poco importante.



Aminas

Dopamina

Se sintetiza a partir de la tirosina por la enzima DOPA-descarboxilasa y se degrada por recaptación específica como todas las aminas biogénicas en este caso por el transportador de dopamina (DAT).

Es un neurotransmisor del sistema nervioso central que se encuentra en vías responsables de funciones motoras (sistema nigroestriado) y respuestas emocionales (sistema mesolímbico).

Las neuronas dopaminérgicas son afectadas por el alcohol, la marihuana, la morfina, la cocaína y las anfetaminas, que actúan inhibiendo la recaptura, prolongando los efectos de la dopamina.

Norepinefrina / Noradrenalina / Epinefrina / Adrenalina

Las sinapsis se denominan adrenérgicos y son importantes reguladores periféricos del SN autónomo sobre los efectores.

La noradrenalina es más típica como neurotransmisor que puede verse reforzada por los efectos de la adrenalina. Ambos neurotransmisores (adrenalina y noradrenalina) utilizan los mismos receptores de la familia α y de la familia β, que tienen efectos opuestos.

Hay vías adrenérgicas en el SNC como neurotransmisor excitatorio y es el neurotransmisor mas frecuente en la neurona simpática postganglionar.

La liberación de estos neurotransmisores ayuda a superar el estrés orgánico.

Estas aminas biógenas a partir de la tirosina forman un grupo que siempre finalizan su acción con la recaptura especifica del neurotransmisor y tras su recaptura pueden ser degradados por enzimas como la monoaminooxidasa (MAO) o bien la catecol-o-metiltransferasa (COMT) o bien pueden ser reutilizados.

Serotonina (5OH-Triptamina)

Es una molécula derivada del triptófano. Sus receptores se denominan como 5-HT, y hay alrededor de 15 tipos, de efecto mayoritariamente metabotrópico frecuente en las aminas biogénicas.

Es un transmisor del SNC que regula funciones vegetativas como la termorregulación, la regulación del ánimo, apetito, inducción al sueño, etc…

En el tratamiento para la depresión, el tratamiento va encaminado a los receptores de serotonina



Histamina

Es sobre todo una sustancia paracrina que participa en el estimulo inflamatorio, pero se ha visto que hay terminaciones que la utilizan como neurotransmisor. Se nombra como H1, H2 o H3.

Se localiza en el SNC, sobre todo en el hipotálamo.

Esta implicado en la termorregulación, en el ciclo sueño-vigilia, y en las regulaciones endocrinas.

Aminoácidos

GABA y Glicina

Son normalmente inhibitorios. Son abundantes en encéfalo como todos los aminoácidos con función neurotransmisora.

− GABA. Es muy conocido e importante. Sus receptores se denominan con un subíndice. Es el principal NT inhibitorio del SNC. Hay 3 receptores caracterizados:

� GABAA. Es un receptor postsináptico típico inhibitorio (canal de cloruro) cuya característica es tener el sitio de unión del GABA y un sitio que conoce sustancias ansiolíticas antiinsomnes como las benzodiacepinas y para hipnóticos como los barbitúricos.

� GABAB. Es metabotrópico presináptico, reduciendo la liberación de neurotransmisores excitatorios como el glutamato.

− Glicina. Es un neurotransmisor encontrado frecuentemente en interneuronas de la medula espinal, y se utiliza normalmente en la inhibición de músculos antagonistas.

La estricnina se une al receptor de la glicina y produce asfixia.

Glutamato y Aspartato

Son aminoácidos muy semejantes dicarboxílicos que actúan sobre el mismo tipo de receptores y se denominan como los análogos estructurales. Ambos aminoácidos son normalmente excitatorios.

Gases

NO

El óxido nítrico (NO) ha sido descrito recientemente. Se sintetiza en reacciones celulares, no se almacena en vesículas y carece de receptores en el elemento postsináptico debido a que difunde a través de la membrana de las células post y presinápticas.



Se sabe que tiene un efecto sobre la musculatura, sobre todo la de los vasos sanguíneos (vasodilatador), aunque también en el aparato digestivo y es secretado por el SNP. El efecto vasodilatador del NO es potenciado por el sildenafil (viagra).

En el SNC se relaciona con la conducta a largo plazo y la memoria

CO

Purinas y nucleótidos púricos

Adenosina

Tiene un efecto vasodilatador

Uridina y ATP

Se trata de un antagonista de la cafeína.

La uridina y el ATP no suelen tener un papel autónomo, sino que actúan como cotransmisrores. Normalmente coexisten en el terminal con otro transmisor con el que se vierten a la vez.

Lípidos

Endocannabinoides

Se trata de “marihuana endógena” cuyo efecto en el cerebro es la analgesia y reducción de sentimientos adversos (ansiedad fundamentalmente). El hecho de que sean análogos del cannabis causa el efecto estupefaciente de esta sustancia.

Otros

Prostaglandinas y neuroesteroides

Neurotransmisores de mayor peso molecular (neuropéptidos)

El grupo de neuropéptidos son neurotransmisores de alto peso molecular. No suelen ser proteínas muy grandes pero si son péptidos formados por cierta cantidad de aminoácidos lo que causa que tengan un cierto peso molecular, es decir:

� Tienen mayor peso molecular que los neurotransmisores pequeños.

� Su acción es más lenta pero más prolongada. Frecuentemente presentan receptores metabotrópicos

� Tienen una potencia mayor, lo que causa que su actuación se de a concentraciones más bajas.



Se sintetizan en los ribosomas del retículo endoplásmico rugoso (RER). A pesar de ser moléculas grandes se sintetizan en forma de péptidos precursores de mayor tamaño.

Las vesículas que contienen estos neuropéptidos se forman en el soma, donde se dirigen por transporte axonal hacia el terminal, actuando de la forma que ya hemos descrito. Durante el tiempo que dura el transporte axonal, se suele producir el procesamiento, reduciendo su tamaño y convirtiéndose en el péptidos de tamaño definitivo.

En el terminal se almacena en vesículas presinápticas que no se reciclan, y se liberan por exocitosis dependiente de calcio.

Los neuropéptidos terminan su acción por proteolisis (rompiendo sus enlaces peptídicos) y también muchas veces por difusión.

Tienen su propio receptor especifico en el elemento postsináptico.

Su descubrimiento cambio los principios de neurotransmisor. Pueden coexistir con un neurotransmisor clásico, y se liberan por trenes de potencial, es decir, cuando la frecuencia del potencial de acción que entrante es mayor.

Actúan a veces como neurotransmisor y muchas otras veces como neuromoduladores, despolarizando o hiperpolarizando para apoyar otro neurotransmisor, es decir, si no son capaces de dar una respuesta aislada, muy frecuentemente dan respuestas integradas con otros neurotransmisores.

Opiáceos endógenos

Encefalinas y endorfinas

Son agonistas del LSD junto con otros fármacos y drogas alucinógenas. Su papel general es el de ser analgésicos, por ejemplo aumentan durante el parto reduciendo el dolor. Otra función es la de actuar en las vías de recompensa (p.e. después del ejercicio).

Como analgésicos regulan la liberación del neuropéptido conocido como sustancia P.

Otros

Sustancia P

Se trata del neurotransmisor típico del dolor.

Neuropéptido Y

Se trata del neuropéptido más abundante encuentra en mayor cantidad en el encéfalo. Participa en la respuesta a la agresión y es un potente estimulador del apetito. Es inhibido por la hormona leptina.



Vasopresina y oxitocina

Son dos hormonas típicas, pero también se liberan en algunas sinapsis actuando sobre la conducta sexual y el aprendizaje. Se encuentran el tallo encefálico y la médula espinal.

Otros

La lista sigue creciendo con hormonas hipofisarias, factores de liberación hipotalámicos, etc…





Tema 9. Fisiología general del músculo estriado esquelético. Unidad motora

Generalidades

Hay tres grandes tipos de músculos con características a grandes rasgos diferenciales, sencillos.

� Músculo esquelético. Se encarga en general de levantar peso, y movilizar el esqueleto. Se trata de un músculo estriado y voluntario. Es estriado gracias a sus bandas claras (I) y oscuras (A). Puede contraerse y relajarse voluntariamente gracias a su inervación por las fibras motoras del sistema nervioso somático

� Músculo cardiaco (miocardio). Se trata de un músculo involuntario y estriado. Tiene una estructura especial con un tejido autoexcitable regulado por un sistema marcapasos, y va a tener un movimiento automático. Se regula por el sistema nervioso autónomo.

� Músculo liso. Tiene muchas menos estrías que los dos anteriores. Es músculo involuntario y se encuentra en las paredes de las estructuras internas huecas, manteniendo su tono. Se encuentra en vasos sanguíneos, aparato digestivo, órganos abdominales, folículos pilosos, etc…

Las funciones del músculo son producir movimiento. El músculo esquelético forma parte del aparato locomotor, pero el resto de los músculos también producen movimiento de bombeo, peristaltismo, etc… El músculo liso se encarga de mantener el tamaño de los órganos huecos.

También se encargan de la termogénesis, sobre todo el músculo esquelético (responsable en un 75%). En caso de frío, se producen contracciones involuntarias del músculo esquelético.

Propiedades

El músculo es excitable debido a cambios de potencial que serán responsables de su contracción.

La contractilidad es la propiedad del músculo consistente en acortarse y engrosarse para levantar peso. A su vez el músculo también es extensible (observable en los músculos antagonistas) estos al contraerse los agonistas no solo se relajan sino que se distienden.

El músculo también es un tejido elástico, es decir, en condiciones fisiológicas recupera su estructura inicial tras contraerse o distenderse. Esto es de vital importancia en el diafragma



Fisiología del músculo estriado

Los niveles de organización musculares se dan mediante vainas de tejido conjuntivo que lo aíslan, formando distintas subunidades que son:

� Músculo. Envuelto por el perimisio.

� Haces o fascículos. Envueltos también por epimisio.

� Fibras. Células musculares rodeadas de endomisio.

� Células musculares:

− Miofibrillas

− Sarcómero. Es el responsable de la contracción muscular y en el se encuentran las proteínas contráctiles.



En el sarcómero encontramos las proteínas de la acción muscular. Encontramos filamentos gruesos de miosina, y filamentos finos de actina.

La teoría en la que se basa la contracción muscular (acortamiento y engrosamiento) es la teoría del deslizamiento de los filamentos finos de actina sobre los filamentos gruesos de miosina. El aspecto del sarcómero es de dimensiones más reducidas debido a éste deslizamiento.

El deslizamiento implica la formación de puentes cruzados de enganche entre la miosina y la actina. Ese deslizamiento es porque la miosina engancha los filamentos finos, atrayéndolos hacia el centro del sarcómero. Estos enganches generan puentes cruzados, llevando los filamentos finos de ambos lados hacia el centro del sarcómero.

En la miosina encontramos estructuras globulares (cabezas de la miosina) que se dirigen hacia los filamentos de actina, y se encarga de formar los puentes cruzados. La miosina dispone de muchas cabezas dirigidas en todas direcciones.

La contracción muscular requiere ATP que tiene un papel directo. La cabeza de la miosina tiene actividad ATPasa. Su conformación activa depende de ir unida a ADP, lo que causa la formación del puente cruzado causado por su afinidad por el filamento de actina. Al unirse el puente cruzado puede desplazar el filamento fino hacia el centro del sarcómero debido a que la cabeza es capaz de cambiar de conformación una vez se ha unido al filamento fino. El movimiento del filamento de actina unido a la cabeza de miosina se denomina golpe de fuerza.

El golpe de fuerza va a ser unidireccional. La cabeza desplaza el filamento, y se suelta por la unión de una molécula de ATP, lo que restablece el estadio inicial, y posibilita el inicio de un nuevo golpe de fuerza. Una contracción muscular requiere varios golpes de fuerza (múltiples tirones) que ejercen su fuerza en la misma dirección. Las cabezas que han realizado ya un golpe de fuerza tienen un breve periodo de inactividad mientras hidrolizan el ATP, que aprovechan otras cabezas para realizar sucesivos golpes de fuerza.

El ATP cuando se hidroliza en forma de ADP causa la afinidad de la miosina por el filamento fino, lo que provoca un cambio conformacional en bisagra sobre el cuello de la miosina lo que causa el golpe de fuerza. La unión de nuevo ATP causa el fin de la afinidad por la actina.

*Rigor mortis*

La relajación requiere ATP, si existe ausencia de ATP debido al fin del metabolismo basal, no se produce el suelte del filamento de actina por parte de la cabeza de miosina y se produce la rigidez muscular debido a que no existe relajación.



Cuando se habla de factores indispensables para la contracción muscular, se habla del ATP (que produce el puente cruzado) así como otro factor imprescindible que es el ión Ca2+.

El calcio interviene en la unión de los filamentos igual que lo hace el ATP. Los filamentos finos como ya hemos mencionado, están formados fundamentalmente por actina. En este filamento fino tenemos una estructura filamentosa que es la actina F, así como la nebulina que se encarga de localizar la actina en el sarcómero. La actina aparte de ir acompañada por nebulina va acompañada por una serie de proteínas que también intervienen en la contracción como es la tropomiosina, otra proteína filamentosa que sigue la estructura helicoidal de la actina, y también por otra proteína globular que se llama troponina, en la cual encontramos tres subunidades:

− Subunidad T. De anclaje a la tropomiosina.

− Subunidad I. Inhibe los sitios de unión a la miosina a la actina

− Subunidad C. Tiene 4 sitios de unión para calcio. La unión de estos cuatro cationes permite la contracción muscular, reduciendo el efecto inhibitorio y dándose el anclaje a la miosina.

El calcio por tanto modifica la troponina para que ésta produzca un desplazamiento de la tropomiosina y así que se puedan unir las cabezas de la miosina a los lugares de anclaje de la actina.

Se llega a la contracción muscular debido a la excitación mediante despolarización del músculo, que es un tejido excitable. Los fenómenos eléctricos por tanto anteceden la acción mecánica. Esto obedece a una sinapsis neuromuscular, ya que necesita la acción excitatoria de la neurona del sistema nervioso somático.

La fibra muscular es una célula grande, y la despolarización de la membrana afecta fundamentalmente a las regiones adyacentes, por lo que tiene poco efecto sobre el sarcoplasma en su conjunto, por lo tanto es preciso que existan unas invaginaciones de la membrana que son los túbulos T los cuales se internan en el interior del miocito, acercándose a las miofibrillas.

En este proceso interviene el retículo sarcoplásmico (RS), que se encarga de almacenar calcio en grandísimas cantidades. Dicho esto la contracción se sucede en una serie de pasos:

1. Se libera acetilcolina del elemento presináptico que se une a los canales catiónicos del elemento postsináptico muscular, el cual causa la entrada de sodio, y causa la despolarización del miocito (proceso estudiado en detalle en el tema anterior).

2. Los potenciales de acción recorren los túbulos T, lo que provoca un cambio de voltaje que activa canales de estos túbulos T.

3. En los túbulos T existen canales de calcio que se van a abrir en estas circunstancias. La entrada de calcio extracelular provoca a su vez la apertura de canales lentos de calcio presentes en el retículo sarcoplásmico. Estas dos acciones se traducen en el aumento de la concentración intracelular de calcio



(sobre todo el proveniente del RS, ya que se ha demostrado que la contracción muscular se puede iniciar con bajísimas concentraciones de calcio extracelular).

En el espacio intracelular y unida a canales del retículo sarcoplásmico encontramos el receptor para una sustancia denominada rianodina que es directamente responsable de la apertura de los canales de calcio del RS. También observamos otro receptor asociado a los canales de voltaje de los túbulos T que es el DHPR que es el receptor de dihidropiridina que se activa siempre que hay una contracción muscular, el cual a su vez activa el receptor de la rianodina provocando la apertura de canales de calcio del RS lo que causa a su vez la liberación masiva de calcio por difusión que es el que principalmente se utiliza en la contracción muscular.

4. El calcio se une a la troponina y permite la contracción muscular.

La contracción muscular se da por tanto como resultado de un potencial de acción en la fibra muscular. En el miocito estriado en reposo presenta un potencial más electronegativo que en las neuronas. El potencial de acción del músculo es ligeramente más prolongado que el neuronal, pero entraría dentro de los potenciales rápidos (en comparación con los del ventrículo cardiaco por ejemplo), y se debe a la apertura y cierre de canales que se regulaban con cierta rapidez.

En la relación nervio somático-músculo esquelético, veremos el concepto de unidad motora. La última neurona que forma la unidad motora será la neurona espinal. El concepto de unidad motora es la idea del conjunto que forma la motoneurona con todas las células musculares que inerva, y que responderán a sus potenciales de acción. En la unidad motora:

− La sinapsis se sitúa en el centro de la fibra muscular.

− Las células musculares reciben una única terminación axónica.

− Se trata de una sinapsis colinérgica, es decir, se produce liberación de acetilcolina.

− La neurona se trata de una motoneurona medular que parte de la corteza motora y es el último eslabón de transmisión nerviosa neuromuscular. Esta motoneurona medular α cuyo soma surge de las raíces ventrales de la medula espinal.

− El axón que es único se ramifica en varios botones sinápticos que son componentes de la misma unidad motora.

− En un músculo cualquiera tenemos distintos grados de tensión y estos distintos grados de tensión dependen de la cantidad de unidades motoras activadas. Normalmente los efectos son mayores con una contracción gradual asincrónica.

En una unidad motora existe una relación que se denomina coeficiente de inervación que es la relación entre la neurona motora y la cantidad de fibras musculares sobre las que hace sinapsis.



*Ejemplos fisiológicos*

En la laringe se da un control 3

1. Este es un control fino, debido a que una neurona

inerva tres fibras musculares, lo que permite un gran control del movimiento

En músculos potentes como el bíceps braquial se da 150

1.

En músculos grandes y potentes (gastrocnemio) se puede llegar a dar 1000

1. Esto

da lugar a contracciones muy intensas con una única unidad motora activada, y a poco control sobre el grado de intensidad de la contracción.





Tema 11. Fisiología general del músculo cardiaco

Generalidades

El músculo cardiaco es el músculo estriado involuntario que se encuentra en las paredes del corazón. Su función es realizar el bombeo sanguíneo para propulsar la sangre varios metros.

Se trata de un músculo con sarcómeros estriados semejantes a los del músculo esquelético. Las células son cortas y ramificadas, lo que permite tener un entramado de células que estarán interconectadas entre ellas por uniones GAP en hendidura, que forman estructuras denominadas discos intercalares. Esas uniones permiten el paso de iones con total facilidad, generando un sincitio funcional. En este sentido tenemos un sincitio auricular y un sincitio ventricular.

El músculo cardiaco tiene un mecanismo de acción para la contracción relativamente parecido al músculo estriado con algunas diferencias. En este caso si que es importante la cantidad de calcio que entra del medio extracelular, debido a que los retículos sarcoplásmicos del miocito cardiaco tienen menor desarrollo.

Algunos medicamentos cardiacos van encaminados a regular el trasiego de calcio extracelular para regular por tanto la contracción del miocardio.





Tema 12. Fisiología general del músculo liso

Generalidades

El músculo liso esta formado por células fusiformes con un único núcleo. No contiene sarcómeros por lo que al microscopio carece de aspecto estriado. También tiene mayor proporción de actina. Los filamentos finos de actina son muy largos con una estructura que alcanza la membrana plasmática, uniéndose a ella por los llamados cuerpos densos, donde se encuentra envuelta por proteínas estructurales.

El miocito liso tendrá un aspecto muy característico al contraerse debido al anclaje de la actina a su membrana (cuando se contrae, tendrá un aspecto globuloso), además se acorta de forma mucho mayor que el músculo esquelético.

En el músculo liso también es preciso el calcio, cuyos canales se activan dando como consecuencia de la despolarización del miocito liso dando lugar también a la contracción en un proceso más lento. Las contracciones son graduales, lentas y sostenidas, pero parte de la lentitud se debe a la actividad ATPasa más lenta.

En el músculo liso hay un estado especial conocido como estado de cierre/cerrojo que significa que el músculo se puede mantener contraído mediante tiempos prolongados sin requerir incremento de ATP (esto tendrá importancia por ejemplo en esfínteres). Debido al estado de cierre el proceso digestivo se dará como un proceso en el que no se requiere una cantidad de ATP proporcional a la que se necesitaría si la pared digestiva estuviera constituida por músculo esquelético.

Existen dos tipos de músculo liso:

� Músculos unitarios. Recuerdan al sincitio cardiaco

� Músculos multiunitarios. Son similares al esquelético



Músculo liso unitario

Es aquel en el cual multitud de fibras de miocitos lisos se comportan como una única unidad. Se encuentra en la mayoría del tubo digestivo, así como del genitourinario.

El conjunto se despolariza siempre que se despolariza una única célula, que decimos que tiene actividad marcapasos. La célula marcapasos se inerva por sinapsis neuromuscular, y el resto lo hacen por uniones GAP con ésta célula marcapasos o con otras sucesivas que ya se hayan despolarizado por la propagación del potencial. Esto causa que no todos los miocitos lisos deban estar inervados.

La innervación de este tipo de músculo proviene de varicosidades axónicas, es decir, estructuras bulbosas que recuerdan a los botones sinápticos en los que existen vesículas de neurotransmisores, pero que se encuentran como ensanchamientos a lo largo de todo el axón. Estas sinapsis se denominan sinapsis “de paso”.

El músculo liso también se despolariza por acción de hormonas o de factores locales (acción paracrina).

Estas células de músculo liso suelen presentar actividad miogena. Esto ocurre en el músculo digestivo, pero es de mayor importancia en las paredes vasculares, es decir, el estiramiento (distensión) causa que el músculo liso responda con una contracción.

El músculo liso unitario está inervado por el sistema nervioso autónomo en vez del somático. También factores paracrinos y hormonas son capaces de generar una contracción muscular, en ocasiones sin producir despolarización de membrana, sino mediante cascadas de transducción con segundos mensajeros (p.e. inositol trifosfato).

El músculo liso unitario es el músculo liso visceral, y en las vísceras se recibe doble innervación autónoma (simpática y parasimpática) y a nivel de potencial de membrana, ambas inervaciones hacen lo contrario, es decir, si una de ellas es excitatoria, la otra tendrá acción inhibitoria hiperpolarizando la membrana. No necesariamente la simpática es siempre excitatoria y la parasimpática inhibitoria (o viceversa) sino que depende del efecto que causen.

Músculo liso multiunitario

Es aquel en el que cada una de las células recibe innervación independiente, y también suele recibir innervación de varicosidades axónicas. Al tener inervación directa las fibras de músculo liso multiunitario dispone de pocas o ninguna uniones comunicantes.

La excitación nerviosa se da sobre cada una de las células, y ejemplos de este tipo de músculo liso están:

� Músculos ciliares del cristalino

� Músculos erectores del pelo

� Músculos del iris



Se parecen a una unidad motora 1:1 (una porción de la neurona sinapta con una única fibra)

Contracción del músculo liso

La proporción de filamentos finos/gruesos en el músculo liso destaca por tener mayor número de filamentos finos de actina, de los que hay varios tamaños. La contracción es dependiente de calcio, pero el músculo liso carece de troponina, aunque si existe la tropomiosina.

Los iones calcio que entran para la contracción muscular se unen a otra proteína calciodependiente que es la calmodulina. Este complejo activa una enzima que fosforila la cabeza de la miosina, ésta enzima se trata de la miosina cinasa (MLCK). Este paso es imprescindible para la formación de los puentes cruzados.

Una vez fosforilada se da el ciclo de golpe de fuerza dependiente de ATP ya estudiado en el músculo esquelético. La contracción del miocito liso es más potente que la del músculo esquelético.

También existe otra enzima, la miosina fosfatasa que se encarga de defosforilar e inactivar la cabeza ligera. La proporción entre ambas enzimas (MLCK y miosina fosfatasa) es de vital importancia para determinar la velocidad de la contracción. La miosina fosfatasa se activa cuando bajan los niveles de calcio.

Contracción fásica

En el músculo liso hablamos de contracción fásica en estos ciclos de unión/desunión de puentes cruzados. El músculo se acorta por ejemplo para vaciar una víscera hueca.

La contracción fásica depende de la actividad de la MLCK y es muy potente y efectiva.

Contracción tónica

La contracción tónica puede ser casi permanente que se debe al estadío de cierre en el que hay cierto grado de contracción sin apenas gasto de ATP. La contracción tónica mantiene las dimensiones del órgano y evita que éste se colapse.

La contracción tónica es regulable desde fuera, aumentando o reduciendo dicho tono.





Tema 13. Mecanismo de secreción celular

Generalidades

Las células secretoras son aquellas que producen un producto de secreción, y sirven para variadas funciones fisiológicas:

� Eliminación de sustancias, como las glándulas sudoríparas

� Protección y alimentación, como las glándulas sebáceas, mucosas y mamarias

� Funciones digestivas. Producen enzimas que degradan el alimento

� Comunicación celular, por vertidos de secreción de sustancias mensajeras.

Las células secretoras se suelen agrupar en estructuras denominadas glándulas que colaboran en una secreción. Las células presentes en dichas glándulas se reparten las secreciones.

Según el lugar de vertido, pueden ser endocrinas y exocrinas

− Endocrinas. Vierten al medio interno. El vertido no se limita al líquido extracelular, sino que suele circular por la sangre.

− Exocrinas. Secretan hacia conductos que revisten el exterior del cuerpo o hacia conductos o la luz de los órganos.

Las glándulas exocrinas se pueden a su vez clasificar en tres tipos

� Merocrinas. La célula tiene unos productos de secreción que se producen en el interior de los orgánulos, y estos productos se almacenan en vesículas que se pierden por exocitosis sin que se produzcan grandes alteraciones en la célula.

� Apocrinas. En el proceso de vertido del producto, una región apical de la célula se destruye, rompiéndose a la vez que se produce la secreción. (p.e. glándulas sudoríparas)



� Holocrinas. La célula se degrada completamente en la secreción y debe reponerse en la división celular desde el estrato basal del tejido. (p.e. endometrio, glándulas sebáceas).

En conjunto, las secreciones de ambos tipos de glándulas en general suelen ser almacenadas en el aparato de Golgi, y que dicha liberación vaya precedida de un cambio de potencial de membrana muchas veces calciodependiente, de forma que el detonante para la secreción suele ser el abandono del potencial de reposo.

Implica un proceso de exocitosis mediado por calcio, de forma semejante a como se producía en el proceso de neurotransmisión. Cuando en este proceso intervienen las proteínas del complejo SNARE, el calcio interviene en muchos de los pasos.

Las moléculas secretadas varían mucho en tamaño, desde pequeñas moléculas como el CO (30 daltons) a otras muy grandes como la tirotropina (28.000 daltons). El lugar de síntesis intracelular (RER, REL…) depende de la naturaleza química de la sustancia a secretar.





Tema 13. Introducción a la fisiología de los receptores sensoriales.

Generalidades

En términos generales los receptores sensoriales son células nerviosas especializadas en la captación de estímulos, tan especializadas que su morfología en ocasiones suele no recordar a una neurona, aunque también puede servir de receptor sensorial el terminal dendrítico de una neurona.

Los receptores sensoriales registran continuamente los cambios del ambiente para permitir la actuación de los mecanismos homeostáticos. Captan variaciones del medio externo e interno.

Los receptores sensoriales son la primera unidad de una vía sensorial que es la vía que recoge ese estimulo y lo lleva al SNC. El hecho de que el estimulo sea consciente o no depende de la región del sistema nervioso que alcance (si alcanza el nivel cortical, el estimulo se convierte en una percepción consciente).

La vía sensorial requiere:

1. Estimulación. Un cambio del ambiente que estimule una vía sensorial.

2. Traducción. Es la función del receptor sensorial. Se trata de la captación de un tipo de estimulo y lo transforma en un potencial de acción para comenzar la comunicación. Corre a cargo de un receptor sensorial, especialmente sensible a una modalidad de estimulo.

3. Generación y conducción. Tras disponer de un potencial de acción, este debe ser conducido a través de la vía sensorial hasta alcanzar el SNC.

4. Integración. Se trata del procesamiento de la información recibida y queda a cargo del SNC.

El receptor sensorial recibe un estimulo y lo transforma en un impulso nervioso mediante una función de traducción del estimulo.

El receptor sensorial es la terminación dendrítica. A veces se agrupan en órganos terminales de neuronas sensoriales encargados siempre de una modalidad de estimulo. El receptor siempre responde al estimulo con un potencial de receptor. Cada receptor sensorial tiene un valor umbral para generar este potencial de receptor, que es menor para el estimulo para el que esta especializado.

El potencial de receptor se diferencia del potencial de acción a que éste primero recuerda a un potencial potsináptico sobre el que funciona la sumación espacial y temporal. El potencial de receptor puede ser insuficiente por si solo para alcanzar el umbral.



Tipos de receptores sensoriales

Los receptores sensoriales fueron clasificados por Sherrington en tres principales grupos en función de la localización en el cuerpo:

� Exteroceptores. Reciben información del exterior del organismo

� Interoceptores. Reciben información del medio interno

� Propioceptores. Se encuentran en músculos, tendones y órganos del equilibrio e informan acerca de la tensión que tienen dichos músculos.

La clasificación de Mountcastle se basa en los estímulos que excitan el receptor:

� Mecanorreceptores. Captan estimulos mecánicos

� Quimiorreceptores. Detectan concentraciones químicas

� Termorreceptores. Aportan información acerca de la temperatura del organismo

� Fotorreceptores. Detectan la luz y los encontramos principalmente en el ojo

� Nociceptores. Son las terminaciones nerviosas del dolor

Arco reflejo

El arco reflejo es la compenetración entre la unidad motora y el receptor sensorial, cuya finalidad es el mantenimiento de la homeostasis.

La idea del arco reflejo se trata de una vía de comunicación desde donde se da el estimulo hasta el órgano responsable de ejecutarlo (desde el receptor sensorial hasta el órgano efector, que puede ser un músculo u otro). Tendrá un total de 5 componentes



1. Receptor sensorial. Recibe el estimulo

2. Vía aferente. Conduce la información hasta un centro integrador del SNC

3. Centro integrador. La capacidad integradora es exclusiva del SNC, pero no es preciso que dicho estímulo o integración sean conscientes; sólo lo serán si llegan a nivel de la corteza cerebral.

4. Vía eferente. Conduce la información integradora desde el SNC que actúa sobre un efector.

5. Efector. Lleva a cabo la acción de mantenimiento de homeostasis.





Bloque II

Hematología

− Tema 14. Funciones de la sangre

− Tema 15. Fisiología eritrocitaria

− Tema 16. Fisiología leucocitaria

− Tema 17. Fisiología de las plaquetas y hemostasia

− Tema 18. Antígenos eritrocitarios. Sistemas AB0 y Rh



Tema 14. Funciones de la sangre

Generalidades

Todos los órganos y sistemas del organismo funcionan de manera coordinada para mantener la homeostasis, por tanto, la sangre colaborará con ellos para este fin.

Las funciones de la sangre son en total las siguientes:

− Distribución y transporte. Se trata de transporte de nutrientes obtenidos del aparato digestivo y respiratorio. También se transportan deshechos del metabolismo hacia el sistema respiratorio y renal.

− Defensa del organismo. Los leucocitos serán el sistema de defensa del organismo y van a viajar por la sangre.

− Hemostasia. Se trata de la coagulación de la sangre

− Homeostasia. Contribución a la homeostasis global. Todas las funciones anteriores tienen como fin último la homeostasia

Composición

La sangre es un líquido más viscoso y denso que el agua. Su temperatura ronda los 38º C (1º C por encima de la temperatura corporal) constituyendo además el 8% del peso corporal, lo que implica que en los hombres tengan una volemia entre 5-6 litros mientras que las mujeres tengan entre 4-5 litros de sangre.

Dentro del 8% de componente sanguíneo, dividimos la sangre en dos fases

− Elemento líquido (plasma). Constituye un 55% de la sangre. Es de color amarillento y está constituido por:

� Proteínas (6%) → Albúminas globulinas y fibrinógeno

� Agua (92%)

� Otros solutos (2%)

− Elementos formes (células). Constituye un 45% de la sangre



Constitución del plasma

Proteínas plasmáticas

Las albúminas son las proteínas más abundantes (58% de las proteínas plasmáticas). Se sintetizan en el hígado y son principalmente las responsables de la viscosidad de la sangre. También tienen otras funciones como el mantenimiento de la presión osmótica. Otra función es la de actuar de transporte de determinadas moléculas.

Las globulinas constituyen el 38% de proteínas plasmáticas. Tienen estructura globular, soluble en agua y se sintetizan también en el hígado y son de distintos tipos:

� αααα1-Globulinas

� αααα2- Globulinas

� ββββ-Globulinas

� γγγγ-Globulinas

Algunas tienen función transportadora, mientras que otras tienen funciones enzimáticas e incluso defensivas (las γ-globulinas también se denominan inmunoglobulinas o anticuerpos).

El fibrinógeno forma el 4% de proteínas plasmáticas restantes y es uno de los factores de la coagulación, encargado por tanto de la hemostasia.

Otros solutos

− Iones. Son fundamentalmente cloro y sodio (viajando en forma de NaCl) así como magnesio y bicarbonato

− Nutrientes. Glucosa, aminoácidos, oxígeno, etc…

− Productos de deshecho. Urea, amoniaco, CO2

− Gases. Oxígeno, CO2

− Reguladores. Hormonas

Elementos formes

Existen tres clases de elementos celulares en la sangre:

Los hematíes se encuentran en una cantidad de 5.000.000 eritrocitos/mm3 (99% de las células sanguíneas).

Los leucocitos o glóbulos blancos se encuentran en una proporción de 4.000-11.000 leucocitos/mm3.

Las plaquetas o trombocitos también se encuentran en la sangre en una cantidad de 150.000-450.000 plaquetas/mm3. No son exactamente células, sino fragmentos celulares encargadas de la coagulación

*1 mm3 = 1 µµµµL*



Hematopoyesis

Es el proceso mediante el cual se forman los elementos formes de la sangre. A lo largo de la vida tiene distintas localizaciones anatómicas:

− Etapa embrionaria. Saco vitelino.

− 6ª Semana de gestación. Hígado y bazo en menor medida.

− Etapa adulta. Médula ósea (hígado y bazo solo en condiciones patológicas).

En la médula ósea se produce en los huesos planos del esqueleto axial (p.e. vértebras, costillas, pelvis, cráneo…) y en la epífisis de algunos huesos largos (p.e. fémur y húmero).

En líneas generales la hematopoyesis se produce, como el proceso de formación de todas las células sanguíneas, a partir de una colonia de células llamadas células madre hematopoyéticas.

Las células madre hematopoyéticas tienen tres características

− Pluripotencialidad. Son capaces de diferenciarse a cualquier célula sanguínea.

− Carecen de identificación morfológica. Son diferentes a otras células, pero dicha diferencia no es apreciable a microscopía.

− Autorrenovación elevada

Estas células se diferenciarán para dar lugar a las células progenitoras, que pueden ser de dos líneas distintas:

� Línea linfoide. Migrarán a ganglios linfáticos, al bazo y al timo para diferenciarse en linfocitos.

� Línea mieloide. Dan lugar a eritrocitos, plaquetas, leucocitos granulocitos y monocitos.

*Datos de interés*

La diferencia entre plasma y suero se refiere básicamente a las proteínas plasmáticas del medio líquido de la sangre y la distinguimos clínicamente si el tubo de ensayo donde hemos recogido la sangre tenía anticoagulante o no:

− Plasma. El tubo tiene anticoagulante y denominamos plasma a toda la parte líquida. Incluye factores de coagulación.

− Suero. El tubo carece de anticoagulante por lo que el suero es la fase líquida empobrecida en factores de coagulación. Abajo queda un coágulo.



Las células progenitoras a su vez siguen diferenciándose para dar lugar a las células precursoras o comprometidas. Estas células ya sólo pueden dar lugar a una línea celular (eritropoyesis, megacariopoyesis…).

La hematopoyesis está controlada por una serie de factores de crecimiento. Éstos pueden estimular la hematopoyesis, o bien inhibirla:

− Estimulatorios. Estimulan la mitosis

� Interleucina

� Eritropoyetina (EPO)

� Trombopoyetina (TPO)

� Factores estimulantes de colonias (FEC)

− Inhibitorios. Son apoptóticos

� Factor transformante de crecimiento ββββ (TGF-ββββ)

� Factor de necrosis tumoral αααα (TNF-αααα)

� Otro

Velocidad de sedimentación globular

La velocidad de sedimentación globular es un índice que muchas veces se utiliza en clínica para dar una idea aproximada de si existe alguna anormalidad infecciosa o inflamatoria, pero no es característico de ninguna patología concreta.

Consiste en que la densidad de los eritrocitos es ligeramente superior a la del plasma, por tanto en un tubo anticoagulado se pone la sangre y se deja reposar durante una hora, por tanto los eritrocitos al ser más densos que el plasma van a sedimentar.

Los valores normales son de 1-11 mm/h. Si existe una infección la sedimentación será más rápida.





Tema 15. Fisiología de los eritrocitos

Características morfológicas y funcionales

Los eritrocitos son las células mas abundantes de la sangre (99% de células).Carecen de núcleo teniendo únicamente una membrana que rodea el citoplasma en el que fundamentalmente se encuentra la hemoglobina. Se caracterizan por su uniformidad de tamaño y color rojizo debido a la hemoglobina.

Todos los eritrocitos con tamaño normal se denominan normocitos. El tamaño de un normocito es de una forma de disco bicóncavo de aproximadamente 7,5 µm de diámetro y un volumen de 90 fL.

Los eritrocitos que tienen la cantidad de hemoglobina normal se denominan normocrómicos. Un eritrocito normocrómico se visualiza al microscopio porque el color rojizo delimita circularmente 1/3 del volumen en claridad central.

La población de eritrocitos de un individuo debe ser normocita y normocrómica.

La forma de disco bicóncavo tiene dos razones fisiológicas de ser:

� Aumenta la superficie de contacto para realizar el intercambio gaseoso

� Aumenta la deformabilidad eritrocítica, es decir, les da a los eritrocitos la capacidad de doblarse sin romperse, capacitándolos para atravesar capilares más pequeños que su propio diámetro.

Estructuralmente el eritrocito tiene tres componentes, la membrana eritrocitaria, la hemoglobina, y sus enzimas eritrocitarias.

Membrana eritrocitaria

La membrana del eritrocito tiene, como todas las membranas biológicas, tres componentes, que serán los lípidos, las proteínas y los hidratos de carbono.

Las proteínas periféricas de membrana del eritrocito van a constituir un entramado en red bajo la hemimembrana interna eritrocitaria, las cuales le van a dar estabilidad al citoesqueleto de la célula. La proteína periférica más importante del eritrocito es la



proteína banda 3, que además de su función estructural va a ser un intercambiador aniónico de HCO3

-/Cl-, que va a facilitar la eliminación pulmonar del CO2.

La proteína banda 3 interaccionará con una serie de proteínas periféricas que son:

� Anquirina. Estabiliza junto con la banda 42 a la espectrina.

� Glucoforinas. Son proteínas integrales de membrana que se encuentra unida a un complejo de unión formado por aducina, actina, tropomiosina, tropomodulina… Este complejo a su vez se encuentra unido a la espectrina.

� Espectrina. Es una proteína dimérica (subunidades β y α).

Existen dos tipos de interacciones proteicas en este citoesqueleto eritrocitario:

� Interacciones verticales. Fijan el citoesqueleto (espectrina) a la membrana.

� Interacciones horizontales. Estabilizan el citoesqueleto de espectrina.

Esta estructura de membrana favorece la función de proporcionarles deformabilidad a los eritrocitos.

La estructura del citoesqueleto le proporciona al eritrocito la forma de disco bicóncavo, de forma que si se produce la ausencia de alguna de estas proteínas, el eritrocito se deforma, adquiriendo forma esférica (esferocito) o bien forma de elipse (eliptocitos).

Hemoglobina

Los eritrocitos están repletos de hemoglobina.

La estructura de la hemoglobina tiene dos componentes distintos:

� Componente proteico. Globina

� Componente no proteico. Grupo hemo

La globina esta constituida por cuatro subunidades iguales 2:2. Las cadenas de la hemoglobina pueden ser cadenas α y cadenas β, (también cadenas γ, δ ó ε). Dependiendo de que cadenas sean las que se unan, tenemos distintos tipos de hemoglobina:

� Hemoglobina embrionaria. 2α + 2ε

� Hemoglobina fetal. 2α + 2γ

� Hemoglobina adulta. Existen dos tipos de hemoglobina en la etapa adulta:

− Hemoglobina A (97%). 2α + 2β

− Hemoglobina A2 (3%). 2α + 2δ



El grupo hemo está constituido por una porfirina (protoforfirina IX) que a su vez está constituida por 4 anillos pirrólicos que en el centro tienen un átomo de hierro. El grupo hemo tiene una disposición espacial plana.

El átomo de hierro tiene 6 valencias de coordinación; con 4 de ellas se une a los anillos pirrólicos, con su 5ª valencia a una histidina de la globina y con la 6ª se una de forma reversible al oxígeno.

Este hierro debe estar reducido (Fe2+), si en vez de reducido se encuentra oxidado (Fe3+), entonces la hemoglobina se denomina metahemoglobina, que carece de función respiratoria. La proporción de metahemoglobina en la sangre siempre debe ser inferior al 1%; si ésta es superior al 10% se produce cianosis (color azulado de la piel debido a la falta de oxígeno en tejidos). Los eritrocitos siempre mantienen el hierro en estado reducido gracias a la actividad diaforasa y a la presencia de glutatión (agente reductor).

La hemoglobina tiene distintos nombres según su estado de transporte:

− Oxihemoglobina. Se encuentra transportando oxígeno

− Desoxihemoglobina. Carece de oxígeno al haberlo cedido, se trata de la hemoglobina reducida, de un color más oscuro que el de la oxihemoglobina.

− Carbamoilhemoglobina. Se encuentra transportando CO2. El CO2 se une al grupo amino de las cadenas de globina.

En condiciones patológicas la hemoglobina puede transportar otros gases dándose otros dos casos:

− Carboxihemoglobina. Transporta monóxido de carbono. El CO compite por los mismos sitios de unión que el O2. La unión del CO con la hemoglobina es irreversible por lo que la hemoglobina queda inutilizable una vez se ha unido al CO.

− Sulfhemoglobina. Transporta ácido sulfhídrico.

Metabolismo del hierro

El hierro es un componente fundamental del grupo hemo, y es el elemento al que se une el oxígeno. El hierro es un compuesto que encontramos fundamentalmente en la dieta formando complejos en las carnes rojas y en algunas verduras y legumbres.

El hierro se absorbe en el duodeno en muy poca cantidad (5-10% del total ingerido) donde pasaría a la sangre; en la sangre no puede ir en disolución, sino que es transportado por una proteína denominada transferrina. Desde la sangre el hierro llega a la médula ósea para sintetizar nueva hemoglobina y producir nuevos eritrocitos.

En la médula ósea el hierro entra dentro de los eritroblastos (células precursoras de eritrocitos) donde se incorporaría a la hemoglobina.



El hierro que queda de excedente tras sintetizarse hemoglobina no se elimina, sino que se almacena en los tejidos unido a una proteína transportadora que es la apoferritina. Se puede almacenar o como ferritina (ión ferrico) o como hemosiderina (hidróxido férrico). Al total de hierro que se almacena en los tejidos se le conoce como depósito férrico, de este modo el organismo siempre tiene hierro para sintetizar nuevos eritrocitos.

El depósito ferrico se mantiene gracias a la eritrocatéresis, es decir, el proceso de destrucción de los eritrocitos viejos que se lleva a cabo por el sistema retículoendotelial. El sistema retículoendotelial esta formado por los macrófagos (fundamentalmente hepáticos, esplénicos y algunos medulares).

El hierro solamente se elimina por la descamación de las células de la piel, y de las mucosas, además de si hay una hemorragia (que sería un caso no fisiológico).

Enzimas eritrocitarias

La función primordial del eritrocito es el transporte de oxígeno y dióxido de carbono, lo que no requiere energía, sin embargo el eritrocito como célula requiere llevar a cabo procesos dependientes de energía, como por ejemplo:

� Mantenimiento de gradientes (K+ y Ca2+)

� Mantenimiento de fosfolípidos

� Mantenimiento de hemoglobina ferrosa funcional (Fe2+)

� Síntesis de glutatión (agente reductor)

� Otros procesos

Su única fuente energética es la glucólisis anaerobia (en la cual a partir de glucosa se genera lactato). En esta glucólisis se genera energía y metabolitos para la vía de las hexosas monofosfato. La vía de las hexosas monofosfato genera NADPH que se emplea para reducir al glutatión el cual protege al eritrocito de los agentes oxidantes.

En la glucólisis se genera un metabolito fundamental: el 2,3-bisfosfoglicerato (2,3-BPG) que controla la afinidad de la hemoglobina por el oxígeno.



Funciones eritrocíticas

Como ya hemos dicho, la principal función eritrocitaria es el transporte de oxígeno y dióxido de carbono. Esto se lleva a cabo en los alvéolos pulmonares.

El CO2 se transporta en un 7% disuelto en sangre, en un 3% unido a la hemoglobina y en un 70% reacciona inmediatamente con el agua (catalizado por la anhidrasa carbónica) constituyendo acido carbónico que se disocia en protones (H+) y bicarbonato (HCO3

-). Los protones se compensan con la hemoglobina y los bicarbonatos se intercambian por cloruros por la proteína banda 3.

Eritropoyesis

La eritropoyesis es el proceso de formación de eritrocitos. Las células madre hematopoyéticas se dividen en células progenitoras de la línea mieloide y linfoide. Las células eritropoyéticas son de la línea mieloide.

Las células precursoras del eritrocito son:

Proeritroblastos →→→→ Eritroblastos basófilos →→→→ Eritroblastos policromatófilos →→→→ Eritroblastos ortocromáticos →→→→ Reticulocitos →→→→ Eritrocitos

En la eritropoyesis el tamaño de las células precursoras disminuye progresivamente y según ocurre esto, va aumentando el contenido en hemoglobina, también en este proceso disminuyen los orgánulos citoplasmáticos y la basofilia y además al final del proceso (Eritroblasto ortocromático → Reticulocito) se expulsa el núcleo.

Los reticulocitos son la forma anterior al eritrocito. Tienen aspecto reticulado ya que todavía conservan RNA en su citoplasma. Los reticulocitos salen a la sangre periférica (la proporción de reticulocitos en sangre es de 0,5-1,5% de eritrocitos en sangre). Los reticulocitos permanecen en la sangre un día y en clínica dan el índice de recambio eritrocitario.

El proceso de eritropoyesis se encarga regulado por una serie de factores que podían ser estimuladores o inhibidores. El factor estimulante más importante es la eritropoyetina (EPO).

*Resumen de la eritropoyesis*

− Disminución progresiva del tamaño celular

− Aumento progresivo del contenido en hemoglobina

− Disminución progresiva del numero de orgánulos

− Disminución progresiva de la afinidad los colorantes basófilos

− Expulsión del núcleo



La eritropoyetina es una hormona que se sintetiza en un 90% en las células peritubulares renales y el 10% restante en el hígado. Los riñones comienzan a sintetizar EPO cuando existe una baja oxigenación tisular o cuando los niveles de hemoglobina disminuyen por debajo de 10 g/dL. La EPO estimula todo el proceso de diferenciación eritroblástica. En la anemia, mala perfusión tisular y la altitud, aumenta la producción de EPO.

Factores inhibidores de la eritropoyesis son el TNF-α y el TNF-β.

Para que se de la eritropoyesis de manera fisiológica debe madurar el citoplasma y núcleo de células precursoras.

Para que madure en núcleo se requieren dos factores:

� Vitamina B12 (cianocobalamina) � Ácido fólico

La vitamina B12 tiene una estructura similar a la hemoglobina pero tiene un átomo de cobalto en vez de hierro en el centro. Se encuentra en los productos de origen animal (carne y productos lácteos). Para que la vitamina B12 se absorba en el duodeno necesita un elemento que llamamos factor intrínseco. El déficit de este factor inhibe la eritropoyesis y genera la anemia perniciosa.

El ácido fólico se encuentra en frutas y verduras y se necesita para las etapas intermedias de la síntesis de DNA y RNA.

Para que madure el citoplasma se requieren otros factores

� Hierro � Vitamina B6 � Aminoácidos

Eritrocatéresis

La eritrocatéresis es el proceso de destrucción de los eritrocitos. Los eritrocitos se forman en la medula ósea y una vez salen a la sangre periférica tienen una vida media de unos 120 días; transcurrido ese tiempo los eritrocitos envejecen perdiendo su capacidad antioxidante por lo que dejan de ser reconocidos como células propias para ser reconocidos como células ajenas al organismo, por lo que son fagocitadas por las células del sistema retículoendotelial (macrófagos hepáticos, esplénicos y en menor medida medulares).

Los macrófagos fagocitan a los eritrocitos y digieren su hemoglobina en sus componentes fundamentales, que serán la globina y el grupo hemo:

La globina es el componente proteico y se descompone en los aminoácidos que la constituyen, los cuales serán reutilizados por el organismo.

El grupo hemo está constituido por la protoporfirina IX formada por 4 anillos pirrólicos y un átomo de hierro.

Los anillos pirrólicos se descomponen en un compuesto que es la biliverdina la cual a su vez se transforma en bilirrubina. La bilirrubina pasa a la sangre unida a albúmina hasta llegar al hígado y una vez llega, se conjuga con ácido glucurónico, y a partir de



aquí pasa a ser conocida como bilirrubina conjugada ó directa, la cual se elimina o bien por la orina (urobilina) o bien por las heces (estercolina)

El hierro del grupo hemo tiene el destino ya antes mencionado: se transporta en sangre unido a la transferrina y llega a los tejidos de almacén de hierro (bazo principalmente) en los que se almacena como ferritina o hemosiderina en el depósito férrico para reutilizarse en la síntesis de nueva hemoglobina.





Tema 16. Fisiología leucocitaria

Introducción

Nuestro organismo está continuamente expuesto a microorganismos potencialmente patógenos, entre ellos nuestras propias bacterias simbiontes, así como otras de procedencia exógena. El hecho de que no nos produzcan patologías normalmente obedece a la actuación de nuestro sistema inmune formado por los leucocitos.

Los leucocitos por tanto tendrán tres funciones principales como células del sistema inmune que son:

� Nos protege de nuestras propias bacterias

� Nos protege de microorganismos exógenos potencialmente patógenos

� Nos protege de células cancerosas

Existen dos tipos de leucocitos los cuales se formarán todos en la médula ósea a excepción de los linfocitos que se formarán en tejidos linfoides y además tendrán distinta forma de actuación. La mayoría de los leucocitos actúan por fagocitosis aunque algunos también segregarán anticuerpos.

Leucopoyesis

La leucopoyesis se trata del proceso de formación de leucocitos. Parte como todas las células sanguíneas de la célula madre hematopoyética la cual se diferencia en célula progenitora de las cual existen dos líneas:

� Línea linfoide. Se diferencia en células precursoras denominadas linfoblastos, los cuales darán lugar a los linfocitos B y T.

� Línea mieloide. Dará lugar a las células comprometidas precursoras de los granulocitos y de los monocitos.

Formula leucocitaria

La formula leucocitaria se trata del numero de distintos leucocitos que hay en la sangre. Estos leucocitos se van a dividir en dos grandes grupos

Granulocitos

Los granulocitos o polimorfonucleares son células con una vida media que oscila entre unos 4-5 horas en circulación y que pueden extravasarse a los tejidos para vivir unos 4-5 días más. Los hay de tres tipos:

� Neutrófilos. Son los leucocitos más abundantes (50-70% del total). Son células redondeadas con el núcleo lobulado y gran cantidad de gránulos que contienen entre otras enzimas, la lisozima, que es capaz de hidrolizar el péptidoglucano de las paredes bacterianas



Los neutrófilos son los primeros en acudir tras el inicio del proceso inflamatorio. Actúan por fagocitosis y mueren tras finalizar el proceso.

� Basófilos. Son células también redondeadas y granulosas. Son poco abundantes (0’5-1% del total). Sus gránulos presentan afinidad por el azul de metileno (tinción de carácter básico) y contienen sustancias como la heparina, la serotonina y fundamentalmente la histamina. Gracias al contenido de sus gránulos provocan las respuestas vasculares y tisulares responsables de las reacciones alérgicas.

� Eosinófilos. Son células redondeadas con núcleo bilobulado y sus gránulos se tiñen fuertemente con la tinción de eosina apareciendo de un color anaranjado oscuro al microscopio. Su proporción es del 1-4% del total de leucocitos.

Los eosinófilos son especialmente importantes en las reacciones parasitarias ya que son capaces de fijarse al parásito y liberar sustancias que los destruyen. No actúan por fagocitosis y además de destruir parásitos participan en el proceso de inflamación pudiendo contrarrestar los efectos de una inflamación excesiva, por ejemplo si los basófilos liberan demasiada histamina.

Agranulocitos

� Monocitos. Son las células más grandes que existen y tienen formas diversas con un núcleo de forma arriñonada.

Los monocitos participan en el proceso inflamatorio llegando al tejido tras los neutrófilos, y convirtiéndose en macrófagos al extravasarse. Al convertirse en macrófagos aumentan su número de mitocondrias y de lisosomas por lo que aumenta su movilidad y su capacidad fagocítica. Constituyen entre un 4-8% del total de leucocitos.



� Linfocitos. Son las células más pequeñas que existen y tienen un núcleo que ocupa casi la totalidad del citoplasma, y es de un tamaño similar al de los eritrocitos circundantes. Constituyen entre un 30-40% del total de leucocitos.

En general distinguimos dos tipos de linfocitos:

� Linfocitos B. Los linfocitos B se diferencian y maduran en la médula ósea. Representan entre un 20-30% del total de linfocitos y cuando se activan inmunológicamente se convierten en células plasmáticas que se encargan de producir y secretar anticuerpos contra antígenos. Esto se conoce como inmunidad humoral

� Linfocitos T. Maduran en el timo (linfocitos timodependientes) y representan entre el 40-60% de los linfocitos. No producen anticuerpos sino que atacan directamente la célula patógena mediante citocinas. Esto se conoce como inmunidad celular.

Mediadores de la inflamación

Respuesta inflamatoria

La inflamación es un complejo proceso celular y molecular que se produce por lesión o necrosis de las células que residen en un tejido y por la presencia de patógenos que puedan ser de naturaleza biológica, física o química.

La inflamación tiene como objetivo principal aislar y destruir al agente dañino y reparar el tejido u órgano dañado. Se denomina con el sufijo –itis. Los signos principales de la inflamación son los siguientes:

� Tumor (hinchazón o edema). Se produce como consecuencia del aumento de líquido intersticial → Se debe al aumento de la permeabilidad capilar.

� Rubor. El rubor es el enrojecimiento de la zona que se produce como consecuencia de la vasodilatación → Se debe a la vasodilatación.



� Calor. Aumento de la temperatura debido también a la vasodilatación → Se debe a la vasodilatación.

� Dolor. Aparece como consecuencia de algunas de las moléculas que se liberan en la inflamación como por ejemplo las prostaglandinas.

� Disfuncionalidad del órgano

� Coagulación del intersticio

� Migración de leucocitos

� Tumefacción de las células tisulares

Los agentes desencadenantes de la inflamación producen la muerte y necrosis celular debido a:

− Agentes biológicos (bacterias, virus, parásitos y hongos)

− Agentes físicos (calor, frío, radiación)

− Agentes químicos (venenos, toxinas)

− Traumatismos

− Necrosis tisular

− Presencia de cuerpos extraños

− Reacciones inmunes (hipersensibilidad o reacciones autoinmunes)

Fases de la inflamación

Las fases de la inflamación serán las siguientes:

1. Vasodilatación y aumento de la permeabilidad vascular. Ocurre justo después de la lesión. La vasodilatación favorecerá la llegada de leucocitos a la zona lesionada (produce calor y rubor). El aumento de permeabilidad vascular permite que las células aferentes y las proteínas plasmáticas puedan pasar de la sangre al tejido.

Ambas se producen como consecuencia de la secreción de una serie de moléculas (histamina, bradicinina, serotonina, prostaglandinas y linfocinas) que liberarán las células dañadas de la zona.

También se suministran elementos de la coagulación sanguínea lo que supone que desde el primer momento del proceso inflamatorio se produzca un tabicamiento de la zona impidiendo la diseminación del patógeno.

Todos los tejidos tienen macrófagos y mastocitos tisulares que van a ser la primera línea de defensa. Los macrófagos residentes en el tejido rompen sus adherencias, es decir, se vuelven móviles y comienzan a fagocitar al agente extraño, lo que dura aproximadamente una hora, la posterior a que se produzca el daño tisular.



Además de actuar por fagocitosis los macrófagos activados producen fundamentalmente dos citocinas (TNF-αααα y IL-1) las cuales a su vez inducen en las células endoteliales de los capilares del tejido dañado la expresión de moléculas de adhesión las cuales facilitan la adhesión de más leucocitos.

2. Migración de fagocitos. En la zona lesionada se produce una vasodilatación lo que provoca la llegada de leucocitos. Los principales van a ser:

I. Neutrófilos

II. Monocitos

Los neutrófilos son los que primero llegan a la zona lesionada. Se tratan de la segunda línea de defensa tras los macrófagos tisulares. En la zona hay un aumento de la permeabilidad vascular lo que permite que el líquido difunda a los tejidos (edematización) lo que a su vez ocasiona el aumento de la viscosidad de la sangre al perder agua, lo que causa que los neutrófilos circulen por la periferia del vaso (marginación) y queden adheridos a las moléculas expresadas por el endotelio, con lo que se dan entonces tres procesos

− Rodamiento. Los neutrófilos tienen en su superficie moléculas de adhesión que se unen a las E-selectinas que son moléculas expresadas por el endotelio como respuesta a TNF-α y IL-1 de los macrófagos activados. La unión no es muy fuerte por lo que los neutrófilos no se unen del todo y comienzan a rodar.

− Adhesión. Una vez se da la fase anterior se produce la unión de los neutrófilos al endotelio mediante interacciones fuertes gracias a sus integrinas de superficie con otras moléculas de adhesión presentes en el endotelio (ICAM-1/ICAM-2).

− Transmigración (migración transendotelial). Una vez adheridas se produce este proceso también conocido como diapédesis que consiste en que gracias a moléculas expresadas en la superficie de neutrófilos y endotelio los neutrófilos pueden pasar entre dos células endoteliales.

Una vez concluido este proceso y gracias a un movimiento ameboide, se produce el avance de los neutrófilos hacia el foco de infección atraídos fundamentalmente por sustancias quimiotácticas entre ellas IL-8. Una vez llegan actúan fagocitando al patógeno en tres etapas:

− Adhesión. El neutrófilo (o fagocito en general) se une por su membrana al elemento a fagocitar. Una vez adherido ocurre el proceso de ingestión.

− Ingestión. El fagocito emite pseudópodos englobando al agente extraño y se forma en el interior del fagocito lo que denominamos fagosoma o vesícula fagocítica.



− Digestión. El fagosoma va a entrar en contacto con los lisosomas y se va a formar un fagolisosoma o vesícula digestiva que es donde se encuentran todas las enzimas y proteasas que hidrolizan al agente extraño.

Los fagocitos tienen capacidad de saber que deben fagocitar en un proceso que denominamos opsonización (p.e. las células del organismo tienen una superficie lisa, pero los microorganismos suelen tener la cubierta rugosa). Además de actuar por fagocitosis también son capaces de generar compuestos bactericidas que suelen ser radicales libres como anión superóxido (O2-) y el radical hidroxilo (OH-).

Si los neutrófilos no acaban con el proceso inflamatorio (inflamación aguda) llegan los monocitos (inflamación crónica) que una vez llegan al tejido se convierten en macrófagos. Tardan varias horas en llegar pero pueden estar ahí durante días y tienen mucha más capacidad de fagocitosis (incluyendo partículas mayores que bacterias).

Los macrófagos además de toda la maquinaria anterior tendrán lipasas que servirán para digerir algunas membranas bacterianas.

Al tiempo que a la zona inflamada llegan leucocitos la medula ósea aumenta su producción de granulocitos neutrófilos (neutrofilia) y monocitos (monocitosis).

3. Formación de pus. El pus es el conjunto de liquido intersticial junto con todas las células muertas, fagocitos y patógenos de la zona inflamada.

4. Resolución del proceso. Se da una vez que el pus ha desaparecido. Se regenera el tejido estimulado por los macrófagos.

En el proceso inflamatorio también intervienen otras células como los eosinófilos los linfocitos y las plaquetas. Durante todo el proceso se van a generar una serie de moléculas conocidas como mediadores de la respuesta inflamatoria:

− Proteasas plasmáticas

� Sistema del complemento

� Bradicininas

� Proteínas de coagulación y fibronilíticas

− Aminas vasoactivas

� Histamina � Serotonina

− Metabolitos del ácido araquidónico

� Prostaglandinas

� Tromboxanos

� Leucotrienos



− Citocinas proinflamatorias

� IL-1, IL-6

� TNF-alfa

� IL-8, IL-4, IL-2

− Otros

� NO � Factor activante de plaquetas (PAF)





Tema 17. Fisiología de las plaquetas y hemostasia

Generalidades

Las plaquetas o trombocitos son elementos formes de la sangre de un tamaño pequeño (2-4 µm de diámetro) carentes de núcleo y su forma es biconvexa, discoidal y plana con una vida media de 7 a 9 días.

Las plaquetas no son en sí mismas células ya que son fragmentos del citoplasma de su célula precursora: el megacariocito, que reside en la medula ósea y libera fragmentos de su citoplasma hasta generar unas 2000-3000 plaquetas.

En las plaquetas distinguimos unas zonas:

− Zona central o cromómero. Es la zona que contiene los gránulos y los lisosomas. Esos gránulos aportan su color basófilo a microscopía. En esta zona tenemos dos tipos de gránulos:

� Gránulos específicos de las plaquetas. Contienen por ejemplo factor de crecimiento derivado de las plaquetas (estimula la proliferación de células endoteliales de la pared vascular). También contienen factor de la coagulación y factor 3 plaquetario.

� Cuerpos densos. Los cuerpos densos contienen serotonina, calcio, ADP, ATP y tromboxano A2 entre otros.

− Hialómero. Se trata de la zona periférica incolora de la plaqueta.

Las plaquetas tienen en su superficie complejos glucoproteicos (Gp) mediante los cuales van a participar en la hemostasia y en la formación del tapón plaquetario.

El numero de plaquetas es entre 140.000-450.000 plaquetas/mm3 de sangre. Las cifras de la concentración plaquetaria disminuidas se denominan trombocitopenia y cuando las concentraciones están aumentadas hablamos de trombocitosis.



Hemostasia

La hemostasia es el conjunto de procesos fisiológicos que se ponen en marcha para reparar los daños producidos por una hemorragia y una vez detenida, restaurar la circulación sanguínea cuando un coágulo inservible obstruye la luz del vaso.

En la hemostasia van a participar tres estructuras:

� Plaquetas

� Pared del vaso

� Factores de la coagulación

Pared vascular

La pared del vaso consta de tres capas o túnicas nombradas de dentro a fuera:

− Túnica íntima. Es la capa más interna, en contacto directo con la sangre. Tiene a su vez dos capas:

� Endotelio. Es una única capa de células epiteliales que está en contacto directo con la sangre. Es capaz de liberar sustancias vasodilatadores (NO y prostacicilina) así como vasoconstrictoras (endotelina y PAF) con lo que regula el flujo sanguíneo y la presión arterial.

El endotelio actúa como si fuera una pared antitrombótica impidiendo en condiciones fisiológicas la adhesión plaquetaria.

� Subendotelio. El subendotelio tiene fibras de colágeno y de fibronectina. También es capaz de liberar sustancias como la serotonina, el Tx A2 y la adrenalina en respuesta a una lesión del endotelio (las libera ante el contacto con la sangre).

− Tunica media. Está constituida de células musculares lisas responsables de la contracción o relajación del vaso; si se estimulan por el SNS se produce vasoconstricción y si se estimulan por el SNPS se produce vasodilatación. También responden ante los estímulos del endotelio.

− Tunica adventicia. Se trata de la tunica externa y está constituida por colágeno y fibras de elastina.



Factores de la coagulación

Son proteínas circulantes en el plasma y se denominan con números romanos, agrupándose en tres grupos

− Factores dependientes de vitamina K. II, VII, IX y X

− Factores sensibles a la trombina. V, VII, VIII, XII y fibrinógeno

− Factores de contacto. XII, XI y precalceína

Mecanismos de la hemostasia

Distinguimos en la hemostasia tres tiempos:

− Hemostasia primaria

− Hemostasia secundaria (coagulación)

− Fibrinolisis

Hemostasia primaria

Es el conjunto de procesos fisiológicos que se ponen en marcha inmediatamente tras la lesión vascular y van a formar el trombo blanco o tapón plaquetario.

En esta fase hay a su vez dos etapas principales que se dan simultáneamente:

� Fase vascular. Cuando se lesiona el vaso se va a dar el espasmo o vasoconstricción del propio vaso la cual se produce como respuesta para limitar el flujo de sangre y acercar las plaquetas a la pared vascular. Se produce gracias a la estimulación del SNS y se produce la obstrucción de la luz del vaso.

En esta fase las plaquetas liberan sustancias vasoactivas (Tx A2, serotonina, adrenalina…)

� Fase plaquetaria. Las plaquetas normalmente circulan por la sangre y no se adhieren al endotelio pero ante la lesión del vaso se dan una serie de eventos:

− Adhesión plaquetaria. Segundos después de la lesión vascular se rompen las células endoteliales y la sangre se pone en contacto con el subendotelio. En este momento las plaquetas mediante sus



Complejos Gp se unen a las fibras de colágeno (Gp IaIIa y Gp Ib) con el complejo Gp Ib se une al colágeno gracias al factor de Von Willebrand (FvW), tras unirse emiten pseudópodos para crear mas uniones que afiancen mas su posición.

− Activación, secreción y agregación. En este momento secretan el contenido de sus gránulos (Tx A2, ADP, serotonina) que son agregantes plaquetarios con lo que atraen otras plaquetas las cuales se depositan unas encima de otras, lo cual es facilitado por el fibrinógeno.

Estos eventos crean el tapón plaquetario. Esto es suficiente para frenar la hemorragia en un vaso de pequeño calibre.

Hemostasia secundaria

La hemostasia secundaria es la fase donde se va a producir la coagulación gracias a una serie de reacciones enzimáticas en las que intervienen una serie de proteínas plasmáticas que denominamos factores de la coagulación.

Los factores de coagulación se nombran con números romanos y cada uno de ellos va a actuar como enzima de la reacción siguiente, por lo que también se denomina cascada de la coagulación.

Acaba con la formación de un coagulo insoluble de fibrina que atrapa también al resto de las células formes de la sangre (leucocitos y eritrocitos).

Tiene tres etapas secuenciales:

1. Activación de protrombina

2. Formación de trombina

3. Formación de fibrina



� Vía intrínseca. Es la que se pone en marcha por factores estrictamente sanguíneos como el cambio de condiciones fisicoquímicas de la sangre o que la sangre se ponga en contacto por el subendotelio. Esto causa que el factor XII se active lo que a su vez activa al factor XI (ambos factores forman el llamado sistema de contacto) que junto con el calcio activa al factor IX que junto con el calcio, el factor VII y los fosfolípidos plaquetarios activan al factor X.

� Vía extrínseca. Se pone en marcha cuando el estímulo proviene de fuera de la sangre por ejemplo que haya una lesión tisular lo que activa al factor VII que una vez activado junto con calcio y fosfolípidos membranarios activa al factor X.

� Vía final (común a las anteriores). El factor X junto con calcio y el factor V además de los fosfolípidos plaquetarios actúan sobre la protrombina transformándola en trombina la cual actúa sobre el fibrinógeno para formar fibrina. La fibrina formada establece enlaces con el factor XIII formando ya una red de fibrina (coágulo)



Fibrinolisis

Una vez formado el coágulo debe desaparecer, ya que si se desprende de la pared vascular formaría un trombo patológico obstructivo.

Cuando se ha reparado la lesión y se ha detenido la hemorragia es preciso destruir el coágulo en un proceso denominado como fibrinolisis.

El coágulo se degrada mediante digestión enzimática que se lleva a cabo mediante una proteasa que es la plasmina que se forma a partir de un precursor inactivo que es el plasminógeno que es una β-globulina (circulante normalmente por la sangre). El plasminógeno se activa por las sustancias liberadas por el endotelio (por ejemplo activador de plasminógeno t-PA).





Tema 18. Grupos sanguíneos eritrocitarios Sobre la superficie de los eritrocitos se van a sintetizar unos antígenos llamados aglutinógenos. Se conocen como 30 tipos distintos de antígenos, pero los más interesantes fisiológicamente son los del sistema AB0 y los del sistema Rh debido a que causan la reacciones transfusionales.

Sistema ABO

Los aglutinógenos de este sistema pueden ser del tipo A o del tipo B y definen los grupos sanguíneos, si no existe ni antígeno A ni B, el grupo sanguíneo es el 0.

A medida que tenemos una serie de antígenos eritrocitarios, el organismo va a sintetizar una serie de anticuerpos o aglutininas frente a los antígenos que no tiene.

Las aglutininas son inmunoglobulinas y algunas de ellas tienen dos o más sitios de unión a antígenos. Estas aglutininas comienzan a sintetizarse en el nacimiento por contacto con alimentos, bacterias, etc… Debido a que tienen dos o más sitios para antígenos al unirse con eritrocitos con antígenos extraños causarían que se aglutinaran entre ellos para formar una especie de grumo.

Sistema Rh

Tiene el mismo fundamento que el sistema AB0. Determina la presencia o no de un antígeno (antígeno D). Está comprendido por 6 tipos de antígenos:

� C

� c

� E

� e

� D

� d

La mayor parte de la población tiene el antígeno D, por lo que el sistema Rh determina si se tiene el antígeno D+ (Rh +) o bien no se tiene (Rh -).

Eritroblastosis fetal

La eritroblastosis fetal se produce cuando una madre (Rh –) tiene un hijo (Rh +). En este caso la madre sintetizará anticuerpos anti D que a través de la placenta pasan al feto lo que provoca la hemólisis de los eritrocitos fetales. La bilirrubina derivada de la degradación de la hemoglobina comienza a depositarse en sus tejidos, lo que causa que los recién nacidos con esta patología manifiesten ictericia. Una explicación alternativa del suceso se da en el cuadro adyacente.

*Estadística*

El grupo sanguíneo más prevalente es el grupo 0 (47% de la población). El siguiente es el grupo A (41% de la población), después va el grupo B (9%) y por último el grupo AB que se encuentra en un 3% de la población.



*Eritroblastosis fetal*

Según parece, en vez de lo que consta anteriormente el proceso podria darse de la siguiente manera:

1. Una madre Rh – tiene un hijo Rh +. Este hijo no tiene ningún problema debido a esto y nace normalmente

2. La misma madre tras el embarazo desarrolla anticuerpos anti D.

3. La madre queda embarazada de nuevo de un niño Rh +. Pueden ocurrir dos cosas:

3.1. Se le administra a la madre una vacuna anti anti D (supresora de anticuerpos anti D) por lo que el embarazo es normal. Es lo que se hace en clínica.

3.2. Si no se le administra a la madre la vacuna, el bebé sufrirá hemólisis y será un aborto espontáneo: es imposible que sobreviva 9 meses sin eritrocitos.





Bloque III

Neumología

− Tema 19. Componentes y funciones del aparato respiratorio

− Tema 20. Movimientos respiratorios

− Tema 21. Volúmenes y capacidades pulmonares

− Tema 22. Resistencias elásticas pulmonares

− Tema 23. Resistencias no-elásticas pulmonares

− Tema 24. Ventilación alveolar

− Tema 25. Relación ventilación-perfusión alveolar

− Tema 26. Transporte de gases en sangre

− Tema 27. Regulación química de la respiración

− Tema 28. Regulación no-química de la respiración



Tema 19. Componentes y funciones del aparato respiratorio

Generalidades

El aparato respiratorio tiene dos componentes:

� Órgano intercambiador de gases. Son los pulmones. En el intercambio gaseoso los pulmones están estrechamente acoplados a la circulación pulmonar para hacer eficaz el intercambio de gases.

� Motor. Se trata de la caja torácica y los músculos respiratorios controlados por el sistema nervioso.

Pulmones y vías aéreas

Cuando los pulmones están llenos de aire, en volumen, el 80% del total de volumen es aire y el resto está formado por tejido pulmonar y sangre.

El tejido pulmonar representa el 10% y forma el parénquima de colágeno y elastina en el que existen vías aéreas y vasos sanguíneos.

Las vías aéreas son:

− Superiores. Boca + fosas nasales � Faringe � Laringe

− Inferiores. Tráquea � Alvéolos

Las hay de dos tipos

� Conductoras de aire. Tráquea (generación 0) � Generación 16

� Vías intercambiadoras. Generación 17 � Generación 23

En ellas se intercambia el gas. Representa una superficie de unos 70 m2 (40 veces la superficie corporal).

En las vías aéreas mas grandes tienen mucho cartílago y poco músculo liso, las intermedias tienen mucho músculo liso que regula el diámetro de la vía, y en la pared del epitelio hay células ciliadas y células secretoras de moco. Los cilios baten hacia fuera de las vías aéreas para expulsar el moco hacia el exterior, ya que este moco atrapa las partículas que respiramos, teniendo este sistema cilio-mucoso una función defensiva.

*Clínica*

El frío disminuye o paraliza la motilidad de los cilios, por tanto pierden la capacidad de movilizar el moco y se facilita la aparición de infecciones.



Alvéolos

Los alvéolos son los sacos acinares (con forma de racimo) finales a donde llega el aire de la respiración. La pared alveolar está formada por:

− Neumocito I. Son células grandes y aplanadas que ocupan el 93% de la pared alveolar.

− Neumocito II. Son células pequeñas que ocupan menos del 7% de la pared alveolar. Secretan el surfactante pulmonar.

La unidad alveolo-capilar es la unidad funcional elemental del sistema respiratorio, de forma que cada alveolo está rodeado aproximadamente por 1000 capilares.

La membrana respiratoria está formada por la pared alveolar, el espacio intersticial y la pared capilar. Debe medir menos de 1 µm de grosor es por donde difunde el O2 y el CO2.

Caja torácica

Se trata del motor que moviliza el aire para entrar y salir de los pulmones.

Está formada por parte de las vértebras, las costillas y el esternón. A su vez tiene los músculos respiratorios cuyo principal representante es el diafragma.

En reposo el diafragma es el único músculo que mueve la caja torácica, pero con una respiración trabajosa también actúan los músculos auxiliares:

� Intercostales internos y externos

� Escalenos

� ECM

� Pectoral mayor

� Abdominales

Los pulmones están rodeados por una lámina de tejido conjuntivo que es la pleura visceral, que a su vez está rodeada por otra lámina semejante (pleura parietal) pegada a las costillas. Entre ambas pleuras hay un espacio virtual llamado cavidad pleural que está relleno de líquido pleural que permite que deslicen ambas láminas.

Cuando el tórax se expande, tira de la pleura parietal que a su vez gracias al líquido lubricante tira de la pleura visceral que esta adherida a los pulmones, con lo que estos se expanden.



Desarrollo embrionario

El desarrollo de los pulmones comienza en el periodo embrionario y finaliza varios años tras el nacimiento.

En el periodo perinatal las vías aéreas están llenas de líquido, y en ese periodo maduran los neumocitos II (secretoras del surfactante pulmonar). En este periodo también madura la porción del sistema nervioso que controla el sistema respiratorio.

En el nacimiento existen 20-50 millones de alvéolos y hacia los 8 años de edad se alcanzan los 300 millones de alvéolos. A partir de este punto ya no aumenta el numero, aunque si su tamaño (alrededor de los 20 años se llega al tamaño definitivo).

En el feto no existe movimiento respiratorio y el pulmón fetal por tanto además de estar lleno de líquido carece de función respiratoria (el oxígeno le llega de la circulación placentaria). Cuando el bebé nace, cuando se interrumpe el cordón umbilical aparecen los primeros movimientos respiratorios, en los que entra aire y se expulsa el líquido.

La presencia de líquido en las vías aéreas así como pequeños espasmos respiratorios en el feto es lo que mantiene distendidas las vías aéreas, lo que es imprescindible para la adecuada maduración de las mismas.

Inervación del aparato respiratorio

Los músculos respiratorios tienen inervación somática, particularmente el diafragma está inervado por el nervio frénico (C3-5).

Además de la inervación somática de los músculos existe inervación vegetativa de las vias aereas:

� Simpática. Es poco abundante, pero las vías intermedias con músculo liso tienen receptores ββββ-adrenérgicos los cuales se activan además de por la inervación del SNS por las catecolaminas que secreta la médula suprarrenal. Esto provoca broncodilatación.

� Parasimpática. Se produce a través de los nervios vagos que secretan Acetilcolina que activa los receptores muscarínicos lo que provoca broncoconstricción. Esta inervación es el principal determinante del diámetro de las vías aéreas por lo que es la inervación vegetativa más importante.

Además de estas inervaciones hay otras fibras que inervan las vías aéreas no secretan ni adrenalina ni acetilcolina. Son las fibras no adrenérgicas-no colinérgicas (NANC). Dentro de este grupo hay fibras que son excitatorias (broncoconstrictoras) y otras son inhibitorias (broncodilatadoras, que liberan NO, péptidos intestinal vasoactivo (VIP), etc…).

Por ultimo hay fibras aferentes de las vías aéreas que intervienen en las respuestas reflejas.



Funciones del aparato respiratorio

La función más sobresaliente, será lógicamente desempeñar el intercambio de gases, introduciendo O2 a cambio de expulsar CO2.

Al expulsar CO2 el aparato respiratorio interviene en la regulación del pH. Recordemos que el CO2 se combina con agua para formar ácido carbónico que se disocia en bicarbonato disminuyendo por tanto el pH, por lo tanto la eliminación de CO2 protege el equilibrio de hidrogeniones en sangre.

Otras funciones del sistema respiratorio son:

� Mecanismos defensivos. Las vías aéreas están en contacto continuo con el aire circundante, y se pueden introducir partículas patógenas, por lo que las vías aéreas deben tener mecanismos de defensa como el sistema cilio-mucoso, células fagocitarias, sistemas MALT, etc…

� Reservorio sanguíneo. La circulación pulmonar aloja aproximadamente 1 L de sangre.

� Filtro. Cuando llegan émbolos circulantes a los pulmones, muchos de ellos son destruidos gracias a un sistema fibrinolítico muy avanzado (heparina secretada por los mastocitos fundamentalmente).

� Metabólica y endocrina. Los neumocitos II forman y secretan el surfactante, también los pulmones sintetizan proteínas (elastina y colágeno) y en la circulación pulmonar se transforma la renina en angiotensina (angiotensina I � angiotensina II) gracias a la enzima conversora de la angiotensina, abundante en la circulación pulmonar.

La enzima conversora de la angiotensina no solo convierte la renina en angiotensina sino que degrada la bradicinina.

En los pulmones también se secretan una gran cantidad de sustancias y se retiran otras muchas de la sangre, por tanto podemos afirmar que la circulación pulmonar actúa de forma importante en la modificación de la composición sanguínea. También hay gran cantidad de histamina que causa una marcada broncoconstricción (broncoespasmo) la cual se libera en procesos alérgicos.

Daño y reparación de las vías aéreas

Las vías aéreas están expuestas a la agresión de las partículas que se encuentran suspendidas en el aire (tóxicos, polución, tabaco, bacterias…). Los neumocitos I y el endotelio capilar son muy sensibles y se dañan con relativa facilidad, y los huecos cuando la agresión es repetida se rellenan por tejido cicatricial de fibrina, lo que causa el engrosamiento de la pared alveolar y dificultad en la respiración.

Las células endoteliales capilares pueden renovarse más fácilmente, pero los neumocitos I no reaparecen al carecer de mitosis, y el hueco que dejan se rellena por los neumocitos II.





Tema 20. Movimientos respiratorios

Generalidades

El tórax y los pulmones se mueven al unísono al expandirse y retraerse, por ello el tórax es el motor que expande los pulmones, teniendo un papel activo (consume energía) y los pulmones siguen al tórax de forma pasiva. Durante la retracción el movimiento es totalmente pasivo y se debe al rebote elástico del tejido pulmonar.

El seguimiento de los pulmones al tórax se debe a que las pleuras parietal y visceral no se pueden separar, únicamente pueden deslizar debido al líquido pleural, por tanto si el tórax tira de la pleura parietal, la pleura visceral unida a los pulmones la seguirá.

Si por alguna razón la cavidad pleural comunica con el exterior, debido a que la presión en la cavidad es negativa (inferior a la atmosférica) entrará aire a la cavidad pleural dándose la patología conocida como neumotórax.

Movimientos respiratorios

Serán dos, la inspiración y la espiración.

La inspiración tanto en reposo como forzada es un proceso activo que consume energía. En reposo la realiza el diafragma descendiendo la cúpula diafragmática con lo que tira de los pulmones hacia abajo expandiéndolos. Durante el ejercicio o respiración trabajosa participan los músculos respiratorios accesorios (intercostales externos, escalenos, ECM)

La espiración en reposo es pasiva y se debe al rebote elástico de los pulmones. Cuando el tórax deja de expandir los pulmones, estos se retraen y arrastran al tórax. Durante la actividad física o espiración forzada es activa participando músculos espiratorios (intercostales internos y abdominales).

El diafragma está inervado por el nervio frénico

*Clínica*

En el neumotórax la pleura parietal se separa de la visceral, lo que causa el rebote elástico del pulmón que se retrae enormemente quedando en forma de muñón inservible, y produce dolor y una enorme dificultad respiratoria.



Presiones y características del aparato respiratorio

Se consideran 4 presiones:

� Presión pleural ó torácica. Presión entre la pleura parietal y la visceral. Para medirla es preciso pinchar en un espacio intercostal aunque normalmente se mide mediante una sonda esofágica ubicada en su porción inferior, y la pared del esófago sigue pasivamente los movimientos de la presión pleural. Es una presión negativa por la tendencia que tiene la pleura visceral a separarse de la parietal.

Es aproximadamente de -10 cm de H2O en la parte superior de los pulmones y en la base de -3 cm de H2O.

� Presión alveolar ó intrapulmonar. Se mide mediante la presión bucal, la cual para que refleje la presión alveolar ambas deben estar en equilibrio de flujo aéreo (boca cerrada sin movimientos respiratorios). Es ligeramente diferente a la presión atmosférica.

� Presión transpulmonar. Es la diferencia que hay entre la presión alveolar y la presión pleural y refleja fundamentalmente el rebote elástico de los pulmones (tendencia que tienen los pulmones a retraerse). Cuanto más negativa es la presión pleural, mayor es la presión transpulmonar.

PATVA PPP −=

� Presión transtorácica. Es la diferencia entre la presión pleural y la presión atmosférica. Es un parámetro poco usado.

AtmPTT PPP −=

El aparato respiratorio también tiene una serie de características y propiedades mecánicas:

− Compliance. Se trata de la distensibilidad o adaptabilidad de los pulmones y del tórax y consiste en la mayor o menor facilidad con la que se expande.

*Clínica*

En ocasiones el hemidiafragma de uno de los dos lados no solo no desciende sino que asciende. Esto se debe a que no se contrae y el pulmón lo arrastra hacia arriba, lo que está provocado por la parálisis de uno de los nervios frénicos (derecho o izquierdo).



− Elasticidad o rebote elástico. Se trata de la tendencia que tiene el sistema toracopulmonar de recuperar el estado de reposo

Las presiones (alveolares y pleurales) de una respiración en reposo (en la que hay un trasiego de unos 500 mL de aire) se dan los siguientes eventos:

1. Reposo. Presión alveolar 0 cm H2O. Presión pleural -5 cm H2O.

2. Inspiración. Presión alveolar negativa (-2 cm de H2O), con lo que entra aire. La presión pleural se hace muy negativa (-8 cm de H2O).

3. Espiración. La presión alveolar se vuelve positiva (+2 cm de H2O) y se expulsa el aire. La presión pleural vuelve a sus valores normales.

4. Reposo





Tema 21. Volúmenes y capacidades pulmonares

Generalidades

Estas magnitudes dependen de varios factores:

� Tamaño corporal en relación directamente proporcional

� Edad

� Sexo (debido principalmente al tamaño corporal) aproximadamente en mujeres la capacidad es un 25% menor que la de varones de la misma edad.

� Raza

Se consideran normales valores que están entre el 80-120% del valor predecible de capacidad respiratoria.

Al medir el volumen de aire, éste depende de la presión y temperatura existentes en el recipiente, por tanto consideramos tres condiciones para las volumetrías pulmonares:

� ATPS (Temperatura y presión ambiental). Condiciones del laboratorio donde medimos el volumen pulmonar (saturado con vapor de agua). Esta condición refleja lo que mide el aparato

� BTPS (Temperatura y presión corporal). Se trata de las condiciones corporales del sujeto, con volumen también saturado con vapor de agua. Debe ser un 10% mayor que el que nos marca el aparato. Es estable con independencia del medio.

� STPD (Temperatura y presión estándar). Se utiliza para calcular el índice metabólico corporal y es un 10% menor que la medida en el aparato.

� T= 0º C

� P= 1 atm

� Humedad= Dry

Medida de los volúmenes y capacidades pulmonares

Espirometría

Se lleva a cabo mediante espirómetros, estos constan de dos partes principales:



− Campana. Llena de oxígeno puro o bien aire. El paciente absorbe oxigeno y expulsa aire con CO2.

− Recipiente. Contiene carbonato o sal de calcio que retiene CO2.

Una espirometría requiere colaboración del paciente. Se acopla el espirómetro y el paciente comienza a respirar en reposo sin forzar el tórax. En el espirómetro se registran gráficas en forma de onda, la amplitud de la onda es el VV (volumen ventilatorio) que en el varón es de 500 mL.

En inspiración forzada se produce un pico que desde el máximo de VV se registra el volumen de reserva inspiratorio (VRI) que es de 3000 mL en el varón.

En espiración forzada se produce un bajón que desde el mínimo de VV se registra el volumen de reserva espiratorio (VRE) que es de 1200 mL en el varón. En espiración forzada nunca se expulsa el total de aire de los pulmones, por tanto el volumen que queda en el interior tras la espiración forzada se denomina volumen residual (VR) en torno a los 1200 mL y no es posible medirlo mediante el espirómetro

Capacidades pulmonares

La capacidad pulmonar es la suma de 2 o más volúmenes, por lo que tenemos:

� Capacidad vital (CV). Es la suma del VV + VRI + VRE. Sumará por tanto un total de 4700 mL en el varón estándar (en mujeres unos 3500 mL).



� Capacidad pulmonar total (CPT). Es la suma de VV + VRI + VRE + VR. Será de unos 6 L (en mujeres 4,5 L). No es ponderable mediante espirometría.

� Capacidad residual funcional (CRF). Es la suma de VRE + VR. Será de 2,4 L en varones. No es ponderable en espirometría.

El volumen residual (VR) y la capacidad residual funcional (CRF) tienen la misma función. Recordemos que el VR es el aire que queda en los pulmones tras la espiración forzada, y la CRF es el aire que queda en los pulmones tras terminar una espiración en reposo.

El significado es que siempre queda aire en los pulmones para que continúe el intercambio de gases con los capilares pulmonares y además evita que cuando entra aire fresco se produzcan cambios muy bruscos.

Para ponderarlas hay 3 procedimientos:

− Método de dilución del helio. Consiste en que antes de empezar la prueba el paciente se conecta al espirómetro y en el espirómetro hay aire con He (10% de saturación). El paciente está tras una espiración en reposo, tras la que se abre la comunicación con el espirómetro y está unos minutos.

Al cabo de un tiempo todo el aire del espirómetro y pulmones se iguala. El helio restante estará menos concentrado

− Lavado de N2 de Fowler. Se conecta al paciente a un espirómetro de volumen conocido (Ve). Al final de una espiración relajada los pulmones tienen un volumen CRF con una concentración de N2 del 80%.

*Clínica*

Con el espirómetro podemos conocer la CV pero no la CPT al desconocer el VR.

La frecuencia respiratoria en el adulto está entre 12-15 respiraciones por minuto.

El volumen respiratorio (VR/min) es igual a 6L.



En el espirómetro no hay nitrógeno sino oxígeno puro de forma que si el paciente respira O2 puro durante unos 7 minutos el paciente espira todo el nitrógeno el cual pasa al espirómetro, donde encontraremos habrá una concentración ponderable que nos revelará el CRF

− Pletismografía. Se trata del método más utilizado. Un pletismógrafo se trata de una cabina de volumen conocido al que se conecta un espirómetro que permite medir el flujo. Al comienzo de una pletismografía se calibra el aparato, cerrándolo herméticamente y midiendo la presión de su interior, y con una jeringa graduada se inyectan volúmenes de aire obteniendo una curva presión/volumen para hacer una recta de calibrado.

La pletismografía se lleva a cabo cuando el paciente lleva a cabo una espiración tranquila (CRF restante) equilibrándose las presiones (P1 = Patm).

Al paciente se le cierra la boca y la nariz y se le pide que haga movimientos inspiratorios, expandiéndose el volumen pulmonar aunque no entre aire. Ese volumen causa que aumente la presión del pletismógrafo (P2). Esto se realiza aumentando gradualmente la fuerza de las inspiraciones en vacío. De ahí tenemos que un cambio de volumen pulmonar (dV) se traduce en un cambio de presión en el pletismógrafo, traducible a una serie de datos:



*Métodos de ponderación*

Método de dilución del helio. Partimos de un volumen de helio (He) conocido:

VRECRFVR

He

HeHeVolumen

He

HeVolumenHeVolumenCRF

HeCRFHeVolumenHe

HeVolumenHe

oespirómetroespirómetroespirómetr

oespirómetr

oespirómetr

−=

−=

−=

+=

=

]'[

]'[%)]10(·([

]'[

]'·[%)]10(·[

])'·[(])'·[(

%)]10(·[

Método de lavado de N2

VRECRFVR

NVolumenCRF

CRFNVolumenN

irado

irado

−=

=

==

80,0

]·[

8,0·]·[

2exp

2exp2

Pletismografía. Tras una espiración en reposo la presión alveolar es igual a la atmosférica (P1)

Ley de Boyle � cteVP =·

Tras una espiración en reposo VPulmonar = CRF � cteCRFP =·1

Tras una inspiración “al vacío” la presión alveolar disminuye (P2) y hay una variación del volumen toracopulmonar (dV)

VRECRFVR

PP

dVPCRF

dVPPPCRF

dVPCRFPCRFPdVCRFPCRFP

−=

−=

=−

=−+=

)(

·

·)(

···);·(·

21

2

221

22121



Interpretación de los volúmenes y capacidades pulmonares

Medir estos volúmenes y capacidades es una prueba complementaria para conocer la función respiratoria, pero no es una prueba diagnóstica y sirve para valorar la eficacia de un tratamiento respiratorio o bien el avance de una enfermedad.

Las enfermedades pulmonares se clasifican en dos grandes grupos

� Enfermedades obstructivas. Hay dificultad para espirar el aire (por ejemplo asma bronquial).

� Enfermedades restrictivas. Esta lesionado el tejido elástico y por tanto se resiente la compliance pulmonar por lo que cuesta que se expandan (enfisema).

En la práctica suelen ocurrir mezclas de ambos tipos de enfermedad, predominando uno de ellos.

*Aclaración de términos*

El volumen ventilatorio (VV) significa que cuando inspiramos en reposo introducimos 500 mL y cuando espiramos expulsamos 500 mL.





Tema 22. Resistencias elásticas pulmonares

Mecánica respiratoria

La mecánica respiratoria estudia las propiedades mecánicas de tórax y pulmones y conocerla es fundamental, ya que las propiedades mecánicas junto con la interacción toracopulmonar determinan las capacidades pulmonares y la función pulmonar.

Se suele medir en dos condiciones:

� Estáticas. Volumen constante (no entra ni sale aire)

� Dinámicas. Volumen cambiante

La alteración de la mecánica respiratoria conduce a la insuficiencia.

Trabajo respiratorio

Respirar cuesta un cierto trabajo. En condiciones de reposo el trabajo es pequeño, pero en ciertas circunstancias el trabajo puede ser muy elevado y ese trabajo se debe a que hay que vencer una serie de resistencias:

− Resistencias elásticas

− Resistencias no elásticas

En reposo el oxígeno que consumen los músculos respiratorios es <5% del total de oxigeno, pero en ocasiones puede llegar a ser el 30% del total.

Resistencias elásticas

Las resistencias elásticas se encuentran presentes en condiciones estáticas y dinámicas. Recordemos que los pulmones se basaban en dos conceptos:

� Compliance. Distensibilidad ó adaptabilidad

� Elasticidad. Rebote elástico

Ambas son aproximadamente inversas en condiciones normales.

*Recordatorio*

Si entra aire en la cavidad pleural el pulmón sufre rebote elástico al no estar retenido por la pleura, y se sufre el neumotórax, donde se respira con dificultad, o directamente no hay capacidad respiratoria.



Componentes de la resistencia elástica

Por un lado está el componente del propio tejido elástico (el parénquima pulmonar tiene colágeno y elastina) pero el principal componente es la tensión superficial presente en la pared alveolar.

La tensión superficial que soportan la pared de los alvéolos es tendente a que se cierren (colapso ó atelectasia). Cuando los pulmones se llenan con aire la relación presión/volumen es distinta en la inspiración que en la espiración, debido a que cuando se llenan con aire se crea una interfase líquido-aire y por tanto hay una tensión superficial que tiende a cerrarlos.

El surfactant está secretado por los neumocitos tipo II y su composición es en su mayor parte fosfolípidos (90%) y proteínas (10%). Los fosfolípidos en su mayor parte están formados por lecitina (dipalmitoilfosfatidilcolina).

El surfactante se deposita en la superficie interna de los alvéolos formando una frontera entre la pared alveolar (mayoritariamente acuosa) y el aire. El surfactante por ello disminuye la tensión superficial actuando igual que un detergente y a la vez contribuye a disminuir la cantidad de liquido alveolar.

El surfactante por todo lo anterior disminuye el trabajo elástico pulmonar. Tiene especial importancia en los recién nacidos, y es medible en el líquido amniótico, y su presencia en el liquido amniótico da idea de la madurez del sistema respiratorio fetal. Si los niveles están muy disminuidos el recién nacido tendrá problemas pulmonares y se debe aplicar surfactante sintético por vía traqueal.



Compliance estática

La compliance estática es establecer la relación volumen/presión en los pulmones y se puede medir para los pulmones solos, para el tórax solo, o bien para el sistema completo:

� Pulmones solo

� Laboratorio. En el animal se le abre el tórax y se le coloca una sonda en la tráquea que permite medir la presión y aplicar volúmenes conocidos de aire.

� Clínica. Se mide en primer lugar la presión en la boca (presión alveolar) y la presión esofágica (presión pleural) y de ahí calculamos la presión transpulmonar. Mientras tanto con el espirómetro se miden los volúmenes de aire.

Las curvas P/V mediante la inspiración son distintas que en la espiración. En la inspiración observamos que tiene forma sinusoide y en la espiración observamos que al principio, con una escasa disminución de volumen baja mucho la presión. Es más común medir la compliance espiratoria.

En volúmenes bajos (rango VV) se marca una pendiente que marca la conpliance espiratoria.

Una compliance pulmonar normal es de 0,2 L/cm H2O.

� Compliance estática total (pulmón + tórax). Se mide la presión alveolar y la presión atmosférica que rodea al tórax. Describe una curva sinusoide.

Cuando los pulmones tienen poco aire (volumen residual 1200 mL) el tórax tiene un rebote elástico que tiende a la expansión. El tórax se expande

Cuando los pulmones tienen algo de aire (VRE 2400 mL) el tórax tiende a expandirse y los pulmones a contraerse, hay por tanto equilibrio y existe estabilidad.

*Clínica*

Cuando un paciente tiene fibrosis los pulmones están rígidos y aumenta la presión a bajos volúmenes.

En el caso del enfisema el pulmón se expande muy fácilmente debido a la rotura de muchas paredes alveolares



Si el volumen pulmonar es mayor que la CRF el conjunto tiende a la contracción.

La compliance estática total es de 0,1 L/cm H2O (aproximadamente la mitad que la compliance pulmonar)

� Compliance estática torácica. Se mide en términos de elasticidad (opuesta a la compliance). La elasticidad torácica y pulmonar están en serie, de forma que la elasticidad total (ET) será igual a:

Si la elasticidad se opone a la compliance entonces: C

ET

1=

tTóraxPulmonarT CCCC

1

2,0

1

1,0

1111++=+=

Ct = 0,2 L/cm H2O

Por tanto la inversa de la compliance total será igual a la inversa de la compliance pulmonar mas la inversa de la compliance torácica (0,2 L/cm H2O) de forma que es aproximadamente igual a la compliance torácica.

Se mide la presión pleural y la presión atmosférica y el volumen pulmonar. Cuando el volumen es el 60-70% de la capacidad pulmonar total, el tórax no tiene rebote (el sistema está en reposo).

La compliance sirve para realizar estudios clínicos para comprender las enfermedades pulmonares de ambos tipos (sobre todo las restrictivas) y las enfermedades torácicas (cifoescoliosis, enfermedades articulares, musculares…).

De las gráficas deducimos que la compliance pulmonar depende del volumen que tenga, y la relación compliance/volumen se denomina compliance específica y es la que más valor informativo tiene al no depender del volumen de llenado en cada momento.





Tema 23. Resistencias no-elásticas pulmonares

Generalidades

Como decíamos en el tema anterior el trabajo respiratorio se emplea en vencer las resistencias elásticas y las resistencias no-elásticas.

Las resistencias elásticas recordemos, se deben a la tensión superficial y a la elasticidad del propio tejido.

Las resistencias no-elásticas o friccionales se deben al rozamiento que causa el paso del aire por las vías aéreas. Estas resistencias friccionales se producen únicamente en condiciones dinámicas. Se deben a dos factores:

� Flujo de aire (80% de la resistencia)

� Viscosidad o deformación del tejido (20% de la resistencia).

La mayor parte de la resistencia al flujo ocurre en las vías aéreas superiores (Boca/nariz (50%)� Laringe (25%)). A medida que nos alejamos en las vías aéreas, la resistencia al paso va disminuyendo.

Las vías aéreas desde la traquea a los alvéolos se dividen 23 veces y los orificios donde se forman las nuevas generaciones son irregulares y va disminuyendo el diámetro en las sucesivas generaciones.

En las vías superiores el flujo no es laminar sino turbulento (se crean remolinos) lo que genera mayor resistencia del aire. En la parte más distal (bronquiolos respiratorios) si que se da el flujo laminar.

Las vías aéreas, en particular las pequeñas (con músculo liso en sus paredes) tienen un diámetro variable, lo que es afectado por:

� Factores físicos. Uno de ellos es la presión transmural. También cuando inspiramos se abren las vías y cuando se expulsa el aire disminuye el diámetro. Cuando más aire tengan los pulmones más distendidas están las vías y aumenta el diámetro.

� Factores fisiológicos. Como los nerviosos (inervación simpática y parasimpática).

La estimulación simpática provoca broncodilatación y la vagal o parasimpática provoca broncoconstricción.

Hay factores químicos como la adrenalina y el isoproterenol activa los receptores ββββ-adrenérgicos lo que provoca broncodilatación. La acetilcolina parasimpática activa los receptores colinérgicos que produce broncoconstricción.



� Reflejos. Como la respiración de aire contaminado, que producen broncoconstricción. La hipoxia o el aumento de la PCO2 también producen broncoconstricción.

Compliance dinámica

Es aquella que ocurre cuando entra y sale aire y se determina mediante curvas presión-volumen (aunque de forma diferente a la compliance estática). Mientras que las condiciones estáticas solo intervienen las resistencias elásticas, en las condiciones dinámicas intervienen los dos tipos de resistencias, lo que indica cierta relación entre ambas compliances.

En condiciones normales con una frecuencia respiratoria inferior a 15 respiraciones/minuto la compliance estática es superior a la dinámica pero si la frecuencia respiratoria aumenta, el flujo de aire aumenta y la compliance dinámica se impone a la estática.

En condiciones dinámicas la curva presión/volumen se determina o bien durante la inspiración o bien durante la espiración, y se realiza respirando volúmenes relativamente pequeños (1 L o menores), y se realiza con la CRF dentro de los pulmones.

Al principio no entra ni sale aire y al final una vez introducido el VV tampoco entra ni sale aire, pero desde la inspiración hasta el regreso se produce la compliance dinámica. Se entiende que el área en azul es el trabajo que se produce durante la inspiración, y el área en amarillo representa el trabajo durante la espiración.



Resistencia al flujo aéreo

En las vías más grandes el flujo es turbulento (sobre todo en las superiores) y solo en las pequeñas tenemos flujo de tipo laminar. Es menor la resistencia al paso del aire de las vías pequeñas ya que se consideran colectivamente, de forma que la sección total es muy grande.

La resistencia se calcula dividiendo la presión por el flujo, de forma que la resistencia de las vías aéreas:

Flujo

PPsistencia 21Re

−=

En la espiración:Flujo

PP bocaalveolar −

En la inspiración: Flujo

PP alveolarboca −

En condiciones normales está en torno a 0,5-1,5 cm H2O/L/seg.

Se mide de tres formas

� Pletismografía corporal

� Espirometría

� Curvas de flujo volumen

Pletismografía

El paciente se conecta a un neumotacógrafo que mide la resistencia al paso de aire, que va provisto de una instrumentación capaz de medir la presión en la boca.

En primer lugar se calibra el aparato, lo que se lleva a cabo tras una espiración de reposo, tras la cual se mide la presión en la boca y la presión en el pletismógrafo. Después se le pide que cierre la boca y se hagan inspiraciones, y en cada inspiración se relajan los músculos y se mide la presión alveolar y la presión en el pletismógrafo. Con esas medidas podemos calcular la relación que hay entre la presión alveolar y la presión del pletismógrafo. Esto sirve para calcular la presión alveolar a partir de la presión en el pletismógrafo.

Al inspirar o espirar se producen cambios en la presión bucal (que ahora no refleja la alveolar) y en la presión del pletismógrafo (que si la refleja). El flujo se mide con un neumotacógrafo utilizando las formulas matemáticas que ya hemos visto.



Espirometría

El paciente se conecta al espirómetro que contiene oxígeno puro. Una vez el paciente se habitua al aparato, se le pide que llene los pulmones al máximo, y una vez lo hace se le pide que se detenga un momento y haga una espiración forzada.

La primera parte, que en la grafica denominamos esfuerzo muscular depende del estado funcional de la caja torácica y los músculos respiratorios (además de la colaboración del paciente), tras esta primera parte se da una segunda parte debida al rebote elástico de los pulmones.

Durante el primer segundo se desaloja un volumen (FEV 1) llamado volumen espiratorio forzado en el primer segundo. Este volumen puede depender de la capacidad vital del paciente y se expresa como porcentaje de la capacidad vital. El valor normal es que ese volumen espiratorio forzado sea el 83% de la CV.

Durante el tercer segundo hablamos de la FEV 3 (volumen espiratorio forzado del 3er segundo) y se realiza una espiración casi total.

Si unimos la curva del FEV1 con la del FEV 3 nos sale una recta cuya inversa de la pendiente es la resistencia no-elástica.



Pueden darse alteraciones patológicas a estas capacidades:

� Enfermedades obstructivas. En caso de broncoespasmo la pendiente es menor, por lo que la resistencia es mayor

� Enfermedades restrictivas. En una enfermedad de este tipo (disminución del tejido elástico) la pendiente es casi normal, con volúmenes disminuidos.

Curvas flujo-volumen

El flujo varía según el volumen pulmonar debido a que este afecta al diámetro de las vías aéreas. Cuando los pulmones están llenos de aire, se solicita una espiración forzada y rápida, en la que se llega a un flujo máximo tras lo cual comienza a disminuir paulatinamente hasta el final.

Compresión dinámica

En una situación en la que la espiración se realiza con esfuerzos crecientes, se lleva a la conclusión de que todas terminan en el mismo sitio, debido a que el final es involuntario y depende del rebote elástico.

Durante una situación de reposo se equipara la presión entre las vías aéreas, la boca y la presión alveolar. En una espiración forzada tenemos que la presión alveolar aumenta, así como la presión pleural. La presión bucal en cambio se mantiene en 0. Se mantiene la presión transpulmonar.

Presión alveolar – Presión bucal = +60

Lo que quiere decir que hay flujo (de mayor presión a menor, es decir, sale aire de los alvéolos).



Hay un punto en que las vías aéreas tienen una presión igual a la pleural (punto de igual presión) y si avanzamos mas tenemos un punto en que la presión (+30) es menor que la pleural, lo que ralentiza el flujo debido a la compresión dinámica.





Tema 24. Ventilación alveolar

Generalidades

Como ya sabemos las vías aéreas se dividen en zona conductora y zona de intercambio.

Para el volumen inspirado (VV) aproximadamente 1/3 reposa en la zona conductora y el resto (2/3) se encuentra en la zona de intercambio o alveolar. Este volumen que encontramos en la zona de intercambio es la que denominamos ventilación alveolar. La zona conductora se denomina espacio muerto anatómico (EMA) y en el adulto es de aproximadamente 150 mL.

Volumen ventilatorio (VV) = VEMA + VAlveolar

Espacio muerto

Anatómico y fisiológico

El espacio muerto anatómico (EMA) es la zona de las vías aéreas que al carecer de capilares de la circulación pulmonar, no interviene en el intercambio de gases. En el adulto mide 150 mL.

El espacio muerto alveolar se refiere al volumen de aire que se encuentra en los alvéolos que no tienen perfusión. En condiciones normales todos los alvéolos tienen riego sanguíneo, por lo que este espacio muerto es patológico.

El espacio muerto fisiológico (EMF) es el espacio funcional que no intercambia gases, y consiste en la suma del espacio muerto anatómico y el espacio muerto alveolar. En condiciones normales al no haber espacio muerto alveolar, el EMA y el EMF se equiparan.

Espacio muerto y composición del aire

El aire atmosférico seco a nivel del mar tiene una serie de valores:

� pO2 = 159

� pCO2 = 0

� pN2 = 601

� pH2O = 0

La composición del aire del EMA es distinta en la inspiración y la espiración.



Pero en cambio durante la respiración el aire del EMA varia su composición de la siguiente forma:

El espacio muerto se mide mediante los métodos de Fowler y el método de Bohr:

� Ponderación del EMA mediante lavado de N2 (Fowler). El paciente respira oxigeno puro y expulsa su aire al espirómetro y tras eso examinamos la concentración de nitrógeno a medida que el paciente va espirando. Distinguiremos tres zonas:

I. Zona sin N2. Corresponde al principio del EMA

II. Zona con concentraciones crecientes. Si trazamos una línea que divide la fase II en dos mitades, tenemos una zona que abarca 150 mL y corresponde a la totalidad del EMA

III. Zona estable. Corresponde a la ventilación alveolar

Renovación del aire

Durante la inspiración entra aire oxigenado (en reposo el VV) y dentro de las vías aéreas siempre hay aire (CRE en condiciones de reposo y VR en condiciones de actividad) que en condiciones de reposo es de 2400 mL.

En cada inspiración en reposo entran 350 mL de aire nuevo con 2400 mL viciados, lo que evita un cambio brusco en cuanto a presión, algo fundamental para la homeostasis.



Respecto a la presión, encontramos que a nivel del mar, el aire está a 1 atm y esta formada por las presiones parciales de todos los gases, las presiones parciales se conocen mediante esta formula:

OtrosCOONATM PPPPP +++= 222

GasATMGas FraccionPPp ·=

La composición del aire en la boca es de aproximadamente 21% de O2 y un 79% de N2. Cuando inspiramos el aire se ha saturado con vapor de agua gracias a su paso por la boca y fundamentalmente las fosas nasales.

Como decíamos el aire llega a la traquea saturado con vapor de agua (PP = 47 mm/Hg) por lo que podemos calcular las presiones parciales de todos los gases respiratorios a partir de su fracción multiplicada por la presión (760 – 47 mm/Hg). Esta composición no cambia en todo el tracto de conducción.

La composición del aire alveolar apenas no cambia en cuanto a N2 y H2O aunque lógicamente varía mucho en cuanto a la pO2 y la pCO2.

Las composiciones en la atmosfera y en el tracto respiratorio son las siguientes:

La distribución regional de la ventilación alveolar varía según la posición corporal. Si estamos en decúbito supino la distribución es homogénea, sin embargo en bipedestación la distribución no es homogénea sino que el volumen de aire es mayor en los vértices que en las bases. Esto se debe a dos razones:

� La presión pleural en bipedestación es más negativa en los vértices que en las bases, por lo que la presión transpulmonar es mayor en los vértices y las vías de éstos estarán más distendidas.

*Fisiología funcional*

Si se respira por la nariz el aire entra más caliente y humedecido que por la boca gracias a la acción de los cornetes nasales.

Si pasa por la boca el aire mas frío y seco disminuye la motilidad de los cilios respiratorios y se favorece la aparición de infecciones, por eso respirar por la nariz es mejor para la salud.



� Los vértices al ofrecer menos resistencia alojan mayor cantidad del CRF y por tanto el aire estará mas viciada

Esto causa que la ventilación alveolar sea mayor en las bases que en los vértices debido a que en los vértices hay mayor CRF viciado.

El volumen de cierre pulmonar es aquel al que las regiones bajas del pulmon comienzan a cerrarse. En pacientes con vias estrechas o cierre prematuro el volumen de cierre aumenta.

Equivale a la fase IV de esta gráfica:

En enfermedades obstructivas el vaciamiento no es uniforme y se dan dos casos:

� Moderada. Aumenta la pendiente de la fase III y aumenta la fase IV. Las vías aéreas se cierran antes de lo normal

� Grave. La pendiente de la fase III aumenta mucho y no existe volumen de cierre.

La distribución regional también se puede averiguar haciendo que el paciente respire aire con xenón (Xe) radiactivo. Se le ponen en la espalda pantallas que miden la radiactividad. En condiciones normales la radiactividad (ventilación) es mayor en las bases que en los vértices ya que existe más renovación.

*Cuadro aclaratorio*

El volumen respiratorio es mayor en los vértices que en las bases.

La ventilación alveolar o renovación de aire es mayor en las bases que en los vértices.





Tema 25. Relación ventilación/perfusión alveolar

Generalidades

Los pulmones tienen una doble circulación, una de ellas bronquial, que tiene como función nutrir a los pulmones (aunque su importancia es incierta) y la circulación pulmonar que interviene en el intercambio de gases.

Una parte del retorno venoso de la circulación bronquial no pasa por los alvéolos, sino que drena directamente en las venas pulmonares (bypass o shunt fisiológico).

Circulación pulmonar

Como adelantábamos en el tema de introducción, tiene como función fundamental el intercambio de gases, aunque también tiene un sistema fibrinolítico muy desarrollado, así como actuar como filtro y función metabólica. También sirve como almacén de sangre (1L).

El grosor del VD es aproximadamente 1/3 del grosor del VI por lo que tiene menos fuerza y producirá menos presión. Los vasos son delgados y cortos con poco músculo liso, y muy distensibles (aunque también pueden colapsar). Tienen una extensa red capilar.

Los vasos sanguíneos pulmonares tienen un endotelio muy activo, secretan una serie de moléculas en respuesta a las demandas vasculares:

� Vasodilatadores

− NO

� Vasoconstrictores. Son liberados al dañarse

− Endotelina − Tromboxano

Los vasos sanguíneos pulmonares tienen inervación simpática (vasoconstricción) y vagal (vasodilatadora). También estos vasos tienen receptores específicos para múltiples sustancias



Características hemodinámicas

Al compararla con la circulación sistémica, la circulación pulmonar tiene un gasto igual (5 L/min), aunque la presión es más baja que en la sistémica, y la resistencia también es mucho menor.

� En la circulación pulmonar las presiones son 25/10 mm Hg

� En la circulación sistémica las presiones son 120/80 mm Hg

En la aurícula izquierda la presión es de unos 5 mm Hg y la presión capilar pulmonar se encuentra aproximadamente a mitad de camino entre la presión media de la arteria pulmonar y la de la aurícula izquierda.

La resistencia se halla y es de 0,1 mm Hg/mL/seg.

La unidad alveolo capilar esta muy vascularizada (1000 capilares/alveolo) y se encuentra separada por la membrana respiratoria de menos de 1 µm de grosor y esta formada por la membrana alveolar, un espacio intersticial y la membrana capilar.

Encontramos las siguientes cifras en cuanto a la relación ventilación/perfusión:

� Total de 280·109 capilares

� Total de 300·106 alvéolos

� 70 m2 de superficie de intercambio

En reposo un hematíe tarda en atravesar esta red capilar menos de 1 segundo, tiempo en el cual realiza el intercambio de gases.

La circulación pulmonar se regula mediante mecanismos pasivos y activos:



Mecanismos pasivos

� Efecto hidrostático. Cuando estamos tumbados no existe, pero de pie o sentados, la sangre aferente que se va hacia las bases se suma a la presión el efecto hidrostático unos +11 mm Hg mientras que la sangre que se dirige a los vértices se le resta el efecto hidrostático, de forma que la sangre se dirige con mas facilidad hacia las bases.

� Relación volumen de aire/RV pulmonar. En los vasos alveolares cuando aumenta el volumen de aire, aumenta la resistencia ya que se comprimen, pero en los vasos extraalveolares dependen de la presión pleural la cual al llenarse de aire el pulmón crea una presión negativa disminuyendo la resistencia

Mecanismos activos

− Inervación

� Simpática (vasoconstrictora)

� Vagal (vasodilatadora)

− Regulación humoral

� Vasodilatadores

� Acetilcolina

� Bradicinina

� Adenosina

� Péptido Natriurético Auricular

� Vasoconstrictores. Son liberados al dañarse

� Angiotensina II

� Serotonina

� Tromboxano AII

� Endotelina I

� Catecolaminas

� Prostaglandinas

Cuando hay poco oxigeno en los alvéolos o en la sangre, esta hipoxia en la circulación pulmonar provoca vasoconstricción y si esta hipoxia es prolongada produce efectos dañinos en la pared vascular.

La hipoxia produce vasoconstricción al bloquear los canales de potasio en el músculo liso vascular, lo que despolariza la membrana y el músculo se contrae. Si el paciente tiene dañado el endotelio, el efecto de la hipoxia es mucho mas marcado.

En los bronquios la hipercapnia y la acidosis son sinergistas de la hipoxia.



Relación ventilación perfusión

Esta relación es el principal determinante del intercambio de gases.

En condiciones normales:

� Ventilación de unos 4L/min

� Perfusión de 5 L/min

Por tanto la relación V/P es de 0,8. Este valor no es homogéneo y existen distintos valores en las diferentes regiones.

Los pacientes con una enfermedad cardiopulmonar esta relación es la principal causa de hipoxia.

La ventilación alveolar en bipedestación es mayor en las bases que en los vértices asi como la perfusión, sin embargo en las bases la ventilación es menor que la perfusion mientras que en los vértices se da el caso contrario de tal manera que la sangre de los vértices tiene más oxigeno que la sangre que viene de las bases.

Hipoxia e hipoxemia

La hipoxemia arterial se trata de la disminución de pO2 en sangre y se hace menor a 80 mm Hg

La hipoxia es la disminución del aporte de oxigeno a los tejidos.

Habitualmente ambos términos se intercambian aunque realmente son diferentes en cuanto a su mecanismo fisiológico

La causa de esta patología es la hipoventilación y aumenta la pCO2 mientras que disminuye la pO2. La hipoxemia se revierte respirando O2 puro.

La hipoxemia se puede dar:

− Alteración de la difusión (edema de pulmon, engrosamiento de la membrana respiratoria)

− Bypass fisiológico patológicamente aumentado. Se produce con malformaciones congénitas del corazón y pasa sangre del VD al VI con lo que no pasa por los pulmones

− Alteraciones de la relación V/P (<0,8). Producen hipoxemia y a veces hipercapnia (aumento de pCO2)

� Caso A. Una zona alveolar no ventila debido a una obstrucción, colapso, etc… La sangre que pasa por ahí no se ventila lo que causa que la sangre desoxigenada se mezcle con la oxigenada.



� Caso B. La ventilación es normal pero hay una zona que no tiene riego debido a trombos entonces la zona no perfundida se comporta como un espacio muerto. Puede compensar la hipoxia respirando oxigeno puro.

� Caso C. Es el más frecuente. Consiste en una combinación de los anteriores. Hay zonas mal ventiladas y otras zonas mal prefundidas que se intercalan con zonas sanas. El paciente tiene disminución de la pO2 con una pCO2 mas o menos normal.





Tema 26. Transporte de gases en sangre

Introducción

En pulmones y tejidos hay un intercambio de oxigeno y de CO2, y ese intercambio ocurre por difusión (sin transportador). En los pulmones el oxigeno pasa de los alvéolos a la sangre y en los tejidos ocurre en sentido inverso.

En lo que atañe a los pulmones, el intercambio alveolo-capilar ocurre por difusión, y se da por:

� Diferencia de presión parcial del gas a ambos lados

� El estado de la membrana respiratoria

� Características del gas

Como las características y el estado de la membrana son constantes, realmente lo que determina el intercambio depende del gradiente de concentración. Un eritrocito tarda 0,75 segundos en oxigenarse en condiciones normales y 0,25 segundos en ejercicio.

En los distintos tramos del recorrido tenemos distintas presiones parciales, que varían según la zona donde se midan, y según estemos en inspiración o espiración:



Transporte de O2

El oxigeno viaja en sangre de dos formas:

� Disuelto en el plasma (1,5%)

� Unido a la hemoglobina (98,5%)

La oxigenación de la sangre depende fundamentalmente de la pO2 y de las características de la hemoglobina.

La unión a la hemoglobina depende a su vez de:

� Cantidad de hemoglobina (aproximadamente 15 g/dL)

� Capacidad de unión del oxígeno (afinidad)

� Saturación de la hemoglobina (pO2)

El contenido de oxigeno en sangre disminuirá cuando hay disminución de la pO2, anemia o cuando aumenta la cantidad de CO2 o CO que compiten con el oxígeno.

Disuelto en el plasma tenemos 0,3 mL/dL de oxígeno (por cada 100 mL de plasma).

Unido a la hemoglobina encontramos que a 1 g de hemoglobina podemos unir 1,34 mL de oxígeno, de forma que teniendo en cuenta la concentración de hemoglobina podemos unir 20,1 mL/dL de oxígeno.

� Sangre arterial. En condiciones normales (97% de saturación) encontramos una concentración de 19,5 mL/dL.

� Sangre venosa. En condiciones normales (75% de saturación) encontramos una concentración de 15 mL/dL.

La diferencia (arterial – venosa) es de 4,7 mL/dL lo que quiere decir que cada vez que la sangre se ventila en los pulmones toma esta cantidad de oxígeno.

El gasto de oxígeno en reposo se halla multiplicando la ventilación (4,7 mL/dL) por el gasto cardiaco y refleja que es de 250 mL/min.

Oxihemoglobina

Es la molécula que resulta de unirse el oxígeno con la hemoglobina y tiene un característico color rojo brillante.

El oxígeno se une a la hemoglobina mediante oxigenación (no oxidación) en una unión reversible al ión ferroso (Fe2+).



La afinidad del oxigeno por la hemoglobina depende de unos factores:

� Tipo de hemoglobina. A lo largo de la vida se sintetizan varios tipos de hemoglobina que se diferencian en el tipo de globinas que se sintetizan (p.e. la fetal tiene más afinidad por el O2 que la del adulto).

� pH y pCO2

� Temperatura

� Concentración del 2,3-bisfosfoglicerato (2,3-BPG). Al aumentar su concentración, disminuye la afinidad de la hemoglobina por el oxígeno.

� Efecto Bohr. Cuando aumenta la pCO2 disminuye el pH lo que disminuye la afinidad de la hemoglobina por el O2 favoreciendo su cesión a los tejidos.

La P50 es la presión parcial de oxígeno en la cual está saturada de oxígeno la mitad de la hemoglobina en la sangre, y se encuentra aproximadamente en 27 mm Hg.

Cuando se modifican los factores que hemos visto de la forma que observamos en la gráfica, la saturación se desplaza a la derecha, con lo que la P50 aumenta.

La cantidad de hemoglobina también modifica la cantidad de oxígeno en sangre, lo que quiere decir que una persona con anemia tiene menos oxígeno que otra que no la tenga



Monóxido de carbono

Es un gas peligroso que se une a la hemoglobina para formar la carboxihemoglobina en el mismo sitio que el oxígeno. Tiene aproximadamente 200 veces más afinidad por la hemoglobina que el oxígeno por lo que lo desplaza notablemente.

El CO es un gas inodoro, indoloro e insípido, además tampoco causa dificultad respiratoria, por lo que no es posible advertir su presencia ni su peligro.

Con una pCO muy pequeña <1 mm Hg satura toda la hemoglobina.

Óxido nítrico

Se emplea en pacientes que tienen hipertensión pulmonar.

Este gas tiene 200.000 veces más afinidad por la hemoglobina que el oxígeno, y también se une de forma irreversible.

Transporte de CO2

En sangre arterial las concentraciones son las siguientes:

� Sangre arterial. 49 mL/dL de sangre

� Sangre venosa. 52,7 mL/dL de sangre

� Diferencia. 3,7 mL/dL

Por tanto deducimos que se producen 200 mL/min de CO2 con la misma formula que utilizábamos para el consumo de oxígeno.



El CO2 se encuentra en el plasma y en los hematíes de tres formas:

− Plasma

� Disuelto. En arterias 2,5 mL y en venas 3 mL.

� Hidratado. En el plasma se forma poco pero es cedido por el eritrocito en gran cantidad.

� Unido a proteínas (compuestos carbamínicos)

− Hematíes

� Disuelto

� Unido a proteínas y hemoglobina

� Bicarbonato. La mayoría de CO2 en hematíes está en esta forma (H2CO3 � HCO3-

+ H+). El 70% de ese bicarbonato sale intercambiado por cloro al plasma.

De esta forma la mayoría del CO2 en forma de bicarbonato viaja por el plasma.

En sangre arterial el CO2 viaja de la siguiente forma:

− 6% disuelto

− 6% unido a proteínas

− 88% en forma de bicarbonato

De esta forma el pH venoso (7,4) es ligeramente más elevado que el pH arterial (7,36)

El efecto Haldane indica que cuando aumenta el O2 disminuye la afinidad por el CO2, lo que quiere decir que la captación de CO2 está facilitada en los tejidos (disminuye la pO2) y su liberación aumenta en los pulmones (aumenta la pO2).





Tema 27. Regulación de la respiración. Control químico

Generalidades

El organismo para llevar a cabo los procesos metabólicos requiere oxigeno, y en esos procesos a su vez se produce CO2 por lo tanto el aparato respiratorio debe de funcionar de tal manera que se aporte la suficiente cantidad de oxigeno y se elimine el CO2 a un ritmo adecuado.

La regulación depende de la actividad física, es decir, el aparato respiratorio como tantos otros se adapta a las distintas circunstancias.

La regulación respiratoria implica la formación y regulación del ritmo respiratorio, otro objetivo es mantener los niveles adecuados de los gases, lo que regula a su vez el pH sanguíneo. También minimiza el trabajo respiratorio

Hay dos tipos de regulación:

� Voluntaria

� Involuntaria o automática

En condiciones normales el control es de tipo automático (por ejemplo en el sueño). En el útero el feto desarrolla movimientos respiratorios esporádicos e irregulares, sin embargo el control respiratorio comienza realmente al nacer.

La regulación respiratoria controla la frecuencia respiratoria (velocidad) y varia el volumen ventilatorio (de unos 500 mL en reposo).

Control automático

Es el principal control. Como decidamos controla la FR y el VV.

Como todos los tipos de controladores, tiene tres elementos:

− Receptores

� Quimiorreceptores centrales y periféricos

� Mecanorreceptores pulmonares

� Propioceptores costales

− Centros respiratorios. A ellos llegan impulsos procedentes de los receptores.

− Efectores

� Músculos respiratorios



Centro respiratorio

El centro respiratorio se encuentra en el tronco del encéfalo. Se divide en dos segmentos:

− Centro respiratorio propiamente dicho. Se encuentra en el bulbo raquídeo.

� Grupo respiratorio dorsal (GRD)

� Grupo respiratorio ventral (GRV)

− Centro neumotáxico

− Centro apnéustico

No se sabe con seguridad donde nace el ritmo respiratorio, aunque hay distintas hipótesis:

1. El grupo respiratorio dorsal forma parte del núcleo del tracto solitario. Ese grupo contiene prácticamente solo neuronas inspiratorias que actuarían como marcapasos produciendo una actividad creciente en intensidad y en frecuencia (actividad en rampa). Al desactivarse se produciría la espiración pasiva.



La actividad del GRD estaría modulada por impulsos de los quimiorreceptores y mecanorreceptores:

� El centro apnéustico es activador.

� El centro neumotáxico es inhibidor.

El grupo respiratorio ventral esta formado por neuronas inspiratorias y espiratorias (estas últimas descargarían en respiración costosa). Cuando se requiere entrarían en función las neuronas inspiratorias ayudando al GRD y a su vez entrarían en juego las espiratorias.

2. No hay neuronas con actividad intrínseca sino que hay circuitos entre el GRD y el GRV que formarían una actividad en la que si se activa la inspiración se frena la espiración y viceversa (retroalimentación negativa).

3. En el complejo de Botzinger o el pre-Botzinger habría neuronas que regulan el ritmo respiratorio. Las sustancias opioides producen parada respiratoria debido a que hay receptores para las mismas en esta zona.

Control químico

El volumen respiratorio va a tener un control químico cuyos factores son la pO2, la pCO2 y el pH.

El VR/minuto es proporcional al metabolismo corporal y el enlace que establece la conexión entre el metabolismo y la actividad respiratoria es el CO2, y no el oxígeno.

Los sensores de estas sustancias se encuentran en:

� Quimiorreceptores periféricos. Cuerpos aórticos y carotídeos.

� Quimiorreceptores centrales

La disminución del oxígeno en sangre activa los quimiorreceptores periféricos (esto diminuye con la edad).

El aumento de la pCO2 activa sobre todo los quimiorreceptores centrales y en escasa medida los periféricos.

El pH activa fundamentalmente los quimiorreceptores periféricos

Los quimiorreceptores perifericos mas conocidos son:

� Cuerpos carotídeos. Uno a cada lado en la bifurcación de la carótida común. En ellos hay unas terminaciones nerviosas que forman el nervio de Hering que se une al nervio glosofaríngeo (IX par) junto con el cual llega al CRD.

� Cuerpos aórticos. Hay varios. A partir de unas fibras nerviosas se unen al nervio vago (X par) junto con el cual llegan al CRD.



Cuerpos carotídeos

Son más importantes que los aórticos. Tienen dos tipos de células:

� Células glómicas (tipo 1)

� Células de tipo 2

Son estructuras muy irrigadas. De ellas salen terminaciones nerviosas que forman el nervio de Hering.

En hipoxia las células glómicas liberan catecolaminas (dopamina) que activa los receptores dopaminérgicos tipo 2 activando el nervio de Hering, activando por tanto el CRD y la respiración.

La disminución de oxigeno disminuye la conductancia para el potasio por tanto la célula se despolariza y libera la dopamina.

Cuando se dañan los cuerpos carotídeos el efecto de la disminución pO2 inhibe al cuerpo carotídeo.

Quimiorreceptores centrales

Se encuentran en la superficie del bulbo raquídeo (cara anterior)

Los quimiorreceptores centrales son sensibles al contenido de protones del liquido cefalorraquídeo e intersticial.

El hidrógeno viene del CO2 que hay en la sangre. Como es un gas difunde bien al líquido cefalorraquídeo, el CO2 se transforma en H2CO3 que se disocia en bicarbonato e hidrogeno.



En bicarbonato y el hidrógeno pasan muy mal la barrera hematoencefálica, por lo tanto será el CO2 el que pase bien y al cual responderán indirectamente los quimiorreceptores centrales.

*Resumen*

Tenemos que el control químico por pH y CO2 se realizará fundamentalmente por los quimiorreceptores centrales

El control por pO2 se lleva a cabo por los quimiorreceptores periféricos

El VR/minuto cuando disminuye la pO2 aumenta. Si el CO2 y el pH se mantienen fijos, cuando disminuye el oxigeno aumenta la actividad respiratoria, pero si no los dejamos fijos (libres) el efecto de la disminución de oxigeno es mucho menor

El VR/minuto cuando disminuye el pH con CO2 y pO2 fijos aumenta la actividad respiratoria, también aumenta pero en menor medida (como en el caso anterior

El VR/min. cuando aumenta el CO2 aumenta la actividad respiratoria, y es de forma prácticamente igual con pH y pO2 libres o fijas. Por tanto el efecto del CO2 es invariable aunque se modifiquen el oxígeno y el pH.





Tema 28. Regulación de la respiración. Control no-químico

Introducción

Como hemos dicho anteriormente, la respiración esta regulada por el centro respiratorio ubicado en el tronco del encéfalo, y mencionábamos su control químico debido a la pO2, la pCO2 y el pH. En esta unidad en cambio detallaremos el control no-químico de la respiración.

Los receptores no-químicos tienen receptores (mecanorreceptores y propioceptores) que llegan a los mismos centros respiratorios que en el control químico, los cuales envían respuestas a los efectores de la respiración (músculos respiratorios).

Los receptores son pulmonares y extrapulmonares.

Receptores pulmonares

Dentro de este tipo existen:

− Receptores de adaptación lenta. Una vez que se activan tienen acción duradera y se encuentran en el músculo liso de las vías aéreas. Son fibras vagales mielinizadas.

Estos receptores se activan cuando se llenan de aire los pulmones, particularmente cuando el volumen es grande, e inhiben la inspiración. Esto se denomina reflejo de inflación de Hering-Breuer.

Tiene un efecto sobre los centros respiratorios similar al centro neumotáxico y en condiciones normales tiene escasa importancia en la función respiratoria normal.

Existe también un reflejo de deflación de Hering-Breuer que se produce a un nivel pulmonar muy bajo (casi en el cierre de las vías aéreas). En este momento cesa la espiración y comienza la inspiración. Es de escasa importancia.

− Receptores irritantes. Son de adaptación rápida y están particularmente en el epitelio respiratorio que tapiza las vías aéreas. Son fibras vagales.

Los receptores irritantes se activan o bien por estímulos irritantes (aire contaminado o con polvo) o estímulos mecánicos. Cuando se produce este reflejo se produce broncoconstricción, tos, estornudo, taquipnea (aumento de la FR), estrechamiento glótico y laríngeo y puede aparecer en situaciones de intubación traqueal, succión y broncoscopia.

− Receptores J. Se encuentran cercanos a los capilares (Juxtacapilary), son fibras amielínicas vagales.



Se activan por procesos inflamatorios de las vías respiratorias como edema. Producen taquipnea superficial con disnea y con posible espasmo de glotis. Aparece especialmente en los niños.

Receptores extrapulmonares

Dentro de estos receptores se encuentran:

− Barorreceptores carotídeos y aórticos. No confundir con los cuerpos carotídeos y aórticos. Su función principal esta relacionada con la regulación de la tensión arterial, aunque también regulan la respiración.

− Propioceptores. Son mecanorreceptores que se encuentran en los músculos respiratorios y de las extremidades superiores (incluidos tendones), así como en las capsulas articulares costales y glenohumerales.

Se cree que el movimiento de las extremidades en el ejercicio estimula el centro respiratorio para activar la respiración.

Los propioceptores sinaptan con fibras nerviosas presentes en las raíces posteriores que entran en la medula espinal y llegan a los centros respiratorios.

Vías eferentes del centro respiratorio

Las vías eferentes son comunes para ambos tipos de control. Salen de los centros respiratorios, fundamentalmente los centros bulbares:

� Fibras desde el Grupo Respiratorio Dorsal que hacen sinapsis con las motoneuronas de la medula espinal C3-C5. Corresponden al nervio frénico que inerva al diafragma.

� Fibras desde el Grupo Respiratorio Ventral que sinaptan con las motoneuronas de la médula espinal toracolumbar. Las motoneuronas resultantes inervan los músculos respiratorios auxiliares.

Centros superiores

Como es natural los centros respiratorios se encuentran bajo la acción de centros superiores al tronco del encéfalo como los que encontramos en la corteza cerebral, sistema límbico e hipotálamo, y que sinaptan con estos centros respiratorios.

El control de los centros superiores sobre los centros respiratorios conlleva entre otras cosas la taquipnea que se da ante situaciones emocionales y estresantes.

*Resumen*

Los centros respiratorios bulbares son especialmente importantes (son GRD y GRV)

En el puente encontramos los centros neumotáxicos (inhibidores) y apnéusticos (activadores) que son reguladores de los centros bulbares



Control voluntario

En condiciones normales el control es automático, pero en un momento determinado es posible controlar voluntariamente la respiración. Normalmente no ocurre y además el control automático es más potente que el voluntario.

El control voluntario no depende del CO2 ni de otros tipos de reflejos. Se encuentra en la corteza cerebral, y las neuronas corticales emiten axones que descienden hasta la medula sin hacer sinapsis con los centros respiratorios (bypass).

Hay pacientes que pueden sufrir una lesión grave del tronco encefálico que puede lesionar entre otras cosas los centros respiratorios lo que causa que en coma dicho paciente no pueda respirar, de forma que dicho paciente depende del control voluntario (que, al estar en coma no puede ejercer). La única salida es usar un respirador. A esta respiración voluntaria en ausencia del centro respiratorio se denomina respiración o curso de Ondina.

Respuestas ventilatorias al pH

El pH es la concentración de hidrogeniones y es esencial para la vida mantenerlo dentro de unos límites. Existen varios sistemas para asegurar un valor homeostático del pH (7’35-7’45).

En el organismo los sistemas respiratorio, renal y buffer sanguíneo se encargan de la regulación del pH en límites normales.

El aparato respiratorio regula el pH a través de la variación de los niveles de CO2. Un mal funcionamiento del aparato respiratorio puede producir tanto acidosis como alcalosis. Cuando estas patologías son debidas a otra causa, el aparato respiratorio trata de compensarlas.

Si el aparato respiratorio tiene una hipoventilación el pH baja y viceversa.

Alteraciones del control respiratorio

Un tercio de la población durante la fase REM del sueño presentan breves episodios de apnea o hiperventilación (<10 segundos). En algunos casos es más prolongada.

� Apnea del sueño. Puede ser obstructiva o central:

Obstructiva. Se relaciona con la musculatura de las vías aéreas superiores que se relaja y obstruye el paso del aire

Central. Causa desconocida, aunque se postula un defecto en los centros respiratorios

� Síndrome de muerte repentina infantil. Es la causa mas frecuente de muerte en el primer año de vida. Es de causa desconocida y poner a los niños a dormir sobre la espalda boca arriba ha disminuido la prevalencia de esta enfermedad.

� Curso de Ondina. Alteración del control involuntario previamente descrita.



� Respiración apnéustica. Son periodos de inspiración sostenida hasta que se produce la espiración. Se debe a un fallo en los mecanismos de inhibición central.

� Respiración de Cheyne-Stokes. Se trata de respiraciones irregulares en las que la Frecuencia Respiratoria aumenta y disminuye con periodos de apnea. Se observa en pacientes con traumatismo craneal.





Bloque IV

Aparato cardiocirculatorio

− Tema 29. Introducción a la cardiofisiología. Ciclo cardiaco

− Tema 30. Fenómenos electrocardiográficos

− Tema 31. Gasto cardiaco y retorno venoso

− Tema 32. Regulación de la presión arterial

− Tema 33. Hemodinámica



Tema 29. El corazón como bomba. Ciclo cardiaco

Introducción

El corazón es una bomba fisiológica con tres características principales:

� Son dos bombas separadas (corazón auricular y ventricular que funcionan de manera separada pero coordinada).

� Se trata de una bomba de succión y de propulsión. El corazón es capaz de propulsar toda la sangre que recibe.

El principal regulador del gasto cardiaco es el retorno venoso.

� El corazón funciona como una bomba separada en dos circulaciones:

� Circulación pulmonar (↓ presiones) � Circulación sistémica (↑ presiones)

Organización macroscópica del corazón

El corazón embriológicamente se organiza como una banda hueca vascular que se repliega sobre si misma.

El corazón tiene 4 cavidades:

� Aurículas

� Aurícula derecha (AD) � Aurícula izquierda (AI)

� Ventrículos

� Ventrículo derecho (VD) � Ventrículo izquierdo (VI)

La circulación sistémica corresponde al lado izquierdo del corazón y la circulación pulmonar se encuentra en el corazón derecho.

También tiene 8 vasos principales:

− Vasos eferentes (arterias)

� Aorta (VI) � Arteria pulmonar (VD)

− Vasos aferentes (venas)

� Venas cavas (2), AD � Venas pulmonares (4), AI



El corazón se asienta en un esqueleto fibroso con valvas bien delimitadas. Tenemos dos tipos de valvas:

− Auriculo-ventriculares. Separan aurículas de ventrículos

� Válvula tricúspide. AD � VD

� Válvula mitral. AI � VI

− Semilunares. Controlan la salida de sangre de los ventrículos a las arterias eferentes

� Válvula aórtica

� Válvula pulmonar

Dado que los sonidos cardiacos corresponden al cierre de válvulas, tendremos 4 focos de auscultación para detectar los sonidos cardiacos:

El corazón está coordinado de forma que las aurículas se contraen 0’16 segundos antes que los ventrículos.

Las aurículas fisiológicamente funcionan como bombas cebadoras de los ventrículos. La sangre pasa pasivamente de las venas a las aurículas las cuales se contraen en la sístole auricular vertiendo toda su sangre al ventrículo para optimizar la eficacia de la circulación.



Fisiología del miocardio

El miocardio es la parte más gruesa y potente del corazón. En el encontramos tres tipos de músculo:

− Músculo contráctil. Es el que realiza el trabajo de bombear la sangre.

� Músculo auricular � Músculo ventricular

− Fibras especializadas. Son fibras excitadoras y conductoras del impulso cardiaco. Pertenecen al sistema de conducción.

El músculo auricular y el ventricular se contraen de forma muy similar al músculo esquelético, se diferencian de éste en que la contracción cardiaca es más larga y mantenida.

Las fibras especializadas siendo musculares apenas tienen proteínas contráctiles pero sí tienen la capacidad de excitarse produciendo corrientes a un ritmo constante y a una velocidad de conducción que proporciona al corazón un sistema de estimulación que asegura el latido cardiaco, lo que denominamos autoexcitabilidad cardiaca.

Tanto el músculo auricular como el músculo ventricular se organizan según una naturaleza sincitial, lo que quiere decir que se forma un entramado de fibras musculares que se comunican entre ellas funcionando como una célula única gracias a sus uniones GAP que permiten el paso libre de iones.

Las uniones GAP permiten el paso de iones de forma que un potencial de acción es capaz de propagarse por todo el miocardio.

El impulso del músculo ventricular está retardado gracias a que la aurícula y el ventrículo están separados por el esqueleto fibroso que no es conductor, pero ambos se coordinan gracias al haz auriculo-ventricular (fibras especializadas) que atraviesa el esqueleto fibroso.

*Recordatorio*

El corazón está formado por tres capas:

� Pericardio. Se trata de la capa mas externa de tejido conjuntivo y por donde discurren las coronarias.

� Miocardio. Se trata de la parte muscular contráctil

� Endocardio. Se trata de la capa más interna por donde discurre el sistema de conducción cardiaco.

El sistema de conducción cardiaco nace en la aurícula derecha en el nodo sinusal, desde donde genera unas fibras internodales que se dirigen al nodo auriculoventricular (A-V), luego tenemos el haz A-V o de Hiss que se ramifica en sus ramas derecha e izquierda que a su vez se ramifican en las fibras de Purkinje.



Cuando se contrae el ventrículo queda un volumen de sangre tras la sístole ventricular se denomina volumen telesistólico.

La aurícula al contraerse se vacía completamente por tanto no deja ningún volumen.

Potenciales de acción miocárdicos

Las células del miocardio ventricular están polarizadas con un potencial de aproximadamente -85 mV. Cuando el cardiomiocito se despolariza alcanza los +20 mV repolarizándose ligeramente hasta alcanzar una fase de meseta tras la cual se repolariza por completo.

La magnitud del potencial de acción en el músculo ventricular es de aproximadamente 105 mV. El corazón no sufre hiperpolarización.

La duración de la despolarización suele ser de unos 0’3 segundos en el músculo ventricular y de unos 0’2 segundos en el sincitio auricular.

La meseta del potencial de acción causa que la contracción del músculo cardiaco dure unas 15 veces más que en el músculo esquelético.

Tendremos una serie de fases:

1. Despolarización rápida. Se produce por la apertura de canales rápidos de sodio y la apertura de canales lentos de calcio.

2. Meseta. Corresponde a que los canales lentos de calcio se cierran más tarde que los de sodio. Entre la meseta y la despolarización rápida hay una ligerísima repolarización que corresponde al cierre de los canales de sodio.

3. Repolarización. Se cierran los canales de calcio y se abren los de potasio lo que causa una bajada rápida de potencial.



La velocidad de conducción en las fibras auriculares y en las ventriculares es aproximadamente unos 0’3 – 0’5 m/s (1/250 de la velocidad en las fibras nerviosas grandes y 1/10 de la velocidad en la fibra esquelética).

La velocidad en las fibras de Purkinje es de aproximadamente 4 m/s en todo su trayecto.

El periodo refractario es el periodo de tiempo en el cual un impulso cardiaco normal es incapaz de excitar una fibra ya excitada del músculo cardiaco.

� Periodo refractario absoluto. Cuando una fibra cardiaca está despolarizada no se puede excitar más.

o En el MV dura 0’25 – 0’30 segundos

o En el MA dura 0’15 segundos.

� Periodo refractario relativo. Aun siendo difícil que un estimulo afecte una célula si es posible volver a causar un potencial de acción. Esto se denomina extrasístole. El periodo refractario relativo dura unos 0’05 segundos.

Existe un periodo de interdespolarización en el que la línea del potencial forma una pendiente ascendente en voltaje de tal forma en que la célula llega sola al punto umbral y se despolariza. Tras repolarizarse llega a un punto bajo y comienza a subir de nuevo hasta llegar al punto umbral.

Esto se debe a que las células del nódulo sinusal son extraordinariamente permeables al sodio de forma que la autoexcitabilidad de las células del nódulo sinusal se debe a esta característica permeabilidad al sodio.

El músculo se despolariza e inmediatamente después se contrae. La contracción dura tanto como la despolarización.



En el músculo cardiaco ocurre algo semejante en el músculo esquelético de forma que el potencial eléctrico llega a los túbulos T invirtiéndose los potenciales.

Al pasar a los túbulos T que se comunican con los sarcómeros se produce una salida espectacular de calcio al citosol por lo que según se va propagando el potencial se va produciendo la apertura de canales de calcio membranarios además de la liberación del calcio intracelular.

La llegada de calcio al citosol provoca el desplazamiento de los filamentos de miosina sobre los de actina lo que acorta el sarcómero provocando la contracción muscular.

La contracción en el miocardio se diferencia en que una enorme cantidad adicional de calcio que está en los túbulos T pasa al interior de la célula. Sin este calcio no habría contracción muscular cardiaca ya que la contracción sostenida requiere mucho más calcio que el que necesita el músculo esquelético.

Los túbulos T del músculo cardiaco tienen 5 veces más diámetro que los de los miocitos esqueléticos. La calcemia en el corazón puede suponer una diferencia de la contractilidad cardiaca.

El retículo sarcoplásmico está menos desarrollado en el cardiomiocito pero en cambio los túbulos T están más desarrollados y contienen mucopolisacáridos que ligan iones calcio lo que causa que exista mucho calcio disponible. Los túbulos T se introducen en la fibra desde el intersticio por lo que la fuerza de contracción cardiaca depende de la [Ca2+] del LEC.

Al final de la meseta se frena bruscamente el paso de calcio y éste es bombeado gracias a la Ca2+-ATPasa.

� Hacia el interior del retículo sarcoplásmico

� Hacia los túbulos T

Ciclo cardíaco

El ciclo cardiaco es el conjunto de fenómenos que ocurren desde el principio de un latido hasta el principio del siguiente. Un corazón sano late a unos 72 latidos por minuto (lpm).

El 40% del ciclo cardiaco se debe a la sístole y el 60% se debe a la diástole, de lo que se deduce que en condiciones normales el corazón pasa mas tiempo dilatándose y llenándose de sangre (bomba de succión) que contrayéndose (bomba de propulsión).

Si la frecuencia aumentara (en ejercicio por ejemplo) a frecuencias como 180 latidos por minuto hablamos de taquicardia.

Si la frecuencia disminuyera a frecuencias como 50 latidos por minuto hablamos de bradicardia.



El gasto cardiaco es exactamente volumen de sangre que el corazón propulsa en un minuto por tanto se halla de esta forma:

Por tanto las variaciones de la frecuencia alteran al gasto cardiaco, pero las variaciones del gasto cardiaco no se deben únicamente a la frecuencia cardiaca sino que por ejemplo el tiempo de latido que en caso de taquicardia se reduce y es dedicado fundamentalmente a la sístole por lo que disminuye el volumen sistólico.

En conjunto el ciclo cardiaco es el conjunto de fenómenos eléctricos, hemodinámicos y mecánicos y acústicos que acontecen en el corazón desde el inicio de un latido hasta el inicio del siguiente. El ciclo cardiaco comprende la sístole y la diástole.

Sístole

Antes de la sístole ventricular se produce la sístole auricular para cebar al ventrículo.

Tras ella se producen una serie de fenómenos que entran dentro de la sístole ventricular:

� Cierre de las válvulas aurículo-ventriculares (C1)

1. Contracción isovolumétrica. Tras la sístole auricular se produce un fenómeno que es que no se abren las válvulas sigmoideas pero comienza a contraerse el ventrículo, por lo que aumenta enormemente la presión.

� Apertura de las válvulas sigmoideas (A1). Una vez se contrae el ventrículo la propia presión abre las válvulas sigmoideas.

2. Vaciamiento rápido. La sangre sale a mucha presión de los ventrículos.

3. Vaciamiento lento. Sigue saliendo sangre del ventrículo pero ya con menos presión.

4. Protodiástole. Durante un corto periodo de tiempo el ventrículo comienza a relajarse sin que la válvula aórtica se haya cerrado, esto provoca una incisura en la gráfica de la presión aórtica.

� Cierre de las válvulas sigmoideas (C2)

Diástole

1. Relajación isovolumétrica. Ambos ventrículos se han contraído en la sístole y se han vaciado. Una vez vacíos comienzan a relajarse y hay un momento en el que no estan abiertas las válvulas A-V por lo que no existe llenado.

� Apertura de las válvulas auriculo-ventriculares (A2).

Volumen sistólico · Frecuencia cardiaca



2. Llenado rápido por succión. Toda la sangre de las aurículas pasa a los ventrículos y casi se iguala la presión entre aurículas y ventrículos.

3. Llenado lento (diástasis). Aunque la presión casi se ha igualado existe un flujo lento de sangre en dirección al ventrículo.

4. Sístole auricular (llenado activo). Se produce 0’16 segundos antes que la sístole ventricular y consiste en la contracción de la aurícula que actúa como bomba cebadora del ventrículo.

El ciclo cardiaco dura 0’85 segundos lo que nos informa de que se darán 72 latidos por minuto.



Electrocardiograma

Un electrocardiograma (ECG) es la proyección en la superficie del cuerpo de los fenómenos eléctricos que acontecen en el corazón a lo largo del ciclo cardiaco. No son exactamente los que acontecen en el corazón sino los que son proyectados a la superficie corporal.

Los fenómenos que registrará un electrocardiograma fisiológico serán los siguientes:

� Onda P. Se trata de la despolarización de la aurícula que antecede a su contracción

� Complejo QRS. Corresponde en su totalidad a la despolarización del ventrículo tras la cual se produce la sístole ventricular.

� Onda T. Es una onda similar a la onda P que se produce mientras fisiológicamente se da la protodiástole y corresponde a la repolarización del ventrículo y se produce justo antes de la diástole ventricular.

La repolarización auricular se localiza al mismo tiempo que el complejo QRS y por lo tanto queda camuflada ya que éste es mucho más potente. En caso de patología cardiaca (retraso de la despolarización del ventrículo) se puede observar la repolarización auricular en forma de onda T auricular.

Un electrocardiograma es una gráfica proyectada es decir, que según la zona en la que situemos los electrodos las ondas pueden aparecer deformadas



Los sonidos de auscultación corresponden al cierre de las válvulas y hay 4 ruidos:

I. Cierre de las válvulas A-V (C1)

II. Cierre de las válvulas sigmoideas (C2)

III. Llenado por succión. Existen discrepancias y solo lo oyen los cardiólogos más expertos.

IV. Sístole auricular. Es un ruido patológico y consiste en una dificultad para el llenado auricular.

Presiones cardiovasculares

Gráfica aórtica

Se mantiene constantemente en 80 mm Hg. En la fase de contracción ventricular isovolumétrica aumenta ligeramente la presión debido a que el ventrículo se contrae y presiona ligeramente.

En la sístole ventricular la presión sube bruscamente hacia 120 mm Hg y baja lentamente debido al avance de la onda de presión.

Una vez ha bajado la presión hasta cierto punto se produce un pico (incisura) que corresponde a la relajación isovolumétrica del ventrículo (¿O es la protodiástole?) que al estar cerradas las válvulas sigmoideas provoca una especie de torbellino. Tiene que ver con el llenado de las coronarias.



Trabajo cardiaco

Hay dos tipos de trabajo cardiaco

� Trabajo externo del corazón. Es el trabajo que el corazón debe realizar para tomar la sangre de zonas a bajas presiones para llevarla a una zona de alta presión (en contra de gradiente). Se trata de un trabajo presión/volumen.

� Trabajo para la energía cinética. Es el trabajo que el corazón realiza para que la sangre salga con suficiente fuerza a la aorta y pueda llegar a zonas distales.

Alrededor del 90% del trabajo cardiaco en condiciones normales es el trabajo externo. En condiciones fisiológicas el trabajo cinético es mucho menos fuerte, pero en condiciones fisiopatológicas (por ejemplo estenosis aórtica) el corazón tendría que trabajar más para bombear la sangre.

Para el trabajo externo del corazón si realizamos curvas que relacionen la presión sistólica frente al volumen de sangre bombeado encontramos que la gráfica traza una curva en la que la presión sistólica máxima se encuentra en 250-300 mm Hg y corresponde a 150 mL de volumen. Curiosamente si aumenta el volumen la presión intraventricular desciende.

La presión diastólica apenas varía hasta llegar a unos 150 mL de carga, punto a partir del cual aumenta exponencialmente.

Para trazar la gráfica del trabajo externo cardiaco comenzamos con un volumen sistólico correspondiente a la fase de llenado del ventrículo (45 mL � 110 mL) por tanto si trazamos un vector que una ambos puntos de interés hallaremos la pendiente de la fase I.

En la contracción isovolumétrica la presión aumenta bruscamente (hasta unos 80 mm Hg) y tenemos un vector que delimita la fase II.

Una vez se produce la eyección de la sangre del corazón podemos dibujar una serie de vectores que representan una curva de la presión (80 � 120 � 80 mm Hg) con descenso de volumen (hasta llegar al volumen telesistólico). Esta es la fase III.

Cuando en el corazón se da la relajación isovolumétrica la presión desciende bruscamente con el volumen telesistólico inalterado. Esto marca la fase IV.

*Conceptos*

� Precarga. Es la sangre proveniente del retorno venoso

� Postcarga. Es la sangre que bombea el corazón y que circula por las arterias principales

� Contractilidad. Se trata de la capacidad del corazón de contraerse y se ve disminuida por cardiopatías como el infarto.



Estos vectores delimitan un área que define con precisión el trabajo externo del corazón en un ciclo cardiaco completo.

Análisis vectorial

En el corazón la despolarización pasa de un sitio hacia otro, por lo que en todo momento podemos establecer la dirección de la corriente eléctrica obteniendo vectores que nos expliquen en cada momento del ciclo cardiaco como se propaga esta corriente.

Desde fuera registraremos las diferencias de potencial a ambos lados del corazón por lo que debemos explicar las derivaciones. La corriente que pasa por el corazón en diferentes direcciones transmite a las zonas adyacentes un reflejo de su actividad eléctrica.

Es posible representar con vectores todo evento eléctrico que ocurre en el corazón.

También es preciso precisar que el ECG es una prueba no invasiva por lo que es preciso saber interpretar los reflejos que captamos en la superficie de la piel en potenciales cardiacos.



Principios básicos para el análisis vectorial del ECG

El potencial de acción se forma en el nodo sinusal, dirigiéndose desde éste por el tabique fibroso, y luego se va despolarizando en dirección a la punta del corazón.

Si realizamos un vector que se dirige de la zona electronegativa (despolarizada) a la zona electropositiva (polarizada) con distinta intensidad según el grado de la despolarización.

Si unimos todos los vectores de propagación del potencial de acción obtenemos un vector resultante que permite detectar alteraciones del patrón en la transmisión y conducción del impulso, así como detectar irregularidades en la vascularización del músculo.

El vector resultante será aquel que en cualquier momento de la despolarización o repolarización del corazón (cualquier momento del ciclo cardiaco) es una flecha que indica la dirección del potencial de acción con la punta de la flecha en dirección de la positividad.

Los potenciales eléctricos del corazón que discurren en múltiples direcciones se sintetizan en el vector resultante en dirección de la positividad. La longitud del vector resultante es proporcional al voltaje del potencial.

A lo largo de toda la despolarización del ventrículo encontramos un vector inclinado hacia abajo y a la izquierda (en dirección a la punta del corazón) unos 59-60º, salvo al final de la despolarización momento en el que, durante escasos instantes el vector se vuelve hacia arriba y hacia atrás (en dirección a las aurículas).

� Lo primero que se despolariza es la punta del corazón

� Lo ultimo que se despolariza es la base del corazón en su porción más pericárdica



Expresión del vector en grados

Si tenemos una línea horizontal en un momento determinado del ciclo cardiaco tenemos un vector paralelo a la línea con 0º de inclinación. Si tenemos otro vector fisiológico tendrá 59-60º con respecto a la horizontal.

En cada momento del ciclo cardiaco podemos trazar un vector resultante de las corrientes que circulan por el corazón.

Estudio vectorial de un ECG normal

1. Distinción entre ondas de despolarización y ondas de repolarización

Recordemos que en un ECG normal distinguimos dos tipos de ondas, además del complejo QRS:

� Onda P. Corresponde a la despolarización de la aurículas

� Onda T. Corresponde a la repolarización de los ventrículos

Ambas ondas aparecen con forma muy similar en el ECG pero corresponden a dos procesos opuestos.

Podemos hacer una medición del voltaje que adquiere el intersticio de la fibra cardiaca en los distintos momentos del ciclo cardiaco. Este proceso sigue el siguiente esquema de pasos:

A. El cardiomiocito empieza a despolarizarse invirtiendo sus cargas en una parte de la célula y conservándolas en otra. Si ponemos un electrodo en cada polo de la fibra registraremos un trazado positivo en la onda (ya que vamos de negativo a positivo).

B. El cardiomiocito se despolariza por completo, por lo que la curva positiva se cierra (el electrocardiógrafo no registra variación de carga entre sus electrodos).



C. El cardiomiocito comienza a repolarizarse de forma que la onda va de positivo a negativo y se traza una curva negativa.

D. El cardiomiocito se repolariza por completo volviendo a la distribución normal de cargas. Se cierra la curva negativa.

Es fundamental comprender que cuando el corazón está totalmente despolarizado o totalmente repolarizado no hay registro de ondas.

2. Relación entre el ECG y el potencial monofásico

Las curvas del potencial monofásico miden la diferencia de potencial entre el interior y el exterior de la célula, por tanto en el corazón serán las curvas que estudiábamos al principio de la unidad:

Este potencial dura 0’35 segundos igual que la duración de la sístole ventricular.



Si comparamos este potencial monofásico con las ondas de electrocardiograma que ya conocemos nos interesa fijarnos en el complejo QRS y en la onda T (correspondientes ambos a la gráfica de potencial monofásico del ventrículo)

1. Cuando se produce la despolarización observamos el complejo QRS.

2. Mientras se sostiene la despolarización en la fase de meseta el electrocardiograma no registra ninguna onda.

3. En la repolarización lenta observaremos en el electrocardiograma la onda T.

Lo normal es que a lo largo de la sístole el vector resultante tenga 59-60º por lo tanto una inclinación anómala (desviación) es indicativa de patologías así como la localización del problema que estamos percibiendo.

Cuando el impulso cardiaco atraviesa el corazón la corriente se propaga por los tejidos adyacentes al corazón ya que son conductores. Si colocamos dos electrodos en la piel del paciente que de una forma u otra están a ambos lados del corazón, podemos saber que diferencias de potencial hay a ambos lados según donde coloquemos los electrodos.

El registro de los potenciales eléctricos que detectamos en la superficie del cuerpo es a lo que llamamos electrocardiograma (ECG). Como podemos colocar los electrodos en distintas posiciones, esto nos va a permitir detectar la lesión según en que derivación aparezca dicha lesión.

El electrocardiograma nos da un registro en un papel milimetrado. 10 líneas horizontales expresan aproximadamente 1 mV de potencial. Las líneas verticales nos dan la calibración del tiempo en milisegundos. Cada cuadrito horizontal es una pulgada que equivale a 2’45 cm.

Cada pulgada está dividida en 5 segmentos cada uno de los cuales es aproximadamente 0’2 segundos que a su vez están divididos 5 veces y cada una de las divisiones equivale a 0’04 segundos.

El intervalo PQ dura aproximadamente 0’16 segundos que es lo que tarda en propagarse el impulso por el haz de Hiss.



El intervalo QT (despolarización ventricular) durará por tanto 0’35 segundos.

El sistema nervioso simpático tiene un efecto cronotrópico positivo (acelera el corazón)

El sistema nervioso parasimpático (vagal) tiene un efecto cronotrópico negativo (ralentiza el corazón).

Nódulo sinusal

El nódulo sinusal es una tira pequeña de músculo cardiaco (fibras de Purkinje) con una forma de tira aplanada y luego elipsoide. Tiene 3x15x1 mm.

Carece por completo de filamentos de actina y miosina y cada una de las fibras que lo compone (de 3-5 µm de diámetro) son mucho más pequeñas que las fibras del sincitio auricular.

Estas fibras son autoexcitables constituyendo el marcapasos fisiológico del corazón.

El marcapasos del corazón tiene una enorme permeabilidad al sodio de forma que cuando se repolariza comienza automáticamente a despolarizarse hasta alcanzar el punto umbral y producir un potencial de acción. No existe meseta en el potencial de acción producido por estas células.

La permeabilidad al sodio puede alterarse por los efectos cronotrópicos acelerando o ralentizando el impulso cardiaco.



El músculo cardiaco tiene 4 características principales:

� Inotropismo. Es la capacidad del corazón de contraerse con mayor o menor intensidad, es sinónimo de contractilidad.

� Automatismo o autoexcitabilidad. El corazón es capaz de autoexcitarse funcionando de forma automática, esto se lleva a cabo como adelantábamos gracias a canales de sodio no dependientes de voltaje presentes en las fibras de Purkinje, que hacen que ésta sea enormemente permeable al sodio, siendo capaz de disparar el potencial de acción al llegar a un potencial umbral.

� Dromotropismo. El dromotropismo es la capacidad del músculo cardiaco de conducir el estimulo desde su punto de partida (aurícula) al resto del corazón de forma ordenada y controlada, lo que se produce gracias al sistema de conducción cardiaco.

� Cronotropismo. Es la capacidad de generar el estímulo cardiaco con una determinada frecuencia que es posible modular por factores externos dando lugar a efectos cronotrópicos positivos (taquicárdicos) y efectos cronotrópicos negativos (bradicárdicos).

*Resumen*

El impulso nace en el nódulo sinusal dirigiéndose al nódulo AV luego pasa por el haz de Hiss despolarizando las zonas adyacentes al tabique en dirección al ápex. Después el impulso se dirige por las fibras de Purkinje hasta las bases del corazón que es lo último que se despolariza.



El corazón a lo largo del ciclo cardiaco también ira conteniendo una serie de volúmenes en cada una de sus cámaras (además del telesistólico, ya explicado) que serán los siguientes:

� Volumen telediastólico. Es el total de sangre que albergan los ventrículos tras la diástole (120-130 mL).

� Volumen sistólico. Es el volumen expulsado en al sístole ventricular (70 mL)

� Volumen telesistólico. Es el volumen de sangre que queda en el ventrículo izquierdo sin expulsar tras la eyección (45-50 mL)

� Fracción de eyección. Es el porcentaje de sangre que expulsa el ventrículo durante la sístole.

Se trata de la relación entre el volumen sistólico y el volumen diastólico final, y es del 60-70%.





Tema 30. Fenómenos electrocardiográficos

Introducción

Como adelantábamos en la unidad anterior, siguiendo la dirección de la despolarización cardiaca podremos trazar un vector resultante (de medio externo electronegativo, despolarizado a medio externo electropositivo, polarizado) que nos indique la dirección de la despolarización cardiaca.

La dirección de la corriente y la alteración del eje cardiaco puede expresar la función del corazón y nos da información acerca de la localización de una lesión, de haberla.

Es posible hacer un registro de los potenciales que atraviesan en el ciclo cardiaco el corazón y las derivaciones, de las cuales hay tres tipos que explicaremos a continuación.

Si imaginamos una porción cardiaca maciza cuyo centro se despolariza (la masa adyacente estaría polarizada) e introducimos electrodos en cada porción, obtendríamos:

− Polarizada (+) / Despolarizada (-). Una curva negativa (ya que los electrodos irían de LEC electropositivo a LEC electronegativo).

− Polarizada (+/+). No hay diferencia de potencial, por tanto no existe registro.

− Despolarizada (-) / Polarizada (+). Una curva positiva (ya que los electrodos van de LEC electronegativo a LEC electropositivo).

A lo largo de toda la despolarización del ventrículo tenemos un campo eléctrico compuesto por muchos vectores que dan lugar a un vector resultante (59-60º) en dirección de electronegativo a la positivo (− � +).

Hay un instante en que solo la base del corazón esta polarizada y el vector resultante se hace retrógrado durante una centésima de segundo (0’01 seg.)



Derivaciones electrocardiográficas

Una derivación es la medida del voltaje cardiaco entre dos electrodos, y nos permiten medir señales procedentes del corazón desde diferentes ángulos para poder localizar mejor cada región cardiaca en el espacio.

Hay tres tipos de derivaciones electrocardiográficas:

1. Derivaciones bipolares. Se pone un electrodo negativo a un lado del corazón y el positivo al otro lado del corazón, hay dos polos. Las derivaciones bipolares son:

I. Derivación I. El brazo derecho del paciente se conecta con el electrodo negativo (-) y el brazo izquierdo con el positivo (+).

La derivación traza un eje de negativo a positivo en dirección derecha � izquierda por lo que la curva será positiva (+0’5 mV)

II. Derivación II. En el brazo derecho se coloca la terminal negativa (-) y en la pierna izquierda la positiva (+).

La curva será electropositiva (+1’2 mV)

III. Derivación III. En el brazo izquierdo se coloca la terminal negativa (-) y en la pierna izquierda el electrodo positivo (+)

La curva del trazado será positiva (+0’7 mV)

El triángulo que dibujan las tres derivaciones se denomina triángulo de Einthoven.



El triangulo de Einthoven demuestra de forma gráfica que los ángulos que forman las corrientes de brazos y piernas delimitan un triangulo en torno al corazón.

La ley de Einthoven afirma que si en cualquier momento del ciclo cardiaco conocemos los potenciales de dos de esas tres derivaciones bipolares podemos deducir el potencial que desconocemos mediante una resta (I + III = II)

La ley de Einthoven se cumple en cualquier momento en el que se esté registrando el electrocardiograma y los registros en las tres derivaciones son siempre positivos. Los tres trazados son muy similares.

Los voltajes que se registran en la derivación II son igual a I + III.

Desde el punto de vista práctico (diagnóstico) es posible utilizar cualquier derivación indistintamente ya que son muy parecidas, sin embargo, estas tres derivaciones son muy útiles para diagnosticar lesiones en el músculo cardiaco o el sistema de conducción, por tanto es muy importante averiguar en que derivación se produce la alteración ya que hay lesiones que solo se dan en una de las tres derivaciones.

2. Derivaciones torácicas. El electrodo positivo se coloca en un punto del tórax (V1 � V6):

I. V1. 4º espacio intercostal derecho

II. V2. 4º espacio intercostal izquierdo

III. V3. 4º espacio intercostal (línea media)

IV. V4. 5º espacio intercostal (línea mamilar, bajo el pezón).

V. V5. 6º espacio intercostal (línea izquierda junto a la axila)

VI. V6. 6º espacio intercostal (línea lateral)

El electrodo negativo (indiferente) se conecta mediante resistencias eléctricas iguales (500 ohm).

Estas derivaciones pueden indicar alteraciones en la pared anterior del corazón ya que están muy próximas.

Si el electrodo positivo está a la derecha del corazón, los trazados del QRS en I y II serán negativos y se van positivizando a medida que se dirigen a la zona izquierda del corazón.



3. Derivaciones unipolares de las extremidades amplificadas. Son similares a las bipolares. Tenemos tres tipos de derivaciones unipolares:

− aVR. En el brazo derecho colocaremos el electrodo positivo y el electrodo negativo lo colocaremos en los otros 2 miembros. Esta derivación se denomina Amplified Variation Right debido a que el electrodo positivo se coloca en el brazo derecho

− aVL. La Amplified Variation Left consiste en la colocación del electrodo positivo en el brazo izquierdo y el negativo en los otros dos miembros

− aVF. La Amplified Variation Foot pondremos el electrodo positivo en el pie izquierdo y el negativo en las extremidades superiores.

La diferencia fundamental con respecto a las derivaciones bipolares es que los registros de aVR serán negativos.



Derivaciones electrocardiográficas y análisis vectorial

En esta representación podemos observar todas las derivaciones expresadas gráficamente, lo que nos aporta un sistema de referencia hexagonal, que está delimitado por los ejes de las derivaciones bipolares y unipolares. Esto nos permite ubicar cualquier vector de despolarización en cualquier momento del ciclo cardiaco, dándonos la dirección exacta de la corriente y el vector resultante.

Si en un momento dado del ciclo cardiaco tenemos un vector resultante podemos trasladarlo al sistema de referencia hexagonal obtendremos proyecciones vectoriales en cada una de las derivaciones de interés.



Recordamos que un electrocardiograma normal consta de las siguientes singularidades:

− Onda P. Despolarización auricular

− Complejo QRS. Despolarización ventricular

− Onda T. Repolarización auricular

Estudio vectorial del complejo QRS

En este estudio electrocardiográfico vamos a centrarnos en el complejo QRS. En este complejo tendremos 5 fases clave:

A. El potencial se propaga por el haz de Hiss y se despolariza la parte más superior del tabique interventricular. Esta fase se produce en el 0’01 segundo. Obtendremos los siguientes registros electrocardiográficos:



B. La despolarización continúa avanzando en dirección a la punta del ventrículo despolarizándose el tabique entero y las caras más endocárdicas de las cavidades ventriculares. Esta fase se produce a los 0’02 segundos

El potencial continúa creciendo y alcanza un pico (complejo R) debido a que ésta es la fase de despolarización más rápida del ciclo.

C. La despolarizacion se propaga circularmente de forma que casi todo está despolarizado a excepcion de los bordes, las corrientes fluyen en todas los direcciones. Esta fase se da a los 0’035 segundos.

El vector mantiene su dirección pero pierde amplitud debido a que ya casi todo está despolarizado. El potencial cae ligeramente lo que se refleja en las derivaciones

D. Solo queda polarizada una pequeña zona cercana a la base del corazón cercana al pericardio. Esta fase se da a los 0’05 segundos.

En este momento el vector resultante pierde su dirección volviéndose hacia atrás y hacia arriba. Corresponde al complejo S



E. El corazón está completamente despolarizado, al no existir diferencias de potencial, el electrocardiógrafo no tiene ningún registro. Esta última fase se produce a los 0’06 segundos. El vector resultante en esta fase es igual a 0

Análisis vectorial de la onda T

Vamos a centrarnos en el estudio de la repolarización ventricular, u onda T. Dividiremos esta fase electrocardiográfica en 4 segmentos para su estudio, de forma similar a como hacíamos en el complejo QRS.

A. Comienza a repolarizarse la punta del ventrículo por fenómenos desconocidos. La corriente que viaja de positivo a negativo.

Obtenemos un vector resultante de pequeño voltaje que se dirige del tabique interventricular en dirección a la punta del corazón.

B. Poco después del instante A se repolariza una zona más extensa que aun no se adentra en el tabique.

El vector obtenido tendrá un ángulo estándar (60º). Será un vector mayor que en la fase anterior debido a que la diferencia de potencial también es mayor

C. Casi todo el ventrículo está repolarizado a excepción del tabique.

El vector resultante será pequeño debido a que se reduce la diferencia de potencial.

D. El ventrículo se repolariza completamente. No hay registro electrocardiográfico



Análisis vectorial de la onda P

La onda P corresponde a la despolarización auricular.

1. Despolarización. Se comienza a despolarizar la zona superior debido al nódulo sinusal.

El vector resultante se dirigirá hacia abajo y hacia la izquierda de forma similar a las primeras fases de la despolarización del ventrículo dando lugar a un registro positivo.

2. Repolarización. El vector se orienta hacia arriba y hacia atrás de forma similar al S de la despolarización ventricular

El vector resultante seria negativo y queda camuflado en el electrocardiograma fisiológico ya que coincide en el tiempo con el complejo QRS. En ocasiones si se retarda la despolarización ventricular, podemos observar un registro negativo en forma de onda T auricular (Ta)



Vectocardiograma

Si juntamos todos los extremos de los vectores resultantes durante la despolarización ventricular (complejo QRS) obtendríamos una figura elipsoide que denominamos vectocardiograma.





Tema 31. Gasto cardiaco y retorno venoso

Introducción

El corazón es una bomba de propulsión y succión que es capaz de propulsar toda la sangre que le llega, la cual viene dada por el retorno venoso, por tanto el principal determinador del gasto cardiaco será el retorno venoso.

El gasto cardiaco es la cantidad de sangre que sale del corazón por minuto, así se hallara multiplicando el volumen eyectado en cada ciclo cardiaco (volumen sistólico) por la frecuencia cardiaca. Viene dado en L/min.

Gasto cardíaco CSistólico FV ·=

Hay una serie de curvas que determinan el gasto cardiaco, y estas curvas son incrementables:

− Es mas alto en el varón que en la mujer.

− Es más alto en situación de ejercicio.

− Es más alto en corazones atléticos.

El gasto cardiaco ó volumen/minuto es el concepto que expresa que el corazón es una bomba de propulsión, ya que esta referido a un volumen de sangre propulsado.

El retorno venoso es el concepto que nos expresa que el corazón es una bomba de succión, ya que absorbe la sangre que le llega pasivamente de las venas.

El corazón es capaz de propulsar la sangre que le lleva gracias al mecanismo de regulación de Frank-Starling

Este mecanismo afirma que cuando un músculo se estira, la cantidad de estiramiento (dilatación) es directamente proporcional a la fuerza de la contracción (dentro de límites fisiológicos).



El gasto cardiaco y el retorno venoso expresan un flujo desde la periferia hasta el corazón. Un flujo (Q) es directamente proporcional al incremento de presión (∆P = P1 – P2), e inversamente proporcional a la resistencia (R)

R

PQ

∆=

Para que la sangre retorne al corazón es preciso generar una diferencia de presión generando una presión negativa en el corazón y además disminuir la resistencia al flujo (el sistema venoso es un sistema de baja resistencia).

El corazón como bomba de propulsión es el principal factor de la circulación que se basa en el constante flujo de sangre. El corazón al latir aporta un flujo intermitente que las arterias, al actuar como vasos de resistencia (bomba hidráulica), consigue que el flujo sea continuo en los capilares.

Las arterias funcionan como vasos de resistencia (no se distienden) las venas en cambio son vasos ampliamente distensibles (vasos de capacitancia) que los hace ser un reservorio de sangre.

Para que haya flujo de sangre es preciso que haya un gradiente de presión aunque éste no sea excesivamente alto. Aunque la resistencia arterial sea alta el flujo está garantizado porque el corazón propulsa la sangre a mucha presión



Gasto cardiaco

En reposo el gasto cardiaco es de unos 4-6 L/min. Es algo mayor en los varones (20% más, debido a que hay más masa anabolizante). Se incrementa con:

− Ansiedad y excitación

− Ejercicio

− Embarazo

El gasto cardiaco disminuye por:

− Edad − Cardiopatías (entre ellas arritmias)

El gasto cardiaco aumenta en proporción a la superficie corporal, lo que es necesario que se exprese como índice cardiaco:

Índice cardiaco = Gasto cardiaco / m2 de superficie corporal

Esta referencia es interesante a la hora de darnos una idea de cómo se adecua la propulsión cardiaca a las necesidades del organismo

Control del gasto cardiaco

El gasto cardiaco sigue una trayectoria sigmoidea, trazando una curva que en ordenadas (Y) tiene el gasto ventricular, y en abscisas (X) la presión auricular.

El corazón es capaz de bombear toda la sangre que llega por el retorno venoso. Esa capacidad automática viene dada por la ley de Frank-Starling.

A medida que aumenta el volumen telediastólico (distensión cardiaca), el corazón es capaz de propulsar más (aumenta el volumen sistólico), es decir, a medida que existe



una mayor distensión cardiaca, aumenta la fuerza de contracción. Esto se denomina autorregulación o regulación intrínseca del corazón.

Además de la distensión del corazón, cuando el corazón se dilata, la distensión que se produce sobre las fibras del nódulo sinusal, también influye en el automatismo, ya que esta distensión aumenta la permeabilidad al sodio y por tanto se dispara el potencial de acción y a mayor distensión, aumenta la frecuencia cardiaca.

La distensión de la aurícula derecha desencadena un reflejo interesante (de Bainbrige) que produce aferencias al centro vasomotor (bulbo raquídeo), lo que provoca que las fibras simpáticas causen un efecto cronotrópico positivo (↑ frecuencia cardiaca).

En condiciones normales el gasto cardiaco está regulado fundamentalmente por el retorno venoso, que a su vez está regulado por los factores periféricos moduladores.

El retorno venoso es la suma de todos los flujos sanguíneos locales de la circulación periférica, por tanto un regulador del flujo sanguíneo local será el índice de metabolismo tisular.

En condiciones patológicas si aumenta el retorno venoso hasta el punto que el corazón no pudiera bombear tanta sangre, el propio corazón si es el factor limitante para el gasto cardiaco.

Los factores que controlan el gasto cardiaco en condiciones patológicas serán los siguientes:

− Volumen sistólico

1. Precarga. La precarga depende del retorno venoso. Conceptualmente es el grado de tensión del músculo cuando comienza a contraerse, por lo que depende de la presión telediastólica.

2. Poscarga. La poscarga es la carga contra la que es preciso ejercer la fuerza contráctil (presión arterial) y tiene que ver con la resistencia opuesta a la salida de la sangre.

Dentro de limites normales, si la presión aumenta tampoco supone un excesiva variación para el gasto cardiaco, pero a partir de presiones muy altas se puede producir el colapso cardiaco



3. Contractilidad

− Frecuencia cardiaca

1. Sistema nervioso autónomo

2. Otros factores

Las curvas de gasto cardiaco aumentadas informan de un corazón hiperefectivo, en el caso contrario hablaremos de un corazón hipoefectivo.

El máximo gasto cardiaco soportado por un corazón normal es de unos 13 L/min que es unas 2’5 veces más que el gasto basal.

El flujo cardiaco se regula por el sistema nervioso autónomo:

− La estimulación simpática aumenta el gasto cardiaco aumentando la contractilidad y la frecuencia cardiaca

− La estimulación parasimpática disminuye la contractilidad (20-30%) y disminuye la frecuencia cardiaca.



En condiciones normales existe un cierto tono simpático (estimulación simpática normal) con curvas de gasto cardiaco de unos 13 L/min. En una estimulación simpática máxima el corazón puede llegar a unos 25 L/min.

En una estimulación simpática nula se llega a unos 10 L/min y con estimulación parasimpática una reducción del 20/30%



Presión media de llenado sistémico (PLS)

Este PLS es un concepto que pretende explicar el retorno venoso. Es la presión a la que todas las presiones circulatorias se igualan en todo el árbol circulatorio si el flujo cesara (1 minuto después del fallo cardiaco). Esta presión dependerá fundamentalmente del volumen de sangre.

Esta presión es importante dado que se tratará de la P1, o presión que el corazón debe hacer más negativa para producir el llenado diastólico.

A un volumen de 5L la PLS es el factor más relevante para producir el retorno venoso y se produce entre 6-7 mm Hg. Si la volemia aumenta, la PLS aumenta casi linealmente.

Si existe una estimulación simpática importante (vasoconstricción generalizada) con menos volumen (<5L) llegaríamos a la misma presión de llenado sistémico.

En caso de inhibición simpática, con el mismo volumen de sangre la PLS sería de 4 mm Hg.

Si trazamos una curva típica de retorno venoso (trabajo/presión). Cuando la presión en la aurícula derecha es de +7-8 mm Hg no existe retorno venoso, pero cuando la presión comienza a hacerse más negativa, comienza a retornar la sangre hacia el corazón por las cavas

El retorno venoso está disminuido con una presión de llenado sistémico (PLS) muy baja, y viceversa.



Circulación venosa

La circulación venosa es una circulación de baja resistencia que circula a baja presión y constituye un reservorio sanguíneo.

En las grandes venas se disponen las válvulas orientadas hacia el corazón. En el caso de las varices las venas se dilatan y se produce una insuficiencia valvular que causa un gran reflujo.

Aparte de la PLS hay pequeños mecanismos de ayuda que aumentan el gradiente de presión (llenado cardiaco). Son tres bombas:

− Bomba cardiaca. Se produce a causa de la diástole (bomba de succión) y además la sístole aporta presión al llenado sistémico

− Bomba muscular. Los músculos esqueléticos perivasculares al contraerse exprimen las venas y propulsan la sangre en contra de gradiente.

− Bomba respiratoria. Se produce gracias a la mecánica pulmonar durante la inspiración y la espiración:

� Inspiración. EL tórax se distiende y baja el diafragma. La presión intratorácica disminuye causando la distensión venosa y succionando sangre, al mismo tiempo el diafragma al descender comprime las venas abdominales y facilita el retorno.

� Espiración. Se dificulta el retorno venoso por las causas contrarias a lo anterior.

*Resumen*

El retorno venoso estará producido por la bajada de presión que se produce en la aurícula durante la diástole. La cantidad de presión que debe bajar viene dada por la presión de llenado sistémica.



Si trazamos una curva de retorno venoso normal y de gasto cardiaco, observamos que ambas se superponen en el punto A (PLS = 7).

Si al paciente incrementamos su volemia, el punto A se desplaza hasta un punto B (PLS = 15) con una elevada presión auricular y gasto cardiaco. Esto indica la intima relación entre el gasto cardiaco y el PLS.

En caso del fracaso del retorno venoso se produce edema (salida de líquido intersticial) que si se presiona queda una marca (fóvea).

En un fallo cardiaco suelen producirse edemas en las extremidades inferiores. En cambio en caso de fallo renal se puede producir edema palpebral.

Medición del gasto cardiaco

Método de Fick

El método de oxígeno de Fick consiste en una comparación entre el oxígeno que absorben los pulmones, y el que contiene la circulación sistémica en sus porciones arteriales y venosas. Responde a esta fórmula:

La sangre venosa será obtenida preferentemente de la vena humeral pero también la podemos obtener de la vena subclavia, el corazón derecho, o la arteria pulmonar.



La sangre arterial la obtendremos de cualquier arteria del cuerpo, ya que todas tendrán la misma saturación de oxigeno.

Mediremos el oxígeno absorbido por los pulmones mediante la diferencia de concentración de oxígeno entre el aire inspirado y espirado para lo cual necesitaremos un medidor de O2.

Método de dilución de un indicador

Para este método inyectaremos pequeñas cantidades de un indicador coloreado en la aurícula derecha o en una vena grande. Registraremos la concentración del indicador al paso por una arteria periférica cada 10 segundos y aplicaremos la siguiente fórmula:

Método de termodilución

El cambio de temperatura es inversamente proporcional a la cantidad de sangre circulante por la arteria pulmonar (WTF??)





Tema 32. Regulación de la presión arterial

Introducción

En este tema estudiaremos los siguientes conceptos:

1. Explicar como el mantenimiento de la presión arterial convierte un flujo sanguíneo pulsátil de las grandes arterias en un flujo constante en los capilares

2. Explicar los factores que determinan las presiones arteriales sistólica y diastólica, la presión arterial media y la presión de pulso

3. Explicar los mecanismos de control de la presión arterial

I. Mecanismos nerviosos

II. Mecanismos endocrinos

III. Mecanismos renales

Presiones arteriales

La presión máxima o sistólica en condiciones fisiológicas es de unos 120 mm Hg y la presión diastólica o presión mínima es de 80 mm de Hg.

La presión de pulso será igual a la diferencia de ambas

Presión de pulso (PP)= PSistólica − PDiastólica

La presión de pulso será la fluctuación de la presión arterial, determinada por el volumen sistólico y la distensibilidad arterial.

Si determinamos la presión que existe en cada uno de los puntos de la presión aórtica y lo dividimos entre el número de puntos que hemos dividido, tendremos la presión media.



La presión media no será la media aritmética de sístole y diástole, ya que la sístole resulta durar solo 1/3 del ciclo cardíaco. La presión media se calculará de la siguiente forma:

Presión media (PM)= PDiastólica − 3

1PPulso

La presión depende del gasto cardíaco y de la resistencia periférica. La presión de pulso depende fundamentalmente del volumen sistólico y de la complianza arterial la cual se calcula mediante la siguiente fórmula:

Complianza arterial = olumenV

P

∆∆

Al aumentar la presión en las arterias aumenta asimismo su volumen debido a la elasticidad de sus paredes. Esta distensibilidad es lo que llamamos compliance o complianza arterial.

*Valores fisiológicos de la presión arterial*

� Presión sistólica = 120 mm Hg

� Presión diastólica = 80 mm Hg

� Presión media = 93 mm Hg

� Presión de pulso = 40 mm Hg

*Valores patológicos de presión arterial. Hipertensión*

� Presión sistólica > 140 mm Hg

� Presión diastólica > 90 mm Hg



Mecanismos de regulación

Como hemos adelantado antes, existen tres mecanismos de control de la presión arterial:

Mecanismos nerviosos

Son mecanismos de actuación rápida que operan en escasos segundos (en ocasiones minutos). Actúan a través de sensores que conducen el impulso al bulbo raquídeo. Estos receptores son:

− Barorreceptores. Detectan incrementos de presión.

− Quimiorreceptores. Detectan concentraciones de sustancias en sangre como la de [CO2] o de [O2] periférico

− Receptores de volumen o baja presión. Son receptores de distensión arterial

− Receptores de isquemia. Responden a la falta de oxígeno en el SNC estimulando el sistema nervioso simpático (cronotrópico positivo).

La respuesta eferente es la de aumentar la frecuencia cardiaca y la presión arterial. Se trata de un mecanismo de emergencia de control de la presión arterial.

El sistema nervioso parasimpático disminuye la permeabilidad al sodio en el nódulo sinusal y por lo tanto disminuye tanto la frecuencia cardiaca como la presión arterial.

El aumento de presión estimula los barorreceptores arteriales lo cual activa al sistema nervioso parasimpático e inhibe al simpático.

El reflejo barorreceptor tiende a amortiguar los cambios de presión, y se adaptan rápidamente si el estímulo es continuado, es decir, si la presión arterial elevada es mantenida la actividad del barorreceptor disminuye paulatinamente, por tanto los barorreceptores amortiguan las oscilaciones de la presión, pero no alteran la presión a largo plazo.



Los barorreceptores de baja presión detectan alteraciones del volumen plasmático

Si aumenta el volumen se activan los barorreceptores de baja presión y se inhibe la actividad simpática y al mismo tiempo los barorreceptores se activan para disminuir la secreción de ADH (hormona antidiurética) aumentando la excreción renal de agua y disminuyendo la volemia.

Los quimiorreceptores detectan la hipoxia estimulando el sistema simpático.

La reacción de Cushing consiste en un aumento de la presión arterial en respuesta a la hipertensión intracraneal. A medida que aumenta la presión intracraneal aumenta la presión arterial.

Mecanismos humorales (hormonas)

La regulación endocrina depende sobre todo de 4 hormonas:

− Angiotensina II. La angiotensina es una hormona secretada en el aparato yuxtaglomerular renal.

En el aparato yuxtaglomerular se secreta renina que convierte el angiotensinógeno en angiotensina I (vasoconstrictor leve). Una enzima presente en el endotelio pulmonar, la enzima conversora de la angiotensina (ECA) convierte la angiotensina I en angiotensina II (el vasoconstrictor más potente del organismo)

La angiotensina II produce vasoconstricción muy potente y por otra parte produce la secreción de aldosterona en la zona glomerular de la corteza suprarrenal.

La aldosterona aumenta la reabsorción de sodio en los túbulos contorneados lo que aumenta la volemia.



Esta hormona aumenta la presión de dos formas:

� Vasoconstricción

� Aumentando la volemia

Una alteración en esta regulación es la que causa la hipertensión renal o de Goldblatt. Ésta se debe a una compresión en un tracto de la arteria renal, que causa una hipotensión en el órgano por tanto existe un reflejo en el que se secreta un exceso de renina que libera el mecanismo de la angiotensina patológicamente, pudiendo desencadenar un feedback positivo.

El reflejo de Goldblatt causa principalmente dos consecuencias patológicas:

� Hipertensión sistémica (presión renal normalizada)

� Vasoconstricción del tracto comprimido de la arteria renal. Esto podría llegar a romper la arteria renal con desastrosas consecuencias.

− Vasopresina (ADH). Se trata de una hormona que aumenta el volumen plasmático mediante la reabsorción de agua y produce vasoconstricción.

El efecto vasoconstrictor de la vasopresina es más acentuado en unos órganos que en otros (corazón, piel…)

La vasopresina se sintetiza en el hipotálamo (desde donde llega al lóbulo posterior de la hipófisis) en respuesta a una disminución de la volemia o un aumento de la osmolaridad plasmática.

− Peptido atrial natriurético. Cuando aumenta el volumen plasmático se distiende la aurícula y se produce esta sustancia que aumenta la excreción renal de sodio lo que provoca la bajada del volumen plasmático. También produce vasodilatación periférica.

− Adrenalina. Se trata de la hormona de estrés por definición, aumentando el gasto cardiaco, la presión, la frecuencia cardiaca, etc…



Regulación renal

El aumento de presión arterial por si misma provoca un aumento de la diuresis y de la natriuresis, ya que existe un aumento de la presión intersticial y disminuye la reabsorción de sodio y agua.

La regulación renal es el mecanismo que actúa a más largo plazo en el mantenimiento de la presión arterial.

*Pregunta de examen*

¿Cuál de los siguientes efectos se producirá en una hemorragia?

a. Activación del sistema nervioso parasimpático

b. Activación de los barorreceptores

c. Secreción de renina

d. Secreción de péptido natriurético auricular

e. Natriuresis

La respuesta correcta es la c) debido a que la renina (desencadenante del mecanismo de la angiotensina II) es el principal mecanismo de regulación de la hipotensión en el organismo, causada en este caso por un descenso en la volemia.





Tema 33. Hemodinámica circulatoria

Introducción

El sistema circulatorio como sabemos se organiza en dos subsistemas

− Circulación mayor sistémica. Está orientada a irrigar todos los tejidos corporales nutriéndolos y retirando sus deshechos metabólicos.

− Circulación menor pulmonar. Esta destinada a oxigenar la sangre para la circulación mayor.

Tiene otras funciones como expresar en su endotelio la enzima convertidora de angiotensina (ECA), etc…

La circulación menor siendo relativamente pequeña, tiene un endotelio muy extenso (80 – 100 m2)

Cada sistema esta constituido por un sistema de arterias � arteriolas � capilares � venulas � venas.

Hay que explicar algunos conceptos con respecto a estas circulaciones

1. Distensibilidad, complianza y capacitancia

2. Viscosidad de la sangre y flujo laminar, relación entre la viscosidad y el hematocrito

3. Flujo y conductancia

4. Resistencia periférica y pulmonar

Hemodinámica

La circulación menor contiene el 16% de la sangre total, de la cual:

− El 9% se encuentra en los pulmones

− El 7% se encuentra en el corazón

La circulación mayor alberga el 84% de la sangre total de la cual:

− El 64% en venas

− El 20% en arterias

� 13% en arterias pequeñas � 7% en arteriolas y capilares



Elementos funcionales de la circulación

Arterias

Transportan la sangre a los tejidos con presión elevada. Son vasos de resistencia, por lo que sus paredes vasculares serán fuertes, y la sangre fluye con gran rapidez.

Arteriolas

Operan como conductos de control, y a través de ellas la sangre pasa a los capilares. Se utilizan para regular el flujo sanguíneo a los órganos periféricos por ejemplo en caso de hipovolemia.

Capilares

Tienen las paredes muy delgadas con fenestraciones (poros capilares) que permiten el paso de agua y moléculas pequeñas (electrolitos, nutrientes, oxígeno…)

Vénulas

Recogen la sangre de los capilares y van formando gradualmente venas de mayor grosor



Venas

Tienen paredes delgadas y muy distensibles. Actúan como conductos de transporte de los tejidos al corazón (retorno venoso) y al ser vasos de capacitancia actúan como reservorio de sangre.

La función principal del sistema arterial es distribuir la sangre hacia los lechos capilares de todo el organismo. Las grandes arterias que comunican el corazón con las arteriolas pueden albergar sangre gracias a sus paredes elásticas.

Las arteriolas regulan la distribución de sangre en los tejidos por los capilares. Al tener esfínteres precapilares pueden ofrecer resistencia al flujo sanguíneo si es conveniente.

Conceptos de la hidrodinámica

Distensibilidad vascular

Es una característica fundamental de todos los vasos que causa que al aumentar la presión disminuya la resistencia y aumente el flujo de sangre.

↑ Presión (P) � ↓ Resistencia (R) � ↑ Flujo (Q)

La distensibilidad hace que las arterias se acomoden al gasto cardiaco y que puedan lograr un flujo continuo en los capilares a partir de un flujo pulsátil.

Las venas son 8 veces más distensibles que las arterias. A pequeños aumentos de presión pueden almacenar de 0’5 – 1L de presión, sirviendo como reservorio de grandes cantidades de sangre.

Las arterias pulmonares son como venas sistémicas en cuanto a su distensibilidad. En la práctica la distensibilidad de las arterias pulmonares es 6 veces mayor que la de las arterias sistémicas.

Las venas tienen una complianza mayor que las arterias.

Capacitancia

La capacitancia expresa la cantidad de sangre (volumen) que puede albergar un vaso en una porción determinada de la circulación por cada mm Hg de presión que aumente.

Conceptualmente la capacitancia es la distensibilidad por el volumen que es capaz de acoger un vaso.



Capacitancia = Distensibilidad · Volumen

La capacitancia de una vena es 24 veces mayor que el de su arteria correspondiente.

Viscosidad

La viscosidad (ηηηη) es la fuerza que se opone al movimiento de las moléculas en un líquido, es análoga al rozamiento de sólidos. Las moléculas que se desplazan en el seno del vaso van más rápido que las que se sitúan pegadas al endotelio vascular.

El flujo laminar en un vaso rígido de sección circular puede ser expresado con la ley de Poiseuille:

l

rPPFlujo

··8

·)(

4

21 ηπ

=−=

El flujo depende de la diferencia de presión, pero no de su valor absoluto.

La viscosidad de la sangre depende del valor hematocrito. Pequeños incrementos en éste valor aumentan exponencialmente la viscosidad de la sangre.

Cuando el radio de un vaso disminuye aumenta la resistencia al flujo a la cuarta potencia (r4). Si la diferencia de presiones es fija, al aumentar la resistencia disminuye el flujo, por tanto si aumenta la resistencia es preciso disminuir la presión distal.

Cuando un vaso se ramifica, el área total de luz aumenta (A < A1 + A2) pero también aumenta la resistencia al paso de sangre.



Resistencia al flujo de sangre

La resistencia se calcula con la fórmula del flujo de sangre:

Q

PR

∆=

No es posible medirla directamente pero si medir la variación de presión y el flujo. Medimos este valor en unidades PRU (Unidades de Resistencia Periférica) o bien en unidades del sistema CGS (dina·seg/cm5).

El flujo sistémico en un varón adulto se aproxima a unos 100 mL/seg y la variación de presión es aproximadamente de 100 mm Hg. Por tanto la resistencia periférica total fisiológica será de 1 PRU.

En condiciones patológicas:

� Vasoconstricción arterial. 1 PRU � 4 PRU

� Vasodilatacion arterial. 1 PRU � 0’2 PRU

La resistencia periférica total como decíamos es de ∼ 1 PRU.

La resistencia pulmonar total es completamente diferente a la de la circulación periférica o mayor. En un adulto varón la resistencia pulmonar total se calcula con los siguientes parámetros:

− Variación de presión = 14 mm Hg

� Presión arterial media � 16 mm Hg

� Presión aurícula izquierda � 2 mm Hg

− Gasto cardiaco = Normal (100 mL/seg)

La resistencia pulmonar total es de 0’14 PRU.

La resistencia vascular en general será máxima en las arteriolas debido a sus esfínteres arteriolares para convertir el flujo discontinuo pulsátil en un flujo continuo, sin embargo, la máxima área total se encuentra en los lechos capilares.

La mayor caída de presión se da en las arteriolas por lo que por los lechos capilares circulara una sangre a muy baja presión.



La velocidad de la sangre disminuye cuando aumenta el área a pesar de no variar el flujo. Por ello la velocidad es mucho menor en el sistema venoso que en el arterial ya que el área transversal total es mucho mayor en el sistema venoso que en el arterial, por ello éste es un gran reservorio de sangre.

La velocidad de la sangre se calcula de este modo:

Velocidad = Flujo / Área

En reposo la velocidad de la sangre en los capilares es 1000 veces menor que en la aorta por ello ésta condición facilita la difusión de agua y nutrientes a los tejidos.

� Velocidad aórtica = 33 cm/s

� Velocidad capilar = 0’3 mm/sg

La longitud de los capilares es de 0’3 – 1 mm por lo que sabiendo la velocidad, la sangre permanece en ellos de 1 – 3 segundos lo cual es suficiente para que se de la difusión de sustancias a los tejidos de forma bidireccional.

Conductancia

La conductancia de la sangre es una medida de flujo sanguíneo a través de un vaso para cierta diferencia de presión. La conductancia es lo mismo que la inversa de la resistencia por tanto se calcula de este modo:

Conductancia = RP

Q 1=

∆

A pequeños cambios en el diámetro de un vaso (vasoconstricción o dilatación) produce enormes cambios en la conductancia.



Recordemos que la ley de Poiseuille enunciaba que:

l

rPPFlujo

··8

·)(

4

21 ηπ

=−=

Por tanto sabremos que hay dos elementos plenamente vasculares:

� Longitud (l). El flujo es inversamente proporcional a la longitud

� Radio (r). El flujo de sangre es proporcional a r4. La conductancia del vaso por tanto aumenta en proporción a la cuarta potencia del radio

La presión gravitatoria es la presión que produce la altura de la columna de líquido que existe por encima por acción de la gravedad. Esto tiene su importancia cuando los extremos de un vaso están a distinta altura, como por ejemplo en las venas y arterias de las piernas y el cerebro.

La presión en los vasos sanguíneos se mide a la altura del corazón en un brazo.



La formula de Poiseuille no se cumple cuando tenemos un flujo turbulento (si que se cumple cuando éste es laminar). Para conocer cuando el flujo es turbulento aplicamos el número de Reynolds

El número de Reynolds se calcula del siguiente modo:

Reynolds (R) = Diámetro · Densidad ·

Siempre que R < 1000 el flujo será laminar.

El flujo turbulento puede aparecer en una separación del flujo sanguíneo, por ejemplo en la ramificación de un vaso.

*Pregunta de examen*

¿Cuál de los siguientes efectos puede producirse si colocamos en las piernas un torniquete de manera que comprima a las venas pero no a las arterias?

a. Disminución de la presión hidrostática de los capilares de las piernas

b. Aumento de la presión oncótica de los capilares de las piernas

c. Presión más negativa en el intersticio de las piernas

d. Disminución del gasto cardiaco

e. Colapso de las venas de las piernas

La respuesta es la d) debido a que al disminuir el retorno venoso, éste es el principal determinante del gasto cardiaco, y por lo tanto disminuirá en consonancia de forma directamente proporcional a como disminuimos el retorno venoso.

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Fisiologia I