Fisiologia Humana La Base De La Medicina 2 Ed

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Gillian Pocock Christopher d . Richards

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F I S I O L O G Í A ■ .......... ......... H U M A N A LA BASE DE LA M E D IC IN A

2.aedición

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Fisiología humana La base de la medicina

FISIOLOGIA HUMANA La base de la m edicina 2.a edición Gillian Pocock Senior Lecturer in Clinical Science, Canterbury Christ Church University College, Canterbury, Reino Unido

Christopher D. Richards Professor o f Experimental Physiology,

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Department o f Physiology, University College, Londres

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MASSON

MASSON, S.A. Travessera de Gràcia, 17-21 - 08021 Barcelona (España) Teléfono: (34) 93 241 88 00 www.masson.es MASSON, S.A. 21, rue Camille Desmoulins - 92789 Issy-les-Moulineaux Cedex 9 - Paris (francia) www.masson.fr MASSON S.P.A. Via Muzio Attendolo detto Sforza, 7/9 - 20141 Milano (Italia) www.masson.it MASSON DOYMA MEXICO, S.A. Santander, 93 - Colonia Insurgentes Mixcoac - 03920 México DE (México)

Traducción S a n tia g o M a d e r o G arc ía D octor en M edicina y C irugía Revisión científica J o r d i P a lé s A rg u lló s C atedrático de Fisiología, D epartam ento de Ciencias Fisiológicas I, F acultad de M edicina, U niv ersität de Barcelona Prim era edición 2002 R eim presión 2003 Segunda edición 2005 Reservados todos los derechos. No puede reproducirse, almacenarse en un sistema de recuperación o transmitirse en forma alguna por medio de cualquier procedimiento, sea éste mecánico, electrónico, de fotocopia, grabación o cualquier otro, sin el previo permiso escrito del editor. ©2005 MASSON, S.A. T ravessera de Grácia, 17-21 Barcelona (España) ISBN 84-458-1479-6 Versión española Fisiología hum ana. La base de la medicina (segunda edición) fue pub licad a o riginalm ente en inglés en 2004. Esta trad u cció n se publica p o r acu erd o con O xford U niversity Press. © O xford U niversity Press 2004 ISBN 0-19-858526-8 Edición original (hardback) 0-19-858527-6 Edición original (paperback) H uman Physiology. The basis o f Medicine (second edition) w as o riginally p u b lish ed in English in 2004 This tran slatio n is p u blish ed by arran g em en t w ith O xford U niv ersity Press. D epósito Legal: B. 25.234-2005 Com posición y com paginación: Fotoletra, S.A. - Passeig de Sant Joan, 198 Barcelona (2005) Im presión: BIGSA - Polígono In d u strial C ongost - A vda. Sant Juliá, 104-112 - G ranollers (Barcelona) (2005) P rinted in Spain

A Chris, D avid P., D avid R., Jam es, Sue , Rebecca, a Jo an y M ichael de Burgh Daly (1922-2002), in m em oriam

Prólogo a la primera edición

lis u n placer para mí q ue me hayan in v ita d o a red a c ta r el prólogo de la prim era edición de este libro de te x to q u e d escribe los p rin ­ cipios fundam entales de la fisiología hum ana, lista escrito p o r dos profesores con experiencia en este campo, y sólo a tra v és de los conocim ientos o btenidos a lo largo de los años se co m p ren d en las necesidades de los estudian tes. A lo largo del libro, los auto res han ten id o m uy p resen te la recom endación del G eneral M edical Council de q u e es preciso re d u cir la carga de inform ación a los es­ tu d ian tes para brin d arles la o p o rtu n id ad de in clu ir tem as que capten las capacidades críticas, filosóficas y creativas. Por esta ra ­ zón, los autores han p ro p orcio n ad o inform ación básica sobre el tem a, y un tex to q u e es fácil de leer y de seguir, ni dem asiado d i­ dáctico ni excesivam ente c o n tro v ertid o . Al mismo tiem po, evitan las com plejidades de las ecuaciones m atem áticas q u e disu ad en a cu alq u ier estudiante, excep to a los p red isp u esto s a a b o rd a r los problem as desde este prism a. Desde hace m ucho tiem po se consideran necesarios los cono­ cim ientos adecuados sobre la fisiología ju n to con una base de co­ nocim ientos sobre anatom ía funcional. W illiam H arvey (15781657), célebre m édico británico, se dio cu en ta m uchos años atrás de la im portancia de d isp o n er de u nos conocim ientos anatóm icos. A él se debe el d escubrim ien to de la circulación sanguínea y se le considera el prim er fisiólogo exp erim en tal. La com binación de las pru eb as experim entales y la aplicación de los conocim ientos ana­ tóm icos le perm itieron hacer este im p o rtan te d escubrim iento, qu e tu v o un im pacto considerable en la m edicina clínica. A p a rtir de estas p ru eb as experim en tales, d ed u jo correctam ente q u e ex is­ tían p equeños vasos sanguíneos q u e conectan las arterias y las ve­ nas y por los q ue la sangre fluye después de p e n e tra r en una e x ­ trem idad por las arterias y an tes de regresar, a trav és de las venas, al lado derecho del corazón. Sin em bargo, p u esto q u e en aquella época no se disponía de m icroscopio, no p u d o confirm ar esta de­ ducción. El d escubrim ien to ulterior de los capilares es u n buen ejem plo de la forma en q u e los estu d io s histológicos y, más tarde, de m icroscopía electrónica han c o n trib u id o a los avances de los conocim ientos fisiológicos. A lgunos aspectos de la bioquím ica y la farm acología tam bién han hecho co n trib u cio n es m u y valiosas. En mi opinión, estos tem as no p u ed en separarse de la fisiología,

como algunos desearían, y, p o r co nsiguiente, se ab o rd an cuando conviene en las d iferen tes p artes de la obra, lo q u e refuerza dicho p u n to de vista. Esta o b ra sigue el esquem a general de cu alq u ier lib ro de te x ­ to q u e ab o rd a los aspectos in d iv id u ales de la fisiología com o «sis­ tem as» prin cip ales. La ex p erien cia p revia ha dem ostrado q ue éste es uno de los m edios más sim ples de p re se n ta r el tem a, p ero los es­ tu d ia n te s han de co n sid erar q u e el funcionam iento del cuerpo com o u n to d o es más com plejo: está d eterm in ad o p o r la in teg ra­ ción del funcio n am ien to de dos o más sistem as sim ultáneam ente. En la presen te obra se hace hin cap ié en esta in tegración con n u ­ m erosas referencias a las secciones p ertin en tes. El lector en co n trará num erosos ejem plos de aplicaciones de la fisiología a problem as prácticos y a la m edicina clínica, ya que ex iste una tendencia cada vez m ayor de in clu ir más m aterial clí­ nico en los cursos preclínicos. Sin em bargo, este libro n o p u ed e ni p re te n d e ser u n tra ta d o d efin itiv o de fisiología clínica ni de fisio­ logía básica, ya q u e este tem a ju stifica p o r com pleto u n tra ta ­ m iento distin to . Por co nsiguiente, los au to res h an tra ta d o de al­ canzar — considero q u e satisfactoriam ente— u n difícil e q u ilib rio al p ro p o rcio n ar al estu d ian te una form ación científica sólida en fisiología al mismo tiem po q u e abarcan algunos de los problem as afro n tad o s en fisiología aplicada y en m edicina clínica. Como siem pre acaban p o r c o m p ren d er los estu d ia n te s de los cursos p re­ clínicos, la práctica de la m edicina se basa en u nos conocim ientos sólidos de fisiología. La m ayor p arte de cursos de fisiología consisten en series de conferencias form ales (au n q u e en ocasiones se facilitan apuntes), clases in d iv id u ales o en p eq u eñ o s g ru p o s y las co rresp o n dientes prácticas. Estos cursos p ro p o rcio n an a los e stu d ian tes b u enos co­ n ocim ientos sobre la fisiología como discip lin a ex p erim ental, pero tam b ién cum plen o tra función im portante: g u iar la lectura de los estu d ian tes sobre el tem a, lo cual hace in d isp en sab le este li­ bro de texto.

M. Dh Bukgh Daly Royal Free Hospital School of Medicine, Londres

Prefacio a la primera edición

La idea de este lib ro surgió a p a rtir de las reu n io n es h ab itu ales en ­ tre los autores cuando trabajábam os en el D epartam ento de Fisio­ logía del Royal Free H ospital School o f M edicine de L ondres. C onsiderábam os qu e se necesitaba u n lib ro de te x to de fisiología, m oderno y conciso, q u e abarcara todos los aspectos d e los cursos preclínicos de la fisiología. El te x to está escrito p rin cip alm en te para los estu d ian tes de m edicina y personas relacionadas, de modo q u e se hace hincapié delib erad am en te en las im plicaciones clínicas del tema. Sin em bargo, esperam os q u e el libro tam bién sea útil como m aterial básico p ara los e stu d ian tes de ciencias de los años prim ero y segundo. Hemos su p u esto u nos conocim ientos de quím ica y biología sim ilares a los p rev isto s p ara estu d ian tes b ritánicos con niveles «AS» en estos tem as. N uestra in ten ció n ha sido p ro p o rcio n ar explicaciones claras de los p rin cip io s básicos q ue determ inan los procesos fisiológicos del c u erp o h u m an o y m ostrar cómo estos prin cip io s se aplican a la com prensión de los procesos patológicos. El libro se inicia con la fisiología de la célula (con la inclusión de detalles de bioquím ica elem ental) y co n tin ú a co n sid eran d o cómo las células in teraccio n an tan to p o r contacto d irecto como por señalización a m ayores distancias. D esde este aspecto se a b o r­ dan el sistem a nervioso y el sistem a endocrino. Se d escribe la fi­ siología de ios principales sistem as corporales. F.stos capítulos ex ­ tensos se co n tin ú an con una serie de capítulos más b rev es q u e describen las respuestas fisiológicas in teg rad as, in clu y en d o el control del crecim iento, la regulación de la tem p eratu ra corporal, la fisiología del ejercicio y la reg u lació n del volum en de líquidos corporales. Los capítulos finales se dedican en su m ayor p arte a las aplicaciones clínicas de la fisiología, in c lu y en d o el e q u ilib rio ácido-base, la insuficiencia cardíaca, la h ip erten sió n , la in su fi­ ciencia hepática y la insuficiencia renal. Esta e stru c tu ra no refle­ ja la organización de u n curso concreto sino q u e tra ta de m ostrar cómo p u ed e llegarse a u n a explicación satisfactoria de la fu n ció n corporal co m prendiendo la form a en q u e fu n cio n an las células y cómo se in teg ra su actividad . Para p roporcionar descripciones claras de tem as específicos, en ocasiones es necesario om itir alg u n o s detalles o explicaciones alternativas. A pesar de q u e esta estrateg ia en ocasiones p resenta una perspectiva q ue es más clara de lo q u e las p ru e b a s g ara n ti­ zan, consideram os q u e está ju stificad o en aras de la claridad. Los p u n to s clave se ilustran con d ibujos sim ples q u e consideram os de u tilid ad para los estu d ian tes con el o b jetiv o de q u e co m p ren d an . recuerd en los conceptos im portantes. No hem os in clu id o d es­ cripciones ex h au stiv as de las técnicas exp erim en tales de fisiolo­ gía, pero hem os tratad o de dejar clara la im portancia de las p ru e ­

bas ex p erim entales en la d ilucidación de los m ecanism os su b y a ­ centes. Siem pre q u e ha sido posible, en el te x to se pro p o rcionan los valores norm ales en u n id ad es del SI, p ero las variables fisioló­ gicas im p o rtan tes tam b ién se ex p resan en u n id ad es tradicionales (p. ej., mm Hg para las d eterm inaciones de la presión). Cada capítulo está o rganizado de la mism a form a. En resp u es­ ta a la p etició n ta n ta s veces escuchada de « ¿qué es necesario co­ nocer?» hem os establecido los p rin cip ales objetiv o s de a p re n d i­ zaje p ara cada capítulo, lo q u e va seguido, cu an d o es co n v en ien ­ te, de una descrip ció n b rev e de los p rincipios físicos y quím icos necesarios para e n te n d e r los procesos fisiológicos c o rresp o n d ien ­ tes. Se describ en la anatom ía e histología esenciales, y a q u e la evaluación apropiada de cu alq u ier proceso fisiológico debe ba­ sarse en unos conocim ientos sobre las características anatóm icas de los órganos relacionados. A con tin u ació n se describen con de­ talle los prin cip ales aspectos fisiológicos. Para a y u d a r al estu d ian te en su aprendizaje, desp u és de cada ap artad o p rincipal se p ro p o rcio n an resúm enes num erados. C uan­ do es necesario, incluim os aspectos o p rin cip io s biológicos im por­ ta n te s como encabezam ientos de apartados. Esperam os q u e esto ay u d a rá a los e stu d ian tes a id en tificar con m ás clarid ad la razón de q u e se a b o rd e u n tem a concreto. La bibliografía recom endada al térm in o de cada capítu lo p reten d e tan to facilitar u n vínculo con otros tem as del p lan de estu d io s de m edicina com o p ro p o r­ cionar fu en tes a p a rtir de las q u e p u ed e o b ten erse inform ación más detallada. Con la presen tació n de p re g u n ta s con respuestas m últiples o problem as c u an titativ o s (o am bos) al térm in o de los capítulos se anim a al estu d ia n te a su autoev alu ació n . A co n tin u a­ ción se facilitan las resp u estas con las explicaciones p ertin en tes. Tam bién se p lan tean algunos problem as num éricos q u e p re te n ­ den fam iliarizar a los estu d ian tes con las fórm ulas clave y a len tar­ les para q u e piensen en térm inos cu an titativ o s. Deseamos e x p resar n u e stro ag radecim iento al Prof. M ichael de B urgh D aly y al Dr. T ed D cbnam , q u e n o sólo nos aconsejaron sobre los tem as en los q u e son especialistas sino q u e ley eron de­ ten id a y c o n stru ctiv am en te to d o el m anuscrito. A sum im os la res­ p o n sab ilid ad de cu alq u ier e rro r o exposición com pleja. El Prof. de B urgh Daly tam bién redactó am ablem ente el prólogo de este li­ bro. Por últim o, deseam os ex p re sa r n u e stro agradecim iento a la O xford U n iv ersity Press p o r creer en este p ro y ecto , p o r su pa­ ciencia cuand o el ritm o de la p rep aració n del libro se hacía más lento y p o r su ay u d a en la realización de la edición final. G. P o c o c k C. D. R i c h a r d s

Prefacio a la segunda edición

N uestro objetivo en esta nu ev a edición ha sido el mism o que en la p rim era: hem os in te n ta d o escrib ir u n libro de tex to d e fisiología m oderno y conciso qu e resuelva las necesidades de los estu d ia n ­ tes de m edicina. Para ello, a lo largo de toda la o b ra se h a n su b ra ­ y ado de m anera d eliberad a las im plicaciones clínicas de cada cuestión relevante. En cu alq u ier caso, esperam os q u e siga siendo ú til para los estu d ian tes de p rim er y seg u n d o años de ciencias q u e a b o rd an la fisiología y los aspectos de la biom edicina relacionados con ésta. N uestra in ten ció n ha sido la de ofrecer con claridad la explicación de los principio s básicos q u e co ntrolan los procesos fisiológicos del cuerpo hum an o y la de m ostrar cómo p u ed en apli­ carse estos principios al conocim iento de las enferm edades. En esta n u eva edición, hem os ap ro v ech ad o la o p o rtu n id ad de am pliar la exposición de num erosos aspectos. Se han incluido más de 50 nuevas figuras y se han red ib u jad o otra s m uchas. Casi todos los capítulos se han am pliado p ara in clu ir m aterial n u ev o y se ha a provechado la o p o rtu n id a d p ara elim inar los erro res q u e co n te­ nía la prim era edición, a pesar de la revisión rigurosa efectuada p or n u estro s colegas en aquel m om ento. Dado q u e la fisiología es una ciencia en desarrollo activo, tam bién se han actualizado di­ versas cuestiones específicas. Los cam bios prin cip ales h a n sido la inclusión de una sección sobre la meiosis y una exposición más detallada del m etabolism o en erg ético en el capítulo 3. Se ha am ­ p liado el abordaje de la fisiología del m úsculo (cap. 7) con in clu ­ sión de algunas figuras nuevas. El capítulo 8 se ha rev isad o en p ro fu n d id ad y se ha am pliado con u n a sección m ayor sobre el do­ lor y una b reve exposición de los aspectos m édicos más im por­ tan tes (y a m enudo olvidados) del p ru rito ; tam bién se ha am plia­ d o to d o lo relativo a la visión del color. El cap ítu lo 12 se ha rees­

crito casi p o r com pleto, con una exposición más detallada de los trasto rn o s en d o crin o s m ás com unes y con inclusión de alg unas lá­ m inas ilu strativ as. El cap ítu lo 15 se ha am pliado con un abordaje más detallad o del electrocardiogram a y de su origen. El cap ítu ­ lo 17 ha sido escrito casi totalm en te de n u ev o para m ejorar la ex­ posición del aclaram iento, in clu y en d o la co nsideración del aclaram iento de agua libre. El cap ítu lo 18 de esta n u ev a edición in ­ cluye la exposición de los trasto rn o s de la absorción. Se ha apro­ v echado la o p o rtu n id a d para a ñ ad ir u n n u ev o capitulo sobre n u tric ió n (cap. 19) y se han reorganizado y am pliado to d o s los as­ p ectos relativ o s a la fisiología de la rep ro d u cció n con u n a exposi­ ción más d etallada de la fisiología m aterna. El capítu lo sobre cre­ cim iento (cap. 23) se ha rev isad o y am pliado en to d o lo relativ o a la fisiología del hueso; tam bién se ha in clu id o una b rev e exposi­ ción del proceso de curación del hueso tra s una factura, fin a l­ m ente, en el capítulo 31 se ha in clu id o una b rev e consideración de las m odificaciones fisiológicas norm ales q u e tien en lu g ar a lo largo de la vida. Q uerem os ag rad ecer los num erosos y valiosos com entarios q u e hem os recibido de n u estro s lectores acerca de m uchos de los tem as a b o rd ad o s en este libro. D esafortunadam ente, n u estro m entor, el p rofesor M ichael de Burgh Daly, falleció poco tiem po desp u és de la finalización de esta seg u n d a edición. No obstante, realizó num erosas p ro p u estas co n stru ctiv as q u e se h an incorpo­ rado. Vamos a echar de m enos su ánim o, su inteligencia y su pers­ picacia. D edicam os esta edición a su mem oria. G. P

ocock

C. D.

R ic h a r d s

Prólogo a la segunda edición española

G. Pocock y C. D. R ichards, au to res de Fisiología humana. La base de la medicina, explicitan claram ente en el prefacio de la segunda edición de la obra q u e su o b jetiv o ha sido el de e scrib ir u n libro de tex to de fisiología, conciso, q u e cu b ra las necesidades de los estu d ian tes de m edicina. ¿Cuáles son estas necesidades en lo que a la fisiología se refie­ re? Para responder deberíam os p reg u n tarn o s p o r el papel que debe desem peñar la fisiología hum ana incluida en el cu rrículum de las facultades de m edicina. Por una p arte, es u n a ciencia básica q ue define las características del hom bre sano, en estado de salud, y sirve de base para el estudio de las desviaciones anorm ales, en el estado de enferm edad. E ncuadrada de este m odo, la enseñanza de la fisiología tiene como objetivos el conocim iento de las funciones del organism o, la adquisición de la m etodología necesaria para su estudio y el desarrollo de actitu d es fren te al m antenim iento de la salud de los in d iv id u o s y de la com unidad, y el tratam iento de la enferm edad. P or otra p arte, al igual q u e otras ciencias básicas, cum ple una función form ativa general m uy im p o rtan te. Es fu n d a ­ m ental para q ue los estudian tes ap re n d a n cómo se genera el cono­ cim iento científico y les enseña u n lenguaje q u e sirve para ex p re­ sar los hechos y las relaciones. La fisiología asum e una función de disciplina intelectual en la q u e se enseña a o b serv ar los fenóm enos y form ular hipótesis razonables acerca de éstos. Sin em bargo, no debem os o lv id a r q u e la constatación de la utilidad práctica de los conocim ientos es siem pre una m otivación p o ten te en estu d ian tes y fu tu ro s licenciados, y p o r ello debe te ­ nerse en cu en ta en su justa p ro p o rció n sin, p o r o tra p arte, co n d i­ cionar totalm ente el co nten id o básico y los objetiv o s de u n curso com pleto de fisiología. Al en señ ar fisiología en el co n tex to de la licenciatura de m edicina, debe hacerse énfasis en la descripción de una función a todos los niveles, in clu y en d o sus m ecanism os m oleculares, o en la discusión de u n a teoría; p ero tam bién d eb e­ mos in clu ir la exploración de u n órgano, la valoración funcional de un sistem a o ap arato o sus aspectos fisiopatológicos. En defini­ tiva, lo correcto es alcanzar u n eq u ilib rio ad ecu ad o e n tre los as­ pectos básicos y los aspectos aplicados. En este sen tid o creo que el p resen te libro de texto da u n a co b ertu ra m uy adecuada a am ­ bos aspectos y alcanza dicho eq uilibrio. A nalizando con m ás detalle el co n ten id o de la o b ra, podem os o b serv ar que los tem as iniciales q u e co rresp o n d en a lo q u e h abi­ túa lm ente conocem os como fisiología general están perfectam en ­

te desarrollados y actualizados y co n stitu y en u n a base esencial p ara la com prensión de g ra n p arte de las fu n cio n es q u e se tra ta n en los capítulos p osteriores. En éstos, las funciones de los dife­ ren te s órg an o s y sistem as se d escrib en de form a clara y concisa, ind ican d o al p rin cip io de cada uno los prin cip ales o b jetivos que se p re te n d e alcanzar; adem ás, perió d icam en te se d estacan, en forma de resúm enes, los aspectos más im p o rtan tes q u e deb e re ­ co rd ar el lector, lo cual resu lta de g ran ayuda para el ap rendizaje. Los cap ítulo s co n tienen u n g ran nú m ero d e figuras, esquem as y tab las con la inform ación necesaria e in d isp en sab le. Cabe resaltar tam bién la inclusión en varios capítulos de referencias a aspectos clínicos q u e p erm iten al estu d ia n te ap reciar m ejor la relevancia de los conceptos fisiológicos ap ren d id o s. Estos aspectos se com­ plem entan al final de la obra con u n cap ítu lo ded icad o a la fisio­ logía clínica, q u e ay u d a a m an ten er el e q u ilib rio al q u e a n tes alu­ díam os. Debem os destacar tam bién la inclusión, al final de la obra, de cap ítu lo s q u e a b o rd a n tem as de integración y q ue per­ m iten al lector a d q u irir una visión de c o n ju n to sobre d iferentes aspectos del funcionam iento del organism o y c o m p ren d er la idea de q u e el organism o hum an o debe ser siem pre considerado como u n todo. Asim ism o, al final de cada cap ítu lo se in clu y e u n a serie de ejercicios en form a de p re g u n ta s de elección m últiple y pro b le­ mas c u a n titativ o s con sus co rresp o n d ien tes resp u estas q u e p er­ m iten al estu d ia n te u n m ejor ap ren d izaje autónom o al facilitarle o p o rtu n id ad e s de autoevaluación. Sin d u d a, nos encontram os an te u n a obra q u e, p o r su form ato y contenidos, c u b re ad ecu ad am en te las necesidades de los e stu ­ d iantes de m edicina en n u estro e n to rn o . C onsiderando adem ás q u e vivim os u n n u ev o proceso de reform a cu rric u la r enm arcado en lo q u e se denom ina la convergencia eu ro p ea en educación su­ p erio r y q u e enfatiza el concepto de ap re n d e r fren te al de ense­ ñar, esta obra p u ed e ser de g ra n u tilid ad para los estu d iantes, al tiem po q u e p u ed e se rv ir p ara estim ular la utilización de libros de tex to en p reo c u p a n te ten d en cia a la dism inución p o r p arte de n u estro s alum nos. J o r d i P a lé s A r g ü lló s

Catedrático de Fisiología Facultad de Medicina Universidad de Barcelona

1

;

Qué es la fisiología ?

El objetivo del presente capítulo es explicar: •

El objeto de estudio de la fisiología

•

La organización jerárquica del organismo

•

El concepto de homeostasia

*¿ Qué

es la fisiología ?

O MASSON. S.A. Fotocopia» sin autorización e» un doltlo

1.1 Introducción La fisiología estudia las funciones de los seres v iv o s y la m anera con la que u n organism o lleva a cabo sus diversas actividades: cómo se n u tre , cómo se m ueve, cómo se ad ap ta a u n as circu n s­ tancias cam biantes, y cómo se rep ro d u ce. El tem a es m u y am plio y abarca toda la creación. El éx ito con q u e la fisiología explica cómo los organism os llevan a cabo su s funciones diarias se basa en el concepto de q ue éstos son aparatos in trin cad o s y exquisitos cuya función está determ in ad a p o r las leyes de la física y la q u í­ mica. A pesar de q ue algu n o s de los procesos son sim ilares a lo largo de to d o el espectro de la biología — p o r ejem plo, la replicación del código genético— , m uchos son específicos de d eterm i­ nados g ru p o s de organism os. Por esta razón, es necesario d iv id ir la m ateria en diversas partes: fisiología bacteriana, fisiología ve­ getal y fisiología anim al, p o r ejem plo. Este lib ro se centra en la fi­ siología de los m am íferos, en especial la del ser hum ano. Para estudiar cómo funciona u n anim al, prim ero es necesario saber cómo está form ado. El estudio com pleto de la fisiología de un organism o ha de basarse, p o r tanto, en conocim ientos sólidos so­ bre su anatom ía. P artiendo de estos conocim ientos pued en llevar­ se a cabo experim entos para establecer el m odo en q u e las diferen­ tes partes desarrollan sus funciones. A p esar de q u e se han hecho num erosas e im portantes investigaciones fisiológicas en seres h u ­ m anos voluntarios, la necesidad de ten e r u n control preciso sobre las condiciones experim entales ha hecho q u e buena p arte de los conocim ientos fisiológicos actuales pro ced an de estudios realiza­ dos en otros anim ales como ranas, conejos, gatos y perros. Cuando está claro q ue un proceso fisiológico específico tiene una base co­ m ún en una amplia v ariedad de especies anim ales, es razonable su­ poner q ue los mismos principios se ap licarán al ser hum ano. Los conocim ientos obtenidos a p artir de esta estrategia nos han a y u d a­ do a e n ten d e r m ejor la fisiología hum ana y nos h a n p roporcionado una sólida base para tratar eficazm ente num erosas enferm edades.

1.2 Organización del organismo humano Los pan lial, uno nen una

com ponentes básicos del cuerpo son las células, q u e se a g ru ­ form ando tejidos. Los principales tipos de tejidos son: ep ite­ conjuntivo, sanguíneo, linfoide, nervioso y m uscular, cada con sus propias características. Los tejidos con ju n tiv o s d ispo­ de u n núm ero relativam ente red u cid o de células inm ersas en m atriz extracelular extensa, m ientras q u e el m úsculo liso

consta de capas de células m usculares q u e se m antienen agrupadas de forma densa gracias a uniones celulares específicas. Órganos como el cerebro, el corazón, los pulm ones, los intestinos y el híga­ do están form ados p o r la agregación de d iferentes tipos de tejido. Los propios órganos son partes de d iferentes sistem as fisiológicos. El corazón y los vasos sanguíneos form an el sistem a cardiovascu­ lar; los pulm ones, la tráquea y los bronquios, ju n to con la pared torácica y el diafragm a, co n stitu y en el sistem a respiratorio; el es­ queleto y los m úsculos esqueléticos, el sistem a m usculoesquelético; el cerebro, la m édula espinal, los nervios autónom os y los gan ­ glios y n ervios som áticos periféricos, el sistem a nervioso, etc. Las células difieren am pliam ente p o r lo q u e respecta a su for­ ma y función, pero tien en algunas características com unes. En prim er lugar, están ro d ead as p o r una m em brana lim itante, la m em brana plasm ática. En seg u n d o lugar, tien en la capacidad de descom poner g ran d es m oléculas en otras más p equeñas p ara libe­ ra r energía para sus actividades. En tercer lu g ar, en algún mo­ m en to d e su ciclo vital poseen u n núcleo q u e contiene inform a­ ción genética en forma de ácido d esoxirribonucleico (ADN). En el cap itu lo 3 se considerarán detalles adicionales de la estru c tu ra de las células. Las células vivas transform an continuam ente los m ateriales. D egradan la glucosa y las grasas con el o bjetivo de sum inistrar energía p ara otras actividades como la m otilidad y la síntesis de las proteínas necesarias para crecer y reparar. Estos cam bios quím icos se denom inan, en su conjunto, metabolismo. El proceso de degra­ dación de m oléculas de gran tam año en m oléculas más peq u eñas se conoce como catabolismo, y la síntesis de g ran d es moléculas a p ar­ tir de m oléculas más pequeñas recibe el n om bre de anabolismo. En el curso de la evolución, las células em pezaron a diferen ­ ciarse para d esem peñar d iferen tes funciones. A lgunas d esarrolla­ ro n la capacidad de contraerse (células m usculares), y o tras la de co n d u cir señales eléctricas (neuronas); otro g ru p o desarrolló la capacidad de secretar d iferen tes sustancias, com o ho rm o nas (cé­ lulas endocrinas) o enzim as (p. ej., células acinares de las g lá n d u ­ las salivales). D urante el desarrollo em brionario, este proceso de diferenciación gen era m uchos tipos diferen tes de células, todas ellas form adas a p a rtir del h u ev o fecundado. La m ayor p arte de tejidos con tien en una com binación de diferen tes tipos de células. Por ejem plo, la san g re está form ada p o r hem atíes, q u e tra n sp o r­ tan el oxígeno p o r todo el cuerpo, leucocitos, q u e desem peñan un im p o rtan te papel en la defensa fren te a infecciones, y plaquetas, q u e son com ponentes v itales en el proceso de la coagulación san­ guínea. H ay d istin to s tipos de tejido co n ju n tiv o , pero todos ellos se caracterizan p o r p rese n ta r células d istrib u id a s en el seno de

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I ¿Qué es la fisiología?

una ab u n d a n te m atriz acelular. 121 tejid o nerv io so contiene n e u ­ ro n as (de las qu e ex isten d iferen tes tipos) y células gliales.

¿cóm o se ab so rb e n los n u trie n te s in d iv id u a le s? , ¿cóm o se m ovi­ liza el alim en to a tra v és del tra c to g a stro in testin a l?, y ¿cóm o son elim inados del org an ism o los re sid u o s q u e n o se d ig ieren?

Principales sistemas orgánicos Riñones y tracto urinario Sistema cardiovascular Las células de los g ran d e s anim ales m ulticelulares n o p u ed en o b ­ te n e r d irectam en te el oxíg en o y los n u trie n te s q u e necesitan a p a rtir del m edio ex tern o . El o x íg en o y los n u trie n te s d eb en ser tra n sp o rta d o s hasta las células, Ésta es una de las prin cip ales fu nciones de la sangre, q u e circula d e n tro de los vasos san g u í­ neos g racias a la acción de bom beo q u e realiza el corazón. El co­ razón, los vasos sangu ín eo s y los tejid o s asociados form an el sis­ tem a cardiovascular. El corazón está c o n stitu id o p o r c u a tro cá­ m aras, dos au rícu las y dos v en trícu lo s, q u e form an u n p a r de m ecanism os de bom beo d isp u esto s en paralelo. El v en tríc u lo d e­ recho envía la sangre desoxigenada a los pulm ones en d o n d e a b ­ sorbe el oxigeno del aire, m ien tras q u e el v e n tríc u lo izq u ierd o bom bea la sangre oxig en ad a q u e v u elv e de los pulm o n es hacia el resto del organism o para el ap o rte de oxíg en o a los tejidos. Los fi­ siólogos estu d ian los factores q u e o rig in an el latid o cardíaco, el m ecanism o p o r el cual el corazón bom bea la san g re hacia la c ir­ culación, y la m anera com o la san g re se d is trib u y e p ara p e rfu n d ir los tejidos de acu e rd o con sus n ecesidades. El líq u id o in te r­ cam biado e n tre el plasma y los tejid o s pasa al sistem a linfático, q u e d ren a a la sangre.

Sistema respiratorio La energía necesaria p ara llev ar a cabo las d iv ersas activ id ad es del o rganism o proced e, en últim o térm in o , de la resp iració n . E ste proceso in clu y e la oxid ació n de los alim en to s (p rin c ip a l­ m ente azúcares y grasas) con la fin a lid a d de lib erar la energía q u e co n tien en . Los pulm o n es in co rp o ra n el o x íg en o necesario para este proceso a p a rtir del aire, y la san g re lo tra n sp o rta has­ ta los tejidos. El dió x id o de carb o n o p ro d u c id o com o c o n secu en ­ cia de la activ id ad resp irato ria de los tejidos es tra n sp o rta d o has­ ta los pulm ones a trav és de la san g re venosa, y elim in ad o a tr a ­ vés del aire espirado. Las p re g u n ta s básicas a las q u e h ay q u e resp o n d er son: ¿cóm o e n tra y sale el aire de los pulm ones?, ¿cóm o se ajusta el volum en de aire re sp ira d o a las n ecesidades del organism o?, y ¿cuáles son los lím ites de la cap tació n de o x í­ geno en los pulm ones?

Sistem a digestivo Los n u trie n te s q u e el org an ism o necesita p ro v ie n e n de la dieta. Las enzim as del tra c to g a stro in te stin a l d eg ra d a n los alim entos in g erid o s a trav és de la boca en sus d ife re n te s co m p o n en tes. Los p ro d u c to s de la d ig estió n son a b so rb id o s p o r la san g re a trav és de la p ared del in te stin o y alcanzan el h ígado a tra v é s d e la vena p o rta. G racias al h ígad o , los te jid o s p u e d e n asim ilar los n u trie n ­ tes y usarlos p ara su crecim ien to y re p aració n , así com o p a ra la p ro d u cció n de energía. En el caso del sistem a d ig estiv o , las p re ­ g u n ta s clave resp ecto a su fisiología son: ¿cóm o se in g ie re n los alim entos?, ¿cóm o se h id ro liz a n y se d ig ie re n los alim entos?.

La función p rincipal de los riñones es el control de la com posición del líquido extracelu lar (el líq u id o q u e baña las células). En el cu r­ so de este proceso, los riñones tam b ién elim inan p ro d u cto s de de­ secho no volátiles procedentes de la sangre. Para realizar estas fu n ­ ciones, los riñones pro d u cen orina de com posición variable que q u ed a alm acenada tem poralm ente en la vejiga antes de la micción. Las p reg u n tas fisiológicas clave en este caso son: ¿cómo regulan los riñones la com posición de la sangre?, ¿có m a elim inan los p ro ­ d uctos tóxicos de desecho?, ¿cómo resp o n d en a las situaciones de estrés como una deshidratación?, y ¿cuáles son los m ecanism os q u e p erm iten el alm acenam iento y la elim inación de la orina?

Sistema reproductor La rep ro d u cció n es una de las características fu n d am entales de los organism os vivos. Las gónadas (los testículos en el v aró n y los ovarios en la m ujer) p ro d u c e n células sexuales especializadas, co­ nocidas como gam etos. La función básica de la rep ro ducción se­ xual es la creación y fusión de los gam etos m asculino y fem enino, el esperm atozoide y el óvulo, com binándose así las características genéticas de los dos in d iv id u o s p rogenitores; de esta com bina­ ción su rg e un ser q u e difiere g en éticam ente de sus padres. Los as­ pectos fisiológicos fund am en tales son: ¿cómo se p ro d u cen los es­ perm atozoides y los óvulos?, ¿cuál es el m ecanism o de la fecun­ dación?, ¿cómo crece y se desarrolla el em brión?, y ¿cómo se n u tre el em b rió n hasta q u e p u ed e hacerlo p o r sí mismo?

Sistema musculoesquelético Está form ado p o r los huesos del esqueleto, los m úsculos esqueléti­ cos y sus tejidos asociados. Su función p rincipal es p ro porcionar la capacidad de m ovim iento necesaria para la locomoción, para el m antenim iento de la p o stu ra y p ara la respiración. Tam bién pro­ porciona soporte físico p ara los órganos internos. En este caso, el aspecto clave es el m ecanism o de la contracción m uscular.

Sistem as endocrino y nervioso Las activ id ad es de los d iferen tes sistem as orgánicos h an de coor­ d in arse y reg u larse de m odo q u e actú en al unísono para satisfacer las necesidades del organism o. H an evo lu cio n ad o dos sistem as de coordinación: el nerv io so y el en d o crin o . Para p o d er tra n sm itir la inform ación con rapidez a células específicas, el sistem a nervioso utiliza señales eléctricas. Así, los n ervios tran sm iten estas señales a los m úsculos esqueléticos para c o n tro lar su contracción. El sis­ tem a endocrino, p o r o tro lado, secreta agentes quím icos, las hor­ monas, q u e viajan p o r el to rre n te circulatorio hasta las células so­ bre las q u e ejercen un efecto reg u lad o r. Las horm onas desem pe­ ñan un im p o rtan te papel en la regulación de m uchos órganos, y especialm ente en la del ciclo m enstrual y otros aspectos de la re­ p roducción.

1.3 Homeostosia

iil sistema inmune prop o rcio n a al organism o defensas fren te a infecciones, tanto p o r la via de la destrucción de los m icroorganis­ mos invasores como elim inando las células enferm as o alteradas. A pesar de q ue p ued e ser útil estu d iar cada órgano y cómo lle-. a a cabo sus funciones, es esencial reconocer q u e ía actividad del organism o como un lodo d epende de las interacciones e n tre los di­ ferentes sistem as orgánicos. Un fallo en una p arte del organism o '-.ene consecuencias en otros sistem as orgánicos. Por ejem plo, si el riñón empieza a fallar, se deteriora la regulación del medio interno, lo qu e a su vez da lugar a alteraciones funcionales en otras zonas.

1.3 Homeosíasia En la regulación de la com posición del líquido ex tracelu lar in te r­ vienen m ecanism os com plejos, y las células in d iv id u ales tienen :.im bién m ecanism os prop io s para re g u la r su com posición in te r­ na. Estas funciones regulad oras estabilizan el m edio in tern o a p e­ sar de las variaciones q u e se p ro d u cen en el m u n d o e x te rio r y en la activ id ad propia del anim al. El proceso de estabilización del m edio in tern o se denom ina homeostasia, y es esencial si las célu­ las del organism o han de fu n cio n ar norm alm ente. Pongam os u n ejem plo: el latido del corazón d e p en d e de las contracciones rítm icas de las células m usculares cardíacas. Esta actividad m uscular d ep en d e de señales eléctricas que, a su vez, dep en d en de la co n centració n de iones de sodio y potasio en los líquidos ex tracelu lar e intracelu lar. Si ex iste u n exceso d e potasio en el líq u id o ex tracelu lar, las células m usculares cardíacas se uelven dem asiado excitables y p u ed e o c u rrir que, en lugar de actu ar de m anera coordinada, se co n traig an en m om entos in a p ro ­ piados. Por consiguiente, para q u e el corazón lata norm alm ente la concentración de potasio en el liq u id o ex tracelu lar debe m an­ tenerse d en tro de unos estrechos m árgenes de variación.

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to, en las m ujeres em barazadas y en los d ep o rtistas d u ra n te las prim eras etapas del en tren am ien to , el consum o diario de proteí­ nas es su p erio r al catabolism o norm al y el in d iv id u o m uestra un balance nitrogenado positivo. Este con cep to de balance se p u ed e aplicar a cu alq u iera de los co n stitu y en tes del cuerpo, in cluy en d o el agua y la sal (ClNa), y es im p o rtan te al co n sid erar los m ecanism os con los q u e el organism o regula su propia com posición. La ingesta debe coincidir con los requ erim ien to s, de m anera q u e cu alq u ier exceso d eb e ser elim i­ nado p ara q u e p u ed a m an ten erse la situación de equilib rio. A de­ más, cada c o n stitu y e n te quím ico del organism o p resen ta un ran ­ go de concen tració n idóneo q u e se m an tien e p or diferen tes m eca­ nism os de control. Por ejem plo, la co n centración de la glucosa en plasm a (la p a rte líquida de la sangre) es de ap ro x im ad am ente 43 mmol x 1 1 en períodos in terd ig estiv o s. Poco tiem po d espués de una com ida, la concen tració n plasm ática de glucosa aum enta por encim a de esta cifra, lo q u e estim ula la secreción d e insulina por p arte del páncreas; la insulina red u ce la concentración plasm ática de glucosa. A m edida q u e d ism in u y e la co n cen tració n de glucosa, tam b ién lo hace la secreción de insulina. En to d o s los casos, las m odificaciones en la co n centración de insulina circu lan te actúan (junto con otros m ecanism os) en el m anten im ien to de la concen­ tració n plasm ática de glucosa en niveles adecuados. Este tipo de regulación se denom ina retroalimentación negativa /Teedback ne­ gativo). D u ran te el perío d o de secreción de insu lin a, la glucosa queda alm acenada en forma de glucógeno (principalm ente en el hígado y los m úsculos) o de grasa (en las células especializadas del tejid o adiposo). Un circuito de retroalimentación negativa ffeedback negativo) (fig. 1-1) es u n sistema de control cu y o o b jetiv o es el m anteni­ m iento del nivel de una variab le d e n tro de u n ran g o dado, tras al­ g u n a m odificación de los factores q u e in flu y en en ésta. A u n q u e el

¿Cómo regula el organismo su propia composición?

O M A V iO N

'i A I OlOoopirtf *ln m iloii/rti lón un mi tlo lllo

El concepto de equilibrio En el tran scu rso de un día, u n ad u lto consum e aproxim adam ente 1 kg de alim entos y bebe 2-3 1 de líq u id o . Al cabo de u n mes, es­ tas cifras son de ap roxim ad am en te 30 k g de alim ento y 60-90 1 de Hquido. En general, el peso co rporal se m an tien e constante. Po­ dem os decir qu e estas personas m an tien en un equilibrio; el co n su ­ mo de alim ento y de líq u id o está en relación con la capacidad de generar energía para las activ id ad es h ab itu ales del organism o, y con las pérdidas q ue tienen lu g ar a trav és de la orina y las heces. En algunas circunstancias, com o en situaciones de inanición, el consum o de alim ento no c u b re las necesidades del ■rganism o y el tejido m uscular se degrada con el fin de p ro p o rcio n ar glucosa que perm ita la producción de energía. En este caso, la ingesta de p ro ­ teínas es inferior a su degradación y decim os q u e el in d iv id u o presenta un balance nitrogenado negativo (el n itró g en o es un com ­ ponente básico de los am inoácidos q u e co n stitu y en las proteínas; v. cap. 2). De la mism a m anera, si los tejidos co rporales están en período de form ación, tal como o cu rre en los n iñ o s en crecim ien-

(a)

(b) Fig. 1-1. Esquema de un circuito de control de retroalimentación nega­ tiva (a) comparado con un sencillo sistema de calefacción (b).

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1 ¿Qué es la fisiología?

ejem plo señalado se refiere a la glucosa plasm ática, este mismo p rin cip io básico se puede aplicar a o tras variables fisiológicas, como la tem p eratu ra corporal, la presión arterial y la osm olalidad del plasm a. U n circu ito de retroalim en tació n n eg ativ a re q u ie re un sensor de a lg ú n tip o q u e resp o n d a a la v ariab le en cuestión, pero n o a otras variables fisiológicas. Por co n sig u ien te, u n o sm o rrecep to r resp o n d e a los cam bios de osm olalidad de los líq u id o s c o rp o ra­ les, pero no a los cam bios de tem p e ra tu ra o de p resió n arterial. La inform ación p ro ced en te del sensor debe com pararse con el n ivel deseado (conocido com o « p u n to de aju ste» o «de referen cia» del sistem a) m ediante alguna form a de comparador. Si am bas in fo r­ m aciones no encajan, se tran sm ite una señal de e rro r hasta un efector, q ue es un sistem a q u e actú a restab le cien d o los niveles deseados de la variable. Las características básicas del circu ito de retroalim entación n egativ a se resu m en en la figura 1-1. Estas ca­ racterísticas de la retroalim en tació n n egativa p u ed e n co m p ren ­ derse ex am in an d o un sim ple sistem a calefactor. La v ariab le con­ tro lad a es la tem p eratu ra am b ien te detectada p o r u n term ostato. El efector es algún tip o de calen tad o r. C uando la tem p eratu ra am biente d ism in u y e por debajo del p u n to de ajuste, el term o sta­ to detec ta la diferencia de te m p e ra tu ra y pone en m archa el ca­ len tad o r, q u e hace su b ir la tem p era tu ra de la h ab itació n hasta q u e alcanza el nivel preestab lecid o ; en este p u n to , el calen tad o r se apaga de nuevo. A u n q u e la retroalim en tació n negativa es el p rin cip al m ecanis­ mo para m antener un m edio in te rn o constante, p resen ta algunas desventajas. En prim er lugar, sólo se p uede ejercer u n control de retroalim entación negativ a cuan d o se ha p ro d u cid o una altera­ ción de la variable controlada. En segundo lugar, la corrección qu e h ay q u e aplicar sólo p u ed e evaluarse a p a rtir de la m agnitud de la señal de e rro r (es decir, la diferencia e n tre el valor deseado y el valor registrado de la variable en cuestión). En la práctica, esto significa q ue el sistem a de retroalim entación negativa p ro ­ porciona una corrección incom pleta. En tercer lugar, si la correc­ ción es excesiva existe el riesgo potencial de p ro v o car oscilacio­ nes en la v ariable controlada. En los sistem as fisiológicos, estas desventajas se su p eran gracias a una regulación m últiple. En el ejem plo m encionado anterio rm en te, la glucosa sanguínea se m an­ tiene d en tro de unos estrechos m árgenes de variación m ediante la acción de dos m ecanism os q u e actúan en oposición (push-pull). La insulina actúa red u cien d o los niveles plasm áticos de glucosa, m ientras qu e otra horm ona p ancreática, el glucagón, actúa m ovi­ lizando glucosa a p a rtir de los d epósitos corporales. A u n q u e es difícil destacar todavía más la im portancia de los circuitos de control de retroalim entación negativa de los m ecanis­ mos hom eostáticos, en determ inadas circunstancias frecuentes es­ tos circuitos son reajustados o superados. Por ejem plo, la presión arterial es m onitorizada p o r unos receptores, conocidos como barorreceptores, qu e se localizan en las paredes del cayado aórtico y

en el seno carotídeo. Estos receptores son los sensores de un cir­ cuito de retroalim entación negativa q u e m antiene los valores de presión arterial d en tro de determ inados lím ites. Si la presión arte­ rial aum enta, se p roducen cam bios com pensatorios q u e tien d en a restablecer valores norm ales. Sin em bargo, cuando se está hacien­ do ejercicio este m ecanism o se reajusta. Si no se reajustara, la can­ tidad de ejercicio que podríam os practicar se vería m uy lim itado. Los circu ito s de retroalim entación neg ativ a o p eran para m an­ te n e r u n a variab le concreta d en tro de unos lím ites específicos. Son la fuerza estábil iza dora de la econom ía del organism o. Sin em bargo, en algunas circu n stan cias se p ro d u ce una retroalimen taciún positiva. En este caso, el circuito de retroalim entación es in ­ h eren tem en te inestable, ya q u e la señal de erro r actúa au m en tan ­ do la desviación inicial. Un ejem plo de la vida cotidiana es el del ru id o q u e se p ro d u ce c u an d o se coloca u n m icrófono cerca de uno de los altavoces de u n sistem a para d irigirse al público. El m icró­ fono cap ta el sonido inicial, q u e es am plificado p or el circuito electrónico. Esto lleva al am plificador a em itir un sonido más fuerte, q u e es cap tad o nuev am en te p or el m icrófono y am plifica­ do, de m odo q u e el am plificador em ite u n sonido cada vez más fu erte hasta q u e el circu ito de am plificación alcanza el lím ite de su p otencia y las personas q u e están cerca deben salir corriendo. Un ejem plo de interacción en tre m ecanism os de retroalim enta­ ción negativos y positivos es la regulación horm onal del ciclo m enstrual. Las alteraciones cíclicas de los niveles plasm áticos de dos horm onas procedentes de la hipófisis, la gonadotropina foliculoestim ulante (FSH) y la g o n adotropina luteinizante (LH) se relacio­ nan con la regulación de la fecundidad. Las horm onas esteroideas de los ovarios pueden ejercer u n control de retroalim entación, tan ­ to negativa como positiva, sobre la secreción de FSH y LH, depen­ diendo de la concentración horm onal presente. Los niveles bajos o m oderados de una horm ona denom inada 17p-estradiol tienden a in h ib ir la secreción de FSH y LH (retroalim entación negativa). Sin em bargo, si el 17p-estradiol está presente en altas concentraciones d u ran te varios días, estim ula la secreción de FSH y LH (retroali­ m entación positiva). Como resultado, ju sto antes de la mitad del ci­ clo m enstrual aum enta considerablem ente la secreción de FSH y LH. Este aum ento es el responsable de la ovulación; una vez que ésta ha tenido lugar, los estrógenos d ism inuyen drásticam ente y la producción de FSH y LH dism inuye tam bién a m edida que la re­ troalim entación negativa vuelve a ser el mecanism o de control.

Bibliografía recomendada Houk JC. Homeostasis and control principies. En: M ountcastle VB, editor. Medical physiology (cap. 8). 14th ed. St. Louis: Mosby, 1980; p. 246-267.

Patón WDM. Man and mouse. Animáis in medical research. 2nd ed. Oxford: Oxford University Press, 1993.

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Constitución química del organismo El objetivo del presente capítulo es explicar: *

La composición química del organismo

•

Las propiedades del agua como solvente biológico: sustancias polares y no polares

•

La presión osmótica y la tonicidad de las soluciones acuosas

•

La estructura y las funciones de los hidratos de carbono

•

La naturaleza química y las funciones de los lipidos

•

La estructura de los aminoácidos y las proteínas

•

La estructura de los nucleótidos y los ácidos nucleicos

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Constitución química del organismo

2.1 Introducción Ej organism o hum ano está form ado p rin cip alm en te p o r cuatro - em entos: oxígeno, carbono, h idrógeno y n itrógeno. Estos ele­ m entos se com binan de form as m u y diversas y dan lu g ar a una in ­ mensa v ariedad de sustancias quím icas. Los p rincipales co n stitu ­ y entes orgánicos (es decir, q u e co ntienen carbono) de las células de los m am íferos son los hidratos de carbono, las grasas, las proteí­ nas y los ácidos nucleicos, qu e se form an a p a rtir de p equeñas mo­ léculas p ertenecientes a g ru p o s principales: azúcares, ácidos g ra­ sos, am inoácidos y nucleótidos. A lrededor del 60% del cu erp o de u n ho m b re ad u lto es agua, y el 40% restan te está form ado p o r grasas, pro teín as, h id rato s de carbono y m inerales. Las m ujeres tien en una m ayor pro p o rció n de grasa corporal, de m anera q u e el total de agua co rporal re p re ­ senta alred ed o r del 50% de su peso. T an to en h om bres como en m ujeres, los tejidos corporales m agros son en u n 70% agua, en un 15% grasas, en u n 12% pro teín as, en un 2 % ácidos nucleicos y en un 0 ,5 % h id rato s de carb on o (glúcidos). El resto son m inerales de diversos tipos, com o calcio, hierro, m agnesio, fosfato, potasio y sodio. La com posición quím ica del organism o ex p resad a en la tabla 2-1 se ha ob ten id o haciendo u n prom edio ap ro x im ad o de los valores de todos los tejidos de un ad u lto . Las pro p o rcio n es de

T ab la 2-1.

C o n stitu c ió n q u ím ic a a p r o x im a d a d el o r g a n ism o

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(to d o s lo s v a lo r e s se e x p resa n c o m o p o rcen ta je d el p e so co rp o ra l)

Oxigeno Carbono Hidrógeno Nitrógeno Total minerales; Na' K' C1 MgJCa:‘ Fósforo Azufre Fe2" ’" Zn*

65 18 10 3,4 3,6 0,17 0,28 0,16 0,05 1,5 1,2 0,25 0,007 0,002

F.l organismo contiene pequeñas cantidades de otros elementos, además de los arriba mencionados.

los diferentes co m ponentes varían d ep e n d ie n d o de los tejidos y se m odifican d u ra n te el desarrollo.

2.2 Agua corporal El agua es el p rin cip al co n stitu y e n te del cu erp o hum ano y es esencial para la v ida. T am bién es el p rin cip al solv en te de las cé­ lulas vivas. Las m oléculas de interés biológico p u ed en d iv idirse en aquellas q u e se d isu elv en fácilm ente en agua y las q u e no. Las sustancias q u e se disu elv en fácilm ente en agua se d enom inan po­ lares o hidrófilos, m ientras q u e las insolubles en agua recib en el no m b re de no polares o hidrófobas. Ejem plos de sustancias polares son el clo ru ro sódico, la glucosa y el etanol, y ejem plos de su sta n ­ cias no polares, las parafinas y el benceno. H ay num erosas m olé­ culas q u e tien en p ro p ied ad es m ixtas, de m odo q u e una p arte es polar y la otra n o polar. Se conocen con el no m b re de sustancias anfifílicas. Son ejem plos de sustancias anfifílicas los ácidos grasos de cadena larga, el colesterol y las sales biliares.

Líquidos intracelulares y extracelulares El agua co rporal es la sum a de la ex isten te d en tro de las células, agua intracelular, y la q u e hay fuera de las células, agua extracelular. El agua ex tracelu lar se rep arte, adem ás, e n tre el plasm a, el agua in tersticial y el agua tran scelu lar (fig. 2-1). El agua in te rsti­ cial se en c u e n tra fu era de los vasos sanguíneos y baña las células. Adem ás, un p eq u eñ o p o rcentaje de agua corporal co n stitu y e el lí­ q u id o linfático. En el capítu lo 28 se tra ta n los m ecanism os p o r los cuales se m an tien e el e q u ilib rio del agua corporal. El agua corporal contiene gran cantidad de sustancias en diso­ lución; los solutos y el agua del espacio extracelular constituyen el llamado líquido extracelular y el líquido del interior de las células se denom ina líquido intracelular. El líquido ex istente en los espacios de tipo seroso, como los ventrículos cerebrales, la cavidad peritoneal, las articulaciones y el interior del ojo, se denom ina líquido transcelular y constituye aproxim adam ente el 2,5% del agua cor­ poral total. El líquido intracelular está separado del extracelular por la m em brana plasmática de cada célula individual, que está forma­ da p o r lípidos (grasas) y tiene una p arte central n o polar (v. cap. 3). En consecuencia, las moléculas polares no pueden cruzar fácilm en­ te desde el liquido ex tracelular hasta el intracelular. En realidad, esta barrera se utiliza para crear gradientes de concentración que las células aprovechan para realizar diversas funciones.

10----- 2 Constitución química del organismo

-------1

----------------------------Agua transcelular (0,8 I)

Agua intersticial

(10.4 I)

Plasma (2,8 I)

Agua intracelular

(281) Fig. 2-1. Distribución del agua corporal en los diferentes compartimen­ tos, en un hombre de 70 kg de peso.

Difusión C uando una sustancia (el soluto) se disuelve en un solvente y se forma una solución, las m oléculas in dividuales de soluto se dis­ persan d en tro del solvente y son libres de m overse al azar. En una solución acuosa, las moléculas de agua y de soluto están en conti­ nuo m ovim iento y colisionan frecuentem ente en tre si. Este p roce­ so conduce a la difusión, es decir, a la dispersión al azar de las mo­ léculas de la solución. La difusión no se lim ita a las soluciones acuosas, sino qu e tiene lu g ar a trav és de m em branas celulares for­ m adas en su m ayor p arte por lipidos (v. más adelante). Cuando se añade una gota de una solución concentrada (p. ej„ glucosa al 5% P/V) a un volum en de agua pura, el m ovim iento al azar de las moléculas de glucosa da lugar a su lenta dispersión por todo el volumen. Si la solución al 5% se añadiese a una solución de glucosa al 1% , se produciría el mismo proceso de dispersión de las moléculas de glucosa hasta que la concentración de toda la solución fuese uniforme. La glucosa (o cualquier otro soluto) tiene tendencia a difundir desde una zona de alta concentración hasta una de concen­ tración inferior (es decir, a favor de un gradiente de concentración). La tasa de difusión en un solvente depen d e de la tem peratura (es más ráp id a a m ayor tem peratura), la m ag n itu d del g rad ien te de concentración y el área sobre la q u e se p ro d u ce la difusión, y tam bién se ve afectada por las características m oleculares del so­ lu to y del solvente. En general, las moléculas g ran d es d ifu n d en más lentam ente qu e las pequeñas. Las citadas características se re ­ flejan en una con stan te física denom inada coeficiente de difusión.

Presión osmótica de los líquidos corporales Cuando una solución acuosa está separada del agua pura a través de una m em brana perm eable al agua pero no al soluto, el agua atra­

viesa la m em brana hacia la solución en v irtu d de u n proceso cono­ cido con el nom bre de osmosis. Este m ovim iento puede contrarres­ tarse aplicando una presión hidrostática a la solución. La presión que resulta ser suficiente para p rev en ir el desplazam iento de agua se conoce con el nom bre de presión osmótica de la solución. La presión osm ótica de una solución se expresa como osmolalidad y g u ard a relación con el núm ero de p artículas p o r kilogra­ mo de solución, con in d ep en d en cia de su naturaleza quím ica. Un gram o mol de una sustancia, q ue no se disocia, en u n kilogram o de solución ejerce una presión osm ótica de 1 osmol. P or consi­ guiente, la presión osm ótica ejercida p o r 1 mol de glucosa (masa m olecular relativa [Mr] = 180) es la misma q ue la ejercida por 1 mol de albúm ina (M r — 67.000). Las soluciones salinas acuosas son u na im p o rtan te excepción a esta norm a: las sales se disocian en sus iones co n stitu y en tes, de m odo q u e una solución de cloru­ ro sódico ejercerá una presión osm ótica eq u iv alen te al doble de su concentración molal, es decir, 100 mm ol • kg 1 de solución de clo­ ruro sódico en agua ten d rán una presión osmótica de 200 mosmol • ■kg de los cuales la m itad se deb en a los iones de sodio y la otra m itad a los iones cloruro. La osm olalidad total de una solución es la sum a de la osmolalidad debida a cada u n o de sus constitu y en tes. El líq u id o extracelu lar y el plasm a tien en un a osm olalidad aproxim ada de 300 mosmol ■k g '1. Los iones principales (N a', K ', Cl", etc.) con­ trib u y e n aproxim adam ente en 290 mosmol • kg 1(alrededor de un 96%), mientras que la glucosa, aminoácidos y otras pequeñas sustan­ cias no iónicas contribuyen aproximadam ente con 10 mosmol • kg Las p roteínas sólo c o n trib u y e n con alrededor del 0 ,5 % a la osm o­ lalidad total del plasm a y con un p o rcentaje todavía in ferio r a la osm olalidad del líq u id o ex tracelu lar (que apenas contiene p ro te í­ nas). Esto qued a claro a p a rtir de los siguientes cálculos: el plas­ ma sanguíneo contiene alrededor de un 95% de agua, 6,42 g de cloruro sódico y 45 g de albúm ina p o r litro. Estas cifras corres­ po n d en a 6,76 g de cloruro sódico y 47,4 g de albúm ina p o r kilo­ gram o de agua plasm ática. La presión osmótica ejercida p o r 6,76 g de cloruro sódico (Mr = 58,4) es igual a: (2 x 6 ,7 6 ): 58,4 = 0,231 osmol • kg ' o 231 mosmol • kg 1 La presión osmótica ejercida p o r 47,4 g de albúm ina es igual a: 47,4 : 67.000 = 7,1 x 10 "1 osmol ■ k g '1 o 0,71 mosmol ■k g ‘* Por consiguiente, la presión osm ótica ejercida por 47 g de alb ú ­ mina sólo es el 0 ,3 % de la ejercida p o r 6,7 g de cloruro sódico. Está claro q ue ¡a presión osmótica ejercida por las proteínas es m e­ nor que la ejercida por los principales iones de los líquidos biológicos. No o bstante, la pequ eñ a presión osm ótica q ue ejercen las p ro teí­ nas (conocida como presión osmótica coloidal o presión oncótica) desem peña u n im p o rtan te papel en el intercam bio de líquidos en tre com partim entos corporales. A pesar de qu e las m em branas lipídicas son hidrófobas, son más perm eables al agua q ue los iones, de m odo q ue la osm olalidad del líq u id o in tracelu lar es la misma q u e la del líq u id o extracelular (es decir, am bos líquidos tienen una osm olalidad de alrededor de 300 mosmol • kg~‘ y, p o r consiguiente, son isoosmóticos). Si la p re­ sión osm ótica en un com partim ento es m ayor que en otro, el agua se desplazará desde el área de m enor presión osm ótica hasta la de m ayor presión osm ótica hasta q ue am bas se igualen.

2.3 Glútidos

11

la m em brana. Este proceso se denom ina filtración y es accionado po r el g rad ien te de presión ex isten te e n tre am bos lados de la m em brana. C uando la filtración separa solutos d e gran tam año, ' - r.i suspensión de hem atíes se introduce en una solución de clocomo las pro teín as, de solutos de tam año m enor, como la glucosa sodico que tiene una osm olalidad de 260 mosmol • kg los he­ y los iones inorgánicos (Na- , K~, Cl~, etc.), el proceso se denom ina n i l e s se hincharán más y más a m edida que el agua se introduzca ultrafiltración. _3s relulas para igualar la presión osm ótica a través de la memLas paredes de los capilares no suelen ser perm eables a las p ro ­ rrana celular. Esta concentración de cloruro sódico es hipotónica teínas plasm áticas (p. ej., la albúm ina), p ero sí lo son a los solutos 7. respecto a las células. Si, p o r el contrario, se in tro d u cen las céde peq u eñ o tam año. La acción de bom ba q u e ejerce el corazón ge­ —¿s en una solución de cloruro sódico q u e tiene una osm olalidad nera un g rad ien te de presión a través de las paredes de los capila­ ;e J60 mosmol - kg 1, éstas se contraerán a m edida que el agua salres, lo q u e tien d e a forzar el líq u id o desde éstos hacia el espacio in ­ ; í de ellas. En este caso, el líquido es hipertónico. Las células introtersticial. Este proceso tien e lugar en todos los lechos vasculares, ; _ ;:cas en una solución acuosa de cloruro sódico al 0,9% (es decir, pero es de especial im portancia en los capilares glom erulares del - g de cloruro sódico en 100 mi de agua) n o se hinch arán ni se riñón, q u e filtran g ran d es volúm enes de plasm a cada día. -traerán . Esta concentración tiene una osm olalidad de aproxim an m e n te 310 mosmol • kg"1 y se dice q u e es isotónica con las célu| En ocasiones nos referim os a esta solución como «suero fisioló­ gico», pero sería m ejor llamarla suero fisiológico isotónico.) No todas las soluciones isoosm óticas con respecto al líq u id o inLos glúcidos son la principal fu en te de energía para las reacciones --c e lu la r lo son en relación con las células. Una solución q u e con­ celulares. T ienen la fórm ula general C„(H,0)m y en la figura 2-2 se d ene 310 mosmol • kg 1 de urea es isoosmótica tan to con el suero m u estran algunos ejem plos. Los q u e tienen tres átom os de carbo­ • biológico como con el líquido in tracelular, p ero no es isotónica ya no se conocen con el n om bre de triosas, los q u e tienen cinco car­ - ue las células in tro d u cid as en esta solución se h in ch arían y esta­ bonos son las pentosas y los q u e tienen seis son las hexosas. Ejem­ carían (un proceso denom inado tisis). Esta co nducta se explica p or plos de h id rato s de carbono son el gliceraldehído (una triosa), la _. hecho de q u e la urea p u ede p e n etra r en la m em brana celular con ribosa (una pentosa), la fructosa y la glucosa (ambas hexosas). ::erta libertad; cuando lo hace, difu n d e a lo largo de su g rad ien te Cuando se u n en dos m oléculas glucídicas y se elim ina u n a molé­ j e concentración y a continuación lo hace el agua (de o tro m odo, cula de agua, se forma u n disacárido. La fructosa y la glucosa se i osm olalidad del líquido intracelular au m entaría y éste se volvecom binan form ando sacarosa, m ientras q u e la glucosa y la galac­ -¡a hiperosmótico). Dado q ue hay u n exceso de urea en el ex terio r tosa (otra hexosa) form an lactosa, el principal azúcar de la leche. de las células, ésta sigue en tran d o y atray en d o agua m ediante os­ Cuando se u n en m uchas m oléculas glucídicas se forma u n polisamosis y, p o r ello, las células se h in ch an hasta q u e estallan. cárido. Ejemplos de polisacáridos son el alm idón, q u e es un im por­ ta n te c o n stitu y en te de la dieta, y el glucógeno, q u e es el principal depósito de h id rato s de carbono de los m úsculos y el hígado. Filtración A u n q u e los g lúcidos son la p rin cip al fu en te d e energía de las células, tam bién son los co m ponentes de u n a serie de m oléculas Cuando u n líq u id o atraviesa u n a m em brana perm eable deja de­ im p o rtan tes. Los ácidos nucleicos: deso x irrib o n u cleico (ADN) y trás las p artículas que tien en u n diám etro m ayor q u e los p oros de ribon u cleico (ARN), resp ectiv am en te, co ntienen las pentosas 2-desoxirribosa y ribosa. La ribosa tam bién es uno de los com po­ n en tes de los nu cleó tid o s p u rín ico s q u e desem peñan un papel Resumen esencial en el m etabolism o celular. (En el ap artad o 2.6 se d esarro­ lla con detalle la e stru ctu ra de los nucleótidos.) 1. El agua es el principal solvente del organismo y representa el 50A lgunas hexosas tien en u n g ru p o am ino en lugar de u no de 60% de la masa corporal. Se dice que las sustancias que se di­ los g ru p o s h idroxilo. Estas hexosas se conocen con el n om bre de suelven fácilmente en agua son polares (o hidrófitas) mientras azúcares am ino o hexosaminas, y se en c u e n tran en las glucoproteíque las que son insolubles en agua son no polares (o hidrófobas).

Tonicidad de las soluciones

O M A 3 S U N , Li A I o l n c o p m i sin a u l o i l / u t ittn un un i.lolllu

2.3 Glúcidos

2.

3.

4.

El agua puede clasificarse en agua intracelular (la que se encuentra dentro de las células) y agua extracelular. Los solutos y el agua del interior de las células constituyen el líquido intracelular, mientras que el del exterior de las células es el liquido extracelular. Cuando una sustancia se disuelve en agua ejerce una presión os­ mótica que depende de su concentración molal. La presión osmó­ tica de una solución se expresa como osmolalidad, que se relacio­ na con el número de partículas por kilogramo de solución, con in­ dependencia de su naturaleza química. La osmolalidad total de una solución es la suma de la osmolalidad debida a cada uno de los componentes. La osmolalidad del liquido intracelular es la misma que la del lí­ quido extracelular (es decir, ambos líquidos son isoosmóticos).

Resumen 1.

2.

Los hidratos de carbono, en especial la glucosa (una hexosa), se descomponen con el objetivo de suministrar energía para las reacciones celulares. Hl cuerpo almacena hidratos de carbono para el metabolismo energético en forma de glucógeno, que es un polisacárido. Aunque los glúcidos son la principal fuente de energía de las cé­ lulas, también son los componentes de gran número de moléculas de importancia biológica, como los nucleótidos purínicos y los ácidos nucleicos.

12

2 Constitución química del organismo

Triosa

Fig. 2-2. Estructura de los hidratos de carbono más representativos. El glucógeno es un polisacárido que consta de muchas moléculas de glucosa unidas por enlaces 1-4, conocidos como enlaces glucosidicos, para formar una cadena larga. Una serie de cadenas de glucosa unidas por enlaces 1-6 forman una sola molécula de glucógeno.

CHO

I

CHOH

I

CHzOH Gliceraldehído

Pentosa

hoch2

HO OH

OH

D-ribosa Hexosa

\O H

H/

H

OH

l0>—Y

HOH

D-glucosa Disacáridos

CH OH

HOH

CH.OH

Polisacárido

Enlace 1-4

Glucógeno

ñas (= azúcar + proteín a) y en lo sglucolípidos (= azú car -t- lípido). En las glucoproteínas, u n a cadena de polisacáridos está u nida a una p ro teín a p o r un enlace covalente; las g lu co p ro teín as son com ponentes im portan tes del hueso y del tejid o co n ju n tiv o . Los g lucolípidos consisten en una cadena de polisacáridos u n id a al re­ siduo de glicerol de u n lípido esfingosina (v. más adelante) y se identifican en las m em branas celulares, en especial en las de la sustancia blanca del cerebro y la m édula espinal.

2.4 Lípidos Los lípidos son u n g ru p o de sustancias q u ím icam ente diversas q u e com parten la p ro p ied ad de ser insolubles en agua pero solu­ bles en solventes orgánicos como el é te r y el cloroform o. Cum plen una g ran varied ad de funciones: • Son el p rin cip al elem ento estru ctu ra l de las m em branas celula­ res (v. cap. 3).

2.4 Lipidos

13

H,C COOH Ácido graso saturado (ácido esteárico)

COOH Ácido graso insaturado (ácido oleico)

Colesterol

Progesterona Esteroides

COOH C H 3

Ácido araquidónico Ácidos grasos

C -O —

-O —CH I -o -c h 2

ch2

C -O -C H ,

H„C

I

2

I

HO — CH,

2

- O —CH

Diglicérido

Triglicérido (tristearina) Glicéridos

Fig. 2-3.

Estructura química de los ácidos grasos, los glicéridos y los esteroides.

O MAISON, S A Fotocopiar »In auton/aclón os un dolilo

• C onstituyen una im p o rtan te reserv a de energía. • A lgunos actúan como señales quím icas (p. ej., horm onas esteroideas y prostaglandinas). • Por debajo de la piel, p ro p o rcio n an una capa de aislam iento fren te al calor. • A lgunos actúan como aislantes eléctricos en la conducción de los im pulsos nerviosos. Los triglicéridos o triacilgliceroles son el p rin cip al depósito energético del organism o y p u e d e n acum ularse en el tejid o adi­ poso en cantidades prácticam en te ilim itadas. Consisten en tres ácidos grasos unid o s al glicerol p o r enlaces éster, tal com o se m uestra en la figura 2-3. Los diglicéridos se caracterizan p o r ten er dos ácidos grasos u n id o s al glicerol, m ien tras q u e los monoglicéridos sólo p resen tan uno. Los ácidos grasos tien en la fórm ula gene­ ral CH,(CH2)nCOOH, y e n tre los más típ ico s podem os citar el ácido acético (2 átom os de carbono), el ácido b u tírico (4 átom os de car­ bono), el ácido palm ítico (16 átom os de carbono) y el ácido esteá­ rico (18 átom os de carbono). En general, los trig licérid o s contie­ nen ácidos grasos con num erosos átom os d e carb o n o (p. ej., ácido palm ítico y esteárico), y la cadena m edia de ácidos grasos acos­ tu m b ra a ten er u n ácido graso in satu ra d o como el ácido linoleico (18 átom os de carbono con dos dobles enlaces) y el ácido araqui­ dónico (20 átom os de carbo n o con c u atro dobles enlaces). A u n q u e los m am íferos, in clu y en d o el ser hum ano, no p u ed en sintetizar ácidos grasos insaturados, éstos desem peñan u n im p o rta n te papel en el m etabolism o celular. En consecuencia, estos ácidos, cono­ cidos como ácidos grasos esenciales, d eben su m in istrarse a través de la dieta. Su im portancia radica tam b ién en q u e son los p re c u r­ sores de un g ru p o de lípidos conocidos como p ro stag lan d in as (v. más adelante).

Los lípidos estructurales son el principal com ponente de las m em branas celulares. Se clasifican en tres g rupos principales: fosfo lipidos, glucolipidos y colesterol. En la figura 2-4 se detallan las es­ tru ctu ra s quím icas básicas de estos com ponentes clave. Los fosfolípidos se clasifican en dos grupos: los basados en el glicerol y los ba­ sados en la esfingosina. Los glicerofosfolípidos son m uy abundantes en las m em branas plasmáticas de los mamíferos y se clasifican a par­ tir de sus g rupos polares unidos al fosfato. Son ejemplos de glicero­ fosfolípidos la fosfatidilcolina, la fosfatidilscrina, la fosfatidilctanolamina y el fosfatidilinositol. Los principales g rupos de gliccrofosfatos están unidos a residuos de ácidos grasos de cadena larga a través de enlaces éster. Sin em bargo, existe otra clase de fosfolípidos, los plasmalógenos, en los que una cadena de hidratos de carbono está unida al glicerol del gru p o principal a través de u n enlace éster. Los residuos de ácidos grasos tienen una longitud variable que fluctúa en tre 14 y 24 carbonos, y pueden ten er u n o o más dobles enlaces. En general, hay una cadena de ácidos grasos com pletam ente satura­ da y otra que posee un doble enlace ci's; el ácido oleico, p o r ejemplo, tiene un doble enlace entre los carbonos 9 y 10. Los glucolipidos de las m em branas de los m am íferos se basan en la esfingosina, y p resen tan u n g ru p o h id ro x ílo del glicerol u n i­ do a u n resid u o glucídico, com o se m uestra en la figura 2-4. Al igual q u e en el caso de los fosfolípidos, ex isten num erosos glucolípidos, y sus cadenas g lucídicas p u ed en ser rectas o ram ificadas. Los esteroides son lípidos con una estru ctu ra de cuatro anillos de carbono, conocidos como núcleo esteroideo. El esteroide más ab u n ­ dante es el colesterol (fig. 2-3), que es el principal com ponente de las m em branas celulares y que actúa como precursor en la síntesis de num erosas horm onas esteroideas. L asprostaglandinas, cuya síntesis y funciones fisiológicas se abordan en el capítulo 5, son lípidos de­ rivados del ácido araquidónico, un ácido graso insaturado (fig. 2-5).

14

2 Constitución químico del organismo

Región hidrófoba

Región polar

Glucosildiacilglicerol O -G A L

Plasmalógeno

Fig. 2-4. Estructura de algunos lípidos estructurales (lípidos que forman las mem­ branas celulares). Obsérvese que todos tie­ nen una región con un grupo polar princi­ pal y una larga cola hidrófoba.

Su biosíntesis y funciones fisiológicas se exponen en el capítulo 5. Los ácidos grasos de cadena larga y los esteroides son insolubles en agua pero form an de m anera natural micelas en las que los princi­ pales grupos polares m iran hacia fuera, en dirección al agua (fase acuosa), y las cadenas hidrófobas largas se asocian hacia dentro. Es­ tos com puestos son transportados en la sangre y líquidos corporales asociados a proteínas, form ando las denom inadas lipoproleinas. Cada partícula lipoproteica consiste en una micela de lípidos p ro te­ gida por una capa de proteínas conocidas como apoproleínas. En las m em branas celulares, los lípidos form an bicapas que se sitúan con los grupos polares principales o rientados hacia la fase acuosa, m ientras q u e las cadenas de ácidos grasos hidrófobos mi­ ran hacia den tro y form an una zona central hidrófoba. Esta dispo­ sición co nstituye una barrera para la difusión de las moléculas p o ­ lares (p. ej., la glucosa) y los iones, pero n o para las m oléculas no polares de pequeño tam año como la urea. Las m em branas celulares dividen la célula en d iferentes com partim entos; en ellos se almace­ nan m ateriales diversos, y p erm iten la separación física de los d i­ ferentes procesos m etabólicos. Esta com partim entalización de las células gracias a las m em branas lipídicas se d escribe con m ayor detalle en el capítulo 3.

Fig. 2-5.

Resumen Los lipidos son un grupo de sustancias químicamente diversas, insolu­ bles en agua pero solubles en solventes orgánicos como el éter y el clo­ roformo. Realizan una gran variedad de funciones: los fosfoüpidos son el principal elemento estructural de las membranas celulares; los triglicéri­ dos constituyen una importante reserva de energía, y muchos esteroides y prostaglandinas actúan como señales químicas.

Estructura química de algunas prostaglandinas.

2.5 Aminoácidos y proteínas Las pro teín as d esem peñan g ran varied ad de funciones en el orga­ nismo; • In teg ran las enzim as q u e catalizan las reacciones quím icas de los seres vivos.

2.5 Aminoácidos y proteínas

• P articip an en el tra n sp o rte de m oléculas e iones p o r to d o el o r­ ganism o. • Se u nen a iones y a p equeñ as m oléculas para su alm acenam ien­ to en el in terio r de las células. • Son responsables del tra n sp o rte de m oléculas e iones a trav és de las m em branas celulares. • P roteínas como la tu b u lin a form an p a rte del citoesqueleto, que p roporciona la fuerza estru c tu ra l a las células. • C onstituyen los com ponentes m óviles de los m úsculos y cilios. • Las proteínas denom inadas inm un o g lo b u lin as, desem peñan u n im p o rtan te papel en la defensa del organism o fren te a las infec­ ciones. • P or si todo ello no fuera suficiente, algunas p ro teín as actú an como m oléculas de señalización; la in su lin a, u n a horm ona, es un ejem plo de este tip o de proteína.

Las proteínas se form an a partir de la com binación de 20 a-am inoácidos Las unid ad es estru ctu rales básicas de las p ro teín as son los a-am inoácidos. Un a-am inoácido es un ácido carboxílico q u e tiene un g ru p o am ino y una cadena lateral u n id a al átom o de carb o n o más cercano al g ru p o carboxilo (el átom o de carbono a ), como se m uestra en la figura 2-6. Por co nsiguiente, el átom o de carbono a está u n id o a cuatro g ru p o s diferentes y es ópticam ente asim étri­ co, con una forma L y una form a D. Los am inoácidos n atu rales p ertenecen a la serie L.

Estructura básica de un aminoácido

Las p ro teín as están form adas a p a rtir de 20 i.-a-am inoácidos d iferentes q u e p u ed en a g ru p arse en cinco clases: 1. A m inoácidos ácidos (ácido aspártico y ácido glutám ico). 2. A m inoácidos básicos (arginina, h istid in a y lisina). 3. A m inoácidos hidrófilos sin carga (asparagina, glicina, glutam i­ na, serina y treonina). 4. A m inoácidos hid ró fo b o s (alanina, leucina, isoleucina, fenilalanina, pro lin a, tirosina, trip tó fan o y valina). 5. A m inoácidos q u e co n tien en azufre (cisteína y m etionina). Los am inoácidos p u ed en com binarse m ediante la u n ió n de un g ru p o am ino de un o de ellos con u n g ru p o carboxilo de otro, unión en la q u e se elim ina agua y se forma u n dipéptido, como se m uestra en la figura 2-7. La unión en tre dos am inoácidos q ue se m antienen ju n to s de esta forma se conoce como enlacepeptidico. La adición de u n tercer am inoácido daría lu g ar a u n trip ép tid o , y la de un cuarto, a u n tetrap ép tid o . Los p ép tid o s con u n elevado n ú ­ m ero de am inoácidos u n id o s e n tre sí se conocen como polipéptidos. Las pro teín as son grandes polipéptidos. Por convención, la rep re­ sentación de la e stru ctu ra de u n p ép tid o se inicia en el extrem o fi­ nal, con el g ru p o am ino libre a la izquierda (el g ru p o am inoterm inal), y term ina con el g ru p o carboxilo lib re a la derecha; el orden en el q u e se disponen los am inoácidos se conoce como secuencia peptídica. P uesto q u e las p roteínas y la m ayor parte de péptidos son e stru ctu ras de gran tam año, seria m u y laborioso d escrib ir toda la secuencia de am inoácidos, de modo que se utiliza una sola letra o u n código de tres letras, como se m uestra en la tabla 2-2.

Am inoácidos ácidos

COOH H2N— CH- -COOH

^-CH

I

H2N— CH— COOH

NH,

"N H

CH,

CH,

Acido aspártico

Am inoácidos básicos

COOH

I

15

I

I 2

CH,

I

cn2

c = c

CH,

I

CH,

HjN— CH— COOH

CH,

H2N— CH— COOH

Ácido glutámico

CH,

Histidina

I

H2N— CH— COOH Usina Am inoácidos hidrófilos sin carga

H

HCONH,

H2N— CH— COOH Glicina

CH, CH,

Am inoácidos que contienen azufre

Aminoácidos hidrófobos

CH.'3 CH, 'C H

CH, H2N— CH— COOH

CH,

I

I

H2N— CH— COOH

Alanina

Valina

S SH

I CH, C H jO H

Glutamina

Serina

Fig. 2-6.

I

CH, I

H2N— CH— COOH

CH, H2N— CH— COOH

I

CH,

Cisteína H2N— CH— COOH Fenilalanina

Estructura química de los a-aminoácidos más representativos.

2

H2N— CH— COOH Metionina

16

2 Constitución química del organismo

Estructura general de un aminoácido

H R I I -N—CH—C—OH II O ch 3

H I

CH

I

\\

^ch 3

H -C tf

II

'

I

I

Il O

II O

R|

----------- ►

Cl

H ^ C IÍ
a d re n a lin a .

T Gluconeogénesis (a,)

T

4 Tono del m úsculo liso G1 csfintérico (P,) 4- Tono del m úsculo liso bronquial (broncodilataciónj (P j

-l Secreción de insulina (a,)

’ Tono arteriolar en lechos vasculares no m usculares (a,) que da lugar a vasoconstricción y T PA T Tono esfínteres gastrointestinales (a,) 4 Tono m úsculo liso no relacionado con esfínteres (a,) i Tono m úsculo liso bronquial (broncodilatación) {«,)

Entre paréntesis se m uestran los receptores adrenérgicos que m edian los diferentes efectos; T indica aum ento y 4, dism inución en el proceso fisiológico especifica­ do. Para una descripción de los su b tip o s de receptores adrenérgicos, véase el capitulo 10.

g ica o n eu ro tra n sm iso r p u e d e ejercer d ife re n te s e fe c to s sob re

cil— p e se a q u e la m ayor parte de sín tom as p u ed en aliviarse con

d ife r e n te s c élu la s efectoras. T an to lo s a g o n ista s com o los a n ta­

la adm inistración de fárm acos qu e b lo q u een los recep tores de las

g o n ista s de lo s r ec ep to re s ex y (3-adrenérgicos se u tiliza n am ­

catecolam inas.

p lia m en te en m ed icin a c lín ic a . Por ejem p lo, lo s a n ta g o n ista s P (b lo q u ea d o re s (5), com o e l a te n o lo l, se p r e sc rib e n con fr e c u e n ­ cia para red u cir el g a sto card íaco e n e l tratam ien to d e la h ip er­

Resumen

te n sió n arterial. Los a g o n ista s fi,, com o el sa lb u ta m o l, se a d m i­ n istran a p a c ie n te s asm áticos por su s e fe c to s b r o n c o d ila ta d o -

1.

res.

Control de la secreción de la médula suprarrenal

2.

A pesar de qu e la secreción basai de catecolam inas en la m édula suprarrenal probab lem ente es in sig n ifica n te, determ inadas situa­

3.

cio n es estresan tes p u ed en estim ular la glán d u la para q u e lib ere su s horm onas. Éstas in c lu y en el ejercicio, la hip oglu cem ia, el frío, las hem orragias y la h ip oten sión . La secreción tam bién p u ed e

4.

acom pañar reacciones em ocion ales com o el m ied o, la cólera, el dolor y la ex cita ció n sexu al, y la m édula suprarrenal fetal parece resp on d er directam en te a la h ip oxia. Con la e x c e p c ió n de esta res­ pu esta directa, la secreción de catecolam inas está m ediada por la a ctivid ad de los n ervios esp lácn icos. La glán d u la no es fun cional si se seccion an estos n ervios. 5.

A lteraciones de la secreción de la médula suprarrenal A u n q u e la p rod u cción in su ficien te de horm onas adrenales no re­ presenta u n problem a clín ico , una p ro d u cció n e x ce siv a de cate­ colam inas p u ed e ten er co n se c u e n c ia s graves. P uede estar causa­ da por u n tum or d el tejid o crom afín, un feocromocitom a. Los p rin cip ales sín tom as de este tum or son h ip erten sión agud a, qu e p u ed e ser ep isó d ica o sosten id a, h ip erglu cem ia y un au m en to de la tasa m etab òlica. A m en u d o, se ob serva tam b ién an sied ad , tem ­ blor, arritm ias y su doración. El tratam iento habitual es la e x tir ­ pación qu irú rgica del tu m o r — au n q u e es un p ro ced im ien to d ífí-

6.

La glándula suprarrenal consta de una corteza, externa, y una mé­ dula, interna. La corteza secreta glucocorticoides, mineralocorticoides y una pequeña cantidad de esteroides sexuales. La médula suprarrenal secreta las catecolaminas adrenalina y noradrenalina. En el ser hum ano, la aldosterona es el principal m ineralocorticoide y el cortisol es el glucocorticoide predom inante. Las hormonas de la corteza suprarrenal circulan por la sangre unidas a proteínas plasmáticas, como la albúm ina y la transcortina, más específica. La aldosterona conserva el sodio del organismo estim ulando su re­ absorción en intercam bio por potasio en la nefrona distal. La au­ sencia de aldosterona resulta fatal en pocos días si no se adminis­ tran suplementos de sodio y/o una terapia hormonal sustitutiva. El cortisol es esencial para la vida. Produce acciones metabólicas decisivas y es responsable de la respuesta del organismo al estrés. En general, los efectos del cortisol son de naturaleza antiinsulinica. Estimula la gluconeogénesis y la producción de glucógeno. También estimula la lipólisis. Niveles altos de cortisol suprim en la respuesta inm une a las infecciones reduciendo la masa de teji­ do linfoide. Los glucocorticoides tam bién son útiles clínicamente como fármacos antiinflamatorios. La secreción de glucocorticoides está regulada por la ACTH hipofisaria, que m uestra un claro ritm o circadiano. Los niveles de cor­ tisol plasmático son m uy bajos en torno a la medianoche y au­ mentan hasta alcanzar su máximo poco antes de despertar. La se­ creción de glucocorticoides está regulada por un sistema típico de feedback negativo. La médula suprarrenal está formada por células cromafines que secretan adrenalina y noradrenalina como parte de la respuesta simpática general al estrés. La adrenalina y la noradrenalina pro­ vocan un aum ento de la frecuencia cardiaca, de la contractilidad y del gasto cardíaco. La adrenalina tam bién es un broncodilatador y reduce la motilidad intestinal. También estim ula la glucogenóüsis, la lipólisis y el consum o de oxígeno.

12.6' Popel de lo parolhormono, los metabolitos de la vitamina D y lo calcitonina en lo regulación del calcio y el fosfato

12.6 Papel de la parathormona, los metabolitos de la vitamina D y la calcitonina en la regulación del calcio y el fosfato

243

E quilibrio del calcio El organism o hum ano ad u lto con tien e alrededor de 1 kg de calcio, la inm ensa m ayoría del cual está en forma de cristales de h id roxiapatita dentro de los hu esos y los dientes. Sólo alrededor de 10 g

h u esos, en form a de sales de fosfato cálcico (hidroxiapatitas) q u e

de calcio están d isp on ib les para otros procesos celulares. La in g es­ ta oral diaria de calcio es m u y variable, pero en general fluctúa e n ­

proporcion an fuerza y rigid ez al esq u eleto . Por esta razón, el es­

tre 200 y 1.500 m g al día. En las dietas occidentales, las princip a­

A lred ed or del 99% del calcio del organism o se encu en tra en los

q u eleto actúa com o un gran reservorio de calcio q u e p u ed e ser

les fu en tes de calcio son los p rodu ctos lácteos y la harina, a la qu e

m ovilizad o por varias horm onas. El calcio tam bién es un com po­

a m enud o se añade calcio. Para un consu m o diario de 1.000 m g de

n en te im portante de los d ien tes y d el tejid o con ju n tiv o . D esem ­

calcio, aproxim adam ente 350 m g serán absorb id os hacia el líq uido

peña un papel esen cial en la coagu lación de la sangre y en m uchas

extracelular del in testin o delgad o. Sin em bargo, la absorción neta

fu n cio n es celulares, com o e l acoplam iento estím u lo-secreción , la

d ism in u ye hasta aproxim adam ente 150 m g al día, porque las pro­

contracción m uscular, la ad h esión célu la-célu la y el con trol de la

pias secrecion es in testin ales con tien en calcio y p orq u e alrededor

excitab ilid ad nerviosa. El calcio tam bién actúa com o seg u n d o

de 850 m g se p ierd en cada día a través de las heces.

m ensajero regu lan d o la a ctiv id a d de m uchas enzim as. D ebido a su

A u n q u e las can tid ad es absolu tas del calcio excretad o varían

im portancia com o ion regulador, es esen cial qu e el n iv e l de calcio

d e acuerd o con el eq u ilib rio prevalen te de calcio en el organism o,

lib re en el líq u id o intracelular y extracelular se m antenga dentro

casi el 99% del calcio qu e norm alm ente se filtra se absorb e en las

de un os lím ites estrechos.

nefronas renales. Sin em bargo, se excretan por la orina casi

Norm alm ente la concentración intracelular de calcio libre se

150 m g de calcio diarios en forma de sales inorgánicas. T am bién

m antiene en valores de 0,1 ¡im ol • l“1 gracias a diversos m ecanism os,

se p ierd e calcio por la saliva y el su dor. Por c o n sig u ien te, el in ­

q ue in clu y en la bomba de calcio de la membrana plasmática y el se­

te stin o y lo s riñ on es son órganos im portantes en la regu lación de

cuestro de calcio por áreas de alm acenam iento intracelular, com o las

la entrada y la salida de calcio d el plasm a.

m itocondrias y el retículo sarcoplásm ico (v. cap. 4). La concentra­

Los hu esos del esqu eleto proporcionan reservas considerables

ción de calcio intracelular total (es decir, el calcio un ido más el libre)

de calcio al organism o. A lred ed or del 99% del calcio del esq u eleto

es m ucho más alta, de alrededor de 1-2 m m ol • kg"1 de tejido.

forma el llam ado hu eso estable, que no es fácilm ente intercam bia­

El calcio plasm ático total e s de 2 ,3 -2 ,4 m mol • l“1, de los cuales

ble con el calcio en el líq uido extracelular. El 1% restante se e n ­

alrededor de la m itad están ion izad os y la otra m itad u n id o s a pro­

cuentra en forma de sal de fosfato cálcico, y co n stitu y e una reserva

teín as plasm áticas (albúm ina y glob u lin as) o form ando com plejos

de calcio fácilm ente liberable q u e p u ed e actuar com o sistem a amor­

in orgán icos co n an ion es, esp ecialm en te el fosfato. La concen tra­

tiguador en respuesta a las alteraciones del calcio plasm ático. In­

ción de ion es de calcio lib re en el líq u id o extracelular es de alre­

clu so durante la vida adulta, tod os los h u esos se encuentran en un

dedor de 1,4 m m ol • 1 ', más de 10.000 v eces su perior a la del cal­

equilib rio dinám ico, es decir, el depósito (form ación) y la reabsor­ ción de hu eso están equilibrados, y esto perm ite, al m ism o tiem po,

cio libre intracelular.

un rem odelado del esq u eleto segú n las n ecesid ades m ecánicas. Las células responsables de la form ación de n u ev o h u eso se conocen

La hipocalcemia provoca tetania Bajos valores plasm áticos de calcio (hipocalcemia) dan lugar a una co n cen tración extracelu lar baja de calcio. Esto p rovoca teta ­

nia, una e x cita b ilid a d anorm al de los n e r v io s y los m ú scu lo s e s­ q u elé tic o s q u e se p on e de m an ifiesto con fen óm en os de esp asticidad m uscular, en esp ecial en lo s p ies y las m anos (espasticidad © MASSON, S.A. Fotocopiar sin autorización es un delito.

carpopedal). La m ayor e x cita b ilid a d neural p u ed e in c lu so dar lu ­ gar a c o n v u lsio n es. Se desarrolla tetania cu an d o el calcio plasm á­ tico d ism in u y e d esd e su n iv e l norm al de 2 ,3 -2 ,4 m m ol • 1~‘ hasta aproxim adam ente 1,5 m m ol • 1

La h ip erex cita b ilid a d p ro v o ca ­

da por una d ism in u ció n del calcio p lasm ático p u ed e detectarse an tes del in icio de la tetan ia p er cu tie n d o el n e r v io facial en el p u n to en q u e cruza e l á n g u lo de la m and íb ula. En in d iv id u o s norm ales, e sto no p ro d u ce n in g ú n efecto , p ero e n caso de h ip o ­ calcem ia lo s m ú scu lo s d e este lad o de la cara se con traen o in c lu ­

com o osteoblastos, y las responsables de la reabsorción del hueso son grandes células m ultinucleadas llamadas osteoclastos (las célu ­ las destructoras de hueso). Los osteoblastos secretan los com ponen­ tes orgánicos del hu eso (osteoide) que posteriorm ente, siem pre que exista una cantidad su ficien te de calcio y fosfato en el líq u id o e x ­ tracelular, se m ineralizan. La reabsorción ósea da lugar a la libera­ ción de calcio y fosfato en el plasma. En el capítulo 23 se describe con más detalle la fisiología del hu eso. Cuando el eq u ilib rio d el calcio de to d o el organism o es nor­ mal, los p rocesos de reabsorción y de form ación de h u eso están eq u ilib rad os. En estas con d icion es: [Ca2+ de la dieta] + [Ca2+ reab sorbido a partir de los hu esos] = = [Ca2+ p erd id o en las h eces y la orina] + [Ca2' añadido al n u e v o hueso]

so m an ifiestan un espasmo (es el llam ado sig n o de C h vostek de te­

tania latente). La tetania d eb e d istin g u irse del tétan os (la contracción per­

Control del fosfato del organismo

m anente del m ú scu lo esq u elético ) y d el tétan os, enferm edad in ­ fecciosa causada por la to x in a del bacilo Clostridium tetani (to x i­

El n iv e l plasm ático de fosfato in orgán ico es de alrededor ce

na tetánica).

2,3 mmol ■ l-1, y su con cen tración no está tan estrech am en te re-

244

12 Regutoción hormonal del organismo

guiad a com o la del calcio. El c o n te n id o de fosfato corporal total

nad os de tres horm onas diferen tes con efecto s sob re el hu eso, el

en u n hom bre de 70 k g es de u n os 770 g, de los cuales entre el 75

riñ ón y el in testin o. Estas horm onas son las siguientes:

y el 90% están c o n ten id o s en el e sq u eleto en com b in ación con el calcio. Parte de éste se encu en tra en forma de h id roxiap atita y

1.

M etab olitos del colecalciferol (vitam ina D).

otra parte en el pool d e fosfato cálcico intercam biable. La ingesta

2.

Parathorm ona.

diaria de fosfato e s de ap roxim adam ente 1.200 m g, de los cuales

3.

Calcitonina.

alrededor de u n tercio se excretan por las heces. La principal pér­ dida de fosfato d esd e el plasm a es la orina, d o n d e este elem en to se

Estas horm onas se liberan com o respuesta a d iv erso s estím u ­

excreta ju n to c o n el calcio. A l igual qu e el calcio, el fosfato es n ecesario para una am plia

los fisio ló g ic o s relacion ados c o n cam bios de los n iv e le s d e calcio plasm ático.

d iversid ad de fu n cio n e s celulares. Es un co m p o n en te im portante de lo s fo sfo líp id o s de las m em branas celulares, y es n ecesario para la sín tesis de A D N y AR N. Los m etab olitos del fosfato desem p e­ ñan un papel esencial en el m etabolism o en ergético, y la actividad

Vitam ina D y sus m etabolitos La vitam in a D o colecalciferol actúa com o precursor de un gru p o de esteroid es q u e se com portan com o horm onas y d esem peñan un

de nu m erosas enzim as está regu lad a por fosforilación .

papel esencial en la regu lación de lo s n iv e le s plasm áticos de cal­ cio. La vitam ina D n o e s activa b iológicam en te e n sí m ism a pero

Regulación horm onal de los niveles plasmáticos de calcio y fosfato

exp erim en ta reacciones de h id roxilación q u e la co n v ierten en horm ona activa. La prim era h id ro x ila ció n tien e lugar en el h íga­ do, y forma 2 5 -h id roxicolecalciferol, qu e es la princip al forma de

La regu lación con stan te de los n iv e le s plasm áticos de m inerales,

vitam ina D del torrente circulatorio. En el riñón se añad e un gru ­

en esp ecial los del calcio, se co n sig u e m ediante los efecto s com bi­

po h id ro x ilo adicion al, qu e da lugar a 1 ,25-d ih id roxicolecalcife-

7-Dihidrocolesterol

Colesterol

Luz solar (rayos UV)

Dieta

Colecalciferol (vitamina D3)

Enzimas hepáticas

Calcifediol (25-hidroxicolecalciferol)

Enzimas renales

Calcitriol (1,25-dihidroxicolecalciferol)

Fig. 12-29. Síntesis de 1,25-dihidroxicolecalciferol a partir de vitam ina D.

12.6 Papel de la parathormona, los metobolitos de la vitamina D y la calcitonina en la regulación del calcio y el fosfato

rol (tam bién llam ado calcitriol), o 2 4 ,25-d ih id roxicolecalciferol,

24 5

Lengua

q u e es in activo. La sín tesis de d erivad os a c tiv o s d el calcitriol pre­ Epiglotis

dom ina cu an d o los n iv e le s plasm áticos de calcio son bajos. En la figura 12-29 se m uestran los pasos de h id roxilación relacionados con la sín tesis de la horm ona. A pesar de q u e buena parte de las n ecesid ad es diarias de vita ­ m ina D (400 U para n iñ o s y 100 U para adu ltos) se o b tie n e n de la

Rama de la arteria tiroidea superior

dieta, en especial del p escad o azul y los h u ev o s, el colecalciferol p u ed e ser sin tetizad o en la p iel y en presencia de la lu z solar a partir de 7-d ih id rocolesterol.

Glándula tiroides

Acciones del 1,25-dihidroxicolecolciferol

Glándula paratiroides

La principal acción de esta horm ona es estim ular la absorción del calcio in gerid o. Esto se realiza m ediante un efecto d irecto sobre la m ucosa in testin al. La horm ona se une a recep tores n u cleares e s­ p ecíficos q u e aum entan la sín tesis de proteín as q u e fijan calcio y q u e lo transportan a través d e la célula. El 1 ,25-d ih id roxicolecalciferol tam b ién aum enta la absorción de fosfato. Las accion es de la vitam in a D sob re el h u eso son m en os c o n o ­

Nervio laringeo recurrente

Fig. 12-30. Localización anatómica de las glándulas paratiroides y su irrigación sanguínea arterial. Visión posterior de la faringe.

cid as y buena parte de n u estros c on ocim ien tos actuales derivan de las alteraciones ob servad as en la d eficien cia de vitam ina D. El 1 ,25-d ih id roxicolecalcíferol estim ula la calcificación de la m atriz ósea. A u n q u e parte de este efecto es p robab lem ente con secu en cia indirecta del aum ento de los n iv e le s p lasm áticos de calcio y fosfa­ to, tam bién parece relacionarse con una estim u lación directa de la a ctivid ad de los o steob lastos y de los osteoclastos: el e fecto com ­

La parathorm ona (PTH) es secretada por las glán d u las paratiroi-

bin ado de estas a ccion es facilita el rem od elado óseo.

des. H abitualm en te e x iste n cuatro de estas glán d u las, au n q u e son frecu en tes las supernum erarias. Las paratiroides se localizan en la

Efectos del déficit de vitamina D

su p erficie p osterior de los lób u los laterales de la glánd ula tiroi­

D esd e hace m uchos años es bien co n o cid o qu e la d eficien cia de

des. Cada glánd ula m ide 3-8 mm de lo n g itu d , 2-5 mm de anchura

vitam ina D causa una enferm edad con ocid a com o raquitism o en

y alrededor de 1,5 mm de p rofun didad . En la figura 12-30 se

los n iñ os y osteomalacia e n lo s adu ltos. En am bas enferm edades,

m uestra la localización anatóm ica de las paratiroides. La glánd ula

el rem odelado óseo, en el q u e se reabsorbe el h u eso v iejo y se for­

recib e un riego san gu ín eo abu n d an te d erivad o, p rincip alm ente,

ma n u e v o hu eso, está alterado y n o se prod u ce la calcificación de la m atriz ósea. En n iñ o s, esto da lugar a d eform id ades e sq u elé ti­

de las arterias tiroid eas inferiores. La glánd ula del ad u lto co n tie­

cas, en esp ecial en los h u eso s q u e soportan peso, y provoca el ca­

lulas ox ifílica s. Las célu las p rin cip ales secretan PTH, pero se d e s­

racterístico arqueam ien to de la tibia. En el cap ítu lo 23 (v . fig.

con oce la fu n ció n de las célu las oxifílicas.

ne dos im portantes tip o s celulares, las célu las p rincip ales y las cé ­

23-16) se p u ed e observar una fotografía corresp on d ien te a un

La PTH es una horm ona p olip ep tíd ica q u e consta de 8 4 resi­

n iñ o afectad o de raquitism o. En ad u ltos, las co n secu en cia s p rin ­

d u os de am inoácid os y tien e un p eso m olecular de 9.5 0 0 kDa. Ini­

cip ales son una d ism in u ción de la densid ad m ineral ósea, aum en­

cialm en te, deriva de un precursor p o lip e p tíd ico de 115 am inoáci­

to de la p rop en sión a las fracturas y d olor óseo.

d os llam ado pre-pro-PTH . Dos d iv isio n e s de la cadena p eptídica

Los p acien tes con d eficien cia de vitam in a D p resentan bajos valores plasm áticos d e calcio d eb id o a la red u cción de la reabsor­ O MAS SON. 8 A Fotocopiar sin autorización on un dolilo

Parathorm ona y hom eostasia de los niveles plasm áticos de calcio

dan lugar a la PTH activa, q u e se alm acena en grán u los y tien e hasta el m om en to de la secreción.

ción in testin al de calcio. Esto p u ed e generar una m ayor e x cita b i­ lidad de las neuronas y provocar parestesias (una sen sación de

Lo parathormona actúa movilizando el coicio del hueso y aumentando la reabsorción

h orm igueo) o e p iso d io s de tetania. Sin em bargo, en e sto s p a cien ­

de calcio por el riñón

tes, es p oco probable q u e la hip ocalcem ia revista graved ad , ya

La PTH ejerce e fec to s sob re el h u eso, el in te stin o y los riñones.

qu e se producirá un au m ento com pensad or d e la secreción de pa­

Sus a ccion es tien en com o finalid ad un au m ento de los n iv e le s

rathorm ona (v. m ás adelante).

plasm áticos de calcio y la d ism in u ción de los n iv e le s plasm áticos de fosfato. Estos efecto s se resum en en la figura 12-31.

Efectos del exceso de vitamina 0

Para el m antenim ien to del e sq u eleto se req uieren n iv e le s nor­

Las d osis altas de vitam ina D p u ed en dar lugar a un p roceso co­

m ales de PTH. Esta horm ona estim ula la p rod u cción de osteob las­

n ocid o com o in to x ica ció n por vitam in a D, q u e se caracteriza por

to s y la calcificación de la m atriz ósea. Sin em bargo, cu an d o los

náuseas, vó m ito s y desh id ratación d eb id o s al au m en to de los n i­

n iv e le s plasm áticos de calcio d ism in u y en , la secreción de PTH a u ­

v eles plasm áticos de calcio (hipercalcemia). Si el au m ento persiste

m enta. U n os n iv e le s e lev a d o s de PTH p rod u cen una acción bifá­

crón icam en te la fu n ció n renal p u ed e deteriorarse com o co n se ­

sica en el m etab olism o óseo. T ien e lugar una pérdida rápida in i­

cuencia de la calcificación de tejid os blan dos en los riñ ones.

cial d e calcio a partir del pool de calcio de la su p erficie ósea, que

246

12 Regulación hormonal del organismo

Límites normales

Fig. 12-32. Relación entre la concentración plasmática de calcio y la se­ creción de parathorm ona y calcitonina. A medida que aum enta el calcio dism inuye la secreción de parathorm ona, y al mismo tiem po aumenta la de calcitonina.

mona. A l contrario, un aum ento del calcio plasm ático inh ib e la libe­ Fig. 12-31. Diagrama de flujo que resum e las principales acciones de la parathorm ona.

ración de PTH. En la figura 12-32 se ilustra la relación inversa entre los n iveles plasm áticos de calcio y la secreción de PTH. Las catecolaminas y la dopam ina tam bién estim ulan la secreción de PTH, mientras que el 1,25-dihidroxicolecalciferol la suprim e. En la hipo­

es fácilm en te lib crable. A lgu n as pruebas su g ieren qu e la PTH ac­

calcemia, la secreción de PTH parece requerir la presencia de n iv e ­

túa en com b in ación con la vitam ina D para provocar este efecto.

les circulantes normales de m agnesio. Los lactantes prematuros, en

A más largo plazo (de horas a días), n iv e le s e le v a d o s de PTH cir­

los qu e a m enudo se identifica una dism inución de los n iveles plas­

cu lan te estim ulan la reabsorción de h u eso estable por los osteo-

m áticos de m agnesio, tam bién pu ed en experim entar hipocalcem ia

clastos, y esto tien e com o con secu en cia la ad ición de grandes can­

com o consecuencia de una dism inución de la secreción de PTH.

tid ad es de m ineral al líq u id o extracelular. La PTH estim ula la reabsorción de calcio e n los tú b u los dista­ les y d ism in u ye la reabsorción de fosfato en los tú b u los proxim a-

Alteración de la secreción de parathorm ona

les. El efecto resultante de estas a cciones será un aum ento de los n i­ v e le s plasm áticos de calcio y una d ism in ución del fosfato plasm áti­

Efectos de uno secreción excesiva de PTH (hiperparatiroidismo primario)

co. A pesar de qu e este últim o efecto pu ed e parecer indeseable, la

La hipersecreción de PTH se observa en pacientes que desarrollan

dism in ución de fosfato plasm ático aumentará los n iv eles plasm áti­

un tum or de la paratiroides. A lgu n os tum ores m alignos q u e se ori­

cos de calcio libre, ya que dism inuirá la cantidad de iones fosfato

ginan en otros tipos de células, com o los pulm onares, tam bién se­

disp onibles para unirse al calcio. Lo que parece tener una im por­

cretan PTH y p u ed en originar los síntom as de un exceso de PTH. La

tancia fundam ental para el organism o es el aum ento del calcio.

consecuencia principal de una secreción excesiva de PTH es la hi-

Seguram ente la PTH n o ejerce un efecto directo sobre el intesti­

percalcemia, asociada con una dism inución de la concentración

no. Sin em bargo, estim ula la síntesis de 1,25-dihidroxicolecalciferol en los riñones. Como se ha descrito anteriorm ente, este m etabolito

plasmática de fosfato. A pesar del aum ento de la tasa de reabsorción

de la vitam ina D aum enta la absorción intestinal del calcio ingerido.

cantidad de calcio excretado por la orina, porque la carga de calcio

Control de lo secreción de parathormona

cuentes, y esto pu ed e dar lugar a un deterioro de la fun ción renal, la

La PTH es elim inada rápidam ente del plasma, de manera q u e su

causa más frecuente de m uerte en el hiperparatiroidism o n o tratado.

de calcio en los túbulos, seguirá observándose un aum ento de la filtrado es m uy alta. En esta enferm edad los cálculos renales son fre­

vida m edia en sangre solam ente es de un os 5 min. Con el objetivo de

Los efecto s sob re el e sq u eleto de un aum ento de los n iv e le s de

m antener su concentración basal en el torrente circulatorio, la PTH

PTH varían

se secreta continuam ente a una tasa baja. Parece existir un feedback

se id en tifica una d esm ineralización de éste. En estos casos se o b ­

nsid erablem en te entre in d iv id u o s, pero a m en u d o

directo entre los iones de calcio en plasma y la secreción de PTH. Un

serva dolor óseo, fracturas de los h u eso s largos y fracturas por

receptor específico del calcio presente en la membrana celular de las

com presión de la colum na vertebral. T am bién p u ed en estar pre­

células principales secretoras de PTH media esta fun ción. Como

sen tes q u istes form ados por o steoclastos (tum ores pardos). La hi-

consecuencia, el estím ulo más poten te para un aum ento de la secre­

percalcem ia causada por una sob rep rod u cción de PTH tien e otras

ción de PTH es la hipocalcem ia (dism inución de la concentración

con secu en cias, en tre las cuales están fatiga, d eb ilid ad , aberracio­

plasmática de calcio), que tam bién estimula la biosintesis de la hor-

n es m entales, dep resión del SNC, estreñ im ien to y anorexia.

12.6 Papel de la parothormono, los metobolitos de la vitamina 0 y la calcitonina en la regulación del calcio y el fosfoto

247

Efectos de uno secreción insuficiente de PTH (hipoparatiroidismo)

Acciones de la calcitonina

El hip oparatiroid ism o p u ed e ser d eb id o a una lesión , a una in su ­

La acción primaria de esta horm ona parece ser la de inhibir la acti­

ficien cia de las paratiroides o a su e x tirp ación (que en ocasiones

vidad de los osteoclastos óseos. Por con sigu ien te, dism in uye la re­

p u ed e p rodu cirse accid en talm en te durante la cirugía de la glán­

absorción ósea y no se liberan m inerales en el plasma. En ocasiones,

dula tiroides) y en alg u n o s p acien tes p u ed e ser fatal. Las con se­

la calcitonina se adm inistra a pacien tes con hipercalcem ia asociada

cuen cias más im portantes de la hipocalcem ia se han descrito an­

a una neoplasia y a aquellos afectados por la enferm edad de Paget,

teriorm ente. El tratam iento de la enferm edad in c lu y e una adm i­

en la qu e se produce un recam bio óseo ex cesiv o . Se han identifica­

nistración inicial de calcio para restaurar los n iv e le s norm ales,

do receptores de la calcitonina en las células renales. Esta horm ona

seg u id o de la adm inistración de m etab olitos de la vitam ina D que

pu ed e producir un aum ento transitorio de las tasas de excreción de

estim ularán la absorción in testin al del calcio in gerid o.

calcio, fosfato, sod io, potasio y m agnesio. En la figura 12-33 se re­ sum en las acciones de la calcitonina y la regu lación de su secreción.

Papel de la calcitonina en la regulación del calcio plasm ático La calciton ina es una horm ona peptídica secretada por las células

O tras horm onas que intervienen en la regulación del calcio plasm ático

parafoliculares o células C de la glánd ula tiroides, q u e se localizan

A u n q u e la PTH, los m etabolitos de la vitam ina D y posib lem ente la

entre los fo lícu lo s. A pesar de q u e e s bien co n o cid o q u e la calci­

calcitonina son los principales reguladores horm onales de las con ­

ton in a p u ed e red ucir los n iv e le s de calcio lib re en plasm a, n o está

centraciones plasm áticas de m inerales, se sabe q u e otras horm onas

m uy claro su sig n ifica d o en la regu lación global de los n iv e le s de este m ineral. De h echo, la concen tración de calcio plasm ático no

ejercen efectos sobre el m odo en qu e el calcio y el fosfato son regu­ lados por el organism o. Éstas in clu y en la horm ona del crecim iento,

resulta afectada en p acien tes con tum ores de las células C, qu e re­

los glucocorticoides suprarrenales y las horm onas tiroideas y , so­

gistran un aum ento de los n iv e le s de calcitonina.

bre todo, los estrógenos y los andrógenos, en especial los prim eros. En la mujer adulta, los estrógenos parecen inhibir la reabsor­ ción ósea m ediada por la PTH y estim ular la actividad de los osteoblastos. De h echo, la extirpación de los ovarios o, desp ués de la m e­ nopausia, la dism inución de estrógenos provocan un aum ento de la tasa de reabsorción ósea, lo que, a su vez, causa una enferm edad denom inada osteoporosis. La osteoporosis se caracteriza por u n au­ m ento de la fragilidad ósea y una propensión a las fracturas por

Resumen 1.

€» MASSON, S.A. Fotocopiar sin autorización es un delito.

2.

Aumento de la excreción de Ca2* y P O f por parte de los riñones

Inhibición de la actividad de los osteoclastos

3.

4. Disminución del Ca2+ plasmático

Fig. 12-33. Principales acciones de la calcitonina y factores que se con­ sideran reguladores de su secreción.

El calcio desempeña un papel esencial en muchos aspectos de la función celular. También es un com ponente estructural importan­ te de los huesos del esqueleto. Los niveles plasmáticos de calcio y fosfato están regulados por las acciones de tres hormonas: los me­ tabolitos activos de la vitamina D, la parathormona (PTH) y la cal­ citonina secretada por la glándula tiroides. Estas hormonas ejercen sus efectos sobre el hueso, el intestino y el riñón regulando la en­ trada y la salida de calcio dentro y fuera del pool extracelular. El dihidroxicolecalciferol es un m etabolito de la vitamina D que regula el calcio plasmático. Su principal efecto es aum entar la a b ­ sorción de calcio de la dieta por el intestino. Tam bién parece esti­ m ular el recambio óseo, de modo que se reabsorbe hueso antiguo y se forma hueso nuevo. El déficit de vitam ina D da lugar al ra­ quitism o en niños y a la osteomalacia en adultos. La parathorm ona (PTH) es una horm ona peptídica secretada por las glándulas paratiroides, que se localizan m uy próximas a la glándula tiroides. La horm ona se libera como respuesta a una dis­ m inución del calcio plasmático, y su efecto es aum entar los valo­ res de calcio plasmático. Para el m antenim iento del esqueleto se requieren unos niveles normales de PTH. La PTH tam bién esti­ mula la reabsorción de calcio en los túbulos distales del riñón. La calcitonina es un péptido secretado por las células parafolicu­ lares de la glándula tiroides. Es un agente hipocalcemiante que se secreta como respuesta a un aum ento de los niveles plasmático-; de calcio. No está claro su significado fisiológico en la reguls.: del calcio en todo el organismo.

248

12 Regulación hormonal del organismo

com presión vertebral, así com o fracturas de m uñeca y de cadera. Se ha pu esto de m anifiesto q u e la terapia horm onal su stitutiva con estrógen os enlen tece el progreso de la osteoporosis posm enopáusica.

Laycock J, W ise P. Essential endocrinology. Oxford: Oxford Medicai Publications, 1996. Maitra A, Kumar V. Robbins basic pathology (cap. 20). 7th ed. Ed : Kumar V, Cotran RS, Robbins SL, editors. N ew York: Saunders,

12.7 Hormonas del tracto gastrointestinal

2003. Porth CM. Pathophysiology: concepts o f altered health states. Philadelphia, PA: J.B. Lippincott, 1994.

El tracto gastrointestinal secreta un elevad o núm ero de horm onas p ep tíd icas q u e en su con ju n to regu lan la activid ad del estóm ago,

Test de autoevaluación

el in testin o y las glán d u las accesorias (tabla 12-1). A dem ás, dos horm onas pancreáticas, la insulina y el glucagón, desem p eñ an un papel d e c isiv o en la regu lación de los n iv e le s p lasm áticos de g lu ­

Cada en u n cia d o p u ed e ser verd adero o falso. Las resp u estas co­

cosa. Sus a ccion es y las de las otras horm onas relacionadas con el

rrectas se ind ican a con tin u ación .

control de la glu cosa san gu ín ea se d escrib en con detalle e n el ca­ p ítu lo 27. Los efecto s de las dem ás horm onas del sistem a gas­ troin testin al se ex p o n e n con m ayor d etalle en el cap ítu lo 18, de m anera q u e en el p resen te cap ítu lo sólo se ofrece un breve resu­ m en. Las célu las del in testin o d elgad o segregan varias horm onas. Entre ellas, la colecistocin in a (segregada por las célu las I en res­ p u esta a la in g estió n de alim entos ricos e n grasas), qu e estim ula la

1. a . Las horm onas liberadas por el hipotálam o son sin tetizad as y secretadas por neuronas. b. La sangre flu y e desd e la a d en o h ip ó fisis hasta el hipotálam o a través de lo s va so s portales. c. Los factores de lib eración h ip otalám icos alcanzan la circu la­ c ió n general en cantidades sign ificativas.

contracción de la v esícu la biliar. La secretin a y el p o lip é p tid o in ­

d. P robablem ente, la pérdida de neuronas dop am in érgicas en

testinal va so a ctiv o (VIP) estim ulan la secreción acuosa pancreáti­

el hipotálam o da lugar a u n au m ento de la secreción de pro­

ca alcalina, m ientras q u e el p é p tid o in h ib id or gástrico (GIP) in h i­ be la secreción de la m ucosa del estóm ago. La gastrina es segrega­ da por las célu las G de las g lán d u las gástricas. Esta horm ona estim ula la secreción de ácid o gástrico.

lactina. e. La secreción d e horm ona d el crecim ien to está regulada por un solo factor hipotalám ico. 2. Un n iñ o de 10 años de edad con un d éficit fu n cion al en la ade­ n o h ip ó fisis p robab lem ente experim entará:

Bibliografía recomendada

a. A crom egalia. b. Baja estatura p ero p rop orcion es corporales relativam ente

Bioquím ica Stryer L. Biochemistry (cap. 27). 3rd ed. N ew York: Freeman, 1995.

norm ales. c. Correrá el riesgo con stan te de sufrir desh id ratación. d. Alcanzará la m adurez sexu al a un a edad más tardía de lo

H istología

norm al. e. Presentará una tasa m etab òlica basai baja.

Junqueira LC. Carneiro J, Kelley RO. Basic histology (caps. 20 y 21). 8th ed. London: Prentice-Hall, 1995.

3. a. Las células crom afines se identifican en la m édula suprarrenal. b. Una secreción e x ce siv a de catecolam inas p rod u ce h ip erten ­

Farmacología Rang HP, Dale MM, Ritter JM. Pharmacology (cap. 21). 4th ed. Edin­ burgh: Churchill-Livingstone, 1999.

sión arterial. c. La frecuencia cardiaca d ism in u y e por la acción de la adre­ nalina y la noradrenalina circulantes. d. El aum ento de la secreción de catecolam inas estim ula la lipólisis.

Fisiología endocrina Brook C, Marshall N. Essential endocrinology. 4th ed. Oxford: Blackw ell Science, 2001. Campbell EJM, Dickinson CJ, Slater JDH, Edwards CRW, Sikora EK, editors. Clinical p h ysiology. 5th ed. Oxford: Blackwell Scientific, 1984. Griffin JE, Ojeda SR. Textbook o f endocrine physiology. 4th ed. Ox­ ford: Oxford U niversity Press, 2000. Hall R, Evered DC. A colour atlas o f endocrinology. 2nd ed. London: W olfe M edical, 1990. Kettle WM, Arky RA. Endocrine pathophysiology. Philadelphia, PA: Lippincott-Raven, 1998.

e. La adrenalina y la noradrenalina son secretadas por la cor­ teza suprarrenal. 4. a. N iv e le s plasm áticos norm ales de parathorm ona (PTH) esti­ m ulan la activ id a d de los osteoblastos. b. La PTH d ism in u y e la excreció n de calcio en el organism o. c. La PTH aum enta directam en te la absorción de calcio por parte del in testin o. d. La PTH se secreta com o respuesta a un au m en to de los n i­ v e le s p lasm áticos de calcio. e. U n os n iv e le s e lev a d o s de PTH circu lante desm ineralizan el h u eso y aum entan la cantidad de calcio plasm ático.

Respuestas

5. a. La o x ito cin a estim ula la sín tesis de lech e por parte de la glánd ula mamaria.

249

p orcion es corp orales son norm ales. El d éficit de ADH de la n eu ro h ip ó fisis es el qu e hace aum entar el riesgo de desh id ra-

b. El d éficit de ADH tien e com o con secu en cia la p rod u cción

tación. El d éficit de gon ad otrop in as h ip ofisarias ocasiona re­ traso o su p resión de la m aduración sexu al. Las deficien cias

e x ce siv a de orina. c. Tanto la ox ito cin a com o la AD H son secretadas com o res­ pu esta a reflejos neu roen d ocrin os. d. La secreción de oxito cin a y de AD H está regulada por fac­

fu n cion ales de la ad en oh ip ófisis causan d ism in u ción de los n i­ v e le s de TSH y , en con secu en cia, de la secreción de horm ona tiroidea, h ech o q u e provoca, a su v ez, d ism in u ción de la TMB. a. Falso.

tores liberadores secretad os por el hipotálam o. b. Verdadero. e. La A D H actúa u n ién d o se a los recep tores de la m embrana plasm ática de las células de los tú b u lo s colectores.

c. Falso. d. Verdadero.

6. a. La corteza suprarrenal secreta tanto horm onas pep tíd icas com o esteroideas. b. La corteza suprarrenal se atrofia tras la extirp ación de la

e. V erdadero. 3. Las células crom afines se id en tifican e n la m édula suprarrenal y en otras region es. La adrenalina y la noradrenalina aum entan

ad en oh ip ófisis. c. La aldosterona in terv ien e en la regu lación del calcio plas­ m ático.

la presión arterial actuand o sob re el corazón y los vasos san­ gu ín eo s. Las catecolam inas aum entan la frecuencia cardíaca (m ientras qu e la acetilcolin a liberada por las fibras p osgan glio-

d. La secreción de cortisol es m áxim a en torno a las 6 de la ma­ ñana.

nares parasim páticas la d ism in u yen ) y activan las lipasas, que m ovilizan las grasas para aum entar la p rod u cción de ácid os

e. El cortisol es una horm ona h ip erglu cem iante.

grasos libres y de glicerol. La adrenalina y la noradrenalina son sintetizad as en la m édula suprarrenal.

7. a. Las horm onas tiroideas son esen ciales para el desarrollo precoz y la m aduración del SNC. b. La T , y la T4 estim ulan la secreción de TSH por parte de la

a. Verdadero. b. Verdadero. c. Falso.

ad en oh ip ófisis. c. Los in d iv id u o s con una glánd ula tiroid es hip oactiva tien en

d. V erdadero. e. Falso.

una TM B baja. d. Una frecuencia cardíaca de 65 la t./m in su giere un d iagn ós­ tic o de tiro to x ico sis. e. La m ayor parte del y o d o del organism o se encuentra en la

4. Cuando lo s n iv e le s plasm áticos de calcio son norm ales, la se­ creción de PTH estim ula la form ación ósea a través de su ac­ ción sob re los o steob lastos (células q u e secretan m atriz ósea). A u n q u e la PTH favorece la absorción de calcio por parte de los

glánd ula tiroides.

tú b u lo s renales, carece de acción directa sobre el in testin o . Sin em bargo, estim ula la p rod u cción de 1,25-d ih id roxicolecalcife-

Respuestas

rol, y éste la absorción de calcio por parte del in testin o . Bajos n iv e le s p lasm áticos de calcio estim ulan la secreción de PTH,

1. La sangre flu y e desd e el hipotálam o hasta la a d en o h ip ó fisis a través del sistem a portal hipotálam o-hip ofisario. A pesar de qu e las horm onas de lib eración se secretan en el sistem a portal,

y n iv e le s plasm áticos e lev a d o s estim ulan la secreción de calcitonina. El aum ento de los n iv e le s de PTH p otencia la activid ad de los osteoclastos, lo q u e da lugar a la d esm ineralización del h u eso y a la lib eración de calcio en el plasma.

las can tid ad es qu e alcanzan la circu lación general son in sig n i­ © MASSON, S.A. Fotocopiar sin autorización es un delito.

fican tes. La dopam ina actúa com o horm ona inh ib id ora en las

a. Verdadero.

células lactotropas h ip ofisarias qu e secretan prolactina. La se­

b. Verdadero.

creción de GH está controlada tanto por la som atostatina com o

c. Falso.

por la GHRH. Este factor u horm ona hipotalám ica aum enta la secreción de GH.

d. Falso. e. Verdadero.

a. V erdadero. b. Falso.

5. La oxito cin a estim ula la secreción de lech e por parte de los

c. Falso.

co n d u cto s galactóforos. La sín tesis de lech e está controlada por la prolactina. En ausen cia de A D H , los tú b u lo s colectores

d. Verdadero.

del riñón apenas absorb en agua, y esto tien e com o co n se c u e n ­

e. Falso.

cia la p rod u cción de un gran volu m en de orina diluida. La o x i­ tocin a se libera com o respuesta a los cam bios de volu m en y os-

2. La acrom egalia es una alteración característica de la hip erse-

m olalidad del plasm a, q u e son d etectad os por recep tores e sp e ­

creción de GH en ad u ltos. La secreción d eficien te de GH en la

cíficos. Los factores de lib eración h ip otalám icos regulan la

infancia causa enanism o hip ofisario, anom alía en qu e las pro­

secreción de horm onas de la a d en oh ip ófisis. La AD H ac:_a

250

12 Regulación hormonal del organismo

u n ién d o se a recep tores V , acoplados a la proteína G localizados

b. V erdadero.

en las células P de los tú b u lo s colectores.

c. Falso.

a. Falso.

d. Verdadero.

b. Verdadero.

e. Verdadero.

c. Verdadero. d. Falso. e. Verdadero.

7. La ausen cia de horm ona tiroidea en la vid a fetal y en el perío­ d o n eonatal p recoz da lugar a un proceso den om in ad o creti­ nism o, q u e se caracteriza por un retraso m ental. Las horm onas tiroideas inhiben la secreción de TSH por un m ecanism o de

6. T odas las horm onas secretadas por la corteza suprarrenal son

feedback n eg a tiv o . Las horm onas tiroideas estim ulan el m eta­

esteroid es. La ACTH hipofisaria actúa para m antener la in te ­

b olism o, de m anera q u e cu an d o los n iv e le s de estas horm onas

gridad y la fu n ció n estru ctu ral de la corteza suprarrenal. La al-

son bajos, d ism in u y e la TMB. La tiro to x ico sis está causada por

dosterona d esem peña un im portante pap el en la regu lación del

la hip eractivid ad de la glánd ula tiroid es. N iv e le s e lev a d o s de

sod io plasm ático y , en con secu en cia, en la regu lación del v o ­

horm ona tiroidea aum entan la TM B y la frecu en cia cardíaca.

lum en total de agua corporal. La secreción de cortisol m uestra

La glánd ula tiroid es capta y o d o ávid am en te y lo incorpora a la

un ritm o circadiano controlad o por la lib eración de ACTH en

tiroglobu lina.

la a d en oh ip ófisis. La secreción es m ínim a alrededor de la m e­

a. Verdadero.

d ian och e y aum enta hasta alcanzar un m áxim o hacia la m adru­ gada. D urante el día d ism in u ye. El cortisol estim ula la glu co -

b. Falso.

n eo g én esis y m antiene las reservas de g lu c ó g en o , q u e se u tili­

c. Verdadero.

zarán en p eriod os de ayun o,

d. Falso

a. Falso.

e. Verdadero.

13 Propiedades de la sangre El objetivo del presente capitulo es explicar: •

Las funciones principales de la sangre, componentes y concepto de hematócrito

•

Las características físicas y químicas del plasma

•

Los elementos celulares de la sangre. Funciones de los hematíes, los leucocitos y las plaquetas, número de células y regulación

•

El origen de las células sanguíneas; hematopoyesis

•

Las principales características del metabolismo del hierro y su papel en la biosíntesis de hemoglobina

•

El transporte de oxígeno y de dióxido de carbono por la sangre

•

Algunas alteraciones importantes en la sangre: anemia, leucemia y trombocítopenía

•

La coagulación de la sangre (hemostasia), retracción y disolución de un coágulo

•

Los grupos sanguíneos y su importancia en las transfusiones de sangre

Propiedades de la sangre

13.1 Introducción

El v o lu m e n de san gre circu lan te rep resen ta alrededor d el 7 al 8% d el p eso corporal, de m od o q u e un hom bre de 70 kg de peso

La sangre es un v e h ícu lo de com u n icación vital entre los d istin to s tejid os de lo s organism os p lu ricelulares. Entre su s num erosas fu n cio n es se in c lu y en las siguientes:

tendrá alrededor de 5 1 de sangre, m ientras q u e un recién n acido q u e p ese 3,2 k g tendrá alrededor de 250 m i. Es p reciso recordar esto a la hora de realizar una tran sfu sión de san gre a un lactante de bajo p eso. De un volu m en sa n g u ín e o total de 5 1, alred ed or de

1.

D istrib u ción de n u trien tes d esd e el in testin o hasta los tejidos.

2.

Intercam bio de gases: transp orte de o x íg e n o d esd e los p u lm o­

cu la ció n ven o sa sistèm ica, y los 1,4 1 restan tes se reparten entre

nes hasta los tejid os y de d ió x id o de carbono d esd e los tejid os

el corazón, las arterias sistém icas, las arteriolas y lo s capilares

hasta los p u lm on es.

(v. cap. 15).

3.

T ransporte de p rod u ctos de d esech o del m etab olism o desd e

4.

T ransporte de horm onas desd e las g lán d u las en d ocrin as hasta

los lugares de p rod u cción hasta los de elim inación .

0 ,6 1 se localizan en los pu lm on es; aproxim adam ente 3 1, en la cir­

13.2 Características físicas y químicas del plasma

los tejid os diana. 5.

P rotección fren te a m icroorgan ism os invasores: fu n ció n in-

El volu m en san guíneo total y el volu m en plasm ático p u ed en deter­

m un ológica.

m inarse m ediante las técn icas de dilu ción descritas en el capítulo

La sangre está con stitu id a por un líq u id o llam ado pla sm a en el q u e se en cuentran en su sp en sió n los llam ados elem en tos for­ mes: hem atíes, eritrocitos o g ló b u lo s rojos; leucocitos o g ló b u lo s blancos, y plaquetas o trom b ocitos. Es p o sib le dem ostrar la n atu ­ raleza de la su sp en sió n cen trifu gan d o a baja v elo cid a d una m ues­ tra de san gre en un tu b o de en sa y o durante un b reve tiem po. D esp u és de este tratam iento, los hem atíes, m ás d en sos, qu ed an concen trad os en la parte inferior d el tu b o , m ientras q u e el plasma p u ed e ob servarse sob re los m ism os com o un líq u id o de color ama­ rillo claro, com o ilustra la figura 13-1. Entre los h em atíes y el plasm a se d isp on e una fina capa de leu co cito s y p laq u etas (el es­ trato leucocitario).

28. En los adu ltos norm ales se calculan 35-45 mi de plasma por ki­ logram o de peso corporal, de m odo q u e el volu m en plasm ático es de 2,8-3,0 1 en hom bres y de aproxim adam ente 2,4 1 en mujeres. El plasm a rep resenta alred ed or del 4% del p eso corporal en am bos se x o s. Un 95% es agua, y el 5% restan te lo form an d iv e r ­ sas su stan cias en so lu ció n y su sp en sió n . Estas su stan cias in c lu ­ yen : io n e s m inerales (p. ej., so d io , p otasio, calcio y cloro), p e ­ q u eñ a s m olécu las orgánicas (am inoácid os, ácid os grasos y g lu c o ­ sa) y p roteín as plasm áticas (p. ej., albúm ina). En la tabla 13-1 se m uestran los valores norm ales de los c o m p o n en tes más im por­ tan tes del plasm a. Los n iv e le s de los p rin cip a les c o n stitu y e n te s d el plasm a, en tre los cu ales h a y io n es in orgán icos y proteín as p lasm áticas, son más o m enos c on stan tes. Sin em bargo, el plasm a tam bién c o n tien e una serie de su stan cias q u e se en cu en tran en

© MASSON, S.A. Fotocopiar sin autorización es un delito.

trán sito en tre las d iferen tes célu las d el organism o. Estas su sta n ­ cias p u ed en estar p resen tes en co n cen tra cio n es variab les, de

Neutrófilo

acu erd o con su s tasas de elim in ación o de aporte a partir de di­

A * / '* ! Hematíes ies

Plasma

v erso s órganos; se trata de enzim as, h orm onas, vitam in as, pro­

Leucocitos y plaquetas (estrato leucocitario)

e n d iso lu ció n .

d u cto s de la d ig e stió n (p. ej., g lu cosa) y p rod u ctos de excreció n

4 »"

Plaquetas Lin,ocito

Concentrado de hematíes

N orm alm ente, la com p osición del plasma se m antiene dentro d e un os lím ites segu ros, desd e un p u n to de vista b iológico, gra­ cias a d iversos m ecanism os hom eostáticos. N o ob stan te, este e q u i­ librio p u ed e quedar alterado en d iversas enferm edades, en e sp e ­ cial las q u e afectan a los riñ on es, el h ígad o, los p u lm on es, el sis­

Sangre total

Después de la centrifugación

Fig. 13-1. Separación de las células y el plasma de la sangre por centri­ fugación. A la izquierda se observa el aspecto de la sangre normal, con hematíes, leucocitos y plaquetas.

tema card iovascu lar y los órgan os en d ocrin os. Por esta razón, para el d iagn óstico y el tratam iento de m uchas en ferm edades es esencial u n análisis preciso de los n iv e le s plasm áticos de una serie de variables.

254

13 Propiedades de la sangre

T ab la 13-1.

P rin c ip a le s c o m p o n e n te s d e l p lasm a

Componente

Cantidad

Unidades

Agua Bicarbonato Cloruro Fosfato inorgánico Calcio Magnesio Potasio Sodio Iones hidrógeno Glucosa Colesterol Ácidos grasos (total) Proteínas totales Albúmina a-G lobuiinas |3-Globulinas y-Globulinas Fibrinógeno Protrom bina Transferrina

945 25 105 33,5 2,5 0,8 4 144 40 4,5 2,0 3,0 70-85 45 7 8,5 10,6 3 1 2,4

g lmmol • 1~‘ mmol • 1 1 mg • 1 1 mmol • 1 1 mmol • 1 1 mmol • l ' 1 mmol • 1 1 nmol ■1 1 mmol • 1 1

Observaciones

Im portante para el transporte de CO¡ y para la neutralización de H ' El principal anión extracelular Representa el calcio total; el calcio ionizado es de aproxim adam ente 1,5 mmol • l '1

El principal catión extracelular Corresponde a un valor de pH de 7,4 La principal fuente de la energía metabòlica, en especial para el SNC

g l ' g'lg lg lg lg l ' g.J-

g lg lg'l-

Principal proteina del plasma; se une a las horm onas y ácidos grasos

Inm unoglobulinas (anticuerpos) Coagulación Sanguínea Coagulación sanguínea Transporte del hierro

O bsérvese q u e estos valores son valores medios aproxim ados y que incluso con una buena salud se da una considerable variación individual.

Constituyentes iónicos del plasma

Las globulinas rep resentan un 40% de las proteín as plasm áti­ cas totales; se su b d iv id e n en a-globulinas, ¡i-globulinas y y-globu-

El princip al catión in orgán ico d el plasm a es el so d io (tabla 13-1),

linas. Las a y (J-globulinas se p rod u cen en el hígad o y transpor­

q u e se encuentra en una concen tración de 140 a 145 m m ol • l"1. Io­

tan líp id o s y vitam in as lip o so lu b les en la sangre. Las y-glob u lin as

nes de potasio, calcio, m agnesio e h id rógen o se d etectan en can ti­

son an ticu erp os p rod u cid os por los lin fo cito s com o respuesta a

dad es m ucho m enores. El principal anión del plasm a es el cloruro

an tíg en o s (agentes h ab itu alm en te extrañ os al organism o q u e d e ­

(alrededor de 100 m m ol • 1 ‘). La electroneutralid ad del plasm a se

sencadenan la form ación de an ticu erp os específicos); son d ecisi­

logra gracias a la p resencia de otros aniones: bicarbonato, fosfato,

vas en la defensa d el organism o fren te a las in feccio n es.

su lfato, proteín as y an ion es orgánicos.

El fibrinógeno es un im portante factor de coagulación p rod u ­

Los c o m p o n en tes ión icos del plasm a m antienen tanto su os-

cid o por el h ígad o (v. apart. 13.8). R epresenta aproxim adam ente

m olalidad (280-300 osm ol • kg 1 de agua) com o su pH (7,35-7,45)

el 2-4% de las proteínas plasm áticas totales y , en general, se agru­

dentro de lím ites fisiológicos. En los cap ítu los 17, 28 y 29 se p u e­

pa con las glob u lin as.

de encontrar inform ación ad icion al co n cern ien te a los m ecan is­ m os hom eostáticos resp on sab les de la regu lación del pH , el v o lu ­ m en y la osm olalid ad del plasm a.

13.3 Elementos formes de la sangre Los elem en tos form es de la sangre in c lu y e n los hem atíes, cin co

Proteínas plasmáticas

clases de leu co cito s (diferenciad os por su m orfología y reacciones de tin ción ) y las p laq u etas (figs. 13-1 y 13-2). De entre tod os ellos,

En in d iv id u o s sanos norm ales las proteín as plasm áticas c o n stitu ­

los h em atíes son, con m ucha diferencia, los más nu m erosos. En la

y e n el 7-9% del plasm a. En él se han id en tificad o m uchas p roteí­

tabla 13-2 se relacionan los com p on en tes celulares y su c o n c en ­ tración en sangre total.

n as d iferentes, pero las p rin cip ales p u ed en clasificarse en tres grupos: albú m in as, g lo b u lin a s y factores de coagu lación com o el fib rin ógen o y la protrom bina. Las albúm inas son las más p eq u eñ as y las m ás abundantes: re­

H em atócrito

presentan el 60% de las proteín as plasm áticas totales; las p ro d u ­ ce el hígad o y actúan com o transportadoras de líp id o s y horm o­

La tasa de hem atócrito describ e la proporción del volu m en san­

nas esteroideas. T am bién son im portantes en el eq u ilib rio de los

g u ín e o total q u e ocu p an los hem atíes. Para cualqu ier m uestra de

líq u id o s corporales, ya q u e son resp on sab les de la m ayor parte de

sangre, el hem atócrito p u ed e ob ten erse cen trifu gan d o un p e q u e ­

la presión osm ótica coloid al (presión oncótica) q u e regu la el paso

ñ o volu m en de san gre en un tu b o capilar hasta q u e los com po­

de agua y solu tos a través de lo s capilares (v. caps. 15, 17 y 28).

n en tes celulares aparecen con cen trad os en la parte inferior

13.3 Elementos formes de lo sangre

j 255

(v. cap. 15). Se ha o b servad o q u e los hem atíes tien en ten d en cia a

Resumen

fluir por el cen tro de los vasos, alejados de su s paredes. En vasos 1.

2.

3.

La sangre es un líquido formado por plasma, en el cual están sus­ pendidos hematíes, leucocitos y plaquetas. Es el vehículo de co­ m unicación entre los diferentes tejidos y sirve para transportar gases respiratorios, nutrientes, horm onas y materiales de desecho de todo el organismo. El plasma está formado en un 95% por agua; el resto son diversas proteínas — entre las cuales hay albúm inas, globulinas y fibrinó­ geno— , iones minerales {principalmente Na* y Cl~), pequeñas moléculas orgánicas (p. ej., glucosa) y diversas sustancias en trán ­ sito entre los tejidos (hormonas, productos de la digestión y pro­ ductos de excreción). Las albúminas plasmáticas transportan lipidos y hormonas esteroideas en el plasma. Las Ct y [i-globulinas también transportan lipidos y material liposoluble, mientras que las '^globulinas son anticuerpos y desempeñan un papel esencial en la defensa frente a infecciones.

d e gran diám etro, la proporción entre la su p erficie de la pared y el volu m en es m enor qu e en los vasos de p eq u eñ o calibre y , por co n sig u ien te, los prim eros co n tien en un núm ero relativam ente m ayor de células. En co n secu en cia, tendrán un m ayor hem ató­ crito.

Hematíes (eritrocitos o glóbulos rojos) Los hem atíes (tam bién llam ados eritrocitos o glóbulos rojos ) son el tip o de célula más num erosa de la sangre: cada litro de sangre norm al con tien e 4 ,5 -6 ,5 x 1012 hem atíes. Su princip al fu n ció n es transportar los gases respiratorios, el o x íg e n o y el d ió x id o de car­ b on o (C 02), por to d o el organism o. Los hem atíes son d iscos b i­ c ón cavos, circulares, p e q u eñ o s (de 7-8 |im de diám etro) qu e n o poseen n ú cleo. Son m u y fin os y flex ib le s y p u ed en deform arse para circular a través de los capilares, q u e p oseen diám etros in ­

(fig. 13-1). Por esta razón, e l hem atócrito tam bién se con oce com o

tern os de 5-8 |im . Su forma les confiere un co cien te superficie:

volumen de células concentradas. D eterm inando la altura de la c o ­ lum na de hem atíes en relación con la altura total de la colum na de

vo lu m en elev a d o , lo que perm ite el intercam bio e ficien te de gases

sangre y aplican do un factor de corrección qu e tien e en cu enta el

citoplasm a es la hemoglobina, qu e fija o x íg e n o y qu e se sin tetiza a

plasm a atrapado entre los hem atíes con cen trad os, es p osib le de­

partir de precursores eritroides e x isten tes en la m édula ósea.

(v. apart. 13.6). En u n hem atíe m aduro, la princip al proteína del

term inar el volu m en ocu p ad o por los hem atíes en com paración con el volu m en san gu ín eo total. En hom b res ad u ltos, el valor m e­

Leucocitos (glóbulos blancos)

dio del hem atócrito determ inad o de esta forma a partir de una m uestra de sangre ven o sa es de aproxim adam ente 0 ,4 7 1 • l"1 (flu c­ túa entre 0 ,4 y 0,54 1 • l"1), m ientras q u e en m ujeres está más pró­

Los leu co cito s son de m ayor tam año q u e los hem atíes, p o seen n ú ­

xim o a 0 ,42 1 • l'1 (lím ites norm ales, 0 ,3 7 -0 ,4 7 1 - 1“1). Sin em bargo,

cleo y están p resen tes en u n núm ero m u ch o m enor: la san gre nor­

el hem atócrito no es u n iform e en tod o el organism o. En los capi­

mal co n tien e 4 -10 x 109 leu co cito s • 1 1 (tabla 13-2). Estas células

lares, arteriolas y otros v a so s de p eq u eñ o diám etro, el hem atócri­

desem peñan un papel v ital en la protección del organism o fren te

to es m enor q u e en las arterias y ven a s de m ayor diám etro com o

a la enferm edad: son las u n id ad es m ó v iles del sistem a protector

con secu en cia de la circulación axial de los hem atíes en los vasos

de la sangre y son transportadas rápidam ente a áreas esp ecíficas

T abla 13-2.

E lem entos c elu lare s d e la sa n g re

Tipo de célula

© MASSON. S .A. Fotocopiar sin autorización es un delito.

Hematíes (eritrocitos o glóbulos rojos) Leucocitos (fórmula leucocitaria) Granulocitos Neutrófilos Eosinófilos Basófilos Agranulocitos Monocitos Linfocitos

Plaquetas

Lugar de producción

Recuento celular típico (I-1)

M édula ósea

5 x 10;2 (hombres) 4,5 x 10‘2 (mujeres)

Comentarios y función Transporte de O, y C02

7 X lO”

M édula ósea Médula ósea

5,0 X lO9 (40-75%) 100 X 106 (1-6%)

M édula ósea

40 X 10‘ (< 1%)

Fagocitos: fagocitan bacterias y otras partículas extrañas Se congregan en los lugares de inflamación: poseen propiedades antihistam ínicas; vida media muy breve en sangre M astocitos circulantes: producen histam ina y heparina

Médula ósea Médula ósea, tejido linfoide, timo y bazo

0,4 X 10* (2-10%) 1,5 x 10’ (20-45%)

Fagocitos: se convierten en macrófagos cuando migran a los tejidos Producción de anticuerpos

M édula ósea

250 x 109

Se agregan en los lugares de lesión e inician la hemostasia

Obsérvese que estos valores medios están sometidos a una variación individual considerable. Después del recuento por litro se indica el porcentaje cada uno de los tipos de leucocitos, lo que se conoce como fórmula leucocitaria.

r-

256

13 Propiedades de la sangre

de inflam ación, d on d e actúan con reacciones d e defensa fren te a

bazo, el h ígad o, los p u lm on es y los g an glios lin fáticos. Estas célu ­

m icroorganism os in vasores. P oseen diversas características qu e

las son macrófagos y actúan de m odo sim ilar a los neutrófilos: in ­

aum entan su eficacia com o parte del sistem a de defensa del orga­

gieren las bacterias y otras partículas de gran tam año. Tam bién

nism o. Son capaces de atravesar las paredes de los capilares y de

participan en las respuestas inm un ológicas, tanto m ediante la pre­

penetrar en los tejid os de acu erd o con las n ecesid a d es locales.

sentación de an tigen os q u e p u ed an ser reconocid os por los lin fo ­

Este p roceso se co n o ce con el nom bre de diapédesis. Una v e z d en ­

citos com o estim ulando la p rodu cción de lin focitos (v. cap. 14).

tro de los esp acios tisulares, los leu co cito s (en esp ecial los leu co­

Los linfocitos representan alrededor del 25% de la pob lación

citos p olim orfon ucleares) tien en la capacidad de atravesar los te­

total de leu co c ito s (aun qu e en n iñ o s son m u ch o más num erosos) y

jid o s m ediante un m ovim ien to am eboide a v e lo c id a d e s de hasta

su diám etro varia entre 6 y 20 |im . Se con ocen d os tipos: los lla­

40 Jim • m in '1. A dem ás, parecen ser atraídos por ciertas sustan cias

m ados linfocitos B, q u e se forman en tejid o lin foid e com o el de los

qu ím icas liberadas por las bacterias o por lo s tejid o s inflam ados

g a n g lio s lin fáticos, las am ígdalas, el bazo y , en m enor grado, en la

(quim iotactism o). Para más inform ación con cern ien te al sistem a

m édula ósea; y los linfocitos T, q u e se form an e n el tim o. Los lin ­

in m u n e, véa se el cap ítu lo 14.

fo cito s B se caracterizan por tener una vida m u y b reve (unas p o ­

E xisten tres tip o s p rincip ales de leu cocitos:

cas horas), pero los lin fo cito s T p u ed en v iv ir 200 días o más. Los dos tip o s in te rv ien en en la p rotección del organism o fren te a in ­

1. 2. 3.

Granulocitos (o leu co cito s polim orfon ucleares, llam ados así

feccion es, ya sea p ro d u cien d o anticuerpos (lin focitos B) o partici­

porqu e su n ú cle o está d iv id id o en lób u los o segm en tos).

pan do en las resp u estas in m u n ológicas de otros tip os (lin focitos

Monocitos o m acrófagos. Linfocitos.

T). (Para m ás d etalles, v . cap. 14.)

Los m on ocitos y lin fo cito s se con ocen colectivam en te com o

Plaquetas (trombocitos)

leu co cito s m onon ucleares o agranulocitos. Los gran u locitos se su b d iv id e n en neu trófilos, e o sin ó filo s y basófilos, de acuerd o con

En se n tid o estricto, las plaq uetas no son células; son fragm entos

su s reacciones de tin ción .

celulares de forma irregular, form ados en la m édula ósea a partir

A pesar de qu e to d o s los leu co c ito s participan en la d efen sa de los tejid os fren te a los a gen tes prod u ctores de en ferm edades, cada

del citoplasm a de grandes células p o lip lo id e s llam adas megacariocitos, q u e derivan de las células p lu rip oten ciales h em atop oyéticas

clase de célula tien e un papel ligeram ente d iferente. C onsiderare­ m os, en prim er lugar, los granulocitos, q u e representan aproxim a­

prim itivas (fig. 13-2 y apart. 13.4). Rara v e z p o seen n ú cleo, m iden

dam ente el 70% del total de leu co cito s en la sangre.

La san gre norm al co n tien e 150-400 x 109 plaq uetas • 1 '. Las pla­

Los neutrófilos son con diferencia los m ás nu m erosos de los

2-4 |im de diám etro y su vida m edia en sangre es de u n os 10 días. qu etas desem p eñ an u n im portante papel en el control de las he­

gran u locitos. Son fagocitos capaces de penetrar en los esp acios in ­

m orragias (v. hem ostasia; apart. 13.8) y en el m antenim ien to de la

tercelulares por d iap éd esis para fagocitar y destruir las bacterias

in tegrid ad del e n d o te lio vascular.

generadoras de una enferm edad. Las enzim as de los gránulos citoplasm áticos digieren las partícu las fagocitadas. Por tan to, los n eu trófilos form an la prim era línea de d efen sa fren te a las in fe c ­ cio n es. D eben su nom bre al h ech o de q u e su citoplasm a no se tiñ e con eosina ni con colorantes basófilos com o el azul de m etilen o.

13.4 Hematopoyesis: formación de células sanguíneas

Los eosinófilos se llaman así porqu e su s gránulos se tiñ en de rojo en presencia de eosina. N orm alm ente, só lo representan el 1,5% del total de leu cocitos, pero en in d iv id u o s con procesos alérgicos com o el asma o la fieb re del h en o, su p ob lación aum en­ ta notab lem en te. Estas célu las p oseen prop ied ad es antihistam ín icas y se con cen tran alrededor de los lugares de inflam ación. Su vida m edia es m u y b reve (de 10 a 20 h). Los basófilos p o seen grán u los qu e se tiñ en de azul en p resen ­ cia de colorantes básicos com o el azul de m etilen o. Sólo rep resen­

Las célu las m aduras de la san gre se caracterizan por tener una vida m edia relativam ente b reve e n el torrente circu latorio y por esta razón deb en ren ovarse con tin u am en te, lo q u e se co n sig u e m ediante un proceso co n o cid o com o h em atop oyesis. El térm ino

erilropoyesis hace referencia a la form ación de h em atíes (eritroci­ tos), y el térm ino leucopoyesis hace referencia a la form ación de leu co cito s (glób u los blancos).

tan alrededor del 0,5% de los leu co cito s y se considera q u e son m astocitos circu lantes. P rod ucen heparina e histam ina, y son res­ pon sab les de algu n os de los fen óm en os asociados con las reaccio­ n es in m u n ológicas locales, com o la vasod ilatación local y el au­

Las células pluripotenciales originan todos los tipos de células sanguíneas

m ento de la perm eabilidad de los vasos sa n g u ín eo s — lo q u e da lugar a un edem a local— . Son estim u lad os por determ inad os

A pesar de qu e la san gre co n tien e m uchas células diferen tes con

com plejos a n tig én ico s u n id o s a la in m u n oglob u lin a E (IgE).

fu n cio n e s tam bién diferen tes, en últim o térm ino todas se generan

Los monocitos son m ayores q u e el resto de leucocitos: p oseen

a partir de una p ob lación com ún de célu las p resen tes en el tejid o

u n diám etro de 15-20 |i.m. Sus n ú cleos son reniform es. Se form an

h em atop oyético de la m édula ósea. Se d ice q u e estas célu las son

v maduran en la m édula ósea, antes de ser liberados al torrente cir­

pluripotenciales, es decir, qu e tien en la p osib ilid ad de diferenciar­

culatorio. Al cabo de 2 días han m igrado hasta tejid os com o el

se en cualqu ier tip o de célula san guínea. A través de una serie de

13.4 Hematopoyesis: formación de células sanguíneas

257

d iv isio n e s celulares, q u e se m uestran la figura 13-2, estas células

Resumen

dan lugar a to d o s los tip o s de célu las san guíneas. Los elementos formes de la sangre incluyen los hematíes, cinco ti­ pos de leucocitos y las plaquetas. Los elementos formes de la sangre pueden separarse del plasma por centrifugación. Los hematíes se concentran en la parte infe­ rior del tubo de ensayo, y los leucocitos y las plaquetas forman un estrato fino sobre los primeros. Ésta es una forma de determ i­ nar el hem atócrito. Los hematíes son discos bicóncavos, anucleados y de pequeño ta­ maño cuya función es transportar oxígeno y dióxido de carbono entre los pulmones y los tejidos. Contienen una proteína, la he­ moglobina, que tiene una elevada afinidad por el oxigeno. Los leucocitos están presentes en m enor núm ero que los hema­ tíes y tienen una importancia decisiva en la mediación de las res­ puestas inm unológicas del organismo. Para lograrlo emplean di­ versos mecanismos: fagocitosis, producción de anticuerpos y reacciones antihistam ínicas, de acuerdo con el tipo de célula. Las plaquetas o trombocitos intervienen en la hemostasia. Son frag­ mentos de células derivadas de los megacariocitos de la médula ósea.

Las célu las p lu rip o ten cia les son esp ecialm en te ab u n d an tes en la m édula ósea de la p e lv is, las costillas, el estern ón , las v é rte ­ bras, las clavícu las, la escápula y el cráneo. P roliferan para for­ mar d os lín eas celu lares d iferen tes, las células linfoides y las célu­

las mieloides. Las prim eras m igran hasta lo s g a n g lio s lin fá tico s, el bazo y el tim o, d o n d e se d iferen cian c o n v irtién d o se en lin fo citos. Las se g u n d a s perm anecen d entro de la m édula ósea para de­ sarrollarse com o gran u locitos, m on ocitos, eritrocitos y m egaca­ riocitos. Como p u ed e ob servarse en la figura 13-2, en térm in os g e n e ­ rales la célu la p lu rip o ten cia l se d iv id e (en c o n d ic io n es norm ales c o n escasa frecu en cia) y da lugar a más célu las p lu rip o ten cia les, así com o a varios tip o s de célu las cod ificad as o células progenito-

ras «com ision ad as», capaces de d iferen ciarse en u n o o varios ti­ p os de célu las san gu ín eas. A su vez, las célu la s progen itoras g e ­ neran células precursoras, en las q u e por prim era v ez son e v id e n ­ tes las características m orfológicas de las célu la s m aduras. La

Célula m adre pluripotencial

C élula m adre pluripotencial linfoide en los órganos lintoides

C élula m adre pluripotencial m ieloide en la m édula

Células pluripotenciales (se autorrenuevan)

Célula formadora de colonias de monocitos y granulocitos

Unidad formadora de colonias de monocitos

Unidad formadora de colonias de eritrocitos

Unidad formadora de megacariocitos

Eritroblasto

Megacarioblasto

Monoblasto

Megacariocito

Promonocito

Plaquetas

Monocito

Unidad formadora de colonias de granulocitos

Unidad formadora de colonias

Unidad formadora de colonias de basófilos

Unidad formadora de colonias de linfocitos

Mielocito neutrófilo

Mielocito eosinófilo

Mielocito basófilo

Linfoblasto

Células progenitoras (se autorrenuevan) Células precursoras (blastos) (no se autorrenuevan)

Prolinfocito

Reticulocito

Hematíe (eritrocito)

8 nm

Neutrófilo

Eosinófilo

Basófilo

Linfocitos B yT

Células maduras (no mitóticas)

o

Fig. 13-2. Esquema de la diferenciación celular que se produce durante la hematopoyesis y que da lugar a los elementos celulares de la sangre -. pie de la figura se representan los diferentes tipos de células sanguíneas m aduras después de la tinción.

258

13 Propiedades de lo sangre

d iferen ciación y m adu ración com p leta de las célu las san gu ín eas

de n u e v o s h em atíes en san gre y está controlada por una horm o­

se p rod u ce com o c o n secu en cia de una serie ad icion al de d iv isio ­

na glu co p ro teica , la eritropoyetina, q u e es secretada p r in c ip a l-,

n es celulares.

m ente por los riñ on es (prob ab lem en te por células del e n d o te lio de los capilares peritu bulares). Esta horm ona actúa acelerand o la d iferen ciación en eritrob lastos de las célu las p lu rip o ten cia les de

M aduración de los hematíes

la m édula. A dem ás de eritro p o y etin a , para la p rod u cción normal de h em atíes tam bién son e sen cia les el hierro, el ácid o fó lic o y la

Las células progen itoras com ision adas qu e se convertirán en h e ­

vitam in a B12. La vitam in a B12 se ab sorb e a través d el in testin o

m atíes se den om in an eritroblastos. E xperim entan una serie de d i­

d elg a d o en com b in ación co n el fa c to r intrínseco q u e secretan cé­

v isio n e s celu lares adicion ales, q u e dan com o resultado una célula

lulas d e la m ucosa gástrica (la vitam in a B,, se con ocía an tigu a­

más p equ eñ a, hasta q u e m aduran y d e v ien en hem atíes. Durante

m en te com o factor ex trín seco ). Si la dieta n o aporta su fic ien te en

estas d iv isio n e s sin tetizan h em oglob in a. Por últim o, p ierd en sus

vitam in a Bu o el factor in trín seco es d eficitario, se altera el desa­

n ú cle o s y se co n v ierten en reticulocitos. El desarrollo d esd e un eritrob lasto hasta u n r eticu locito req uiere u n o s 7 días.

rrollo de los hem atíes, lo q u e da lugar a una anem ia perniciosa (v. apart. 13.7).

La m ayor parte de hem atíes se lib eran al torrente circulatorio

D iversos estím u los p u ed en provocar u n aum ento de la tasa de

com o reticulocitos y durante los días sig u ie n te s m aduran hasta

prod u cción de n u e v o s hem atíes, in c lu y en d o la pérdida de éstos

con vertirse en hem atíes. D urante esta transición p ierd en su s m i-

por una hem orragia o de la don ación de sangre, y una h ip oxia

tocondrias y ribosom as. En co n secu en cia, tam bién pierd en la ca­

crónica com o la q u e se exp erim en ta a altitu d es elevad as. En tod os

pacidad de sintetizar h em oglob in a y de realizar el m etabolism o

los casos, parece ser q u e la d ism in u ción de la PO, estim ula la se­

o x id a tiv o . Los hem atíes m aduros cubren su s n ecesid a d es m etabó-

creción de eritrop oyetina.

licas a partir de la glu cosa y la vía g lu colítica, p rod u cien d o gran­ d es can tid ad es de 2,3-d ifo sfo g licera to (2,3-D PG ), el cual red u ce la afinidad de la h em oglobina por el o x íg e n o y facilita, así, la lib e ­

M aduración de los leucocitos

ración de este gas e n los tejid os (v. apart. 13.6).

Granulocitos Los hem atíes tienen una vida media de unos 120 días

Se c o n o c en tres tip os de granulocitos: neu trófilos, b asófilos y eo-

Una vez ha pen etrad o en la circu lación general, la vid a m edia de

del tejid o h em atop oyético dan lugar a tres tip os de células pre­

u n hem atíe es de aproxim adam ente 120 días, d esp u és de los cua­

cursoras: m ielocitos neu trofílicos, b asofílicos y eo sin o fílico s. És­

les es d estru id o en el bazo, el h ígad o o los g an glios lin fáticos por

tos m aduran (se les con d en sa el n ú cle o y aum enta su c o n te n id o en

grandes célu las fagocíticas llam adas macrófagos. La parte proteica

gránulos esp ecíficos), y al cabo de 10 días, aproxim adam ente,

del hem atíe se degrada hasta su s am inoácid os co n stitu y e n te s. El

aparecen en la sangre. D urante una in fección , aum enta co n sid e­

hierro del gru p o hem o se alm acena en el h ígad o com o ferritina y

rablem ente la tasa de p rod u cción de gran u locitos (en especial de

se p u ed e reutilizar más tarde (v. apart. 13.5). El resto del gru p o

neutrófilos).

hem o se degrada en d os p igm en tos biliares, la bilirrubina y la biliverdina, q u e finalm en te se excretan al in testin o a través de la bi­ lis previa con ju gación en el h ígad o. En caso de destru cción e x c e ­ siva de hem atíes, y , por c o n sig u ien te, de p rod u cción e x ce siv a de

sin ófilos. Las células progenitoras p lu rip oten ciales (promielocitos)

M aduración de los monocitos La célu la p rogenitora com isionada de los m on ocitos es el mono-

bilirrubina, ésta se acum ula en la sangre en su forma no conjuga­

blasto, q u e se diferencia en u n promonocito. una célula caracteri­

da, lo qu e da un color am arillento a la piel — es la ictericia hemo-

zada por su gran diám etro (18 |!m ) y q u e con tien e un gran nú cleo

lítica — . Este proceso p u ed e desarrollarse d esp u és de una reac­

y n u cléolos. Los prom onocitos se d iv id e n d os v e ce s más hasta

c ió n transfu sional hem olítica (v. apart. 13.9), en la enferm edad

con vertirse en m onocitos, q u e co n tien en una gran cantidad de re­

h em olítica del recién n acido o en en ferm edades gen éticas com o la

tícu lo en d op lásm ico ru goso, com plejo de G olgi y lisosom as

esferocitosis hereditaria, en la q u e e x iste un d efecto en la m em ­

(v. cap. 3). D esp u és de penetrar en la sangre, los m on ocitos ma­

brana de los hem atíes.

du ros circulan durante unas 8 h antes de penetrar en los tejid os con ju n tiv o s, d on d e m aduran y se c o n v ier ten en macrófagos.

La eritropoyesis está regulada por la hormona eritropoyetina

M aduración de los linfocitos

Cada litro d e san gre c o n tien e aproxim ad am en te 5 b illo n es de he­

Los lin fo cito s circu lan tes se origin an princip alm ente en el tim o y

m atíes (5 x 10u ), a u n q u e esta cifra varía en fu n ció n de la edad, el

en los órganos lin fo id es periféricos (bazo, g a n g lio s lin fáticos,

se x o y el estad o de salud del in d iv id u o . Dado qu e la m ayor par­

am ígdalas, etc.). Su prim er p rogenitor id en tificab le es el linfo-

te de h em atíes p enetran en la san gre com o r eticu lo c ito s, la tasa de p ro d u cció n de h em atíes se in d ica con el nú m ero rela tiv o de

blasto. Los lin fob lastos se d iv id e n varias v e ce s hasta con vertirse en prolinfocitos, m ás p eq u eñ os. Estas células posteriorm ente sin ­

r eticu lo c ito s en circu lación (norm alm en te

tetizan los recep tores de su p erficie celular qu e los d istin gu en

1-1,5% ). La tasa

d e e ritro p o y esis se corresp on d e exactam en te con las n ecesid a d es

com o lin fo cito s T o B (v. cap. 14).

13.5 Metabolismo del hierro

, 25 9 I

Producción de plaquetas

Eritropoyesis

^

-) < V\J) ■dO •!= O

j

g)

jo

Q . CO O

Fig. 15-19. Cambios de la presión arterial y de la velocidad del i u • sanguineo en diversas partes del circuito sistèm ico. O bsérvese que ... mayor dism inución de presión se produce a m edida que la sangre atra­

presión en presión de perfusión = . las arterias

presión en las venas

viesa las arteriolas, que son las estructuras en las q u e hay ur.¿ resisten­ cia vascular mayor.

316

15 E! corazón y la circulación

cesario para atravesar la distancia entre dos puntos. Para una tasa de flujo dada, la velocidad varía inversamente con el área de sec­ ción, de modo que la velocidad del flujo sanguíneo en la aorta y en las arterias mayores es mucho mayor que en los capilares o en las venas, que poseen una mayor área de sección total (fíg. 15-19).

La resistencia vascular dep en d e del diám etro de los vasos y de la viscosidad de la sangre La resistencia que ofrece un vaso sanguíneo al flujo de sangre se expresa mediante la ley de Poiseuille (cuadro 15.4), que afirma que el flujo sanguíneo es proporcional a la cuarta potencia del ra-

lu c m n

Flujo laminar

Flujo turbulento

F ig. 15-20. Flujo laminar y flujo turbulento. En este caso, la turbulen­ cia se produce a m edida que la sangre atraviesa una distorsión de la pa­ red del vaso que puede ser, por ejem plo, una placa ateromatosa.

Ley de Poiseuille y flujo

j

sanguíneo La ley de Poiseuille relaciona cuantitativamente el flujo de un líqui­ do a través de un tubo rígido con la presión dinámica. La ecuación que describe esta relación es la siguiente:

Q=(Po~P,)x

*xr(

8xr| xl

donde Q es la tasa de flujo, P0 y PLla presión al principio y al final del tubo, respectivamente, r el radio del tubo. I la longitud del tubo y r¡ la viscosidad del líquido. Por consiguiente, para un líquido determi­ nado (p. ej., la sangre), cuanto mavor es el diámetro de un tubo, ma­ yor es el flujo para una diferencia dada de presión. Puesto que el flu­ jo depende de la cuarta potencia del radio, ¡a duplicación del diámetro aumentará 16 veces el flujo. Al contrario, la reducción del diámetro a la mitad dará lugar a una disminución de 16 veces el flujo. Cuanto mayor es la longitud de un tubo, o mayor la viscosidad, menor es el flujo. La ecuación de la ley de Poiseuille puede reordenarse de manera aná­ loga a la ley de Ohm para proporcionar una descripción de la resis­ tencia hidráulica (R). que es la forma convencional de describir la re­ lación entre la presión arterial y el flujo sanguíneo en la circulación: R=

(P,

P.)

8 X T| X 1 ItXr*

Esta redistribución deja claro que la resistencia al flujo sanguíneo se relaciona directamente con la longitud de un vaso sanguíneo y la vis­ cosidad de la sangre, pero se relaciona inversamente con la cuarta potencia del radio, de modo que, cuanto más pequeño es el diámetro de un vaso sanguíneo, mayor es la resistencia. La ley de Poiseuille se relaciona estrictamente con el flujo laminar, pero si el gradiente de presión a lo largo del tubo aumenta, el flujo se volverá en último término irregular y se producirán turbulencias. Una vez se han producido turbulencias, se requerirá proporcional­ mente más presión para obtener un mismo aumento del flujo. La pre­ sión critica a la cual el flujo deja de ser laminar está determinada por un coeficiente conocido como número de Reynolds. Los estudios han demostrado que la turbulencia es más probable a flujos elevados en tubos amplios que poseen un área de sección irregular (p. ej.. en un vaso sanguíneo de gran diámetro que se ramifica, como la aorta). Ex­ cepto en la aorta durante el flujo máximo, normalmente en los vasos sanguíneos sanos no se alcanza el número de Reynolds.

dio del vaso e inversamente proporcional a la viscosidad. Por con­ siguiente, en un vaso con un radio que sea la mitad del de otro, el flujo se reducirá en 1/16 para una misma diferencia de presión. Dicho de otro modo, el vaso de menor diámetro ofrece una resis­ tencia 16 veces mayor, a pesar de tener sólo la mitad del radio. El flujo sanguíneo no es uniforme a través del diámetro de un vaso sanguíneo. La capa de líquido próxima a la pared del vaso tiene tendencia a adherirse a la pared, y la capa vecina tiene tendencia a adherirse a esta capa estática, y así sucesivamente. Por consiguiente, la velocidad del flujo es más rápida en el centro del vaso y más lenta cerca de la pared. Cuando las diferentes capas se deslizan entre sí se habla de flujo laminar (fig. 15-20). Esta situación es la que normal­ mente existe en los vasos sanguíneos y sostiene la ley de Poiseuille. Si este patrón uniforme de flujo se interrumpe — por ejemplo, por una irregularidad en la pared del vaso, como una placa ateromato­ sa , se forman remolinos y se dice que el flujo es turbulento. En general, la turbulencia es indeseable, ya que aumenta la probabilidad que se desarrollen coágulos sanguíneos, pero ocurre de forma natural en los ventrículos y en la aorta humana durante el flujo máximo. En ambas situaciones esto facilita la mezcla de sangre antes de su distribución. Cuando el flujo es turbulento se establecen vibraciones que pueden auscultarse como ruidos con un estetoscopio. Se conocen con el nombre de «soplos». Estos so­ plos pueden ser útiles en el diagnóstico de las enfermedades car­ diovasculares. El flujo laminar, en cambio, es silente.

La aparente viscosidad de la sangre dism inuye en los vasos sanguíneos de pequeño diám etro Además del diámetro de los vasos sanguíneos más pequeños, la re­ sistencia al flujo está afectada por la viscosidad de la sangre. Cuan­ do se determina en un viscómetro convencional, la viscosidad apa­ rente de la sangre es unas 2,5 veces la del agua. Sin embargo, en los tejidos vivos, la viscosidad aparente de la sangre es aproximada­ mente la mitad de este valor. Esta conducta anómala de la sangre se

15.8 Hemodinómica: relación entre flujo sanguíneo y presión en el sistema circulatorio

317

Fig. 15-21. Efecto del hematócrito sobre la vis­ cosidad de la sangre en comparación con la del agua. Obsérvese que la viscosidad aumenta súbi­ tamente cuando el hematócrito aumenta por enci­ ma del 60%.

aere a ¡a tendencia de los hematíes a fluir a lo largo del eje central ; ? -s vasos sanguíneos de menor calibre, un fenómeno conocido — flujo axial. A pesar de que no se conocen por completo los me=- v-r-os responsables del flujo axial, parece ser que la flexibilidad : 7 . hematíes es un importante factor. A las bajas velocidades que 7 ¿in en la microcircuiación, las partículas rígidas tienen tendencia 7 '-7-manecer distribuidas uniformemente a lo largo del vaso, mienit ís ju e las partículas flexibles migran hacia el eje central. Dado que la sangre está constituida por plasma y elementos for—es. no es sorprendente observar que la viscosidad varía con el hesjtócríto. Cuanto mayor es el hematócrito, mayor es la viscosidad lig. 15-21). El hematócrito puede aumentar en caso de enfermeda­ des (p. ej., en la policitemia) pero también como consecuencia de la adaptación fisiológica a altitudes elevadas. El aumento de la visco­ sidad tiene efectos significativos sobre el trabajo necesario para bombear una cantidad dada de sangre y puede dar lugar a un au­ mento persistente de la presión arterial (hipertensión). Al contra­ rio, una disminución del hematócrito (como consecuencia de una anemia o una hemorragia) disminuirá la viscosidad de la sangre.

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Flujo y presión sanguíneos en las arterias sistémicas La presión arterial varía durante el ciclo cardíaco. Se identifican valores máximos durante la sístole y mínimos durante la diàstole. Su valor máximo depende de la tasa de eyección de sangre a par­ tir de los ventrículos, la distensión de las paredes arteriales y la velocidad a la cual la sangre se distribuye por el sistema circula­ torio. Durante la sístole, la presión aumenta rápidamente, puesto que la tasa a la cual se está bombeando sangre en el árbol arterial es mayor que la tasa a la cual puede distribuirse. Como conse­ cuencia, la presión aumenta y las paredes arteriales se distienden. A medida que el ventrículo empieza a relajarse, el flujo de sangre en la aorta dism inuye y también lo hace la presión. Cuando la pre­ sión en la aorta supera la de los ventrículos, se cierra la válvula aórtica y esto genera una pequeña variación de presión, conocida

como incisura dicrótica (figs. 15-12 y 15-22). Después la presión dism inuye hasta su valor diastólico antes de que la siguiente sís­ tole provoque otra onda de pulso. El desplazamiento de la onda de presión en las arterias da lugar al pulso, que puede palparse en diferentes parles del cuerpo. Esta onda de presión distiende las paredes arteriales, y a medida que la presión empieza a disminuir al término de la sístole, la relajación de las pare­ des arteriales proporciona una fuente adicional de energía para la propulsión de sangre. La forma y la amplitud de la onda del pulso cambia a medida que pasa de la aorta a las arterias periféricas. Como muestra la figura 15-19, la presión máxima aumenta al principio y luego disminuye. Se considera que este aumento de presión es el re­ flejo de las ondas de presión observadas en el árbol arterial distal.

¿Cómo se determ ina la presión arterial? Aunque es posible determinar la presión arterial en diferentes partes del sistema arterial mediante la inserción directa de una cá­ nula conectada a un transductor de presión, normalmente en el ser humano esto sólo se lleva a cabo durante el cateterismo car­ diaco o durante la cirugía cardíaca. Con mayor frecuencia la pre­ sión se determina utilizando técnicas indirectas, siendo la más frecuente el método auscultatorío. Este método se basa en el hecho de que el flujo sanguíneo turbulento crea ruidos dentro de los va­ sos sanguíneos que pueden auscultarse mediante un estetoscopio, mientras que el flujo laminar es silente. En el cuadro 15.5 se pro­ porcionan más detalles del método auscultatorio para determinar la presión arterial. Otro m étodo que permite una determinación indirecta precisa de la presión arterial es el Finapres. Este dispo­ sitivo permite la determinación no invasiva continua de la pre­ sión sistòlica y diastólica monitorizando la presión que es necesa­ rio aplicar a una arteria de pequeño diámetro para mantenerlo constante. Es un método experim ental que se utilizan en aquellos casos en los que es necesario una determinación rápida y precisa de la presión arterial, por ejemplo cuando se estudian los efectos de las fuerzas de la gravedad sobre los pilotos militares.

318

15 El corazón y la circulación

Cuadro 15.5 Determinación de la presión arterial por auscultación Auscultación significa «escuchar», l’or consiguiente, determinar la presión arterial por auscultación significa calcularla utilizando los ruidos que se auscultan cuando el flujo de sangre a través de una ar­ teria se restaura gradualmente después de haber sido ocluido me­ diante un manguito de goma hinchable. J£l dispositivo utilizado para registrar las presiones de esta manera se conoce como esfigmomanómetro. Normalmente se determina la presión arterial de la arteria braquial. Primero se ata un manguito de goma hinchable alrededor del ante­ brazo del individuo cuya presión arterial se va a determinar. A con­ tinuación, se hincha el manguito hasta que deja de percibirse el pulso radial, de modo que la presión dentro del manguito supere la presión sistòlica. A continuación se aplica un estetoscopio sobre la arteria braquial en la tosa antecubital (el interior del codo). Ia posición exacta puede establecerse palpando el pulso braquial antes de hin­ char el manguito. Después se reduce gradualmente la presión en el manguito. Inicialmente, cuando la presión del manguito ocluye el flujo sanguineo a través de la arteria, no se auscultan ruidos. En el momento que se alcanza la presión sistòlica (es decir, en el momen­ to de la fase de eyección del ciclo cardiaco), la presión dentro de la ar­ teria superará la presión deniro del manguito. Entonces entrará una breve ola de sangre en la arteria, lo que provocará la vibración del vaso, que podrá auscultarse como un sonido a través del estetoscopio (fase 1). Este sonido se conoce como primer ruido de Korotkoff y convencionalmente se acepta que representa la presión sistòlica. Después se reduce la presión del manguito. A medida que se permi­ te el flujo de una mayor cantidad de sangre a través de la arteria, se hacen más fuertes los sonidos auscultados a través del estetoscopio. Sin embargo, a medida que se aproxima a la presión diastólica, la ar­ teria permanece abierta durante casi todo el ciclo cardiaco y el flujo de sangre empieza a hacerse menos turbulento; por consiguiente, se reduce ruido en la arteria, de modo que el volumen del ruido de Ko­ rotkoff disminuye a medida que se alcanza la presión diastólica (fase 4). Después, se debe disminuir todavía más la presión hasta que de­ saparecen los sonidos (fase 5). Por convenio, el punto en el que tiene lugar el silencio completo (fase 5) corresponde a la presión diastólica. Entre las presiones sistòlica y diastólica, los ruidos de Korotkoff pue­ den desaparecer (fase 2) y reaparecer (fase 3), en lo que se conoce como silencio auscultarono. Por tanto, es importante no confundir la fase 2 con la presión diastólica ni la fase 3 con la presión sistòlica. La presión sistòlica normal determinada de esta manera suele ser in­ ferior a 150 mmHg en el adulto sano, mientras que la presión diastó­ lica debe ser inferior a 90 mmHg. En los adultos jóvenes y los niños, las presiones suelen ser inferiores. En los ancianos suele haber un in­ cremento de la presión sistòlica sin un aumento proporcional en la presión diastólica.

A pesar de que es útil recordar la cifra de 16/10,7 kPa (120/ 80 mmHg), también es importante comprender que diversos fac­ tores influyen en la presión arterial, incluso en reposo. Probable­ m ente el efecto más obvio es la edad. La presión arterial media tie­ ne tendencia a aumentar con la edad, de modo que a los 70 años, la presión arterial media es de 24/12 kPa (180/90 mmHg). Este in ­ cremento de la presión arterial se debe a la reducción de la elasti­ cidad de las arterias (arteriosclerosis o endurecim iento de las arte­ rias). Por ello, la elevación de la presión arterial (presión diastólica superior a 1 3 kPa o 100 mmHg) se denomina hipertensión y es un trastorno muy frecuente. Las com plicaciones vasculares aso­ ciadas a la hipertensión son los accidentes cerebrovasculares, las cardiopatías y la insuficiencia renal crónica. Por esta razón, la rea­ lización regular de pruebas de detección de la hipertensión es esencial para evitar lesiones importantes en distintos órganos. Ln el capitulo 51 se hace una exposición más detallada de la hiper­ tensión y de sus causas. La presión arterial m edia (PAM) es el promedio ponderado con el tiempo de la presión arterial durante todo el ciclo cardíaco. No es un simple promedio aritmético de las presiones sistòlica y dias­ tólica, porque la presión arterial invierte un tiempo relativamen­ te mayor cerca de la presión diastólica que cerca de la sistòlica (fig. 15-22). Sin embargo, con objetivos prácticos, puede obte­ nerse una aproximación de la PAM aplicando la ecuación si­ guiente: PAM - presión diastólica - 1 / 3 (presión del pulso) Por ejemplo, si m idiendo la presión en la arteria braquial — que es el lugar donde normalmente se determina la presión arterial en la práctica clinica— , se obtiene una presión sistòlica de 14,7 kPa (110 mmHg) y una presión diastólica de 10,7 kPa (80 mmHg): PAM = 10,7 + 1/3 ( 1 4 ,7 - 10,7)/3 kPa = 12 kPa (90 mmHg) La presión venosa central estará próxima a cero y no se altera sig­ nificativamente durante el ciclo cardiaco, de modo que no es ne­ cesario calcularla como promedio. Por consiguiente, la presión de perfusión de la circulación sistèmica es igual a la presión arterial media. El flujo a través de la circulación es el gasto cardiaco, de modo que la relación entre la presión arterial media, el gasto cardiaco y

mmHg

kPa

120 T 16

Presión arterial media

Incisura o ------— dicrótica

80- -12

¿Cuál es la presión arterial norm al?

-

8

40-

Presión sistòlica

Presión diastólica

- 4

En un adulto joven y sano en reposo, la presión sistòlica es de unos 16 kPa (120 mmHg) mientras que la presión diastólica es de unos 10,7 kPa (80 mmHg), lo que normalmente se escribe como 16/10,7 kPa o 120/80 mmHg. La diferencia entre la presión sistò­ lica y la diastólica (normalmente de unos 5,3 kPa o 40 mmHg) se denomina presión del pulso (fìg. 15-22).

0,8 s F ig. 15-22.

Ondas de presión arterial con las presiones sistòlica, diastó­

lica v arterial media.

15.8 Hemodínomico: relación entre flujo sanguíneo y presión en el sistemo circuí

319

las arteriolas. Puesto que los capilares carecen de músculo liso, no pueden contraerse. Como consecuencia, ofrecen una resistencia relativamente baja al flujo de sangre. El flujo sanguíneo en los ca­ PAM = gasto cardiaco x RPT pilares es constante, no pulsátil (las fluctuaciones del flujo san­ guíneo capilar son consecuencia de los cambios de diámetro de las __ r> >:e.ncia periférica total es la suma de todas las resistencias arteriolas; apart. 15.10). La presión en el extrem o de las arteriolas ¿-^_.¿res dentro del circuito sistèm ico. Viene determinada por es de unos 4, i kPa (32 mmHg) y dism inuye hasta 1,5-2,7 kPa (12_ •. sldad de la sangre y por la sección total de los vasos que 20 mmHg) en el momento en que la sangre alcanza el extrem o ve­ :• >;endo perfundidos. noso de los capilares. La baja presión en el extrem o venoso de los _ ~ aumentos a corto plazo de la presión arterial pueden estar capilares es suficiente para impulsar la sangre de regreso al cora­ por los llamados estímulos presores, como el dolor, el zón, porque las venas apenas ofrecen resistencia al flujo de san­ - .i j cólera y la excitación sexual. Al contrario, la presión disgre, a menos que estén colapsadas. - r__ve significativamente durante el sueño — en ocasiones hasta 3 kPa (70/40 mmHg)— y, en menor grado y de modo más gra. durante el embarazo. La gravedad también afecta a la presión Presión venosa ¿--.erial. Cuando un individuo se levanta desde una posición en de- rito supino, se produce una disminución transitoria de la presión El volumen normal de sangre en un adulto es de alrededor de 5 1. .r e n a l seguida de un pequeño aumento reflejo (v. más adelante). Esta sangre no se distribuye uniformemente por todo el sistema cir­ culatorio (fig. 15-23). El corazón y los pulmones contienen cada Las arteriolas son la principal fuente uno, aproximadamente, 600 mi de sangre y las arterias sistémicas, otros 500 mi, mientras que los capilares poseen una cantidad menor de resistencia vascular (unos 250 mi). La mayor parte de la sangre (alrededor de 3,5 1) se lo­ caliza en las venas. Por consiguiente, las venas actúan como un redeterminación de las presiones en los diferentes tipos de vasos 'jn gu íneos pone de manifiesto que la mayor disminución de la servorio de sangre y se denominan vasos de capacitancia. Las paredes de las venas son relativamente finas y poseen muy rresión en el circuito sistèm ico se produce a medida que la sangre poco tejido elástico, de modo que la sangre que regresa al corazón atraviesa las arteriolas (fig. 15-19). Puesto que en estado de equipuede acumularse en las venas simplemente distendiéndolas. El gra­ ..brio el flujo es el mismo a lo largo de todo un lecho vascular de­ do de estancamiento venoso está regulado por el tono del músculo terminado, la mayor dism inución de la presión debe producirse liso (conocido como tono venomotor), que, a su vez, está determinado en la región de mayor resistencia. Por consiguiente, las determi­ por la actividad de los nervios simpáticos que inervan las venas. Du­ naciones de la presión ponen de manifiesto que las arteriolas son rante los períodos de actividad en los que el gasto cardíaco es alto, el el lugar donde la resistencia vascular es mayor. tono venomotor está aumentado y el diámetro de las venas disminu­ La mayor parte de arteriolas se encuentran en un estado de ye en la misma medida. En consecuencia, la sangre almacenada en las constricción tónica debido a la actividad de los nervios simpáti­ grandes venas se moviliza y se distribuye a los tejidos activos, y la cos que las inervan. Como consecuencia, su área transversal eficaz velocidad a la que la sangre regresa al corazón aumenta. es mucho menor que su área transversal total. Puesto que la capa­ A pesar de que las venas contienen gran cantidad de sangre, la cidad de un vaso para transportar sangre depende de la cuarta presión venosa media determinada a la altura del corazón sólo es de potencia de su radio (ley de Poiseuille), pueden lograrse impor­ tantes cambios del flujo sanguíneo en una región determinada con una pequeña variación del diámetro de las arteriolas. Esta adaptación es importante en la regulación de la distribución del gasto cardíaco entre los diferentes lechos vasculares. En el ser humano la resistencia en el circuito sistèm ico (es de­ cir, la resistencia periférica total) es de alrededor de 2,6 Pa ■mi 1• min"1(0,02 mmHg ■mi-1 ■min '). La resistencia total en el circuito pulmonar es mucho menor, cercana a 0,4 Pa • mi 1 • min 1 (0,003 mmHg ■ mi 1 m in'1). Por esta razón se requiere una menor pre­ sión para mover el gasto cardíaco a través de los pulmones.

: s'.cr.das periféricas totales (RPT) viene dada por la ecuaa e e ^-guíente:

O MASSON, S.A. Fotocopiar sin autorización es un delito

íx í

Presión capilar De acuerdo con la ley de Poiseuille, sería previsible que, puesto que los capilares tienen el diámetro más pequeño, fuese allí don­ de hubiera mayor resistencia vascular. No obstante, la resistencia global al flujo sanguíneo depende tanto del diámetro de los vasos como de la sección total disponible para el paso de la sangre. El área transversal de los capilares es unas 25 veces superior a la de

Fig. 15-23. Distribución aproximada de la sangre entre las ditererte partes del sistema circulatorio en un hombre en reposo. Obscr\ csl . vada porción de sangre en las venas sistémicas (60%).

320

15 [1 corazón y lo circulación

alrededor de 0,27 kPa (2 mmHg), valor bajo comparado con la pre­ sión arterial media, de unos 10,3 kPa (100 mmHg). La mayor presión venosa se observa en las vénulas, penetrando la sangre en estos va­ sos a una presión de unos 1,6-2,7 kPa (12-20 mmHg), y disminuye hasta aproximadamente 1 kPa (8 mmHg) en el momento en que la sangre alcanza venas de mayor calibre, como la vena femoral. Esta presión es suficiente para impulsar la sangre hasta las venas centra­ les y, en consecuencia, a las cavidades derechas del corazón, donde la presión es esencialmente de cero (es decir, igual a la atmosférica).

Efecto de la gravedad, la bom ba muscular esquelética y la respiración sobre la presión venosa Cuando un individuo se pone de pie, la presión aumenta en todas las venas situadas por debajo del corazón y dism inuye en todas las venas situadas por encima del corazón como consecuencia de los efectos de la gravedad (fig. 15-24). En un adulto, la presión en las venas del pie aumenta en alrededor de 12 kPa (90 mmHg) en bipedestación. Como consecuencia, las venas de las extremidades infe­ riores se distienden y acumulan sangre (un efecto al que en ocasio­ nes se hace referencia como estasis venosa). La sangre adicional Presión (mmHg) Venas Arterias Sen° , ----------- - 3 0 ----------------sagital

70

80

100

procede, principalmente, del compartimento intratoràcico, de modo que la presión venosa central disminuye. Mediante el meca­ nismo de Frank-Starling descrito previamente, el volumen sistòlico disminuye y se desarrolla una hipotensión arterial transitoria co­ nocida como hipotensión postural. Esto se corrige rápidamente me­ diante el reflejo barorreceptor (v. más adelante). Dado que la gra­ vedad afecta a la presión arterial de manera similar, la diferencia de presión entre las arterias y las venas no cambia significativamente. Cuando un músculo esquelético se contrae, comprime las ve­ nas situadas en su interior. Puesto que las venas de las extremida­ des contienen válvulas que impiden el flujo retrógrado de sangre, su compresión impulsa la sangre hacia el corazón. Esto se conoce como bomba muscular esquelética. Durante el ejercicio, la presión venosa central puede aumentar ligeramente debido a este efecto. Como se muestra en la figura 15-25, la acción de compresión de los músculos sobre las venas da lugar a una disminución progresiva de la presión venosa en el pie. Una vez finalizado el ejercicio, la presión venosa empieza a aumentar de nuevo. Cuando las bombas musculares son menos activas — como en un sujeto en la cama o durante períodos prolongados de bipedcstación— la sangre tiene tendencia a acumularse en las venas, lo que provoca un aumento de la presión venosa periférica, una disminución de la presión ve­ nosa central y una disminución del retorno venoso al corazón. Como consecuencia, el gasto cardíaco disminuye. El retorno venoso también está influido por la respiración. Du­ rante la inspiración, la disminución de la presión intratoràcica ex­ pande las venas intratorácicas y disminuye la presión venosa cen­ tral. Además, se produce un aumento de la presión en las venas ab­ dominales a causa de la compresión del contenido abdominal. Estos dos factores tienen tendencia a favorecer el movimiento de sangre desde el abdomen hasta el tórax. La situación se invierte durante la espiración. Como consecuencia, el volumen sistòlico del ventrículo derecho aumenta durante la inspiración y disminuye durante la esmmHg

kPa

150r

20 Primer paso i

Segundo paso Tercer paso - Quinto paso

Detención de la cinta

S8 8 0

Presión minima 32 | Bipedestación 190

Fig. 15-24.

Efectos de la presión hidrostática sobre las presiones ven o­

sas v arteriales en un hombre en bipedestación y en reposo. Las cifras son aproxim adas y d ependen de la estatura de cada in d ivid u o.

Fig. 15-25.

40 Tiempo

Cambios de presión en una vena dorsal del pie cuando un

in d iv id u o en bipedcstación em pieza a andar por una cinta rodante. M ientras anda, los m úsculos activos contribuyen a «bom bear» la sangre hacia el corazón. Como consecuencia, la presión venosa dism inuye, se estabiliza a un n ivel inferior, y perm anece en é l hasta que cesa el ejer­ cicio. Después, la presión aumenta progresivam ente hasta recuperar su nivel original.

15.9 Mecanismos que controlan el diámetro de los vasos sanguíneos

321

temperatura y los factores quím icos liberados localmente. : :ra parte, el volumen sistólico ventricular izquierdo • El control extrínseco es ejercido por el sistema nervioso autó­ r j arante la inspiración y aumenta durante la espiración. nomo y por las hormonas circulantes. - r un c:cío respiratorio completo, se igualan los gastos de -- j > Je! corazón. En la tabla 15-2 se resumen los diversos Las principales arterias (excepto la aorta) y venas se encuentran _ influyen en el retorno venoso. principalm ente bajo el control extrínseco, mientras que las arte­ riolas y venas de pequeño diámetro están sometidas a ambos me­ canismos. Puesto que los capilares y las vénulas poscapilares ca­ recen de músculo liso, su diámetro no se puede regular. _ v-r. ;re fluye a través del circuito sistem ico desde la aorta hasu ' -. enas porque la presión en la aorta y en otras arterias es maK-r en las venas. Esta presión se conoce com o presión sanr.ri .arterial y deriva de la actividad de bomba del corazón. - rresion arterial está determinada por el gasto cardiaco y la re• ..-u-nvia ofrecida por las arteriolas (resistencia periférica total), _-. determinada por la sección total de las arteriolas. z :'ujo sanguineo en las arterias es pulsátil. La presión en el mo­ mento de máxima eyección recibe el nombre de presión sistòlica, - rntras que la presión durante la relajación se conoce como prc. r. díastólica. La diferencia entre la presión sistòlica y la diastóx.- conoce como presión del pulso. En un adulto joven y sano, _= presión arterial en reposo será de unos 16/11 kPa (120•-1 mmHg). La presión arterial media es el prom edio ponderado : ~ relación con el tiem po y se calcula com o la suma de la presión j.astólica más un tercio de la presión del pulso. L* * capilares apenas ofrecen resistencia al flujo de sangre, que es . instante y no varía con el pulso arterial. El principal determinan­ te del flujo sanguineo capilar es el diámetro de las arteriolas que irri­ gan un lecho capilar determinado. En el corazón, la presión capilar es de unos 4,3 kPa (32 mmHg) en el extrem o arteriolar y dism inuye hasta aproximadamente 1,6 kPa (12 mmHg) en el extrem o venoso. Las venas son vasos de capacitancia que contienen aproximada­ mente dos tercios del volumen sanguíneo total. La presión venosa promedio en el corazón sólo es de unos 0,3 kPa (2 mmHg). En las vé­ nulas es de unos 1,3 kPa (10 mmHg) y dism inuye hasta aproxima­ damente cero en la aurícula derecha (presión venosa central). La respiración, la gravedad y la acción de bomba de los músculos es­ queléticos pueden influir en el retorno venoso y en la presión ve­ nosa central.

15.9 Mecanismos que controlan el diámetro de los vasos sanguíneos El músculo liso de todos los vasos manifiesta un grado de tensión en reposo conocida como «tono». Los cambios del tono vascular alteran el diámetro de los vasos sanguíneos y, en -consecuencia, la resistencia vascular. Si aumenta el tono (es decir, si el músculo liso se contrae), se produce una vasoconstricción y aumenta la re­ sistencia vascular. Si dism inuye el tono, se produce una vasodilatación y una dism inución de la resistencia vascular. El tono basal o de reposo varía en los distintos lechos vasculares. En las áreas donde es importante poder aumentar sustancialmente el flujo sanguíneo, como en el músculo esquelético, el tono basal es alto, mientras que en las grandes venas el tono basal es mucho menor. El tono de un vaso sanguíneo está controlado por diversos factores, que se dividen en dos amplias categorías: mecanismos intrínsecos y mecanismos extrínsecos. •

F.I control intrínseco (o local) de los vasos sanguíneos es oca­ sionado por la respuesta del músculo liso al estiramiento, la

Control local de los vasos sanguíneos La autorregulación m antiene un flu jo sanguíneo relativam ente constante fren te a los cam bios de la presión de perfusión En la figura 15-26 se muestra que, dentro de unos determinados límites, los cambios de la presión arterial apenas producen efectos sobre el flujo de sangre a través de un lecho vascular determina­ do. Cuando la presión se modifica, el flujo sanguíneo lo hace en el mismo sentido. Por consiguiente, si la presión aumenta, el flujo sanguíneo aumenta, pero después recupera su valor inicial. Del mismo modo, si la presión dism inuye, el flujo sanguíneo dismi­ nuye y luego recupera su nivel previo. Esta estabilidad relativa del flujo sanguíneo se conoce como autorregulación. Se produce independientem ente del sistema nervioso y es consecuencia de los cambios directos del tono vascular como respuesta a los cam­ bios de la presión de perfusión. Se considera que el mecanismo de este efecto es el siguiente: el aumento de presión dentro de un vaso provoca una ligera dis­ tensión. El músculo liso de la pared del vaso inicialmente se dis­ tiende y responde mediante una contracción (respuesta miógena). Esto reduce el diámetro de los vasos, aumenta su resistencia y res­ taura el flujo de sangre hasta su valor previo. Si la presión dismi­ nuye, el músculo liso se relaja y el vaso se dilata, de m odo que se restaura el flujo sanguíneo. No está claro el mecanismo exacto de la respuesta miógena al estiramiento. En algunos vasos, se considera que la frecuencia del potencial de acción de las fibras del músculo liso aumenta en res­ puesta al estímulo, mientras que en otras se considera que se abren canales de calcio como respuesta específica a la tensión mecánica. A pesar de que la autorregulación se pone de manifiesto en la mayor parte de lechos vasculares (aunque no en los pulmones; v. cap. 16), el flujo sanguíneo en órganos específicos variará de acuerdo con las necesidades fisiológicas. De hecho, frecuente­ mente se producen cambios en el estímulo simpático y el índice metabòlico con el objetivo de reajustar el mecanismo autorregula­ dor para que funcione a un nuevo nivel.

La vasodilatación se produce en respuesta a diversos fa cto res metabólicos El metabolismo celular da lugar a una serie de productos químicos de desecho. Muchos de éstos provocan una relajación del múscu­ lo liso vascular y, por consiguiente, una vasodilatación. Esto au­ menta el flujo de sangre a través del lecho vascular. Este fenóme­ no se conoce como hiperemia funcional, hiperemia metabòlica o hi-

322

15 E¡ cofozón y la circulación

Presión de perfusión (kPa)

---1------12 1------ 1------16 1------ T ------201 ------ I------24(— 14 Flujo sanguíneo transitorio

f i g . 15-26.

Autorregulación del flujo sanguíneo

en un m usculo esquelético pc-rfundido aislado de Control

perro. Los círculos blancos representan el flujo san­ gu ín eo determ inado inmediatam ente después de

Flujo sanguíneo y estado de equilibrio

que la presión de perfusión ha aum entado o dismi­ nuido a partir del nivel de control. A medida que se altera la presión de perfusión, se produce un au­ m ento o dism inución transitorio del ílujo sanguí­ neo. pern los mecanism os autorreguladores rápida­ 200

Presión de perfusión {mmHg)

perem ia activa. Facilita la eliminación de los productos de desecho potendalm entc tóxicos de la vecindad de las células melabólicamente activas, y es de especial importancia en tejidos como el músculo que se ejercita, el miocardio y el cerebro. Entre las sustan­ cias químicas que inducen la vasodilatación se incluyen el dióxido de carbono, el ácido láctico, los iones de potasio y los productos de degradación del ATP (adenosina y fosfato inorgánico). La hipoxia tisular local también puede originar una relajación del músculo liso vascular, excepto en el circuito pulmonar (v. cap. 16). Si se comprime la arteria que irriga un tejido, se interrumpe el flujo sanguíneo y el tejido experimenta una isquemia. Cuando se ali­ via la compresión, durante un breve tiempo el flujo sanguíneo es ma­ yor de lo normal. Esta respuesta se conoce como hiperemia reactiva. Se origina, en parte, como consecuencia de la respuesta miógena des­ crita previamente v, en parte, como consecuencia de los erectos va­ sodilatadores de los metabolitos tisulares que se acumulan durante el período de isquemia. La consecuencia de esta mayor perfusión es el rápido suministro de nutrientes y de oxigeno al tejido privado de és­ tos y la rápida eliminación de los productos meta bélicos de desecho. La vasodilatación que se produce como respuesta a la libera­ ción local de sustancias químicas también puede desempeñar un papel en la autorregulación del flujo. Cuando aumenta la presión, también aumenta el flujo sanguíneo, v esto tenderá a eliminar las sustancias químicas vasodilatadoras. En consecuencia, aumentará el tono vascular y el Pujo sanguíneo disminuirá hasta su nivel ori­ ginal. Cuando dism inuyen tanto la presión de perfusión como el flujo sanguíneo, se producirá una acumulación local de metaboli­ tos que actuarán provocando una vasodilatación.

Las horm onas locales influyen en el flu jo sanguíneo Se considera que una serie de las llamadas hormonas locales o autacoides, liberadas y con actuación local, alteran el flujo sangui-

m ente restauran el llujo sanguíneo hasta n iveles p róxim os al de control (en rojo).

neo a través de su papel en procesos como la inflamación y la coa­ gulación sanguínea. Estos agentes incluyen las prostaglandinas, los leucotricnos y el factor activador de Las plaquetas. Además de estos agentes, la histamina desempeña un importante papel en la inflamación, produciendo tanto una vasoconstricción como una vasodilatación, lo que depende del tipo de receptores presentes en el vaso diana (las arteriolas se dilatan mientras que las venas se contraen). Al igual que histamina, durante la respuesta inflama­ toria se libera bradicinina, un vasodilatador potente que provoca la liberación de óxido nítrico (v. más adelante). La respuesta in­ flamatoria se describe con mayor detalle en el capítulo 14.

El endotelio vascular produce sustancias quím icas vasodilatadoras y vasoconstrictoras Las células cndoteliales de las arterias y las venas sintetizan una sustancia que es capaz de provocar la dilatación del vaso. Cuando se descubrió por primera vez, esta sustancia se bautizó com o fa c ­ tor relajante derivado del endotelio. Ln la actualidad se sabe que este factor es el óxido nítrico (NO) y se produce como respuesta a una amplia variedad de estímulos. Dichos estím ulos incluyen la bradicinina (v. previamente), la acetilcolina y el estrés de cizallamiento ejercido sobre el endotelio por el flujo de sangre. F.l óxido nítrico se produce por desdoblamiento de la arginina gracias a una enzima (NO sintasa) presente en la membrana endotelial. La actividad de esta enzima es regulada por el n ivel de calcio intracelular (v. cap. 5). La síntesis de óxido nítrico puede ser inhibida por algunas sustancias análogas a la arginina. La administración de dichos inhibidores al ser humano provoca vasoconstricción. Esto sugiere que el óxid o nítrico ejerce una influencia vasodilata­ dora continua o tónica sobre la vasculatura. Recientemente se han descubierto diversos agentes vasocons­ trictores derivados del endotelio vascular. Uno de éstos, la endoteli-

15.9 Mecanismos que controlan el diámetro de los vasos sanguíneos

es un péptido que provoca una constricción de duración relati. miente larga. Su significado fisiológico todavía no está claro, y diersos esludios de investigación intentan clarificar el papel de éste otros agentes cndoteliales en el control de los vasos sanguíneos.

Mecanismos extrínsecos del control de los vasos sanguíneos : as mecanismos descritos previamente ejercen un control local ' >bre lechos vasculares determinados. A estos mecanismos se suerpone el control global del corazón y la circulación ejercido por s sistemas nervioso y endocrino. El objetivo de esta regulación extrínseca es satisfacer las necesidades del organismo como un todo, regular la presión arterial y mantener un riego sanguíneo suficiente hasta el cerebro. Receptores de diferentes tipos, locali­ zados en todo el sistema cardiovascular, proporcionan informa­ ción referente a la presión arterial y al volumen sanguíneo a tra­ vés de nervios aferentes que viajan hasta el tronco cerebral. El brazo eferente del circuito regulador está formado por el sistema nervioso autónomo y por diversas hormonas que actúan sobre el corazón y los vasos sanguíneos para iniciar las respuestas apro­ piadas. La regulación extrínseca del corazón (su frecuencia y fuerza de contracción) ya se han descrito en el apartado 15.7, de

32 3

modo que la descripción siguiente aborda principalmente el co n ­ trol nervioso y endocrino de la vasculatura.

Control nervioso de los vasos sanguíneos La figura 15-27 muestra en un diagrama m uy sim plificado la iner­ vación simpática del sistema cardiovascular. I.a vía se inicia en el bulbo raquídeo donde las fibras aferentes procedentes del nervio glosofaringeo y el vago terminan en un núcleo alargado llamado núcleo del tracto solitario (NTS). T.as neuronas de este tracto man­ dan axones a las células del bulbo raquídeo ventrolateral rostral. Además, estas células también reciben proyecciones procedentes de la corteza ccrebral y del hipotálamo que pueden anular la re­ gulación refleja. Las neuronas del bulbo raquídeo ventrolateral rostral se pro­ yectan a las neuronas preganglionales simpáticas de la sustancia gris de los segm entos TI a L3 en la columna intermediolateral de la médula espinal. Estas fibras bulboespinales pueden producir un efecto inhibidor o excitador sobre las neuronas preganglionares simpáticas. El nivel de actividad en las fibras preganglionares simpáticas está determinado por el tráfico nervioso en las fibras bulboespinales y las aferencias espinales locales. Las neuronas preganglionares simpáticas se extienden hasta las cadenas simpáticas a través de las raíces ventrales de la médu-

Centros superiores (corteza e hipotálamo)

Bulbo raquídeo Nervio vago

Fig. 15-27.

Esquema sim plificado que muestra

la inervación sim pática y parasimpática del siste­ ma cardiovascular. Las fibras nerviosas aferentes transm iten información sobre la presión medida por los barorreccptores y los receptores de v o lu ­ men del corazón hasta el núcleo del tracto solitario (NTS). Las fibras que parten de este núcleo se pro­ yectan hasta el bulbo raquídeo vcntrolateral ros­ tral, donde otras neuronas envían axon es hasta las neuronas preganglionares sim páticas en el núcleo am biguo (NA) de la m édula espinal. Las neuronas

Médula espinal

del NTS también envían axones a las m otoneuronas cardiovagales del bulbo raquídeo. I.as fibras vagales inervan el corazón, mientras que las fibras sim páticas también inervan los vasos sanguíneos v la m edula suprarrenal. Sobre esta organización se superponen las p royecciones procedentes de! hi­ potálam o y de la corteza cerebral que se d'.nger ; simpáticas

suprarrenal

bulbo raquídeo.

324

15 El corazón y la circulación

la espinal, donde la mayoría efectúan sinapsis con los cuerpos ce­ lulares de las neuronas posganglionares localizadas en los gan­ glios. Unas pocas ñbras pregangüonares simpáticas efectúan si­ napsis en los ganglios celíacos e hipogástricos más distantes o en la médula suprarrenal (v. cap. 10). Los axones procedentes de los cuerpos celulares posgangliona­ res son amielínicos y viajan a través de los nervios periféricos m ix­ tos hasta los vasos sanguíneos, donde terminan principalmente en las partes externas de la túnica media. Las arteriolas terminales es­ tán controladas, principalmente, por mecanismos locales y apenas están inervadas. En cambio, las arterias y las arteriolas de mayor diámetro reciben una rica inervación de fibras vasoconstrictoras simpáticas. Las venas, en general, están menos inervadas, y las que drenan los m úsculos esqueléticos no reciben inervación. Los nervios autónom os que alteran el diámetro de los vasos sanguíneos pueden clasificarse en tres grupos: 1. Fibras vasoconstrictoras simpáticas. 2. Fibras vasodilatadoras simpáticas. 3. Fibras vasodilatadoras parasimpáticas. Los fibras vasoconstrictoras simpáticas predominan en la mayor porte de lechos vasculares

Las fibras vasoconstrictoras simpáticas manifiestan una actividad tó­ nica que contribuye a mantener el tono en reposo de los vasos san­ guíneos. La noradrenalina liberada por las fibras nerviosas posgan­ glionares simpáticas actúa en los receptores OC-adrenérgicos del músculo liso vascular provocando su contracción, lo que da lugar a una vasoconstricción. La interrupción de la actividad tónica de los nervios simpáticos (p. ej., mediante la administración de bloqueadores a o seccionando los nervios simpáticos) da lugar a un aumento significativo del flujo sanguíneo en los vasos de numerosos tejidos. La vasodilatación inducida por una disminución de la actividad de las fibras vasoconstrictoras simpáticas también es importante desde un punto de vista fisiológico. Contribuye a la regulación de la presión arterial a través del reflejo barorreceptor y, en parte, también es responsable de producir una vasodilatación en los vasos de la piel durante la regulación de la temperatura (v. cap. 24). Las fibras vasodilatadoras simpáticas son colinérgicas

Las glándulas sudoríparas humanas están inervadas por fibras co­ linérgicas simpáticas, cuya estimulación provoca tanto un au­ mento de la producción de sudor como una vasodilatación de la piel a través de los receptores m uscarínicos M r No obstante, la respuesta no es bloqueada por completo por los antagonistas muscarínicos como la atropina. Además se considera que otro transmisor también puede desempeñar un papel en la regulación de la vasodilatación cutánea y la sudoración. Se trata del neuropéptido VIH (polipéptido intestinal vasoactivo). A lgunos autores consideran que las fibras vasodilatadoras co­ linérgicas inervan las arteriolas del músculo esquelético humano. Sin embargo, las pruebas para determinar la importancia de este mecanismo en el ser humano no son convincentes, y probable­ m ente es de mucha mayor importancia la vasodilatación provoca­ da por la adrenalina circulante que actúa en los receptores (3-adrenérgicos. Sin duda, numerosas especies de mamíferos no huma­ nos poseen dichas fibras, y en este caso se considera que la vasodilatación se relaciona con la respuesta de alerta del animal (la preparación para la «lucha o huida»; v. apart. 15.11).

Nervios vasodilatadores parasimpáticos

Como se ha descrito en el capítulo 10, las fibras pregangüonares 'de los nervios parasimpáticos abandonan el SNC a través de las salidas craneal y espinal sacra. En los ganglios situados dentro de los pro­ pios órganos finales efectúan sinapsis con las fibras posgangliona­ res (compárese con la organización simpática descrita previamen­ te). Las fibras vasodilatadoras simpáticas inervan las glándulas sa­ livales, el páncreas exocrino, la mucosa gastrointestinal, el tejido eréctil genital y las arterias cerebrales y coronarias. No son activas tónicamente pero liberan acetilcolina cuando son estimuladas. La acetilcolina actúa en los receptores muscarínicos del músculo liso vascular provocando una hiperpolarización de la membrana y una relajación. Por tanto, el flujo sanguíneo hasta el tejido aumentará después de la vasodilatación. En el capítulo 20 se describe el papel de la inervación vasodilatadora simpática del tejido eréctil.

Control horm onal de los vasos sanguíneos En condiciones normales la circulación se encuentra bajo control nervioso y endocrino. La regulación a largo plazo de la presión ar­ terial requiere la cooperación de una serie de mecanismos hormo­ nales que ejercen su acción juntamente con los controles nerviosos con el objetivo de regular tanto el volumen plasmático como el tono muscular. Las principales hormonas reguladoras son la adrenalina, la hormona antidiurética (ADH), el péptido natriurético auricular (ANP) y el sistema renina-angiotensina-aldosterona. Hormonas de la médula suprarrenal: adrenalina y noradrenalina

La adrenalina y la noradrenalina son secretadas por la médula su­ prarrenal como respuesta a la acetilcolina liberada a partir de las terminaciones nerviosas esplácnicas durante una situación de es­ trés de cualquier tipo, incluyendo el ejercicio. En el ser humano, alrededor del 80% de la secreción es adrenalina. Las catecolaminas actúan sobre los receptores adrenérgicos, que son de dos tipos prin­ cipales, receptores a y p-adrenérgicos (v. también caps. 5 y 10). La interacción de las catecolaminas con receptores a-adrenérgicos da lugar a una vasoconstricción, mientras que su interacción con re­ ceptores ¡5-adrenérgicos provoca una vasodilatación. La noradrenalina tiene una afinidad mucho mayor por los re­ ceptores a-adrenérgicos que por los (3 y, por consiguiente, normal­ mente causará una vasoconstricción. La adrenalina interacciona con los receptores P presentes en el músculo liso vascular del esqueleto, el corazón y el hígado produciendo vasodilatación. Por esta razón, la estimulación simpática observada durante las reacciones de alerta y parecidas permite que se dilaten los vasos sanguíneos del corazón y el músculo esquelético, con lo que aumenta el flujo sanguíneo en estos tejidos, mientras que los vasos de otras regiones se contraen. Por consiguiente, la sangre es desviada preferentemente a los tejidos con un importante papel en la respuesta de alerta. AOH (hormona antidiurética a vasopresina)

En los capítulos 12, 17 y 28 se proporcionan más detalles de la se­ creción y las acciones de esta hormona. En pocas palabras, la ADH se relaciona, principalm ente, con la regulación de la excre­ ción de líquido por los riñones, pero también ejerce potentes efec­ tos sobre la vasculatura. Es secretada en la circulación a partir de la neurohipófisis como respuesta a la disminución de la presión

15.10 Microtirculación e intercambio de liquidas tisulares

. r- i. que se produce después de una hemorragia importante. : - tito s casos, la ADH provoca una vasoconstricción potente en s tejidos que contribuye a mantener la presión arterial (de .nombre alternativo, vasopresina). Sin embargo, en los va. erebrales y coronarios, la ADH parece desencadenar una va^ itación. El efecto neto es una redistribución de la sangre hasórganos esenciales: el corazón y el cerebro. is a n o renmo-ongiotensmo-aldosterona

renina es una enzima proteolítica secretada por los riñones respuesta a una disminución de la concentración de sodio : - í! túbulo distal. Actúa sobre un péptido inactivo en la sangre, -om inado angiotensinógeno, formando angiotensina I, que ir sru és se convierte en los pulm ones en su forma activa, la ani:c :ensina II. Esta hormona ejerce dos importantes acciones. Esti- -la la secreción de aldosterona a partir de la corteza suprarrenal rrovoca una constricción. La primera acción da lugar a la reab? rción de una mayor cantidad de agua y sal por parte del túbulo iistal, lo que puede ser especialmente importante cuando el volu­ men sanguíneo es bajo, como, por ejemplo, después de una he­ morragia. La segunda acción provoca un aumento de la presión ^nerial. En el capítulo 17 se proporcionan más detalles sobre este a p o r ta n te sistema hormonal.

325

opuesta a la de la aldosterona: estimula la excreción de agua y sal por parte de los túbulos renales. También posee una débil acción vasodilatadora en los vasos de resistencia.

15.10 Microdrculación e intercambio de líquidos tisulares En este apartado se examinan con detalle los procesos responsa­ bles del intercambio de nutrientes y m etabolitos entre la sangre y los tejidos. En términos generales, la sangre flu ye desde las arte­ riolas hasta las vénulas a través de los capilares, que son los prin­ cipales vasos de intercambio. Como parte del proceso de inter­ cambio tisular, un pequeño volum en de líquido pasa del plasma al espacio intersticial. Se estima que alrededor del 80% de este lí­ quido regresa directamente al torrente circulatorio, mientras que el resto regresa a través del sistema linfático. Por esta razón, tam­ bién se describirá la organización básica del sistema linfático y su papel en la regulación del volum en de líquido intersticial.

La microcirculación está organizada en unidades funcionales

Péptido natriurélico auricular (ANP)

Esta hormona es secretada por los miocitos auriculares como res­ puesta a elevados volúm enes de llenado cardíaco. Su acción es

Resumen 1.

2.

El diámetro de un vaso sanguíneo está determ inado por el grado d e contracción del m úsculo liso de su pared. La vasoconstricción V la vasodilatación pueden superponerse al tono de reposo de un vaso m ediante m ecanism os intrínsecos o extrínsecos. Los factores intrínsecos incluyen la contracción miógena, observa­ da como respuesta a la distensión de un vaso, la dilatación, como respuesta a los m etabolitos tisulares y las sustancias vasoactivas lo­ cales. Se considera que la respuesta miógena contribuye a mantener el tono de reposo y explica la autorregulación del flujo sanguíneo.

3.

Los nervios y las horm onas ejercen un control extrín seco sobre el corazón y la circulación com o respuesta a la inform ación origina­ da en los receptores cardiovasculares de m uchos tipos.

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4.

5.

Las fibras vasoconstrictoras sim páticas son las más im portantes y difundidas de las que alteran el diámetro de los vasos sanguíneos, pero también desem peñan un papel en esta función las fibras va­ sodilatadoras parasimpáticas, y, posiblem ente, las simpáticas. Las fibras vasoconstrictoras sim páticas posganglionares secretan noradrenalina, que interacciona con los receptores OCde las mem­ branas del m úsculo liso vascular provocando vasoconstricción. La estim ulación difusa de los receptores a-adrenérgicos incrementa 1a presión arterial. Algunas arteriolas, como las del m úsculo, el hí­ gado y el corazón, también poseen receptores (5. La interacción de

Las arteriolas que se ramifican directamente a partir de las arte­ rias se conocen como arteriolas primarias y están inervadas ex­ tensamente por fibras nerviosas simpáticas. Las arteriolas prima­ rias dan lugar, progresivamente, a arteriolas secundarias y tercia­ rias, que poseen menos músculo liso y están menos inervadas. Al final, esta ramificación da lugar a las arteriolas terminales, que apenas poseen inervación y su diámetro se regula principalmente por medio de la concentración local de metabolitos (v. lo señalado anteriormente respecto al control local de los vasos sanguíneos). Las arteriolas terminales miden 10-40 |im de diámetro y cada arteriola da lugar directamente a un grupo de capilares, conocido como módulo (fig. 15-28). En unos pocos tejidos, como el mesenterio, se observa un anillo de músculo liso (un esfínter precapilar) al principio de la agrupación capilar que sirve para regular el flujo sanguíneo, pero los capilares de la mayoría de tejidos carecen de este anillo. Los propios capilares miden 5-8 (J.m de diámetro y al­ rededor de 0,5-1 mm de longitud. Drenan en vénulas poscapilares cuyas paredes no contienen músculo liso. Puesto que las paredes de estos vasos contienen unas células conocidas como pericitos, es­ tas pequeñas vénulas también se conocen como vénulas perláticas. Las paredes de estos vasos, al igual que las de los capilares, son lo suficientemente finas como para permitir un intercambio libre en­ tre el plasma y el líquido intersticial. Las vénulas poscapilares con­ fluyen en vasos de mayor diámetro. Las vénulas con un diámetro superior a los 30 Jim poseen músculo liso en sus paredes.

las catecolaminas con éstos provoca vasodilatación. 6.

Diversos m ecanism os horm onales actúan juntam ente con los me­ canism os nerviosos para regular extrínsecam ente el volum en

Estructura de los capilares

plasm ático y el tono vascular. Entre éstos se in clu yen la adrenali­ na, la ADH, el péptido natriurético auricular y el sistema reninaangiotensina-aldosterona.

Las paredes de los capilares constan de una sola capa de células endoteliales planas (fig. 15-29). Esta capa fina está recubierta par­ cialmente por pericitos, y toda la estructura está rodeada de

326

IS El corazón y la circulación

Presión venular 15 cmHjO (c. 150 Pa)

Vénula

Capilares

Fig. 1V 28.

Diagrama del lecho

capilar en un m úsculo cremástcr re­ lajado de una rata. La arteriola ter­ minal irriga un m ódulo de capilares que en últim o térm ino coalcscen Arteriola

Presión arteriolar - 34 cmHjO (c. 330 Pa)

Unión intercelular

membrana basal. La pared capilar es tan fina (alrededor de 0.5.|tm) que la vía de difusión entre el plasma y el líquido tisular es extremadamente delgada. Existen tres tipos de capilares: Capilares continuos, en los que la pared consiste en una capa endotelial continua perforada solamente por estrechas hendi­ duras entre las células. Es el tipo más frecuente de capilar. 2. Capilares fenestrados, en los que las células endoteliales están perforadas por pequeños poros circulares, las fenestraciones, que permiten el paso relativamente libre de sales y agua des­ de el plasma a los tejidos. Este tipo de capilar se identifica en los tejidos especializados en el intercambio de cantidades im­ portantes de líquido, como las glándulas exocrinas y los glomérulos renales. 3. Capilares discontinuos, en los que existen espacios en la pared capilar lo suficientem ente amplios para permitir el paso de proteínas plasmáticas. Los capilares discontinuos se identifi­ can en tejidos como el hígado, el bazo y la médula ósea.

formando vénulas poscapilarcs que, a su vez, drenan en las vénulas.

Vesícula

1.

m

100 nm

Lámina basal

La actividad vasomotora en las arteriolas provoca una variación del flujo sanguíneo en los capilares La observación directa del patrón de flujo sanguíneo en un lecho capilar pone de manifiesto que éste varía constantemente. El flu­ jo sanguíneo alterna entre una estasis prácticamente completa y un flujo rápido, de acuerdo con los cambios de diámetro de las ar­ teriolas. Esta variación del flujo sanguíneo capilar se conoce como vasomoción. Cuando se desarrolla una mayor actividad metabólica, aumentan las necesidades de oxigeno y nutrientes. Durante estos períodos de actividad elevada las arteriolas se dilatan por la acción de los metabolitos locales. Esto da lugar al reclutamiento de un mayor número de capilares y a un aumento de superficie de intercambio.

La mayor parte del intercam bio entre el plasma de los capilares y el líq u id o intersticial tiene lugar por difusión P u e sto q u e lo s c a p ila r e s s o n lo s p r in c ip a le s v a s o s d e in te r c a m b io , su d e n s id a d d e te r m in a la s u p e r fic ie to ta l para el in te r c a m b io e n -

Glucocálix Diafragma

(b)

(o) abierta Fig. 13-29.

Sección de la pared de un capilar continuo (a), un capilar

fenestrado (b) y un capilar discontinuo (c). O bsérvense las diferentes es­ calas de la izquierda.

tre el tejido y la sangre. Si la densidad de los capilares es alta, es­ tará disponible una amplia superficie para el intercambio y la dis­ tancia entre capilares será relativamente corta. El intercambio de solutos entre la sangre y los tejidos circundantes es completa­ mente pasivo y se produce, principalmente, por difusión física simple, liste proceso se describe mediante la ley de difusión de Fick, que afirma que la lasa de difusión de cualquier sustancia de­ pende del área disponible para la difusión, del gradiente de con­ centración y del coeficiente de difusión (cuadro 15.6). Las sustan­ cias con un bajo peso molecular difunden más fácilmente (es de­ cir, poseen mayores coeficientes de difusión) que las sustancias con grandes pesos moleculares, como las proteínas.

15.10 Mícrocirculoción e intercambio de líquidos trsulores

uadro 15.6

32 7

Ley de difusión de Fick

sustancias se desplazan desde el plasma hasta los tejidos y desde los •.¡idos hasta el plasma por difusión a favor de su gradiente de concen-radón. La difusión es im proceso pasivo y es consecuencia del movi-r.entoal azar délas moléculas. Xa cantidad de una sustancia que se des­ plaza de una región a otra puede expresarse mediante la ley de difusión de i iek, que afirma que la cantidad de la sustancia desplazada depende del area disponible para la difusión, el gradiente de concentración y una instante conocida como coeficiente de difusión. Por consiguiente: cantidad desplazada área x gradiente de concentración x x coeficiente de difusión

INTERSTICIO

PLASMA

En símbolos: J=

D

Vesículas

dC A --------dx

Agua, glucosa,

Na+,C r

donde J es la cantidad desplazada, D el coeficiente de difusión, A el i rea sobre la que se produce la difusión y dC/dx el gradiente de con­ centración. El sign o negativo indica que la difusión se produce desde una región de concentración elevada hasta otra de baja concentra­ ción. Kl coeficiente de difusión dism inuye a m edida que aumenta el

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tamaño molecular, de m odo que las m oléculas de gran tamaño difun­ den más lentam ente que las pequeñas.

En solución libre, estos tres factores (área, gradiente de concen­ tración y coeficiente de difusión) son suficientes para describir la tasa de difusión de una sustancia determinada. No obstante, la difu­ sión entre el plasma de los capilares y el líquido de los tejidos cir­ cundantes también está limitada por la permeabilidad de la pared capilar. Las sustancias muy lipofilicas, como el dióxido de carbono v el oxígeno, atraviesan las células endoteliales de modo relativa­ mente libre (intercambio transcelular) y, por consiguiente, los capi­ lares son muy permeables a éstas. El agua y las sustancias hidrosolubles, como los electrólitos y la glucosa, son poco solubles en los lipidos de las membranas celulares. En consecuencia, no atravesarán las células endoteliales, sino que difundirán a través de los peque­ ños espacios entre células adyacentes (intercambio paracelular) (fig. 15-30). Sin embargo, las determinaciones con indicadores ra­ diactivos ponen de manifiesto que los capilares permiten un inter­ cambio relativamente libre tanto de agua como de pequeñas molécu­ las hidrosolubles entre el plasma y el líquido intersticial (tabla 15-3). La tasa de difusión dism inuye progresivamente a medida que aumenta el peso molecular (tabla 15-3). En consecuencia, las gran­ des moléculas como las proteínas plasmáticas cruzan desde el plasma hasta el espacio intersticial muy lentamente. A pesar de esto, el paso de proteínas desde el plasma al intersticio es impor­ tante desde un punto de vista funcional porque permite la distri­ bución de sustancias caracterizadas por una baja solubilidad en agua, que, unidas a las proteínas, difunden hasta sus tejidos dia­ na, al mismo tiempo que se mantiene a un nivel m uy bajo la pre­ sión osmótica coloidal en el líquido intersticial. Ejemplos de sus­ tancias que son distribuidas de esta forma son las hormonas esteroides (p. ej., 17(3-estradiol y testosterona), la tiroxina y los ácidos grasos esenciales. Además, el m ovim iento de las inm unoglobulinas entre el plasma y el líquido que rodea las células forma parte de la defensa del organismo frente a las infecciones (v. cap. 14).

Fig. 15-30. Esquema que ilustra cóm o pueden cruzar los diferentes ti­ pos de m oléculas la pared capilar. Los gases y las pequeñas m oléculas li­ pofilicas pueden penetrar la pared capilar directam ente e intercambiarse con líquido extracelular a través de las paredes de las células endoteliales (intercam bio transcelular). El agua y las pequeñas m oléculas hidrosolu­ bles, como la glucosa y los ion es inorgánicos, sólo se intercambian con el líquido extracelular a través de los espacios de la pared capilar (las gap

junclions y las fenestraciones; intercam bio paracelular). Las m oléculas de gran tamaño, com o las proteínas, se caracterizan por una baja permeabi­ lidad capilar, excep to en los capilares discontinuos, donde atraviesan grandes espacios intercelulares.

Tabla 15-3.

P e r m e a b ilid a d rela tiv a d e lo s cap ila res c o n tin u o s a

d iv ersa s m o lé c u la s

Sustancia

Peso molecular

O xigeno

32

Agua

18 58

NaCl Urea Glucosa Inulina Albúmina

60 180 5.000 69.000

Permeabilidad relativa al agua ~ 3.000 1,00 0,96 0,8 0,6 0,2 0,0001

O bsérvese que el agua y las sustancias hidrosolubles atraviesan los espac:-". enire las células endoteliales y que. como g rupo, su perm eabilidad guarda r :.a ción con su peso m olecular. Tas sustancias lipofUicas. como el oxígeno y otros gases, d ifunden a través de las paredes de las células endoteliales.

328

15 El corazón y lo circulación t

- - ■

........ -

¿Cuáles son los factores que determ inan el m ovim iento de líq u id o entre los capilares y los tejidos circundantes? La dirección del m ovim iento de líquido entre un capilar y el li­ quido intersticial circundante depende de cuatro factores: 1. La presión dentro del capilar (presión capilar). 2. La presión dentro del tejido que rodea el capilar (presión in­ tersticial). 3. La presión osmótica ejercida por las proteínas plasmáticas (presión oncótica). 4. La presión osmótica ejercida por las proteínas presentes en el líquido intersticial. La diferencia entre la presión capilar y la del líquido intersti­ cial es la presión hidráulica, que ejerce su efecto sobre los líquidos. Cuanto mayor es el valor de la presión hidráulica, mayor es la ten­ dencia del líquido a pasar del capilar al intersticio. En la mayor parte de los tejidos, el m ovim iento físico del líquido es de 0,1 mi por minuto y por kilogramo de tejido, y es preciso distinguirlo cuidadosamente del intercambio por difusión en los tejidos, que es un proceso de dos vías en que no se produce un movimiento neto. Puesto que la pared capilar se caracteriza por una permeabili­ dad muy baja a las proteínas plasmáticas, la presión osmótica que éstas ejercen (presión oncótica) actúa oponiéndose a la presión hidrostática, que tiene tendencia a desplazar el líquido desde los ca­ pilares hasta los tejidos circundantes. La pequeña presión osmóti­ ca debida a las proteínas del líquido intersticial actúa extrayendo líquido de los capilares, y de este modo compensa parte de la pre­ sión osmótica de las proteínas plasmáticas. La suma algebraica de las diferentes presiones se conoce como presión neta de filtración. Esta relación se resume con la ecuación siguiente: presión neta de filtración = presión neta que desplaza el líquido desde los capilares - presión neta en los tejidos

Esta relación resume las fuerzas que actúan en la circulación'del líquido entre los capilares y el intersticio, y se denomina principio de Starling o de Starling-Landis. A menudo, las presiones implica­ das se denominan fu erza s de Starling (v. cuadro 15.7 para más de­ talles). En la mayor parte de los tejidos, la presión de filtración neta es positiva y las fuerzas hidrostáticas favorecen el movimiento del líquido desde los capilares hacia el intersticio, en un proceso deno­ minado filtración. Si la presión de filtración neta es negativa, las fuerzas osmóticas favorecen el movimiento de líquido desde el in­ tersticio hacia los capilares. El desplazamiento del líquido en esta dirección es la absorción y generalmente se debe a la disminución de la presión capilar (p. ej., tras una hemorragia; v. cap. 28). La tasa de filtración de un líquido depende tanto de la presión neta de filtración como del coeficiente de filtración, que tiene en cuenta la permeabilidad de la pared capilar (v. cuadro 15.7). Los capilares continuos se caracterizan por bajos coeficientes de fil­ tración y, en consecuencia, su tasa de filtración es modesta. En los lechos capilares donde existe un movimiento transepitelial signi­ ficativo de líquido (p. ej., en las glándulas secretoras exocrinas y en los glom érulos renales), los capilares son fenestrados y se ca­ racterizan por altos coeficientes de filtración. Esta especialización permite un m ovim iento relativamente libre de líquido desde el plasma hasta el espacio intersticial.

La presión capilar dep en d e tanto de la resistencia de las arteriolas como de la presión venosa Lógicamente, mientras un módulo capilar está siendo perfundido, la presión en el extrem o arterial de los capilares será mayor que en el extremo venoso. Dado que la microcirculación de un órgano individual desempeña un papel específico, no resulta sorpren­ dente observar que la presión media en los capilares varíe de un órgano a otro. En muchos lechos capilares, como los de la piel y el músculo esquelético, la presión capilar en el extrem o arterial es

40 p 30 20

-

10

-

0 -1 0

-

40 OI x ! E 20 !£

jS % 0) e2 c c c -o

Fiitración £

^w Ô ca o I I

o

-2

0,5

1,0

Distancia a partir de la arteriola (mm)

1.5

Fig. 15-31. Factores que determinan la dirección del movimiento de líquido a tra­ vés de la pared capilar. Cuando la presión hidrostática en los capilares es elevada se favorece la filtración, pero a medida que la sangre circula a lo largo de los capilares la presión disminuye progresivamente. No obstante, la filtración tiene lugar en toda la longitud del capilar. Véanse más detalles en el cuadro 15.7.

15.10 Microcirculación e intercambio de líquidos tisulares

r ju e la presión oncótica del plasma, la presión neta de fil-. . n es positiva y las fuerzas de Starling favorecen la filtración 15.7 y fig. 15-31). Esta diferencia está acentuada por la . : ria d . La presión en los capilares del pie aumenta espectacu. - - m e cuando la persona permanece en bipedestación. Cuando - r-rsona está acostada, la presión capilar media en los pies es de . • ; líd o r de 4 kPa (30 mmHg). En bipedestación, esta presión au- ; r.ta hasta aproximadamente 13 kPa (97,5 mmHg). Se debe tener :uenta que las presiones de los capilares que están situados por rr.a del corazón no dism inuyen la cantidad correspondiente i z j i d o a que la presión venosa es casi de cero (fig. 15-21). Debido a que la microcirculación de cada órgano desarrolla su -: n a función, no es sorprendente observar que la presión media zí -os capilares sea distinta en cada órgano. En algunos órganos, s capilares absorben grandes volúm enes de líquido. Son ejemr.os de ello los capilares de la mucosa intestinal y los capilares petubulares de los riñones. En estos tejidos, la presión capilar es ra¡a. Además, el importante transporte de líquido a través del epitelio adyacente mantiene baja la presión oncótica intersticial, : :>n increm ento de la propia presión intersticial. El resultado es que las fuerzas de Starling favorecen la captación de líquido por rarte de estos capilares (cuadro 15.7). ¿Cómo reabsorben los capilares el líquido intersticial? En la mavor parte de los lechos capilares, la presión de filtración neta es po­ sitiva excepto cuando las arteriolas presentan vasoconstricción. Durante estos períodos, la presión en el interior de los capilares dis­ minuye hasta un valor de casi cero y la presión neta se hace nega­ tiva. En estas circunstancias, el líquido es reabsorbido hacia los ca­ pilares debido principalmente a que la presión oncótica del plasma es mayor que la del líquido intersticial. No obstante, a medida que el líquido es reabsorbido, también aumenta la presión oncótica del líquido intersticial y la fuerza que controla la absorción se reduce hasta casi cero. Por tanto, el proceso de reabsorción del líquido es transitorio, no sostenido. Así, parece que la función de la vaso­ constricción es la de facilitar períodos de absorción de líquido, re­ duciendo la acumulación de líquido en el espacio intersticial. Considerando el organismo en conjunto, se filtra una parte in­ significante del plasma que atraviesa los capilares (alrededor del 1-2%) pero, dado que a diario atraviesan los capilares unos 4.000 1 de plasma, se origina un movimiento diario de alrededor de 4-8 1 de líquido desde los capilares hasta el espacio intersticial. Entre la mitad y las dos terceras partes de este líquido es reabsorbido por los capilares y el resto regresa al torrente circulatorio a través de los vasos linfáticos (v. más adelante).

Papel de la circulación linfática En la mayoría de lechos capilares la filtración de líquido supera la reabsorción por los capilares y las vénulas pericíticas. Si el exceso de líquido no se eliminara, se acumularía en los tejidos. Esta inflama­ ción se desarrolla en algunos estados patológicos y se conoce como edema (v. cap. 28). Normalmente, el exceso de líquido abandona el espacio intersticial mediante el drenaje en vasos especializados co­ nocidos como linfáticos. El líquido de los vasos linfáticos se deno­ mina linfa. La linfa derivada directamente de los tejidos se conoce como linfa aferente, ya que fluye hacia los ganglios linfáticos. La lin-

329

Cuadro 15.7 Cálculo de las fuerzas de Starling para la filtración capilar Las presiones ejercidas sobre los capilares de la piel humana se pueden determinar fácilmente y representan un ejemplo claro de las fuerzas que determinan la presión de filtración neta (P,) en un lecho capilar. A nivel del corazón, la presión hidrostática en el extrem o arterial de los capilares (Pc) es de aproximadamente 5 kPa (alrededor de 37 mmHg). En el extrem o venoso, la presión es de aproximadamente 2 kPa (alre­ dedor de 15 mmHg). La presión oncótica del plasma humano (7tp) es de aproximadamente 3,5 kPa (alrededor de 26 mmHg) mientras que la del líquido intersticial (TtJ es de aproximadamente 2 kPa (15 mmHg). La presión hidrostática del liquido intersticial (PJ es 0,2 kPa (1,5 mmHg) menor que la presión atmosférica (es decir, - 0 ,2 kPa, 0 - 1 ,5 mmHg). La presión de filtración es igual a la diferencia entre la presión que fuerza al líq u id o a salir de los capilares y la presión que tiende a opo­ nerse a la filtración, y vien e dada por la ecuación siguiente:

En el extrem o arterial P, = [5 - (-0,2)] - (3,5 -2 ) = + 3 ,7 kPa (aproximadam ente + 4 0 mmHg) En el extrem o venular

Pr = [2,0 - (-0,2)| - (3,5 - 2) = + 0 ,7 kPa (aproximadam ente +5 mmHg) Por tanto, a n ivel del corazón la presión en los capilares favorece la filtración en toda su longitud (dado que la presión de filtración neta es positiva), de forma que tiene lugar el desplazam iento del liq u id o a través de los capilares hacia el espacio intersticial. Si la presión capi­ lar d ism inuye hasta cero (tal com o ocurre cuando las arteriolas m ues­ tran un cierre com pleto durante una vasoconstricción o tras una he­ morragia), la presión de filtración se hace negativa (alrededor de 11,5 kPa) y se favorece la absorción de líquido. N o obstante, la reabsorción del liquido está limitada rápidamente por el increm ento de la presión oncótica en el liq u id o intersticial. A sí. en este caso, la reabsorción de líquido es transitoria. En los tejidos en los que la reabsorción continua de líquido por par­ te de los capilares con stituye un aspecto im portante de su función (p. ej., los capilares peritubulares de la nefrona o los capilares del in­ testino delgado), las presiones de filtración netas son negativas, al m enos en el extrem o venoso. Por ejem plo, cuando se reabsorbe el li­ quido isotónico en la luz intestinal, la presión de filtración en el e x ­ tremo ven oso de los capilares está entre 1-0,5 y -1 kPa (alrededor de -7 mmHg). La presión oncótica intersticial se m antiene baja debido a que el líq u id o absorbido es sustituido por líquido transportado a tra­ vés del revestim iento epitelial del intestino. Cálculos com o éstos reflejan las fuerzas que tienden a desplazar los líquidos en una dirección u otra a través de la pared capilar, asu­ m iendo un estado estacionario y tam bién que la pared capilar es im ­ permeable para las proteínas plasmáticas. Las cantidades que entran y salen de un capilar d ependen de la perm eabilidad hidráulica de la pared capilar, de la superficie disponible para el m ovim iento de los líquidos y de su permeabilidad para las proteínas plasmáticas. La re­ lación com pleta se puede expresar m atemáticamente como

J, = I pA[(P. - PJ - s(jtp - re,)] donde Jv es el volum en de líquido filtrado o reabsorbido por unidad de tiem po, I pes una constante que refleja la perm eabilidad hidráuli­ ca de la pared capilar, A es el área de la pared capilar y s el coefi­ ciente de reflexión, que determ ina el grado de libertad con el que las proteínas atraviesan la pared capilar. Si la pared capilar es com pleta­ m ente im permeable para las proteínas, O = 1; si es com pletam ente perm eable para las proteínas, O = 0. En la mayor parte de los capila­ res, O = 0,9. Pc y P¡ son las presiones capilar intersticial, respectiva­ m ente, mientras que Ttp y lt1son las presiones oncóticas de los líqui­ dos plasmático e intersticial, respectivam ente.

330

15 Ei corazón y la circulación

F ig. 15-32.

Principales características de la organización del sistema linfático.

fa aferente tiene la misma composición que el líquido intersticial, es decir, muestra la misma composición iónica que el plasma pero una concentración proteica menor. También tiene menos células. Des­ pués de que la linfa ha atravesado los ganglios linfáticos su compo­ sición varía, ya que contiene liníocitos que han migrado a través de los tejidos (v. cap. 14). Entonces se conoce como linfa eferente. Los capilares linfáticos se inician como pequeños conductos con su extremo distal cerrado (al igual que sucede en las vellosi­ dades del intestino delgado) o como una red de pequeños conduc­ tos con diámetros de 10-50 jim. Sus paredes son muy finas y cons­ tan de una sola capa de células cndoreliales que forman una mem­ brana basal. A diferencia de lo que sucede en la mayor parte de capilares sanguíneos, las uniones intercelulares de las paredes de los capilares linfáticos poseen hendiduras lo suficientem ente am­ plias para permitir el paso de proteínas plasmáticas. Al igual que los capilares sanguíneos, los capilares linfáticos se unen formando vasos colectores, que, a su vez, se vacian en troncos linfáticos afe­ rentes análogos a las grandes venas que se extienden junto a ellas. Los troncos linfáticos aferentes poseen válvulas semilunares a lo largo de toda su longitud que impiden el flujo retrógrado de linfa. Los troncos linfáticos aferentes se vacian en ganglios linfáticos que reciben su propio suministro de sangre. La linfa que abandona los ganglios de los vasos linfáticos eferentes drena en el conducto to­ rácico, que se vacia en la vena subclavia. Lsta organización se muestra en forma de diagrama en la figura 15-32.

neral, se caracteriza por una baja presión oncótica, pero después de atravesar los ganglios linfáticos su contenido en proteínas au­ menta de manera sustancial, probablemente como consecuencia de la absorción de agua y electrólitos por parte de los capilares vasculares de los ganglios linfáticos. Se ha sugerido que un 50% del volum en de la linfa aferente es reabsorbido durante su paso a través de los ganglios linfáticos.

Resumen 1.

t os capilares poseen paredes filias q u e constan de una sola capa de células endoteliales. Proporcionan una extensa área de super­ ficie para el intercam bio de solu tos entre la sangre y los tejidos. Su flujo sanguíneo está determ inado por la actividad vasomotora

2.

de las arteriolas y varia continuam ente com o consecuencia de los cam bios del tono arteríolar (vasom oción). La mayor parte del intercambio de nutrientes entre la sangre y los tejidos se produce por difusión, r.l oxigeno y el dióxido de carbono difunden a través de las células endoteliales y se equilibran rápida­ m ente por intercambio transcelular. la s sustancias hidrosolubles no pueden atravesar las células endoteliales v difunden a través de es­ pacios de la pared capilar (intercambio paracelular). Tj s moléculas más pequeñas difunden mas libremente que ¡as grandes. Fn conse­

3.

cuencia, la pared capilar es casi impermeable a las proteínas. La mayor parte del flujo entre et plasma y el líquido intersticial está determ inado por la presión neta de filtración, que varia de un lecho capilar a otro, de acuerdo con las necesidades fisiológi­ cas. La velocidad del liquido depende de la perm eabilidad de la

¿Cómo se forma la linfa? No se conocen con exactitud los procesos responsables del drena­ je de líquido en los vasos linfáticos. Se considera que la contrac­ ción de las paredes de los grandes vasos linfáticos propulsa la lin­ fa hacia delante. A ello contribuyen la compresión de los vasos lin­ fáticos por los tejidos circundantes y su posterior expansión durante la actividad muscular. Estas fuerzas propulsan la linfa en dirección a los ganglios linfáticos. El flujo retrógrado se previene gracias a la existencia de válvulas, al igual que sucede en las ve­ nas. Puesto que los capilares linfáticos están cerrados por un ex­ tremo y sólo pueden vaciarse en los vasos linfáticos de mayor cali­ bre, la expansión de los vasos linfáticos de mayor calibre aspira el líquido de los capilares linfáticos. Por consiguiente, el proceso de llenado de los vasos linfáticos es análogo, en cierto modo, al llena­ do de una pera de goma con líquido después de expulsar el aire. Se sabe que los ganglios linfáticos modifican el volum en y la composición de las proteínas de la linfa. La linfa aferente, en ge­

pared capilar. 4.

Cuando la presión neta de filtración es positiva se produce filtra­ ción, y cuando es negativa se ve favorecida la absorción, hn g e­ neral, la filtración supera la reabsorción y el exceso de líquido re­ gresa al torrente circulatorio a través de la linfa.

15.11 Papel del sistema nervioso central en el control del corazón y la circulación La actividad del corazón y el tono de los vasos sanguíneos están re­ gulados por el sistema nervioso autónomo, que. a su vez, está some­ tido al control del SNC. Las principales regiones del SNC que parti­ cipan en el control del sistema cardiovascular son el hipotálamo y el bulbo raquídeo. Las áreas del bulbo raquídeo que participan en el control del sistema cardiovascular en ocasiones se denominan «cen­ tros» de control cardíaco, aunque este término puede inducir a

15.11 Papel del sistema nervioso central en el control del corazón y la circulación

error, porque las propias neuronas bulbares están reguladas por áreas cerebrales superiores y por aferencias que parten de los recep­ tores de presión. La figura 15-27 muestra la organización básica de las áreas que participan en el control del sistema cardiovascular. La información aferente sobre las presiones dentro del sistema circulatorio la proporcionan dos grupos de receptores: los recep­ tores de presión elevada (barorreceptores), que se localizan en la arteria aorta y en la carótida, y los receptores de baja presión (o receptores de volumen), que se localizan en las paredes de las aurí­ culas y de los ventrículos. Las fibras aferentes de estos receptores transmiten información hasta el tronco cerebral respecto a la pre­ sión arterial y la presión de llenado cardíaco. Esta información, junto con la que proporcionan otras aferencias de áreas cerebrales superiores, los quimiorreceptores y otros sensores, se utiliza para iniciar las respuestas cardiovasculares apropiadas. Estas respues­ tas están mediadas por las vías nerviosas parasimpàtica y simpáti­ ca que se dirigen al corazón y a los vasos sanguíneos.

La estim ulación de los barorreceptores arteriales desencadena una vasodilatación refleja y una dism inución de la frecuencia cardíaca La presión arterial está regulada estrechamente por el organismo. En adultos jóvenes, la presión sistólica se sitúa próxima a 16 kPa (120 mmHg) durante el día, aunque puede disminuir durante el sueño. Existen dos tipos de mecanismos reguladores, la regula­ ción rápida por el sistema nervioso y por hormonas, y el control a largo plazo del volum en sanguíneo, que está mediado principal­ mente por los riñones (como se describe en el cap. 28). Nervio vago

Nervio glosofaringeo Ganglio nudoso Nervio del seno carotideo Arteria carótida interna Cuerpo carotideo (quimiorreceptores) Seno carotideo (barorreceptores)

Arteria carótida externa Arteria carótida primitiva izquierda

Nervio aórtico

331

En el circuito arterial la presión está monitorizada por los ba­ rorreceptores, que son m uy abundantes en las paredes de los se­ nos carotídeos y en el arco aórtico. Los barorreceptores son mecanorreceptores que detectan el grado de estiramiento de las pare­ des de los vasos y, por consiguiente, son capaces de monitorizar la presión arterial. Los im pulsos procedentes de los barorrecepto­ res se transmiten al tronco cerebral, donde terminan en el núcleo del tracto solitario (NTS). Las aferentes procedentes de los baro­ rreceptores del arco aórtico viajan a través de los nervios vagos, mientras que las de los receptores del seno carotídeo son trans­ portadas por el nervio del seno carotídeo, que se une con el ner­ vio glosofaringeo. En la figura 15-33 se ilustra la organización del sistema de barorreceptores en forma de diagrama. La respuesta de los barorreceptores a un cambio de la presión arterial se ilustra en la figura 15-34. La frecuencia de la descarga en las aferentes de los barorreceptores varia de acuerdo con la onda del pulso arterial. Cuando aumenta la presión, aumenta la frecuen­ cia de descarga, y viceversa. A niveles normales de presión arterial, las aferentes de los barorreceptores muestran una actividad tónica. Sin embargo, por debajo de unos 8 kPa (60 mmHg) existe muy poca actividad en las aferentes de los barorreceptores. A medida que la presión va aumentando hasta los 24 kPa (180 mmHg), se produce un aumento brusco de la tasa de descarga. Un aumento brusco de la presión arterial aumentará la des­ carga de los barorreceptores. Esta información aferente se trans­ mite hasta el tronco cerebral y desencadena una inhibición de la actividad simpática al corazón y de los vasos y un aumento de la actividad vagal, que enlentece la frecuencia cardíaca (bradicardia). La dism inución de la actividad de las fibras vasoconstricto­ ras simpáticas da lugar a una vasodilatación, que, a su vez, da lu­ gar a una dism inución de la resistencia periférica. El resultado neto de estos efectos será una disminución de la presión arterial que rápidamente «neutraliza» el aumento inicial. Al contrario, una dism inución de la presión arterial (hipoten­ sión aguda) produce una dism inución de la descarga de los baro­ rreceptores. Se produce un aumento de la actividad de los nervios simpáticos y una disminución de la de los nervios parasimpáticos. La frecuencia cardíaca aumenta y aumenta la fuerza de contrac­ ción del miocardio. Los vasos que irrigan el músculo esquelético, la piel, los riñones y la circulación esplácnica experimentan una vasoconstricción. Como consecuencia, la presión arterial aumen­ tará para contrarrestar la dism inución inicial. Estos cambios de la activación de los barorreceptores (es decir, los cambios del tono vascular periférico y de la fuerza y la fre­ cuencia de contracción cardíaca) constituyen el reflejo barorreceptor o barorreflejo, que también se ilustra en la figura 1 5-34. Las res­ puestas vasomotoras reflejas que se producen como respuesta a un cambio de presión arterial se deben por completo a alteraciones de la frecuencia de descarga en las fibras vasoconstrictoras simpáti­ cas. Las fibras vasodilatadoras simpáticas no están implicadas.

Aorta

Reajuste del reflejo barorreceptor Corazón (ventrículo izquierdo)

Fig. 15-33. Diagrama muy simplificado que ilustra la posición y la inervación de los barorreceptores aórticos y carotídeos.

Si la presión arterial aumenta durante un período de 15 min, apro­ ximadamente, el umbral de la actividad barorreceptora aumenta hasta un valor mayor. Esta propiedad de los barorreceptores hacc

332

15 El corazón y la circulación

Presión - 160 20-

Normal

16- - 120 12 PRESIÓN ARTERIAL

80

8kPa

IMPULSOS DEL NERVIO DEL SENO CAROTIDEO

IMPULSOS DEL NERVIO VAGO

NERVIO CARDIACO SIMPATICO

NERVIOS VASOCONSTRICTORES SIMPATICOS

1| I I | I H L L I 1 1 l l i p

lili

1

1

111

i

! i m m u n i

II

1

U

1 11 11 11 1 11 1 I

i l i l l f l J l

lJ . U

1

I . U

.1

Acelerada

Frecuencia cardíaca

Enlentecida

Aumentada

Contractilidad

Disminuida

I L U l L i l i 111 J _ i . - 1 - 1 - I .1 Aumentada

Fig. 15-34.

1 1 11

Vasoconstricción

- 40 mmHg

_ i

...I

i

L. l

.

Disminuida

Patrón de descarga de las fibras nerviosas individuales en diversos nervios en función de los cam bios de la presión arterial. A la iz­

quierda se m uestra la organización básica de las vías nerviosas. El panel superior derecho ilustra la onda de presión aórtica para presiones arteriales bajas, normales y elevadas. Debajo se muestra el patrón de descarga de un aferente de un barorreceptor en un nervio del seno carotídeo, el de una fi­ bra de un n ervio cardiovagal, el de una fibra de un nervio cardíaco sim pático y el de una fibra de un nervio vasoconstrictor sim pático. Con una pre­ sión arterial baja, se inhibe la actividad vagal, mientras que aumenta la actividad sim pática, lo que da lugar a un aum ento de la frecuencia cardíaca v a una vasoconstricción. Con presiones elevadas, aumenta la actividad vagal, mientras que dism inuye la actividad simpática, lo que da lugar a un en ­ ternecim iento de la frecuencia cardíaca y a una vasodilatación.

que sean monitores poco eficaces de la presión absoluta de sangre que llega al cerebro. Los barorreceptores son reguladores a corto plazo de la presión arterial, y no controladores a largo plazo. El re­ ajuste central de la sensibilidad de los barorreceptores se produce, por ejemplo, durante el ejercicio. Los barorreceptores parecen ser reajustados de tal modo que responden a mayores presiones del pulso. Por esta razón, la frecuencia cardiaca no dism inuye como respuesta al aumento de la presión sistólica que acompaña al ejer­ cicio, y el gasto cardíaco se mantiene. De forma similar, durante la respuesta de alerta en la que el organismo se prepara para una ac­ tividad intensa, el mecanismo barorreceptor parece inhibirse y se produce un aumento súbito de la presión arterial.

El reflejo barorreceptor estabiliza la presión arterial después de un cambio postural

ción de sangre desde la región cardiopulmonar hasta las venas de las piernas). Esto, a su vez, da lugar a una disminución del volumen sis­ tolico (según la ley de Starling), del gasto cardiaco y, por consi­ guiente, de la presión arterial. Esto se conoce como hipotensión pos­ tural. Los barorreceptores desempeñan un importante papel en la rá­ pida restauración de la presión normal. Cuando disminuye la presión, la descarga de los barorreceptores disminuye en la misma medida y esto da lugar a un aumento de la descarga simpática al co­ razón y a la vasculatura. La frecuencia cardíaca aumenta y también aumenta la resistencia periférica total. Estos efectos restauran el nivel normal de presión arterial. Puesto que el reflejo barorreceptor nor­ malmente requiere algunos segundos para que sea plenamente efi­ caz, la cantidad de sangre que irriga el cerebro disminuye breve­ mente cuando un individuo se pone de pie rápidamente, y como consecuencia, es muy frecuente experimentar un mareo momentá­ neo. En la figura 15-35 se resume esta secuencia de acontecimientos.

M aniobra de Valsalva Cuando un individuo pasa rápidamente desde una posición de decú­ bito a una de bipedestación, se produce una disminución significati­ va del retorno venoso al corazón (como consecuencia de una desvia­

La maniobra de Valsalva es esencialmente una tentativa de espi­ rar contra una glotis cerrada. Puede llevarse a cabo voluntaria-

15.11 Popel del sistema nervioso central en el control del corazón y la circulación

Maniobra de Valsalva

Cambio desde una posición de decúbito supino a otra de bipedestación

333

kPa

Disminución del retorno venoso

Disminución del volumen sistòlico

Disminución del gasto cardíaco

Disminución de la presión arterial Fig. 15-36. Cambios de la presión arterial y de la frecuencia cardíaca que tien en lugar durante y después de una maniobra de Valsalva. Cuan­ Disminución de la actividad de los barorreceptores

do la presión intratorácica aumenta por primera vez, tiene lugar un au­ m ento de la presión arterial media, porque el retorno venoso inicialm en­ te se ve favorecido por la com presión de las grandes venas (fase 1). El gas­ to cardíaco y la presión del pulso aumentan. Esto va seguido de una

Aumento del tono simpático

dism inución de la presión arterial media y de la presión del pulso a m edi­ da que se im pide el retorno venoso y dism inuye el gasto cardiaco (fase 2). Al térm ino de la maniobra, la presión intratorácica dism inuye, lo que da

Aumento de la frecuencia cardíaca

Venoconstricción

Aumento de la resistencia periférica

un aum ento del volum en sistólico y de la presión del pulso (fase 4). Los Aumento del gasto cardiaco

Aumento del retorno venoso

Aumento de la presión arterial Fig. 15-35. Secuencia de los cam bios cardiovasculares iniciados por los barorreceptores después de una dism inución de la presión arterial para normalizar la presión.

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lugar a una breve dism inución de la presión arterial (fase 3). Seguida­ m ente se produce un aum ento brusco del retorno venoso, que da lugar a

mente y se asocia con una defecación enérgica o el levantamiento de objetos pesados. La maniobra aumenta la presión intratorácica, lo que desencadena una compleja respuesta cardiovascular, que se describe en la figura 15-36. La respuesta inicial es un aumento de la presión arterial debi­ do a la contracción normal del ventriculo izquierdo, a la que se añade la fuerza adicional producida por el aumento de la presión intratorácica que actúa en el miocardio. Esto va seguido de una dism inución transitoria de la frecuencia cardíaca. En este estadio, la mayor presión intratorácica im pide el retorno venoso, con la consecuencia de que dism inuyen el gasto cardíaco y la presión ar­ terial media. A medida que dism inuye la presión arterial, aumen­ ta la frecuencia cardíaca y esto, junto con el aumento de la resis­ tencia periférica total, estabiliza la presión arterial. Cuando la presión intratorácica dism inuye después de la abertura de la glo­ tis, la presión arterial también lo hace, pero, dado que el retorno venoso se restaura rápidamente, el volum en telediastólico y el gasto cardíaco aumentan y la presión arterial también. Este au­ mento es sensado por los barorreceptores, lo que induce una bra­ dicardia reñeja, que, junto con la dism inución de la resistencia periférica, normaliza la presión arterial.

cam bios de la frecuencia cardiaca son una respuesta refleja a los cam bios de la presión. Cuando aumenta la presión, la frecuencia cardíaca dism inu­ ye, y viceversa.

Los receptores de baja presión de las aurículas m onitorizan la presión venosa central y proporcionan información sobre la distensión cardíaca Los receptores de estiramiento están presentes en las paredes de las aurículas izquierda y derecha del corazón. Los receptores au­ riculares responden a la presión venosa central y a la distensión cardíaca y son estimulados cuando aumenta el retorno venoso. Esto desencadena un aumento reflejo de la frecuencia cardíaca y de la contractilidad, que está mediada por el sistema nervioso simpático. La activación de este reflejo reduce rápidamente la dis­ tensión cardíaca inicial. En comparación, la activación de los mecanorreceptores del ventrículo izquierdo induce una bradicardia refleja y una vasodilatación como respuesta al aumento de la pre­ sión telediastólica. No está clara la función exacta de esta res­ puesta, pero podría servir de ayuda al reflejo barorreceptor en la regulación de la presión arterial.

El control horm onal del volum en sanguíneo proporciona una regulación a largo plazo de la presión arterial Los barorreceptores participan en la regulación minuto a minuto de la presión arterial. La naturaleza dinámica de sus respuestas los

334

15 El corazón y la circulación

hace inadecuados para una regulación a largo plazo de la presión arterial absoluta. Dicha regulación se lleva a cabo a través del mantenimiento del volum en y la composición extracelular nor­ males, tarea que llevan a cabo, principalmente, los riñones. Los principales mecanismos implicados son hormonales e incluyen el control reflejo de la secreción de ADH por los osmorreceptores del hipotálamo, el funcionam iento del sistema renina-angiotensina-aldosterona y el papel del péptido natriurético auricular. To­ dos estos procesos se describen con más detalle en el capitulo 28.

jo» id en tificad os en el m úsculo esquelético. Son de dos tipos: receptores m etabólicos, que responden a los iones de potasio y de hidrógeno producidos durante el ejercicio, y m ecanorreceptores, sen sib les a la tensión activa generada dentro de un m úsculo. Durante el ejercicio, la activación de estos receptores provoca taquicardia, vasoconstricción de los vasos que no irri­ gan los m úsculos que se ejercitan (en especial los del circuito renal) y un aum ento de la contractilidad miocárdica. Todo esto sirve para aumentar la presión arterial y la perfusión de los m úsculos activos.

La activación de los quim iorreceptores arteriales periféricos provoca un aum ento de la presión arterial Aunque el papel más conocido de los quimiorreceptores arteriales periféricos es el control de la respiración (para una descripción de­ tallada, v. cap. 16), también desempeñan un papel en el aumento reflejo de la presión arterial observado durante la hipoxia. Con presiones normales de los gases sanguíneos, apenas influyen en la circulación, pero tanto durante la hipoxia como durante la hipercapnia desencadenan una vasoconstricción refleja en los vasos de resistencia y en las grandes venas del circuito esplácnico. La cons­ tricción de las arteriolas y la movilización de la sangre del circuito esplácnico aumentan la presión arterial y la cantidad de oxígeno transportado hasta los tejidos, en especial al cerebro. Este reflejo quimiorreceptor es especialmente potente a presiones arteriales bajas, cuando el reflejo barorreceptor es relativamente inactivo.

A rritm ia respiratoria Durante la inspiración se produce un pequeño aumento de la fre­ cuencia cardíaca, seguido de una dism inución durante la espira­ ción. Esta variación de la frecuencia cardíaca con el ciclo respira­ torio se conoce como arritm ia respiratoria y se debe casi por com pleto a los cambios de la actividad de las motoneuronas cardiovagales, cuya actividad tónica normal depende parcialmente de las aferencias barorreceptoras arteriales (fig. 15-27). Durante la inspiración, las motoneuronas cardiovagales son inhibidas por neuronas inspiratorias centrales y por una mayor actividad de los receptores de estiramiento de adaptación lenta, presentes en las vías respiratorias de mayor diámetro de los pulm ones. Como consecuencia, son menos sensibles a sus aferencias barorrecepto­ ras, lo que da lugar a una dism inución del tono vagal y a una ta­ quicardia. Durante la espiración este efecto se invierte; la excita­ bilidad de las motoneuronas cardiovagales se normaliza, el tono vagal aumenta y se enlentece la frecuencia cardíaca.

La activación de los «receptores de trabajo» desencadena un aum ento del gasto cardiaco El últim o grupo de receptores que pueden influir de manera re­ fleja en el sistem a cardiovascular son los «receptores de traba­

Reacción de defensa Como respuesta a la percepción de un peligro, todos los mamífe­ ros, incluyendo el ser humano, muestran una alerta conductual, que si el estím ulo es lo suficientem ente potente, puede dar lugar a una conducta agresiva o defensiva. Esto se acompaña de cam­ bios destacados en la actividad de sus nervios autónom os en los que se anula el control reflejo normal. Las pupilas se dilatan, el pelo cutáneo se eriza (la denominada piloerección), el animal en ­ seña los dientes y adopta una postura defensiva. Además, y más relacionado con lo que se está describiendo, se produce un au­ mento de la frecuencia cardíaca, del gasto cardiaco y de la presión arterial. Las respuestas cardiovasculares incluyen el reajuste del reflejo barorreceptor a un nivel de mayor presión y una redistri­ bución del flujo sanguíneo. Se produce una vasoconstricción de las visceras y de la piel, al mismo tiempo que aumenta el flujo san­ guíneo hasta los músculos. Ln el ser humano, este aumento se debe a una inhibición del tono vasoconstrictor simpático, mien­ tras que en otras especies también puede observarse una activa­ ción de la acción vasodilatadora colinérgica simpática. Esta se­ cuencia compleja de acontecim ientos se conoce con el nombre de reacción de defensa. Los cambios que se producen durante la aler­ ta conductual normal son más modestos y se conocen como res­ puesta de alerta.

Resumen 1.

La presión arterial está regulada estrecham ente por los nervios autónom os, las horm onas y, a más largo plazo, por los cambios

2.

del volum en sanguíneo. La presión arterial es m onitorizada por los barorreceptores pre­ sentes en las paredes del arco aórtico y los senos carotídcos. Un aum ento de la presión arterial da lugar a una m ayor descarga de las aferentes de lo s barorreceptores, lo que da lugar a un enlentecim iento retlejo de la frecuencia cardíaca, una vasodilatación pe­ riférica y una dism inución de la presión arterial.

3.

4.

La regulación a largo plazo de la presión arterial se logra a través del m antenim iento del volum en y la com posición extracelular normales, principalm ente por m edio del sistema renina-angiotensina-aldosterona y el péptido natriurético auricular. Los quim iorreceptores arteriales y los receptores de trabajo m us­ culares tam bién desem peñan un papel en el control de la presión arterial.

*• 15.12 Circulaciones especiales

335

Arteria coronaria izquierda

Arterias marginales

Arteria coronaria derecha

Arterias interventriculares anterior y posterior

F ig. 15-37.

Organización del riego sanguí­

n eo coronario. O bsérvese el origen de las arte­ rias coronarias en la base de la aorta.

15.12 Circulaciones especiales Esta sección aborda brevemente la circulación de la sangre hasta órganos específicos. Ilustrará los medios en los que se utilizan al­ gunos de los mecanismos reguladores descritos previam ente en regiones localizadas dei sistema cardiovascular con el objetivo de ajustar el flujo sanguíneo a las necesidades de los tejidos. Las ca­ racterísticas específicas de la circulación pulmonar se describen en el capítulo 16; las de la circulación renal en el capítulo 17, y las de la circulación intestinal en el capítulo 18.

Circulación coronaria

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La figura 15-37 ilustra el riego sanguíneo coronario del corazón. El riego sanguíneo miocàrdico es provisto por las arterias corona-

i____________________i 0.5 S i i g . 15-38. Cambios de la presión que afectan al flujo sanguíneo coro­ nario durante el ciclo cardíaco, ni periodo durante el cual se produce flu ­ jo sanguíneo coronario se acortará m ediante una reducción del intervalo diastólico (1), m ediante un aumento de la presión telediastólica ventricu­ lar (2) o m ediante una dism inución de la presión arterial (3).

rias izquierda y derecha, que se originan en la raíz de la aorta. La arteria coronaria derecha irriga principalm ente la aurícula dere­ cha y el ventrículo derecho, mientras que la arteria coronaria iz­ quierda irriga principalmente la aurícula izquierda y el ven­ trículo izquierdo. El drenaje venoso se produce especialmente en la aurícula derecha a través del seno coronario. El flujo sanguíneo a través de las arterias coronarias varía considerablemente durante el ciclo cardíaco. Ll flujo hasta el mio­ cardio es máximo durante el estadio precoz de la diàstole, cuando la compresión mecánica de los vasos coronarios es mínima y la presión aórtica todavía es alta. Durante la fase de contracción isovolumétrica del ciclo, los vasos coronarios se comprimen a medi­ da que aumenta la presión ventricular y el flujo sanguíneo coro­ nario dism inuye hasta su valor mínimo. Durante la fase de eyec­ ción de la contracción sistòlica, el flujo coronario varía de acuerdo con el aumento y la dism inución de la presión aórtica. En la figura 15-38 se ilustra el efecto de la contracción ventricular so­ bre el flujo sanguíneo coronario. A partir de las descripciones previas, es evidente que el tra­ bajo llevado a cabo por el corazón varía considerablemente con las necesidades de la circulación. Claramente, una mayor carga de trabajo requiere distribuir al miocardio un mayor suministro de oxígeno y de nutrientes. En realidad, el flujo sanguíneo a través del circuito coronario puede aumentar desde su nivel de reposo de alrededor de 75 mi • min 1■ 100 g_l de tejido— hasta 400 mi ■ min 1 • 100 g ' ! de tejido durante el trabajo cardíaco máximo. El flujo sanguíneo coronario aumenta a medida que se incre­ menta la actividad metabòlica del corazón, como se ilustra en la figura 15-39. ¿Cómo se adecúa el flujo sanguíneo a las necesidades metabólicas? La sangre del seno coronario tiene una PO, de alre­ dedor de 2,7 kPa (20 mmHg). Por consiguiente, la extracción de oxígeno es muy alta. Un aumento de las necesidades de oxígeno desencadena un aumento del flujo sanguíneo coronario como consecuencia de la vasodilatación de los vasos coronarios. Se con­ sidera que esta vasodilatación está mediada principalmente por la adenosina, cuya producción aumenta durante una mayor carga de trabajo. También pueden desempeñar un papel las mayores concentraciones de otros meta bol itos, como el dióxido de carbo-

336

15 Ei corazón y la circulación

120 o o

100

.-

oxígeno a partir de la mioglobina presente en las fibras muscula­ res cardíacas. OO

0° . oogco,

Circulación en la piel

o

o o

OI S 80

°o

0/

,o

—— — —— — —— — — — Valores normales para valores del / ° gasto cardíaco en reposo o /

E

....................... „

i

cal. 1.a autorregulación se produce en los vasos sangui. n eos denervados y es una propiedad intrínseca. Parecen partir .- dos mecanismos: los metabolitos locales y la respuesta r ^rna del músculo liso al estiramiento. a. Falso. b Falso. ..

Verdadero.

z

Verdadero,

343

cuencia cardíaca y la resistencia vascular periférica, lo que normaliza la presión arterial. a. Verdadero. b. Falso. c. Verdadero. d. Verdadero.

Respuestas a los problemas cuantitativos

e Verdadero. S Los principales vasos de resistencia son las arteriolas. Una í-acción del líquido que abandona los capilares en el extremo ¿neriolar es reabsorbida por los capilares en el extrem o veno- \ por las vénulas pericíticas. La fracción que no es rcabsor- Jj regresa a la circulación a través de la linfa, a Verdadero.

1. 11,5 kPa (86,7 mmHg). 2. 3,781 • min *. 3. 28,6% . 4. 2,2; 4,2; 5,4; 6,6; 7,8; 8,4 y 7 kPa • m i' • min.

b. Verdadero. c. Falso. d. Falso. e

Verdadero.

Cuando la presión arterial dism inuye, la actividad de los barorc.eptores dism inuye, y esto aumenta la actividad simpática en los nervios cardíacos y vasoconstrictores. Aumenta la fre­

La resistencia aumenta a medida que aumenta la presión de per­ fusión debido a la autorregulación del flujo sanguíneo. Con una mayor presión de perfusión, las fuerzas hidrostáticas empiezan a superar la vasoconstricción. Un aumento súbito de la presión des­ de 10,6 hasta 21 kPa daría lugar a un aumento transitorio del flu­ jo sanguíneo, que disminuiría hasta el valor proporcionado en la tabla al ponerse en marcha los mecanismos autorreguladores.

16 Sistema respiratorio El objetivo del presente capitulo es explicar: •

Las leyes de los gases y su aplicación a la fisiología respiratoria

•

La estructura del sistema respiratorio

•

Los volúmenes pulmonares y mecánica de la ventilación

•

El espacio muerto y su medida

•

Los principios del intercambio gaseoso en los alvéolos y papel del surfactante

•

La circulación pulmonar

•

Los factores que determinan las relaciones ventilación-perfusión en las diferentes partes del pulmón

•

El origen y control del ritmo respiratorio

•

La regulación química de la respiración; papel de los quimiorreceptores centrales y arteriales periféricos

•

Los sistemas de defensa del pulmón

•

Los trastornos más frecuentes de la respiración

•

La hipoxia, sus causas y consecuencias. El tratamiento con oxígeno

Sistema respiratorio

16.1 Introducción

Cuadro 16.1 Símbolos utilizados en fisiología respiratoria

I b A : ' a j «ue necesitan los animales para desarrollar sus activiLa fisiología respiratoria utiliza un amplio abanico de símbolos es­ H t t s normales la obtienen, sobre lodo, a partir de la oxidación tándar para expresar de forma concisa los conceptos y permitir ope­ ¿.inventos -particularmente de los hidratos de carbono y raciones algebraicas sencillas. Las variables principales se presentan as .- . Durante esle proceso, que se denomina respiración con letras mayúsculas en cursiva (p. cj., presión /P/ o volumen /V/), ■ ■ e-t- . -s.u.ar, la mitocondria utiliza oxigeno, y se produce diómientras que la situación a la que hacen referencia se presenta con W Ü -- .'irrxmo. El oxigene) necesario deriva, en último término, ayuda de un sufijo (p. ej., PaO. es la presión parcial de oxígeno en la SeL . •'fera, mientras que el d ióxido de carbono que se prosangre arterial, mientras que 1*aO_, es la presión parcial de oxigeno en smc: •< r .imina a la atmósfera mediante la respiración externa, que el aire alveolar). Además, el prefijo s se utiliza para indicar el con­ « rl c Meto de estudio de este capítulo. cepto de especificidad (p. ej. ■>/ t2

Según esta igualdad, el volum en del gas dependerá tanto de la temperatura como de la presión. Por lo tanto, un volum en de gas obtenido a partir de un sujeto en una bolsa de muestreo de gases (conocida como bolsa de Douglas) dependerá tanto de la presión atmosférica como de la temperatura ambiente. Para poder compa­ rar las muestras de gas obtenidas en diferentes momentos, el vo­ lumen de un gas puede expresarse de las dos maneras siguientes: 1. Como STPD (temperatura y presión estándares en seco). Esto equivale al volumen de gas después de extraer el vapor del agua a temperatura (273 °K oO cC) y presión (101 kPa o 760 mmHg) estándares. 2. Como BTPS (temperatura corporal y presión con saturación de vapor de agua, es decir, a 37 °C o 310 °K y una presión de vapor de agua de 6,2 kPa o 47 mmHg). Éste sería el volum en de gas espirado por los pulmones. Dado que una masa determinada de gas ocupa volúm enes no­ tablemente diferentes a 0 °C y a 37°C, resulta esencial saber el es­

V = 0,225 X 13,33 = 3 mi Se pueden efectuar cálculos similares para el dióxido de car­ bono, en cuyo caso s = 5,1 mi • l-1 • kPa 1 (0,68 mi • l-1 • mmHg l) y para el nitrógeno, en cuyo caso s = 0,112 mi • l“1 • kPa 1 (0,015 mi • I“1 • mmHg"'). Hay que tener en cuenta que esta relación sólo es aplicable al gas disuelto. Cuando el gas se combina quím icam ente, la cantidad total en la fa s e liquida es la sum a de la cantidad unida quím ica­ m ente m ás la que se halla en solución física. En fisiología respiratoria, la concentración de los gases disuel­ tos se expresa, habitualmente, como sus presiones parciales, inclu­ so cuando dichos gases se hallan en una solución sin fase gaseosa (p. ej., en la sangre arterial). La presión parcial de un gas puede convertirse fácilmente en su concentración molar equivalente utili­ zando la ley de Avogadro. Asi, cuando el dióxido de carbono tiene una presión parcial de 5,33 kPa (40 mmHg) cada litro de plasma di­ solverá: 5,33 X 5,1 = 27,2 mi Sabiendo que, en condiciones STP, 1 mol de C 02 ocupa 22,41, esto corresponde a: 27,2 x 10 3/22,4 = 1,2 x 10 ’ mol • 1 1

16.2 Aplicación de las leyes de los gases a la fisiología respiratoria

Cuadro 16.2

349

Conversión de los volúmenes de gas a BTPS y STPD

nversión de temperatura y presión ambiente a BTPS - - . dida que el aire es inhalado, se calienta y se humidifica. Esto provoca un aumento de su volumen, que se puede calcular a partir de la ley ..-„versal de los gases:

. r 2rtir de la cual se puede deducir la siguiente fórmula: 273 + 37 273 + T,

P .- 6

■onde: es el volumen de aire inspirado a temperatura ambiente y presión normal, es la temperatura ambiente. ?, es la presión barométrica. ?-. , es la presión de vapor de agua del aire ambiente. Ljs constantes numéricas 37 y 6 son la temperatura corporal en grados Celsius y la presión saturada de vapor de agua en kPa (equivalente a 4" mmHg). ? r tanto, para un litro de aire ambiente inspirado cuando la temperatura es de 20 °C, la presión barométrica es de 100 kPa (aproximadamente "50 mmHg), y la presión de vapor de agua es de 2 kPa (aproximadamente 17 mmHg), el cambio en el volumen del tórax será: 310 1 0 0 -2 V,™ = l x ------x ---------- = 1,103 1 293 100 - 6 En otras palabras, la expansión del tórax será superior al volumen de gas inspirado en aproximadamente un 10%. Conversión de temperatura y presión ambiente a STPD El volumen de oxígeno absorbido o de dióxido de carbono espirado se expresan en forma de STPD porque, en este caso, se necesita expresar el nú­ mero de moles de gas intercambiados. El volumen de un mol de gas es de 22,4 1en condiciones STP (0 °C y 101 kPa [760 mmHg]). En este caso, la con­ versión se realiza mediante la siguiente fórmula: 273 ------ x ---------- — 273 X r A

101

Por tanto, 1 1de oxígeno humidificado a la misma temperatura ambiente y presión que en el ejemplo previo ocuparía en condiciones STPD un vo­ lumen de: 273 1 0 0 -2 = ‘ x ------- x ------------= 0,891 298 101

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En los ejemplos mostrados anteriormente se ha asumido que el aire estaba saturado de vapor de agua. Éste es normalmente el caso para las mues­ tras de gas que se obtienen a partir de un espirómetro. Para el aire ambiente normal, se debe tener en cuenta la saturación porcentual del aire (la humedad relativa). Para hacer esto, multiplique simplemente la presión saturada de vapor de agua para la temperatura ambiente por la humedad relativa, expresada en forma de fracción (una humedad del 70% es 0,7, etc.).

Difusión de los gases disueltos Cuando el oxigeno es captado por la sangre, debe disolverse en primer lugar en la fase acuosa que reviste los pulm ones y a conti­ nuación difundir hacia la sangre a través de la membrana alveolar. Las velocidades de difusión del oxígeno y el dióxido de carbono desde el revestimiento acuoso de los alvéolos hacia la sangre están regidas por la ley de la difusión de Fick (v. cap. 15, cuadro 15.6). El hecho de que las membranas alveolares sean extremada­ mente delgadas y tengan una gran área ayuda a optimizar la difu­ sión de los gases respiratorios. Si las membranas alveolares se vuelven más gruesas como consecuencia de una enfermedad, la difusión de los gases respiratorios se ve afectada negativamente.

Además de depender del área y el grosor de las membranas al­ veolares, la velocidad de difusión de los gases respiratorios tam­ bién depende de la solubilidad y el gradiente de concentración de éstos. La importancia de la solubilidad para determinar la veloci­ dad de difusión resulta evidente en el caso del dióxido de carbo­ no. Este gas es aproximadamente 20 veces más soluble en las membranas alveolares que el oxígeno y , aunque su gradiente de concentración sólo es una décima parte del del oxígeno, difunde desde la sangre hacia los alvéolos unas dos veces más rápido que el oxígeno desde los alvéolos hacia la sangre. La capacidad de un gas para difundir entre el aire alveolar y la sangre viene dada por su capacidad de difusión, también denominada fa cto r de transfe­ rencia, que se expone más adelante.

350

16 Sistema respiratorio

——

Composición del aire espirado

16.3 Estructura del árbol respiratorio

El aire espirado contiene menos oxígeno y más dióxido de carbo­ no que el aire inspirado. En la tabla 16-1 se muestran los valores estándar de las presiones parciales de los gases presentes en el aire espirado y en el aire alveolar. Obsérvese que aunque no hay in­ tercambio de nitrógeno con la sangre, la presión parcial de este gas varía, ya que queda diluido por el vapor de agua y el dióxido de carbono procedentes de los pulmones. La relación entre el volumen de dióxido de carbono producido y el volumen de oxígeno captado se denomina cociente de intercam­ bio respiratorio (R) que, en condiciones de equilibrio estacionario, es igual al cociente respiratorio (RQ) (para más detalles, v. cap. 24):

Los pulmones son los órganos principales del sistema respirato­ rio. A través de su superficie se absorbe oxigeno y se elimina dió­ xid o de carbono. Como los pulmones se sitúan en el tórax, el aire atmosférico debe pasar a través de la nariz o de la boca y penetrar en las vías aéreas antes de dirigirse hacia la superficie respiratoria en que se produce el intercambio de gases. Las vías respiratorias están irrigadas por las circulaciones pulmonar y bronquial, que se exponen con detalle en el apartado 16.6. Durante la respiración en situación de reposo, el aire entra por la nariz, pero en situación de ejercicio intenso entra por la boca, la cual ofrece una resistencia mucho menor al flujo aéreo. Aunque las fosas nasales presentan una resistencia al flujo aéreo elevada, son capaces de atrapar las partículas de polvo suspendidas en el aire y ayudan a humidificar y a calentar el aire en su paso hacia los pulmones. Después de penetrar en la nariz o en la boca, el aire atraviesa la faringe en dirección a la laringe que, igual que la na­ riz, es una importante zona de resistencia al flujo aéreo; esta pro­ piedad se utiliza en el proceso de vocalización. La tráquea une la laringe y los pulm ones. En un adulto, tiene aproximadamente 1,8 cm de diámetro y 12 cm de longitud. Es el primer com ponente del árbol respiratorio — el conjunto de con­ ductos ramificados que ponen la superficie respiratoria en con­ tacto con la atmósfera. En la parte superior del tórax, la tráquea se ramifica para for­ mar dos bronquios principales — uno para cada pulmón— . A su vez, los bronquios se ramifican en dos ramas menores en el lado iz­ quierdo y tres en el derecho, que corresponden a los lóbulos del pidmón. (El pulmón derecho tiene tres lóbulos, mientras que el iz­ quierdo sólo tiene dos.) En cada lóbulo, los bronquios se dividen en dos ramas más pequeñas, y éstas se dividen a su vez en otras dos, y así sucesivamente hasta que las ramificaciones finales alcanzan la superficie respiratoria. En la figura 16-1 se muestra un diagrama de la disposición de la tráquea y los pulmones en el tórax. En total, existen 23 generaciones de vías aéreas entre los al­ véolos y la atmósfera. La tráquea es la generación cero. Se bifurca de manera asimétrica dando lugar a los dos bronquios principales, que constituyen la generación 1. Los bronquios que alcanzan los pulm ones (los bronquios lobares) constituyen las generaciones 2 y 3. La generación 4 está formada por los bronquios que alcan­ zan los segm entos de los distintos lóbulos. Los bronquios más pe­ queños forman las generaciones 5-11. Desde la generación 12 has­ ta la 19, las vías respiratorias se denominan bronquiolos. Las vías respiratorias de la generación 16, que unen los bronquiolos a la superficie respiratoria, se denominan bronquiolos terminales. To­ das las vías respiratorias, hasta los bronquiolos termínales, están implicadas en el calentamiento y humcdecimiento del aire en su trayecto hacia la superficie respiratoria. Se denominan vías respi­ ratorias de conducción y no desempeñan ninguna función signifi­ cativa en el intercambio de aire. Desde la generación 17 hasta la 19, las vías respiratorias comienzan a participar en el intercambio de aire y se denominan bronquiolos respiratorios. Estas estructu­ ras dan lugar a los conductos alveolares, a partir de los cuales se originan las estructuras principales para el intercambio de aire. Estas estructuras son los sacos alveolares, formados por dos o más

cociente de intercambio

volum en de CO, producido

respiratorio

volum en de 0 2 captado

En condiciones normales de reposo, el valor del cociente de inter­ cambio respiratorio varía según el tipo de alimento que se está metabolizando para producir ATP. Sus valores oscilan entre 0,7 — cuando los lípidos son el principal metabolito— y 1,0 — para los hidratos de carbono . Habitualmente, el valor de R se halla com prendido entre 0,75 y 0,8, ya que se metabolizan tanto hidra­ tos de carbono como lípidos. Durante el ayuno, las proteínas se convierten en una importante fuente de energía, y el R tiene un valor aproximado de 0,8.

T abla 16-1.

V a lo res está n d a r para lo s g a se s r esp ira to rio s

Aire inspirado (kPa) mmHg % del total Aire espirado (kPa) mmHg % del total Aire alveolar (kPa) mmHg % del total

N*

O.

CO;

H ,0

79,6

21,2 159

0,04

0,5

0,3 0,04

3,7 0,5

597 78,5 75,5 566 74,5 75,9 569 74,9

20,9 16 120 15,8

3,6

6,3

27 3,5

13,9 104 13,7

5.3 40 5,2

47 6,2 6.3 47 6.2

Resumen El volum en de una determ inada cantidad de ga.s depende tanto de la temperatura com o de la presión, y está regido por la ley de los gases ideales. Fn fisiologia respiratoria, el volum en de un gas se expresa com o temperatura y presión estándares en seco (STPD) o como temperatura corporal y presión en caso de saturación con vapor de agua (BTPS). La cantidad de un gas en solu ción es proporcional a su presión parcial en la fase gaseosa (ley de Henry). La velocidad de dif usión de dicho gas está determinada por la lev de Fick. Hl aire espirado tiene m enos oxígen o sr más d ióxid o de carbono que el aire am biental. La proporción entre la cantidad de d ióxid o de carbono espirado v la cantidad de oxigen o absorbido se cono­ ce como tasa de intercam bio respiratorio, y es un indicador de los alim entos que se están m etabolizando.

16.3 Estructura del árbol respiratorio

351

Esófago Tráquea Arteria carótida común Arteria subclavia

'

Vena yugular interna Vena subclavia

# Restos del timo Cisura transversa Lóbulo superior

Cisura oblicua

Lóbulo superior

Lóbulo medio

Lóbulo Lóbulo inferior

Cisura oblicua

Incisura cardíaca

inferior

Pericardio fibroso

Fig. 16-1. tórax.

Situación de los pulmones dentro del

Epitelio

.éolos. Los bronquíolos respiratorios, los conductos alveolares y los alvéolos constituyen las vías respiratorias transicionales y ' espiratorias, que ofrecen una superficie total para el intercambio ce aire de aproximadamente 60-80 m2 en el adulto. Moco

Lámina propia

Pleura visceral

Estructura de las vías aéreas

^ I 5 1 f § : s < o

La tráquea y los bronquios principales se mantienen abiertos graVaso . ,.is a unos anillos cartilaginosos en forma de C. En los bronquios Músculo san9Ulneo de menor tamaño, esta función la realizan unas placas de cartíla­ go solapadas. Los bronquíolos, que tienen un diámetro inferior a 1 mm, no poseen cartílago y se colapsan fácilmente cuando la pre­ Cartílago pon en el exterior de los pulmones supera la presión en el interior de las vías aéreas, hecho que ocurre durante una espiración for­ Vasos Célula zada (v. más adelante). Las paredes de todas las vías aéreas tienen sanguíneos caliciforme musculo liso, incluyendo los conductos alveolares (pero no las pa­ redes de los alvéolos propiamente dichos). En los bronquíolos ter­ minales, el músculo liso da cuenta de la mayor parte del grosor de la pared. La parte más externa de la pared del bronquíolo — la (a) (b) capa adventicia— está formada por tejido conjuntivo denso, in­ cluyendo fibras elásticas. La figura 16-2 muestra la estructura de Fig. 16-2. Estructura de los bronquios (a) y los bronquíolos (a). Obsér­ los bronquios y de los bronquíolos. vese que el bronquio tiene un epitelio más grueso y una lámina propia también más gruesa que el bronquíolo. También posee placas de cartíla­ Desde las vías nasales hasta los bronquios más pequeños, el árgo, mientras que los bronquíolos tienen una proporción más elevada de bol respiratorio está recubierto por un epitelio ciliado dispuesto en músculo liso. columna que contiene muchas células caliciformes. Debajo de la capa epitelial hay numerosas glándulas de la submucosa, que vierten sus secreciones a la luz bronquial. En los bronquíolos, el epitelio se modifica progresivamente y se convierte en cuboideo ciliado simple. Los cilios se mueven de forma continua y desplazan lentamente hacia la boca el moco secretado por las células caliciformes y por las glándulas de la submucosa; una vez en la cavidad bucal, éste puede ser expulsado mediante la tos o bien deglutido. Esta

organización recibe el nombre de «ascensor» mucociliar, y tiene un papel importante en la eliminación de partículas inhaladas (v. apart. 16.8). El epitelio de los bronquíolos también contiene cé­ lulas no ciliadas que probablemente tienen una función secretora. El lugar en que se efectúa el intercambio de gases es la unidad al veolocapilar. Existen unos 300 millones de alvéolos en el pulmón de

352

16 Sistema respiratorio

Célula epitelial alveolar

AIRE ALVEOLAR PO, 13,9 kPa PC02 5,3 kPa

Núcleo

Músculos accesorios

Célula endotelial capilar

Intercostales externos

intercostales internos

Núcleo

Diafragma Músculos abdominales

Espacio intersticial

Fig. 16-3. Representación esquemática de las capas que separan el es­ pacio aéreo alveolar de la sangre contenida en los capilares pulmonares.

un adulto, y cada uno de ellos está envuelto casi por completo por capilares pulmonares (fig. 16-20). Se estima que hay aproximada­ mente 1.000 capilares pulmonares en cada alvéolo. Esto proporcio­ na una enorme área para el intercambio de gases por difusión. Las paredes de los alvéolos (los tabiques alveolares) están formadas por una delgada capa epitelial que presenta dos tipos de células, deno­ minadas células alveolares de tipo I y de tipo II. Las células de tipo I son células epiteliales escamosas; las de tipo II son más gruesas y, además de producir la capa de líquido que recubre los alvéolos, tam­ bién sintetizan y secretan el surfactante pulmonar (v. más adelante). Bajo el epitelio alveolar se sitúan los capilares pulmonares. Las membranas celulares de las células epiteliales alveolares y de las células endoteliales del capilar pulmonar están en aposición cercana, y la sangre pulmonar sólo está separada del aire alveolar por un grosor de 0,5 |im (fig. 16-3). Intercaladas entre los capila­ res en las paredes de los alvéolos se encuentran las fibras elásticas y de colágeno que forman el tejido conjuntivo del pulmón. Este une los alvéolos para formar el parénquim a pulmonar, que tiene una apariencia esponjosa. Los alvéolos vecinos se interconectan por pequeños conductos aéreos denominados poros de Kohn.

Estructura de la pared torácica Los pulmones no son capaces de expandirse por sí solos, de mane­ ra que la expansión se consigue gracias a los músculos respirato­ rios, capaces de cambiar las dimensiones de la pared torácica (v. apart. 16.4). Los principales músculos respiratorios son el diafrag­ ma y los músculos intercostales internos y externos. Los músculos in­ tercostales externos están dispuestos de manera que desplazan las costillas hacia arriba y hacia fuera cuando se contraen. Los múscu­ los intercostales internos tiran de las costillas hacia abajo, en direc­ ción contraria a la ejercida por los músculos intercostales externos.

POSTERIOR

Fig. 16-4. Disposición de los músculos respiratorios del tórax humano. En­ tre cada dos costillas hay dos capas de tejido muscular: la de los intercostales externos y la de los intercostales internos. La figura ilustra la orientación de las fibras musculares en estos grupos musculares. Obsérvese que el ángulo de los músculos intercostales externos les permite elevar la parrilla costal cuan­ do se acortan, y expandir de este modo el tórax. Los músculos intercostales internos actúan desplazando hacia abajo la parrilla costal. La contracción de los músculos accesorios actúa elevando la parrilla costal, mientras que la con­ tracción de los músculos abdominales tiende a forzar el desplazamiento del diafragma en dirección al tórax, ayudando asi a la espiración.

Además hay otros que, aunque no intervienen en la respiración normal y pausada, pueden utilizarse durante el ejercicio. Se trata de los músculos accesorios, que ayudan a la inspiración, y los músculos abdominales, que ayudan a la espiración (fig. 16-4). La pared torácica está recubierta por una membrana denomi­ nada pleura parietal (fig. 16-5), separada de la pleura visceral que recubre los pulmones por una fina capa de líquido que lubrica las superficies de las membranas pleurales cuando se m ueven duran­ te la respiración. El volum en total de liquido es de aproximada­ mente 10 mi. Se trata de un ultrafiltrado del plasma que normal­ mente drena a través del sistema linfático situado por debajo de la pleura visceral. Las propias membranas pleurales están formadas por dos capas de tejido conjuntivo colágeno y elástico que se unen en las raíces de los pulmones. Por debajo de la pleura visce­ ral se sitúa la membrana limitante del propio pulm ón que, junto con la pleura visceral, limita la expansión de los pulmones. Éstos únicamente están separados de la pared torácica por las membra­ nas pleurales y, cuando no están afectados por ninguna enferme­ dad, ocupan prácticamente toda la cavidad torácica, excepto el mediastino (que contiene el corazón y los vasos de gran calibre).

Inervación del sistema respiratorio Los músculos respiratorios no se contraen espontáneamente. La respiración rítmica depende de los im pulsos nerviosos generados en los nervios frénicos e intercostales, que son los nervios moto-

16.4 Mecánica de lo respiración

Tráquea

353

Resumen 1.

Las vías aéreas están formadas por la nasofaringe, la laringe, la tráquea, los bronquios y los bronquiolos. Los bronquios se rami­ fican de forma dicotóm ica en 23 generaciones hasta alcanzar los alvéolos. Las primeras 16 generaciones, denom inadas vías aéreas de conducción, no desem peñan un papel im portante en el inter­ cambio de gases. Las otras siete generaciones (los bronquíolos respiratorios, los conductos alveolares y los alvéolos) constituyen las vias respiratorias de transición y de intercam bio respiratorio.

2.

Las vias aéreas altas (tráquea y bronquios) se m antienen abiertas por la acción de anillos o placas de cartílago. Los bronquíolos no poseen cartílago y sus paredes están formadas fundam entalm ente por m úsculo liso. El árbol respiratorio está recubierto por un ep i­

3.

telio ciliado que contiene numerosas células secretoras de moco. Los alvéolos son el principal lugar de intercambio de gases. Sus pa­ redes están formadas por una capa de epitelio m uy fina que recu­ bre una densa red de capilares pulmonares. Las paredes alveolares también contienen una pequeña cantidad de tejido conjuntivo.

4.

La pared torácica está formada por la parrilla costal, los m úsculos intercostales y el diafragma. Se halla revestida por la pleura y for­

O MASSON. S.A. Fotocopiai nin miloil/nclón ott un dolilo

ma un com partim ento de grandes dim ensiones, im permeable a los gases, q u e contiene los pulm ones. Por tanto, la pared torácica

res de los músculos respiratorios. La descarga rítmica de estos -r.-vios está controlada por la actividad de grupos específicos de neuronas situados en el tronco del encéfalo. El control nervioso - . .a respiración se tratará más adelante (v. apart. 16.7). El músculo liso de los bronquios y de los bronquíolos está nervado por fibras colinérgicas parasimpáticas, que llegan al r ulmón a través de los nervios vagos. La activación de estos ner. ios provoca una broncoconstricción. Los nervios simpáticos nervan los vasos sanguíneos del circuito bronquial, pero no ex is­ te inervación simpática directa del músculo liso de los bronquío­ los. La broncodilatación aparece como respuesta a la adrenalina y .a noradrenalina circulantes. Estas hormonas actúan en los recep­ tores |3-adrenérgicos para provocar la relajación del músculo liso. Por esta razón, para superar el broncoespasmo de un ataque as­ mático se inhalan fármacos (i-adrenérgícos, como por ejemplo el salbutamol. Además de su inervación colinèrgica y adrenérgica, el tono del músculo liso de las vías respiratorias también está re­ gulado por fibras nerviosas autónomas que segregan óxido nítri­ co. Entre los agentes que inducen constricción de las vías respira­ torias están la sustancia P y la neurocinasa A. Los propios pulm ones contienen receptores de distensión de adaptación lenta, receptores para sustancias irritantes y termina­ ciones pulmonares de fibras C, que mandan información al SNC a través de fibras viscerales aferentes de los nervios vagos. El papel de estos receptores es fundamental en diversos reflejos respirato­ rios que se exponen más adelante.

16.4 Mecánica de la respiración Es obvio que la respiración se asocia con cambios en el volumen del tórax. Durante la inspiración, el tórax se expande y el aire penetra en los pulmones. Durante la espiración, el volumen del tórax dismi­ nuye y el aire es expulsado fuera de los pulmones. Este movimiento de aire hacia dentro y hacia fuera de los pulmones se conoce como ventilación. En este apartado se examinan los mecanismos responsa-

5.

forma parte del sistema respiratorio. Los m úsculos de la respiración reciben inervación motora a tra­ vés de los nervios frénicos e intercostales. El m úsculo liso de los bronquios y de los bronquíolos está inervado por fibras colinér­ gicas parasimpáticas. El parénquima pulmonar y el árbol bron­ quial poseen receptores de distensión y receptores que respon­ den a sustancias irritantes.

bles de los cambios de las dimensiones del tórax y se discute acerca de los factores que controlan el flujo de aire en las vías aéreas.

Volúmenes pulm onares El volum en de aire que entra y sale del tórax durante la respira­ ción se puede medir con ayuda de un espirómetro, consistente en una campana invertida que dispone de un sello de agua para for­ mar una cámara hermética. La campana se puede mover libre­ mente en sentido vertical, y dichos m ovim ientos se registran en un gráfico o mediante un ordenador (fig. 16-6). La relación entre los diversos volúm enes pulmonares se mues­ tra en la figura 16-7. Cuando el tórax se expande hasta su máxima capacidad y los pulmones pueden expandirse por completo, la cantidad de aire que contienen alcanza un valor máximo, que co­ rresponde a la capacidad pulm onar total. Si esta acción va seguida de una espiración máxima, al final, en los pulm ones aún quedará un volum en de aire que no puede ser expulsado, el llamado volu­ men residual (VR). La cantidad de aire espirado durante una espi­ ración máxima efectuada después de una inspiración máxima re­ cibe el nombre de capacidad vita l (CV). El aire inspirado y espirado en cada ciclo respiratorio recibe el nombre de volumen corriente (VT, volumen tidal). En reposo, cuan­ do la respiración es tranquila y normal, el volumen corriente (apro­ ximadamente 0,5 1) es mucho menor que la capacidad vital (aproxi­ madamente 5 1). La diferencia en el volumen pulmonar al final de

3 5 4 |^ 1 6 S is te m a r e ^ ifo l^

Tabla 16-2. V alores típ ic o s d e lo s v o lú m e n e s y ca p a cid a d es resp ira to rio s en h o m b r e s j ó v e n e s sa n o s en situ a c ió n d e rep o so

é T \ k J \

Volum en pulmonar total (1) Capacidad vital (1) Volumen residual (1)

Campana invertida Inspiración

- V Sello de agua

sujeto' t i g . 16-6.

—

1TT T

6,0 4,8 1,2

Volumen corriente (1)

0,6

Frecuencia respiratoria (respiraciones - m in 1)

12

Ventilación m inuto (1 min ') Capacidad residual funcional |1)

7,2 2,2

Capacidad inspiratoría (1) Volumen de reserva inspiratoria

3,8 2,5

Volumen de reserva espiratoria

1,0

Espiración

►

~

^

J

I

Un espirómetro con registrador ni sujeto respira a rravés de

la boca utilizando el tubo flexible que muestra la parte inferior izquierda. La inspiración extrae aire de la campana y el volumen de aire contenido en ésta dism inuye. Durante la espiración, aumenta. Estos cambios de volumen se registran en un gráfico calibrado, como muestra la figura Habitualmentc, el espirómetro está conectado a un circuito de gases más elaborado, con un recipiente do cal sodada para absorber el dióxido de carbono espirado.

una inspiración normal y la capacidad vital se conoce con el nom­ bre de volumen Je reserva inspiratorio (VR1). La cantidad de aire que se puede espirar de forma forzada después de una espiración nor­ mal se denomina volumen de reserva espiratorio (VRE). La capacidad residual funcional (CRF) es el volumen de aire que queda en el inte­ rior de los pulmones al final de una espiración normal. Los volú ­ menes pulmonares varían en función del tamaño corporal (son ma vores en las personas más corpulentas), la edad, el sexo (los volú menes tienden a ser menores en las mujeres que en los hombres, para una corpulencia similar) y el entrenamiento. La tabla 16-2 muestra los valores típicos para hombres adultos jóvenes y sanos. El volumen corriente varía según los requerimientos de oxige­ no del organismo. Por consiguiente, los volúm enes de reserva inspiratoria y espiratoria también son variables — cuanto mayor sea el volumen corriente, menores serán los volúm enes de reserva inspi-

ratoria y espiratoria . En cambio, para cada individuo determina­ do, la capacidad vital y el volumen residual son relativamente fijos. A excepción del volum en residual y de la capacidad residual funcional, lodos los volúm enes pulmonares se pueden medir di­ rectamente mediante una espirometría simple. La capacidad resi­ dual funcional y el volum en residual se pueden determinar por el método de dilución de helio (cuadro 16.3).

La inspiración está provocada por la contracción del diafragma y de los músculos intercostales externos; la espiración es fundam entalm ente pasiva, y se debe a la retracción elástica de los pulm ones y de la pared torácica Los diversos musculos respiratorios se utilizan en diferentes mo­ mentos del proceso. El diafragma es el músculo principal y el úni­ co que está activo durante la respiración en reposo; forma una lá­ mina continua que separa el tórax del abdomen, y en reposo tiene forma de cúpula. Durante la inspiración, se contrae y se aplana, y con ello aumenta el volumen del tórax. Durante la espiración, el diafragma se relaja ligeramente y la retracción elástica de la pared torácica y de los pulmones desencadena la espiración pasiva. Cuando la demanda de oxígeno aumenta, entran en acción los otros músculos implicados en la inspiración, la pared torácica se

6.0

Fig. I6-7.

Subdivisiones de los volúm enes pulmo

nares. El registro muestra una espirometría ideal en la que se registran los cambios de! volumen pulmonar durante la respiración normal en reposo (volumen co­

4.5

E

rriente en reposo), seguidos por una amplia ¡aspira­ ción hasta la capacidad pulmonar total y de una espi­ ración completa hasta el volumen residual. Lsto mide la capacidad vital. Obsérvese que el volumen residual

3,0

v la capacidad funcional residual no se pueden medir con ayuda de un espirómetro. Como muestra la parte

1.5 residual

Tiempo (s)

Volumen residual ____ i____ 60

derecha de la figura, el volumen corriente se puede modificar (p. ej., durante el ejercicio). Los volúm enes de reserva inspiratoria y espiratoria se hacen mas pe­ queños cuando el volumen corriente aumenta.

16.4 Mecánica de lo respiración

Cuadro 16.3 Determinación de la capacidad hincionai residual y del volumen residual por medio del método de dilución de helio I I I

• iio r de los diferentes volúm enes pulm onares tiene interés en dijr'sas enferm edades respiratorias. Resulta, por tanto, deseable pomedirlos con cierta precisión. Mientras que es posible medir di-

I -rea m en te el cambio en el volum en de los pulm ones durante diverI -jn io b r a s respiratorias m ediante un espirómetro, no es posible I -: de este modo el volum en de aire que queda en el interior de I - pulm ones al ünal de una espiración normal (la capacidad residual I _- . ¡onal o CRE) ni el volum en residual (VR). En lugar de ello se miI I

por el m étodo de dilución de helio. .

determinar la CRE, se pide a un in d ivid u o que respire normal-

I - e n te , y a continuación se le pide que inspire el contenido de un es• metro que con lien e un volum en conocido de aire que contiene concentración conocida del gas inerte helio. A m edida que el gas contiene helio es inspirado y espirado, el helio queda diluido en r • ‘Sumen de aire que queda en el interior de los pulm ones. Una me: nn posterior de la concentración de helio permite calcular este c íí

.um en adicional m ediante la siguiente fórmula:

(

concentración inicial de helio \ , 1 IX volumen del espirómetro concentración final de helio /

— ---------, —

Pira medir el VR se utiliza un procedim iento similar, pero se pide al "iiv id u o que efectúe una espiración máxima antes de respirar el ntenido del espirómetro que contiene el helio, la diferencia de volumen entre la ORI y el VR es el volum en de re­ serva espiratorio (VRE), m ientras que la capacidad pulmonar total -PT¡ se alcanza después de una inspiración plena. El volum en comrrendido entre la CRF y la CPT se denomina capacidad inspiratoria El volum en de reserva inspiratorio (VRI) es el volum en máximo : e aire que se puede inspirar despucs de una respiración normal. Escantidades están relacionadas por las siguientes ecuaciones: CRP = VRE 4- VR CPT = CRF I C1 C1 = VT + VRI donde VT es el volumen corriente. La capacidad vital (CV) es el volu­ men de aire que se puede espirar a partir del volumen pulmonar total: CV = CI + VRE Si se conoce el valor de la CRE o del VR, el resto de volúm enes pul­ monares (incluyendo el volum en pulmonar total) se pueden determ i­ nar con ayuda de un espirómetro.

eleva y se desplaza hacia fuera por la actividad de los músculos intercostales externos y el diafragma se contrae con más fuerza, de manera que el volumen del tórax aumenta todavía más. Durante el ejercicio intenso se ponen en funcionamiento los músculos acceso­ rios, que actúan elevando todavía más la pared torácica, tal y como muestra la figura 16-4. Durante el ejercicio, los músculos intercos­ tales internos se contraen para ayudar a reducir el volumen del tó­ rax y, en estas condiciones, la espiración se convierte en un pro­ ceso parcialmente activo. La contracción de los músculos abdomi­ nales, que empujan el contenido del abdomen contra el diafragma — desplazándolo hacia arriba y reduciendo el volumen del tó­ rax— puede contribuir también a la espiración forzada.

355

Presión intrapleural En condiciones normales, los pulmones se expanden para llenar la cavidad torácica, porque la presión dentro del espacio lleno de lí­ quido comprendido entre los pulmones y la pared torácica es infe­ rior a la presión del aire contenido en los alvéolos. Esta presión se conoce como presión intrapleural y se puede medir como se descri­ be en el cuadro 16.4. Al final de una espiración en reposo su va­ lor es inferior en aproximadamente 0,5 kPa (5 cm H ,0)— a la pre­ sión atmosférica. Por convención, las presiones inferiores a la presión atmosférica se denominan presiones negativas, y las superio­ res a la presión atmosférica se denominan presiones positivas. Por tanto, la presión intrapleural al final de una espiración en reposo es de 0,5 kPa o -5 cmH.O. Durante la inspiración la pared torácica se expande y la presión intrapleural se hace más negativa, alcanzando un valor máximo de aproximadamente —1 kPa (—10 cmH,0). Si se punciona la pared torácica con una aguja de modo que su punta quede situada en el espacio intrapleural, se produce una entrada de aire desde la atmósfera hacia el interior de la cavidad torácica (neum olórax). En estas condiciones, la presión intrapleu­ ral se iguala con la atmosférica, y el pulmón afectado se colapsa. Esto demuestra que el valor negativo de la presión intrapleural se debe a la retracción elástica de los pulmones.

Cambios de presión d u ran te el ciclo respiratorio Como ocurre con todos los líquidos y los gases, el aire fluirá des­ de una región de alta presión a una de baja presión. De esto se de­ duce, por tanto, que el aire penetra en los pulm ones durante la inspiración debido a que la presión del interior de los pulm ones (la presión alveolar o presión intrapulm onar) es inferior a la atmos­ férica. Por contra, durante la espiración, la presión alveolar supe­ ra a la presión atmosférica y el aire es expulsado hacia el exterior. La figura 16-8 muestra las variaciones de la presión en los pul­ mones durante un único ciclo respiratorio. A medida que el tórax se expande, la presión intrapleural cae, y esto provoca la expansión de los pulmones. La presión alveolar desciende por debajo de la pre­ sión atmosférica. A medida que el aire penetra en los pulmones, la presión alveolar aumenta hasta que alcanza el valor de la presión at­ mosférica. En este momento la presión intrapleural alcanza su valor más negativo. Durante la espiración, la presión intrapleural aumen­ ta (es decir, se hace menos negativa) y la tensión de las fibras elásti­ cas del parénquima hace que el volumen de los pulmones se reduz­ ca. Esto provoca un aumento de la presión alveolar, que fuerza la sa­ lida del aire de los pulmones. A medida que el aire es expulsado, la presión alveolar cae hasta alcanzar una vez más la presión atmosfé­ rica, y el ciclo comienza nuevamente con la siguiente inspiración.

¿Cuánto tiene que cam biar la presión intrapleural para que una determ inada cantidad de aire penetre en los pulm ones? El cambio de volumen del tórax provocado por la variación de la presión intrapulmonar se denomina compliancia. La compliancia

356

16 Sistemo respiratorio

Inspiración

Cuadro 16.4 Medición de la presión intrapleural y la absorción de gas del espacio intrapleural

Espiración

En principio se puede medir directam ente la presión intrapleural in­ sertando una aguja en el espacio intrapleural y m idiendo la presión. Este m étodo resulta ser técnicam ente d ifícil e invasivo. Un m étodo más sencillo y m enos in vasivo se basa en el hecho de que la presión q u e existe en la luz de la porción intratorácica del esófago es la mis­ ma que la presión intrapleural. Esta situación se produce porque el esófago es un tubo colapsable, de m odo q u e cuando atraviesa el tó­ rax está sujeto a la misma presión que los elem entos situados fuera de los pulm ones — la presión intrapleural. Para m edir la presión intrapleural, se coloca habitualm ente un balón lleno de agua en el tercio inferior del esófago y se conecta a un ma­ nómetro. M ediante esta técnica, se observa que el valor de La presión

Tiempo (s) F ig. 16-8.

Cambios en la presión intrapleural y alveolar durante un

intrapleural al final de una espiración en reposo es de aproxim ada­ m ente - 0 ,5 kPa (-5 cmHjO) en relación con la presión atmosférica (que por co n ven ción se considera cero). Durante la inspiración, la pared torácica se exp an d e y la presión intrapleural se hace más

único ciclo respiratorio. O bsérvese que los cam bios de la presión intra­ pleural se producen antes del cambio de la presión alveolar.

negativa, alcanzando un m áximo de, aproxim adam ente, - 1 kPa (—10 cmH¡Oj. Durante una espiración forzada la presión intrapleu­

expansión del tórax; por el contrario, si es baja, el tórax sólo se puede expandir con dificultad. En las personas jóvenes y sanas, la compliancia estática tiene un valor de 1,01 • kPa '1(0,11 • cm H ,0 ’), tal como demuestra la línea negra recta de la figura 16-9. Durante la respiración normal, es necesario un cambio impor­ tante de la presión para desplazar un volum en dado de aire hacia

ral se puede hacer positiva y puede alcanzar valores de 10 kPa (100 cmH.,0). Puede parecer sorprendente que la presión intrapleural sea siempre inferior a la presión alveolar. ¿Por qué no tiene lugar la acu­ mulación de aire en el espacio intrapleural? ¿Por qué el aire de un neum otórax desaparece finalm ente del espacio intrapleural? La pre­ sión total de los gases en la sangre venosa (aproximadam ente 93 kPa o 700 mmHg) es m enor que la existen te en los alvéolos (101 kPa o 760 mmHg), dado q u e hay una dism inución considerable de la PO, pero sólo un aum ento ligero de la PCOr La PN, no se modifica. En el aire atrapado, la PO, y la PCO, se equilibran con las de los tejidos ad­ yacen tes y la PN: aumenta a m edida que se absorbe el oxigen o. Esta secuencia favorece la absorción del nitrógeno a favor de su gradien­ te de concentración. La consecuencia de la absorción de nitrógeno es un increm ento de las P 0 2 y PCO, que, de n u evo, se equilibran con las existen tes en los tejidos adyacentes, de forma que la P N , v u elv e a

tr o «

-8

aumentar. Este ciclo se repite hasta que se ha reabsorbido todo el gas. En térm inos estrictos, una vez que el gas ha sido absorbido no hay presión intrapleural debido a que las membranas pleurales se m antienen unidas entre sí por fuerzas interm oleculares. N o obstan­

a

te, el concepto de presión intrapleural es útil para describir la m ag­ n itud de las fuerzas que actúan sobre los pulm ones durante la respi­ ración normal. El equilibrio de las fuerzas de Starling es la causa de que normal­ m ente casi no haya líq u id o en el espacio intrapleural. La presión os­ mótica ejercida por las proteínas plasmáticas es mayor que la presión capilar transmural (la presión capilar m enos la presión intrapleural). Por tanto, la presión de filtración neta favorece la absorción de li­ quido. No obstante, en ciertas situaciones patológicas las fuerzas de Starling favorecen el m ovim iento de liquido hacia el espacio intra­ pleural, lo que da lugar a un derrame pleural.

Presión intrapleural Fig. 16-9.

Relación presión-volum en para un único ciclo respiratorio.

La compliancia del sistema respiratorio vien e dada por la pendiente de la curva. Esto representa la variación del volum en si el trabajo respiratorio se efectuara en contra de una resistencia puram ente elástica. Durante la inspiración se necesita una presión adicional para superar la resistencia al

es una medida de la facilidad con que se puede modificar el volu ­ men torácico y se determina cuando no existe movimiento de aire ni hacia el interior ni hacia el exterior de los pulmones (complian­ cia estática). Si la compliancia es elevada, ha}' poca resistencia a la

flujo aéreo y otras fuerzas resistivas. Esto queda dem ostrado por el des­ plazam iento hacia la derecha de la recta de com pliancia. El desplazam ien­ to hacia la izquierda de la recta de com pliancia muestra el trabajo resis­ tivo efectuado durante la espiración pasiva.

16.4 Mecánica de la respiración

el tórax, en comparación con lo esperado según la compliancia es­ tática del tórax. Este efecto se representa por la curva de «inspi­ ración» marcada en la figura 16-9. Son necesarias presiones adi­ cionales para superar las resistencias no elásticas adicionales; estas resistencias son: 1. Resistencia de las vías aéreas al m ovim iento del aire (la resis­ tencia de las vías aéreas). 2. Fuerzas de fricción derivadas de la viscosidad de los pulmo­ nes y de la pared torácica. 3. Inercia del aire y de los tejidos. Entre ellas, la resistencia de las vías aéreas (o respiratorias) es sin duda la más importante. La resistencia del tejido representa aproximadamente una quinta parte del total, mientras que la inercia del tracto respiratorio (aire más tejidos) sólo es importante cuando se producen cambios bruscos e importantes en el flujo aé­ reo, tal y como ocurre al toser o al estornudar. Durante la espira­ ción, el flujo aéreo cuenta con la asistencia que le presta la elasti­ cidad de los pulmones, que tienden a colapsarse, y con la de la pa­ red torácica, que vuelve a su posición de reposo. De este modo, durante la espiración se alcanzan los mismos volúm enes pulmo­ nares con presiones más bajas. Por tanto, la relación presión-vo­ lumen durante un único ciclo respiratorio tiene forma de bucle cerrado, como muestra la figura 16-9. La explicación fisiopatológica de esta propiedad (denominada histéresis) se expone más ade­ lante. La compliancia del tórax intacto está determinada por la elas­ ticidad de la pared torácica y los pulmones. (Un cuerpo elástico es

Presión de relajación (cmH20)

Fig. 16-10.

Relaciones presión-volum en en el tórax intacto (curva T),

en la pared torácica (curva C) y en los pulm ones (curva L). En el eje de or­ denadas aparecen los volúm enes en porcentaje de la capacidad vital, mientras que en el eje de abscisas aparecen las presiones en relación con la presión atmosférica. Se puede observar que sólo requiere presiones po­ sitivas la insuflación de los pulmones; sin embargo, la pared torácica asu­ me de forma natural aproxim adam ente las dos terceras partes de su volu ­ men. I.os volúm enes más pequeños requieren una presión negativa. La presión necesaria para un volum en dado en el tórax intacto es la suma de las presiones de la pared torácica y de los pulm ones. En el volum en de re­ lajación ( VK), la presión en los pulm ones está equilibrada con precisión respecto a la de la pared torácica.

357

aquel que vuelve a recuperar sus dimensiones originales tras la eli­ minación de una fuerza externa que lo deformaba.) Si los múscu­ los respiratorios están relajados y la glotis se mantiene abierta, el volum en del tórax intacto es aproximadamente un 30% de la ca­ pacidad vital. Esto es lo que se conoce como volum en de relajación con el tórax intacto. Los volúm enes torácicos superiores o meno­ res a este valor sólo se pueden alcanzar mediante un esfuerzo mus­ cular. Si se abre la pared torácica cuando hay un volumen de rela­ jación, las costillas se desplazan hacia fuera y el pulmón se colapsa. El volum en asumido por la pared torácica es mayor, mientras que el de los pulmones es menor, en comparación con la situación de tórax intacto. Esto hace que las dimensiones del tórax en repo­ so reflejen el equilibrio de las fuerzas que actúan sobre la pared to­ rácica y los pulmones. La elasticidad de la pared torácica (y, por tanto, su compliancia) está determinada principalmente por la de sus músculos, ligamentos y tendones. La elasticidad de los pulmo­ nes viene dada por dos factores principales: las fibras elásticas existentes en el parénquima pulmonar y la tensión superficial in­ ducida por la capa de líquido que reviste los alvéolos. Por ello, las relaciones presión-volum en de la pared torácica y los pulmones difieren significativamente, tal como se muestra en la figura 16-10.

¿Qué puntos de las vías aéreas ejercen resistencia? En un sistema de tubos intensamente ramificados, tal como ocu­ rre con el árbol bronquial del ser humano, es difícil determinar con precisión los patrones del flujo de aire en toda la estructura. Al igual que el flujo sanguíneo en el sistema circulatorio, el flujo de aire a través de las vías respiratorias puede ser laminar o tur­ bulento. El flujo laminar tiene lugar cuando el flujo lineal es bajo (flujo en volum en por segundo dividido por el área de sección). N o obstante, cuando el flujo lineal aumenta por encima de una velocidad crítica, el flujo laminar desaparece, aparecen remolinos y el flujo se hace turbulento. El flujo turbulento tiene más posibilidades de aparecer en los tubos de calibre grande y las ramificaciones regulares cuando la velocidad del flujo es elevada. A diferencia del flujo laminar, en el que la resistencia frente a éste es constante en un tubo de di­ mensiones dadas (v. cap. 15, cuadro 15.4), cuando el flujo de aire es turbulento, la resistencia aumenta junto con la velocidad del flujo. Ésta es la situación que tiene lugar en las vías respiratorias superiores (nariz, faringe y laringe), y que explica aproximada­ mente la tercera parte de la resistencia total de la vía respiratoria. Esta resistencia se puede reducir de manera significativa respi­ rando a través de la boca, lo que se hace con frecuencia durante el ejercicio intenso. Los dos tercios restantes de la resistencia de la via respiratoria se localizan en el propio árbol traqueobronquial. La resistencia mayor frente al flujo de aire se observa en los bron­ quios segmentarios (generación 4) en los que la superficie trans­ versal es relativamente baja y el flujo de aire elevado (y turbu­ lento). A medida que las vías respiratorias se ramifican todavía más, aumenta su superficie transversal y dism inuye la velocidad del flujo lineal. Para el momento en el que el aire alcanza las vías respiratorias de calibre más pequeño, el flujo es laminar y la re­ sistencia m uy pequeña (fig. 16-11).

358

16 Sistemo respiratorio

---- 1----- -------------r 10.000

1 000 E

¿Cuánto trabajo se realiza durante la expansión pulm onar? El hinchamíento y el deshinchamiento de los pulmones y de la pa­ red torácica requieren la realización de un trabajo por parte de los músculos respiratorios. Trabajo mecánico es aquel que se efectúa

x e

cuando se m ueve una carga a lo largo de una distancia (v . cap. 7). 100

En un sistema tridimensional, como el sistema respiratorio, el tra­

Bronquio segmentario

bajo efectuado es igual al cambio de presión m ultiplicado por el cambio de volum en (fig. 16-12). Durante la respiración tranquila, las m odificaciones del volum en son escasas y el trabajo realizado pequeño. Si aumenta la intensidad respiratoria, tal com o ocurre durante el ejercicio, la curva de presión-volum en adquiere una su­

o

5

10

p erficie m ayor y aumenta el coste energético de cada respiración.

!

i

15

20

Durante la inspiración, el trabajo respiratorio está constituido

Generación de la vía respiratoria Fig. 16-11.

por dos componentes: el trabajo necesario para superar las fuer­

Resistencia de las vías respiratorias en función de la genera­

zas elásticas de la pared torácica y los pulmones, y el trabajo ne­

ción de las vías respiratorias. Se puede observar que la resistencia es ma­

cesario para superar las resistencias no elásticas. Durante la inspi­

yor en los bronquios segmentarios, que son también los que presentan la

ración, los elementos elásticos de los pulm ones y la pared toráci­

superficie transversal menor. T.a resistencia disminuye abruptamente a

ca están distendidos y el trabajo que se realiza durante esta fase

medida que aumenta la superficie transversal.

de la respiración aparece en el área marcada com o A en la figura 16-12a. El trabajo adicional necesario para superar la resistencia

La resistencia de las vías aéreas dism inuye a medida que el v o ­

de la vía respiratoria aparece en el área marcada com o B. Durante

lumen de los pulmones aumenta. Este cambio se debe, sobre todo,

la espiración tranquila, el tórax muestra una relajación pasiva y la

a las fuerzas que actúan sobre los bronquíolos, en cuya pared no

energía necesaria procede de los elementos elásticos que habían

existe cartílago. Estas vías aéreas están unidas al parénquim a pul­

quedado distendidos durante la inspiración. Por tanto, el trabajo

monar que contiene tejido con juntivo. A medida que los pulm o­

de la espiración tranquila lo realizan los músculos de la inspira­

nes se expanden, el tejid o con ju n tivo del parénquima tira de los

ción. Sin em bargo, durante la espiración forzada es necesario un

bronquíolos y hace que el diámerro de éstos aumente, y la resis­

esfuerzo muscular adicional, tal com o ocurre en la enferm edad

tencia de las vías aéreas disminuya.

pulm onar obstructiva (figura !6-12c). Si dism inuye la com plian-

Normal

(b)

Fig. 16-12.

Trabajo frente a las resistencias elásticas

Trabajo espiratorio = A Trabajo inspiratorio = A + B

Trabajo respiratorio. La figura mues-

tra el aumenta del volumen por encima de la CRF, representado en función de la variación de la pre­ sión intrapleural. Dado que el trabajo destinado a cambiar el volumen del tórax viene dado por el área de la curva presión-volumen, el trabajo de inspira­ ción es mayor que el trabajo de espiración, como muestra el panel (a). Por tanto, mientras que la ener­ gía para la espiración deriva mayoritariamente de la tracción de los elementos elásticos de los pulmones

Trabajo frente a las resistencias de las vías aéreas, etc.

y de la pared torácica durante la inspiración, el área del bucle marcado como B representa la energía que se pierde en forma de calor durante un ciclo respi­

0,2 0,4 0,6 Variación de la presión (kPa)

Variación de la presión (kPa) (c)

Enfermedad pulmonar obstructiva 1,0

(d)

ratorio aislado. El panel (b) muestra los dos compo­ nentes principales del trabajo inspiratorio. Los pa-

Reducción de la compliancia

ciernes que presentan una enfermedad pulmonar obstructiva deben superar una resistencia mavor de

1.0

las vías aéreas al respirar. Hn estos pacientes es ne­ cesario una mayor variación de presión para mover un volumen determinado de aire hacia el interior y hacia el exterior de los pulmones. Esto tiene como consecuencia

un

trabajo

suplementario,

como

muestra el panel (c). Si la compliancia del tórax dis­ minuye, se necesita una variación de presión mayor para m over un volumen determinado de aire, y esto obliga a efectuar un trabajo suplementario, como

,2

0.0 0,2 0,4 0,6 Variación de la presión (kPa)

0.2

i

0,4

0,6

0,8

Variación de la presión (kPa)

muestra el panel (d). [Compare el área de esta curva presión-volumen con la que muestra el panel (a)j.

359

16.4 Mecánico de lo respiración

Normal

Aumento de la resistencia elástica

Suero salino

Aumento de la resistencia al flujo de aire

| 100 Inflación

iP , cmH.O

Frecuencia respiratoria (respiraciones/min ') Fig. 16-13.

Trabajo respiratorio para diferentes frecuencias en personas

P re s ió n

Fig. 16-14.

Relaciones presión-volumen para pulmones aislados de gato

normales, en pacientes con ¡ncremenro de la resistencia elástica y en pa­

cuando se insuflan con aire o con suero salino isotónico. Obsérvese que se ne­

ten tes con aumento de la resistencia al flujo de aire. En las personas nor­

cesitan unas presiones mucho más bajas para expandir los pulmones llenos

males, el trabajo respiratorio es minimo para una frecuencia respiratoria

de suero, y que la curva para la inflación es virtualmente igual que la curva

de aproximadamente 15 respiraciones • min *. Cuando aumenta la resis­

para la deflación. Para los pulmones llenos de aire, se necesitan unas presio­

tencia elástica, el trabajo queda minimizado por la realización de respira­

nes mucho mayores para una variación dada de volumen, y la curva muestra

ciones frecuentes y superficiales. Por el contrario, las respiraciones lentas

una histéresis

y profundas minimizan el trabajo necesario en las situaciones de aumen­

hasta un volumen determinado en comparación con la presión necesaria du­

se necesita una presión mayor para insuflar los pulmones

to de la resistencia al flujo de aire.

rante la deflación

cia del tórax (figura 16-I2d), es necesaria una presión intraplcural

te colapsados. lil hecho de que la presión necesaria para mantener

. Vcase el texto para una explicación más detallada.

mayor para conseguir un cambio dado en el volum en pulmonar,

un determinado volum en pulmonar durante la insuflación sea de­

de manera que aumenta el trabajo respiratorio.

sigual, en oposición a la del deshinchamiento, se conoce con el

Para desplazar un volumen dado de aire hacia el interior y el

nombre de histéresis (fig. 16-9). Sin embargo, si los pulmones se lle­

exterior de los pulmones, la respiración puede ser lenta y profunda

nan con suero salino isotónico (ClNa al 0 ,9 % ) las presiones necesa­

o bien rápida v superficial. La respiración lenta y profunda se

rias para expandir el pulmón hasta un volumen determinado son

acompaña de un incremento en el trabajo frente a las fuerzas clásti­

mucho menores y la histéresis es m uy pequeña o nula.

cas de los pulmones y de la pared torácica (la resistencia clástica),

¿Por qué resulta más difícil expandir los pulmones con aire que

mientras que la respiración rápida y superficial induce un aumen­

con suero salino? Cuando los pulmones se expanden con suero sali­

to de la resistencia al flu jo de aire. Por tanto, el trabajo respiratorio

no, la única fuerza que se opone a dicha expansión es la tensión de

pasa a través de un minimo que, en las personas normales, se con­

los elementos clásticos del parénquima, que experimentan un esti­

sigue mediante una frecuencia respiratoria de aproximadamente

ramiento a medida que los pulmones se expanden. En cambio, cuan­

15 respiraciones • min '. Si aumenta la resistencia elástica, el traba­

do los pulmones se expanden con aire, la tensión superficial de los

jo respiratorio disminuye al incrementarse la profundidad de las

alvéolos en la interfase aire-liquido también se opone a la expan­

respiraciones y ai disminuir la frecuencia respiratoria (fig. 16-13).

sión. Igual que ocurre en el caso de las burbujas de gas contenidas en un líquido, la magnitud de la tensión superficial en el interior de

© MASSON. S A Folocopiiir sin autorización 08 un dolilo

los alvéolos viene determinada por la ley de Laplace, que establece

La tensión superficial en los alvéolos contribu ye a la elasticidad de los pulmones

que la presión (P ) en el interior de una esfera hueca equivale a dos veces el valor de la tensión superficial (T ) dividida por el radio (r)\ 2T P = ---r

Durante las fases iniciales de la insuflación de aire, los pulmones

Los alvéolos tienen un diámetro aproximado de 100 |im tras una

colapsados precisan que haya una presión considerable antes de

espiración normal tranquila. Si estuvieran revestidos por un líquido

comenzar a aumentar de volumen (aproximadamente de 0,8 a

intersticial normal con una tensión superficial de aproximadamente

1,0 kPa — fase 1 en la fig. 16-14

). A continuación

>s pulmones

70 m N • m ', la ley de Laplace obligaría a que el gradiente de presión

se expanden casi proporcionalm ente al aumento de la presión (fase

a través de la pared alveolar fuera de aproximadamente 3 kPa para

2), hasta que se aproximan a su capacidad máxima (fase 3). Una vez

impedir el colapso; la expansión necesitaría presiones todavía ma­

que se han expandido por completo, el volum en de los pulmones

yores. N o obstante, tal como muestra la figura 16-12, los pulmones

no cambia demasiado durante el deshinchamiento, hasta que la

se pueden insuflar con presiones mucho menores que éstas. La in­

presión que los mantiene abiertos disminuye hasta unos 0,8 kPa

suflación máxima se alcanza con menos de 2 kPa y los pulmones se

(fase 4); a partir de este momento, su volumen va disminuyendo

puede mantener abiertos durante la espiración con presiones muy

paralelamente a la presión, hasta que vuelven a quedar nuevamen­

inferiores a 1 kPa. Por tanto, los alvéolos no pueden estar revestidos

360

16 Sistema respiratorio

perficial cae de forma importante (fig. 16-15). Una v e z que se ha formado la monocapa, un aumento posterior del área hace que la tensión superficial aumente de forma bastante rápida. Durante esta fase las moléculas tienden a permanecer agrupadas unas ju n to a otras. A medida que aumenta el área, las moléculas comienzan a se­

z £

pararse, y la tensión superficial aumenta más lentamente, hasta al­ canzar su valor máximo. Esta propiedad del surfactante pulmonar explica la histéresis de los pulmones insuflados con aire (fig. 16-14).

Pruebas de función ventilatoria En el diagnóstico y tratamiento de las enferm edades respiratorias, la valoración de la función pulm onar tiene una considerable im ­ portancia. Las pruebas clave de la función ventilatoria son: Fig. 16-15.

Relación entre tensión superficial y superficie para el agua

y el surfactante pulmonar. Obsérvese que el surfactante pulmonar redu­ ce de forma importante la tensión superficial, y que la reducción de la ten­ sión superficial es mayor durante la compresión (equivalente a la defla­ ción pulmonar). La tensión superficial del agua no varía con la superficie.

1.

Capacidad vital.

2.

Capacidad vita l forzada.

3.

Flujo espiratorio m áximo.

4.

Volum en ven tilatorio máximo. Para m edir la capacidad vital (CV), se pide al paciente que

efectúe una inspiración máxima y , a continuación, qu e expulse tanto aire com o le sea posible. El volum en de aire espirado se por líquido intersticial. Esta discrepancia quedó resuelta cuando se

m ide con un espiróm etro, com o se ha descrito anteriorm ente. Ob­

descubrió que los alvéolos estaban revestidos por una capa de liqui­

sérvese que esta prueba no tiene en consideración el tiem po em ­

do que contiene surfactante pulmonar que es segregado por las célu­

pleado en la espiración, y que estima la capacidad vital durante la

las tipo II de los alvéolos. El surfactante disminuye la tensión super­

espiración en lugar de hacerlo durante la inspiración. Los valores

ficial del líquido que reviste los espacios respiratorios pulmonares.

normales dependen de la edad, el sexo y la altura, pero para un

En consecuencia, disminuyen de manera importante las presiones

hombre adulto y sano de una talla media y de 30 años de edad, el

necesarias para mantener abiertos los alvéolos.

valor de la capacidad vital es de aproxim adam ente 5 1. Para una mujer de la misma edad es de aproxim adam ente 3,5 1. En la prueba de capacidad vital forzada (CVF) se pide al pacien­

El surfactante pu lm on ar estabiliza los a lvéolos al reducir la tensión superficial de la interfase a ire-liq u id o

te que efectúe una inspiración máxima y, a continuación, que espi­ re por com pleto tan rápido como le sea posible. El aire expulsado fuera de los pulmones se mide en función del tiem po (con un ins­ trumento denominado neumotacógrafo). Una vez que se ha expul-

A l reducir la tensión superficial, el surfactante pulm onar m inim i­ za la tendencia de los alvéolos de pequeñas dimensiones ai colap­ so, y tiende a estabilizar la estructura alveolar. Además, la reduc­ ción de la tensión superficial aumenta la com pliancia de los pu l­ mones, y esto reduce el trabajo respiratorio. Este efecto del surfactante pulm onar sobre la tensión superficial es particular­ mente im portante en el m om ento del nacimiento, cuando los pul­ mones se expanden por primera v e z (v . fig. 22-5). Finalmente, la reducción de la tensión superficial evita la acumulación de líq u i­ do en los alvéolos, lo que confiere al surfactante gran importancia a la hora de m antener el espacio aéreo alveolar seco. El surfactante pulmonar está form ado fundamentalmente por moléculas de fosfolípidos, que forman una fase separada en la interfase aire-líquido que hay sobre el epitelio alveolar. Los fosfolíp i­ dos están alineados de m odo que los grupos polares de sus cabezas se mantienen en la fase acuosa, mientras que sus largas cadenas hidrocarbonadas se orientan hacia el espacio aéreo del alvéolo. Cuan­ do los alvéolos se cierran durante la espiración, las moléculas de

Fig. 16-16.

fosfolípidos quedan comprimidas unas contra otras form ando una

para un sujeto con obstrucción de las vías aéreas. Obsérvese la notable di­

monocapa, las moléculas de agua quedan excluidas y la tensión su­

ferencia en los valores del FEV,.

Prueba de capacidad vital forzada para un sujeto normal y

16.4 Mecánica de lo respiración

361

:odo el aire de los pulmones, sólo queda en ellos el volum en

20 años de edad pueden alcanzar un valor de V V M de 1501 • min '.

i VR). En individuos sanos, entre el 75 y el 80% de la capa-

N o obstante, a la edad de 60 años el valor del V V M para hombres

i ; : vital es espirada durante el prim er segundo. Este volum en se

normales ha quedado reducido a aproximadamente 100 1 • min l .

^; •r

-

rz

con el nombre de volumen espiratorio forzado en 1 s o Para las mujeres, el valor del V V M es de 100 1 • min 1a los 20 años, El volumen restante es espirado durante los segundos si-

que se reduce hasta aproximadamente 75 1 • min-1 a los 60 años de

_ - rr.tes (fig. 16-16). El FEV, disminuye con la edad. Así, un hom-

edad. El V V M depende de la resistencia de las vías aéreas, de la

r-r j e 60 años de edad presenta un valor de aproximadamente el

compliancia de los pulmones y de la pared torácica y de la activi­

Por el contrario, un paciente con obstrucción de las vías res-

dad de los músculos respiratorios. Como consecuencia de ello, este

:

irias (p. ej., durante una crisis asmática) muestra un FEV, muy

_-jerior. En algunos casos, el FEV, puede ser menor del 40% . La prueba de la CVF también es útil para diagnosticar enferme-:^ e s pulmonares restrictivas, como la fíbrosis pulmonar, en las

parámetro constituye una medida sensible de la función ventilatoria. Está profundamente reducido en los pacientes que presentan obstrucción de las vías aéreas (p. ej., asma) y en los que tienen una compliancia reducida (p. ej., fíbrosis pulmonar).

-¿les la capacidad del pulmón para expandirse suele estar com: : . metida. A consecuencia de ello, el valor del FEV, puede ser nor-

Volumen de cierre

—¿1. pero la capacidad vital será, en cualquier caso, m uy reducida.

El flujo espiratorio máximo (conocido también con el nombre de r . >de flujo espiratorio) se utiliza también para diferenciar las en-

La resistencia de las vías respiratorias aumenta a medida que dis­

i-rmedades obstructivas de las restrictivas. El flujo aéreo máximo

m inuye el volum en pulmonar. Esta situación se debe a que la re­

se mide con ayuda de un m edidor del pico de flujo durante una es­

ducción del volum en pulmonar se acompaña de una disminución

piración forzada efectuada después de una inspiración hasta el v o ­

en el volum en tanto de los alvéolos como de las propias vías respi­

lumen pulmonar total. El flu jo máximo se alcanza normalmente du­

ratorias. Sin embargo, para llegar a la capacidad residual los

rante la primera décima de segundo de la espiración forzada, y se

músculos intercostales y los músculos abdominales generan una

mide en litros por segundo. Los adultos jóvenes y sanos son capa­

presión intrapleural positiva que puede ser superior a 10 kPa

ces de alcanzar unos flujos de aproximadamente 8 1 • s '. Como ocu­

(100 cm H20 ). Esta presión se añade a la presión alveolar para ex­

rre con el FEV,, la enfermedad obstructiva de las vías aéreas tiene

traer el aire de los alvéolos. Sin embargo, cuando la presión intra­

como consecuencia un pico de flujo espiratorio reducido, mientras

toràcica supera a la presión existente en las vías respiratorias, las

que esto no se observa en la enfermedad pulmonar restrictiva.

vías respiratorias más pequeñas quedan comprimidas debido a que

El volum en de minuto máximo que se puede alcanzar median­

no poseen cartílago de soporte. En consecuencia, el aire queda atra­

te hiperventilación voluntaria se conoce con el nombre de volumen

pado en el interior de los pulmones. Este fenóm eno se conoce como

ventilatorio máximo (V V M ) o capacidad respiratoria máxima (CRM).

compresión dinámica de las vías respiratorias. El volum en pulmonar

Se pide a un individuo que respire con inspiraciones y espiraciones

para el que las vías respiratorias empiezan a colapsarse durante la

lo más rápidas y profundas posible a través de un circuito de baja

espiración forzada se denomina capacidad de cierre. El volumen de

resistencia y durante un período de tiem po de entre 15 y 30 s. Esta

cierre es igual a la capacidad de cierre menos el volum en residual.

prueba implica a todo el sistema respiratorio durante la inspiración

El volum en de cierre se puede determinar de la manera siguien­

y la espiración. Igual que otras variables respiratorias, el V V M va­

te: se le solicita a la persona que expulse todo el volumen residual y

ría con la edad y el sexo del sujeto: los varones jóven es y sanos de

que tome una bocanada de oxígeno puro hasta su capacidad vital.

Capacidad vital

60

© MASSON. S.A. Fotocopiar sin autorización es un delito.

VR Capacidad de cierre Volumen de cierre

30

Meseta alveolar

Volumen espirado (I) Fig. 16-17.

Determinación del volumen de cierre mediante la curva de eliminación de nitrógeno tras respiración única. La persona espira el volu ­

men residual y después realiza la inspiración de oxígeno puro hasta que alcanza la capacidad vital. Finalmente, respira todo el volumen residual al tiempo que se determina de manera continua el contenido fraccional de nitrógeno en el aire espirado. El volumen de cierre aparece indicado por el re­ punte en la curva de eliminación de nitrógeno (para más detalles, v. en el texto).

362

16 Sistema respiratorio

Después, se le pide que respire el volumen residual mientras se de­

capacidad vital (es decir, de aproxim adam ente 500 mi). Aum enta

termina el contenido fraccional de nitrógeno en el aire espirado, tal

con la edad, y a los 65 años puede representar hasta el 4 0 % de la

como se muestra en la figura 16-17. Inicialmente, el oxígen o es for­

capacidad vital. En el enfisema la pérdida de tejido parenquima-

zado desde el espacio muerto y el contenido fraccional de nitrógeno

toso provoca una disminución de la tracción sobre las vías aéreas,

es cero (lase 1). A medida que se elimina el oxígen o de las vías res­

de manera que las de pequeño diám etro comienzan a colapsarse a

piratorias de conducción, aumenta rápidamente el contenido de ni­

unos volúm enes pulmonares superiores a los normales. Por tanto,

trógeno (fase 2) hasta que alcanza una fase de estabilización (fase 3).

un volum en de cierre aumentado es un signo precoz de enferm e­

El incremento lento del contenido de nitrógeno refleja las diferen­

dad de las pequeñas vías aéreas.

cias en la ventilación en las distintas partes de los pulmones. A me­ dida que el volumen pulmonar se aproxima al volumen residual, las

16.5 Ventilación alveolar y espacio muerto

vías respiratorias inferiores muestran compresión y se incrementa la cantidad de aire espirado que procede de las regiones pulmonares superiores, que presentan un contenido fraccional mayor de nitró­

En términos generales, se puede considerar que el sistema respi­

geno debido a que estas regiones tienen una ventilación menor du­

ratorio está form ado por dos partes: las vías aéreas de conducción

rante la respiración del oxígeno. (Las razones para explicar la dife­

y el área de intercam bio de gases. A l d iv id ir de este m odo el sis­

rencia en la ventilación entre las zonas superiores e inferiores de los

tema respiratorio resulta o b v io que no todo el aire captado du­

pulmones se exponen más adelante.) Por esta razón, el contenido de

rante una inspiración alcanza la superficie alveolar. Una parte de

nitrógeno comienza a aumentar más rápidamente (fase 4). F.l punto

éste ocupa las vías aéreas que comunican la superficie respirato­

en el que se inicia este proceso señala el volumen de cierre. En personas jóvenes normales y sanas, el volum en crítico de

ria con la atmósfera. Este aire no participa en el intercam bio de gases y recibe el nom bre de espacio muerto.

cierre tiene un valor equivalente a aproxim adam ente el 10% de la

La fracción restante del volum en corriente penetra en los al­ véolos. Por tanto:

Resumen

volum en corriente (V T) = espacio m uerto (V D) + volum en de aire que penetra en los alvéolos ( VA)

1.

La ventilación es el volumen de aire introducido y extraído de los pulmones. Está generada por los cambios en las dimensiones del

Puesto que no todo el aire que penetra en los alvéolos toma

tórax derivados de la contracción y la relajación de los músculos

parte en el intercam bio de gases, se distinguen dos tipos de espa­

respiratorios. A medida que el tórax se expande durante la inspi­

cio m uerto diferentes:

ración, la presión en los alvéolos cae por debajo del valor de la presión atmosférica, hecho que provoca la entrada de aire en los

1.

con el aire contenido en los alvéolos.

la espiración, la presión en el interior de los alvéolos se hace su­ perior a la atmosférica y el aire es expulsado de los pulmones. 2.

Espacio muerto anatómico, que incluye únicamente el volu ­ men de aire captado durante una inspiración que no se mezcla

pulmones. A medida que el volumen del tórax se reduce durante

2.

Espacio muerto fisiológico, que se refiere al volum en de aire

La inspiración es un proceso activo que depende de la contrac­

captado durante una inspiración que no ha tom ado parte en el

ción del diafragma y de los músculos intercostales externos. La

intercam bio de gases.

espiración es fundamentalmente pasiva y se debe a la retracción elástica de los pulmones y la pared torácica. 3.

capacidad vital, el espacio muerto anatóm ico y el fisiológico de­

tórax es la presión necesaria para expandir sus elementos elásti­

penden del tamaño corporal, de la edad y del sexo del in dividuo.

cos (que se mide mediante la compliancia) más la presión necesa­

En una persona normal y sana los espacios muertos anatómico y

ria para superar la resistencia de las vias aéreas. La mayor parte

fisiológico son prácticamente equivalentes — 150 mi para un v o ­

de la resistencia al llu jo aéreo se debe a las vías aéreas superiores. 4.

La complianza de los pulmones está determinada tanto por los elementos elásticos del parénquima pulmonar como por la ten­ sión superficial de la interfase aire-liquido de los alvéolos. La tensión superficial queda reducida a un valor inferior al del agua

5.

lumen corriente de 500 mi

. En algunas enferm edades pulmona­

res, com o el enfisema, el espacio m uerto fisiológico puede superar ampliamente al espacio m uerto anatómico (v . más adelante). El espacio muerto anatómico se puede medir pidiendo a un su­

gracias a la secreción de surfactantc pulmonar por parte de las cé­

je to que efectúe una inspiración de oxigen o puro y que contenga la

lulas alveolares de tipo II.

respiración durante un segundo antes de expulsarlo. M ediante esta

F.l trabajo respiratorio es igual al cambio en la presión m ultiplica­

sencilla maniobra se logra que el aire contenido en las vias aéreas

do por el cambio en el volumen. Por tanto, las enfermedades que

tenga una composición diferente del contenido en los alvéolos. El

reducen la compliancia del pulmón o que incrementan la resis­

aire contenido en el sistema de conducción será oxígen o puro,

tencia de las vias aéreas aumentan el trabajo respiratorio. La pre­

mientras que el que este contenido en los alvéolos contendrá tam­

sencia de surfactante pulmonar en los alveolos reduce de forma significativa el trabajo respiratorio. 6.

Igual que ocurre con otros volúm enes pulmonares, com o la

Durante la respiración la presión total necesaria para hinchar el

La valoración clínica de la función ventilatoria se puede efectuar con ayuda de diversas pruebas. Éstas incluyen la capacidad vital, el FEV,, el pico de) flujo espiratorio y el volumen ventilatorio má­ ximo. Las enfermedades de las pequeñas vías aéreas se pueden evaluar m idiendo el volumen crítico de cierre.

bién nitrógeno. Para determinar el valor del espacio muerto, sólo es necesario pedir al sujeto que efectúe una espiración mientras se m onitorizan de forma continua el contenido de nitrógeno y el v o ­ lumen de aire espirado (fig. 16-18). Las vías aéreas contienen o x í­ geno puro, y este volum en debe ser desplazado antes de espirar el aire alveolar. Por tanto, el nivel de nitrógeno aumentará desde cero hasta alcanzar un valor estable o meseta, que es el mismo que el que

láji

--18. .

it

M étodo de Fowler para la determinación del espacio muerto anatómico. Se pide al sujeto que efectúe una inspiración de oxígeno puro y

r.nnuación espire. La concentración de nitrógeno en el aire espirado se mide de forma continua. La parte plana del trazado de la concentra­ - : N. representa el gas alveolar. El volum en espirado en el punto medio de la transición entre el O, puro y el gas alveolar se considera equiva-

----- _ •eiumen del espacio muerto.

-

* ; en los alvéolos. Se considera que el espacio muerto anatómit.

Bipedestación

volumen espirado entre el com ienzo de la espiración y el

. - - medio entre el nivel cero y el valor meseta.

i

E 150-

Inspiración rápida desde CRF

?. espacio muerto fisiológico es igual al volum en de las vías . -: i ; no respiratorias más el volum en de aire que penetra en los .

r -

:s que no son perfundidos por la sangre, ya que estos alvéo-

- . . - o fisiológico se puede estimar m idiendo el contenido de dió-

®

100

pueden participar en el intercam bio de gases. El espacio de carbono del aire espirado y alveolar, utilizando la ecua-

r. de Bohr (cuadro 16.5). La cantidad de aire captada en cada inspiración (el volum en

Inspiración lenta desde CRF

c E ‘O o o

■= 5 ë ©

50-

■> -o

Parte inferior

- . e como volumen minuto ( VE). La parte del volum en m inuto que • •..a los alvéolos se conoce con el nom bre de ventilación alveo-

- ■ V J . De modo que:

Parte superior I I 100 200 Distancia sobre el tórax (mm)

-.ente, VT) multiplicada por la frecuencia respiratoria (f) se co-

Fig. 16-19.

Distribución de la ventilación en el pulmón de una persona

normal en bipedestación. Los datos mostrados corresponden a una inspi­

/• VT = f - VD + f • VA

V - V

+v

ración lenta seguida de una espiración normal.

inspirado no se distribuye de manera uniforme en todas las zonas

bsérvese que los puntos situados sobre los volúm enes indican _ os en litros por minuto. En el caso de un sujeto que respira un . amen corriente de 0,5 1 12 veces por minuto:

del pulmón. El patrón de la ventilación depende de la postura (es decir, si la persona se mantiene en bipedestación o en decúbito) y de la cantidad de aire inspirado. En una persona en bipedestación, du­ rante una inspiración lenta tras una espiración normal la base de

VE = 1 2 x 0 ,5 = 61

min 1

> el espacio muerto es de 150 mi, la ventilación alveolar es de: 12 x (0,50 — 0,15) = 12 x 0,35 = 4,2 1 • min 1

cada pulmón muestra una ventilación que es aproximadamente un 50% superior a la del vértice (fig. 16-19). Si la persona realiza la ins­ piración tras una espiración forzada hasta el volumen residual, la base del pulmón muestra una ventilación que es casi tres veces la del vértice. Esta diferencia disminuye si la persona se mantiene en decúbito. Hasta hace poco tiempo, esta variación de la ventilación se

La ventilación alveolar no es u niform e en tocio el pu lm ón

atribuía a la influencia de la gravedad sobre el parénquima pulmo­ nar. Sin embargo, en determinaciones recientes efectuadas en astro­ nautas durante vuelos espaciales se ha demostrado que la falta de

_ i ventilación del pulmón es su variación de volumen respecto a su

uniformidad de la ventilación persiste incluso con gravedad cero.

lumen en reposo durante un único ciclo respiratorio. Cuanto mayor

¿Cuáles son las causas de la falta de uniform idad de la ven ti­

ica la variación relativa de volumen, mayor será la ventilación. Las

lación pulmonar? En prim er lugar, durante la inspiración el volu ­

- --erminaciones mediante gases marcados demuestran que el aire

men de la parte in ferior del tórax aumenta significativam ente más

364

16 Sistema respiratorio

Aclaración de la ecuación de Bohr para el cálculo del espacio muerto fisiológico T od o el C 02 del aire espirado procede del alvéolo. La cantidad de CQ¿ presente en cualquier volumen de gas se calcula, simplemente, multipli­ cando el porcentaje de CO, de ia muestra (F ) por el volumen. Dado que el volumen de aire espirado (V E) es la suma del aire desplazado del espa­ cio muerto (V u) más el que se expulsa de los alvéolos (V A):

^ = Vu + VA

fll

Ft • Vt = Fu • Vu + FA ■ V„

|2]

y; Dado que no existe COj en el espacio muerto (ya que se llena con aire atmosférico que tiene un contenido de CO, despreciable), F „ = 0, y la ecua­ ción [2| se transforma en;

Ft ■ Vt = FA • VA

|3]

que se puede escribir del siguiente modo:

Fe 3"

V”* =

[3a]

pero, ya que VA = VE- Vv (a partir de la ecuación [1]): V r£

V vo =

KFE

14]

r

F,

\ [4a]

>

II

1

1

que se puede escribir de otro modo (ecuación de Bohr):

Por tanto, es posible calcular el espacio muerto fisiológico a partir del volumen y la proporción de CO, del aire espirado y de la proporción de CO, del aire alveolar. El volumen y el contenido de CO, del aire espirado se pueden medir fácilmente. Se puede obtener una muestra de aire alveolar pidiendo a un su­ jeto que espire totalmente a través de un tubo largo V delgado. La última parte del volumen espirado tendrá la misma composición que el aire al­ veolar. Es posible obtener una muestra de este gas y determinar su FCO: . Esto proporcionará un promedio de la composición del aire alveolar. Se puede obtener una estimación más precisa del contenido de CO, del aire alveolar midiendo la PCÜ3 de la sangre arterial. Un e je m p lo con creto: Si el porcentaje de CO, en el aire espirado y en el aire alveolar fuera del 3,6 y del 5,2%, y el volumen corriente fuera de 500 mi, ¿cuál seria el valor del espacio muerto fisiológico? Empleando lá ecuación de Bohr: VB = 500 x (1 - [3,6/5,2]) = 500 X (1 - 0,69) = 155 mi

qu e el de la parte superior. Esta situación se debe a que las costi­

que la de los superiores, que están unidos a los bronquios prin ci­

llas inferiores muestran una curvatura y m ovilidad m ayores que

pales. (Los bronquios muestran muchas más dificultades para la

las superiores. En segundo lugar, el descenso del diafragm a da lu ­

distensión que el parénquima pulm onar.) En tercer lugar, la com-

gar a una expansión de los lóbulos pulmonares inferiores m ayor

pliancia del pulm ón no es uniform e. El tejido pulm onar p eriféri­ co muestra una com pliancia m ayor que el tejid o central, que per­

Resumen 1.

El espacio muerto anatómico es el volumen de aire captado durante

manece unido a las vías respiratorias de carácter más rígid o. La com binación de estos factores hace que las distintas regiones pul­ monares muestren intensidades de ventilación diferentes.

una inspiración que no se mezcla con el aire contenido en el alvéo­ lo. Es una medida del volumen de las vias aéreas de conducción. El

16.6 Los pulmones reciben sangre de los circuitos bronquial y pulmonar

espacio muerto fisiológico es el volumen de aire captado durante una inspiración que no participa en el intercambio de gases. 2.

La ventilación por minuto es igual al volumen corriente m ultipli­ cado por la frecuencia respiratoria. I.a ventilación alveolar es el

3.

volumen de aire que penetra en los alvéolos en un minuto.

Los pulmones reciben sangre que procede de dos fuentes: el cir­

En un pulmón situado verticalmente, la ventilación alveolar dis­

cuito bronquial y el circuito pulm onar (fig. 16-20).

minuye con la altura. Esta situación se debe en parte a que la base pulmonar se expansiona proporcionalmente más que el vértice.

1.

Circulación bronquial. Las arterias bronquiales se originan en el cayado de la aorta, en la aorta torácica o en sus ramas (prin-

16.6 Los pulmones reciben sangre de los circuitos bronquial y pulmonar

P J y no existirá flu jo sanguíneo. Esto puede suceder durante la diástole.

•

En la zona media (zona 2 de la fig. 16-21), la presión en las ar­ terias pulmonares es relativam ente elevada y supera a la pre­ sión alveolar, de modo que el flu jo sanguíneo aumenta p ro­ gresivam ente hacia las partes bajas de la zona.

•

En la base del pulm ón (zona 3 de la fig. 16-21), la presión ar­ terial supera considerablem ente a la presión alveolar, y los vasos pulmonares están totalm ente abiertos. El flu jo sanguí­ neo es relativam ente elevado.

presión = flu jo X resistencia Un pequeño increm ento en la presión unido a un gran aumento del flu jo indica que la resistencia de los vasos pulmonares cae con el aumento del gasto cardíaco. Esta caída en la resistencia de los vasos pulmonares no se debe a un reflejo autónomo o a las hormonas circulantes, si no que se cree que es una respuesta pasiva al aumento de la presión de p er­ fusión. Se cree que existen dos mecanismos responsables de ello: el reclutam iento de vasos adicionales y la distensión de los vasos que ya estaban abiertos. El reclutamiento pasivo de los vasos pulmonares es posible por­ que a los valores de presión en reposo de las arterias pulmonares muchos capilares están cerrados. Esto ocurre porque la presión del aire contenido en los alvéolos actúa directamente sobre las paredes de los capilares pulmonares, tendiendo a colapsarlos (v. anterior­ mente). N o obstante, a medida que el gasto cardíaco aumenta du­

Es importante comprender que la variación regional del flujo

rante el ejercicio, la presión en los vasos pulmonares supera a la

sanguíneo es debida al efecto de la gravedad. Desaparece cuando el

presión en el interior de los alvéolos, de manera que se reclutan

sujeto está en decúbito, de m odo que existe una diferencia antero­

más capilares. Además, la distribución del flujo sanguíneo entre las

posterior mucho menor. Cuando disminuye la gravedad durante los

diversas partes de los pulmones se hace más homogénea.

vuelos espaciales simulados, aumenta el flujo sanguíneo apical.

Cuando el gasto cardíaco aumenta, la resistencia vascular pu lm on ar cae

Relación entre flu jo sanguíneo pu lm on ar y ventilación alveolar En el pulmón situado en posición vertical, tanto la ventilación como

A l igual que en otros lechos vasculares, el flu jo sanguíneo a tra­

la perfusión disminuyen con la altura. Dado que en el pulmón, a

vés de los pulmones depende de la presión de perfusión y de la

igual distancia vertical, el flujo sanguíneo local disminuye aproxi­

resistencia vascular. Durante el ejercicio, el gasto cardíaco au­

madamente tres veces más deprisa que la ventilación, la proporción

16.6 Los pulmones reciben sangre de los circuitos bronquial y pulmonar

367

derá obviam ente de la m agnitud de la ventilación alveolar, pero, cuando ésta es cero, el aire alveolar tiene la misma PO, y la misma PCO, que la sangre venosa mezclada. 3.

A lv é o lo s bien ventilados que son pobrem ente perfundidos por la sangre (relación V A:Q »

1). En este caso, la sangre que

abandone los alvéolos tendrá una P C 0 2 baja, ya que el gra­ diente de presión favorece la pérdida de C 0 2 de la sangre. El

contenido de oxigeno de la sangre no aumentará de form a sig­ nificativa, ya que la hem oglobina estará totalm ente saturada. El valor bajo de la PO, de la sangre que deja las partes p obre­ mente ventiladas de los pulmones no será compensado por sangre bien oxigenada que salga de partes relativam ente sobreventiladas. Esta situación se produce porque el contenido de ox íge n o de interior r ¿ ¡6-22.

Costila n.°

Distribución de la ventilación, el flujo sanguíneo y la rela-

la sangre procedente de los alvéolos sobreventilados no es signi­ ficativam ente m ayor que el de los alvéolos en los que existe una

- . entilación-perfusión en el pulmón normal situado en posición ver-

relación ventilación:perfusión adecuada, al tiem po que el conte­

Se han dibujado líneas recias a través de los datos correspondientes

nido de o x íg e n o de la sangre procedente de áreas pobrem ente

íntilación y el flujo sanguíneo (figs. 1 6 -1 9 y 1 6 -2 1 ). Obsérvese que

ventiladas estará considerablem ente por debajo del valor normal.

-;_ ¡.-3 o n ventilación-perfusión aumenta lentamente al principio, y que

Por tanto, cuando la sangre procedente de regiones bien ventila­

i _i ...

o hace rápidamente en dirección a la parte superior del pulmón.

das y la procedente de otras pobrem ente ventiladas se mezcla en las cavidades izquierdas del corazón, el contenido de ox íge n o de

i: - -. ¿ v entilación alveolar y el flujo sanguíneo (la proporción V A:Q)

las dos corrientes de sangre equivaldrá al prom edio, pero el valor

ir-ara. Dado que el objetivo fisiológico de la ventilación pulmonar

de la P 0 2 de la sangre arterial mezclada será in ferior al prom edio,

s r r e m over el intercambio de gases entre la sangre y el aire alveolar,

debido a la forma de la curva de disociación del oxígen o. Es la re­

-

criación tiene una considerable significación fisiológica.

lación V a:Q de las diferentes partes de los pulmones la que tiene

Para los pulmones tomados en su conjunto, la ventilación alveo-

importancia a la hora de determ inar la PO, de la sangre arterial, y

-ro ñ e aproximadamente 4,2 1 • min“ 1, mientras que el gasto car-

no la relación V A:Q prom edio para el conjunto de los pulmones.

c -íco

en reposo es de aproximadamente 5,0 I • m in '1, de modo que el

La mezcla de sangre arterializada con sangre venosa normal re­

i. r medio para la proporción V A:Q es de 4,2:5,0 = 0,84. La base del

cibe el nombre de mezcla venosa. Se produce de forma natural

- _m o n está relativamente bien perfundida y ventilada, y las esti-

cuando la sangre procedente del circuito bronquial drena en las v e ­

: .ones sugieren una relación V A:Q de aproximadamente 0,6. Esta

nas pulmonares. Cuando la sangre venosa establece un cortocircui­

•r_=ción aumenta lentamente en sentido ascendente (medida en reía­

to que evita por com pleto el paso por los pulmones, la situación re­

is. n con el número de la costilla en la fig. 16-22). A l alcanzar las dos

cibe el nombre de cortocircuito o shunt derecha-izquierda. Esto se

eras partes del ascenso vertical, el valor de la relación se aproxí-

observa habitualmente en las enfermedades congénitas del cora­

—_ a uno — teóricamente un ajuste perfecto— . Por encima de este

zón, en las que la sangre desoxigenada de las cavidades derechas

t -nto,

la relación aumenta de forma abrupta, alcanzando un valor de

del corazón se mezcla con la sangre oxigenada de las venas pulmo­

ximadamente tres en el vértice. Éstas son unas cifras medias

nares. A l igual que en el caso de la mezcla entre cantidades signifi­

rara los diversos segmentos del pulmón, pero no son constantes. Du-

cativas de sangre procedente de alvéolos pobrem ente ventilados

-¿nte el ejercicio, por ejemplo, la ventilación aumenta proporcional-

con sangre arterializada procedente de alvéolos bien ventilados, un

—Tr.te más que el flujo sanguíneo pulmonar (v. cap. 25).

cortocircuito o shunt derecha-izquierda reducirá la PO, y el conte­

La p ro p orció n V a:Q puede variar considerablem ente: puede

nido de oxígen o de la sangre que alcanza el circuito sistèmico.

:: mar desde un valor in fin ito (alvéolos ventilados que no son per:_n d id os) hasta cero (para la sangre que atraviesa el pulm ón sin 4

entrar en contacto con el aire alveolar). Para los objetivos actuales es conveniente distinguir entre las tres situaciones siguientes: 1.

A lv é o lo s bien ventilados que son bien perfundidos p or la

El intercam bio de gases a través de la m em brana alveolar se produce por difusión física

sangre (relación V A:Q =1). En esta situación la sangre se equ i­

7

2.

librará con el aire alveolar y se arterializará (es decir, tendrá la

A m edida qu e el aire inspirado atraviesa los conductos pulmona­

misma P 0 2 y la misma que P C 0 2 la sangre arterial). Éste es el

res, su velocidad dism inuye de forma abrupta hasta que llega a

ajuste óptim o de la ventilación y la perfusión.

los alvéolos, punto en que se equilibra con el gas contenido en

A lv é o lo s pobrem ente ventilados que son bien perfundidos

ellos por difusión simple. Para ser capaz de oxigen ar la sangre,

por la sangre (relación V A:Q < 1). En este caso, la PO, y la P C 0 2

una molécula de O, se debe disolver en prim er lugar en la capa

del aíre alveolar tenderán a equilibrarse con la sangre. A con­

acuosa que recubre el epitelio alveolar. Entonces puede difundir

secuencia de ello, la PO, será inferior a lo normal, pero la P C 0 2

a través de las delgadas membranas que separan el espacio aéreo

se acercará al valor normal. El grado de este equ ilib rio depen-

alveolar de la sangre (v. más adelante). La velocid ad de difusión a

368

16 Sistema respiratorio

través de las membranas alveolares está regida por la le y de Fick. Cuando un sujeto se halla en reposo, la sangre in vierte aproxim a­ damente 1 s para atravesar los capilares pulmonares, pero duran­ te un ejercicio intenso este tiem po se reduce a 0,3 s. A pesar del escaso tiem po disponible, en los sujetos sanos la sangre se equ ili­ bra por com pleto con el aire alveolar durante su tránsito a través de los capilares pulmonares. Esta capacidad de los pulmones para garantizar el equ ilib rio entre la sangre de los capilares pulm ona­ res y el aire alveolar se m ide por la capacidad de difusión (en oca­ siones denominada factor de transferencia). La capacidad de difusión se define como el volum en de gas que difunde a través de las membranas alveolares por segundo y para un gradiente de presión de 1 kPa. La definición formal viene dada por:

Vx A * = -------- -----LX (P a x - P J donde DI>: (mi • min 1 • kPa ') es la capacidad de difusión del gas X, es el volum en del gas que presenta difusión entre los alvéolos y la sangre, P AX es la presión parcial del gas en el aire alveolar y Pcx es la presión parcial media del gas en los capilares pulmonares. La capacidad de difusión depende del método de determinación. N o r­

In tercam bio de líq u id o s en los pulmones En los in d ivid u os sanos, los pulmones están secos. ¿Qué es lo que im pide que el líqu id o pase desde los capilares pulmonares hacia el interior de los alvéolos? A l igual que en otros lechos vasculares, el intercam bio de líqu id o entre los capilares y el líq u id o intersti­ cial está regid o por las fuerzas de Starling (v. cuadro 15.7). La pre­ sión en la arteria pulm onar es baja (la presión media es sólo de aproxim adam ente 1,5 kPa |12 m m H g]) y la presión en los capila­ res pulmonares es aún m enor — de sólo aproxim adam ente 0-2 kPa (0-15 m m Hg)— según la distancia por encima del pulmón. La pre­ sión intersticial es aproxim adam ente 0,5 kPa (3,8 m m H g) inferior a la de la atmósfera. A u n qu e la presión oncótica del plasma es la misma que en la circulación sistemica (aproxim adam ente 3,6 kPa o 27 m m Hg), la del líq u id o intersticial pulm onar es relativam ente alta (aproxim adam ente 2,2 kPa o 16 m mHg). En consecuencia, la presión de filtración neta en la parte in ferior de los pulmones es de alrededor de 1 kPa (aproxim adam ente 7,5 m mHg). Norm al­ mente, el líqu id o filtrad o v u e lv e a la circulación a través de los linfáticos pulmonares. En condiciones normales, el flu jo de linfa

malmente, se calcula pidiendo a la persona que respire una sola vez una mezcla de gas con una pequeña cantidad de m onóxido de car­ bono. Dado que el m onóxido de carbono se une intensamente a la hemoglobina, la presión parcial en los capilares alveolares es cero.

Resumen 1.

La ecuación para el cálculo de la capacidad de difusión es:

Los pulmones reciben su aporte sanguíneo a través de las circula­ ciones bronquial y pulmonar. La circulación bronquial forma parte de la circulación sistèmica, y aporta sangre a la tráquea, los bronquios y los bronquíolos — hasta el nivel de los bronquíolos

—lco p

respiratorios. La circulación pulmonar está alimentada por el flu­

' ACO

jo de salida del ventrículo derecho, y es la sangre contenida en

En las personas jóven es y sanas, la capacidad de difusión del mo­

este lecho vascular la que participa en el intercambio de gases.

n ó xid o de carbono determinada mediante el m étodo de respira­ ción única tiene un valor m edio de 225 mi • kPa ' (30 mi • min 1 •

2.

presiones de la aorLa. La presión sistòlica tiene un valor aproxi­

m mHg ) en reposo. La capacidad de difusión del ox ígen o es igual

mado de 3,3 kPa (25 mmHg) y la presión diastólica tiene un valor

a la del m onóxido de carbono multiplicada por 1,23. La capacidad de difusión del d ió x id o de carbono es a p roxi­

Las presiones en la arteria pulmonar son mucho menores que las

de sólo 1 kPa (8 mmHg). 3.

Dado que las presiones sistòlica y diastólica en las arterias pul­

madamente 20 veces m ayor que la del oxígen o, dado que es mu­

monares son bajas, los efectos de la gravedad sobre el flujo san­

cho más soluble en las membranas alveolares. N o obstante, la tasa

guíneo regional son muy importantes. A consecuencia de ello

global de equ ilibrado del d ió x id o de carbono entre la sangre y el

existe una importante variación en el flujo sanguíneo en el pul­

aire alveolar es similar a la del oxígen o. La razón es en parte el he­

món situado verticalmente. La base del pulmón está relativamen­

cho de que el gradiente de presión para el d ió x id o de carbono es

te bien perfundida en comparación con el vértice.

mucho menor (0,8 kPa o 6 m m Hg), y en parte a que el d ió x id o de

4.

En el pulmón situado verticalmente tanto la ventilación como la perfusión disminuyen con la altura, pero el flujo sanguíneo dismi­

carbono se mantiene en la sangre form ando compuestos quím icos

nuye tres veces más deprisa que la ventilación. Esto provoca un au­

(com o compuestos carbamino y bicarbonato), a partir de los cua­

mento de la relación VA: Q proporcional a la altura respecto a la

les su liberación es relativam ente lenta.

base del pulmón. F:n regiones ventiladas en exceso o mal perfundi-

La capacidad de difusión aumenta con el tamaño corporal y con

das, la sangre que salga de los alvéolos tendrá una PCO, inferior a la

el volumen de los pulmones. (La capacidad de difusión depende di­

normal. En regiones mal ventiladas o excesivamente perfundidas la

rectamente de la superficie existente para el intercambio de aire,

sangre tendrá una PCX inferior a la normal. En los pulmones sanos,

mientras que las presiones parciales de los gases respiratorios no

una PO, baja riendo a provocar una vasoconstricción local, desvian­

dependen de ello.) Aumenta significativamente durante el ejerci­ cio, cuando se abren los capilares pulmonares previam ente cerra­

do de este modo el flujo sanguíneo hacia áreas mejor ventiladas. 5.

la sangre de los capilares pulmonares y el aire alveolar se mide

dos. También aumenta cuando la persona adopta la posición de de­

mediante la capacidad de difusión del d ióxido de carbono y el

cúbito. Esta m odificación refleja probablemente la distribución

oxigeno. Mientras que la capacidad de difusión del d ióxido de

más uniforme de la sangre pulmonar. La capacidad de difusión dis­

carbono es aproximadamente 20 veces mayor que la del oxígeno,

m inuye con la edad. Si las membranas alveolares muestran engra­ samiento debido a alguna enfermedad (tal como ocurre en el en fi­ sema o la fibrosis), o bien los alvéolos se rellenan de líquido (edema pulmonar), la capacidad de difusión disminuye significativamente.

La capacidad de los pulmones para garantizar el equilibrio entre

la velocidad global de equilibrio es similar para ambos gases. 6.

La circulación pulmonar desempeña un papel importante en el metabolismo de numerosas sustancias vasoactivas.

r 16.7 Control de lo respiración

pulmonar es de aproxim adam ente 10 mi • h * y los alvéolos care­

16.7 Control de lo respiración

cen de liqu id o en su interior. Dado que la presión capilar en la parte superior de los pulm o­ nes es baja, en esta parte se forma poca cantidad de líquido. N o obstante, dado que las fuerzas de Starling favorecen la filtración en las regiones más bajas, un incremento pequeño de la presión en los capilares pulmonares da lugar a una filtración m ayor del líju id o . Si esta filtración exced e la capacidad de drenaje de los lin-

369

N inguna persona tiene que pensar cuándo o cuán profundam en­ te debe respirar. La respiración es un proceso automático y rítm i­ co qu e se ajusta constantemente para suplir los requisitos vitales, com o el ejercicio y el habla. Para explicar este hecho tan notable se deben responder tres preguntas importantes:

: áticos, el líqu id o se acumula en el intersticio con aparición de

1.

¿Dónde se origina esta actividad rítmica?

edema pulmonar. Esta secuencia de acontecim ientos tiene lugar

2.

¿Cómo se genera?

Jurante la insuficiencia cardíaca izqu ierda (v . también cap. 31) y

3.

¿Cómo se controlan la frecuencia y la amplitud de la respiración?

tras la lesión mecánica o quím ica del revestim ien to de los alvéo,s. Iniciaim cnte, el liq u id o se acumula en el intersticio pulmonar v en los vasos linfáticos. P or encima de una presión crítica, el lí­ quido se introduce en los propios alvéolos, inundándolos y com- rom etiendo gravem ente su capacidad para participar en el inter­

El ritm o respiratorio d ep en d e de grupos específicos de neuronas situadas en la parte in fe rio r del tronco del encéfalo

cambio de aire. Si se secciona por com pleto el tronco del encéfalo de un animal anestesiado por encima de la protuberancia, el ritmo de la respira­

Funciones metabólicas de la circulación pu lm on ar

ción se mantiene. El ritm o básico se mantiene incluso si se seccio­ nan todos los nervios aferentes. La sección de la médula espinal por debajo del punto de salida del nervio frénico (C3-C5) provoca la pa­

7 Jo el retorno venoso de la circulación sistèmica pasa a través

rálisis de los músculos intercostales pero no del diafragma (que está

-te los pulmones en su camino hacia las cavidades izquierdas del

inervado por el nervio frénico). La sección de la región más baja del

•razón. A consecuencia de ello, la circulación pulm onar es ideal

bulbo, no obstante, bloqueará todos los movimientos respiratorios.

rara m etabolizar los materiales vasoactivos secretados p or los di-

frentes lechos vasculares específicos. Numerosas sustancias, ">mo la bradicinina, la norepinefrina y la prostaglandina E,, son eliminadas por com pleto durante un único paso a través de los pulmones. En contraste con ello, los pulm ones con vierten la an¿iotensina I en su form a activa, la angiotensina II, qu e estimula la secreción de aldosterona por la corteza suprarrenal (v . cap. 17). El ¡u gar en que se lleva a cabo esta actividad metabòlica es el endo­

telio del circuito pulmonar.

A partir de estas observaciones quedan claras dos cosas: 1.

Los músculos respiratorios no tienen por sí mismos una acti­ vidad rítmica intrínseca.

2.

La región caudal del tronco del encéfalo contiene todos los mecanismos neuronales necesarios para generar y mantener un ritm o respiratorio básico. Si se seccionan los nervios vagos, la respiración se hace más

lenta y más profunda. Si se seccionan posteriormente el tronco del

Fig. 16-23.

Diagrama de flujo que muestra las

interrelaciones entre los principales elementos nerviosos que regulan la frecuencia y ia amplitud de la respiración.

370

16 Sistemo respiratorio

encéfalo entre el bulbo y la protuberancia, se producen pocos cam­

de inhibición recíproca tiene su origen en los grupos respiratorios

bios en el patrón respiratorio. N o obstante, las secciones a través de

dorsal y ventral, y no se trata de un reflejo espinal local.

la protuberancia alteran el patrón de la respiración, de modo que la

La actividad eferente de las neuronas respiratorias torácicas

inspiración se prolonga con breves episodios de espiración. La esti­

puede m onitorizarse registrando la actividad eléctrica de los

mulación de algunos grupos específicos de células nerviosas del in­

músculos intercostales y del diafragma (fig. 16-24). A lo largo de

terior de la protuberancia incita la descarga de los nervios frénicos.

todo el ciclo respiratorio las unidades motoras de los músculos

A partir de éstas y de otras observaciones experimentales se ha de­

respiratorios se m antienen activas. Durante la inspiración, la acti­

mostrado que la protuberancia desempeña un papel importante en

vidad de los músculos inspiratorios (el diafragm a y los músculos

la regulación del ritmo respiratorio. Es a este n ivel donde se cree

intercostales externos) aumenta de forma progresiva, se reclutan

que la información aferente relativa al estado de los pulmones ac­

unidades motoras adicionales y los músculos se acortan progresi­

túa para modular la frecuencia y la amplitud de la respiración.

vam ente, aumentando de este m odo el volum en

del tórax

(v . apart. 16.4). Durante la espiración, la actividad de los múscu­

¿C óm o se genera el ritm o re s p ira to rio ?

los inspiratorios dism inuye gradualmente, se relajan y permiten que el tórax vu elva a su volum en de reposo (CRF). Los músculos

En el bulbo existen dos grupos de neuronas que descargan p o ­

espiratorios muestran un patrón inverso, con una actividad cre­

tenciales de acción con un ritm o intrínseco que se corresponde

ciente durante la espiración y una actividad decreciente durante

con el del ciclo respiratorio. Se las conoce con los nombres de gru­

la inspiración. La modulación p rogresiva del tono de los múscu­

po respiratorio dorsal y grupo respiratorio ventral. El gru p o respi­

los respiratorios proporciona una transición suave entre la espira­

ratorio dorsal descarga potenciales de acción principalm ente jus­

ción y la inspiración y forma parte del trabajo respiratorio.

to antes y durante la inspiración, y por tanto está form ado por

El pulmón posee unos receptores de distensión mecánica de

neuronas inspiratorias. Son motoneuronas superiores que se pro­

adaptación lenta en el músculo liso de las vías aéreas superiores

yectan sobre las motoneuronas respiratorias inferiores del n ervio

(tráquea, bronquios y bronquíolos). Cuando el pulm ón se exp an­

frén ico contralateral. El gru p o respiratorio ventral está form ado

de, estos receptores se activan y mandan impulsos al grupo respi­

por neuronas inspiratorias y espiratorias, y recibe señales proce­

ratorio dorsal a través de los nervios vagos. Esta inform ación afe­

dentes del gru p o respiratorio dorsal. Lo form an motoneuronas

rente tiende a inh ibir la actividad respiratoria y de este m odo ac­

respiratorias superiores tanto para el n ervio frén ico como para los

túa lim itando la inspiración. Este hecho se conoce con el nombre de reflejo de inflación pulmonar de Hering-Breuer. Si los pulmones

nervios intercostales contralaterales. Los grupos respiratorios dorsal y ventral reciben diversos influ­

se expanden por acción de una presión positiva, la frecuencia de

jos procedentes de los centros superiores del cerebro, incluyendo la

los m ovim ientos respiratorios dism inuye, e incluso puede llegar a

corteza cerebral y la protuberancia. También reciben señales de los

desaparecer (apnea).

cuerpos carotídeos y aórticos (que son los quimiorreceptores perifé­

En animales com o el gato y el conejo, el reflejo de H ering-

ricos que se encargan de detectar los valores de P O „ PCO, y pH de

Breuer parece tener un papel im portante en el control del ritmo

la sangre arterial; v. más adelante) y del nervio vago (que transpor­

respiratorio. En los humanos este reflejo no se activa a volúm enes

ta fibras nerviosas aferentes desde los pulmones). Parece ser que el

corrientes normales. N o obstante, se activa cuando los volúm enes

grupo respiratorio dorsal inicia la actividad que conduce a la inspi­

corrientes superan un valor aproxim ado de 0,8-11. Por este m oti­

ración, y que la actividad intrínseca de las neuronas respiratorias

vo, se cree que el reflejo de H ering-Breuer puede desempeñar un

dorsales se suma a la actividad aferente procedente de los receptores

papel im portante en la regulación de la inspiración durante el

pulmonares de distensión para desactivar la inspiración y comenzar

ejercicio.

la espiración. En la figura 16-23 se muestra un sencillo diagrama que detalla la disposición de la vía de control de la respiración. La actividad de las motoneuronas respiratorias espiratorias de

C o n tro l v o lu n ta rio de la respiración

la médula espinal (las motoneuronas respiratorias inferiores) queda

La respiración regular normal (o eupnea) es un proceso automático,

inhibida durante la inspiración, mientras que la de las m otoneuro­

aunque la frecuencia y la amplitud de la respiración se pueden

nas inspiratorias queda inhibida durante la espiración. Este patrón

ajustar de form a voluntaría. Por ejemplo, es posible suspender la

Actividad en el nervio intercostal interno (activo durante la espiración)

100 mV

►

5s

Fig. 16-24.

Electromiograma del diafragma (activo durante la inspiración)

Ejemplo de la actividad motora reciproca en el diafragma y de la actividad eléctrica de un nervio que inerva un músculo intercostal interno. El

registro superior muestra la actividad de los potenciales de acción de una fibra nerviosa motora que inerva un músculo intercostal interno. Obsérvese que la actividad aumenta durante la espiración. El registro inferior muestra la actividad eléctrica del diafragma, que permanece activo durante la inspiración.

16.7 Control de lo respiración

respiración durante un corto período de tiempo. Esta interrupción

371

Movimientos pasivos de los miembros inferiores

re la respiración se conoce com o apnea voluntaria y su duración rstá limitada normalmente por la elevación de la P C 0 2 arterial. Del mismo modo, es posible aumentar la frecuencia y la amplitud de la respiración de forma deliberada durante la hiperventilación volun-

:jria (conocida también com o hiperprtea voluntaria). Este control voluntario afecta a ambos pulmones — no es posible, por ejemplo, racer descansar de forma voluntaria el pulm ón izqu ierd o mientras se ventila el derecho— . Las vías implicadas en la regulación v o .untaría no se conocen con certeza, pero presumiblemente se ori­ ginan en la corteza motora. Es posible un grado de control bastan:e fin o de los músculos respiratorios. Esto es im portante durante el .rabia, el canto o cuando se toca un instrumento de viento.

Control reflejo de la respiración Tos y estornudo Además de los receptores mecánicos de distensión, las vías aéreas roseen receptores que responden a los irritantes. Cuando se les es­ timula, estos receptores desencadenan un golpe de tos o, en caso de irritantes de la mucosa nasal, un estornudo. La fase inicial de cual­ quiera de ambas respuestas es una inspiración profunda, seguida por una espiración forzada contra la glotis cerrada. Cuando aumen­ ta la presión en las vías aéreas, la glotis se abre súbitamente, y el aire atrapado es expulsado a gran velocidad. Esto provoca el des­ plazamiento de una parte del moco que cubre el epitelio de las vías aéreas y ayuda a expulsar el irritante a través de la boca o de la na­ riz. Si se aspira agua hacia la laringe tiene lugar una apnea prolon­ gada que im pide que el agua llegue a las vías respiratorias.

D eglu ción

Tiempo (min)

Durante la deglución la respiración queda inhibida. Ésta es una parte de un reflejo com plejo: cuando el alim ento o la bebida pe­ netra en la orofaringe, la nasofaringe se cierra p or el m ovim iento hacia arriba del paladar blando y por la contracción de los múscu­

Fig. 16-25.

Los reflejos propioceptivos incrementan la ventilación. En

este experimento, efectuado sobre un gato anestesiado, se seccionaron los nervios motores correspondientes a los miembros inferiores, dejando in­ tactas las fibras aferentes. Los movimientos vigorosos de los miembros

los faríngeos superiores. A l mismo tiem po se inhibe la respiración

dieron lugar a un incremento importante de la ventilación, que disminu­

y los músculos de la laringe se contraen de manera que cierran la

yó hasta los niveles de reposo tras la interrupción de estos movimientos.

glotis. El resultado es que se evita la aspiración de alim ento por

©MASSON, S.A I otocoplnr rtln autorización oh un «Jolito

las vías aéreas. La acción de tragar va seguida por una espiración, que sirve para apartar cualquier partícula de alim ento que haya

quipnea pulmonar). Los receptores que median esta respuesta son

quedado situada en las proxim idades de la glotis. Estas acciones

terminaciones de fibras C situadas en el espacio intersticial de las pa­

están coordinadas p or redes nerviosas situadas en el bulbo. Si se

redes alveolares, conocidas previamente con el nombre de recepto­

inhalan accidentalm ente partículas de alimento, éstas estimulan

res J (juxtapulmonary capillary receptors). N o se conoce qué papel

los receptores para sustancias irritantes de las vías aéreas superio­

desempeñan estos receptores en la respiración normal.

res y provocan el reflejo de la tos.

O tras m odulaciones reflejas de la respiración Q u im io rre fle jo p u lm o n a r

El patrón respiratorio normal está m odificado por muchos otros

La inhalación de humo y de gases tóxicos, como el d ióxido de azu­

factores. Por ejem plo, el m ovim ien to p asivo de las extrem idades

fre y el amoníaco, estimula los receptores de irritación (también de­

provoca un aumento de la ventilación, que se cree que se produ­

nominados receptores de adaptación rápida) localizados en el árbol

ce a consecuencia de la estimulación de los propioceptores de los

traqueobronquial, induciendo un potente quim iorreflejo pulmonar

músculos y de las articulaciones (fig. 16-25). Este reflejo puede

en el que tiene lugar la constricción de la laringe y los bronquios

desempeñar un papel im portante en el increm ento de la ven tila­

con incremento de la secreción de moco. Si los pulmones se conges­

ción durante el ejercicio (v . cap. 25). El d olor provoca alteraciones

tionan, la respiración se hace rápida y superficial (y se denomina ta-

del patrón respiratorio normal. El d olor abdom inal (p. ej., duran-

372

16 Sistema (espiratorio

Los cuerpos carotídeos responden a los cambios de PaO,, PaC02 Nervio glosotaríngeo

y pH de la sangre arterial. Las fibras aferentes del cuerpo carotídeo aumentan su velocidad de descarga de forma significativa cuando el valor de la P a0 2 cae por debajo de aproximadamente 8 kPa (60 mmHg), como muestra la figura 16-29. Los cuerpos aórticos son islotes difusos de tejido que tienen una estructura microscópica si­ milar a la de los cuerpos carotídeos. N o obstante, no existe eviden ­

Arteria carótida interna

cia de que desempeñen un papel im portante en los humanos, aun­ Nervio del seno carotideo

que pueden desempeñarlo en otras especies (v. más adelante). Los cuerpos carotídeos son los únicos receptores capaces de de­

Seno carotideo

Arteria -»--------- carótida externa

sencadenar una respuesta ventilatoria frente a la hipoxia. Por tanto, cuando el cuerpo carotídeo ha sido extirpado quirúrgicamente por m otivos terapéuticos, se pierde la respuesta ventilatoria a la hipoxia

Cuerpo carotideo Fig. 16-26.

Artena carótida común

Diagrama simplificado que muestra las posiciones relativas

del cuerpo carolídco y del seno carotídeo.

aun cuando los cuerpos aórticos permanezcan intactos— . Cuando se respira aire ambiente normal, la influencia de los cuerpos carotí­ deos sobre la frecuencia respiratoria es pequeña. Por ejemplo, si un sujeto pasa bruscamente de respirar aire ambiente a respirar oxígeno al 100%, el volumen minuto cae aproximadamente un 10% durante

le un postoperatorio) puede ser tan intenso que dé lugar a una in­

un breve período de tiempo, antes de recuperar su nivel previo. La

hibición refleja de la inspiración, con apnea. El dolor intenso y

naturaleza pasajera de esta respuesta se puede explicar del siguiente

prolon gado se asocia con una respiración rápida y superficial. La

modo: la acción de respirar oxígen o puro reduce el estímulo respira­

inmersión de la cara en agua fría provoca el reflejo de inmersión

torio de los quimiorreceptores periféricos, y esto provoca la reduc­

(diving reflex), que incluye apnea, bradicardia y vasoconstricción

ción del volumen minuto. Durante este período, la PaCO, aumenta li­

periférica (v . cap. 30).

geramente, y esto actúa en los quimiorreceptores centrales, p rovo­ cando que el volumen minuto vuelva a su valor original. N o obstante, durante la hipoxia los cuerpos carotídeos desem­

Los gases sanguíneos tienen una im portancia crucial en el control de la ventilación, y son detectados por q u im iorreceptores periféricos y centrales El ob jetivo de la respiración es suministrar oxigen o a los tejidos y

peñan un papel importante a la hora de estimular la ventilación. Esto puede demostrarse en animales anestesiados y que respiran es­ pontáneamente. Si la PaO, arterial disminuye por efecto de la ad­ ministración de una mezcla de un 8 % de oxígen o y un 9 2% de ni-

Sangre capilar

LCR

Cl

eliminar el d ióxid o de carbono derivado del metabolismo oxidativo. Esto se logra mediante una regulación estricta de la PCO, y de la PO , de la sangre arterial (es decir, de la PaC02 y de la PaO,), que

hco:

+h*

se mantienen dentro de unos límites muy estrechos durante toda la

Quimiorreceptores centrales

vida. Realmente, la PaCO, y la PaO, varían muy poco entre el sue­ ño profundo y el ejercicio intenso, en que el consumo de oxígen o H 2C 0 3

y la producción de d ióxid o de carbono pueden aumentar más de 10 veces. Está claro que para lograr esta notable estabilidad el organismo necesita algún m étodo para detectar los valores de

h 2°

+ co3

c o 2 + h 2o

Neuronas respiratorias bulbares

PaCO, y de P a 0 2 y para enviar esta información a las neuronas que determinan la frecuencia y la amplitud de la ventilación. Este pa­ pel lo llevan a cabo los quim iorreceptores periféricos y centrales.

H aC 0 3

Los quimiorreceptores arteriales periféricos (cuerpos carotídeos) son órganos pequeños, con un tamaño aproxim ado de 7 x 5 mm,

Ajuste de la ventilación

HCOj + H*

que se localizan inmediatamente p or encima de la bifurcación caBarrera hematoencefálica

rotídea en ambos lados del cuerpo. Los cuerpos carotídeos son anatómica y funcionalm ente distintos de los barorreceptores, que se sitúan en la pared del seno carotídeo (fig . 16-26). N o obstante, las fibras aferentes procedentes del cuerpo y el seno carotídeo ipsolaterales discurren a través del mismo nervio, el nervio del seno car-

Fig. 16-27.

Diagrama esquemático que ilustra cómo la PCO, de la san­

gre capilar del cerebro estimula los quimiorreceptores centrales. Una ele­ vación del CO, plasmático provoca un aumento de la captación en el ce­

tídeo; a su vez, es rama del nervio glosofaríngeo (IX par craneal). Los

rebro, donde es convertido en bicarbonato e iones hidrógeno a través de

cuerpos carotídeos muestran un flujo sanguíneo muy elevado en re­

ácido carbónico. Los iones hidrógeno estimulan los quimiorreceptores

lación con su masa (aproximadamente de 20 1 • kg 1 • m in"1),

centrales, y esto aumenta la velocidad y la amplitud de la respiración.

que procede de las arterias carotídcas externas.

Una reducción del CO, plasmático tiene el efecto opuesto.

r 373

16.7 Control de lo respiración

n •_: ■

el volum en minuto aumenta aproximadamente en un

ma. Esta compensación es im portante durante los cambios cróni­

54“ i Esta es una respuesta refleja que se puede bloquear cortando

cos de la PaCO, derivados de la permanencia a grandes alturas (en

ir

las que la PaC 02 dism inuye; v. cap. 30) o de las enferm edades res­

- r — ios aórticos y del seno carotídeo. El aumento del volum en

■.

tc

:

z ue se observa tras la administración de una mezcla de gas

piratorias crónicas (en las que la PaC 02 aumenta).

-•.enga un 5% de CO, (en O, al 21% y N , al 7 4 % ) no se ve

s

-

m

-vr_esta a la hipercapnia está mediada por los quím íorreccpto-

' por la sección de estos nervios, hecho que demuestra que

tts -éntrales. 1 - > quimiorrecep Lores centrales responden a los cambios de - - -r. aqu ido cefalorraquídeo derivados de las alteraciones de la Se hallan situados encima o cerca de la superficie ventral

zst - ruibo, cerca del origen de los nervios glosofaríngeos y vagos, t : - . '.adiciones normales de reposo proporcionan la m ayor par­ as -r

estímulo quím ico de la respiración. En la figu ra 16-27 se

_

el mecanismo mediante el cual sensan la PaCO,. La PaCO,

. _ ~ ■ruada provoca un aumento de la PCO, del líq u id o cefalorra-

Efectos de la respiración de diferentes mezclas de gases Cuando se inhala aire que contiene una cantidad significativa de CO,, aumenta su presión parcial en los alvéolos y en la sangre arte­ rial. Esto se conoce con el nombre de hipercapnia. Si un sujeto hiperventila de forma deliberada durante un breve período de tiem­ po, la PC 02 en los alvéolos y en la sangre arterial disminuye, ya que se pierde por los pulmones a una velocidad superior a la de su ge-

. _ ic o . v la reacción de hidratación del d ió x id o de carbono se -

r

:i

hacia la derecha, provocan d o el aumento de la liberación nes hidrógeno: CO, + H ,0 ** H,CO,

H - + HCO,"

i. diferencia de la sangre, el liqu id o cefalorraquídeo contiene proteínas, de manera que los iones h id rógeno producidos ■ ■ esta reacción no sufren un tam ponamiento excesivo. A conr . -encía de ello, el pH cae de forma proporcional al aumento de _ .-CO., y estimula los quim iorreceptores. Por el contrario, du¿rr.e la hiperventilación, se pierde CO, de la sangre, y esto prov i una reducción de la PCO, del líq u id o cefalorraquídeo. La 40

--acción de hidratación se desplaza hacia la izquierda, y el pH del - - ido cefalorraquídeo aumenta, dism inuyendo la ventilación.

kPa

300 mmHg

Si el valor de la PaCO, se mantuviera persistentem ente por en..3 a o por debajo de su valor normal de 5,3 kPa (40 m m Hg), los - ^¡m iorreceptores centrales serían menos sensibles a los cambios

•100

50

7 t a PaC 02 que en condiciones normales. En estas situaciones la . ncentración de bicarbonato en el líq u id o cefalorraquídeo está

Curva de disociación de la oxihemoglobina

40

cgulada por el intercam bio con iones cloruro derivados del plas-

80

E 30

•60

20

■40

10

■20

a

5

-0 12

T~

20

Fig. 16-29.

—r~ 40

60 PO„

—T 80

16 kPa

~I— 100

120 mmHg

Efecto de la hipoxia aguda sobre la ventilación pulmonar

comparado con la curva de disociación de la oxihemoglobina. T.a sensibi­ lidad de la ventilación a la P 0 2inspirada se hace mucho más acusada a va­ lores situados por debajo de 8 kPa (60 mmHg), que es el punto en el cual la curva de disociación de la oxihemoglobina tiene también una pendien­

W Fig. 16-28.

'

te muy acusada. El panel superior de la figura muestra la frecuencia de

Efecto sobre la ventilación de la acción de respirar CO,. La

descarga del quimiorreceptor carotídeo (impulsos • s ') representada grá­

figura muestra la relación entre la concentración de C 0 2 en el aire inspi­

ficamente frente a la P 0 2 inspirada. Obsérvese que la frecuencia de des­

rado (F,co2) y la ventilación total para un sujeto normal. Obsérvese el acu­

carga aumenta progresivamente por debajo de 13 kPa (100 mmHg). La

sado incremento cuando la F.co, aumenta desde el 5 hasta el 10%.

descarga muestra un bajo grado de adaptación.

374

16 Sistema respiratorio

neración en los tejidos. Esta caída de la PCO, se denomina hipo-

damente por debajo de 8 kPa (60 mmHg; fig. 16-29). A medida

capnia.

que el valor de la PO, sigue dism inuyendo, la ventilación aumen­

Si se p id e a los sujetos que respiren una m ezcla de gas en que

ta de forma abrupta.

la PO, es in ferior a la normal, 21,2 kPa (159 m m Hg), su presión

A partir de estas observaciones, queda claro que el principal

parcial en la sangre arterial disminuirá. Esto se conoce con el

estímulo quím ico de la respiración es la PCO, del aire alveolar y

nom bre de hipoxemia. Si el contenido de ox íge n o es insuficiente

no la P 0 2. A primera vista este hecho puede parecer extraño, ya

para las necesidades del organism o, se dice que el sujeto está hi-

que el ob jeto principal del intercam bio de gases es mantener la

póxico. La ausencia total de ox ígen o es la anoxia.

oxigenación de los tejidos. El m otivo del efecto ventilatorio relati­

La importancia relativa del C 0 2 y del O, a la hora de determ i­

vamente pequeño de la hipoxia leve se puede com prender obser­

nar el volum en ventilatorio se investiga fácilm ente pid ien d o a los

vando la curva de disociación de la oxihem oglobina (fig. 16-29).

sujetos que respiren distintas mezclas de gas. Si un sujeto normal

Esta curva muestra que a una PO, de 8 kPa (60 m m H g) la hemo­

y sano respira una mezcla de gas que contenga un 2 1 % de o x íg e ­

globina aún está saturada en aproxim adam ente un 9 0 % . Por de­

no, un 5 % de d ió x id o de carbono y un 74% de n itrógeno duran­

bajo de este valor el porcentaje de saturación cae rápidamente.

te algunos minutos, su ventilación aumenta aproxim adam ente

Por consiguiente, a una presión atmosférica normal (101 kPa o

tres veces. Una fracción más elevada de d ió x id o de carbono en la

760 m m Hg), la hipoxia sería un estímulo ventilatorio relativa­

mezcla de gas inhalado estimulará todavía más la ventilación. In ­

m ente insensible.

cluso una única inspiración de aire que contenga una concentra­

Tal com o muestra la figura 16-30, el aumento de la ventilación

ción elevada de d ió x id o de carbono es suficiente para aumentar la

p rovocad o por aumento de la PCO, alveolar se hace más acusado

ventilación durante un b reve periodo de tiem po. Por el contrario,

a medida que la PO, dism inuye. Esto muestra qu e la sensibilidad

si un sujeto h ip erven tila durante un b reve periodo de tiem po, la

del control de la respiración frente al d ióx id o de carbono es ma­

ventilación posterior dism inuye tem poralmente. Por tanto, cual­

y o r durante la hipoxia que cuando la PO, es normal. Los efectos

qu ier maniobra que altere la presión parcial de C 0 2 en el aire al­

de la hipoxia y de la hipercapnia no son simplem ente aditivos,

veolar (PaC 02) p rovoca un cam bio en la ventilación que tiende a

sino que tienen una intensa interacción sinèrgica. Esto tiene una

restablecer el valor normal de la PaC 02 (5,3 kPa o 40 m m Hg). La

cierta im portancia durante la contención voluntaria de la respira­

relación entre la presión parcial de C 0 2 en el aire alveolar y la

ción y la asfixia, situaciones en las que la hipoxia y la hipercapnia

ventilación total se muestra en la figura 16-28.

aparecen conjuntamente. En este con texto se debería hacer notar

En contraste con esto, si el mismo sujeto respira una mezcla de

que la respiración de aire que contenga más del 5 % de d ió x id o de

ox ígen o al 15% y n itrógeno al 8 5 % , se produce un cambio muy

carbono es desagradable y provoca confusión mental. Respirar

pequeño en la frecuencia de la ventilación a una presión baromé­

aire que contenga una concentración elevada de d ió x id o de car­

trica normal. Realmente, la hipoxia sólo tiende a estimular la v e n ­

bono, o aire con una PO, m uy baja durante un p eríodo prolonga­

tilación de forma poderosa cuando la P 0 2 alveolar cae aproxim a-

do de tiem po puede p rovocar la pérdida de conciencia. A u n qu e en este apartado se ha puesto énfasis en el papel de la

6,5 (50)

13 (100)

P02 kPa (mmHg)

PaC02 com o estímulo ventilatorio, es im portante destacar que los cambios de la PaCO, provocan cambios m uy importantes en el pH sanguíneo. Una im portante consecuencia de los cambios de venti-

Resumen 1.

El diafragma y los músculos intercostales no tienen una actividad rítmica inherente, pero se contraen en respuesta a la activi­ dad eferente en los nervios frénicos e intercostales. El ritmo res­

2.

3.

piratorio básico se origina en el bulbo. Diversos reflejos influyen directamente sobre el patrón respirato­ rio. Éstos incluyen el reflejo de la tos. el reflejo de inflación pul­ monar de Hering-Breuer y la deglución. En términos generales, la respiración es estimulada por la falta de oxígeno (hipoxia) y por el aumento de dióxido de carbono (hi­ percapnia).

4.

PC02 Fig. 16-30. Respuesta ventilatoria a la hipercapnia a diferentes valores de POj. Obsérvese el elevado nivel basal de ventilación a medida que la PO, disminuye, y que el aumento de la ventilación se hace más sensible a la PCO¡ a medida que la PO, cae desde 27 kPa (200 mmHg) hasta 6,5 kPa (50 mmHg).

Las presiones parciales de los gases sanguíneos son sensadas por los quimiorreceptores periféricos y centrales. Los quimiorreceptores periféricos son los cuerpos carotideos y aórticos. Responden a los cambios de la PaO¡, la PaCOj y el pH de la sangre arterial, y son los únicos receptores que responden a la hipoxia. Los quimiorre­ ceptores centrales se hallan situados en el tronco del encéfalo, y son los responsables de la mayor parte de los estímulos químicos de la respiración. Responden a los cambios del pH del liquido ce­ falorraquídeo provocados por las alteraciones de la PCO, arterial.

16.9 Algunos trastornos frecuentes de la respiración

375

i_:ón en respuesta a la PaC 02 alterada es lim itar la m agnitud del

sar las partículas inhaladas que quedaron atrapadas en la capa de

im b io del pH de la sangre. El control pulm onar del p H sanguí­

m oco durante el paso del aire en dirección a los alvéolos. Utili­

neo y su papel en el equ ilib rio ácido-base se exp on e con m ayor

zando pequeñas partículas marcadas con un marcador radiactivo,

ir ia lle en el capítulo 29.

se ha demostrado que la m ayor parte de las partículas atrapadas son eliminadas dentro de un período de 24 h.

16.8 Mecanismos pulmonares de defensa

Los bronquíolos respiratorios, los conductos alveolares y los alvéolos no poseen un ep itelio ciliado, y las partículas que alcan­ zan estas regiones del pulm ón son procesadas por los macrófagos

. n o bien saben los habitantes de las ciudades, el aire que respi- ~.os está lleno de partículas, algunas de las cuales son inhaladas

alveolares. Éstos son unas células de grandes dimensiones que se hallan en el líqu id o que recubre las vías aéreas respiratorias. Las

. - cada inspiración. Incluso en el caso de que la concentración de

bacterias y los demás materiales biológicam ente activos son inge­

rartículas fuera de sólo el 0,001% (10 partes por m illón), un v o-

ridos por los macrófagos sus lisosomas los digieren. Los macrófa­

_.~en minuto respiratorio de 6 1 • m in-1 provocaría la introduc­

gos tam bién ingieren pequeñas partículas de minerales (p. ej., sí­

en en los pulmones de aproxim adam ente 8.500 1 de aire al día.

lice) que no son capaces de digerir. En estos casos, el material

ésto incluiría 85 mi de partículas. Queda claro que de no existir

queda almacenado en el interior de la célula y es expulsado me­

- gun mecanismo para extraer estas partículas, nuestros pulm o­

diante el «ascen so r» mucociliar cuando la célula muere. Si las bac­

nes quedarían rápidamente llenos de p o lv o y de detritos. A d e -

terias o los viru s logran cruzar estas defensas y penetran en el es­

~as, no todo el material inhalado es biológicam ente inerte. Una

pacio intersticial, es el sistema inm une el encargado de enfrentar­

"arte de él lo formarán agentes infecciosos (bacterias y partículas

se a ellas (v . cap. 14).

• ¡ricas) y otra parte tendrá capacidad alergénica (p. ej., el polen). Por tanto, los pulmones necesitan expulsar el material inerte e

Resumen

nactivar los agentes infecciosos y los alérgenos. El flu jo aéreo a través de la nariz y de las vías aéreas superio­

Las partículas que penetran en las vías aéreas quedan atrapadas en el

res es rápido y turbulento. A consecuencia de ello, las partículas

moco que recubre el árbol respiratorio. La mayor parte de este mate­

de grandes dimensiones ( > 10-15 (Im ) entran en contacto con la

rial es expulsado por la acción del ascensor mucociliar. H1 material que

capa de m oco que recubre sus conductos, quedando atrapadas en

se deposita en los conductos alveolares o en los alveolos es ingerido

- la. Esto tiene com o consecuencia una filtración del aire y la e x ­

por los macrófagos alveolares.

tracción de la m ayor parte de las partículas de grandes dimensio­ nes antes de que alcancen la tráquea. Adem ás de filtrar el aire en­ trante, las vías aéreas superiores también lo calientan y lo hume­ decen. Tal com o ocurre en las vías aéreas superiores, en la tráquea y en los bronquios el flu jo aéreo es turbulento, y esto pone en

16.9 Algunos trastornos frecuentes de la respiración

© MASSON, S.A. Fotocopia» sin autorización «# un ilulito

contacto la columna de aire entrante con la pared de las vías aé­ reas. A consecuencia de esto, la m ayor parte de las partículas res­

Norm alm ente, la respiración se lleva a cabo sin que nos demos

tantes de grandes dimensiones (5-10 |im) quedan atrapadas en el

cuenta y sin com plicaciones. Sólo cuando las cosas van mal tene­

m oco que recubre el árbol respiratorio superior. En una porción

mos conciencia de nuestra respiración. La dificu ltad para respirar

más baja de las vías aéreas, el flu jo aéreo se hace lento y laminar.

provoca una sensación de malestar que se conoce con el nombre

En estas regiones del pulmón, las partículas más pequeñas (0,2-

de disnea. La disnea es un fenóm eno subjetivo, durante el cual un

5 |im) se depositan en las paredes de las vías aéreas por efecto de

paciente puede tener la sensación que le falta aire. Puede ser bas­

la gravedad. Las partículas más pequeñas alcanzarán los alvéo­

tante normal, com o en el caso de un sujeto que ha ascendido rá­

los, donde la m ayoría permanecerán suspendidas en forma de ae­

pidam ente a una gran altura (don de la PO, atmosférica es baja), o

rosoles y serán espiradas. Aproxim adam ente una quinta parte de

puede ser la manifestación de alguna enferm edad orgánica. En

estas pequeñas partículas se depositan en los conductos alveola­

ambos casos la sensación de falta de aire es la que limita la capaci­

res o en los propios alvéolos, donde son procesadas por los ma-

dad para efectuar un ejercicio.

crófagos alveolares.

La capacidad de los pulmones para proporcionar una cantidad

Tal com o se ha descrito anteriorm ente (v . apart. 16.3), desde

de aire suficiente para las necesidades del organism o se conoce

las vías aéreas superiores hasta los bronquíolos terminales, el

con el nom bre de capacidad ventilaioria. Si ésta es in ferior a la

tracto respiratorio está recubierto por un epitelio ciliado cubierto

normal, existe alguna forma de trastorno respiratorio. Los tras­

por una capa de moco. Las células ciliadas constituyen aproxim a­

tornos se pueden d iv id ir en aquellos en los que las vías aéreas es­

damente la mitad del epitelio de las vías aéreas superiores (trá­

tán obstruidas, los que presentan una restricción a la expansión

quea y bronquios) pero, a n ivel de las vías aéreas de quinta gen e­

de los pulmones, y aquellos en los que los músculos respiratorios

ración, únicamente suponen el 15% del total. Los cilios se mue­

son débiles e incapaces de expan dir por com pleto el tórax. En este

ven enérgicam ente en dirección a la faringe, y esto provoca el

capítulo se expon en algunos de los trastornos respiratorios que

lento desplazamiento hacia arriba de la mucosidad. Este dispositi­

aparecen con m ayor frecuencia.

v o se conoce con el nom bre de ascensor mucociliar. El moco se de­

El asma es una dificultad para espirar. Los ataques de asma se

glute o se expulsa p or acción de la tos, y cuando alcanza la farin­

caracterizan por el com ienzo brusco de un cuadro de disnea. Ésta

ge se expectora. El ascensor m ucociliar es m uy eficaz para exp u l­

aparece a consecuencia de un broncoespasmo, que habitualmente

376

16 Sistema respiratorio

io s

Fig. 16-31.

Registro de los movimientos respirato­

rios para ilustrar el patrón de respiración de CheyneStokes. F.n este ejemplo, el registro se obtuvo de un

A l/ (litros)

2,0

inspiración

sujeto sano que se había desplazado recientemente a una gran altura.

se produce en respuesta a un alérgeno que se halla presente en el

provoca unos volúm enes pulmonares elevados, pero la capacidad

ambiente, aunque también puede aparecer en respuesta al ejerci­

vital, el pico de flu jo espiratorio y el FEV, están reducidos. Dado

cio. La fase inicial está desencadenada, probablemente, por una in­

que la causa subyacente es la destrucción del parénquima, el au­

teracción entre un alérgeno y los anticuerpos presentes en las célu­

mento de las resistencias se observa siempre, a diferencia de lo

las cebadas del intersticio del pulmón. A continuación estas células

que ocurre en los episodios agudos de asma.

secretan mediadores de la inflamación, incluyendo histamina y leu-

En la fibrosis pulmonar, la pared alveolar se hace más gruesa,

cotrienos. Esto provoca el espasmo del músculo liso de los bron­

y esto reduce la capacidad de difusión del pulmón. La capacidad

quios y un aumento de la secreción de moco en las vias aéreas, re­

de difusión también está reducida en la neumonía. En este caso, la

duciendo ambos de forma efectiva el diámetro de las vías aéreas.

infección bacteriana provoca la acumulación de líqu id o en los al­

Durante un ataque de asma, la CR1: y el V R están aumentados,

véolos. En los casos graves todo un lóbulo pulm onar puede qu e­

aunque la capacidad vital es normal. Los valores del FEV, y el

dar lleno de líqu id o («c o n d e n s a d o ») que contiene toxinas bacte­

pico de flu jo espiratorio están notablem ente reducidos — a menos

rianas, y a consecuencia de ello se produce un aumento del flu jo

de la mitad en los casos graves (fig. 16-16)— . Esto limita la capa­

sanguíneo y se altera la relación V A:Q.

cidad ventilatoria y provoca la disnea. En el asma crónica se pro­

La fibrosis quística es un trastorno hereditario de carácter re­

duce una destrucción del epitelio bronquial, y los valores de la

cesivo en el que el m oco existente en las respiratorias es m uy es­

CRE y del VR se mantienen persistentemente elevados.

peso y d ifícil de m ovilizar. Se debe a la incapacidad del canal ep i­

El broncoespasmo que aparece en la fase inicial de un ataque

telial para el cloro de abrirse norm almente en respuesta al A M P

de asma tiene una duración relativam ente corta. P or este m otivo

cíclico. La consecuencia es una disminución en la secreción tanto

se considera que la obstrucción de las vías aéreas que aparece en

de sodio com o de cloruro hacia la luz de las vías respiratorias. Así,

el asma es un fenóm eno reversible, aunque el trastorno inflama­

dism inuye la cantidad de agua que atraviesa la membrana epite­

torio de los bronquios persista durante mucho tiem po después de

lial y aumenta en gran medida la viscosidad del moco. Se reduce

la defervescencia del ataque agudo.

el mecanismo de elim inación normal del m oco a través del «a s­

El enfisema es una enferm edad en que los alvéolos tienen un tamaño aumentado a causa de la destrucción del parénquima pul­

cen sor» m ucociliar, con obstrucción de las vías respiratorias de calibre pequeño e infecciones bronquiales frecuentes.

monar. A menudo (aunque no de manera invariable) se debe al

El térm ino apnea del sueño describe varias enferm edades en

consumo de tabaco. La fisiopatología de la enferm edad no ha sido

las que la respiración se interrum pe tem poralmente. Se pueden

completamente aclarada. El lavado bronquial demuestra que los

identificar dos tipos principales: la apnea obstructiva del sueño y

espacios respiratorios de los pulmones de los fumadores están in­

la apnea central del sueño.

filtrados por neutrófilos. Actualm ente se considera que estas célu­

La apnea obstructiva del sueño aparece a consecuencia de la

las segregan enzimas proteolíticas que lesionan el parénquima pul­

obstrucción física de la vía aérea superior. Durante el sueño pro­

monar. Además, el humo de los cigarrillos inhibe el m ovim iento

fundo los músculos de la boca, la laringe y la faringe se relajan. A

de los cilios bronquiales, retrasando la eliminación de las partícu­

consecuencia de ello existe una tendencia al colapso de la faringe,

las existentes en las vías respiratorias. Posiblemente, el efecto irri­

obstruyéndose de este m odo la vía aérea. Los períodos de obs­

tante del humo es la causa del aumento de la secreción de moco

trucción p rogresiva van acompañados de ronquidos intensos se­

que tiene lugar en las vias respiratorias de m ayor calibre. Estos

guidos p or un período de silencio cuando la obstrucción es com ­

efectos se combinan incrementando las posibilidades de infección,

pleta. La PaO, dism inuye y la PaC02, aumenta, en ambos casos

con una inflam ación crónica del epitelio bronquial. Debido a ello,

con increm ento del esfuerzo respiratorio. A continuación los mo­

dism inuye el diám etro de las vías respiratorias y, tal com o ocurre

vim ientos respiratorios aumentan de intensidad, hasta que la pre­

en el asma, el paciente tiene dificultades para la espiración y mues­

sión intratorácica supera la obstrucción y la ventilación se resta­

tra atrapamiento de aire (lo que da nombre a la enfermedad).

blece — a m enudo con un potente ronqu ido— . Cuando el período

A consecuencia de estos cambios, la tracción sobre las vías aéreas

de apnea es prolon gado (puede durar hasta 2 min), el paciente se

queda reducida y su resistencia aumenta. Por sí mismas, estas altera­

despierta, la respiración v u e lv e a iniciarse, pero el patrón de sue­

ciones limitarán la ventilación, pero el problema se complica por la

ño ha quedado interrum pido. Si esto sucede con frecuencia, apa­

pérdida de parénquima pulmonar, que también restringe la capaci­

recen los signos característicos de privación del sueño, que inclu­

dad de difusión del pulmón. Además, la destrucción no es uniforme,

yen irritabilidad y pérdida de concentración.

el espacio muerto fisiológico aumenta y se miden relacionesVA:Q

La apnea central del sueño aparece cuando el control de la res­

anormales en diferentes partes del pulmón. El resultado es un inter­

piración no es capaz de iniciar unos m ovim ientos respiratorios.

cambio gaseoso inadecuado, hipoxemia y disnea crónica.

Durante la fase de apnea, la PaCO, aumenta y el paciente se des­

A l igual que en el asma, la evolución de la enferm edad queda

pierta. Una v e z despierto, el paciente reanuda la respiración, la

reflejada en las pruebas de función pulmonar. El aire atrapado

PaCO_, v u elve a la normalidad y v u e lv e a dormirse. Dado que este

16.9 Algunos trastornos frecuentes de la respiración

Normal

a)

20

40

60 PO.

100

120 mmHg

Hipoxia anémica

(a)

Hipoxia hipóxica

(b)

80

377

20

40

60 PO,

80

100

120 mmHg

Contenido de oxígeno de la sangre normal y de la anémica

(d) 20

Sangre n o rm a j^ ^ Saturación normal de la HbOj arterial. Contenido de 0 2 bajo. Diferencia a-v aumentada

Diferencia del contenido a-v de oxígeno igual a 5'rftr V = 40 mmHg

15

Sangre anémica

.2> 10

?

Diferencia del contenido a:v de pxigenp_¡gyal.a 5_ml_

5

V = 25 mmHg c

O

16 kPa

I

20

120 mmHg

Hipoxia por hipoperfusión

(e)

16 kPa

12

40

60 PO,

80

100

120 mmHg

Hipoxia histotóxica

(f)

O

MAMMON,

N

A

9' « »I«MXJplMI HIM AuIm IIJiI' Ulli II«

IM! »lllllln

100

kPa 20

íig . 16-32.

40

60 PO,

80

100

120 mmHg

120 mmHg

Efecto de los diferentes tipos de hipoxia sobre la saturación porcentual de la hemoglobina con oxigeno en sangre arterial y venosa. Ob­

sérvese que en la hipoxia anémica el contenido total de oxigeno de la sangre arterial es inferior a lo normal, a pesar de estar totalmente saturada de xigeno, como se muestra en (d).

vicio se puede repetir muchas veces durante la nochc, el sueño ru ede quedar muy gravem ente alterado.

Respiración periódica: la importancia del control quím ico de la

periódico de la frecuencia y del volum en corriente, t i patrón res­ piratorio alterna entre la apnca y la hiperventilación discreta (fig . 16-31). I,a respiración comienza con unas respiraciones len­

respiración queda evidenciada por un patrón que se conoce con

tas y superficiales, y la frecuencia y el volum en corriente aumen­

el nombre de respiración de Cheyne-Stokes. Consiste en un cambio

tan gradualm ente hasta llegar a un máximo, antes de qu e se pro-

378

16 Sistema respiratorio

duzca una apnea. Este patrón cíclico se observa en pacientes en

Un cortocircuito o shunt derecha-izquierda perm itirá que una

estado terminal o que han sufrido una lesión cerebral. En ocasio­

determinada cantidad de sangre eluda por com pleto el paso a tra­

nes se observa en personas normales durante el sueño, sobre todo

vés de los pulmones. A u n qu e la hem oglobina de la sangre que no

a grandes alturas.

ha efectuado el cortocircuito (es decir, la que ha pasado por los al­

En los pacientes terminales el patrón se explica del siguiente

véolos) está virtualm ente saturada por com pleto, la sangre que ha

m odo: durante el período de hipoven tilación la PaC 0 2 aumenta, y

pasado por el cortocircuito tendrá la misma P 0 2 que la sangre v e ­

esto estimula los quim iorreceptores centrales, que aumentan pro­

nosa mezclada. A consecuencia de ello, la P 0 2 y el contenido de

gresivam ente el estímulo respiratorio, de manera que tanto la fre­

ox ígen o de la sangre de las arterias sistémicas están reducidos. De

cuencia com o la amplitud de la respiración aumentan. El aumen­

forma similar, una relación alterada ventilación-perfusión condu­

to de la ventilación provoca una reducción de la PaCO, y del estí­

cirá a la hipoxia hipóxica si la proporción V A:Q es baja en una p or­

mulo respiratorio, de manera que la frecuencia y la amplitud de la

ción im portante del pulmón. Esto sucede en muchas enferm eda­

respiración caen. La PaCO, aumenta y el ciclo com ienza de nuevo.

des respiratorias, y es la causa más frecuente de cianosis central

Para que este patrón aparezca debe existir un retraso anormal en

(es decir, cianosis provocada por la oxigen ación inadecuada de la

la capacidad de los quim iorreceptores centrales para responder al

sangre). Otra causa im portante de hipoxia hipóxica es una capa­

cam bio en la PaCO,. Esto puede reflejar tanto una sensibilidad re­

cidad de difusión reducida a causa de la fibrosis del parénquima

ducida al d ióx id o de carbono com o un enlentecim iento del flujo sanguíneo hacia el cerebro, por ejem plo durante la insuficiencia cardíaca.

pulm onar o a un edema pulmonar. La hipoxia anémica está provocada por una reducción de la cantidad de hem oglobina disponible para unirse al oxigen o, de

A gran altura la respiración periódica no indica la existencia de un estado patológico. Puede ser inducida por un b reve p erío­ do de h iperven tilación y abolirse m ediante la inhalación de o x í­ geno puro.

m odo que el contenido de ox ige n o de la sangre arterial es anor­ malmente bajo (fig. 16-32d). Puede estar provocada p or una p ér­ dida de sangre, por una disminución de la producción de hema­ tíes o por la síntesis de una hem oglobina anormal a causa de un defecto genético. Tam bién puede estar provocada por una in to x i­

16.10 Aporte insuficiente de oxígeno a los tejidos: la hipoxia y sus causas

cación por m onóxido de carbono, ya que la afinidad de la hemo­ globina por este gas es superior a su afinidad por el ox íge n o (para una discusión más detallada de las anemias, v. cap. 13). En la hipoxia anémica, la PO, arterial es normal; sin embargo,

El sistema respiratorio se encarga fundam entalmente del inter­ cambio de gases — captando ox íge n o del aire y elim inando d ió x i­ do de carbono de la sangre pulmonar— . Si el contenido de ox íg e ­ no de la sangre se reduce, el ox íge n o puede ser insuficiente para perm itir el m etabolismo aeróbico de los tejidos. Esta situación se conoce con el nom bre de hipoxia. Existen cuatro tipos principales de hipoxia: hipoxia hipóxica, hipoxia anémica, hipoxia p or hipo-

el contenido de ox íge n o de la sangre es bajo, de manera que de­ berá extraerse de la hem oglobina una prop orción más elevada del ox ígen o disponible para mantener el m etabolismo de los tejidos. Por consiguiente, la PO, venosa es mucho menor que la normal (fig. 16-32c, d). La hipoxia por hipoperfusión es el resultado de un flu jo san­ guíneo reducido. Puede aparecer en puntos periféricos a causa de

perfusión ( stagnarli) e hipoxia histotóxica. Vamos a discutirlas

una vasoconstricción local (p. ej., exposición de las extrem idades

una por una.

al frío ) o puede d erivar de un gasto cardíaco reducido. En este

El térm ino hipoxia hipóxica hace referencia a la hipoxia que

caso, la PO, alveolar y arterial pueden ser normales, pero el flu jo

aparece a consecuencia de una P 0 2arterial baja. Las causas son d i­

sanguíneo a través de los tejidos m etabólicam ente activos es m uy

versas, pero todas tienen com o consecuencia una reducción del

lento, razón por la cual se produce una extracción excesiva del

contenido de ox íge n o de la sangre arterial sistèmica. Si la P 0 2 al­

ox íge n o disponible y la PO, venosa es m uy baja (fig . 16-32e). Esto

veolar es baja, la P O ,arterial será inevitablem ente baja, y también

origina una cianosis periférica.

será bajo el contenido de oxígen o. A consecuencia de ello, se e x ­

El término hipoxia histotóxica hace referencia al envenenamien­

trae m ayor cantidad de ox ígen o de la sangre para mantener el me­

to de las enzimas oxidativas de las células, por ejemplo, por cianu­

tabolism o o x id a tiv o de los tejidos (fig . 16-32b). Esto es bastante

ro. En esta situación, el aporte de oxígen o a los tejidos es normal,

normal después de ascender a grandes alturas, ya que la presión

pero éstos son incapaces de utilizarlo plenamente. A consecuencia

barom étrica y la PO , dism inuyen con la altura.

de ello, la PO, venosa es anormalmente elevada (fig. 16-32f).

Tal com o se e xp on e a continuación (v. apart. 16.11), la reduc­ ción de la ventilación (hip oven tilación ) provocará una reducción de la PO , alveolar y un aumento de la PCO, (hipercapnia). La hi­

Tratam iento de la hipoxia con o xíg en o

p oventilación puede aparecer com o consecuencia de la depresión respiratoria provocada por una sobredosis de fármacos (p. ej., en

Una elevada de PO, puede ser beneficiosa en el tratam iento de la

el envenenam iento por barbitúricos). Puede aparecer también a

hipoxia hipóxica. A l aumentar la PO, en los alvéolos, aumenta el

consecuencia de una debilidad grave de los músculos respirato­

contenido de ox íge n o de la sangre que abandona los pulmones.

rios, com o sucede en la poliom ielitis o en la miastenia grave. La

Esto disminuirá la cianosis central y aliviará la disnea. El trata­

obstrucción de las vías aéreas tam bién provocará una h ip o ven ti­

m iento con ox ígen o será menos eficaz en cualquier otra form a de

lación.

hipoxia.

16.11 Insuficiencia respiratoria

‘

i ument ar la cantidad de ox ígen o disuelta físicamente en

379

depresores respiratorios, com o los anestésicos. En este caso, la

e - - —-3 en algunas ocasiones se administra ox ige n o a presiones

ventilación dism inuye de manera inevitable. La lesión traum áti­

res a la atmosférica durante periodos breves de tiempo.

ca de la columna verteb ral p or debajo del segm ento cervical C4

& . rrjctica se conoce con el nombre de oxigenoterapia hiperbá-

puede interrum pir el flu jo de inform ación desde el bulbo hasta

3 a

_

las segundas m otoneuronas respiratorias, con parálisis de los

' de carbono. La P 0 2 elevada actúa desplazando el mo-

músculos intercostales. Las lesiones p or encima del n iv e l C4 pue­

_e carbono unido a la hem oglobina y proporciona el ox í-

den alterar el n e rv io frénico. La pérdida de las segundas moto-

: esarío para los tejidos. Los niños recién nacidos no debe-

neuronas tras una p oliom ielitis o alguna otra enferm edad neuro­

- -c • expuestos a PO , superiores a 40 kPa (aproxim adam ente

lògica (p. ej., enferm edad de la neurona m otora) también puede

f -

r _ede ser útil para el tratamiento de la intoxicación por

W ' — H g) ya que son especialm ente sensibles a sus efectos tóxi-

causar insuficiencia ventilatoria. La dism inución de la transmi­

or- v cap. 30).

sión neuromuscular que acompaña a la miastenia g ra v e puede in­ ducir el mismo efecto. La ventilación está reducida tras un neum otorax d ebid o a que

16.11 Insuficiencia respiratoria ..-suficiencia respiratoria tiene lugar cuando el sistema respia K

-

no puede mantener los valores normales de la PO, y -."eriales. La PaCO, normal es de 5,1 ±

1,0 kPa (38,5 ±

% - —- Hg). Estos valores los presenta el 95% de la población norn

-¡ PaO, normal depende de la P 0 2 en el aire inspirado y dis-

- - uve con la edad. En las personas jó v e n e s y sanas (< 30 años de . ; c -;ue respiran a nivel del mar, el valor m edio es de 12,5 ± 1

- P j |94 ± 10 m m Hg). Sin em bargo, la PaO¿ dism inuye con la . . c . su valor m edio en las personas sanas m ayores de 60 años c -. 10 ,8 ± 1,3 kPa (81 ± 10 m m Hg). Se establece el diagnóstico

c--- insuficiencia respiratoria cuando la P a 0 2 es in ferior a 8 kPa ~ m H g ) o bien la PaCO¡ es superior a 7 kPa (55 mmHg).

los pulmones no se pueden expan dir de manera adecuada. Tal com o ya se ha señalado, la com pliancia del tórax depende de la elasticidad de los pulmones y de la pared torácica en si misma. La com pliancia del tórax está disminuida cuando se reduce la elasti­ cidad de los pulmones, cuando la cavidad pleural está infiltrada por tejid o fibroso o cuando dism inuye en sí misma la elasticidad de la propia pared torácica. La reducción de la elasticidad de la pared torácica puede deberse a diversos trastornos posturales com o la escoliosis (curvatura lateral de la columna verteb ral) y la cifosis (curvatura posterior excesiva de la columna vertebral). Éstos son ejem plos de trastornos restrictivos. El aumento en la resistencia de las vías respiratorias puede ser d ebid o a la presencia de material extraño (p. ej., reflu jo del con­ tenido gástrico que pasa la laringe) o bien a una estenosis de la propia vía respiratoria, tal com o ocurre en el asma y el enfisema.

En la insuficiencia respiratoria tipo I, la PaO, es baja mientras que la PaCO, es normal o baja. Esta situación tiene lugar cuando hay una d erivación derecha-izquierda im portante de sangre desoxigenada, o bien cuando el cociente VA:Q está al­

Síndrom e de distrés re s p ira to rio del ad u lto (S D R A )

terado. Esta situación se puede p rodu cir en cuadros de neu­

Es una enferm edad en la que el parénquima pulm onar muestra le­

monía, edema pulm onar o síndrom e de distrés respiratorio

siones graves, hasta el punto de que se produce el fallecim iento

del adulto (SD R A) (v . más adelante).

de más a la mitad de los pacientes. N o hay una d efin ición com ­

En la insuficiencia respiratoria tipo II. la PaO, es baja mientras

pletam ente satisfactoria, pero el SDRA se caracteriza por hipoxe-

que la PaCO, esta elevada. Esta situación tiene lugar cuando la

mia grave (d e aqui su denom inación alternativa de insuficiencia

ventilación alveolar no es suficiente para elim inar el d ióx id o

respiratoria aguda), presencia de unas sombras difusas en la ra­

de carbono prod u cido por el m etabolismo anormal del cuer­

diografía de tórax (posiblem ente por zonas de acumulación de lí­

po. El cuadro se denomina insuficiencia ventilatoria y puede

quido), disminución de la com pliancia pulm onar y edema pulm o­

ser d ebid o a diversos factores (v . más adelante). Su causa más

nar que no se debe a insuficiencia cardíaca izquierda. Son facto­

frecuente es la enferm edad pulmonar obstructiva crónica.

res precipitantes el shock séptico (v . cap. 28), la aspiración del contenido gástrico, las situaciones de semiasfixia y la inhalación

In su ficien cia v e n tila to ria y sus causas

de gases o humos tóxicos. Este proceso parece estar origin ad o en la lesión de las membranas alveolocapilares, lo que da lugar a acu­

La insuficiencia ventilatoria puede ser debida a uno o más de los

mulación de liqu id o en los espacios respiratorios. A su vez, esta

nctores siguientes:

acumulación induce una redistribución del flujo sanguíneo pul­

•

Alteración del control n ervioso de los músculos respiratorios.

•

Bloqueo neuromuscular.

•

Neum otorax.

•

Disminución de la com pliancia del tórax o los pulmones.

•

Aum ento de la resistencia de las vías respiratorias.

monar debida en parte a la respuesta normal frente a la hipoxia local y en parte a la com presión de los vasos pulmonares por el edema local. Posteriorm ente, la liberación de mediadores quím i­ cos puede inducir una constricción todavía m ayor de la circula­ ción pulm onar con desarrollo de hipertensión pulmonar. A l cabo de una semana desde el inicio del cuadro, los pulmones muestran

Tal com o ya se ha señalado, la actividad de los músculos res­

infiltración por fibroblastos que depositan tejido fibroso en el in­

piratorios tiene un origen neurógeno. El estím ulo respiratorio

tersticio de los pulmones. Se pierde el tejid o elástico y aparece en­

procedente de las neuronas del bulbo raquídeo puede estar dis­

fisema. T o d o ello se refleja en un increm ento del espacio muerto

m inuido durante la hipoxia o en las situaciones de exposición a

fisiológico.

380

16 Sistemo respiratorio

Test de autoevaluación

Resumen 1.

La hipoxia es un estado en que la demanda metabolica de ox ige­

Cada enunciado puede ser verd ad ero o falso. Las respuestas co­

no no puede ser suplida por la sangre circulante. Existen muchas

rrectas se indican al final.

causas de hipoxia. pero se reconocen cuatro tipos fundamentales: hipoxia hipóxica, hipoxia anemica, hipoxia por hipoperfusión e hipoxia histotóxica. De ellas, la hipoxia hipóxica y la hipoxia por

1. Las siguientes afirmaciones hacen referencia a la circulación pulmonar:

hipoperfusión son las que se observan con mayor frecuencia en la

a. T o d o el gasto cardíaco pasa a través de los pulmones.

práctica clínica. La hipoxia hipóxica se puede tratar mediante la

b. Las presiones en las arterias pulmonares son similares a las

administración de oxígeno. 2.

La insuficiencia respiratoria tiene lugar cuando el sistema respi­

de las arterías sistémicas. c. La presión m edia en las arterias pulmonares aumenta a me­

ratorio no puede mantener los valores normales de la PO, y la PCO, arteriales. Puede deberse a una derivación derecha-izquier­ da importante de sangre desoxigenada, o puede ser secundaria a

dida que aumenta el gasto cardíaco. d. La resistencia de la circulación pulm onar cae a m edida que el flu jo sanguíneo pulm onar aumenta.

un cociente VA:Q alterado (insuficiencia respiratoria tip o l). Tam­ bién aparece insuficiencia respiratoria cuando la ventilación al­

e. En un hom bre en posición erecta, el flu jo sanguíneo pulm o­ nar es m ayor en la base del pulmón.

veolar no es suficiente para eliminar el d ióxido de carbono de o ri­ gen metabòlico. Esta situación se denomina insuficiencia respira­

f.

toria de tipo II (o insuficiencia ventilatoria), en la que la PO, es

g. Los pulmones inactivan todos los materiales vasoactivos.

F.l patrón de flujo sanguíneo pulmonar depende de la posición.

baja y la PCO, esta elevada.

2. Las siguientes afirmaciones hacen referencia a las vías aéreas y a los alvéolos: a. El cartílago de las paredes evita el colapso de la tráquea, los bronquios y los bronquíolos. b. Las vías aéreas superiores desempeñan un papel im portan­

Bibliografia recomendada

te a la hora de p roteger los pulmones de las partículas sus­ pendidas en el aire.

A n a to m ia

c. Las vías aéreas de pequeño diám etro son los puntos prin ci­ pales de resistencia de las vías aéreas.

MacKinnon PCB, Morris JF. Oxford textbook o f functional anatomy. Vol. 2: Thorax and abdomen. Oxford: Oxford University Press, 1988; p. JO-4.

d. Los alvéolos son el único punto en que se produce el inter­ cam bio de gases. e. En un pulmón sano, la distancia entre el aire alveolar y la san­ gre contenida en los capilares pulmonares es inferior a 1 (im.

H is to lo g ia Junqueira LC, Carneiro J. Kelley RO. Basic histology (caps. 12 y 13). 8th ed. London: Prentice-Hall, 1995.

3. En un in d ivid u o sano y normal, con una capacidad pulmonar total de 6 1: a. El volum en corriente en reposo es de aproxim adam ente 1 I. b. La capacidad v ita l es igual a la capacidad pulmonar total.

Fa rm a cologia del sistem a re s p ira to rio

c. La capacidad funcional residual es de aproxim adam ente 2 I. d. El volum en de reserva espiratoria en reposo sería de apro­

Rang HP, Dale M M , Ritter JM. Pharmacology (cap. 19). 4th ed. Edin­ burgh: Churchill-l.ivingstone. 1999.

xim adam ente I 1. e. El FEV, tendría un valor aproxim ado de 3,5 1. 4. Las siguientes afirmaciones hacen referencia a la mecánica

F is io lo g ia del sistem a re s p ira to rio Andrews P, W iddicom be J. Pathophysiology o f the gut and airways. An introduction (caps. 2, 6, 8 y 10). London: Portland Press, 1993. Hlastala MP. Berger AJ. Physiology o f respiration. 2nd ed. N ew York: Oxford University Press, 2001. Levitzk y M. Pulmonary physiology. 5th ed. N ew York: McGrawHill, 1999. Lumb A. Nunn's applied respiratory physiology. 5th cd. Oxford: Butterworth-Heincmann, 2000. Slonim NB, Hamilton LH. Respiratory physiology. St. Louis: Mosby, 1987. West .IB. Respiratory physiology: the essentials. 6th ed. Philadel­ phia, PA: Lippincott-Williams & W ilkins, 1999. W iddicom be J, Davies A. Respiratory physiology. 2nd ed. London: Edward Arnold. 1991.

ventilatoria: a. Se denomina com pliancia al cam bio del volum en de los pul­ mones por acción de un cam bio de presión. b. La compliancia total del tórax está determinada únicamente por la com pliancia de los pulmones. c. La retracción elástica de los pulmones in terviene en la ins­ piración. d. En el volum en funcional residual, la retracción elástica de los pulmones está equilibrada p or las fuerzas elásticas que tienden a expan dir el tórax. e. La com pliancia de los pulmones está determinada por las fuerzas de tensión superficial de los alvéolos y por los te ji­ dos elásticos del parénquima pulmonar. f. El surfactante pulmonar mantiene una tensión superficial constante en los alvéolos.

Problemas cuantitativos

5. Las siguientes afirmaciones hacen referencia a la ventilación y

2. Durante una estimación de la capacidad residual funcional, un

al intercam bio de gases:

sujeto respira una mezcla de aire y helio contenida en un espi­

a. El espacio m uerto anatómico es el volum en de aire que se

rómetro. El espirómetro tiene un volum en de 5 1, y la concen­

introduce durante una inspiración y que no penetra en los

tración de helio antes de que él respire la mezcla es del 5,0% .

alvéolos.

Después de que haya respirado el contenido del espirómetro, la

b. El espacio m uerto fisiológico es siempre m ayor qu e el espa­ cio m uerto anatómico. c. El espacio muerto anatómico es independiente del volum en corriente.

siempre máxima en la base. e. La relación V A:Q para un sujeto situado en p osición sen­

f.

concentración de helio ha caído hasta el 3,56% . ¿Cuál es la CRF? 3. Se entrena a un sujeto para que sea capaz de respirar determ i­ nados volúm enes corrientes sin hiperventilar. A partir de los datos de la tabla que se muestra a continuación, calcule el espa­

d. En un pulmón situado en posición vertical la ventilación es

cio muerto para cada valor de volum en corriente (con dos cifras decimales). Asuma que el Cü2alveolar se mantiene constante al 5,20% . ¿Qué conclusiones se pueden extraer de estos datos?

tada aumenta con la distancia p or encim a de la base del

Volum en corriente (1)

FCO, espirada

pulm ón.

0,50

3,64

La variación regional en las relaciones V A:Q es mucho me­

1,10

4,49

nor en los sujetos que se hallan en decúbito.

1,56

4,50

2,45

4,60

g. La capacidad de difusión del d ió x id o de carbono en los pu l­ mones es similar a la del oxígen o. :

381

4. En un pulm ón aislado de perro se ob servó la relación entre flu ­

Las siguientes afirmaciones hacen referencia al ritm o respira­

jo sanguíneo v presión de perfusión que se muestra a conti­

torio:

nuación.

a. Los músculos respiratorios tienen una actividad rítmica in ­

Presión de perfusión (kPa)

Flujo sanguíneo (I • min *)

1,2

0,27

trínseca. b. La maquinaria nerviosa básica para la generación del ritmo

2,7

1,1

respiratorio se halla situada en la parte in ferior del bulbo.

3.3

2,2

c. La respiración continuará incluso si se cortan todos los ner­

1.4

3,0

vios aferentes.

Calcule la resistencia vascular pulm onar para cada par de valo­

d. El diafragm a es el principal músculo de la respiración.

res. ¿Qué mecanismos pueden explicar los cambios que se ob ­

e. Durante la espiración, la actividad de los músculos inter­

servan?

costales externos queda inhibida. 7. En la regulación química de la respiración: a. La am plitud y la frecuencia de la respiración aumentan cuando un sujeto respira aire que contiene d ió x id o de car­ bono al 5% . b. Los quim iorreceptores centrales detectan la tensión de d ió­ xid o de carbono en la sangre arterial. c. Los quim iorreceptores periféricos están situados en el seno carotídeo y en el cayado de la aorta.

5. Unos volúm enes iguales de sangre procedente de regiones hipoventiiadas y de regiones normalmente ventiladas de un pul­ món se mezclan en una vena pulmonar. Si la P 0 2 de la sangre que drena la región hipoventilada es de 8 kPa (60 m m H g) y la de la procedente de la región ventilada con normalidad es de 13,3 kPa (100 m mHg), la PO, de la sangre mezclada será: a. 12 kPa (90 mmHg). b. 10,7 kPa (80 m mHg). c. 9,3 kPa (70 mmHg).

d. Los qu im iorrecep tores p eriféricos sólo responden a los

6. Un sujeto ha estado ventilando de forma regular y efectúa una

cam bios en la presión parcial de o x íg e n o de la sangre arte­

inspiración profunda en el mom ento cero, espira y sigue respi­

rial.

rando espontáneamente. Se registran los siguientes valores de

e. La ventilación aumenta considerablem ente cuando la pre­ sión parcial de ox ígen o en la sangre arterial cae por debajo de 8 kPa (60 m mHg).

Problemas cuantitativos

ventilación minuto. ¿Cuáles son los factores responsables de los cambios en la ventilación? Tiem p o (s)

Ventilación

-10

5,8

-5

5,8

0

Inspiración

5

5,8

1. Un sujeto escala una montaña de gran altura. ¿Cuál es la pre­

10

5,6

sión parcial de ox íge n o en las vías aéreas superiores durante la

15

5,1

inspiración (a) a una altura de 3.000 m (P u, 70 kPa) y (b ) en la

20

4,7

cima, que se halla situada a 4.350 m (P 8, 56 kPa)? La p ropor­

25

4,65

ción de ox ígen o en el aire atm osférico es del 21% y la presión

30

4,9

de saturación del vap or de agua es de 6,2 kPa.

35

5,3

382

16 Sistema respiratorio

7. Un sujeto ha estado respirando una mezcla hipóxica que con­

3. El volum en corriente o tidal en reposo seria de aproxim ada­

tiene un 14% de ox íge n o en nitrógen o al 8 6 % . En el momen­

m ente 500 mi. La capacidad v ita l es igual al volum en pulmonar

to cero, inhala ox íge n o puro, y a m edida que sigue respirando

total menos el volum en residual, y el volum en de reserva espi­

con norm alidad ox íge n o puro se registran los siguientes v a lo ­

ratoria es igual a la capacidad funcional residual menos el v o ­

res de ventilación minuto. Represente gráficam ente los datos y

lumen residual.

exp liqu e los cambios que se observan.

a. Falso.

T iem p o (s)

Ventilación (1 • min *)

b. Falso.

-2 0

8,5

c. Verdadero.

-1 0

8,5

d. Verdadero.

0

8,0

e. Verdadero.

10

6,8

20

5,2

30

6,2

40

6,8

50

6,3

60

6,4

4. La com pliancia del tórax vien e determinada por la de la pared torácica y por la de los pulmones. La retracción elástica del pulm ón ayuda a la espiración, no a la inspiración. El surfactante pulm onar reduce el trabajo respiratorio al reducir la ten­ sión superficial de la interfase aire-líquido en los alvéolos. La tensión superficial depende del grado de inflación: cuanto más se expanden los pulmones, m ayor es la tensión superficial.

Respuestas al test de autoevaluación

a. Verdadero. b. Falso.

1. T od o el débito del ventrículo derecho pasa a través de la circula­

c. Falso.

ción pulmonar, y el débito de las cavidades derechas e izquierdas

d. Verdadero.

será el mismo durante cualquier período significativo de tiempo.

e. Verdadero.

Las presiones sistólica y diastólica en las arterias pulmonares son

f. Falso.

aproximadamente de 25 y 8 mmHg, respectivamente, en compa­ ración con 120 y 80 mmHg para las arterias sistémicas. Aunque la presión en las arterias pulmonares aumenta con el aumento del gasto cardíaco, el aumento es pequeño, ya que la resistencia de la circulación pulmonar cae. Aunque los pulmones inactivan mu­ chos materiales vasoactivos como la bradicinina, convierten la angiotensina 1 en su forma activa, angiotensina n.

5. El espacio muerto fisiológico es siempre mayor que el espacio muerto anatómico, ya que incluye el volumen de aire captado por los alvéolos que no son perfundidos por la sangre y que, por tan­ to, no pueden tomar parte en el intercambio de gases. En los suje­ tos sanos, la diferencia es pequeña. Cuando los pulmones se ex­ panden, la tracción sobre las vías aéreas aumenta, y esto las dila­ ta. A consecuencia de ello, el espacio muerto aumenta con el

a. Verdadero.

volumen corriente. La ventilación alveolar es mayor en la base de

b. Falso.

los pulmones para volúmenes pulmonares equivalentes o supe­

c. Verdadero.

riores a la CRF. Para los volúmenes pulmonares inferiores a la

d. Verdadero.

CRF, la ventilación en el vértice puede ser mayor que en la base.

e. Verdadero. f. Verdadero. g. Falso. 2. La tráquea y los bronquios tienen anillos o placas de cartílago en sus paredes, que les perm iten mantenerse abiertos a pesar de los cambios de la presión intrapleural. Los bronquíolos no tie­ nen cartílago y pueden colapsarse cuando la presión intrapul­ monar supera a la presión en la vía aérea. Los puntos principa­ les de resistencia de las vías aéreas son las vías aéreas superio­ res (fundamentalmente la nariz y las vías aéreas de las seis

Aunque los volúmenes de dióxido de carbono y de oxígeno in­ tercambiados durante la respiración son similares, el gradiente de presión del dióxido de carbono es mucho menor. Esto queda su­ perado por la capacidad de difusión mucho mayor del dióxido de carbono (aproximadamente 20 veces mayor que la del oxígeno). a. Verdadero. b. Verdadero. c. Falso. d. Falso. e. Verdadero.

primeras generaciones). La caída de la resistencia asociada con

f. Verdadero.

la ramificación de las vías aéreas implica un gran aumento de la

g. Falso.

sección. A u n qu e los alvéolos son los puntos principales de in­

6. Los músculos respiratorios son músculos estriados, y no tienen

tercambio de gases, los bronquíolos respiratorios y los conduc­

ritm o intrínseco. Su activid ad rítmica d eriva de la actividad de

tos alveolares también contribuyen al intercam bio de gases.

sus motoneuronas.

a. Falso.

a. Falso.

b. Verdadero.

b. Verdadero.

c. Falso.

c. Verdadero.

d. Falso.

d. Verdadero.

e. Verdadero.

e. Verdadero.

Respuestas o los problemas cuantitativos

383

7. Los quimiorreceptores periféricos son los cuerpos carotídeos y

presión aumenta. N o existe autorregulación. La caída de la re­

aórticos, que sensan el pH del plasma y las presiones parciales de

sistencia es el resultado del reclutamiento adicional de vasos y

oxígen o y de dióxido de carbono. Son los únicos quim iorrecep­

de la dilatación adicional de los vasos que ya estaban abiertos.

tores que responden a la presión parcial de oxígen o en la sangre arterial. Los receptores del cayado de la aorta y del seno carotídeo son barorreceptores que monitorizan la presión arterial. a. Verdadero. b. Verdadero. c. Falso. d. Falso. e. Verdadero.

5. Aproxim adam ente 9,3 kPa (70 m m H g) ya que es el contenido de

oxígeno de cada flu jo sanguíneo el que se promedia, no sus pre­ siones parciales. 6. Esto demuestra la importancia del d ió x id o de carbono para de­ terminar la ventilación. La inspiración profunda p rovoca una ligera hiperventilación y una reducción tem poral del d ióxid o de carbono. El estímulo quím ico de la ventilación se reduce y la ventilación dism inuye. La reducción de la ventilación per­ mite una acumulación progresiva de d ió x id o de carbono, que

Respuestas a los problemas cuantitativos

estimula la respiración y aumenta de este m odo la ventilación. 7. Este experim ento demuestra la respuesta hipóxica a la respira­ ción. Obsérvese que la ventilación inicial es elevada a causa de

1. (a) 8,5 kPa; (b ) 5,6 kPa.

la hipoxem ia predom inante. La respiración de ox íge n o puro

2 . 2 , 01 .

reduce el estímulo hipóxico, y la ventilación dism inuye. Sin em bargo, ya que la ventilación inicial era elevada, existirá un

3. Los valores del espacio muerto son 0,15, 0,15, 0,21 y 0,28 1, de modo que el espacio muerto aumenta a medida que el volum en corriente aumenta. Esto está provocado por el tejido conjuntivo del parénquima, que tira de las vías aéreas y hace que se dilaten. 4. Los valores de la resistencia vascular pulmonar son 7,4, 2,45, 1,5 y 1,33 kPa • 1 ' • min. La resistencia vascular cae a medida que la

cierto grado de hipocapnia, y el estímulo del d ió x id o de car­ bono será inferior a lo normal. La reducción inicial de la ven ti­ lación minuto, desde 8,4 hasta 5,2 1, refleja este hecho. La pos­ terior elevación de la ventilación m inuto hasta 6,8 1 se produ­ ce a consecuencia del retorno de la presión de d ió x id o de carbono a su nivel normal.

17 El riñón y la regulación del medio interno El objetivo del presente capitulo es explicar: •

La estructura básica del riñón y la circulación renal

•

La estructura de la nefrona y la organización de su riego sanguíneo

•

El concepto de autorregulación y regulación del flujo sanguíneo renal

•

La formación del filtrado glomerular

•

El concepto de adaramíento renal

•

Los procesos de transporte que se producen en el riñón, incluyendo la reabsorción y la secreción a nivel tubular

•

El papel del tóbulo distal en la regulación del equilibrio iónico del organismo

•

El establecimiento del gradiente osmótico en la médula renal y su papel en la regulación de la osmolalidad plasmática

•

La función de la vejiga

E l riñón y la regulación del medio interno

17.1 Introducción

Tabla 17-1.

Comparación entre la com posición del plasma

y la de la orina

-. res humanos, al igual que todos los animales, se alimentan Á

Plasma

Orina

Unidades

-: s organismos, tanto para obtener material destinado al cre­

ía.- :~ :o y al mantenimiento de sus tejidos com o para obtener los

Na'

r „-sos necesarios para llevar a cabo otras actividades, como la

K+

s e : - succión. Este estilo de vida im plica, inevitablem ente, la in..

r. de diversas cantidades de constituyentes esenciales del

a . - '. s n i o , como sodio, potasio y agua, y la producción de pro-

5 metabólicos de desecho. Adem ás, el organism o debe man-

: .r

r - : - un estricto control de la com posición de los líqu idos corpo- : v éste es el papel principal de los riñones. Éstos llevan a cabo .

-

tersticial de los tejidos, los riñones regulan de manera efecti-

-r.- - composición del líqu id o extracelular. El proceso de regula­ ra - requiere que los riñones elim inen el exceso de agua, sales y - - i actos metabólicos. La producción de una orina de composir. variable resulta ser, por tanto, una parte necesaria del papel • —eostático del riñón. Cada día se producen entre 1 y 1,5 1 de orina, que contiene

mmol l-‘

3,5-5

20-70

mmol

10-24

mmol •1"'

1,35-1,50

HCOj

22-28

0

l-1

mmol •l"1

Fosfato

0,8-1,25

25-60

mmol •l-‘

ci-

100-110

50-130

mmol •l-‘

0,06-0,12

6-20

mmol ■L 1

4-7

200-400

mmol •l-‘

30-50

mmol •1-'

Urea

•: _ y dado que el plasma se mantiene en equ ilib rio con el líqu i-

50-130

Ca!*

Creatinina

- ¿ : unción m ediante la regulación de la com posición sanguí-

140-150

nh;

Proteínas

0,005-0,02 65-80

Ácido úrico

0,1-0,4

Glucosa

3,9-5,2

pH Osmolalidad

7,35-7,4 281-297

0 0,7-8,7 0 4,8-7,5 50-1.300

g l ’1 mmol •I"1 mmol l-‘ H °g,o[H 1 ) mosmol • kg“'

rimadam ente 50-70 g de sólidos, fundam entalmente urea y ruro sódico. El volum en y la osm olalidad de la orina varían

Los valores qu e se muestran en la tabla corresponderían al 9 5 % de una po­

i - z o con la ingesta de líquidos com o con la pérdida de líquidos

blación de adultos normales sanos. Obsérvese que, mientras que las concentra­

- r el sudor y por las heces. La com posición quím ica de la orina

ciones de los principales constituyentes del plasma se m antienen relativam ente

r í muy variable (tabla 17-1 j y varía según la dieta. A u n qu e la ori-

constantes, la com posición de la orina varia considerablem ente. Adem ás, algu­ nos importantes constituyentes del plasma, com o las proteínas, la glucosa y el

- ; contiene cantidades mínimas de la m ayor parte de los consti-

bicarbonato, no están presentes en la orina normal. Otras sustancias, com o la

■-rentes del plasma, algunas sustancias como las proteínas, la

creatinina. el N H . , el fosfato y la urea, están presentes en la orina a concentra­

; -cosa y los aminoácidos no se detectan en condiciones norma-

ciones m u y superiores.

es Otras sustancias están mucho más concentradas en la orina c _e en el plasma (p. ej., la creatinina, el fosfato y la urea). N orm alm ente la orina es ligeram ente ácida en com paración r. el plasma o con el líq u id o extracelular. Su pH se halla hábi­

en la diabetes insípida (v . apart. 17.8), p ero adquiere una colora­

l m e n t e com prendido entre 4,8 y 7,5, aunque en las personas

ción intensa en las infecciones, y una coloración m arrón-rojiza

cue toman una dieta m ixta normal oscila entre 5 y 6 (en compa-

cuando contiene hem oglobina.

-=c:ón con el valor de 7,35-7,40 del p H del plasma). La orina re-

Adem ás de su papel fundamental en la regulación y la excre­

cnte y normal tiene un olor ligeram ente característico, que

ción, los riñones también producen la hormona eritropoyetina,

_ede ser fácilm ente enmascarado p or los olores d erivados de

que regula la producción de hematíes (v . cap. 13), y una enzima,

t

: r-armiñados alim entos (p. ej., café o ajo). P ero la descomposi-

la renina, relacionada con el equ ilib rio del sodio a través de la se­

: n de la orina p or acción de las bacterias p rovoca un desagra­

creción del aldosterona (v . cap. 28). Tam bién forman 1,25-dihi-

c ió le olor fétid o d ebid o a la producción de amoníaco. Su color

droxicolecalciferol (también llamado calcitriol) a partir de la v ita­

iracterístico se debe, principalm ente, a la presencia de pigm en-

mina D, sustancia relacionada con el e q u ilib rio del calcio (v . cap.

5 ctrr¡an) que en­

grandes dimensiones, que reciben el nom bre de cálices principa­

v u e lv e una red de capilares que se denom ina glomérulo. Los capi­

les. Éstos, a su vez, se d ivid en en los cálices menores, que recogen

lares glom erulares se originan en una arteriola aferente y se reú­

la orina de las papilas renales.

nen para formar una arteriola eferente (fig.

Como corresponde a su papel regulador del medio interno, los riñones reciben un im portante aporte sanguíneo de la aorta abdo­

17-3). Entre los

capilares glom erulares hay grupos de células del sistema fagocítico denominadas células mesangiales.

minal a través de las arterias renales. Su drenaje venoso se efectúa

El túbulo proximal se origina directam ente en la cápsula de

a través de las venas renales y hacia la vena cava inferior. La cir­

Bowman. M id e entre 50 y 60 |im de diám etro y 15 mm de longi-

Columna renal (tejido cortical)

Papila

____Pirámide renal (tejido medular) ----- Seno renal (grasa) ----- Cáliz mayor

------Cáliz menor Corteza

Fig. 17-1.

Sección del riñón izquierdo que

muestra sus principales características anató­ micas.

17.2 Orgonizaciòn anatómica del riñón y del tracto urinario

Células de la mácula densa

Tubulo colector cortical

389

Túbulo distal

Arteriola aferente Arteriola eferente

Nervios renales

".e o e conectar

Células mesangiales extraglomeru lares

Células granulares . -, .-■'Oiución distai

Células mesangiales

MBr.na densa

irruscuto ‘

Podocitos

Ovillo vascular

Membrana basal Células endoteliales capilares

c proximal descendente

CD^iuQ ¡ubcru;

Túbulo colector de la zona externa de la médula Porción ascendente gruesa

Espacio de Bowman

Túbulo proximal

REGIÓN INTERNA DE LA MEDULA rxyi ascendente delgada -

T úbulo colector de la zona interna de la médula

Fig. 17-3.

Principales características de un glomérulo renal y del apa­

rato yuxtaglomerular. La pared de la arteriola aferente presenta un engrosamiento en las proximidades del punto de contacto con el túbulo dis­ tai, donde se hallan situadas las células yuxtaglomerulares. Estas células secretan la enzima renina en respuesta a una baja concentración de sodio en el túbulo distal.

• j

17-2.

Diagrama de una nefrona de asa corta (cortical) y de una ne-

-¿ de asa larga (yuxtamedular) que muestra su organización básica. - sérvese que la porción inicial del túbulo distal de ambos tipos de ner;na se halla en contacto con su propio glomérulo.

las nefronas de la zona más externa de la corteza renal (nefronas

corticales o superficiales) son cortas (el segm ento delgado tiene únicamente 2 mm de lon gitu d ) y algunas de ellas quedan en glo­ badas totalm ente por la corteza. En cambio, las asas de las nefro­

:

Las células epiteliales del túbulo proxim al tienen forma de

nas más próxim as a la médula (las nefronas yuxtamedulares) son

: . ? o y son ricas en m itocondrias. Están íntimam ente unidas a la

largas y penetran profundam ente en ella (fig. 17-2). Aproxim ad a­

_ : _ra del extrem o apical por tight junctions, y la superficie lumi-

mente el 15% de las nefronas del organism o humano tienen asas

está densamente cubierta de m icrovellosidades, que forman

largas, y los segmentos delgados de esas nefronas (que pueden al­

_r. orom inente ribete en cepillo (fig. 17-4). Cada |im2 de la super-

canzar los 14 mm de lon gitu d ) penetran profundam ente en las pa­

apical presenta aproxim adam ente 100 m icrovellosidades,

pilas renales.

¿ja una de las cuales tiene una altura aproxim ada de 3 (im; por

La parte terminal de la rama ascendente gruesa del asa de

un to, el borde en cepillo m ultiplica por aproxim adam ente 200 la

Henle y el segm ento inicial del túbulo distal establecen contacto

-r e r fic ie disponible para el transporte. Las superficies laterales

con la arteriola aferente en la p roxim idad del glom érulo, en la

las membranas basolaterales poseen un am plio conjunto de

parte en la que se origina el túbulo. El ep itelio tubular se m od ifi­

r rolongaciones interdigitadas que aumentan de forma considera­

ca para form ar la mácula densa y la pared de la arteriola aferente

r e su superficie. El espacio com prendido entre las regiones baso-

es más gruesa d ebido a la presencia de células yuxtaglomerulares o

: ter ales de las células se denomina espacio intercelular lateral.

granulares. Éstas son células musculares lisas m odificadas que

El túbulo proxim al conecta con el túbulo intermedio, conocido

contienen gránulos de secreción. Las células yuxtaglom erulares,

:m bién con el nom bre de porción descendente del asa de Henle.

la mácula densa y las células mesangiales asociadas forman el apa­

l a este punto, las células epiteliales son delgadas y planas (el gro-

rato yuxtaglomerular ( fig . 17-3). Las células yuxtaglom erulares de

5ir de la pared es de únicamente 1-2 (J.m). En comparación con las

la arteriola secretan una enzima, denom inada renina, que inter­

---•lulas de túbulo proxim al, éstas tienen pocas m itocondrias. La

viene en la regulación de la secreción de aldosterona por parte de

melgada porción descendente gira y asciende hacia la corteza,

la corteza suprarrenal. El aparato yuxtaglom erular desempeña,

_niéndose finalm ente al segm ento grueso, que tiene aproxim ada­

p or tanto, un papel im portante en la regulación del balance del

mente 12 mm de longitud. Las células del segm ento grueso son

sodio (v. apart. 17.7 y caps. 12 y 28).

cúbicas y presentan amplias invaginaciones en la membrana ba-

El túbulo distal se origina en la porción ascendente del asa de

soiateral. A l igual que las células del túbulo proxim al, contienen

Henle, y m ide aproxim adam ente 5 mm de longitud. En este pun­

gran cantidad de m itocondrias, hecho que sugiere que participan

to, la pared del túbulo está formada por células cúbicas parecidas

de forma im portante en el transporte activo. Las asas de H enle de

a las de la porción gruesa ascendente. Los túbulos distales de va ­

390

17 El riñón y lo regulación del medio interno

Tubulo distal Célula principal

Célula intercalada

m Tùbulo colector cortical

Tùbulo colector de la región interna de la médula Porción ascendente gruesa Fig. 17-4. Porción descendente delgada

Ultraestructura de las células

que forman la nefrona.

rías nefronas se unen por m edio de túbulos conectores para formar

médula (una arteriola eferente yuxtam edular) originan diversos

los conductos colectores — de aproxim adam ente 20 mm de lon gi­

vasos rectos conocidos con el nom bre de vasos rectos descenden­

tud— , que atraviesan la corteza y la médula en dirección a la pel­

tes (vasa recta) que se encargan de irrigar las regiones medulares

vis renal. El epitelio de los conductos colectores está form ado por

interna y externa. La sangre procedente de los vasos rectos as­

dos tipos de células, las células principales (o células P), relacio­

cendentes drena a las venas arcuatas.

nadas con la regulación del equ ilib rio del sodio, y las células in ­ tercaladas (o células I), que son importantes para la regulación del equ ilib rio ácido-base. La figura 17-4 muestra esquemáticamente la ultraestructura celular de la nefrona.

Los riñones están inervados por fibras nerviosas simpáticas y parasimpáticas Los riñones están bien inervados, tanto p or fibras posgangliona-

La disposición de la circulación renal es muy ordenada

res simpáticas procedentes de la cadena paravertebral simpática (T12-L2) com o por fibras eferentes procedentes del n ervio vago. Las fibras nerviosas posganglionares simpáticas viajan ju n to a las

La arteria renal penetra en el riñón por el h ilio y se ramifica para

arterias principales que irrigan la corteza renal hasta el n ivel de

form ar las arterias interlobulares que, a su vez, originan las arte­

las arteriolas aferentes. Las fibras parasimpáticas del v a g o efec­

rias arcuatas, que circulan alrededor de la región más externa de

túan sinapsis en un gan glio situado en el hilio, y parece ser que

la médula. Las arterias arcuatas se continúan en las arterias corti­

inervan las arteriolas eferentes. La in ervación simpática es de tipo

cales radiales (denominadas en ocasiones arterias interlobulares),

adrenérgico, mientras que las fibras parasimpáticas son colin érgi-

que ascienden hacia la cápsula renal y se ramifican para formar

cas. Esta inervación proporciona a la circulación renal un control

las arteriolas aferentes de la cápsula de Bowman (fig. 17-5). Las ar-

extrínseco capaz de superar la autorregulación intrínseca (que se

teriolas aferentes son el origen de los capilares contenidos en la

exp on e en el apartado siguiente).

cápsula de Bowman, que a continuación vu e lv en a unirse para form ar las arteriolas eferentes. Las arteriolas eferentes de la parte más externa de la corteza dan lugar a una rica red de capilares que rodea los túbulos rena­ les (capilares peritubulares) (fig . 17-6). La sangre procedente de

17.3 El flujo sanguíneo renal se mantiene por autorregulación

estos capilares peritubulares drena, en prim er lugar, a las venas estrelladas y, a través de ellas, a las venas corticales radiales y las

En los adultos, el flu jo sanguíneo renal (es decir, el flu jo sanguí­

venas arcuatas. En cambio, las arteriolas eferentes próxim as a la

neo que se d irige a los dos riñones), que ha sido m edido por di-

17.3 El flujo sanguíneo renal se mantiene por autorregulación

391

Vena estrellada

Corteza renal

Arteriola aferente

¿steria radial cortical

Gloméailo

Vena ra d ia l------cortical

Arteriola eferente

Médula Arteria arcuata •ases rectos isceodentss

Vena arcuata

Fig. 17-5.

Diagrama que representa las caracte­

rísticas principales de la circulación renal. Se mues­ tra la circulación después de la ramificación de la arteria renal para formar la arteria interlobular. La sangre arterial se representa en rojo y la sangre ve­

■3sos rectos ascendentes

Arteria interlobular

nosa, en azul. Obsérvese que las arteriolas eferentes de las nefronas superficiales son el origen de los ca­

Vena interlobular

pilares peritubulares, mientras que las de las nefro­ nas yuxtaglomerulares son el origen de los vasos rectos que penetran profundamente en la médula renal (vasa recta).

ersos métodos, equ ivale aproxim adam ente a 1,25 1 • min 1 o al

terna de la médula y 20 veces más que la zona interna— . Si la pre­

: ' ' o del gasto cardíaco en reposo. La corteza renal es la zona que

sión arterial experim enta oscilaciones dentro del in tervalo com ­

recibe m ayor flu jo sanguíneo — unas 5 veces más que la zona ex-

p ren dido entre 10 y 26 kPa (80-200 m mHg), el flu jo sanguíneo re­ nal se mantiene considerablem ente constante (fig. 17-7). Esta es­ tabilidad

se mantiene después de

la denervación

y

puede

observarse en riñones aislados y perfundidos, con lo cual queda -------- Vena estrellada

claro que se debe a mecanismos renales intrínsecos. Recibe el nom bre de autorregulación.

Arteriola aferente Arteriola eferente

¿Cuáles son los mecanismos responsables de la autorregula­ ción? Para explicarlos se han planteado dos hipótesis: la hipótesis

miogénica y la hipótesis metabólica. La hipótesis miogénica propone que la autorregulación se debe a la respuesta de las arteriolas rena­

Capilares peritubulares

les al estiramiento. La elevación de la presión distenderá la pared de la arteriola, generará tracción sobre las fibras musculares lisas y provocará una respuesta contráctil. Esto aumentará la resistencia

Arteria radial

vascular y reducirá el flujo sanguíneo (v. también cap. 15, apart. 15.9). La hipótesis metabólica propone que los metabolitos deriva­ dos del tejido renal mantienen cierto grado de vasodilatación. El

Arteria arcuata

aumento de la presión de perfusión conducirá a un aumento del flu jo sanguíneo, hecho que, a su vez, determinará una m ayor eli­

Vena arcuata

minación de dichos metabolitos y reducirá así la vasodilatación.

Vasos rectos descendentes

trico, también pueden actuar com o vasodilatadores. Además, se ha

Otros factores humorales, como las prostaglandinas y el óx id o ní­ propuesto que la mácula densa del aparato yuxtaglom erular inter­ Vasos rectos ascendentes

viene en el mantenimiento del tono vasom otor de las arteriolas afe­ rente y eferente del glom érulo (v. apart. 17.5). En resumen, es pro­ bable que tanto factores m iogénicos como metabólicos sean los res­ ponsables del mantenimiento del flu jo sanguíneo en el riñón. A pesar de la existencia de una potente autorregulación, el flujo sanguíneo renal está sometido a modulación; por ejemplo, disminu­

Fig. 17-6.

Vascularización de las nefronas corticales y yuxtamedulares.

y e durante el ejercicio y tras una hemorragia grave. Esta regulación

392

17 (I rinofl y lo regulodón del medio interno

Fig. 17-7.

Autorregulación del flujo sanguí­

neo renal. En un riñón aislado de perro se per­ mitió inicialmente que el flujo sanguíneo renal se estabilizara a una presión de perfusión de 13,3 kPa {100 mmHgj. A continuación mentó de forma brusca la presión de perfusión hasta un nuevo valor, y se midió inmediata­ mente el flujo sanguíneo después del cambio de presión (círculos blancos y linea azul). Des­ pués de un breve período de tiempo, el flujo sanguíneo se estabilizó a un nuevo nivel (como muestran los circuios rojos y la linea roja). Los kpa

datos muestran que el flujo sanguíneo renal en estado estacionario se mantiene básicamente

mmHg

constante cuando la presión arterial se eleva

Presión de perfusión

por encima de 10 kPa (75 mmHg).

17.4 La nefrona regula el medio interno mediante ultrafiltración y modificación selectiva del filtrado

adicional se logra tanto por acción de los nervios renales como por acción de los factores humorales que circulan en la sangre. Como he­ mos visto anteriormente, la inervación de los riñones procede tanto de la división simpática como de la división parasimpática del siste­ ma nervioso autónomo. La estimulación simpática provoca la vaso­ constricción de las arteriolas aferentes y reduce asi el flujo sanguí­

La regulación de la com posición plasmática se realiza a través de

neo renal. El papel de las fibras colinérgicas queda menos claro,

tres procesos clave:

pero podrían ser vasodilatadoras. Tanto la epincfrina como la norepinefrina provocan vasoconstricción en la circulación renal, pero la segunda actúa fundamentalmente en la corteza. Estos factores son los responsables de la disminución del flujo sanguíneo renal que tie­

1.

Filtración.

2.

Reabsorción.

3.

Secreción.

ne lugar durante el ejercicio. La angiotensina II y la hormona anti­

En prim er lugar, parte del plasma que flu y e a través de los

diurética (vasoprcsina) también son vasoconstrictoras poderosas, e

capilares glom erulares atraviesa la pared capilar d ebid o a la pre­

intervienen de forma importante en la regulación del flujo sanguí­

sión hidrostática de la sangre y alcanza el espacio de Bowman

neo renal, sobre todo tras una hemorragia importante.

(filtración ). Después, a m edida que este líqu id o discurre a lo lar­

En la figura 17-8 se recogen los valores de las presiones m e­

g o de los tú bu los renales, su com posición es m odificada tanto

dias en determ inados puntos clave de la circulación renal. Obsér­

por la reabsorción de algunas sustancias com o por la secreción de

vese que la vasoconstricción en las arteriolas aferentes reduce la

otras. La reabsorción se d efin e com o el m ovim ien to de una sus­

presión en los capilares glom erulares y que la vasoconstricción en

tancia desde el líq u id o tubular hasta la sangre, y éste tiene lugar

las arteriolas eferentes, en cambio, la aumenta.

a través de las células tubulares (vía transcelular) o entre las pro-

Arteria renal

Arteriolas aferentes

1 Capilares 1glomerulares i l l l 1 Arteriolas 1 eferentes 1 contraídas

Arteriolas eferentes

Capilares peritubulares

Vénulas y venas renales

16

Fig. 17-8. Caída de la presión sanguínea me­ dia a lo largo del circuito renal. Obsérvese que la presión es relativamente elevada en los capi­

12

lares glomerulares, mientras que en ios capila­ res peritubulares (2 kPa o 15 mmHg) es inferior a la presión oncótica del plasma (que aquí tiene un valor aproximado de 4,7 kPa o 35 mmHg). Por consiguiente, la reabsorción de líquidos se

|3resiolutos hacia el exterior del líqu id o tubular. La secreción parace-

de los líqu id os corporales es relativam en te elevada (> 290 mos-

!ular tiene lugar cuando estas fuerzas favorecen el m ovim ien to

mol • kg '), el agua se absorbe bajo el efecto de la hormona anti­ diurética (o vasopresina, A D H ) y se elim ina una orina con cen­

Las fases principales en la form ación de la orina se ilustran

trada. Si la osm olalidad de los líqu id os corporales es rela tiva­

en la figu ra 17-10 y se pueden resum ir de la manera siguiente.

m ente baja (< 285 mosmol • k g -1), se segrega poca cantidad de

En prim er lugar, aproxim adam ente la quinta parte del plasma se

A D H y se elim ina una orina diluida.

filtra hacia el espacio de Bowman, desde el que alcanza el túbu-

En 1921, W earn y Richards demostraron que la nefrona tra­

lo proxim al. A q u í, muchas sustancias son reabsorbidas mientras

baja de esta manera m ediante la obtención de muestras que liq u i­

que otras son secretadas. El túbulo p roxim al reabsorbe toda la

do de la cápsula de Bowman con la técnica de m icropunción (cua­

glucosa y los am inoácidos filtrados, así com o la m ayor parte del

dro 17.1). El análisis de este liqu id o demostró que tenía la misma

sodio, el cloruro y el bicarbonato. La reabsorción de estas sus­

com posición que el plasma excep to por la cantidad de proteínas,

tancias se acompaña de un e qu ivalen te osm ótico de agua, de ma­

que es m uy escasa.

nera qu e hacia el final del tú b u lo proxim al ya se han reabsorbi­

La explicación más sencilla de esta observación clave es que el

do aproxim adam ente las dos terceras partes del líq u id o filtrado.

líqu id o capsular se forma mediante el filtrado del plasma con e x ­

Dado que esta fase de reabsorción no está estrecham ente rela­

cepción de las proteínas plasmáticas, perm itiendo el paso lib re de

cionada con el e q u ilib rio ión ico del cuerpo, a m enudo se deno­

iones y de moléculas pequeñas com o el sodio y la glucosa. La fun­ ción que desarrollan los demás segmentos se ha estudiado m e­ diante la obtención de muestras pequeñas del líqu id o tubular con la técnica de m icropunción, para su posterior análisis quím ico. En

el m antenim iento de un grad iente osm ótico en la m édula renal. Lo consigue m ediante el transporte de cloru ro sódico desde el lí­

una variante de este abordaje, se realiza la perfusión de segm en­

qu id o tubular hasta el tejid o que rodea a los túbulos (el intersti­

tos aislados de la nefrona m ediante un pequeño volum en del lí­

cio), sin perm itir la captación osm ótica de agua. El resultado es

quido, que después se analiza para determ inar cuáles son las sus­

que la osm olalidad del líq u id o que abandona el asa de H enle es

tancias que han sido reabsorbidas o secretadas.

O M AM O N,

I : el potasio plasmático es elevado, aumentará la captación de

en iones hidrógeno y bicarbonato. A continuación los iones bicar­

-

bonato abandonan las células tubulares por medio de un intercam­

^ . r en el interior de las células a través de la Na*/K"-ATPasa;

s : pe tasio plasmático es elevado, aunque sea en una cantidad

biador de bicarbonato-cloro.

r¿n -■ecueña como 0,2 mmol • l ' 1, aumenta la secreción de aldoste-

La secreción activa de iones hidrógeno hacia la luz del túbulo

- - ; r : r las células de la zona glom erular de la corteza suprarre-

distal y de los conductos colectores provoca una caída del pH del

Esto, a su vez, estimula la producción de más moléculas de

líqu id o tubular, que puede alcanzar valores tan bajos como 4-4,5

\ '-A T P asa por parte de las células P, que se insertan en las

— mucho más bajos que en cualquier otro punto de la nefrona— .

- ; - : : ; n a s apical y basolateral, respectivam ente. T od os estos

Dado que las membranas apicales de las células del túbulo distal y

V.

. — ríos incrementan la captación de sodio por el tùbulo y au-

de los túbulos colectores tienen una perm eabilidad pasiva a los

- : r.rar. la secreción de potasio por las células P. El efecto final es

protones m uy baja, éstos no pueden difundir retrógradam ente ha­

. : rea lización de la concentración plasmática de potasio.

cia las células tubulares. Dado que un pH de 4 corresponde a una concentración de ion hidrógeno libre de solamente 0,1 mmol • l’ 1, sólo 0,15 mmol de ion hidrógeno libre pueden ser excretados cada

Las células intercaladas regulan el e q u ilib r io ácido-base secretando iones h id ró gen o

día en un flu jo urinario diario normal de 1,5 1. N o obstante, el or­ ganismo necesita excretar aproxim adam ente 50 mmol de ácido no volátil cada día, que deriva, fundamentalmente, del catabolismo de los aminoácidos cisteina y metionina, que contienen azufre.

- -- -u e la mayor parte del bicarbonato filtrado se reabsorbe en el

Para perm itir la excreción de esta cantidad de ácido no volátil, el

. r _.o proxim al y en el asa de Henle, la concentración que llega al

riñón tampona iones hidrógeno con fosfato y genera base por m e­

.:

3 distal es de 1 a 2 mmol • 1 '. En circunstancias normales todo

dio de la secreción de iones amonio.

- ■; b¡carbonato es reabsorbido. El mecanismo empleado por las cé_ : ■ .ntercaladas difiere del utilizado en el tùbulo proximal. Las : —as intercaladas secretan activamente iones hidrógeno hacia la - i ro r medio de una bomba dependiente de A T P (fig. 17-22). . rr. en el tùbulo proxim al, la reducción del pH del líquido tubu. ■ favorece la conversión de iones bicarbonato en d ióxid o de car- : no y agua, y el dióxido de carbono liberado difunde siguiendo

Los iones de calcio se reabsorben desde el tú bu lo distal gracias a un proceso activo que puede ser estimulado por la h orm ona paratiroidea

- ¿radiente de concentración hacia el interior de las células tubu-

Aproxim adam ente el 70% de la carga filtrada de calcio se reabsor­

-l.-í -s. donde la anhidrasa carbónica cataliza la formación de ácido

be en el túbulo proxim al, el 20% se reabsorbe en la porción ascen­

ronico en las células intercaladas. El ácido carbónico se disocia

dente del asa de Henle y la cantidad restante se reabsorbe, m ayoritariamente, en el túbulo distal y el conducto colector cortical. Sólo

Resumen 1.

La primera parte del túbulo distal continúa la dilución del líqu i­ do tubular que se inició en la porción ascendente gruesa del asa de Henle.

2.

El epitelio de la segunda parte del túbulo distai y del túbulo co­ lector está formado por dos tipos de células, las células P y las cé­ lulas intercaladas. Las células P absorben sodio y agua. También secretan potasio al liquido tubular. Las células intercaladas secre­ tan iones hidrógeno y reabsorben bicarbonato. Como en el resto de la nefrona, estos movimientos iónicos dependen de la bomba de sodio de la membrana basolateral.

3.

La captación de sodio y la secreción de potasio están reguladas ampliamente por la hormona aldosterona, que, a su vez, es regu­ lada por la secreción de la enzima renina por parte de las células yuxtaglomerulares de las arteriolas aferentes.

4.

Aunque el movimiento transcelular de calcio es el responsable de aproximadamente una tercera parte de la captación de calcio en el túbulo proximal, en el túbulo distai toda la captación de calcio se efectúa a través de la ruta transcelular. Esta captación está mediada por el influjo pasivo de calcio en las células — provocado por su gra­ diente electroquímico— y está acoplada a la extrusión activa de cal­ d o a través de la membrana basolateral. Esta captación de calcio la

Mecanismo a través del cual las células intercalares de la

estimula la hormona paratiroidea (PTH). En cambio, la reabsorción


mago. Probablem ente, esta enzima sólo queda inactivada

blando hacia la pared faríngea posterior im pidiendo asi que el

-pués del m ezclado com pleto del con tenido del bolo con el

alim ento in gerid o se introduzca en la nasofaringe. Tam bién in i­

- í o gástrico.

cia una onda de contracción peristáltica que empuja el b olo a tra­ vés del esfínter esofágico superior, que está relajado, en direc­ ción al esófago. La laringe se eleva, de m odo qu e la ep iglotis cu­

D eglución

bre la abertura de la nasofaringe a la tráquea y la abertura esofágica se tracciona. A l mismo tiem po, se inhibe la respiración

■.a vez com pletada la masticación y form ado el bolo alim enticio

(apnea de deglución). De este m odo se evita la entrada de alim en­

-ricado, éste es deglutido. El alim ento pasa hacia la región pos­

to en la tráquea.

t o r de la boca para penetrar en la orofaringe y, a continuación,

Las lesiones del centro de la deglución en el SNC o de los ner­

a laringofaringe, que son puntos de paso comunes para el ali-

vios glosofaríngeo y vago, que transportan los impulsos eferen­

-.ento, los líquidos, y el aire.

tes, provocan dificultades de deglución (disfagia). Los aconteci­

La prim era fase (oral) de la deglución es voluntaria, pero las :apas posteriores — faríngea y esofágica— están sometidas a un >ntrol autónom o reflejo (in volu ntario). Durante la fase oral de la

mientos principales del reflejo de deglución se ilustran en la fig u ­ ra 18-11. En la fase esofágica final de contracción, la onda de contrac­ ción peristáltica que se inició en la faringe continúa a lo largo de

Miedo

Reflejos condicionados

Deshidratación

todo el esófago. Dura unos 7-10 s y, habitualmente, es suficiente para impulsar el bolo hacia el in terior del estómago. Si no es capaz de hacerlo, la distensión resultante del esófago inicia un reflejo vagovagal que desencadena una segunda onda peristáltica. La

Centros superiores del cerebro

submucosa del esófago contiene glándulas que secretan m oco en respuesta a la presión provocada p or un bolo alim enticio. Este m oco ayuda a lubricar el esófago y facilita el transporte de ali­

© •'

mento. El arco reflejo que desencadena la deglución se ilustra en

i' ©

la figura 18-12.

Sabor

El tiem po que tarda el alim ento en descender por el esófago Masticación

depende de su consistencia y de la posición corporal. Los líquidos tardan sólo 1-2 s en alcanzar el esfínter cardial, pero los alimentos

Olor

sólidos pueden tardar mucho más. El proceso cuenta normalmen­ te con la ayuda de la gravedad. A la altura de la unión entre el SNS

SNP

esófago y el estóm ago existe un ligero engrosam iento del múscu­ lo liso circular del tracto GI, que recibe el nom bre de esfínter eso­ fágico in ferior (denom inado también esfínter cardial o gastroesofágico). El esfínter cardial actúa com o una válvula: permanece ce­ rrado cuando no se está deglutien do ningún alim ento para evitar la regurgitación de éste, así com o de ju gos gástricos. Justo antes de que la onda peristáltica (y el alim ento) alcance el final del esó­ fago, el esfínter esofágico in ferior se relaja para perm itir la entra­

Fig. 18-10.

Resumen de los principales factores que influyen sobre la

secreción de saliva. SNP, sistema nervioso parasimpàtico; SNS, sistema nervioso simpático.

da del b olo en el estómago. En ciertas condiciones se puede producir el reflu jo gastroesofágico del contenido ácido del estómago. Si el esfínter esofágico

430

18 Sistema digestivo

in ferior permanece relajado durante períodos de tiem po prolon­ gados, o bien si la presión abdom inal supera a la del tórax, el con­ tenido ácido del estóm ago puede introducirse en el esófago (re­ flujo). El reflu jo prolon gado o excesivo puede causar inflam ación esofágica con aparición de un dolor retroesternal de carácter que­ Lengua

mante en la zona entre el epigastrio y la garganta (pirosis). Estos Faringe Epíglotis

Resumen

Glotis Esfínter faringoesotágico

1.

Hn la boca, el alimento se mezcla con la saliva a medida que va sien­ do masticado. Tres pares de glándulas salivales (parótidas, submaxilares y sublinguales) segregan aproximadamente 1.500 mi de sali­

Tráquea

va cada dia. Ésta contiene moco, que ayuda a lubricar el alimento, y una OC-amilasa, que inicia la digestión de los hidratos de carbono. 2.

I.as células acinares de las glándulas salivales producen un líqui­ do '¡«nórtico por secreción de electrólitos y agua. Este líquido su­ fre modificaciones a medida que fluye por los conductos saliva­ les. de modo que la composición final de la saliva depende de la velocidad a la que fluye.

3.

T.a secreción salival está controlada por reflejos mediados por el sistema nervioso autónomo. La estimulación parasimpática pro­ mueve una abundante secreción de saliva acuosa, rica en amilasa y en moco. El flujo sanguíneo en dirección a las glándulas saliva­ les también aumenta. La estimulación simpática promueve la se­ creción de amilasa, pero reduce el flujo sanguíneo hacia las glán­ dulas. El efecto global de la estimulación simpática consiste, en general, en una reducción de la tasa de secreción salival.

4.

La deglución consta de tres fases. La primera u oral es voluntaria, pero las fases posteriores están sometidas a un control autónomo reflejo. Cuando se inicia la deglución, se desencadena una onda peristáltica que empuja el bolo alimenticio a través del esfínter

Fig. 18-11.

Acontecimientos que se producen durante la deglución (a-

esofágico superior y hacia el interior del esófago. Esta onda de

d) a medida que el bolo alimenticio se desplaza desde la boca hasta el esó­

contracción se mantiene durante varios segundos y m ueve el bolo

fago.

hacia el esfínter esofágico inferior, que se relaja para permitir la entrada de alimento en el estómago.

----- NTS ----- Núcleo ambiguo

Cadena simpática

Fig. 18-12. Vías nerviosas relacionadas con el reflejo de la deglución. NTS, núcleo del tracto solitario.

18.4 Estómago

431

entornas suelen exacerbarse por el embarazo, la inclinación del

Las regiones principales del estómago se ilustran en la figura

cuerpo hacia delante, al acostarse o el consumo de cantidades e x ­

18-13. La región cardial del estóm ago (cardias) rodea el orificio

cesivas de comida, todas ellas situaciones en las que la presión in-

cardial, por el cual el alim ento penetra en el estómago. La parte

traabdominal aumenta. Muchas personas de edad avanzada que

del estóm ago que se extien de por encima del orific io cardial se de­

sufren reflu jo gastroesofágico padecen una hernia de hiato, un

nomina fundus, mientras que la porción media recibe el nombre

trastorno en el que la parte proxim al del estóm ago presenta her-

de cuerpo. Éste se continúa con la región pilórica, que tiene forma

niación a través del orific io diafragm ático por el que pasa el esó-

de embudo. La porción superior y más ancha de la región p ilóri­

:^go (el hiato esofágico) hacia la cavidad torácica.

ca es el antro, que se estrecha para form ar el canal pilórico, que, a su vez, termina en el mismo piloro. La porción con vexa del estó­ m ago recibe el nom bre de curvatura mayor, mientras que la cón­

18.4 Estómago

cava es la curvatura menor. El fundus y el cuerpo del estóm ago actúan com o reservorio

? ->r debajo del esófago, el tracto GI se continúa con el estómago,

tem poral de alimento. Pueden almacenar grandes volúm enes de

ca e se sitúa en la parte izquierda de la cavidad abdominal. Las

alim ento sin experim entar cambios apreciables en la presión in-

ranclones del estómago incluyen:

tragástrica, ya que el músculo liso de estas áreas se relaja en res­ puesta a la presencia de alimento. Este reflejo está m ediado, al me­

Alm acenam iento tem poral del alimento. Fragmentación mecánica del alim ento en partículas pequeñas. Digestión quím ica de las proteínas en p olipéptidos por acción de las pepsinas. •

Regulación del paso del quim o hacia el intestino delgado. Secreción del factor intrínseco, esencial para la absorción de la vitam ina B]2.

nos en parte, por fibras aferentes y eferentes que viajan por el n ervio v a g o y provocan una inhibición del tono muscular. La ac­ tivid ad contráctil en el fundus y en el cuerpo es relativam ente dé­ bil, de m odo que el alim ento permanece en ellos quieto durante períodos de tiem po bastante prolongados. En cambio, en la región antral se producen contracciones vigorosas que contribuyen a la fragm entación del alim ento en partículas más pequeñas y al m ez­

El estóm ago se comunica con el esófago a través del esfín­ ter esofágico inferior (cardial), y con el duodeno a través del es-

clado de éste con ju g o gástrico para formar el quim o, la forma scm ilíquida que pasa al duodeno.

■ nter pilórico. La figura 18-1 muestra su posición en relación con . is órganos. Tiene unos 25 cm de longitud y forma de « J » , aun_ue su tamaño y forma varían de unos individuos a otros y en

Irrig a c ió n e inervación del estómago

•unción de su grado de repleción. Cuando el estómago está vacío, ::ene un volum en aproxim ado de 50 mi, y su mucosa y submuco-

Las arterias gástricas, que aportan sangre arterial al estómago, son

¡ se disponen en grandes pliegues longitudinales denominados

ramas de la arteria celíaca que forman un p lexo de vasos en la

restas. Cuando está totalm ente dilatado, el estómago tiene una

submucosa. A partir de aquí, los vasos se ramifican ampliamente

. jpacidad de hasta 4 1.

para proporcionar a la capa mucosa una rica red de vasos. El dre­ naje venoso se efectúa a través de las v e g as gástricas que desem­ bocan en la vena porta, que lleva la sangre hacia el higado. El flu ­ Fundus

jo sanguíneo en dirección a la mucosa gástrica aumenta de forma significativa cuando el estóm ago es estimulado para segregar ju g o gástrico en respuesta a una ingesta. Los linfáticos del estómago discurren ju n to con las arterias y drenan en los ganglios linfáticos que rodean a la arteria celíaca.

Cardias

Curvatura menor Esfínter pilórico

Pliegues rugososcrestas

El estóm ago está ricam ente in ervad o tanto por n ervios in ­ trínsecos com o por nervios extrínsecos. Las neuronas intrínsecas se encargan de la inervación del músculo liso y de las células se­ cretoras gástricas. Sus axones hacen sinapsis con fibras extrínse­

Cuerpo del estómago

cas. La inervación extrínseca incluye fibras simpáticas proce­ dentes del p le x o celiaco y de neuronas vagales parasimpáticas. A lgunas fibras aferentes tam bién inervan el estómago. Éstas son

Curvatura mayor

sensibles a diversos estímulos, inclu yen d o la distensión y el d o ­ lor. Muchas fibras aferentes salen del tracto G l a través del ner­ v io va g o y de los nervios simpáticos. Otras forman las ramas afe­ rentes de los arcos reflejos intrínsecos m ediados p or el SNE.

Duodeno

Fig. 18-13.

Antro pilórico Vista lateral del estómago que muestra sus principales rc-

_-ones anatómicas y las crestas.

Estructura de la mucosa gástrica La organización básica de la pared gástrica es parecida a la que muestra la figu ra 18-2. Adem ás de las capas musculares lon gitu ­

432

18 Sistema digestivo

dinal y circular, existe, en la cara anterior y posterior del estóma­

2.

Células principales. Se sitúan en las regiones basales de las glándulas gástricas y segregan pepsinógeno, la form a inactiva

go, una capa adicional de músculo situada entre la membrana mu­

de la enzima proteolítica pepsina.

cosa y la capa circular. Las células musculares lisas que forman esta capa tienen una orientación oblicua, y pueden intervenir en

3.

Células parietales u oxinticas. Se reparten entre las células principales. Segregan ácido clorhíd rico y fa c to r intrínseco.

los m ovim ientos destinados a m oler v agitar el contenido gástrico. La capa circular de músculo liso muestra un grosor variable en las

4.

Células enteroendocrinas. Segregan diversos péptidos regula­

diferentes zonas del estómago. Es relativam ente fina en el fundus

dores, que pasan al torrente circulatorio y ejercen efectos so­

y en el cuerpo pero muestra un grosor m ayor en la región antral,

bre la m otilidad y los procesos secretores en el tracto GI.

en la que tiene lugar la actividad contráctil más intensa. Presenta un engrosam icnto todavía m ayor en el píloro, donde el músculo circular forma un esfínter que regula el vaciam iento gástrico.

En el fundus y en el cuerpo gástrico, las células principales y oxinticas son abundantes. En las regiones antral y pilórica, las cé­

La mucosa gástrica contiene diversos tipos de células secreto­

lulas oxinticas son mucho menos numerosas; el moco, los pepsi-

ras. El epitelio superficial de la mucosa gástrica es un ep itelio co-

nógenos y la gastrina son sus principales secreciones. En la región

lumnar simple com puesto casi enteram ente por células secretoras

cardial del estómago, las glándulas gástricas están formadas casi

que producen un líqu id o alcalino protector qu e contiene moco.

exclusivam ente por células secretoras de moco. Dadas estas varia­

Esta capa epitelial contiene m illones de erigías ga sifica s d e gran

ciones regionales en la estructura, los efectos precisos de la gas-

profundidad, que no son más que depresiones a las cuales se vie r­

trectomía parcial dependen de la zona del estóm ago extirpada.

ten las secreciones de las glándulas gástricas. Existen aproxim a­ damente 100 criptas en cada m ilím etro cuadrado de la mucosa, y

Resumen

ocupan aproxim adam ente el 50% de su superficie total. Las glá n ­ dulas gástricas contienen varios tipos de células cuya naturaleza

1.

exacta difiere en función de la región del estómago. La figura 18-14

tación y amasado del alimento para producir el quimo. y secre­ ción de ácido, enzimas, moco y factor intrínseco.

representa esquemáticamente una glándula gástrica con las loca­ lizaciones de los diversos tipos de células glandulares.

Las funciones del estómago son: almacenamiento, mezclado, agi­

2.

Además de las capas musculares lisas circular y longitudinal, la pared del estómago posee una tercera capa muscular, situada

Las glándulas gástricas contienen cuatro tipos de células:

oblicuamente, que promueve los movimientos de agitación.

1.

Células mucosas del cuello. Se sitúan en la abertura de las glán­

3.

El epitelio superficial de la mucosa gástrica está compuesto casi

dulas gástricas y segregan un m oco distinto del de las células

exclusivamente por células caliciformes que segregan un líquido

epiteliales superficiales. Su sign ificado concreto todavía se

alcalino que contiene moco. Las glándulas gástricas vierten su se­

desconoce.

creción en las criptas gástricas del epitelio. Las glándulas contie­ nen células mucosas, células principales que segregan pepsinógenos, y células parietales, que producen ácido gástrico y factor in­

Luz Cripta gástrica

trínseco. También existen diversas células endocrinas, como, por ejemplo, las células G. que segregan gastrina.

18.5 Composición del jugo gástrico El liqu id o segregado en el interior del estómago por las glándulas gástricas se denomina ju go gástrico. Contiene sales, agua, ácido clorhídrico, pepsinógenos, factor intrínseco y moco. La com posi­ ción exacta y la tasa de producción del ju g o gástrico vienen de­ terminadas por las actividades relativas de los diferentes tipos de células de las glándulas gástricas, y varían en función del tiem po transcurrido desde la última ingesta de alimento. Los adultos se­ gregan cada día entre 2 y 3 1 de ju g o gástrico. Las pruebas clínicas de la función secretora gástrica, inclu­ y en d o la recogida de ju g o gástrico con una sonda gástrica, han m ostrado cjue durante el ayuno existe una secreción escasa o nula de ju g o gástrico, y que el estómago contiene sólo aproxim ada­ m ente 30 mi de líquido. Tras la ingestión de una comida de prue­ ba (com o un caldo ligero), el pH del contenido gástrico aumenta, ya que el ácido presente es neutralizado, pero durante los si­ guientes 90 m in cae progresivam ente a m edida que las células oxinticas de las glándulas gástricas van segregando ácido clorhí­ Fig. 18-14.

Representación de una glándula gástrica para mostrar los

diversos tipos de células secretoras que Contiene.

drico. La producción de todos los demás constituyentes del ju g o gástrico también se incrementa después de una ingesta.

433

18.5 Composición del jugo gàstrico

mposición electrolítica del ju g o gástrico depende de su

en el cuerpo del estómago. La m ayoría de estas células sólo segre­

- ■ j j d de secreción. Cuando la velocidad de secreción aumen-

gan HC1 si han sido estimuladas. En el citoplasma de las células no

: ncentración de sodio dism inuye, al tiem po qu e la de iones

estimuladas existe un com plejo sistema arboriform e de estructu­

»

; - >¿fno crece. El n ivel de iones potasio es siempre eleva do en :

.¿

gástrico, y superior al del plasma. Por este m otivo, vóm i-

ras tubulares derivadas del retícu lo endoplásm ico. Estas estruc­ turas están recubiertas por m icrovellosidades y poseen el aparato

=s . - .ndantes y prolongados pueden p rovocar una hipopotase

secretor de iones hidrógeno. Cuando las células parietales son es­

- . - ■■d bajo de potasio en plasma).

timuladas (es decir, después de una comida), las estructuras tu­ bulares se fúnden para form ar unas invaginaciones profundas de la membrana apical que se conocen con el nombre de canalículos

Formación de ácido en el estómago

secretores. La form ación de canalículos provoca un gran aumento (de hasta 10 veces) de la superficie de la membrana de la célula pa­

£ r - ¿el ju g o gástrico es m uy bajo (p H = 1-3). A u n qu e el HC1 no

rietal, y acerca un gran número de puntos de bom beo de ion hi­

s r

d rógen o al líqu id o luminal.

. .al para el conjunto del proceso digestivo, el am biente al-

. - ; - c ácido que crea es im portante por varios m otivos:

La figura 18-15 resume los procesos m etabólicos implicados en la producción de ácido por parte de una célula parietal. La cé­

..Ja a digerir el tejid o con ju n tivo y las fibras musculares

lula excreta iones cloruro en contra de un gradiente tanto quím i­

ze la carne ingerida.

co com o eléctrico. Los iones h id rógeno se m ueven a fa v o r de un

-. .'iv a los pepsinógenos.

gradiente eléctrico, pero en contra de un gradiente de concentra­

rr- porciona unas condiciones óptimas para la actividad de las

ción m uy alto (de hasta un m illón a uno). Por tanto, el proceso de

rvpsinas.

producción de ácido es altamente dependiente de energía, y las

i

combinarse con calcio y hierro para formar sales solubles ¿ . jd a a la absorción de estos minerales. -

células parietales contienen numerosas mitocondrias. En Ja actualidad, se sabe que existe un sistema único de trans­

■u¿ com o un im portante mecanismo de defensa para el es-

porte de membrana en Ja membrana canalicular de las células pa­

-íago, ya que destruye buena parte de las bacterias que po-

rietales. El sistema es condu cido p or una H /K*-ATPasa y utiliza

cr.an provocar una infección (p. ej., fieb re tifoidea, salmone-

energía derivada de la hidrólisis del A T P para bom bear iones hi­ d rógeno al exterior de la célula e intercam biarlos por iones de po­

>.s. cólera y disentería). E. je id o gástrico es segregado por las células parietales de las

tasio. Existen dos vías a través de las cuales los iones cloruro pue­

c-ias gástricas, situadas predom inantem ente en el fundus y

den salir de la célula. En prim er lugar, a través de un canal de clo­

Ácido gástrico

l-T CI

Tight junction entre las células parietales en la membrana luminal Bomba de protones

>*xondnas

Canalículos

Fig. 18-15.

Etapas de

la formación y la secre­ ción de ácido gástrico por una célula parietal

Marea alcalina en el plasma

(oxíntica).

3

AC.

drasa carbónica.

anhi-

434 1

18 Sistemo digestivo

ruro del canalículo secretor y, en segundo lugar, a través de un

m iento de por vida con inyecciones intramusculares de vitamina

sistema de cotransporte de potasio-cloro, que facilita la salida de

B,, hace desaparecer esta anemia y puede perm itir la superviven ­

este último. Por tanto, los iones potasio entran y salen continua­

cia de los pacientes incluso después de una gastrectomia total.

mente de la célula: salen ju n to a iones cloruro y vu elven a entrar intercam biándose por iones hidrógeno. Los propios iones hidrógeno derivan de procesos oxid ativos que se producen en el interior de la célala (fig . 18-15); estos pro­

¿Por qué el estómago no se d ig ie re a sí mismo?

cesos también dan lugar a la form ación de iones hid roxilo, que asociados con ácido carbónico generan iones bicarbonato que sa­

La mucosa gástrica está expuesta a unas condiciones químicas e x ­

len de la célula intercam biándose por iones cloruro en la m em­

tremadamente duras. El ju g o gástrico tiene una acidez corrosiva y

brana basolateral. Estos son los iones cloruro que proporcionan el

contiene enzimas que digieren las proteínas. Para protegerse a sí

cloro que abandonará la célula en la membrana canalicular por el

mismo, el estómago crea lo que se denomina una barrera mucosa.

canal de cloruro y el cotransportador de potasio-cloro. Puesto que

Tres factores contribuyen a generar esta barrera. En prim er lugar,

durante la secreción de ácido por parte del estóm ago se añade bi­

las tight junctions que hay entre las células del ep itelio de la mu­

carbonato al plasma, la sangre venosa que drena el estóm ago es

cosa ayudan a preven ir la penetración del jugo gástrico en las ca­

más alcalina que la sangre arterial. Esta característica se conoce

pas subyacentes del tejido. En segundo lugar, el m oco secretado

con el nombre de «m area alcalina».

por las células epiteliales superficiales y por las células del cuello de las glándulas gástricas se adhiere a la mucosa gástrica y forma una capa protectora de 5 a 200 |lm de grosor. Este m oco es alcali­

Secreción de enzimas por las glándulas gástricas La secreción gástrica de ácido va acompañada por la liberación de diversas enzimas proteolíticas por parte de las células principales de las glándulas gástricas. Estas enzimas reciben el nombre genéri­ co de pepsinas. Se segregan en forma de precursores inactivos lla­ mados pepsinógenos y se hallan contenidos en los gránulos de cim ógeno unidos a la membrana que se liberan por exocitosis cuan­ do las glándulas gástricas son estimuladas. En el ambiente ácido del estómago, los pepsinógenos se convierten en pepsinas activas. Las pepsinas muestran su m ayor actividad proteolitica a unos valores de pH inferiores a 3. Las pepsinas gástricas son endopeptidasas, es decir, hidrolizan uniones peptídicas dentro de la molécula de pro­ teína para liberar polipéptidos y algunos aminoácidos libres. Aun que la digestión de las grasas en el estóm ago es p robable­ mente despreciable, las glándulas gástricas segregan una lipasa que actúa dentro del am plio in tervalo de pH com prendido entre 4 y 7, y que es estable a los bajos niveles de pH que se observan en el ju g o gástrico. Muestra su máxima actividad sobre los triglicéridos de cadena corta de la leche, y probablem ente tiene una importancia m ayor en los niños que en los adultos.

no porque las células epiteliales superficiales segregan un líqu id o acuoso rico en iones bicarbonato y potasio. Cuando se ingiere ali­ mento, las tasas de secreción tanto de moco com o de líqu id o alca­ lino aumentan y, a consecuencia de ello, las superficies del epite­ lio gástrico quedan bañadas por su prop io líqu id o protector y protegidas del contacto directo con el contenido gástrico potencialm ente lesivo, finalm ente, las prostaglandinas, en especial las de la serie E, parecen desempeñar un papel im portante en la pro­ tección de la mucosa gástrica. Aum entan el grosor de la capa de gel mucoso, estimulan la producción de bicarbonato y provocan la vasodilatación de la m icrovasculatura de la mucosa. Esto m ejo­ ra el aporte de nutrientes a cualquier área dañada de la mucosa, al tiem po que el increm ento del contenido de bicarbonato en el lí­ qu id o neutraliza el ácido gástrico y optim iza con ello las con di­ ciones para la reparación del tejido. Las células epiteliales de la mucosa gástrica están sometidas a un proceso dinámico de crecim iento, m igración y descamación (exfoliación). En realidad, el ep itelio gástrico se renueva conti­ nuamente y esto proporciona una protección adicional contra el daño p rovocad o por un ambiente hostil. Las células epiteliales da­ ñadas se descaman y son sustituidas por células nuevas derivadas de células madre relativam ente indiferenciadas que m igran hacia arriba desde los cuellos de las glándulas gástricas. Cualquier factor que rompa la barrera mucosa provoca la infla­ mación del tejido subyacente, un cuadro que se conoce con el nom­

Secreción del factor intrínseco por las glándulas gástricas

bre de gastritis. La erosión persistente de la pared gástrica puede conducir a la formación de úlceras gástricas. Los factores predispo­ nentes habituales para la formación de úlceras gástricas incluyen la

La secreción de una glucoproteína denominada factor intrínseco

hipersecreción de ácido y/o la secreción reducida de moco. Diversos

por parte de las células parietales del estómago es esencial para la

fármacos parecen prom over la formación de úlceras al alterar las ta­

vida. El factor intrínseco se secreta en respuesta a los mismos estí­

sas de producción de ácido y de moco. Éstos incluyen los fármacos

mulos que prom ueven las secreción de ácido. Se une a la vitamina

antiinflamatorios no esteroideos, como el ibuprofeno, la cafeína, la

Bp (cobalamina) del alimento en la parte superior del intestino del­

nicotina y la aspirina (esta última interfiere en la producción de

gado y la protege de las acciones enzimáticas del intestino. El com ­

prostaglandinas). Ocasionalmente, se produce un reflujo de ácidos

plejo formado por la vitam ina B ,. y el factor intrínseco es absorbi­

biliares desde el intestino delgado a través del esfínter pilórico. Su

do por las células epiteliales de la mucosa del íleon distal. La vita­

acción detergente puede romper la barrera mucosa, haciéndola sus­

mina B,, es necesaria para la producción de hematíes maduros, y

ceptible a la erosión por parte del ácido gástrico. El estrés también

su ausencia da lugar a la anemia perniciosa (v. cap. 13). El trata­

puede contribuir al desarrollo de úlceras gástricas en algunos indi-

18.6 Regulación de la secreción gástrica

435

caos. N o obstante, en la actualidad se cree que la gran mayoría de

secreten ácido y pepsinógenos. Además, tanto la actividad vagai

_ - ulceras están causadas por una bacteria resistente al ácido, H eli-

com o la gastrina estimulan la liberación de histamina por parte de

-jc te r pylori, que se adhiere al epitelio gástrico y destruye la ba-

las células cebadas. La histamina actúa sobre las células parietales

-r r a mucosa, dejando desprotegidas grandes áreas.

a través de los receptores H , para estimular la secreción de iones hidrógeno. Por tanto, la acetilcolina, la gastrina y la histamina au­

Resumen

mentan toda la secreción de ju g o gástrico.

El ju go gástrico, que es segregado por las células parietales de las glándulas gástricas cuando la entrada de alimento las estimula,

Fase gástrica

contiene sales, agua, ácido clorhídrico, pepsinógeno, factor in­ trínseco y moco. Los iones hidrógeno se segregan al exterior de las células en contra de un importante gradiente de concentra­ ción. Los iones cloruro se mueven en contra de un gradiente eléc­ :

La llegada de sangre al estóm ago estimula la fase gástrica de la producción de ácido, de pepsinógeno y de moco, que supone más

trico y químico.

del 60% de la secreción gástrica total. Los dos principales desen­

Las células principales de las glándulas gástricas secretan d iver­

cadenantes son la distensión de la pared gástrica y el contenido

sas enzimas proteolíticas que se liberan en forma de pepsinógenos

quím ico del alimento.

inactivos y se activan como consecuencia del ambiente ácido de

La distensión del estómago activa los mecanorreceptores e ini­

la luz gástrica. Estas enzimas hidrolizan enlaces peptídicos en las

cia tanto reflejos mientéricos locales (de bucle corto) como reflejos

moléculas de proteína para liberar polipéptidos.

vagovagales de bucle largo. Am bos conducen a la secreción de ace­

Las células parietales secretan una glucoproteína denominada

tilcolina, que estimula la producción de ju g o gástrico por parte de

factor intrínseco, que es esencial para la absorción de vitamina Bi2 en la parte final del íleon. La mucosa gástrica crea una «ba rrera» para protegerse del jugo gástrico. El líquido alcalino y rico en moco que segregan las glán­ dulas gástricas proporciona un recubrimiento protector para la

las células secretoras del estómago. La importancia de los reflejos mediados por el vago queda reflejada en la reducción que se obser­ va tras una vagotomía en la producción de ácido como respuesta a la distensión, que es del 80% . El estrés emocional, el miedo, la an­

mucosa. Las prostaglandinas de la serie E aumentan el grosor de

siedad o cualquier otro estado que desencadene una respuesta sim­

esta capa y estimulan la producción de bicarbonato.

pática inhibirá la secreción gástrica, porque los controles parasimpáticos del tracto GI quedan temporalmente desbordados. Además de su acción colinèrgica directa, el vago estimula la

18.6 Regulación de la secreción gástrica

producción de gastrina por las células G en respuesta a la disten­ sión del cuerpo del estómago. La gastrina es un potente estímulo para la secreción de ácido por parte de las células parietales, y tam­

secreción de ácido clorhídrico y de pepsinógenos por parte de

bién aumenta la liberación de enzimas y de moco por parte de las

-s glándulas de la mucosa gástrica están reguladas ampliamente en

glándulas gástricas. Aunque las proteínas intactas no tienen efecto

aralelo, y por los mismos factores. En esta regulación participan

sobre la tasa de secreción gástrica, los péptidos y los aminoácidos

cnto mecanismos nerviosos como endocrinos que interaccionan a

libres estimulan la secreción de ju g o gástrico a través de una acción

-a ltip le s niveles. Se considera que normalmente la secreción gás­

directa sobre las células G. Los aminoácidos triptófano y fenilalani-

trica ocurre en tres fases, cuya distribución temporal se solapa con-

na son secretagogos especialmente potentes, como lo son también

derablemente. Se trata de las fases cefálica, gástrica e intestinal.

los ácidos biliares y los ácidos grasos de cadena corta. Cuando el pH del contenido gástrico cae hasta valores com ­ prendidos entre 2 y 3, se inhibe la secreción de gastrina. Por tan­

Fase cefálica

to, la secreción de gastrina es máxima poco después de la entrada de alim ento en el estómago, cuando el pH es relativam ente eleva­

5 sta fase tiene lugar incluso antes de que el alimento penetre en el

do, pero dism inuye a m edida que la secreción de ácido y la diges­

estómago, y resulta de la presentación del alimento, de su visión,

tión de las proteínas se ponen en marcha y el pH del contenido

j olor y su sabor. La contribución relativa de la fase cefálica a la

gástrico dism inuye. La inh ibición de la secreción de gastrina está

jcreción gástrica global en respuesta a una ingesta es variable, y

mediada por un aumento de la secreción de somatostatina por

depende del estado de ánimo y del apetito, pero puede suponer

parte de las células D de la mucosa gástrica. De este modo, la se­

.-.asta el 30% . Las señales nerviosas que se originan en la corteza ce­

creción àcida gástrica se autolimita y la fase gástrica suele durar

rebral o en los centros del apetito de la amígdala y del hipocampo

sólo alrededor de una hora.

legan hasta el estómago a través de fibras eferentes, cuyos cuerpos celulares se sitúan en los núcleos motores dorsales del vago. La actividad parasimpàtica vagai in flu ye tanto directa com o

Fase intestinal

indirectamente en la secreción gástrica. Las fibras parasimpáticas posganglionares del p lexo m ientérico liberan acetilcolina y esti­

Una pequeña proporción (aproxim adam ente el 5 % ) de la secre­

mulan la producción de las glándulas gástricas. La estimulación

ción gástrica total en respuesta al alim ento tiene lugar a medida

vagai también p rovoca la secreción de gastrina a partir de las cé­

que el alimento parcialmente d igerid o comienza a entrar en el

balas G de las glándulas antrales. La gastrina llega a las glándulas

duodeno. Se cree que esto se debe a la secreción de gastrina por

gástricas a través del torrente circulatorio y las estimula para que

parte de las células G de la mucosa intestinal, que induce a las

436

18 Sistema digestivo

glándulas gástricas a continuar secretando. Este efecto es, no obs­

cia de la pérdida de células parietales. A u n qu e los procesos di­

tante, corto, y cuando el quim o ácido distiende el duodeno se in i­

gestivos no suelen verse afectados, la aclorhidria puede alterar la

cia un reflejo enterogástrico que suprime la actividad secretora

absorción de sustancias que precisan un am biente ácido. Los pa­

gástrica. Diversas hormonas contribuyen a este reflejo.

cientes con aclorhidria presentan norm almente niveles circulan­

La mucosa duodenal segrega secretina en respuesta al ácido.

tes elevados de gastrina debido a que su contenido gástrico nun­

Esta secretina alcanza el estóm ago a través del torrente circulato­

ca es lo suficientem ente ácido com o para inh ibir la producción de

rio e inhibe la liberación de gastrina. Tam bién ejerce una acción

esta hormona (v . anteriorm ente).

inhibidora directa sobre las células parietales para reducir su sen­ sibilidad a la gastrina.

Diversos trastornos, incluyendo el estrés, se asocian a unas ta­ sas anormalmente elevadas de secreción de ácido gástrico, y se

Dos hormonas son segregadas en respuesta a la presencia de

sabe que diversos fármacos y constituyentes de los alimentos esti­

productos de la digestión de las grasas en el duodeno y en el y e y u ­

mulan la producción de ácido (p. ej., la cafeína y el alcohol). Un

no proximal. Se trata de la coiecistocinina (CCK) y e l péptido inhibi­

problem a mucho menos frecuente, el síndrome de Zollinger-Elli-

dor gástrico (Ü1P, también denominado péptido insulinotrópico de­

son, está provocado por un tum or secretor de gastrina de las célu­

pendiente de glucosa). Am bas inhiben la liberación de gastrina y

las no-P de los islotes pancreáticos. En este caso, la secreción gás­

de ácido gástrico, aunque su importancia relativa no está clara. La

trica ácida alcanza valores tan elevados que se erosiona la barrera

figura 18-16 resume los factores que regulan la secreción gástrica.

mucosa y, com o consecuencia, se ulcera la pared del estómago. Se han desarrollado varias estrategias para tratar la producción excesiva de ácido y prom over la curación de la mucosa gástrica.

Trastornos de la secreción ácida gástrica

Para inhibir esta secreción ácida se pueden utilizar antagonistas es­ pecíficos del receptor de H,, como la cimetidina y la ranitidina, que

La reducción de la secreción gástrica es un cuadro relativam ente

bloquean los receptores de la histamina de la célula parietal. Se sabe

raro que generalm ente se da en pacientes ancianos que presentan

que otros agentes, como los benzimidazoles, que son bases débiles,

una atrofia de la mucosa gástrica. Puede aparecer una aclorhidria

inhiben la actividad de las bombas de protones de la superficie api­

(una reducción de la secreción de ácido clorhíd rico) a consecuen­

cal de las células parietales. Los fármacos basados en agentes de este

Fase cefálica:

Fig. 18-16.

Fase gástrica:

Fase intestinal:

Principales factores que participan en la regulación de la secreción gástrica durante sus diferentes fases. La secretina, la CCK y el GTP son

secretados por células enteroendocrinas del epitelio duodenal y tienen un efecto inhibidor sobre la secreción gástrica; un pH bajo en la luz del estó­ mago tiene el mismo efecto.

18.7 Almocenamiento, mezclado y propulsión del contenido gàstrico

mo omeprazol, se utilizan cada vez con mayor frecuencia

437

cativamente sin alterar su tono, una propiedad que recibe el nombre

-jtar a los pacientes que presentan úlceras provocadas por la

de plasticidad (v. cap. 7). El estómago muestra una relajación recep­

-secreción de ácido gástrico. Actualmente, los individuos cuyas

tiva. A medida que se distiende se desencadena un reflejo vagal que

-- gástricas están provocadas por H. pylori son tratados con

inhibe la actividad muscular en su cuerpo. Se cree que este reflejo es

_ - z í í de antibióticos combinadas con tratamiento antiácido.

coordinado por las regiones del tronco cerebral responsables de la

: ¿sumen

efectividad de éste como reservorio. A medida que el diámetro del

deglución. Finalmente, la propia forma del estómago contribuye a la

...

— —

estómago aumenta durante el llenado, también aumenta el radio de

Mecanismos nerviosos y endocrinos se combinan para regular la

curvatura de sus paredes. A una presión determinada, la fuerza de

secreción gástrica. La secreción se lleva a cabo en tres fases: cefá-

distensión que se ejerce sobre las paredes aumenta de forma pro­

lica. gástrica e intestinal.

porcional al radio de curvatura (ley de Laplace, v. también cap. 16).

La fase cefálica de la secreción se produce en respuesta a la visión

A consecuencia de ello, y a pesar de las significativas distensiones,

v el olor del alimento. Las fibras parasimpáticas vagales estimulan

la presión intragástrica sólo aumenta ligeramente.

a secreción liberando acetilcolina, tanto directamente como esti­ mulando la secreción de gastrina. La llegada de alimento al estómago inicia la fase gástrica de la se­ creción, en la cual la distensión y la presencia de aminoácidos y de pcptidos estimula la secreción de HC1 y de pepsinógeno. La gas-

A ctivid a d contráctil del estómago lleno: m ezclado y propulsión

trina es un importante mediador de esta fase. La secreción se inhi­ be cuando el pH del contenido gástrico cae hasta valores de 2 o 3.

La m otilidad gástrica es resultado de la contracción coordinada de

A medida que el alimento parcialmente digerido entra en el duo­

las tres capas de músculo liso de la pared del estómago. Las d ife ­

deno, las células G de la mucosa intestinal segregan gastrina. La

rentes orientaciones de las capas longitudinal, circular y oblicua

gastrina estimula aún más la secreción. N o obstante, la secretina. la

perm iten que el estóm ago lle v e a cabo una amplia variedad de

CCK y el GIP contribuyen a la inhibición de la secreción gástrica.

m ovim ientos diferentes, incluyendo el m olido, el amasado, el ba­ tid o y el estrujado, así com o la propulsión. Durante el ayuno, el estóm ago sólo muestra una actividad contráctil débil (aunque en caso de hambre extrema pueden apa­

18.7 Almacenamiento, mezclado y propulsión del contenido gástrico

recer breves periodos de intensa actividad contráctil que se per­ ciben com o «co n traccion es» de hambre). Después de una ingesta, se inician contracciones peristálticas en el cuerpo del estómago. Se trata de m ovim ientos ondulantes m uy débiles, pero a medida

-.demás de su im portante actividad secretora, el estóm ago desem-

que las contracciones se aproxim an al píloro — donde la muscula­

ña un papel im portante en el proceso glob al de la digestión. El

tura es más gruesa— se hacen mucho más potentes, hasta alcan­

; :om ago almacena el alimento hasta que éste puede pasar a las

zar un m áxim o en las proxim idades de la unión gastroduodenal.

• ; ones más bajas del tracto GI. Tam bién lo mezcla con las secre-

P or tanto, el contenido del fundus permanece relativam ente inal­

nes gástricas y, a través de su acción de m olido, lo rom pe en

terado, mientras que el de las regiones pilóricas es som etido a un

¿gmentos más pequeños hasta con vertirlo en el quim o semilí-

m ezclado y un batido vigorosos. A u n qu e numerosos factores

_-.d o. A continuación, el contenido gástrico pasa al duodeno a

pueden m odificar la intensidad de estas contracciones peristálti­

-na velocidad com patible con la digestión y la absorción. Estas

cas, su frecuencia se mantiene notablem ente constante, alrededor

•

d on es son controladas por complejas interacciones entre el

SNE, el sistema nervioso autónomo y diversas hormonas. Desde el punto de vista de su función motora, el estómago

de 3 contracciones por minuto. La velocidad de propagación de la onda peristáltica aumenta a medida que ésta se acerca a las regio­ nes distales, de manera que los músculos lisos del antro y del pí­

..ede d ividirse en dos partes: la unidad motora proxim al — fo r­

loro se contraen de forma simultánea y empujan el contenido gás­

r a d a por el fundus y el cuerpo del estómago— y la unidad moto­

trico situado por delante de la onda peristáltica. A medida que la

ra distal — formada por las regiones antral y pilórica— . La unidad

presión en el antro aumenta, el esfínter p ilórico se abre, y unos

motora proxim al desempeña las funciones de reservorio, mientras

pocos m ililitros de quim o pasan a través de él hacia la primera

que la unidad motora distal es la responsable del m ezclado de los

parte del duodeno, el bulbo duodenal. El esfínter se cierra casi de

- ímentos y de su propulsión en dirección al duodeno.

inm ediato, evitan d o así un vaciam iento m ayor y, a consecuencia de la presión elevada y constante en el antro, parte del contenido gástrico es impulsado hacia atrás, en dirección a las regiones más

Función de alm acenam iento del estómago

proximales. Este fenóm eno se denomina retropulsión y aumenta la efectivid ad del m ezclado y de la fragm entación de las partícu­

El estómago vacío tiene un volum en aproximado de 50 mi, y una

las de alim ento en el interior del estómago.

presión intragástrica igual o inferior a 0,6 kPa (5 mmHg). Aunque

Los mismos factores nerviosos y hormonales que estimulan la

puede dilatarse para dar cabida a grandes volúmenes de alimento,

secreción gástrica aumentan la m otilidad gástrica. A u n qu e la pre­

hasta que no supera el volumen de 1 1 la presión intragástrica au­

sión intragástrica aumenta sólo de manera m uy ligera, la disten­

menta m u y poco. Existen varias causas que explican este hecho. El

sión de la pared del estóm ago por el alim ento activa los recepto­

músculo liso de la pared del estómago es capaz de alargarse signifi­

res de distensión y las células secretoras de gastrina, aumentando

438

18 Sistema digestivo

ambas la fuerza de las contracciones peristálticas e incrementan­

pidos y a sus productos de digestión, y se ha demostrado que am­

do asi la eficacia de los m ovim ientos de m ezclado y de vaciado.

bas hormonas retardan el vaciada gástrico.

Las células secretoras de gastrina son estimuladas por la presencia

Se cree que también los productos de la digestión de las pro­

de alim ento en el estómago; esta hormona también aumenta la

teínas ejercen su efecto in h ibidor sobre el vaciado gástrico a tra­

m otilidad gástrica. El control nervioso de la m otilidad gástrica no

vés de vías endocrinas.. La gastrina es segregada por las células G

se com prende p or com pleto. El músculo liso es in ervad o tanto por

del antro y del duodeno en respuesta a los péptidos y a los ami­

fibras parasimpáticas (vagales) com o por fibras simpáticas y , en

noácidos. La acción de la gastrina es doble. A u n qu e estimula la

general, parece que la actividad parasimpática aumenta la m otili­

contracción del antro, también aumenta el grado de constricción

dad, mientras que la actividad simpática la reduce.

del esfínter pilórico, de m odo que el efecto neto de la secreción de gastrina suele consistir en retrasar el vaciado del estómago. El retraso del vaciado gástrico que se observa cuando el ácido pe­

La velocida d de vaciado gástrico está cuidadosamente controlada

netra en el duodeno está mediado probablemente, y al menos en par­ te, por el nervio vago, ya que una vagotomía reduce la respuesta. La secretina también puede intervenir en este proceso. Esta hormona se

Si la digestión y la absorción se tienen que llevar a cabo con una

libera en respuesta a la presencia de ácido en el duodeno; al inhibir

eficiencia óptima, es esencial que el quim o pase al duodeno a una

la contracción del antro y constreñir el esfínter pilórico, retarda el

velocid ad que permita al intestino delgado procesarlo de forma

vaciado gástrico. La secretina también estimula el flujo de ju go pan­

completa. Adem ás, es im portante que se ev ite la regurgitación del

creático rico en bicarbonato, que neutraliza el ácido en el interior del

contenido duodenal hacia el estómago. Los ambientes gástrico y

duodeno. De hecho, todas las acciones conocidas de la secretina están

duodenal son m uy diferentes. La mucosa gástrica es resistente al

encaminadas a contrarrestar la acidificación duodenal.

ácido, pero puede ser erosionada por la bilis, mientras que el duo­ deno es resistente a los efectos de la bilis, pero es incapaz de tole­ rar un pH bajo. Por consiguiente, un vaciado gástrico demasiado rápido puede p rovocar la form ación de úlceras duodenales, m ien­ tras que la regurgitación del contenido duodenal puede provocar una ulceración gástrica.

A c tiv id a d eléctrica subyacente a las contracciones gástricas Las contracciones peristálticas regulares que muestra el estómago son la consecuencia mecánica del ritm o eléctrico básico (REB) de

M ú ltip le s fa c to re s contribuyen a la regulación del vaciado g á s trico El vaciado del estóm ago depende de los factores que in flu yen so­ bre la actividad motora en todo el tracto G1

-la excitabilidad in­

trínseca del músculo liso, las vías nerviosas intrínseca v extrínse­ ca y las hormonas— . En general, el estóm ago se vacía a una v e lo ­ cidad proporcional al volum en gástrico, es decir, cuanto más llen o está el estómago, más deprisa se vacía. Además, la naturale­ za física y quím ica del contenido gástrico afecta a la velocidad de vaciado. Las grasas y las proteínas del alim ento ingerido, un ju g o m uy ácido, y una mezcla hipertónica de ju go y la comida serán factores que retrasarán el vaciado. En general, cuanto más pareci­ dos sean los contenidos con el suero salino isotónico, más rápida­ mente saldrán del estómago. La permanencia de los líquidos en el estóm ago es de 20 min, y la de los sólidos de unas 2 h. En el duo­

las células musculares lisas. Este ritm o queda marcado por la acti­ vidad espontánea de células marcapasos situadas en la capa lon gi­ tudinal de músculo liso de la pared del estómago, en la región de la curvatura m ayor. Estas células muestran una despolarización y repolarización espontáneas aproxim adam ente cada 20 s, destina­ das a establecer el REB o ritm o «d e ondas lentas» del estómago. Las células marcapasos están acopladas al resto de la lámina mus­ cular del estómago mediante ga p junctions y, por tanto, su ritm o se transmite a toda la muscular. Las propiedades eléctricas de la onda lenta gástrica y su rela­ ción con la fuerza contráctil generada por el músculo liso se ilus­ tran en la figura 18-17. El cambio de potencial es trifásico y similar al potencial de acción del músculo cardíaco, aunque dura diez v e ­ ces más. La corriente entrante, responsable de la despolarización inicial, se debe, probablemente, a iones calcio que se m ueven a tra-

deno existen varias clases de receptores que contribuyen a regu­ lar el vaciado gástrico a través del denom inado reflejo enterogás-

Fuerza contráctil

trico, un térm ino gen érico que se utiliza para describir todos los mecanismos hormonales y nerviosos que median el control intes­ tinal de vaciado gástrico. La presencia de ácidos grasos o de m onoglicéridos en el duo­ deno p rovoca un aumento de la contractilidad del esfínter p ilórico. Esto tenderá a reducir la velocidad a la cual el contenido gás­ trico puede ser impulsado a través del esfínter hacia el intestino delgado. Este im portante mecanismo asegura que el"paso-de los lipidos al duodeno .no se realiza a una velocid ad superior a la que las sales biliares pueden procesarlos. El mecanismo de acción de los lípidos no está totalm ente aclarado, pero tanto la CCK com o el

Fig. 18-17.

G IP son segregados por el intestino delgado en respuesta a los lí­

músculo liso del estómago.

Relación entre la contracción y la actividad eléctrica del

18.7 Almacenamiento, mezclado y propulsión del contenido gástrico

439

: • de canales regulados por el voltaje, mientras que la meseta se

vom itado (v ó m ito ). El estómago y el esfínter p ilórico se relajan y

tiene gracias a la entrada de iones de sodio y calcio. La repola-

la contracción del duodeno in vierte el gradiente normal de pre­

ü c ió n se asocia a una corriente de salida retardada de potasio.

sión para perm itir el paso del contenido intestinal hacia el estó­

A pesar de que los potenciales de acción no se asocian nor-

mago (un proceso que a veces se conoce con el nom bre de peris-

- i ámente a los potenciales del marcapasos gástrico en el fundus y

taltismo invertid o). A continuación, el diafragma y la pared ab­

. uerpo del estómago, la contracción del músculo liso se produ-

dominal se contraen poderosamente, el esfínter gastroesofágico se

; cuando la fase de despolarización del potencial alcanza el um-

relaja y el p iloro se cierra. La elevación resultante de la presión

-:a i para la contracción (el umbral mecánico). La fuerza de con-

intragástrica provoca la expulsión del contenido gástrico.

acción se relaciona con el grado de despolarización y el tiem po

El reflejo del vóm ito está coordinado por la porción dorsal de

; -rante el cual el potencial supera el umbral. En las regiones dis-

la formación reticular de la médula, que se sitúa en las proxim ida­

¡ del antro y pilórica del estómago, los m ovim ientos propulsores

des de las áreas de control respiratorio y cardiovascular del tronco

gorosos se asocian a la superposición de potenciales de acción

cerebral. A esta región llegan impulsos aferentes de múltiples par­

?re el REB. Estos potenciales se asocian a m ovim ientos de pro-

tes del cuerpo, incluyendo la faringe y otras áreas del tracto GI,

: -isión vigorosos que pueden inducir el vaciam iento gástrico.

visceras como el hígado, la vesícula biliar, la vejiga urinaria, el

í

útero y los riñones, la corteza cerebral y los canales semicirculares del oíd o interno (causantes de la sensación de vértig o o mareo).

V ó m ito

Además, diversos agentes químicos, entre los cuales se incluyen

11 vom ito (o emesis) es la expulsión brusca y violenta del conteni-

nar el vóm ito a partir de la estimulación de los receptores del sue­

los anestésicos, los opiáceos y los digitálicos, parecen desencade­ co del estómago, y en ocasiones del duodeno, p or la boca. A me-

lo del cuarto ventrículo. Los impulsos motores responsables de la

- jd o va precedido de anorexia (pérdida del apetito) y de náuseas

acción de vom itar se transmiten desde el «c e n tr o » del vóm ito a

ina sensación de mareo). Inm ediatamente antes del vóm ito es

través de los nervios trigém ino, facial, glosofaríngeo, vago e hipo-

: recuente experim entar respuestas autónomas características,

gloso (V, V II, IX, X y X II pares craneales). La figura 18-18 ilustra

. im o salivación acuosa abundante (sialorrea), vasoconstricción

las vías nerviosas implicadas en el reflejo del vóm ito.

con palidez, sudoración, mareo y taquicardia. A menudo, el v ó ­

A u n qu e el vóm ito es un mecanismo protector para expulsar

mito va precedido de arcadas. La respiración se inhibe durante el

del organism o las sustancias potencialm ente tóxicas, los vóm itos

rroceso del vóm ito. La laringe se cierra y el paladar blando se ele­

prolongados pueden conducir a un estado de alcalosis metabòlica

va para cerrar la nasofaringe y evitar la inhalación del material

por la pérdida continuada de ácido del estómago (v . cap. 29).

Estimulación parasimpàtica: a la glándula salival (VII, IX), a la laringe y al estómago (X)

Pares craneales accesorio y glosofaríngeo

Nervio frénico

Nervios intercostales (T6-12.L1)

Cadena simpática

Fig. 18-18. Vías nerviosas relacionadas con el reflejo del vómito.

440

18 Sistema digestivo I aspirina, que tiene un pATa de 3,5, y que por ello se mantiene sin io­

Absorción p o r el estómago

nizar en el estómago. Las moléculas de aspirina difunden a través

En el estómago se produce una absorción m uy reducida. El alcohol etílico es la única sustancia hidrosoluble que se absorbe en canti­ dades significativas, ya que su liposolubilidad le permite difundir fácilmente a través de las membranas plasmáticas de las células de

de la barrera mucosa hacia el compartimento intracelular, en el cual el pH está próxim o a la neutralidad. Posteriormente, las moléculas de aspirina se ionizan y son incapaces de v o lver a difundir hacia la luz del estómago, pero pasan al torrente circulatorio.

la mucosa gástrica. Otras sustancias orgánicas que no están ioniza­

18.8 Intestino delgado

das y que, por tanto, son relativamente liposolubles al pH ácido del estómago también pueden ser absorbidas. Un ejem plo de ello es la

El intestino delgado es el punto d el tracto GI en que tiene lugar la

Resumen 1.

2.

3.

m ayor parte de la digestión y la absorción. El intestino delgado de 2.5 cm de diám etro que se d iv id e en tres segmentos: duodeno, y e ­

mo semiliquido. A continuación, el estómago envía el quimo ha­

yu n o e íleon.

cia el duodeno de forma controlada. El estómago es capaz de almacenar grandes cantidades de alimen­

te, «d u o -d en o » significa que mide doce dedos). Tiene una forma de

to, dado que la presión intragástrica aumenta poco a pesar de que la distensión sea significativa.

acciones química y mecánica del estómago, es vertid o al duodeno,

5.

El duodeno tiene una longitud aproximada de 25 cm (literalmen­ arco en cuyo seno se sitúa el páncreas. El quimo, producido por las

En situación de ayunas, el estómago muestra sólo una débil acti­ vidad contráctil. Después de comer se inician las contracciones

donde se mezcla con las secreciones procedentes del hígado y del

peristálticas, que aumentan su intensidad a medida que se apro­ ximan al antro, donde el mezclado es más vigoroso. El peristaltis-

ductos que vierten la secreción biliar y pancreática se unen en las

mo es la consecuencia mecánica del REB o ritmo de ondas lentas del músculo liso gástrico. La motilidad gástrica se ve incrementa­ 4.

un in d ivid u o v iv o es un tubo de unos 4 m de lon gitu d y de unos

El estómago almacena alimento, lo mezcla con jugo gástrico y lo fragmenta en trozos más pequeños. Finalmente, se forma el qui-

da por la distensión mecánica y por la gastrina. El estómago se vacía normalmente a una velocidad compatible

páncreas exocrino, asi como del propio intestino delgado. Los con­ proximidades del duodeno, a la altura de la ampolla hepatopancreática que se abre al duodeno a través de la papila duodenal principal. El esfínter de Oddi controla el paso de la bilis y del ju g o pancreático al intestino delgado. La zona de unión del duodeno y el yeyun o es

con la digestión y absorción completas en el intestino delgado.

una curvatura abrupta, la flexura yeyunoduodenal (fig. 18-19). El

Numerosos factores contribuyen a esta regulación. La distensión

yeyuno tiene una longitud aproximada de 1,5 m, y se extiende des­

del estómago aumenta la velocidad del vaciado. La presencia de lípidos, proteínas, una acidez elevada e hipertonía del quimo dis­ minuyen la velocidad de vaciado. El vómito es un mecanismo protector mediante el que se expulsan

2.5 m de longitud. El yeyuno y el üeon están soportados por el me-

del tracto GI las sustancias nocivas o potencialmente tóxicas. El reflejo del vómito está coordinado en el bulbo raquídeo. Los vó­ mitos prolongados pueden provocar alcalosis metabólica a causa

de el duodeno hasta el íleon, un tubo sinuoso de aproximadamente senterio, que contiene ramas de la arteria mesentérica superior, así como los vasos venosos y linfáticos del drenaje del intestino delga­ do. N o hay un limite anatómico claro entre el yeyu n o y el íleon, aunque a lo largo de toda la longitud del intestino delgado se obser­ va una reducción gradual en el grosor de la mucosa, así como dife­

de la pérdida de ácido gástrico.

rencias poco llamativas en sus características histológicas.

Colédoco

Vena porta

Arteria celiaca

Bazo

Conductos pancreáticos accesorios y principal

Vena mesentérica inferior

Riñón derecho Vasos mesentéricos superiores Vena cava inferior

Aorta

Fig. 18-19.

Disposición anatómica del duodeno,

el yeyuno y el páncreas.

18.8 Intestino delgado

Características histológicas especiales del intestino d elga do

441

(a)

El intestino delgado está perfectam ente adaptado para la absorn de los nutrientes, sobre todo su porción proxim al. Tiene una -p erficie enorm e (estimada en unos 200 m2), tanto a causa de su r-.gitud com o por las m odificaciones estructurales de su pared, - i mucosa y la submucosa, sobre todo en el yeyu n o, están dis: -estas en forma de pliegues profundos, denom inados pliegues

Pliegues circulares

':u la res (fig. 18-20a) los cuales, a causa de su forma, fuerzan al _ -im o a seguir un trayecto en espiral a m edida que pasa a través de su luz. Este m ovim ien to en espiral enlentece el paso del quim o facilita el m ezclado con los ju gos intestinales, optim izando así •s condiciones para la digestión y la absorción.

Folículo linfoide agregado

La su p erficie p legada del intestin o d elgad o está cubierta de p royeccion es d igitifo rm es o vellosidades qu e tienen una altura aproxim ada de 1 mm (fig . 18-20b). La su p erficie de estas v e llo ­ sidades está form ada sobre to d o p or células ep iteliales absor­ bentes en form a de colum na (en terocitos), unidas m ediante :ight ju n ction s en sus superficies apicales. La su p erficie mucosa de estas células está form ada por m últiples prolongaciones o m icrovellosidades (qu e tienen una lon gitu d aproxim ada de 1,0 |im y un diám etro de 0,1 |im) que form an el d enom inado ribete en

(b)

cepillo. Esto aumenta to d a vía más la su p erficie del in testin o d e l­ gado. Otras células ep iteliales son endocrinas y paracrinas. Se ha dem ostrado qu e estas células producen som atostatina (célu.as D), secretina (células S), neurotensina (células N ), CCK y 5-h idroxitriptam ina (5 -H T ). La secretina y la CCK son secreta­ das p or células de la pared del d u odeno en respuesta a la p re­ sencia de productos de la digestión de los líp id os y de ácido,

Microvellosidades

respectivam ente. Las vellosidades tienen un aspecto diferente en las distintas rartes del intestino delgado. Son anchas en el duodeno, más del­ Enterocito

gadas y con forma de hoja en el yeyu n o, y más cortas y con asrecto de dedo en el íleon. En el interior de cada vellosidad se en-

Quilífero

: -entra un vaso linfático (qu ilífero ) que se abre a vasos linfáticos ocales, vasos sanguíneos, una pequeña cantidad de músculo liso i ^ j e perm ite a la vellosidad m odificar su lon gitu d ) y tejid o con-

Red capilar

jn tiv o . Las arteriolas de las vellosidades se ramifican amplia­ mente para form ar una red de capilares que se reúnen nuevam en­ te a la altura de las venas de la base.

Célula caliciforme

Entre las vellosidades se sitúan glándulas tubulares simples, ron una profundidad de 0,3-0,5 mm, denominadas criptas de Liez -

berkühn. Se las puede encontrar por todo el intestino delgado, oero son más numerosas en la mucosa de la parte proxim al. En

O MAMMON, ti A I «»1«m • »|»*«•• «un ntiliHUw

*«'*•»

este punto se observan diversos tipos de células, entre las cuales las más abundantes son células indiferenciadas que proliferan para sustituir los enterocitos que se pierden (v . más adelante).

Cripta intestinal

Además de las criptas de Lieberkühn, el duodeno (pero no el y e ­ yuno ni el íleon) también contiene glándulas de Brunner en la sub­ mucosa, que segregan un liqu id o alcalino rico en mucina. En las paredes del íleon se pueden observar las placas de Peyer, grandes acumulaciones aisladas de nodulos linfáticos pareci­

Linfático

dos a las amígdalas. Forman parte de la colección de pequeños te­

Fig. 18-20.

jid os linfoides de los tractos GI y respiratorio que reciben el nom ­

ción del íleon que muestra los pliegues circulares y un nodulo linfático

bre común de tejid o linfático asociado a la mucosa (M A L T ,

(placa de Peyer); b) visión esquemática de una vellosidad intestinal cor­

mucosa-associated lymphatic tissue) (v . cap. 14).

tada longitudinalmente.

Características estructurales del intestino delgado: a) sec­

442

18 Sistema digestivo

Los niños menores de 4 años también expresan la enzima lac-

El ep itelio del intestino d elga do se autorrenueva

tasa, que d igiere la lactosa (el azúcar de la leche). La enzima es me­

El intestino delgado tiene un ciclo de recambio celular m uy rápi­

causada por la carencia de esta enzim a (v. apart. 18.12). En la ta­

nos activa en in d ividu os ancianos. La intolerancia a la lactosa está

do. En los seres humanos, todo el epitelio se renueva en un plazo

bla 18-1 se listan las principales hormonas, electrólitos y enzimas

de unos 6 días aproximadamente. Este ciclo de recambio rápido es

producidos por el intestino delgado.

importante, ya que las células epiteliales son sensibles a la hipoxia y a otros irritantes. Las células epiteliales se forman por prolifera­

Tabla 18-1.

Secreciones del intestino delgado

ción mitótica de una población de células madre indiferenciadas Producto de secreción

situadas en el interior de las criptas. Estas nuevas células migran

Fuente

hacia el extrem o distal de la vellosidad, desde donde se despren­

Hormonas

den a la luz intestinal. A medida que las células migran y abando­

Colecistocinina (CCK)

Células I

nan las criptas completan su maduración, y es entonces cuando se

Neurotensina

Células N

Secretina

Células S

Serotonina (5-HT)

Células enterocromafines

Somatostatina

Células D

desarrolla el ribete en cepillo. La velocidad de proliferación de las células puede verse alterada por diversos factores. La radiación, la inanición y la alimentación intravenosa prolongada, por ejemplo, pueden provocar atrofia de las células y reducción de su prolifera­ ción. Algunos medicamentos, como el m etotrexato y otros fárma­

Otros productos

cos utilizados en el tratamiento del cáncer, también pueden dismi­

Lisozima

nuir la tasa de producción de los enterocitos. Por el contrario, esta

Moco

Células caliciformes

tasa de formación de células nuevas aparece aumentada durante la

Liquido isotónico (1,5 1 • día“1)

Criptas

Líquido alcalino

Glándulas de Brunner (sólo en el duodeno)

lactancia y también por la administración de cortisol.

Secreción de líq u id o y enzimas por el intestino d elga do

Células de Paneth de las criptas

Resumen

Las células de las criptas son responsables de la secreción de aproxi­

El intestino delgado es el principal punto de digestión y absor­

madamente 1,5 1 de líquido isotónico cada día. La secreción se pro­

ción del tracto GI. En él, el quimo se mezcla con la bilis, el jugo pancreático y las secreciones intestinales.

duce a consecuencia del m ovimiento transcelular de cloruro desde el liquido intersticial a la luz intestinal, que va seguido por el m ovi­ miento paracelular de sodio y agua. El principal estimulante de la se­ creción de líquido es la distensión del intestino por quimo ácido o hi­ pertónico. En el duodeno, las glándulas de Brunner secretan un li­

2.

El intestino delgado proporciona una enorme superficie para la ab­ sorción de nutrientes. La superficie plegada de la mucosa está cu­ bierta por proyecciones denominadas vellosidades. Las membra­ nas con ribete en cepillo de las células epiteliales de la mucosa al­

contiene el quimo que llega desde el estómago. Aunque las glándu­

bergan enzimas. Entre las vellosidades existen glándulas tubulares simples, las criptas de Lieberkühn. Los epitelios de las vellosidades y de las criptas contienen muchos tipos de células, incluyendo cé­ lulas caliciformes secretoras de moco y células fagocíticas. El epitelio del intestino delgado se autorrenueva por completo cada

las secretan este moco espontáneamente cuando el quimo ácido entra

6 dias, aproximadamente. La pérdida de células en los extremos de

en el duodeno, su secreción puede ser estimulada todavía más por la

las vellosidades libera enzimas del ribete en cepillo de los enteroci­ tos a la luz intestinal. Una de éstas, la enterocinasa, activa la tripsi­

quido alcalino, rico en bicarbonato y que contiene moco, el cual, junto con las secreciones de las criptas, protege la mucosa duodenal de la lesión mecánica y de la erosión por el ácido y la pepsina que

actividad vagal, por las prostaglandinas endógenas y por las hormo­ nas gastrina, secretina y CCK. N o obstante, la estimulación simpática provoca una notable reducción de la producción de moco, lo cual in­ crementa la susceptibilidad del duodeno a la erosión. De hecho, tres cuartas partes de las úlceras pépticas aparecen en esta región del in­ testino, y muchas de ellas están relacionadas con el estrés, que se ca­ racteriza por un incremento generalizado de la actividad simpática. Antiguam ente se creía que el ju g o intestinal (o succus entericus) contenía la m ayor parte de las enzimas necesarias para la digestión

na pancreática, que a su vez activa otras enzimas proteoliticas. Las células de las criptas secretan 1,5 1 de líquido isotónico cada día. El ion cloruro es transportado al exterior de las células, y el sodio y el agua siguen pasivamente la vía paracelular. En el duo­ deno, las glándulas de Brunner contribuyen a la secreción de lí­ quido alcalino, que ayuda a proteger el epitelio de los efectos co­ rrosivos del quimo ácido que llega desde el estómago. La secre­ ción es estimulada por neuronas vagales y por la CCK, la secretina, la gastrina y las prostaglandinas endógenas.

completa de los alimentos. Pero en la actualidad ha quedado bien establecido que las únicas enzimas derivadas del p ropio intestino delgado (y no del páncreas) son las enzimas del ribete en cepillo. Las

18.9 Motilidad del intestino delgado

principales enzimas de este ribete son las disacaridasas (maltasa, sucrasa. etc.), las peptidasas y las fosfatasas. Una de las peptidasas

El quim o atraviesa todo el intestino delgado en 3-5 h (aunque en

del ribete en cepillo duodenal, la enteropeptidasa (denominada

determinadas condiciones puede tardar hasta 10 h). La velocidad

habitualmente — aunque de manera errónea— enterocinasa), frag­

de este m ovim iento es tal, que la última parte de una ingesta sue­

menta el tripsinógeno pancreático para activarlo.

le estar saliendo del íleo cuando la siguiente entra en el estómago.

18.9 Motilidad del Intestino delgado

443

1 >s principales tipos de m ovim iento en el intestino delgado son la

Las vellosidades tam bién muestran unos m ovim ientos pendu­

¿¡mentación y el peristaltismo, que se han descrito al principio

lares (de vaivén ) que pueden contribuir al m ezclado del quim o en

: e¡ capítulo. La segmentación tiene gran importancia en el mez-

la luz intestinal. Estos m ovim ientos se v e n aumentados por la pre­

ado de quim o con las enzimas digestivas presentes en el intesti-

sencia de aminoácidos y de ácidos grasos en la luz intestinal.

delgado, lo que facilita la absorción de los productos de la di■fstión. Las vellosidades y m icrovellosidades de la mucosa intes-

Patrones de m o tilid a d en el intestino delga do durante el ayuno

nal también muestran m ovim ientos de mezclado. Las ondas peristálticas raramente se desplazan más de 10 cm, y r esto reciben el nombre de contracciones peristálticas de «c o ralcance». Una excepción la constituyen unas ondas peristálticas

Los patrones de contractilidad que se han descrito anteriorm ente

: ; largo alcance que se describen más adelante. Las ondas peris-

hacen referencia al com portam iento del intestino delgado tras

ticas se desencadenan por la distensión del intestino delgado.

una ingesta. Durante los periodos de ayuno, o cuando ya se ha procesado la comida, el músculo liso del intestino delgado mues­ tra un patrón característico en que los m ovim ientos de segmenta­

La segmentación y el peristaltismo son propiedades intrínsecas del músculo liso intestinal

ción desaparecen y unas ondas peristálticas que se inician en el extrem o duodenal barren lentamente todo el intestino delgado. Se trata de ondas de largo alcance que se desplazan a distancias de hasta 70 cm antes de desaparecer. La onda de contracción tarda

ritmo eléctrico básico del intestino delgado es independiente de la ervación extrínseca, y tanto la segmentación como las contracciors peristálticas son propiedades intrínsecas del músculo liso intesti.. N o obstante, la excitabilidad del músculo liso y su fuerza de coniccíón pueden ser modificadas por los nervios extrínsecos, así >mo por las diversas hormonas utilizadas como neurotransmisores - ios plexos intramurales. La estimulación parasimpàtica aumenta _ excitabilidad del músculo liso, mientras que la estimulación simanca la deprime. Estos efectos autónomos son ejercidos, sobre todo, rravés de los plexos nerviosos entéricos. Los nervios extrínsecos participan en determinados reflejos in- inales de largo alcance. Se trata de los denominados reflejos ile-

2 h en recorrer todo el intestino delgado. La actividad eléctrica que subyace bajo este com portam iento contráctil se conoce como complejo de m otilidad m igratoria (M M C ) y se repite cada 7090 min. Parece que el o b je tiv o de estas ondas peristálticas es im ­ pulsar o «b a r r e r » los últimos restos de la comida digerida, ju n to con bacterias y otros detritos, hacia el intestino grueso. Por ello, estas contracciones en ocasiones se denom inan «d e barrido». Se desconocen los mecanismos que inician y controlan el M M C , pero parece que tanto los mecanismos vagales com o los hormonales (sobre todo otra hormona del intestino, la m otilina) están implicados.

Resumen

_istrico y gastroileal, que permiten interacciones reflejas entre el • 'mago y el íleon terminal. El reflejo ileogàstrico consiste en la re-

1.

La velocidad de desplazamiento del quimo a través del intestino delgado está finamente controlada para asegurar que se dispone

.ción de la m otilidad gástrica que se produce como respuesta a distensión del íleon. El reflejo gastroileal describe el aumento de

de tiempo suficiente para completar la digestión y la absorción.

. motilidad del íleon terminal (sobre todo de la segmentación) que

Hay dos tipos de movimientos que son propiedades intrínsecas del músculo liso intestinal: la segmentación, responsable del mez­

rre siempre que se registra un incremento de la actividad secre-

clado del quimo con las enzimas y de la exposición de éste a la su­

-j v o motora del estómago. Los dos reflejos juntos acoplan el va-

perficie absorbente de la mucosa, y las contracciones peristálti­

ado del intestino delgado con la llegada del quim o al duodeno.

cas, que impulsan el quimo en dirección a la válvula ileocecal. 2.

La segmentación se caracteriza por unas contracciones frecuentes de la capa circular del músculo liso, la frecuencia de las cuales coincide

Los m ovim ien tos de las vellosidades de la mucosa contribuyen a la absorción y al m ezclado

con la frecuencia de la actividad de ondas lentas de cada parte del in­ testino. Las contracciones peristálticas son menos frecuentes y, ha­ bitualmente, sólo impulsan el quimo a lo largo de distancias cortas. 3.

La motilidad del músculo liso intestinal está influida por neuro­ nas intrínsecas y extrínsecas y por los neurotransmisores de los

__=s vellosidades intestinales muestran unos m ovim ientos de con-

plexos intramurales. La actividad parasimpàtica estimula la moti­

-ajción y de relajación similares a los de un pistón. Se cree que >s m ovim ientos facilitan la salida de los productos de la diges-

lidad intestinal. 4.

Las vellosidades intestinales experimentan contracciones en íbrma

n de las grasas de los qu ilíferos (los vasos linfáticos del interior

de pistón y movimientos pendulares o de vaivén. Estos últimos

: v las vellosidades). Una posible secuencia de acontecimientos es

pueden contribuir a mezclar el quimo, mientras que los primeros sirven para facilitar la salida de los productos de la digestión de las

. _e cuando la vellosidad se relaja, se produce la absorción a tra-

grasas procedentes de las vasos quilíferos de las vellosidades.

r> de los canales intercelulares. Cuando la vellosidad se contrae, >.os canales intercelulares se cierran y el material absorbido se e forzado a avanzar hacia las partes más distales del sistema linitico. Este proceso se asemeja a un fenóm eno de «o r d e ñ o » de los -iliferos. Se cree que son las hebras de músculo liso de la propia - in a las que generan estos m ovim ientos de bombeo.

5.

En el intestino en situación de ayuno, la segmentación desapare­ ce y se observan brotes periódicos de actividad peristáltica de largo alcance, en los cuales el contenido del intestino es impulsa­ do a larga distancia por el intestino. Son las denominadas con­ tracciones «d e barrido».

444

18 Sistema digestivo

La primera parte del intestino grueso se denomina ciego, y la unión entre el íleon terminal y el ciego es el esfínter ileocecal, que regula la velocid ad de entrada del quim o en el intestino grueso para asegurar que el agua y los electrólitos son totalm ente absor­ bidos en el colon. Su actividad está controlada por las neuronas de los plexos intramurales. Norm alm ente, el esfínter está cerrado, pero las contracciones peristálticas de corto alcance del íleon ter­ minal hacen que se relaje y deje pasar una pequeña cantidad de quimo. Los reflejos de largo alcance aseguran que la velocidad del vaciado sea equivalente a la capacidad del colon para manejar el volum en de quim o que le llega. Después de una ingesta, por ejem ­ plo, el reflejo gastroileal estimula el vaciado del íleon.

18.10 Funciones exocrinas del páncreas Céluia

El páncreas lleva a cabo dos funciones distintas: en prim er lugar,

acinar

actúa com o glándula endocrina al secretar insulina y glucagón al

CCK ACh Secreción rica ______ en enzimas yCr

torrente circulatorio; en segundo lugar, es un órgano d igestivo accesorio (exocrin o) que secreta un liqu id o rico en enzimas al tracto GI. El papel endocrino del páncreas se discute con detalle

Células Secretina ductales

en el capítulo 27. En este punto vamos a describir únicamente su

Secreción rica en HCO3-

función exocrina.

Estructura macroscópica y microscópica del páncreas

Fig. 18-21.

a) Representación esquemática de la estructura del páncreas

exocrino; b) resumen de los puntos de acción y de los efectos de la secre­ tina, la colecistocinina (CCK) y la acetilcolina (AC h) sobre la secreción de las células acinares y ductales del páncreas exocrino.

El páncreas se sitúa detrás del estóm ago y se dispone transversal­ mente en el abdomen. Su longitud es de unos 20 cm. Su cola que­ da situada cerca del bazo, mientras que su cabeza queda rodeada

Com posición d el ju g o pancreático

por el duodeno. Las figuras 18-1 y 18-19 muestran la situación anatómica de este órgano.

El ju go pancreático tiene dos componentes principales — un com po­

En la figura 18-21 se esquematiza la estructura del páncreas

nente acuoso y un componente enzimàtico— . Cada día se secretan

exocrino, que es parecida a la de las glándulas salivales. Este ór­

alrededor de 1.500 mi de líquido cuyo componente acuoso es rico en

gano está form ado por lóbulos de células acinares que secretan

bicarbonato y presenta un pH aproximado de 8; junto con las secre­

enzimas y líqu id o en un sistema de conductos m icroscópicos (in­

ciones intestinales ayuda a neutralizar el quim o ácido cuando éste

tercalados) recubiertos por células epiteliales que tam bién secre­

llega al duodeno. Las enzimas principales necesarias para completar

tan líquido. Estos conductos m icroscópicos drenan a conductos

la digestión de las grasas, las proteínas y los hidratos de carbono se

intralobulares de m ayor diám etro que, a su vez, desembocan en

encuentran en el componente enzimàtico del ju go pancreático.

conductos interlobulares y, finalm ente, en el conducto pancreáti­ co principal, que cruza el páncreas de izquierda a derecha. En la m ayoría de personas, el conducto pancreático principal se funde

Com ponente acuoso del ju g o pan creá tico

con el conducto biliar antes de desembocar en el duodeno. Existe

Está p roducido casi exclusivam ente por las células epiteliales co-

también un conducto pancreático menor (el conducto de Santori­

lumnares que recubren los conductos. La secreción que tiene lu­

ni) que drena directam ente al duodeno. Las células acinares ocu­

gar en condiciones de reposo procede mayoritariamente de los

pan más del 8 0 % del volum en total del páncreas y las células de

conductos intercalados e intralobulares, pero durante la estimula­

los conductos, aproxim adam ente el 4 % . Las células de los islotes

ción los conductos interlobulares tam bién secretan ju g o pancreá­

ocupan aproxim adam ente el 2-3% de la glándula, y el resto está

tico. Las células de los conductos secretan un líqu id o ligeram ente

form ado por tejid o conjuntivo, vasos sanguíneos, etc.

hipertónico, rico en iones bicarbonato, y con unas concentracio­

El páncreas está irrigado por ramas de las arterias celíaca y me­

nes de sodio y de potasio parecidas a las del plasma.

sentérica superior, y su drenaje venoso se realiza a través de la vena

N o se han esclarecido los detalles precisos de los mecanismos

porta. Lo inervan fibras preganglionares parasimpáticas vagales

iónicos subyacentes a la secreción del líqu id o alcalino. En la fig u ­

que hacen sinapsis con fibras posganglionares colinérgicas en su

ra 18-22 se muestra una posible secuencia de acontecimientos.

interior. Los vasos sanguíneos pancreáticos reciben una inervación

Los iones hidrógeno se transportan al exterior de la célula, hacia

simpática procedente los plexos celíaco y mesentérico superior.

el líqu id o intersticial, y de allí al plasma intercambiándose por io-

18.10 Funciones exocrinas del páncreas

445

Luz del conducto

•o s 2 o O

Velocidad de secreción (mi ■g"1 • min ’ ) Fig. 18-23. Composición electrolítica del jugo pancreático del conejo en función de la velocidad de secreción. Cuanto mayor es la velocidad de secreción, mayor es la concentración de bicarbonato. Fluido intersticial rig. 18-22.

Movimientos iónicos subyacentes a la secreción de un lí-

_-:do alcalino por parte de las células ductales del páncreas exocrino.

este proceso es que los niveles de bicarbonato en el líqu id o son m uy inferiores (hasta de 20-30 m M ) a flujos bajos que a flujos ele­ vados, cuando el líq u id o permanece poco tiem po en los conduc­

r.es de sodio o potasio. A continuación, se transportan los iones

tos y, por tanto, sufre pocas m odificaciones. A flujos máximos, la

- .carbonato al exterior de la célula ductal a través de su membra­

concentración de bicarbonato en el ju g o pancreático humano es

na luminal, intercam biándose por cloruro o a través de un canal

de aproxim adam ente 140 m M . Como se puede com probar en la fi­

¿e aniones de dicha membrana. El sodio difunde desde el líqu id o

gura 18-23, a medida que la concentración de bicarbonato dismi­

ntersticial hacia la luz del conducto a través de una vía paracelu-

nuye, los niveles de cloruro aumentan proporcionalm ente.

lar con el o b je tiv o de mantener la neutralidad eléctrica. El agua le - g u e por efecto osmótico, desplazándose por vía transcelular o

Com ponentes en zim á ticos del ju g o p a n creá tico

raracelular hacia la luz del conducto. La secreción del com ponente acuoso del ju g o pancreático pa­

El ju g o pancreático contiene un am plio conjunto de enzimas d i­

rece estar regulada por el A M P cíclico, que aumenta el tiem po du-

gestivas, entre las cuales se cuentan agentes proteolíticos, amilo-

-in te el cual los canales del Cl~ de la membrana apical están abier­

líticos y lipolíticos, una ribonucleasa, una desoxirribonucleasa y

tos, y además estimula la actividad de las bombas de protones de

elastasas. La tabla 18-2 contiene un listado de las principales en­

la membrana basolateral.

zimas y de sus acciones.

La com posición iónica del líqu id o pancreático depende de su velocidad de secreción, como muestra la figu ra 18-23. A medida

Enzimos proteolíticos del páncreas

que flu y e por los conductos, la secreción principal de las células

Las enzimas proteolíticas, que incluyen la tripsina, diversas quimo-

epiteliales ductales sufre una m odificación. Se reabsorben iones

tripsinas y carboxipeptidasas, se almacenan en el interior de las cé­

bicarbonato del líq u id o a cambio de iones cloruro. El resultado de

lulas atinares en forma de gránulos de cimógeno. Se secretan en for­

Tabla 18-2.

Las enzimas del intestino delgado

Enzima

Cimógeno

Activador

Acción

Tripsina

Tripsinógeno

Enterocinasa

Rompe los enlaces peptídicos internos

Quimotripsina

Quimotripsinógeno

Tripsina

Rompe los enlaces peptídicos internos

Elastasa

Proelastasa

Tripsina

Rompe los enlaces peptídicos internos

Carboxipeptidasa

Procar boxipeptidasa

Tripsina

Ataca los péptidos por su extremo C-terminal

Amilasa

Digiere el almidón en maltosa y olígosacáridos

Lipasa

Rompe los glicéridos, liberando ácidos grasos y glicerol

Colipasa

Procolipasa

Tripsina

Se une a las micelas para anclar la lipasa al lípido

Fosfolipasa A 2

Profosfolipasa

Tripsina

Separa los ácidos grasos de los fosfolípidos

Enterasa de colesterol

Tripsina

Libera colesterol esterificado

ARNasa

Rompe el A R N en fragmentos cortos

ADNasa

Rompe el A D N en fragmentos cortos

446

18 Sistemo digestivo

ma inactiva (tripsinógeno, quimotripsínógenos y procarboxipepti-

da, aumentan las concentraciones sanguíneas de amilasa pancreá­

dasas) y se activan en la luz del intestino delgado. De este modo, el

tica. La determ inación de los niveles plasmáticos de la enzima

páncreas evita autodigerirse, igual que el estómago. La activación

puede aportar inform ación diagnóstica útil respecto a la intensi­

del tripsinógeno se puede producir espontáneamente, en respuesta

dad y evolu ción de la lesión del tejid o pancreático.

al ambiente alcalino del intestino delgado o bien en respuesta a la enterocinasa (enteropeptidasa), una de las enzimas del ribete en ce­

Enzimas lipolHicos de! páncreas

pillo. A continuación, la propia tripsina activa los quim otripsinóge­

El ju g o pancreático contiene varias lipasas que se secretan en forma

nos. La tripsina y las quimotripsinas son endolipopeptidasas que hi-

de cimógenos inactivos. Entre ellas, las más importantes son la co-

drolizan las uniones peptídicas de las moléculas proteicas para obte­

lipasa, la esterasa de colesterol y la fosfolipasa A 2. Son inactivadas

ner algunos aminoácidos libres y polipéptidos de tamaño variable.

por la tripsina en la luz intestinal. Se cree que la lipasa pancreática

Las carboxipeptidasas (activadas por la tripsina), la elastasa y las

(triacilglicerol hidrolasa) se secreta en forma activa e hidroliza los

aminopeptidasas son entonces capaces de completar la digestión de

triglicéridos insolubles en agua para formar ácidos grasos libres y

éstos liberando péptidos pequeños y aminoácidos.

m onoglicéridos. La colipasa ancla la lipasa en las proxim idades de

Es im portante que el tripsinógeno no se active en el interior de

la interfase aceite/agua, de modo que esta última puede actuar de

las células acinares o mientras circula por los conductos. En condi­

forma más efectiva. La fosfolipasa A 2 digiere los fosfolípidos para

ciones normales, la activación se evita manteniendo un ambiente

formar ácidos grasos libres y lisolecitina. El papel de la bilis en la

ácido en los gránulos de cimógeno (probablem ente por medio de la

digestión y la absorción de los lipidos se discute más adelante.

acción de una bomba de protones) y por la presencia de inhibidor de la tripsina en el ju g o pancreático. Este último se fija a cualquier tripsina activa existente para formar un com plejo inactivo. La pan­

Regulación de la secreción pancreática

creatitis aguda necrotizante es un trastorno que pone en peligro la vida y que con frecuencia está causado por ei reflujo de bilis hacia el páncreas o por un cuadro de alcoholismo. Se caracteriza por la autodigestión del tejido pancreático, con inflamación y lesión tisular provocadas por la fuga de las enzimas activadas del páncreas.

A l igual que la secreción gástrica, la secreción pancreática está re­ gulada tanto por la actividad de los nervios vagos com o por hor­ monas. N o obstante, el control endocrino es el más importante. La tabla 18-3 inclu ye una lista de los principales m oduladores de la secreción exocrina del páncreas. Como en el caso del estómago, el

Amilaso pancreática A u n qu e la amilasa salival puede iniciar la digestión del almidón en la boca y posiblem ente en el estómago, la a-amilasa pancreáti­ ca es la responsable de la m ayor parte de la digestión del almidón en el duodeno. Esta enzima se secreta en form a activa y es estable a un p H com prendido entre 4 y 11, aunque su pH óptim o es 6,9.

proceso de secreción puede dividirse en tres partes: cefálica, gás­ trica e intestinal. La fase cefálica está sometida al control n e rv io ­ so, mientras que las fases gástrica e intestinal están controladas principalm ente por hormonas. La figu ra 18-24 ilustra los factores principales que regulan la secreción pancreática.

Igual que la amilasa salival, rom pe el enlace a -l,4 -glu co s íd ic o

Fase cefá lica

(v . cap. 2) , pero a diferencia de aquella enzima, es capaz de ata­ car tanto el alm idón cocido com o crudo. A l cabo de unos 10 min de haber penetrado en el intestino delgado, el alm idón ha queda­ do con vertid o en diversos oligosacáridos, fundamentalmente maltosa y maltotriosa. A continuación, las disacaridasas intestina­ les del ribete en cepillo hidrolizan los oligosacáridos en glucosa. En algunos procesos patológicos, incluyendo la pancreatitis agu­

Tabla 18-Î.

Las células acinares y las células musculares lisas de los conduc­ tos y de los vasos sanguíneos están inervadas por fibras eferentes parasimpáticas vagales. La estimulación de estas fibras provoca la liberación de los gránulos de cim ógeno de las células acinares a los conductos, así com o un aumento del flu jo sanguíneo. Los va­ sos sanguíneos también reciben algunas fibras vasoconstrictoras

Reguladores quím icos de la secreción pancreática exocrina Acción sobre el páncreas

A g e n te s

Colecistocinina (CCK) Gastrina Acetilcolina Sustancia P Secretina Péptido intestinal vasoactivo (VIP) Péptido histidina-isoleucina (PHI) Insulina Factores de crecimiento cipo insulina (IGF) Somatostatina

* Aumentan la secreción de enzimas pancreáticas y de líquido rico en ácido clorhídrico por parte de las células acinares f •

Aumenta la secreción de liquido rico en bicarbonato por parte de las células ductales

.

I

Aumento de la síntesis y de la secreción de enzimas, efectos tróficos

Inhibe la secreción de las células acinares y ductales

18.11 Papel del hígado y de la vesícula biliar como componentes del tracto gastrointestinal

447

apáticas, cuya actividad p rovoca una reducción del flu jo san-

cretada por la mucosa de la porción superior del intestino cuan­

; _:neo. La visión, el olor y el sabor del alim ento estimulan la ac­

do su superficie es bañada por m onoglicéridos, ácidos grasos,

idad parasimpàtica vagai. Se liberan acetilcolina y V IP, neuro-

péptidos y am inoácidos (especialm ente trip tófan o y fenilalani-

-ansmisores que al parecer actúan de forma sinèrgica para p ro­

na). La secretina se libera en respuesta al pH bajo. La CCK esti­

b a r aumentos del flu jo sanguíneo y de la secreción de ju g o

mula la producción de un líqu id o rico en enzimas p or parte de

rancreático. Además de la acción directa de los eferentes vagales,

las células acinares, mientras que la secretina aumenta el flu jo de

_na pequeña parte de la secreción pancreática de la fase cefálica

líq u id o rico en bicarbonato procedente de las células ductales.

ritá mediada p or la gastrina liberada por las células antrales en

Además, parece que la CCK potencia los efectos secretores de la

-espuesta a la estimulación vagai.

secretina.

Fase gástrica l a gastrina es la responsable principal de este componente, relatiamente pequeño, de la secreción pancreática. La gastrina se se:reta en respuesta a la distensión del estómago y a la presencia de

18.11 Papel del hígado y de la vesícula biliar como componentes del tracto gastrointestinal

-ninoácidos y péptidos en el antro. La distensión también p ro vo­ ca su secreción a través de un reflejo vagovagal gastropancreàtico.

El hígado y la vesícula biliar son órganos accesorios del tracto GI que tienen relación con el intestino delgado. El hígado es el ma­

Fase intestinal

y o r de los órganos abdominales, con un peso m edio de 1,3 kg; re­ cibe y procesa la sangre venosa rica en nutrientes que le llega des­

Esta fase supone más del 7 0% de la secreción total del páncreas

de el tracto GI, y lleva a cabo numerosas funciones metabólicas y

exocrino. Se produce en respuesta a la CCK y a la secretina se­

homeostáticas vitales, que se resumen brevem ente aquí (v. tam-

448

18 Sistema digestivo

---- 1 ----

Resumen

Pericardio fibroso Diafragma

1.

Vena cava inferior

La porción exocrina del páncreas está formada por células acinares que secretan enzimas y liquido a un sistema de conductos del­ gados, recubiertos de células epiteliales, que a su vez secretan lí­

2.

quido alcalino y modifican la secreción acinar principal. Las principales enzimas necesarias para completar la digestión de grasas, hidratos de carbono y proteínas se encuentran en el liqui­ do pancreático. La composición iónica del jugo pancreático de­ pende de su ritmo de secreción. A niveles elevados de secreción,

3.

el contenido de bicarbonato del jugo es mayor que a flujos bajos. La mayor parte de las enzimas proteolíticas (tripsinas) se almace­ nan en las células acinares en forma de precursores inactivos (gra­ nulos de cimógeno) para evitar la autodigestión. La activación de

4.

estas enzimas tiene lugar en el duodeno. La a-amilasa pancreática es responsable de la digestión del almidón

5.

en oligosacáridos en el duodeno. Se secreta en forma activa. Varías lipasas están presentes en el jugo pancreático. Hidrolizan

6.

los triglicéridos insolubles en agua para liberar ácidos grasos li­ bres y monoglicéridos. El control de la secreción pancreática exocrina es fundamental­

Vesícula biliar

Lóbulo caudado

mente hormonal, aunque la fase cefálica inicial de la secreción está controlada por el sistema parasimpático. La gastrina contri­ buye a la fase gástrica de la secreción, pero aproximadamente el 70% de ésta se produce durante la fase intestinal, en respuesta a la CCK y a la secretina. Estas hormonas son liberadas por la mu­

Venas hepáticas

Vena cava inferior

cosa de la porción superior del intestino en respuesta a los iones hidrógeno y a los productos de la digestión de grasas y proteínas.

Vena porta bién cap. 31). El hígado desempeña un papel extremadamente im ­ portante en el metabolismo energético: almacena glucosa en fo r­

Arteria hepática

ma de glucógeno, con vierte algunos aminoácidos en glucosa y de­

Colédoco

Vesícula biliar bil

grada lípidos. Tam bién es im portante en la biosintesis: sintetiza todas las proteínas plasmáticas — a excepción de las inm unoglobulinas— , incluyendo el com plem ento y los factores de la coagu­

Ligamento falciforme F ig. 18-25.

Lóbulo cuadrado

Características anatómicas principales del hígado.

lación. Tam bién fabrica proteínas portadoras para el colesterol y los triacilgliceroles. El hígado secreta bilis, que contiene sales bi­ liares cruciales para la emulsión de las grasas antes de su diges­ tión y absorción. Finalmente, este órgano con vierte amoníaco en

form ar el grueso conducto hepático común. En su camino hacia el

urea, mucho menos tóxica, y añade grupos polares a muchos fár­

duodeno, este conducto se une al conducto cístico que drena la ve ­

macos, algunas hormonas y determ inados metabolitos para que

sícula biliar para form ar el conducto b ilia r (colédoco). El esfínte:

puedan ser excretados en la orina o en la bilis.

de Oddi, un anillo muscular que evita el reflu jo de bilis, separa ei conducto biliar del duodeno (fig. 18-19). Microscópicamente, el hígado está formado por 50.000-100.00

Estructura del hígado

(f ig . 18-25)

lobulillos separados por septos. Los lobulillos son unas estructura; más o menos hexagonales, con un diámetro de 1-2 mm, que formar­

Situado en el cuadrante superior derecho de la cavidad abdom i­

las unidades funcionales del órgano; cada uno está formado por

nal (v . fig. 18-1), el hígado está form ado por cuatro lóbulos ro ­

una vena central que desemboca en la vena hepática y a partir de la

deados por una cápsula fibroelástica resistente, denominada cáp­

cual irradian columnas de hepatocitos (células hepáticas) en direc

sula de Glisson. El ligam ento falciform e, que une el hígado al dia­

ción a la delgada capa de tejido conjuntivo que las rodea. Entre lo:

fragma y a la pared anterior del abdomen, separa los lóbulos

hepatocitos existen unos pequeños canalículos biliares que desem­

principales, izqu ierd o y derecho. Los dos lóbulos menores, visce­

bocan en los conductos biliares y, finalmente, en los conductos bi­

ral y caudado, se sitúan en la superficie ventral del hígado. Un

liares terminales. En cada uno de los seis ángulos de un lóbulo se s:-

m esenterio dorsal, el epiplón menor, une el hígado a la curvatura

túa una tríada portal, denominada así porque en ella existen siem­

menor del estómago. La vesícula biliar se sitúa en un receso de la

pre tres estructuras: una rama de la arteria hepática, una rama de ia

superficie in ferior del lóbulo hepático derecho. La bilis sale de

vena porta y un conducto biliar. La figura 18-26 muestra un es­

este órgano por los conductos biliares terminales, que se unen para

quema simplificado de la estructura de un lobulillo hepático.

18.11 Popel del hígado y de lo vesícula biliar como componentes del tracto gastrointestinal

Sinusoides

Células hepáticas

Espacio de Disse

449

y /

Célula de Kupffer Canalículos biliares

Linfáticos terminales

0oo°

Vaso mfático Vena porta Arteria hepática Conducto biliar

Fig. 18-26. Estructura histológica básica de un lobulillo hepático.

Circulación hepática

Producción de bilis

f » : m alm en te, el hígado recibe alrededor del 25% del gasto car-

Los hepatocitos secretan a los canalículos biliares un líquido que se

■saco. Es único entre los órganos abdominales por el hecho de

conoce con el nombre de bilis hepática. Se trata de un líquido isotó-

it s p o n e r de una d oble irrigación sanguínea: la arteria hepática,

nico con un pH com prendido entre 7 y 8 y que tiene una composi­

l c - í transporta unos 400 mi • m in '1de sangre, y la vena porta, que

ción iónica parecida a la del plasma. También contiene sales biliares,

tra-sporta unos 1.000 mi • min-1 de sangre rica en nutrientes. Las - - ^eñas vénulas portales que se sitúan en los septos que separan t í .chulillos entre sí reciben sangre de las venas portales. A par­

pigmentos biliares, colesterol, lecitina y moco. A medida que pasa por los conductos biliares, las células epiteliales ductales modifican esta secreción primaria secretando un liquido acuoso rico en bicar­

ir de las vénulas, la sangre flu y e hacia unos sinusoides que se ra-

bonato. Esto aumenta considerablemente el volum en de bilis, de

c .f.c a n entre las columnas de hepatocitos. Los sinusoides forman

manera que, en total, el hígado produce 600-1.000 mi de bilis cada

red capilar laxa, desde la cual flu y e la sangre hacia la vena

día. La bilis puede descargarse en el duodeno o almacenarse en la

er.’.ral del lobulillo. La sangre desoxigenada de las venas centra-

vesícula biliar; en este segundo caso, su composición se va m odifi­

.r- desemboca en las venas hepáticas, que se unen a la vena cava

cando durante el tiempo que permanece en ella (v. más adelante).

í

ir.íerior justo por debajo del diafragma. La presión en la vena pores de aproxim adam ente 1,3 kPa (10 m mHg), mientras que en vena hepática es sólo ligeram ente in ferior (aproxim adam ente 0,6 kPa o 5 m mHg). Por consiguiente, en los vasos de capacitan­

Naturaleza qu ím ica de los ácidos y las sales biliares

z a del hígado se almacenan entre 200 y 400 mi de sangre, que ru ed e ser desviada hacia la circulación sistèmica durante los pe­

Los ácidos biliares derivan del metabolismo del colesterol. El ácido

riodos de h ipovolem ia o de shock.

cólico y el ácido quenodesoxicólico se forman en los propios hepa­

Los septos interlobulares tam bién contienen arteriolas hepáti­

tocitos y se les conoce como ácidos biliares principales. En el intes­

cas derivadas de las ramas de la arteria hepática, muchas de las

tino se forman pequeñas cantidades de ácidos biliares secundarios

ales drenan directamente en el interior de los sinusoides y

(ácido desoxicólico y ácido litocólico) a partir de los ácidos princi­

porta sangre saturada de oxígen o. Los sinusoides están revestidos p or dos tipos de células: célu-

pales por la acción deshidroxilante de las bacterias. Antes de ser se­ cretados en la bilis, los ácidos biliares principales se conjugan (me­

:S endoteliales típicas y células fagocíticas de K upffer. Las célu-

diante una unión peptídica) con aminoácidos como la glicina y la

s endoteliales no suponen prácticamente ninguna barrera para

taurina en un com plejo con sodio para formar sales biliares hidro-

el intercam bio (entre los sinusoides y los hepatocitos) de materia­

solubles. La figura 18-27 ilustra las estructuras de los ácidos bilia­

les con un peso m elecular de hasta 250.000. N o existe lámina ba­

res principales y la conjugación del ácido cólico con glicina.

sai, y el citoplasma del endotelio está fenestrado (v . cap. 15). La

Las sales biliares son amfipáticas, es decir, poseen tanto reg io­

presencia de m icrovellosidades en la zona de la membrana del he-

nes hidrófobas como hidrófilas; cuando alcanzan una determ ina­

patocito correspondiente a los sinusoides aumenta la superficie

da concentración en la bilis, forman agregados denom inados m i-

de intercambio. El espacio que existe entre los hepatocitos y la

celas (esta concentración se conoce com o concentración m icelar c rí­

pared del sinusoide se denom ina espacio de Disse (figs. 18-26 y

tica). Las micelas están organizadas de tal m odo que los grupos

18-28), contiene un sistema de fibras de colágeno con funciones

hidrófilos se sitúan en la periferia, en contacto con el m edio acuo­

de soporte y es drenado por vasos linfáticos terminales.

so, mientras que los grupos hidrófobos se sitúan frente a frente

450

18 Sistema digestivo

Ácidos biliares principales

Ácidos biliares secundarios

Ácido cólico

Ácido desoxicólico

Ácido quenocólico

Ácido litocólico

Colesterol

I

7a-Colesterol

(b)

Acido cólico Fig. 18-27.

Glicina

Ácido giicocólico

Estructura de los ácidos biliares y su formación a partir del colesterol (a). Conjugación del ácido cólico con glicina para formar ácido gli-

cocólico (b), que es una sal biliar.

entre si para form ar un núcleo central. Esta característica quím i­

La fracción independiente de los ácidos biliares de la secre­

ca de las sales biliares tiene una importancia fundam ental para su

ción biliar hace referencia a la secreción de agua y electrólitos

papel en la emulsión de las grasas.

por parte de los hepatocitos y de las células epiteliales d ú d a ­ les. El sodio se transporta activam ente hacia los canalículos biliares, y lo siguen por m ovim ien to pasivo los iones cloruro

Com ponentes de la secreción biliar dependientes e independientes de los ácidos biliares

y el agua. Las células ductales secretan activam ente iones bi­ carbonato en la bilis; los siguen por m ovim ien to pasivo el so­ dio y el agua. Los procesos im plicados en la form ación de la bilis hepática se resumen en la figura 18-28.

Existen dos mecanismos secretores distintos involucrados en la elaboración de la bilis por el hígado y que dan lugar a los denom i­

Circulación enterohepática

nados componentes de la bilis dependientes de los ácidos biliares y componentes de la bilis independientes de los ácidos biliares:

Aproxim adam ente el 9 4% de las sales biliares que llegan al intes­ tino son reabsorbidas hacia la circulación portal mediante trans­

•

La velocidad a la cual se secretan sales biliares de forma acti­

porte activo en el íleon distal. La m ayor parte de las sales biliares

va a los canalículos depende de la velocidad con que los áci­

v u e lv e al hígado sin sufrir alteraciones y se recicla. Una parte de

dos biliares retornan desde el intestino delgado hacia los he­

ellas se desconjuga inicialm ente en la luz intestinal y vu e lv e al hí­

patocitos a través de la circulación enterohepática. Este com po­

gado para ser conjugada nuevam ente y reciclada. Una pequeña

nente de la secreción biliar se denomina, por tanto, fracción

porción se desconjuga, es m odificada por las bacterias intestina­

dependiente de los ácidos biliares.

les y, finalm ente, forma ácidos biliares secundarios. A lgu nos de

18.11 Papel del hígado y de lo vesícula biliar como componentes del tracto gastrointestinal

Sinusoide

451

Sangre

Célula endotelial

©

Espacio ___ intercelular

: ' î p , SB‘ SB“

Hepatoclto Na*

Tight junction-

; ^

/

H_0

Canalículo biliar

Glucagón Secretina Gastrina

Fig. 18-28. Duodeno

Hígado

Proceso de formación de la bilis por los

hepatocitos. SB, sal biliar.

lación enterohepática. Este circuito constituye la fuerza im pulso­ ra para el transporte de líqu id o hacia el sistema biliar. Au n qu e la producción de bilis hepática no está sometida a un control hor­ monal, la secreción de líqu id o acuoso rico en bicarbonato por par­ te de las células epiteliales ductales está estimulada por la secreti­ na y , en menor grado, p or el glucagón y la gastrina. Se cree que otro factor que estimula la producción de bilis por el hígado es el aumento del flu jo sanguíneo hepático que sigue a una ingesta. La ingesta también provocará un aumento de la tasa de reabsorción de sales biliares a través de la circulación enterohepática. Esto es­ timulará a su vez, la fracción dependiente de los ácidos biliares de la secreción de bilis.

Fig. 18-29.

Circulación enterohepática. Sólo se muestra la recirculación

Otros constituyentes importantes de la bilis: fosfolípidos, colesterol y pigm entos biliares

de los ácidos biliares principales. El transporte de las sales biliares conju­ gadas está representado por la línea roja continua y el de las sales biliares

La bilis es la principal vía de excreción del colesterol existente en

no conjugadas, por la linea roja discontinua.

el organismo. Los fosfolípidos, especialm ente la lecitina, también se secretan en la bilis. Am bos, colesterol y lecitina, se secretan en forma de vesículas lipídicas que, a continuación, forman micelas.

ellos, especialm ente el ácido litocólico, son relativam ente insolu­

El prim ero se sitúa en el núcleo hidrófobo, mientras que la se­

bles y se excretan en las heces. Se estima que los ácidos biliares

gunda, que es amfipática, se sitúa en parte en el núcleo y en par­

pueden reciclarse hasta 20 veces antes de ser excretados fin al­

te cerca de la superficie externa de la micela. Si existe una canti­

mente en las heces. La figura 18-29 esquematiza la circulación en­

dad excesiva de colesterol y no puede ser solubilizado en forma

terohepática de los ácidos biliares principales.

de micelas, puede form ar cristales en la bilis. Estos cristales ac­ túan com o núcleos para el depósito de sales de calcio y de fosfato, y con ello contribuyen a la form ación de cálculos de colesterol en

Regulación de la secreción biliar

los conductos hepáticos o en la vesícula biliar. Si el conducto he­ pático común queda bloqueado por un cálculo, la bilis no puede

Las sustancias que aumentan la secreción de bilis reciben el nom ­

pasar al duodeno; se produce distensión y aumento de la presión

bre de coleréticos. Los colagogos son sustancias que, com o la CCK,

en la vesícula biliar, que puede provocar un dolor intenso (cólico

aumentan el flu jo de bilis estimulando el vaciado de la vesícula

b ilia r) e ictericia (v . más adelante).

biliar. El factor principal en la producción de bilis hepática es el

La bilis es una vía de elim in ación de los p igm entos biliares

regreso de las sales biliares a los hepatocitos a través de la circu­

y otros prod u ctos de desecho, en particular de m oléculas poco

45 2

18 Sistemo digestivo

polares de peso m olecular e le v a d o qu e n o son excretadas p or

Papel de la vesícula biliar

los riñones. Los pigm entos biliares son los p ro d u ctos de e x c re ­ ción d el g ru p o hem o, y son responsables de p ro p orcio n a r los colores característicos tanto de la bilis com o de las heces. Cons­ titu ye n ap roxim ad am ente el 0 ,2 % de la bilis, y se form an a partir de la d estrucción de los hem atíes v ie jo s en el bazo. El p rin cip a l p igm en to b iliar es la b ilirru b in a , qu e es rela tiva m en ­ te in so lu b le y p or esta razón se transporta hasta el hígad o en com b in ación con la albúm ina plasm ática. En los hepatocitos, ap roxim adam ente el 8 0 % de la b ilirru b in a se conjuga con áci­ do g lu cu ró n ico en presencia de una enzim a, la g lu cu ro n il transferasa, para form ar un d ig lu cu ró n id o de b ilirru b in a que es h id rosolu b le y pasa a la bilis, d ándole su colo r verd e-am arille n to característico. La b ilirru b in a restante se con ju ga con sulfato para form ar sulfato de b ilirru b in a , o con d iversos a gen ­

La vesícula biliar es un órgano muscular en forma de saco, de co­ lor verde, paredes delgadas y 10 cm de longitud, que protruye en la cara in ferior del hígado (fig. 18-25). Alm acena la bilis que no se necesita de forma inmediata para la digestión, y la concentra ab­ sorbiendo agua y electrólitos. La mucosa de la vesícula biliar, com o la del estómago, presenta m últiples pliegues cuando el ór­ gano está vacío. Estos pliegues pueden expandirse para dar cabi­ da a una cantidad de hasta 60 mi de bilis durante el período com ­ pren dido entre ingestas. Entre comidas, la m ayor parte de la bilis producida p or el hí­ gado se desvía hacia el interior de la vesícula biliar a causa del tono relativam ente elevado del esfínter de Oddi. La vesícula biliar

tes h id rófilos. En el intestino, y especialm ente en el colon, las bacterias hidrolizan el diglu cu rónido de bilirrubina para form ar u robilinógeno, que es extremadamente hidrosoluble e incoloro, y también estercobilina y urobilina, que dan a las heces su color marrón ca­ racterístico. Una parte del urobilinógen o se reabsorbe en el intestino y pasa a la sangre; de allí es secretado nuevam ente a la bilis p or el hígado o excretado en la orina por los riñones. El dia­ grama de la figura 18-30 ilustra el proceso de formación, circula­ ción y elim inación de la bilirrubina.

La acum ulación de b ilirru b in a en la sangre p rovoca icte ricia La ictericia (icterus, en latín) se debe a un n iv e l anormal de b ili­ rrubina en la sangre (hiperbilirrubinem ia). Se caracteriza por una coloración amarilla de la piel, la esclerótica de los ojos y los teji­ dos profundos. Existen muchas causas de ictericia, pero las más importantes son: destrucción excesiva de hematíes (hemolisis), al­ teración en la captación de la bilirrubina por los hepatocitos y obstrucción del flu jo biliar, ya sea en los canalículos biliares o en los conductos biliares. Después de una transfusión de sangre no totalm ente com patible, o en determ inados trastornos heredita­ rios, se puede producir una hemolisis excesiva. La ictericia se o b ­ serva también en aquellos recién nacidos cuyos hematíes fetales se hem olizan más deprisa de lo que el hígado inm aduro puede procesar la bilirrubina. La ictericia que aparece a consecuencia de la incapacidad del hígado para captar o conjugar la bilirrubina se conoce con el nom bre de ictericia hepática. La hepatitis y la cirrosis son las cau­ sas más frecuentes de este trastorno. La ictericia obstructiva aparece si existe una dificu ltad para el paso de la bilis desde el hígado hacia el intestino. Los cálculos, las estenosis o los tumores de los conductos biliares y del páncreas son las causas más frecuentes de esta enferm edad. Con frecuencia, este tip o de ictericia se acompaña de pru rito (picor generalizado), p rovocad o por la acumulación de sales biliares en la sangre. Las heces son de color claro d ebido a la ausencia de bilirrubina en la bilis, y a menudo contienen vetas de grasa a causa de la reducción de la absorción de las grasas de la dieta. N o obstante, la orina tie­ ne un color más oscuro de lo habitual a causa del aumento de e x ­ creción de bilirrubina por los riñones.

Fig. 18-30. rrubina.

Procesos de formación, circulación y eliminación de la bili­

18.11 Papel del hígado y de la vesícula biliar coma componentes del tracto gastrointestinal

Tabla 18-4.

Con cen tracion es relativa s d e algu n os constituyentes

de la b ilis hepática y d e la b ilis d e la vesícu la b ilia r Soluto

Na*

453

capa única de células epiteliales columnares de gran altura, uni­ das en sus regiones apicales p or tight junctions de manera que en­

Proporción de la concentración de solutos (bilis de la vesícula biliar/bilis hepática)

tre las células se forman unos canales laterales m uy largos. A me­ dida que las sales se dirigen hacia estos canales se crean zonas lo­ cales con una presión osmótica alta y la tonicidad es más elevada en las regiones apicales del canal. Este hecho se conoce con el

1,7

CaÍT

5,0

nom bre de gradiente osm ótico vertical y perm ite la reabsorción

HCO,-

0,2

continua de agua desde la vesícula biliar hacia el líqu id o intersti­

CL

0,2

cial. La figura 18-31 ilustra este mecanismo de absorción de solu­

Ácidos biliares

8,9

tos y agua por parte de la vesícula biliar.

Pigmentos biliares

4,0

Colesterol

8,3

Lecitina

8,0

Osmolalidad de la bilis

290-300 mosmol • kg 1

Volumen de bilis secretado desde la vesícula biliar

500 mi • día 1

La contracción de la vesícula biliar impulsa la bilis hacia el du o d en o A los pocos minutos de haberse iniciado una ingestión, especial­ mente si se trata de una ingesta rica en grasas, el músculo de la v e ­ sícula se contrae y genera una presión que p rovoca el flu jo de la

concentra la bilis por m edio de la reabsorción de sodio, cloruro, bicarbonato y agua. A consecuencia de ello, las sales biliares pre­ sentes en la bilis pueden llegar a concentrarse hasta 20 veces. El transporte activo de sodio por parte de la mucosa desde la luz de la vesícula biliar hacia la sangre es el principal mecanismo im pli­ cado en la concentración de la bilis. Los aniones cloruro y bicar­ bonato se reabsorben para mantener la neutralidad eléctrica y el agua los sigue de forma pasiva. Las concentraciones de potasio aumentan a m edida que se absorbe el agua, pero vu elven a dism i­ nuir a m edida que el potasio d ifunde de forma pasiva siguiendo el gradiente de concentración que se ha establecido. La tabla 18-4 muestra las concentraciones de solutos para la bilis de la vesícula biliar y la hepática, consecuencia de los procesos de reabsorción

bilis hacia el duodeno. Esta respuesta inicial está mediada p or los n ervios vagos, pero el principal estímulo para la contracción es la CCK. Esta hormona se secreta en respuesta a la presencia de qu i­ nao graso y ácido en el intestino. La CCK también estimula la se­ creción pancreática y relaja el esfínter de Oddi para que la bilis y el ju g o pancreático puedan pasar al duodeno. La actividad vagal parasimpática con tribuye relativam ente poco a la estimulación de la contracción de la vesícula biliar. Por el contrario, el vaciado d e la vesícula es in h ib ido por la actividad simpática. Norm alm en­ te, la vesícula biliar se vacía por com pleto aproxim adam ente 1 h después de una ingesta rica en grasas. Gracias a este mecanismo se m antiene el nivel de ácidos biliares en el duodeno por encima de la concentración micelar crítica.

que se llevan a cabo en la primera. El agua sale de la vesícula biliar para mantener la isotonicidad, a pesar de que la mucosa no es excesivam ente perm eable al agua. Se cree que esto es posible gracias a la naturaleza física de la

Resumen 1.

capa mucosa de esta vesícula. La mucosa está formada por una

El hígado secreta entre 600 y 1.000 mi de bilis cada día. La bilis es imprescindible para la absorción de las grasas en el intestino del­ gado. Se almacena y se concentra en la vesícula biliar, que des­ pués de una ingesta se contrae para enviar bilis hacia el duodeno.

Capilar

2.

Los ácidos biliares son constituyentes importantes de la bilis. Se conjugan con aminoácidos para formar sales biliares, que son am-

Luz de la vesícula biliar

fipáticas (es decir, poseen regiones hidrófobas e hidrófílas}. A con­ centraciones elevadas, las sales biliares se agregan en micelas. La

C MASSON. 3 A I olix ;oplni nln mituilsm'lón nn nn 50 años

Hombres

20

12

8,3

12,5

30

13

16

18,5

40

16.5

19

23

50

19

21,5

26

60

21

23,5

29

70

23

25

32

Mujeres

20

14

17

21

30

19

22

26,5

40

23

25,5

30

50

26

28

33

60

28

31

35,5

70

30,5

32,5

37,5

El grosor del p liegu e cutáneo se determina en cuatro localizaciones: el bíceps, el tríceps, por debajo del om óplato y en la cintura (pliegu e cutáneo suprailíaco). Los valores se suman para determ inar el grosor fin al del pliegu e cutáneo. F.n los hombres, el porcentaje idóneo de tejido adiposo corporal está entre el 15 y el 2 1 % , se­ gún la edad. En las mujeres, este porcentaje es del 17-25%.

porte nutricional. La nutrición enteral (a través del tracto G I) es po-

Resumen

sible en los casos en los que el intestino es normal, mientras que la nutrición parenteral (sin pasar por el tracto G I) puede ser necesaria

La dieta equilibrada es esencial para la salud. Las dietas mixtas

en las situaciones en las que el intestino está alterado.

contienen cantidades adecuadas de los nutrientes esenciales; las

Iil

soporte nutricional enteral se puede realizar m ediante la

administración por via oral de alimentos líquidos fuertem ente energéticos o de distintas fórmulas administradas m ediante sonda nasogáslrica. Estos compuestos nutricionales contienen las canti­ dades adecuadas de proteínas, hidratos de carbono (inclu yend o

dietas vegetarianas estrictas requieren un control estrecho. Los principales compuestos nutricionales son los hidratos de car­ bono, las grasas y las proteínas. Los hidratos de carbono repre­ sentan una fuente importante de energía. Las grasas también son importantes para la provisión de energía y constituyen elementos esenciales en las membranas celulares. Algunos ácidos grasos son

glucosa), grasas, vitaminas y minerales, y hay fórmulas diferentes

esenciales debido a que el organismo no puede producirlos. T.as

para solucionar los requerim ientos de los distintos pacientes. Si se

proteínas son degradadas en sus aminoácidos constituyentes an­

obstruye en la sonda nasogástrica, o bien el intestino no puede

tes de ser absorbidas y se utilizan para la producción de proteínas

procesar adecuadamente los alimentos, puede ser necesaria la ali­

estructurales, enzimas, hormonas, etc. La dieta debe contener

m entación por via parenteral. En este caso, el intestino no parti­

ocho aminoácidos esenciales.

cipa en la nutrición y los nutrientes son introducidos directa­

Además de los compuestos nutricionales principales, hay una am­

mente a una vena central de gran calibre, generalm ente la vena

plia gama de factores alimentarios accesorios que son necesarios

subclavia o la vena yugular. Los nutrientes deben tener una com ­ posición que pueda utilizarse sin necesidad de la digestión, por ejem plo, aminoácidos puros, glucosa y una emulsión de triglicéri-

para un buen estado de salud. Estas sustancias orgánicas son las vitaminas y los minerales. Las deficiencias vitamínicas se asocian a síntomas característicos (p. e j„ raquitismo, pelagra y beribcri| El hambre y el apetito son elementos reguladores importantes del

dos. En las situaciones de alimentación parenteral prolongada

consumo de alimentos. En el hipotálamo se localizan los «centróse

también es necesario incluir vitaminas, minerales y oligoelem en-

del hambre y la saciedad. La obesidad, la anorexia nerviosa y la bu-

tos en los nutrientes. Compuestos nutricionales de este tip o son

limia nerviosa son trastornos relacionados con el consumo inadecua­

hipertónicos y se deben administrar ju n to con las cantidades

do de alimentos y pueden dar lugar a diferentes problemas de salud

apropiadas de líquido. Además, es esencial un control regular del

Para la determinación del estado nutricional se pueden realizar

peso corporal y del grado de hidratación del paciente.

diversas pruebas antropométricas y fisiológicas. Entre ellas, la medición del grosor del pliegue cutáneo, la determinación del pe­ rímetro del brazo, el estudio de la composición corporal y el aná­

Bibliografía recomendada

lisis del equilibrio de nitrógeno. En algunas circunstancias es necesario el soporte nutricional me diante una sonda nasogástrica (nutrición enteral) o mediante la

Bender DA. Introduction to nutrition and metabolism. 2nd ed. London: Taylor and Francis, 1997. Mann JA,

Truswell S, editors. Essentials o f human nutrition. Ox­

ford: Oxford Medical Publications, 1998.

infusión de los nutrientes directamente en el torrente sanguine a través de una cánula introducida en una vena de calibre grande (nutrición parenteral).

Respuestas

Test de autoevaluación Las afirmaciones siguientes son verdaderas o falsas. Las respues­

477

lismo de las grasas y aparecen en la orina de las personas que consumen cantidades escasas o nulas de hidratos de carbono. a. Verdadero. b. Verdadero.

tas se muestran a continuación.

c. Falso. .

a. En el organismo, los hidratos de carbono se almacenan en forma de glucógeno. b. La carne contiene todos los aminoácidos esenciales. c. El edema es una alteración característica del marasmo. d. Los aceites vegetales están constituidos principalm ente por grasas insaturadas.

d. Verdadero. e. Verdadero. 2. La deficiencia de vitamina A causa ceguera nocturna y xeroftalmía. Su exceso puede ser fuertemente tóxico y puede dar lugar a diversos problemas neurológicos. También causa alteraciones

c. Las cetonas suelen aparecer en la orina de las personas que to­ man dietas con contenidos muy bajos en hidratos de carbono.

en el desarrollo. La vitamina K es esencial para la coagulación sanguínea normal. Su deficiencia se asocia a trastornos hemorrágicos. La deficiencia de vitam ina B, induce la pelagra. Esta en­

2. a. El consumo excesivo de vitam ina A puede causar p rob le­ mas tóxicos importantes.

fermedad cursa con diversos síntomas neurológicos y trastornos cutáneos. La deficiencia de vitamina B12causa anemia pernicio­

b. La deficiencia de vitam ina K puede incrementar el riesgo de trombosis.

sa. El raquitismo se debe a la deficiencia de vitamina D. El es­ corbuto está causado por la deficiencia de vitamina C.

c. La deficiencia de vitam ina

puede inducir trastornos neu-

rológicos graves.

a. Verdadero. b. Falso.

d. La deficiencia de vitam ina B,, causa anemia aplásica. c. Verdadero. e. El raquitism o se debe a la deficiencia de vitam ina C. d. Falso. a. Las dietas con deficiencia de y o d o pueden causar bocio.

e. Falso.

b. El hipotálamo desempeña una función im portante en la re­ gulación del consumo de alimento. c. Los pacientes que sufren bulimia nerviosa suelen presentar un peso corporal gravem ente reducido. d. Las personas con un IM C de 25 kg • m : muestran sobre­ peso.

3. La deficiencia de y o d o puede dar lugar a la aparición de bocio d ebid o a que la glándula tiroides aumenta de tamaño para atra­ par tod o el y o d o que pueda obtener del plasma. Los pacientes con bulimia suelen presentar un peso corporal normal. El IM C es un parámetro que relaciona el peso corporal con la estatura. Como parámetro para determ inación del estado de salud es más

e. Un niño en fase de crecim iento puede presentar un IM C sig­ nificativam ente m enor de 20 kg ■mm 2 y , a pesar de ello, ser com pletamente sano.

útil en los adultos. Sus valores normales oscilan entre 20 y 25 k g • m"-: los valores superiores a 30 representan niveles p ro­ gresivam ente m ayores de obesidad. Durante los períodos de crecim iento acelerado en los niños, el organism o muestra un

Respuestas

e q u ilib rio de n itrógeno p ositivo que indica que la síntesis de nuevas proteínas supera al m etabolismo proteico o al depósito de tejid o adiposo.

Las proteínas de origen animal son proteínas de primera clase y contienen los 20 aminoácidos utilizados por el organismo para

a. Verdadero. b. Verdadero.

la síntesis de nuevas proteínas. El edema es característico del kwashíorkor. Los niños con marasmo suelen presentar una piel

c. Falso.

arrugada sin edema. Los aceites vegetales son ricos en grasas in­

d. Falso.

saturadas. Las cetonas son productos intermedios del metabo­

e. Verdadero.

20 Fisiología de los sistemas reproductores masculino y femenino El objetivo del presente capitulo es explicar: •

El significado de la reproducción sexual

•

Las principales estructuras del sistema reproductor masculino y su función

•

La formación de espermatozoides maduros por espermatogénesis y espermiogénesis

•

La regulación de la función testicular por la adenohipófisis y la testosterona

•

Las principales estructuras del sistema reproductor femenino y su función

•

El ciclo ovárico (o menstrual) y su regulación hormonal

•

El papel de las hormonas hipofisarias y ováricas en la regulación del sistema reproductor femenino

•

La pubertad y la menopausia

•

Las acciones periféricas de los esteroides testiculares y ováricos en el adulto

Fisiología de los sistemas reproductores masculino y femenino

20.1 Introducción

es decir, contienen una única dotación de cromosomas. Las células haploides son el resultado de la d ivisión por meiosis de una célula diploide, un proceso en que los genes se reparten en dos series de

La reproducción, la capacidad de producir una nueva generación

cromosomas (para más detalles, v. cap. 3). Durante la división

de ind ivid u os de la misma especie, es una de las características

meiótica se fragmentan combinaciones antiguas de genes y se fo r­

fundamentales de los organismos viv o s . El material gen ético se

man combinaciones nuevas por intercam bio cromosómico, de

transmite de los padres a la generación siguiente para garantizar

m odo que se m odifica la composición genética de cada cromoso­

la perpetuación de las características de los progenitores y las de

ma. En el momento de la fecundación, los gametos se fusionan for­

la especie. La característica esencial de la reproducción sexual

mando una nueva célula que posee una serie completa de crom o­

es la com binación de cromosomas de dos in d ividu os diferentes

somas, la mitad originados a partir del espermatozoide y la otra

para producir una descendencia que difiere genéticam ente de sus

mitad, a partir del óvulo. Esta nueva célula se conoce com o cigoto.

padres. La parte esencial del proceso es la creación y fusión de los

La reproducción sexual perm ite una reorganización de los genes

gametos masculino y fem enino (el esperm atozoide y el ó v u lo o

que contribuye a crear poblaciones genéticamente diversas capa­

huevo, respectivam ente).

ces de una m ayor adaptación a los cambios medioambientales.

Los gametos son células sexuales especializadas producidas p o r

El presente capítulo describirá los procesos que dan lugar a la

las ganadas que conectan una generación con la siguiente. Los esper­

producción de los gametos masculino y fem enino y los mecanis­

matozoides, los gametos masculinos, son producidos por los tes­

mos hormonales que regulan la actividad de estos procesos. A d e ­

tículos; mientras que los óvulos, los gametos femeninos, son pro­

más, se describirán el control neural y endocrino de la actividad

ducidos por los ovarios. Los núcleos de estas células son haploides.

reproductora, de la pubertad y de la menopausia.

Vesícula seminal

Próstata

Cuerpo esponjoso Uretra

Testículo

Fig. 20-1. Visión posterior del sistema reproductor mascu­ lino de un hombre adulto con sus principales estructuras.

482

20 Fisiologia de los sistemas reproductores masculino y femenino

Fisiología reproductora del hombre 20.2 Anatomía del sistema reproductor masculino

peratura ambiente unos 2 o 3 “C inferior a la temperatura corporal central. Para alcanzar el escroto, los testículos descienden o «m ig ra n » a través de la cavidad abdominal y sobre el borde pélvico. La ausencia de migración causa un proceso conocido com o criptorqui dia que, si persiste hasta la pubertad, detiene la espermatogénesis

La figura 20-1 es un diagrama sencillo del tracto reproductor mas­

y provoca, por consiguiente, infertilidad, ya que a la temperatura

culino con sus principales órganos, y la figura 20-2 ilustra la estruc­

corporal los testículos no pueden funcionar normalmente.

tura interna de los testículos, la gónada masculina responsable de la producción de espermatozoides y hormonas sexuales masculinas

20.3 El testículo adulto produce gametos y andrógenos

(los andrógenos). Los testículos se localizan fuera de la cavidad ab­ dominal, dentro del saco escrotal. Cada testículo mide alrededor de 4,5 cm de diámetro y pesa aproximadamente 40 g; está formado por un elevado número de túbulos seminíferos sinuosos que contienen las células de Sertoli, donde se producen los espermatozoides. Entre

F.n el hombre m aduro sexuaimente, los testículos desempeñan

estos túbulos se extiende el tejido conjuntivo de sostén que contie­

dos papeles fundamentales que son vitales para su fertilidad y

ne las células intersticiales o de Leydig, responsables de la síntesis y

com petencia sexual. Estas funciones son:

secreción de andrógenos testiculares, en especial de testosterona. Esta disposición anatómica confiere a los testículos una estructura lobular en que cada lóbulo contiene dos o tres túbulos. Los túbulos seminíferos se unen en el vértice de cada lóbulo y alcanzan la pri­ mera parte de los conductos excretores, los túbulos rectos. Los túbu­

•

Producción de espermatozoides, que transmitirán sus genes y

•

Secreción de andrógenos testiculares, en especial testostero-

fecundarán un óvu lo. na, que induce el desarrollo masculino com pleto.

los rectos son conductos cortos y rectos que penetran en el tejido

Los dos principales productos de las gónadas masculinas, los

conjuntivo denso del mediastino testicular y dentro de éste forman

espermatozoides y las hormonas esteroideas androgénicas, se sin­

un sistema de espacios irregulares revestidos de epitelio, la llamada

tetizan en compartimentos diferentes. Los espermatozoides se pro­

red testicular. A partir de aquí, los túbulos drenan a otro conducto

ducen en los túbulos seminíferos, mientras que los andrógenos son

sinuoso, el epididimo, que a su v e z da lugar a los conductos deferen­

sintetizados y secretados por las células de L e y d ig que se extien ­

tes, estructuras tubulares de entre 30 y 35 cm de longitud que ter­

den entre los túbulos. De hecho, estos compartimentos de los tes­

minan en el conducto evaculatorio, cerca de la próstata. Las vesícu­

tículos parecen estar separados no sólo desde un punto de vista

las seminales se localizan a cada lado de la próstata y vacían sus se­

funcional, sino también anatómico, puesto que existe una barrera

creciones en el conducto eyaculatorio. Junto con los espermatozoides

que im pide el intercam bio libre de materiales hidrosolubles entre

y las secreciones prostáticas, las secreciones vesiculares forman el

ellos. Esta barrera se conoce com o barrera hemotesticular y se ori­

semen. Desde el conducto eyaculatorio el semen penetra en el pene,

gina por efecto de las tight junctions que existen entre las regiones

y a través de éste se libera durante la cópula o coito.

basales de las células adyacentes de Sertoli (fig . 20-3). La barrera

El desarrollo de los testículos tiene lugar dentro de la cavidad

hemotesticular protege los espermatozoides en desarrollo de cual­

abdominal del feto (v . cap. 22). Sin embargo, en el momento de na­

quier agente deletéreo vehiculizado por la sangre y, de este modo,

cer, o poco después, los testículos se localizan dentro del saco es­

mantiene un entorno adecuado para su maduración. Tam bién im­

crotal, fuera de la cavidad abdominal, donde encuentran una tem-

pide que los materiales antigénicos (p. ej., proteínas) que se ori­ ginan en el curso de la espermatogénesis alcancen el torrente cir­ culatorio y desencadenen una respuesta autoinmunc frente a los espermatozoides. Cuando esto ocurre

por ejem plo, com o conse­

cuencia de un traumatismo en los testículos— , puede producirse infertilidad. A pesar de que la producción de espermatozoides y la de andrógenos tienen lugar en compartimentos separados, ambas están estrechamente relacionadas desde un punto de vista fu n cio­ nal, porque la elaboración de espermatozoides maduros sólo es p o­ sible si la secreción de andrógenos es normal.

La testosterona es el principal an d rógen o testicular Las células de L e y d ig de los testículos sintetizan y secretan testos­ terona — el principal andrógeno testicular

a partir de acetato y

colesterol, como se describe en el cuadro 20.1. Los hombres adultos secretan aproximadamente 4-10 mg de testosterona cada dia, la ma­ Red testicular Fig. 20-2.

Testiculo adulto, epididimo y condueto deferente.

y o r parte de la cual alcanza la sangre. N o obstante, una pequeña cantidad penetra en los túbulos seminíferos, donde se une a una

20.3 El testículo adulto produce gametos y andrógenos

483

Espermatozoide Luz

Cuerpo residual

Espermátide

Compartimento > adluminal

Espermatocito Tight junction entre células adyacentes de Sertoli

Compartimento basal Espermatogonia Membrana

(jasal

Fig. 20-3.

„

, ,

, ,

,

Corte de Ja pared de un tubulo seminí­

fero para mostrar la relación entre las células de Sertoli y los espermatozoides en desarrollo. Obsér­

Vaso sanguíneo

vense las tight junctions de las células de Sertoli, que separan el compartimento basai del comparti­ mento adluminal.

proteína fijadora de andrógenos secretada por las células de Serto-

cesarios para cum plir los ob jetivos específicos de la hormona (cre­

¡i, y posteriormente interviene de forma decisiva en el desarrollo de

cimiento, maduración, etc.). Estos tejidos incluyen los órganos ac­

los espermatozoides (v. más adelante). A l ser un esteroide y , por

cesorios del tracto reproductor masculino, la próstata, las vesícu­

consiguiente, relativamente liposoluble, la testosterona es capaz de

las seminales y el epidídim o, asi com o tejidos no reproductores

cruzar la barrera hemotesticular por difusión pasiva.

com o el hígado, el corazón y el músculo esquelético. La dihidrotestosterona es importante en el feto para la diferen­ ciación de los genitales externos y, en el momento de la pubertad,

Acciones periféricas de la testosterona

para el crecimiento del escroto, la próstata y el vello sexual. Además de su papel en la producción de espermatozoides, la testosterona es­

§

El modo de acción de las hormonas esteroideas ya se ha descrito

timula el desarrollo fetal del epidídim o, el conducto deferente y las

anteriorm ente (v . caps. 5 y 12) y las normas generales son aplica­

vesículas seminales. En la pubertad, es responsable del aumento del

bles a la testosterona. La hormona circula en el plasma unida a la

tamaño del pene, las vesículas seminales y la laringe, y de los cam­

globulina transportadora de esteroides sexuales o a otras p roteí­

bios en el esqueleto y la musculatura característicos del hombre.

nas plasmáticas. Penetra en la célula librem ente, donde puede |

convertirse en dihidrotestosterona o en 5-a-androsiendiona. Los

I

res andrógenos se unen a proteínas receptoras citoplasmáticas

i

específicas para form ar un com plejo csteroide-receptor que se

^

desplaza hasta el núcleo c interacciona con el A D N cromosómico, romo se describe en el capitulo 5. Además, pueden unirse a re-

í

Espermatogénesis: producción de esperm atozoides por los testículos Un hombre sexualmente maduro produce unos 200 m illones dia­

reptores de la membrana plasmática o interaccionar directamente

rios de espermatozoides. La espermatogénesis es un proceso com ­

ron el A D N nuclear, m odificando así la expresión génica. En los

p lejo que implica la generación de un elevado número de células

’.ejidos existen más receptores androgénicos de los que serían ne­

por mitosis y la reducción de la dotación cromosómica por m eio-

484

20 Fisiologia de los sistemas reproductores mosculino y femenino

Cuadro 20.1 colesterol

Biosintesi; de las principales hormonas esteroideas sexuales a partir de

sis. Tam bién im plica la form ación de una célula especializada des­

los llamados espermatocitos primarios. Hasta aquí, las divisiones ce­

tinada a transportar el material genético al interior del tracto re­

lulares tienen lugar dentro del compartimento basal del tú bulo

productor fem enino con el o b je tiv o de m axim izar las p robabili­

(fig. 20-3), pero en este punto los espermatocitos primarios penetran

dades de fecundación. La figura 20-4 resume los principales pasos

en el compartimento tubular adluminal. Aparentemente, lo logran

en el proceso de la espermatogénesis.

alterando transitoriamente las tighi junctions existentes entre células

En la pubertad, las células germ inales masculinas se activan

de Sertoli vecinas. Después de un período de crecimiento, cada uno

para poder iniciar la d ivisión mitótica, un acontecim iento que ca­

de los espermatocitos primarios experimenta dos divisiones meióti-

racteriza el inicio de la espermatogénesis. El resultado es la fo r ­

cas; la primera de ellas da lugar a los espermatocitos secundarios, ya

mación de una población de espermatogenias que se extienden en

haploides, que se d ividen de nuevo inmediatamente formando las

el interior del com partim ento basai de los túbulos seminíferos.

espermátides. Cada espermátide posee 22 autosomas (es decir, cro­

Las dos primeras divisiones mitóticas de cada célula germinal

mosomas no implicados en la determinación del sexo) y un cromo­

dan lugar a cuatro células que permanecen conectadas entre si por

soma X o un cromosoma Y. La progenie de una espermatogonia in­

un fin o puente citoplasmàtico (fig. 20-4). De estas células, tres expe­

dividual permanece conectada por puentes citoplasmáticos. Estos

rimentan una división adicional y forman espermatogonias, mien­

procesos completan los acontecimientos genéticos de la espermato­

tras que la cuarta se detiene en este estadio y más tarde servirá como

génesis. Los estadios finales, no genéticos, consisten en la conver­

célula pluripotencial para una generación ulterior de espermatozoi­

sión de las espermátides, redondas, en espermatozoides móviles ma­

des. Las tres células activas se dividen dos veces más dando lugar a

duros, un proceso conocido como espermiogénesis.

20.3 El testículo adulto produce gametos y andrógenos

485

que la observada en todos los cilios o flagelos, desde los de las al­

Espermatogenia

gas verdes hasta los del ser humano. T iene un axonema central,

I

MITOSIS

que se origina a partir de un cuerpo basai situado ju sto detrás del Espermatogoma diploide

núcleo. El axonema está formado por dos m icrotúbulos centrales rodeados de nu eve pares de m icrotúbulos separados uniform e­

I PRIMERA DIVISIÓN MEIÓTICA

'....✓ ''“ v —'

ijr

res adyacentes de m icrotúbulos entre sí. Este m ovim ien to depen­ de de la hidrólisis del A T P generado por la m itocondria de la p ri­

f

SEGUNDA DIVISIÓN MEIÓTICA

mente. La flexión activa de la cola la causa el deslizam iento de pa­

Espermatocitos primarios Espermatocitos secundarios

Puentes citoplasmáticos

^

mera parte de la cola (la porción media). En el ser humano, el proceso de diferenciación de un espermatocito hasta convertirse en un esperm atozoide m óvil requiere

pp,e™átldes

haploïdes

aproxim adam ente 70 días. Pasado este tiem po, los esperm atozoi­ des recién formados son liberados desde el com partim ento adluminal de las células de Sertoli a la luz de los túbulos seminíferos, y a partir de aquí pasan al epidídim o, donde siguen madurando y

Espermátides en diferenciación

adquieren la capacidad de mantener una m otilidad sostenida. Como puede observarse a partir de la figura 20-4, los espermato­ zoides m óviles liberados dejan atrás cuerpos residuales de cito­ plasma.

Cuerpos residuales

Formación del líq u id o seminal El epidíd im o puede servir com o reservorio de espermatozoides; el paso a través de este conducto sinusoide requiere 1-21 días. Los

Espermatozoides (o espermatozoos) maduros Fig. 20-4.

esperm atozoides y otras secreciones testiculares circulan a lo lar­ g o del conducto deferente hasta el conducto eyaculatorio. El lí-

Principales estadios de la espermatogénesis. Las células pri­

mordiales se dividen formando espermatogenias que experimentan dos divisiones más para formar los espermatocitos primarios. Los espermato­ citos primarios experimentan divisiones meióticas y generan los esper­ matocitos secundarios y las espermátides. Durante la meiosis, el número

Cabeza « (5nm)

Vesícula acrosómica Núcleo

de cromosomas se reduce a la mitad. Obsérvense los puentes citoplasmá­ ticos entre las espermátidas en diferenciación.

Porción media

Mitocondria (dispuesta en espiral)

(5nm)

La esperm iogénesis im plica el re m o d ela d o citoplasmático de las espermátides Mitocondria

La figura 20-5 muestra las estructuras esenciales de un espermato­

Membrana plasmática

y una espermátide redonda. El proceso de espermiogénesis se re­

Cola (50 pm)
A I

nln milon/m.lrtn nu un ilnlilo

zoide humano m óvil y maduro. A la vista de esta figura queda cla­ ro que existen diferencias considerables entre un espermatozoide

ca com pleta) y una vesícula secretora especializada, llamada ve­

Microtubulos del axonema

sícula acrosómica, que contiene enzimas hidrolíticas que ayudan

(a)

al esperm atozoide a penetrar el óvu lo antes de la fecundación.

Fig. 20-5.

La región caudal del esperm atozoide es m óvil. Consiste en un largo flag elo que posee esencialmente la misma estructura interna

Visión de un espermatozoide maduro en corte longitudinal (a)

y corte transversal (b) a través de su porción media. Obsérvense la mito­ condria en espiral y la disposición de los microtúbulos.

20 Fisiologia de los sistemas reproductores masculino y femenino

Neuronas GnRH

qu id o seminal aumenta notablemente de volum en por las secre­ ciones de las vesículas seminales (que aportan, aproxim adam ente, el 6 0% del volum en total) y la próstata (que aporta alrededor del 2 0 % ). Los líquidos secretados por estas glándulas proporcionan nutrientes a los espermatozoides. El líqu id o prostático es alcalino y con tribu ye a neutralizar el contenido normalmente ácido del conducto deferente. Por está razón, aumenta la m otilidad y ferti­ lidad de los espermatozoides, cuya función es óptima a un pH de aproxim adam ente 6,5.

20.4 Control hormonal de la espermatogénesis: eje hipofisario testicular En el capítulo 12 se han exp licad o algunos de los mecanismos g e ­ nerales relacionados con la regulación de la secreción hormonal, inclu yend o la im portancia de las hormonas o factores hipotalámicos de liberación y el concepto de feedback negativo. Estos procesos reguladores clave también funcionan en el control en­ d ocrino de la función reproductora masculina y se resumen en la figura 20-6. El factor hipotalám ico liberador de gonadotropinas (G nR H ) es sintetizado p or las neuronas del hipotálamo, se secreta a los vasos del sistema portal hipofisario y es transportado hasta la adenohipófisis, don de estimula la liberación de las gon a dotrop i­ nas foliculoestim ulantes (FSH) y hormona luteinizante (L H ) al circuito sistèmico. La LH actúa principalm ente sobre las células de L e y d ig , provocan d o la liberación de testosterona, mientras

Fig. 20-6.

Relación entre las secreciones hormonales del hipotálamo, la

hipófisis y los testículos.

que la FSH actúa sobre las células de Sertoli induciendo la lib e ­ ración la proteina de unión a los andrógenos, el estradiol, y una hormona conocida com o inhibina. Tam bién estimula la síntesis del com plejo aromatasa que es el responsable de la con versión de

Fisiología reproductora de la mujer

la testosterona en estradiol. A su vez, la testosterona inhibe la se­ creción de L H al ejercer una acción de feedback n egativo a nivel tanto de la adenohipófisis com o del hipotálamo. Tam bién se con ­ sidera que la inhibina y, posiblem ente, el estradiol reducen la se­ creción de FSH m ediante un mecanismo de feedback similar. Es­ tos circuitos de feedback n eg a tivo constituyen un im portante sis­ tema de control interno para m antener constantes los n iveles circulantes, tanto de las hormonas gonadotrópicas com o de las androgénicas.

20.5 Introducción De manera parecida a como ocurre en el testículo del hombre, el ovario produce gametos haploides y diversas hormonas. La pro­ ducción de gametos en el ovario está coordinada con la actividad endocrina de éste. Sin embargo, a diferencia de los testículos, que liberan un elevado número de gametos de manera continua, los ovarios producen un número relativamente reducido de óvulos y

Como se ha descrito anteriorm ente (v . apart. 20.3), la testos­

los liberan, en condiciones normales, una vez cada 4 semanas,

terona tiene im portantes efectos en el organism o del hombre, en­

aproximadamente en el momento de la ovulación. Esta liberación

tre los cuales se incluyen el desarrollo de las características se­

regular de óvulos por parte del ovario está controlada por mecanis­

xuales secundarias en la pubertad. Tam bién es esencial para la

mos físicos, neurales y, ante todo, endocrinos, en que interaccio-

producción norm al de esperm atozoides. Como es liposoluble,

nan de manera compleja hormonas hipotalámicas, hipofisarias y

parte de la testosterona secretada p or las células de L e y d ig pene­

ováricas. Lstos mecanismos se describen con detalle más adelante,

tra en el com partim ento intratubular, don de se une a la proteína

pero, en síntesis, se puede decir que los esteroides ováricos (cstró-

fijadora de androgenos secretada por las células de Sertoli. De al­

genos y progesterona) son secretados de forma cíclica. La primera

gún m odo todavía p oco conocido, esta testosterona unida con tri­

mitad de cada ciclo se caracteriza por la predominancia de estróge-

buye a mantener la producción de esperm atozoides. A u n qu e la

nos. Durante este período, un folículo ovárico (v . apart. siguientes)

testosterona es necesaria para el m antenim iento de la espermato­

completa el proceso de maduración y el organismo se prepara para

génesis, tanto para iniciar el proceso com o para que las espermá-

el transporte de gametos y para la fecundación. Esta fase culmina

tides se diferencien en esperm atozoides se requiere la presencia

en la ovulación, que tiene lugar, aproximadamente, en la mitad del

de FSH hipofisaria.

ciclo. Le sigue un periodo de predom inio de progesterona, durante

487

20.6 Anatomía del tracto reproductor femenino

detalle el ovario, en que se pueden identificar los estadios im por­

Resumen

tantes del desarrollo folicular. 1.

El testículo adulto produce espermatozoides, que son los game­

Los ovarios m iden unos 3-4 cm de longitud, pesan unos 15 g

tos portadores de los genes masculinos. También secreta hormo­

y se localizan en la fosa ovárica de la pelvis. Están fijados a la pa­

nas esteroideas, conocidas con el nombre de andrógenos, que

red posterior del abdom en por el m esovario o m esenterio ovárico.

ayudan a completar el desarrollo masculino. 2.

El órgano adulto está form ado por tejido estromal que contiene

La espermatogénesis tiene lugar en las células de Sertoli de los túbulos seminíferos, mientras que los andrógenos son secretados por las células de Leydíg, que se extienden entre los túbulos se­ miníferos.

3.

4.

ovocitos prim arios — alojados dentro de los folículos prim ordia­ les— y células intersticiales glandulares. La fisiología de los ova­ rios se considera con más detalle en apartados posteriores.

La espermatogénesis es un proceso complejo que requiere que se

El resto del tracto reproductor no está im plicado en la p ro­

genere un elevado número de células por mitosis y que se reduz­

ducción de gametos, sino en el proceso de fecundación y desarro­

ca la dotación cromosómica por meiosis. Este proceso culmina

llo del em brión. Para que tenga lugar la fecundación, los gametos

con la formación de una célula muy especializada, el espermato­

tanto masculinos com o femeninos deben ser transportados hasta

zoide maduro, que es móvil.

las trompas de Falopio, y es preciso crear un m edio favorab le para

Los espermatozoides se mezclan con otras secreciones proceden­

la implantación y el desarrollo posterior del embrión. Cada ciclo

tes de las vesículas seminales y la próstata para formar el líquido

ovárico refleja estas dos funciones.

seminal. Dicho liquido es liberado por el pene en forma de semen en el momento de la eyaculación, durante el coito. 5.

Mesovario (ligamento ovárico)

Diversas hormonas, in clu yend o la FSH, la LH y la testosterona testicular, regulan la espermatogénesis. A su vez, los

Trompa de Falopio

niveles hormonales están regulados por circuitos de feedback n egativo que actúan sobre el eje hipotalám ico-hipofisario-testicular.

Fimbrias Útero el cual el tracto genital se mantiene en un estado favorable para la Ovario

implantación y el desarrollo precoz de un cigoto.

20.6 Anatomía del tracto reproductor femenino

Vagina Fig. 20-8.

Fol'cul° maduro

Cuerpo lúteo

Cuello uterino

T

O

Relación entre el ovario, la trompa de Falopio y el útero. El

En la figura 20-7 se representan esquemáticamente los órganos re­

corte transversal a través del ovario muestra un folículo, un cuerpo lúteo

productores de la mujer adulta. La figura 20-8 muestra con más

y un cuerpo albicans.

Sacro Trompa de Falopio Ovario

Útero

Vejiga Conducto cervical

Sínfisis pùbica

Recto

Uretra Clitoris

Vagina

Labio mayor

Fig. 20-7.

Labio menor

Anatomía macroscópica de los órganos re­

productores femeninos y su relación espacial con otras estructuras.

48 8

20 Fisiología de los sistemas reproductores masculino y femenino

Las trompas de Falopio o trompas uterinas son unos finos con­

y diversas hormonas estrogénicas. En la mujer no embarazada, la

ductos de unos 12 cm de longitud que sirven para transportar el

hormona estrogénica predom inante es el 17(J-estradiol, mientras

ó v u lo liberado en el momento de la ovulación desde el ovario has­

que durante el em barazo se producen estrona y estriol (especial­

ta el útero. Cerca de su abertura, el conducto se ensancha y pre­

mente secretadas por la placenta). En la descripción de la función

senta unas prolongaciones llamadas fimbrias, que en el momento

ovárica que hacemos a continuación se utilizará el térm ino «es-

de la ovulación se acercan al ovario. Las fim brias poseen numero­

tróg en os» para hacer referencia a los agentes estrogénicos secre­

sos cilios que crean corrientes en la cavidad peritoneal, de modo

tados por las células foliculares. En la descripción de la función

que después de la ovulación el óvu lo se d irige hacia el ostium u

placentaria, en cambio, este térm ino se utiliza colectivam ente

o rific io de la trompa de Falopio. Ésta consiste en un conducto

para designar a las diversas hormonas estrogénicas de im portan­

muscular recubierto de peritoneo; internamente, posee una capa

cia fisiológica durante el embarazo.

de tejido estromal recubierta de células epiteliales secretoras columnares, altas y ciliadas.

En la descripción que sigue de la función ovárica es im por­ tante tener en cuenta las dos preguntas siguientes:

El útero de una mujer no embarazada m ide unos 7,5 cm de longitud y unos 5 cm de anchura, y es el órgano que aloja el feto

1.

durante las 38 semanas de gestación. Es preciso que se adapte para recib ir el em brión y perm itir la implantación y la formación de la placenta. Au n qu e debe contraerse enérgicam ente para e x ­

¿Cuáles son los mecanismos que garantizan la liberación regu­ lar de óvulos?

2.

¿Cómo prepara la actividad endocrina de los ovarios el resto del tracto reproductor para la fecundación y el embarazo?

pulsar el feto en el m om ento del parto, durante to d o el embarazo

Es bien sabido que durante los años fértiles de la vid a de una

ha de permanecer quiescente para que el desarrollo fetal sea com ­

m ujer la actividad de los ovarios muestra un patrón cíclico. La se­

pleto. El útero consiste en una membrana externa o serosa, una

cuencia ordenada de acontecimientos de este patrón cíclico se de­

capa m edia de músculo liso, el m iom etrio, que form a el grueso de

nomina ciclo ovárico o, más a m enudo, ciclo menstrual. Durante el

la pared, y una capa endom etrial interna, o endometrio. Esta últi­

ciclo menstrual, existe una coordinación notable entre los cam­

ma capa está formada, esencialmente, por células epiteliales, glán­

bios físicos experim entados p or los diversos órganos y la secre­

dulas tubulares simples y unas arteriolas espirales que irrigan las

ción hormonal. Pero la interacción entre los acontecimientos m or­

células. En cada ciclo ovárico se alteran considerablem ente las ca­

fológicos y endocrinos es complicada. Para sim plificar, d iv id ire ­

racterísticas del endom etrio.

mos la descripción del ciclo ovárico en dos partes: la primera

El cuello del útero está form ado por el cérvix o cuello uterino,

com prenderá los cambios físicos que dan lugar a la liberación de

un anillo de músculo liso que contiene numerosas células secreto­

un ó v u lo a mitad del ciclo, y la segunda, los cambios que se p ro­

ras de moco. Este anillo forma el inicio del llamado canal del par­

ducen después de la ovulación. Los mecanismos que regulan cada

to, que deben atravesar tanto los espermatozoides com o el feto.

mitad del ciclo se describen después de los cambios físicos.

Las células secretoras de m oco experim entan importantes cam­ bios de actividad durante cada ciclo menstrual, cambios destina­ dos a optim izar las condiciones para la fecundación. La estructura interna final del tracto reproductor fem enino es la vagina. Las células que revisten la vagina y las secreciones va ­

A l nacer, el o va rio ya contiene su dotación com pleta de gametos

ginales también muestran variaciones cíclicas. Estas variaciones cíclicas de las secreciones vaginales (en especial su p H ) pueden

La unidad funcional fundamental del ovario es el folículo. De he­

utilizarse para determ inar qué estadio del ciclo se ha alcanzado, lo

cho, el ovario está form ado fundam entalmente por m últiples fo ­

que puede ser útil para el tratam iento de la infertilidad.

lículos en diversos estadios de desarrollo, que se muestran esque­

El o rificio vaginal, el orific io uretral y el clítoris están p rote­

máticamente en la figura 20-9. Durante la vida fetal, se depositan

gidos por unos pliegues de tejid o que constituyen la vulva, fo r­

células germ inales prim ordiales del ova rio que continúan su pro­

mada por los labios mayores y los menores. Dentro de las paredes

liferación mitótica durante todo el embarazo. En el momento de

de la vu lv a se extienden las glándulas vestibulares, que durante

nacer, la mitosis ya se ha com pletado, de m odo que una mujer ya

la excitación sexual secretan un m oco que con tribuye a lubricar

posee todos los gametos que tendrá cuando sea adulta. Las células

el pene durante el coito. El clítoris es una estructura eréctil, de

germ inales prim ordiales presentes en la vida fetal se conocen

pequeño tamaño, homologa al pene masculino.

com o ovogonias. Una v e z completada la mitosis, las ovogonias en­ tran en su primera división meiótica y se convierten en ovocitos,

20.7 Ciclo ovárico

al tiem po que quedan rodeadas por células mesenquimales en una membrana basal (la lámina basal) para formar los folículos p ri­ mordiales. Los ovocitos se detienen en el diploteno de la primera

A l igual que los testículos, el o va rio tiene un papel fundamental

profase meiótica (v . cap. 3) y permanecen en este estadio hasta

en la fisiología reproductora de la mujer: libera óvulos maduros y

que reciben señales para reanudar su desarrollo. Esto puede ocu­

fecundables, a intervalos regulares, durante todos los años férti­

rrir en cualquier m om ento de la vida reproductora de la mujer.

les de la vida de una mujer, y también secreta una serie de hor­

La reserva de folículos primordiales que se crea durante la vida

monas relacionadas con la regulación, no sólo de los propios o v a ­

fetal se pierde gradualmente entre la pubertad y el climaterio (m e­

rios, sino tam bién del resto del tracto reproductor. Son las hor­

nopausia), ya que cada día algunos de ellos prosiguen su desarro­

monas esteroideas, entre las cuales se encuentran la progesterona

llo. Se considera que cada día inician este proceso entre uno y cua­

20.7 Ciclo ovàrico

Folículo primordial

Folículo primario

i

489

Formación precoz del antro Folículo atrésico Folículo antral maduro

Mesovario

/asos sanguíneos

Cuerpo albicans

Fig. 20-9.

Estructura interna del ovario

que muestra los estadios de desarrollo fo li­

Tejido estromal

cular: la ovulación, la formación del cuerpo

germinal

lúteo y su regresión posterior. En realidad, no todos los estadios pueden observarse al

Ovulación

mismo tiempo.

Cuerpo lúteo maduro tro folículos primordiales. En cada ciclo ovárico, un folículo pro­

pasa de aproximadamente 20 um a 200-400 pm. El ovocito primario

gresa a través de una serie de estadios de desarrollo que incluyen:

también aumenta de tamaño dentro del folículo hasta alcanzar

crecimiento y maduración, ovulación, formación del cuerpo lúteo

aproximadamente los 120 pm. Durante esta fase del crecim iento se

y, en ausencia de fecundación, degeneración. En la mayoría de mu­

produce una gran actividad anabólica dentro del ovocito, destina­

jeres, el ciclo menstrual dura entre 25 y 35 días, aunque ocasional­

da a cargar su citoplasma con los nutrientes que requerirá para su

mente pueden producirse variaciones mayores. Éste es el tiempo

ulterior maduración. Las células estromales que rodean el ovocito

que necesita el ovario para completar el ciclo de actividad folicular.

se d ividen form ando diversas capas de células de la granulosa, y se­

Si no se produce embarazo, la actividad cíclica se pone en eviden ­

cretan una glucoproteína que deja una región alrededor del ov o ci­

cia con la aparición de la menstruación, de modo que un ciclo ová­

to sin células, conocida como zona pelúcida. Además, las células ad­

rico se completa entre dos períodos menstruales sucesivos.

yacentes a la lámina basal se multiplican y se diferencian formando

Para descubrir el desarrollo de un folículo, lo podemos d iv i­

capas concéntricas, denominadas, teca alrededor del folículo p ri­

dir en varios estadios que se conocen con nombres que reflejan la

mario. Las capas más externas de las células tecales son planas y de

estructura o función cambiante del folículo. La primera mitad del

naturaleza fibromuscular (teca externa), mientras que las capas in­

ciclo consta de los estadios preantral, antral y preovu latorio, que

ternas son más cuboidales (teca interna). La figura 20-1 Ib muestra

se relacionan con el crecim iento y desarrollo folicular. La ovu la­

el aspecto del folículo primario al término del estadio preantral.

ción se produce a mitad del ciclo, y a continuación el folícu lo co-

Apenas se conocen los factores que controlan la entrada de los

lapsado se con vierte en un cuerpo lúteo por un proceso conocido

folículos prim ordiales en el estadio preantral. N i siquiera está cla­

como luteinización. Durante el estadio final del ciclo, el cuerpo lú­

ra la duración de esta fase, aunque probablem ente es de unos

teo entra en un proceso de involu ción y regresión llam ado luteó-

2 días. El reclutam iento regular de folículos parece ser indepen­

lisis. Estos acontecimientos se resumen en la figura 20-10.

diente del control hormonal, ya que la extirpación de la adenohipófisis no tiene ningún efecto sobre el proceso. Sin embargo, hacia el final del estadio preantral se produce un acontecim iento

Folículo preantral

d ecisivo para el posterior desarrollo del folículo: las células fo li­ culares adquieren receptores para ciertas hormonas. Las células

Cuando el folículo primordial ya ha sido activado para iniciar el de­

de la granulosa desarrollan receptores para los estrógenos y la

sarrollo, se convierte en un folículo preantral (fig. 20-1 la). Esta

FSH hipofisaria, mientras que las células tecales desarrollan re­

conversión incluye un aumento considerable de su diámetro, que

ceptores para la LH hipofisaria. Esta adquisición de sensibilidad

Menstruación Fig. 20-10.

Fase preantral ¿1-2 días?

Fase antral 8-12 días

Fase preovulatoria 36 h

Fase luteínica 10-15 días

Fase folicular

Fase luteínica

Predominio de estrógenos

Predominio de progesterona

Siguiente fase preantral

Resumen de las principales fases del

ciclo ovárico. El panel superior muestra las etapas del desarrollo folicular, la ovulación y la formación del cuerpo lúteo. La parte in ferior de la figura mues­ tra la relación entre las fases folicular y luteínica del ciclo en relación con el desarrollo folicular.

490

20 Fisiología de los sistemas reproductores masculino y femenino

Folículo preantral precoz

Folículo preantral tardío

Membrana propia

Teca externa

Células estromales

Células eslromales

- 20

Células de la granulosa planas

fi20/jm Interna Óvulo

Ovulo

Membrana

Granulo cortical (a)

Zona pelúcida

propia

(b)

Células de la granulosa

Folículo antral

Teca externa Células estromales Teca Interna Células de la granulosa

Estigma (tallo de células)

de líquido folicular

Fig. 20-11.

Membrana propia

Estadios en el desarrollo del

óvulo: a) folículo preantral precoz; b) fo­ lículo preantral tardío, y c) folículo antral tardío {o de Graaf). Obsérvense la prolifera­ ción de células estromales y de la granulosa y el desarrollo del antro lleno de líquido

hormonal es un requisito im prescindible para continuar el desa­

desarrollo suele durar de 8 a 10 días. Durante este tiem po, las ca­

rrollo folicular, puesto que todos los estadios ulteriores dependen

pas celulares de la granulosa y tecales continúan aumentando de

del control hormonal.

grosor. Las células de la granulosa empiezan a secretar, además, líqu id o folicular alrededor del ovocito. Este líq u id o form a el an­ tro, que da nombre a este estadio. La figura 20-1 le ilustra el as­

Folículo antral

pecto general de un folícu lo antral hacia el final de este estadio: el folícu lo es mucho m ayor (alrededor de 5 mm de diám etro) aunque

El flu jo continuo de folículos por el estadio preantral, no depen­

el ovo cito sigue teniendo más o menos el mismo tamaño (120 jim).

diente de hormonas, garantiza la presencia de varios folículos dis­

Rodeado de células de la granulosa, el o v o cito queda virtualm en­

ponibles que han completado su crecim iento preantraJ y poseen los

te suspendido en el líqu id o folicular y permanece unido al borde

receptores apropiados para las gonadotropinas y los estrógenos. Su

principal de las células de la granulosa por un tallo fino. El fo ­

posterior desarrollo depende del estado endocrino del organismo

lículo antral com pletamente desarrollado tam bién se conoce con

en ese momento. Siempre que los valores de FSH y LH circulantes

el nom bre de folícu lo de Graaf.

sean adecuados, cualquier folículo con los receptores apropiados

Bajo la influencia de las gonadotropinas, las células del folícu ­

entrará en el siguiente estadio de desarrollo, el estadio antral. Los

lo antral empiezan a secretar grandes cantidades de hormonas.

folículos preantrales que no poseen receptores hormonales exp eri­

Tanto las células de la granulosa com o las tecales adoptan las ca­

mentan un proceso de atresia, es decir, degeneran y mueren.

racterísticas del tejido secretor de esteroides, con numerosas goti-

Las gonadotropinas de la adenohipófisis, la FSH y la LH, con­

tas de lípidos, m icrotúbulos y retículo endoplásm ico liso en su in­

vierten los folículos preantrales en antrales. El estadio antral de

terior. Bajo la influencia de la LH hipofisaria, las células de la teca

20.7 (ido ovárico

491

interna sintetizan y secretan los andrógenos tcstosterona y an-

El estadio preovulatorio sólo dura unas 36 h, pero durante este

drostendiona. Tam bién producen pequeñas cantidades de cstró-

tiempo el folículo experimenta importantes cambios que culminan

genos. Las células de la granulosa, que poseen receptores para la

con su rotura y la liberación del óvulo. Este es el proceso denomina­

FSH, parecen responder a la presencia de esta hormona con vir-

do ovulación, y se produce, aproximadamente, a

tiendo los andrógenos en estrógenos (en especial, 17(}-estradiol).

menstrual. Todos los cambios que caracterizan el estadio preovulato­

El resultado final de esta actividad secretora es un aumento sus­

rio dependen de las gonadotropinas hipofisarias, en especial de la LH.

mitad del ciclo

tancial de los valores circulantes tanto de andrógenos com o de es­

Poco después del aumento de la secreción de LH, que se pro­

trógenos, especialmente de los segundos, durante la fase antral

duce al p rin cipio del estadio preovulatorio, los ovocitos completan

del ciclo menstrual. El cuadro 20.1 muestra un diagrama sim plifi­

su primera división meiótica. En esta peculiar división, la mitad de

cado de la síntesis de las principales hormonas sexuales.

los cromosomas y prácticamente todo el citoplasma quedan conte­

Los estrógenos secretados en este m om ento parecen tener un

nidos dentro de una misma célula, el ovo cito secundario— los cro­

efecto sign ifica tivo dentro del prop io folículo. Además de con­

mosomas restantes se desechan en forma del prim er cuerpo po­

vertir los andrógenos en estrógenos, las células de la granulosa

lar— . A continuación, la meiosis se detiene de n u evo y el ovocito

del folícu lo antral poseen receptores para los estrógenos. Los es­

secundario es ovulado en este estadio del desarrollo. Se desconoce

trógenos producidos por las células foliculares se unen a estos re­

el mecanismo por el cual la LH inicia de n u evo una meiosis — qui­

ceptores y estimulan la proliferación de células de la granulosa

zás antagoniza la actividad de un factor in h ibidor meiótico.

sensibles a los estrógenos. Por consiguiente, un m ayor número de

Durante el estadio antral, las células de la granulosa del fo ­

células de la granulosa está disponible para con vertir andrógenos

lículo eran responsables, principalm ente, de con vertir los estró­

en estrógenos. Este tip o de mecanismo de potenciación interna

genos en andrógenos bajo la influencia de la FSH hipofisaria. En

genera un aumento sustancial de los valores circulantes de estró­

el estadio preovu latorio, en cambio, la LH estimula estas células

genos durante toda la fase antral. De hecho, durante los 2 o 3 días

para que em piecen a sintetizar progesterona. A m edida que au­

finales de este estadio (alrededor de los días 10-12 del ciclo) los

menta la secreción de progesterona, los niveles de estrógenos em­

valores de estrógenos aumentan rápidamente (fase de aumento re­

piezan a dism inuir ligeram ente, y las células de la granulosa pier­

pentino de los estrógenos). El gráfico de la figura 20-12 ilustra la

den sus receptores para la FSH y los estrógenos.

secreción de estrógenos durante el ciclo menstrual y muestra este aumento repentino. Los estrógenos secretados en este mom ento desempeñan importantes funciones en todo el tracto reproductor, com o se verá más adelante.

Folículo p reovu la torio A medida que el folículo se acerca al final de la fase antral de desa­ rrollo y se produce la fase de aumento repentino de estrógenos, es preciso que coincidan dos importantes acontecimientos para que el folículo continúe progresando y entre en el breve pero espectacu­ lar estadio preovulatorio. F.stos acontecimientos son los siguientes: 1.

Las células de granulosa deben adquirir receptores para la LH

2.

Los valores circulantes de LH deben aumentar súbitamente.

hipofisaria.

La síntesis de receptores de LH se produce com o respuesta a la FSH hipofisaria (para la cual las células de la granulosa ya p o­ seen receptores) y los estrógenos. Tam bién parece ser necesario un aumento repentino de estrógenos para que aumente la secre­ ción de LH. Si un folícu lo antral ha de entrar en el estadio preovu latorio -c o n la consiguiente ovulación a mitad del ciclo— , la adquisi­ ción de los receptores apropiados ha de coin cidir con valores de gonadotropinas circulantes elevados. En ese momento, cualquier folícu lo que no posea receptores para la L H experim entará atresia. Por consiguiente, aunque durante la vid a fértil de una mujer

Fase folicular

cada día empiezan a desarrollarse varios folículos prim ordiales,

t Ovulación

Fase luteínica

habitualmente sólo uno llega a la ovulación (el llamado folícu lo

Fig. 20-12.

dom inante). A sí pues, en cada ciclo se produce un desperdicio

trual: a) patrón de secreción de las gonadotropinas (FSH y LH ): b) cam­

Cambios en los niveles hormonales durante el ciclo mens­

considerable de folículos, ya que en cada estadio del desarrollo

bios de los niveles plasmáticos de 17(5-estradiol y progesterona. La barra

varios de ellos experim entan atresia.

continua marcada con una « m » representa el período de menstruación.

492

20 Fisiologío de los sistemos reproductores masculino y femenino

En el m om en to de la ovu lación se ro m p e el fo lícu lo y el ovocito secundario entra en la trom pa de Falopio Cuando termina el estadio preovulatorio de desarrollo, el volum en de líquido folicular ha aumentado sustancialmente y el ovocito per­ manece unido al borde externo de las células de la granulosa por un

progesterona, que experim entaron un pequeño aumento justo antes de la ovulación, aumentan ahora espectacularmente, desde 1 ng

• m L l hasta aproxim adam ente 6-8 ng • mi ‘ . Tam bién hay

una cantidad considerable de estrógenos secretados por el cuerpo lúteo y, aproxim adam ente a la mitad de la fase luteínica, se o b ­ serva un segundo p ico de estrógenos. Sin em bargo, el esteroide predom inante es, con mucha diferencia, la progesterona.

tallo fin o (fig. 20-1 le). En el momento de la ovulación, y bajo la in­ fluencia de la LH, las células del tallo se disocian y se rompe el fo­ lículo. N o se conoce con detalle la bioquímica de este proceso, pero se sospecha que la rotura folicular depende, en cierto modo, de la reducción de estrógenos y la secreción de progesterona que se pro­ duce en las células de la granulosa justo antes de la ovulación. En el momento de la ovulación, el líquido folicular flu ye hasta la superficie del ovario, transportando el segundo ovocito con unas pocas células circundantes. La masa del óvu lo se introduce en la trompa de Falopio gracias a las corrientes generadas por el m ovi­ miento de los cilios en las fimbrias del orificio u ostium (v. apart. 20.8); con ello se completa la primera mitad del ciclo ovárico.

En ausencia de fecundación, el cuerpo lúteo tiene un tiem p o de vida lim ita do Si el ovo cito que ha sido liberado en el momento de la ovulación no es fecundado, al cabo de 10-14 días el cuerpo lúteo degenera. Este proceso se conoce como luteólisis; se trata del colapso de las células luteinizadas, isquemia y m uerte celular, y se relaciona con la consiguiente disminución de la secreción de estrógenos y p ro­ gesterona. Esta rápida disminución de la producción de esteroides se observa en la figura 20-12. El cuerpo lúteo degenerado deja una escara blanquecina dentro de la estroma ovárica que persiste durante varios meses y que se conoce con el nombre de cuerpo al-

Después de la ovulación, el fo lícu lo forma el cuerpo lúteo, qu e es regu la d o por la LH secretada por la adenohipófisis

bicans (cuerpo blanco).

¿Qué causa la degeneración del cuerpo lúteo en ausencia de fecundación?

Después de la salida del ov o cito y del líq u id o folicular, el resto del folícu lo se colapsa y dentro de la cavidad se forma un coágulo de

N o se han esclarecido los mecanismos responsables de la regresión

sangre. El folícu lo postovu latorio consiste, por lo tanto, en una

de las células luteínicas después de unos 12 días. En el ser humano,

parte central de fibrina rodeada de capas colapsadas de células de

se han implicado los estrógenos en el control de la regresión luteíni­

la granulosa recubiertas de una cápsula tecal fibrosa. Este folícu ­

ca por dos razones. En primer lugar, el inicio de la degeneración

lo colapsado experim enta una transformación y se con vierte en el

coincide, aproximadamente, con el pico de estrógenos observado a

cuerpo lúteo (del latín corpus luteum, «c u e rp o am arillo»). En caso

los 6-8 días de la ovulación (fig. 20-12) y, en segundo lugar, si se ad­

de fecundación, el cuerpo lúteo será el responsable de mantener

ministran inyecciones de estrógenos antes del pico que se produce

el equ ilib rio de hormonas esteroideas que garantice la im planta­

de forma natural, se acelera el declive luteínico. Sin embargo, una

ción y el mantenimiento del em brión durante las primeras sema­

explicación alternativa es que la luteólisis simplemente se produce

nas de embarazo. Con frecuencia se hace referencia a la segunda

de manera gradual a medida que va disminuyendo el apoyo provis­

mitad del ciclo ovárico con el nombre de fase luteínica.

to por las gonadotropinas durante la fase luteínica (fig. 20-12).

La formación del cuerpo lúteo depende por com pleto del au­ mento repentino de los niveles de LH hipofisaria que tiene lugar durante el estadio preovu latorio y que da lugar a la ovulación. N o están claros los factores que mantienen al cuerpo lúteo tras la dis­

20.8 Regulación hormonal del tracto reproductor femenino

minución súbita de los valores de gonadotropinas que se registra después de la ovulación. En algunos animales parece que in tervie­ ne un com plejo luteotrófico de LH, la prolactina, así como otras hormonas, pero en el ser humano no está claro. Para la función lu­ teínica basta con que los valores basales de LH sean normales.

Durante la fase folicu lar los estrógenos preparan el tracto reprodu ctor para la fecundación

En las horas siguientes a la expulsión del óvu lo del ovario, las células foliculares residuales experim entan el proceso de luteini-

La fase folicular del ciclo ovárico se caracteriza por la secreción de

zación: aumentan de tamaño y desarrollan inclusiones de lipidos,

cantidades crecientes de estrógenos. Las figuras 20-12 y 20-13 repro­

que dan al cuerpo lúteo su color am arillento — razón por la que se

ducen este patrón de secreción. Durante el estadio antral de desarro­

le conoce con este nombre— . El cuerpo lúteo puede crecer hasta

llo folicular, los niveles de 17|3-estradiol aumentan gradualmente

m edir entre 15 y 30 mm a los 8 días de la ovulación. En este mo­

hasta alcanzar máximos de 300 pg • mi 1justo antes de la ovulación

mento, su capacidad secretora está en pleno apogeo. Las células

(fig. 20-12). Los estrógenos secretados durante la primera mitad del

del cuerpo lúteo contienen grandes cantidades de aparato de Gol-

ciclo se encargan de la tarea crucial de preparar el tracto reproductor

gi, retículo endoplásm ico y proteínas mitocondriales, y secretan

para recibir y transportar gametos, a la vez que proporcionan un me­

grandes cantidades de progesterona (fig. 20-12). Los niveles de

dio favorable para la fecundación y la implantación.

20.8 Regulación hormonal del tracto reproductor femenino

Resumen 1.

La primera mitad del ciclo ovárico o menstrual se conoce como fase folicular. Es el periodo durante el cual nace y se desarrolla el

493

Los estrógenos estimulan la proliferación del en d o m etrio y aumentan la excitabilidad m iom etrial

folículo, y culmina con la ovulación, la rotura del folículo y la li­ 2.

3.

beración del o vocito desde el ovario.

Tanto el m iom etrio com o el endom etrio del útero son sumamente

Diversos folículos empiezan a desarrollarse cada día, pero en ge­

sensibles a los esteroides ováricos. Los cambios en su aspecto y

neral sólo uno en cada ciclo; el folículo dominante madura hasta

función se producen com o respuesta a estas hormonas, y reflejan

la ovulación. El resto de folículos se atresian y mueren.

los diferentes papeles que el útero debe desempeñar durante cada

Los cambios físicos que se producen a medida que se desarrolla el

ciclo. El útero se prepara prim ero para recibir y transportar los

folículo están regulados por hormonas, en especial las gonadotro-

esperm atozoides desde el cuello uterino hasta las trompas de Fa­

pinas FSH y LH de la adenohipófisis y los estrógenos producidos

lop io y , más tarde, para recibir y nutrir al embrión.

por el propio folículo. 4.

La fase folicular puede subdividirse en los estadios preantral, antral y preovulatorio. El estadio preantral del crecimiento dura unos 2 días y parece que es independiente de las hormonas. El es­ tadio antral, cuya duración es considerablemente mayor, depen­

5.

6.

secretados durante la fase folicular del ciclo tienen un efecto tró­ fic o (estim ulador) sobre el endom etrio uterino (fig . 20-13). Como

de de la FSH y de la LH.

consecuencia, la estroma endom etrial prolifera y el área del epite­

Bajo la influencia de la FSH y la LH, el folículo secreta grandes

lio superficial aumenta; las células epiteliales preparadas por los

cantidades de estrógenos. Las células foliculares también secretan

estrógenos secretan un líqu id o acuoso. A l mismo tiem po, las arte­

grandes cantidades de líquido, de modo que, al término del esta­

rias espirales que penetran a través de la estroma empiezan a au­

dio antral, el ovocito se encuentra en una suspensión líquida y

mentar de tamaño. En el mom ento de la ovulación, el grosor en­

unido al borde externo de las células foliculares por un fino tallo.

dom etrial ha aumentado hasta aproxim adam ente 10 mm (desde

Durante el estadio preovulatorio y bajo la influencia de elevados

los 2 o 3 mm que tenía justo después de la menstruación). Esta

valores circulantes de LH se completa la primera división meiótica del ovocito, se inicia la secreción de progesterona y se rompe el folículo, liberando así la masa del óvulo. Es la ovulación. 7.

Los esteroides secretados por las células foliculares actúan en el útero perm itiendo que realice estas funciones. Los estrógenos

La segunda mitad del ciclo ovárico, después de la ovulación, se conoce como fase luteínica. El folículo postovulatorio se transfor­

fase del ciclo endom etrial — qu e corresponde a la fase folicular dominada por los estrógenos— se conoce com o fase proliferativa. Durante esta fase, el útero se prepara para recib ir al óvu lo fecu n­ dado. Los estrógenos también estimulan el desarrollo de recepto-

ma en el cuerpo lúteo bajo la influencia de la LH de la adenohi­ pófisis, y se produce un cambio de la estructura y función de las células luteínicas.

8.

La fase luteínica se caracteriza por la secreción de grandes canti­ dades de progesterona, que tiene importantes efectos sobre todo el tracto reproductor. También se secretan estrógenos.

9.

En ausencia de fecundación, después de 10 a 14 días el cuerpo lú­ teo degenera y la secreción de esteroides disminuye hasta niveles muy bajos. Es el proceso de luteólisis, que caracteriza el final de un ciclo ovárico.

Los estrógenos aumentan la actividad ciliar en las trompas de Falopio Las hormonas esteroideas ováricas parecen tener una acción sig­ n ificativa en las trompas de Falopio. La extirpación de los ovarios da lugar a la pérdida de los cilios tubáricos y a una disminución de la actividad tanto secretora como contráctil de las células tubáricas. Estos efectos se invierten con la adm inistración ulterior de 17p-estradiol, lo que sugiere que los estrógenos son im portan­ tes para la actividad ciliar y muscular en las trompas de Falopio. Esto es razonable cuando se considera el papel reproductor que tienen las trompas. Los elevados niveles de estrógenos registrados en la fase folicular inducen un aumento de la actividad ciliar y contráctil tubárica, y esto prepara para la recuperación del o v o ci­ Ovulación

to desde la cavidad peritoneal después de la ovulación y para su transporte hacia el útero. Del mismo m odo, la actividad contráctil

Fig. 20-13.

y ciliar puede contribuir al transporte de los esperm atozoides ha­

cervicales y el endometrio uterino en relación con los niveles circulantes

cia el óvulo.

de 17p-estradiol y progesterona.

Cambios cíclicos de la temperatura corporal, las secreciones

494

20 Fisiología de los sistemas reproductores masculino y femenino

res de progesterona en las células endom etriales de m odo que, al

Por esta razón, a menudo se hace referencia a la segunda mitad

término de la fase folicular, el endom etrio está preparado para

del ciclo uterino com o fase secretora, que coincide con la fase lu

responder a la progesterona.

teínica del ciclo ovárico. Todos estos cambios mediados por la

Las hormonas ováricas también influyen en el m iom etrio uteri­

progesterona contribuyen a crear un medio favorab le para la im ­

no. Los estrógenos parecen aumentar la excitabilidad del músculo

plantación del ó v u lo recién fecundado, y optim izan las con dicio­

liso miometrial y, por consiguiente, su contractilidad espontánea.

nes para la formación de la placenta. En ausencia de ó v u lo fecundado, el cuerpo lúteo degenera después de 10 a 14 días y la secreción de esteroides dism inuye sú­

Los estrógenos tam bién afectan a los tejidos no reproductores

bitamente (figs. 20-12 y 20-1 3). Cuando el endom etrio se v e p ri­ vado de su soporte esteroide, su ep itelio secretor se colapsa; las capas endom etriales se descaman ju n to con la sangre resultante

Los estrógenos ejercen efectos amplios y generalizados en todo el

de la rotura de las arterias espirales, que se contraen para reducir

organismo, además de las acciones especificas sobre el tracto re­

la hemorragia. Este proceso se conoce com o menstruación. Se con

productor descritas anteriormente. En especial, actúan sobre el

sidera que el inicio de la hemorragia menstrual marca el com ien­

m etabolismo y el sistema cardiovascular:

zo de un n u evo ciclo ovárico. F.n algunas mujeres, la contracción

•

Son ligeramente anabolixantes y tienden a disminuir el apetito.

•

Reducen los valores plasmáticos de colesterol; esto explicaría que las mujeres premenopáusicas corran m enor riesgo de in­ farto de m iocardio que las mujeres posmenopáusicas y los hombres de edad comparable. Reducen la fragilidad capilar.

•

Parecen tener efectos importantes sobre el humor y la conduc­ ta, pero no se han descrito aún los mecanismos subyacentes.

•

Causan una p roliferación del sistema ductal del tejido mama­ rio (v. cap. 21).

•

Causan efectos im portantes en el m antenimiento del esquele­ to (v . cap. 23).

de las arterias espirales puede causar dolor al inicio de la mens­ truación (dism enorrea). La hemorragia continúa durante un pe­ riod o de 3 a 7 días, durante los cuales se pierde una cantidad to­ tal de sangre de 30-200 mi. Pasado este tiem po, el epitelio endo­ metrial se ha reparado p or com pleto. La progesterona también produce un importante efecto sobre el miometrio uterino. Como se ha descrito anteriormente, el miome­ trio dominado por los estrógenos muestra un grado considerable de excitabilidad y contractilidad espontánea. Aun que esto puede ser útil para el transporte del gameto, no es adecuado una v e z que el embrión ha entrado en el útero. Una excitabilidad excesiva daría lugar a un aborto espontáneo del feto. La progesterona tiene ten­ dencia a relajar el músculo liso del miometrio, y esto provoca, pro­ bablemente, una hiperpolarización de las membranas celulares, al

La progesterona secretada por el cuerpo lúteo o ptim iza las condiciones del útero para la im plantación del ó v u lo

tiempo que reduce la probabilidad de contracciones espontáneas

La progesterona in flu ye en algunos tejidos no reproductores

El útero alberga el em brión durante todo su desarrollo (embara­ zo). Existen dos elementos que in flu yen en esta actividad: 1.

La capa endom etrial, que ha de perm itir la im plantación del óvu lo recién fecundado y , posteriorm ente, participar en la formación de la placenta (placcntación).

2.

El miom etrio, que debe perm anecer quiescente durante el em­ barazo para evitar la expulsión prematura del feto. La progesterona desempeña un papel clave en cada uno de es­

tos procesos. De hecho, es esencial que durante todo el embarazo los niveles de progesterona sean adecuados para ga ra n tiza r un resulta­ do satisfactorio y para que el feto llegue a término.

A l igual que los estrógenos, los efectos de la progesterona afectan a todo el organismo; la m ayor parte de ellos, sin embargo, son poco conocidos. Por ejem plo, se sabe que es un esteroide ligera mente catabólico que estimula el apetito, y también que el au mentó de los niveles de progesterona durante la fase luteínic: p rovoca un aumento de la temperatura corporal basal de 0,20,5 °C (fig. 20-13). Este aumento es un indicador útil de que se ha producido la ovulación, tanto para las mujeres que tratan de con­ cebir com o para las que no desean un embarazo. La progesterona estimula el desarrollo de los lóbulos y alvéolos de la glándula mamaria (v. cap. 21), y como consecuencia de la re­

Durante la fase folicular del ciclo, los estrógenos secretados

tención de líquidos por parte del tejido mamario provoca un edenu

p or el folícu lo antral estimulan la proliferación del endom etrio

de la mama. Ésta podría ser la razón del dolor mamario experim en­

uterino y el aumento de las estructuras glandulares (v. anterior­

tado por numerosas mujeres durante el período premenstrual.

mente). Los estrógenos también estimulan la adquisición de re­ ceptores de progesterona por parte de las células del endom etrio. A medida que aumentan los valores de progesterona durante la fase luteínica, la proliferación estromal continúa y las arterias es­ pirales se desarrollan completamente. En caso de embarazo, las

La secreciones cervicales y el ep itelio vaginal experim entan cambios cíclicos dependientes de las hormonas

arterias espirales aportarán el riego sanguíneo al lado m aterno de la placenta. Las glándulas endom etriales empiezan a secretar un

Las glándulas endocervicales secretan un m oco cuyas caracteris

líqu id o espeso, rico en azúcares, aminoácidos y glucoproteina.

ticas varían considerablem ente durante el ciclo ovárico. Esto-

20.9 ¡fw que vonon los contentrociones ptemolkos de gonadoltoptixc y esteroides ovárkos durante el cido ovórito?

cambios están regulados p or las hormonas ováricas y tienen im ­

49 5

Resumen

portantes consecuencias para la fertilidad. Durante la fase folicu ­ lar, los elevados niveles circulantes de estrógenos hacen aumen­

1.

fase folicular del ciclo ovárico o menstrual está dominada por

tar la actividad secretora del epitelio cervical, que produce moco

los estrógenos, secretados por el folículo en desarrollo. Estos es-

en grandes cantidades — hasta 50 veces la cantidad secretada en

trógenos actúan en los tejidos del tracto reproductor y lo prepa­ ran para el transporte de los gametos, la fecundación, el desarro­

ausencia de estrógenos (fig . 20-13)— . Este m oco es delgado, acuo­

llo precoz del embrión y la implantación. Durante la fase folicular

so y claro, y muestra un patrón en «h e le c h o » característico si se

aumenta la actividad ciliar y contráctil en las trompas de Falopio,

deja secar sobre un porta (cristalización en hojas de helecho).

el endometrio uterino prolifera y las glándulas del cuello uterino

Tam bién muestra gran elasticidad, una gota de moco puede esti­

secretan grandes cantidades de un moco fino y elástico que ios es­

rarse hasta una longitud de 10-12 cm. Su volum en y elasticidad máximos coinciden con el aumento repentino de estrógenos que

permatozoides pueden penetrar con facilidad. 2.

Durante la segunda mitad del ciclo ovárico — fase luteínica

la

se produce ju sto antes de la ovulación. Los espermatozoides pe­

principal hormona esteroidea que secreta el cuerpo lúteo es la

netran más fácilm ente el m oco de estas características. Esta acción

progesterona. La secreción máxima de progesterona se detecta

de los estrógenos sobre las glándulas cervicales es un buen ejem ­

8 dias después de la ovulación. La progesterona prepara al útero para recibir y nutrir al embrión en caso de fecundación, y man­

p lo del m odo en que la actividad endocrina del ovario crea las

tiene el endometrio en condiciones favorables para la implanta­

condiciones óptimas para que la reproducción sea satisfactoria:

ción y la placentación. La progesterona también reduce la excita­

cuando es probable que haya un óvu lo presente, se facilita el paso

bilidad del miometrio con la finalidad de evitar la expulsión pre­

de los espermatozoides a través del tracto genital fem enino. Durante la fase luteínica, en que los niveles de progesterona

matura del embrión. 3.

En ausencia de fecundación, el cuerpo lúteo degenera después de

son elevados, la producción de moco es mucho menor y éste es

entre 10 y 14 dias, y la secreción de esteroides disminuye brusca­

mucho más espeso, pegajoso y relativam ente hostil a los esperma­

mente. A medida que disminuyen los niveles de progesterona, se

tozoides. Por consiguiente, es menos probable que los espermato­

descama el endometrio formado durante el ciclo junto con la san­

zoides alcancen el útero y las trompas de Falopio durante la fase

gre procedente de las arterias espirales. Este proceso se conoce

luteínica. Esta acción de la progesterona se utiliza en un tip o de

con el nombre de menstruación y su inicio marca el comienzo de

píldora anticonceptiva que sólo contiene progesterona (v. tam­

un nuevo ciclo ovárico.

bién cuadro 21.1). El ep itelio escamoso estratificado que reviste la vagina tam­ bién cambia com o respuesta a las hormonas ováricas. De hecho, el aspecto histológico de las células epiteliales vaginales puede utili­ zarse com o indicador de la fase en que se encuentra el ciclo mens­ trual. En la fase folicular, el aumento de la secreción de estróge­ nos estimula la p roliferación de capas epiteüales. A medida que las capas superficiales se alejan del suministro de sangre, se queratinizan y se desprenden. A mitad del ciclo, el frotis vaginal mostrará una preponderancia de estas células queratinizadas.

Los esteroides ováricos pueden ejercer un control de feedback tanto negativo como positivo sobre la secreción de FSH y LH; ello depende de la concentración de hormona y del tiempo durante el cual ha estado presente. Niveles bajos o moderados de estrógenos, en especia! de 17¡}-estradiol, ejercen un control de feedback negati­ v o sobre la secreción de gonadotropinas, es decir, inhiben la secre­ ción de FSH y LH. Sin embargo, si se registran altas concentraciones de estrógenos durante varios días, el efecto pasa a ser de feedback positivo, es decir, se estimula la secreción de FSH y LH. Las acciones

20.9 ¿Por aué varían las concentraciones plasmáticas ae gonadotropinas y esteroides ováricos durante el ciclo ovárico?

de feedback de la progesterona son más o menos opuestas a las de los estrógenos. Concentraciones altas de progesterona inhiben la libera­ ción de gonadotropinas, mientras que niveles bajos parecen aumen­ tar los efectos de feedback positivo de los estrógenos. El feedback de los esteroides ováricos está controlado, prin ci­ palmente, p or la propia adenohipófisis, es probable que m edian­

En los apartados precedentes se ha prestado especial atención a los

te alteraciones de la sensibilidad de las células secretoras de g o ­

cambios estructurales y funcionales que se producen durante los

nadotropinas al GnRH hipotalámico. Los esteroides también pue­

aproxim adam ente 28 días que dura un ciclo ovárico. Las variacio­

den ejercer un efecto directo sobre la secreción de GnRH por

nes cíclicas de los niveles plasmáticos de FSH y LH (mostradas en

parte de las neuronas hipotalámicas, aunque resulta d ifícil con fir­

la fig. 20-12) son decisivas para el control de la actividad celular y

mar este hecho de manera concluyente debido a la dificultad para

endocrina del ovario, es decir, para el crecim iento de los folículos,

detectar valores m uy bajos de GnRH en sangre portal.

la formación del cuerpo lúteo y para su actividad endocrina.

El ciclo ovárico se inicia el primer día de la menstruación. Justo

¿Cómo se producen estas fluctuaciones y cóm o regulan las células

antes, los niveles de estrógenos y de progesterona han disminuido

foliculares? Para responder a estas preguntas es im portante tener

debido a la involución sufrida por el cuerpo lúteo. Los niveles de

en cuenta que las gonadotropinas regulan la función ovárica y que

FSH — que puede ser liberada gracias a la inhibición del feedback

las propias hormonas esteroideas ováricas, los estrógenos y la pro­

negativo de los esteroides ováricos— empiezan a aumentar lenta­

gesterona, influyen a su vez en la secreción de gonadotropinas.

mente, y lo mismo ocurre poco después con la LH. Estos aconteci­

Esta interacción de tip o feedback entre la adenohipófisis, el hipo-

mientos coinciden con el inicio de la fase antral del desarrollo foli­

tálamo y el ovario se ilustra en la figura 20-14.

cular. Hacia el término de la fase preantral, independiente de hor-

496

20 Fisiologia de los sistemas reproductores masculino y femenino

Neuronas GnRH

nos son reemplazados por un feedback positivo, que tiene como con­ secuencia un aumento brusco de la secreción de ambas gonadotro­ pinas, pero especialmente de LH. Este aumento corresponde al lla­ mado aumento repentino de LH, responsable de los acontecimientos de la fase preovulatoria y de la propia ovulación (v. anteriormente). Una v e z que ha tenido lugar la ovulación, los estrógenos dismi­ nuyen bruscamente a medida que las células luteínicas empiezan a producir progesterona. En consecuencia, las gonadotropinas se li­ beran del feedback positivo generado por niveles altos de estróge­ nos, y la secreción de FSH y LH disminuye porque el feedback ne­ gativo recupera el control (fig. 20-12). A pesar de que los niveles de estrógenos pueden aumentar hasta valores muy similares a los ob­ servados durante el aumento repentino preovulatorio, esta segun­ da fase, la luteinica, no desencadena ningún aumento repentino adicional de LH. ya que los niveles circulantes de progesterona pa­ recen bloquear el feedback positivo de los estrógenos. En cambio, continúa predom inando un feedback negativo y la secreción de gonadotropínas se mantiene baja durante toda la fase luteinica. En ausencia de fecundación, después de 10 a 14 días, el cuer­ p o lúteo degenera y la secreción de esteroides dism inuye rápida­ mente. Las capas endom etriales uterinas especializadas, privadas del ap oyo esteroide, se descaman durante la menstruación. Poco después, los niveles de FSH y LH em piezan a aumentar lentamen­ te, a medida que el efecto de feedback negativo de los estrógenos sobre la adenohipófisis va dism inuyendo; cuando los folículos preantrales entran en la fase antral, sensible a las gonadotropinas, se inicia un nu evo ciclo.

El ciclo menstrual está in flu id o p o r factores nerviosos A pesar de que están bien documentadas las interacciones entre Fig. 20-14. Control por feedback positivo (+ ) y negativo (-) de las se­ creciones hormonales del hipotálamo, la hipófisis y los ovarios.

los esteroides ováricos y las gonadotropinas hipofisarias, y que éstas parecen ofrecer una explicación razonable de la actividad cíclica de los ovarios, es bien con ocido que una serie de factores nerviosos y hormonales pueden afectar al control de la fertilidad. La conducta reproductora de numerosos animales de granja, do­

monas, las células de la teca ganan receptores para la LH, mientras

mésticos y de laboratorio ilustra el papel de los estímulos medioam­

que las células de la granulosa se vuelven más sensibles a la FSH y a

bientales mediados por el SNC (olfatorios, táctiles, relacionados con

los estrógenos. El hecho que la adquisición de receptores coincida

la actividad sexual y visuales) en la regulación de la función gona-

con niveles constantemente crecientes de FSH y LH permite que el

dal. Por ejemplo, se cree que los periodos fértiles de algunos anima­

folículo entre en una fase antral, dependiente de hormonas.

les, com o la oveja, están controlados por las duraciones relativas del

Durante las fases preantral y antral precoz del ciclo ovárico, la

dia y la noche. Otros animales, como los gatos y los conejos, son

secreción de esteroides ováricos apenas se m odifica (fig. 20-12). Sin

ovuladores reflejos, es decir, ovulan en respuesta al coito. Estos me­

embargo, durante los 6-8 días siguientes los niveles de estrógenos

canismos reguladores están mediados por el SNC, y la información

aumentan constantemente a medida que el folículo en maduración

aferente es integrada en el hipotálamo con el objetivo de controlar la

empieza a producirlos en grandes cantidades bajo la influencia de la

secreción de GaRH y, por consiguiente, de gonadotropinas.

l-'SH y LH. Durante este período, los niveles de gonadotropinas per­

Aunque la función gonadal humana no está sometida a meca­

manecen bajos como consecuencia del feedback negativo producido

nismos tan rígidos de control externo, no puede descartarse la po­

por niveles bajos y moderados de estrógenos. N o obstante, este au­

sibilidad de influencias mediadas p or el sistema nervioso en la li­

mento constante de la secreción de estrógenos culmina en un incre­

beración de gonadotropinas. De hecho, la gran cantidad de afe-

mento repentino durante los últimos días de la fase antral, cuando

rencias nerviosas hacia las neuronas secretoras de GnRH del

las concentraciones plasmáticas de 17(}-estradiol alcanzan valores

hipotálamo respaldaría convincentem ente la existencia de meca­

de 200-400 pg • m T1. Este aumento repentino de los estrógenos ini­

nismos nerviosos. Ha quedado bien establecido que factores

cia un importante cambio en la secreción de gonadotropinas. Des­

com o la ansiedad y el estrés emocional pueden alterar la actividad

pués de unas 36 h. los efectos del feedback negativo de los estróge­

ovárica cíclica y la fertilidad.

20.10 Activación y regresión de las gónadas: pubertad y menopausia

Resumen

497

una mujer adulta hay aproxim adam ente el doble de grasa corpo­ ral que en el hom bre y menos masa de músculo esquelético.

1.

2.

3.

4.

5.

Las variaciones cíclicas de los niveles de hormonas esteroideas y gonadotrópicas actúan simultáneamente para garantizar la libera­ ción regular de un óvulo maduro y preparar el organismo para la fecundación y el embarazo. Aunque las gonadotropinas controlan la función ovárica. los es-

esta edad y al aparecer la menarquia, se establece una liberación pulsátil de gonadotropinas, con picos de secreción durante el sue­ ño. Además del aumento de gonadotropinas, se detecta también

trógenos y la progesterona secretados por el ovario regulan la se­ creción de FSH y LH hipofisarias a través de un mecanismo de

un increm ento de la secreción de estrógenos ováricos, bajo la in­

feedback tanto positivo como negativo. Niveles muy elevados de estrógenos estimulan la adenohipófisis

suele ser la prim era m anifestación física externa de la pubertad.

fluencia de los cuales empieza el desarrollo de las mamas. Esta

para que inicie la secreción de LH, hormona decisiva para los

Entre 2 y 3 años antes del inicio de la menstruación aumenta

acontecimientos del estadio preovulatorio y para la propia ovula­ ción. Durante el resto del ciclo, prevalece un feedback negativo, y la secreción de gonadotropinas es relativamente baja. El ciclo menstrual parece ser sensible a estímulos tanto nerviosos

la secreción de andrógenos producidos por la corteza suprarrenal

como hormonales, pero su regulación fundamental depende de la interacción entre las gonadotropinas hipofisarias y los esteroides ováricos.

a pesar de que no se ha establecido una relación clara entre am­

Diversos factores emocionales y físicos, mediados a través de aferencias nerviosas que se dirigen al hipotálamo, influyen en el ca­ rácter cíclico de la función ovárica.

6.

Los niveles circulantes de gonadotropinas hipofisarias — FSH y L H — aumentan gradualmente hasta los 10 años. Después de

La prolactina, otra hormona secretada por la adenohipófisis, pa­ rece inhibir la ovulación.

(adrenarquia). Estas hormonas son importantes en la estimulación del crecim iento del v e llo púbico. Tam bién se ha sugerido que la secreción de andrógenos in terviene en el control de la menarquia, bos. Lo que sí está claro es que la síntesis y la secreción crecientes de FSH y LH desencadenan, en últim o término, el inicio de la menstruación. Los prim eros ciclos suelen ser anovulatorios y no se produce progesterona en grandes cantidades. Por consiguien­ te, al prin cipio la hemorragia menstrual suele ser menos abun­ dante y aparece de forma irregular. Todavía no se conocen con detalle los mecanismos que desen­ cadenan la menstruación, pero se han sugerido varias hipótesis. Una de ellas sugiere que los ovarios se vu elven más sensibles a las

N o está claro el papel fisiológico de la prolactina en el ciclo menstrual normal, pero en clínica es bien sabido que la secreción

gonadotropinas, o que la adenohipófisis se v u e lv e más sensible a los efectos del feedback negativo de los estrógenos.

excesiva de prolactina (hiperprolactinemia) es una causa frecuente

En el Reino Unido, la edad media de menarquia es de 12 años,

de infertilidad femenina. El proceso puede ser fisiológico, com o en

y los prim eros ciclos ovulatorios tienen lugar entre 6 y 9 meses

las mujeres en período de lactación (v. cap. 21), o patológico, causa­

más tarde. Sin em bargo, los lim ites normales se extien den de los

do por un tumor hipofisario. A menudo se asocia el exceso de pro-

10 a los 16 años (tabla 20-1). En los últimos 150 años se ha evi-

lactina con ciclos anovulatorios (ciclos en los que no se produce ovulación) o con una pérdida completa de actividad ovárica cíclica.

Tabla 20-1.

Resumen d e los principales cambios durante la pubertad

Valores elevados de esta hormona parecen deteriorar la respuesta de la adenohipófisis al GnRH, de modo que no se observan aumentos repentinos en la secreción de la LH y la ovulación no tiene lugar.

20.10 Activación y regresión de las gónadas: pubertad y menopausia >N. S.A. Fotocopia* sin autorización es un delito.

M en a rq u ia y menopausia En la mujer, los años fértiles están defin idos por dos aconteci­ mientos: el in icio de la menstruación en la pubertad (m enarquia) y el cese de la actividad ovárica cíclica que se produce en torno a los 50 años de edad ( menopausia o clim aterio). El térm ino genérico pubertad incluye los diversos cambios

Principales hormonas responsables del desarrollo

Niñas Desarrollo mamario

8-13

Estrógenos. progesterona. GH

Vello púbico

8-14

Andrógenos suprarrenales

Menarquia

10-16

Estrógenos, progesterona

«Estirón» del crecimiento

10-14

Estrógenos, GH

Niños Crecimiento de los testículos Crecimiento del pene

10-14 11-15

Tcstosterona, FSH y GH Testosterona

Vello púbico

10-15

Testosterona

qu e tienen lugar en el cuerpo de una adolescente a medida que

Vello facial y axilar

12-17

Tcstosterona

sus ovarios maduran. La menarquia, el in icio de la menstruación,

Aumento de tamaño de la laringe

11-16

Testosterona

12-16

Testosterona, GH

es la señal externa de que estos cambios han tenido lugar y de que se ha iniciado una secreción cíclica de esteroides ováricos. Los cambios que acontecen durante los 2 o 3 años que preceden la me­ narquia incluyen el «e s tir ó n » de crecim iento p ro p io de la adoles­ cencia, el desarrollo de características sexuales secundarias (v e llo

o

Característica

lim ite s de edad de la prim era aparición (jilo s )

púbico y mamas) y los cambios en la com posición corporal — en

«Estirón» de crecimiento y patrón masculino de desarrollo

498

20 Fisiología de los sistemas reproductores masculino y femenino

dcnciado una tendencia a una monarquía más precoz, posible­

za en la base del pene, oscurecim iento y m ayor rugosidad del saco

mente com o consecuencia de una m ejora de la asistencia sanitaria

escrotal y, finalmente, aumento del tamaño del pene. También em ­

y de la nutrición. Esta última es especialm ente im portante, ya que

pieza a aparecer vello facial, la distribución del cabello adopta un

se considera que para llegar a la monarquía es necesario haber al­

patrón masculino y la v o z se hace más grave por el engrosamiento

canzado una masa corporal crítica (de aproxim adam ente 47 k g ) o,

de las cuerdas vocales y al aumento de tamaño de la laringe. Estos

posiblemente, un porcentaje crítico de grasa con respecto a la

cambios tienen lugar a lo largo de un período de varios años. En la

masa magra. En las adolescentes (o adultas) qu e pierden mucho

tabla 20-1 se indican los momentos en que suelen darse los princi­

peso d ebid o a una anorexia, al ejercicio excesivo o al ayuno, los

pales cambios asociados a la pubertad masculina.

ciclos menstruales regulares se interrumpen.

¿Existe la menopausia masculina? Cese de los ciclos menstruales (clim a terio ) A pesar de que no existe ningún acontecimiento evidente que se­ La menopausia o clim aterio señala el final de la edad fértil de la

ñale el término de la capacidad reproductora en el hombre y que

mujer. Este proceso im plica la incapacidad progresiva del sistema

sea comparable a la menopausia femenina, la producción de esper­

reproductor y suele aparecer entre los 45 y los 55 años de edad.

matozoides disminuye entre los 50 y los 80 años de edad. Además,

En la menopausia se produce una depleción del número de ó v u ­

en hombres de más de 70 años se detecta una disminución de los ni­

los por atresia, y dism inuye la sensibilidad del ovario a las gona­

veles plasmáticos de testosterona y un aumento paralelo de los

dotropinas. Antes de interrumpirse por com pleto, los ciclos se

niveles plasmáticos de FSH y LH — aunque mucho menos marcado

vu elven a menudo anovulatorios c irregulares. Las mujeres pos-

que en la mujer

menopáusicas tienen niveles de FSH y L H elevados d ebido a la su­

significantes y muchos ancianos no sólo mantienen una vida sexual

presión del feedback negativo que ejercían los estrógenos, aunque

activa, sino que también conservan su capacidad reproductora.

. Sin embargo, estos cambios son relativamente in­

dejan de identificarse los picos de secreción de LH. La pérdida de esteroides ováricos se acompaña de numerosos cambios somáticos y emocionales. El músculo uterino se vu e lv e fibroso, aumenta la sequedad vaginal y se pierde tejido mamario. La menopausia tam bién se asocia con depresión, sudoración noc­

Resumen 1.

turna, oleadas de calor y m ayor predisposición al infarto de m io­

rica , que se producen en torno a los 12 y los 50 años de edad, respectivamente.

cardio. Las mujeres posmenopáusicas también manifiestan m ayor fragilidad ósea, d ebid o al aumento de la reabsorción. La m ayor

2.

El cuerpo de una adolescente experimenta numerosos cambios, además del inicio de los ciclos menstruales. Dichos cambios in­ cluyen el «estirón» de crecimiento y el desarrolló de las caracte­ rísticas sexuales secundarias.

3.

La FSH y la LH se secretan en cantidades cada vez mayores antes de la menarquia, pero no se sabe qué factor desencadena el inicio

parte de estos cambios son atribuibles a la pérdida de estrógenos ováricos y pueden tratarse satisfactoriamente con terapia horm o­ nal sustitutiva (T H S ) si son suficientem ente graves para justificar una intervención médica.

Pubertad en el h om bre

4.

las gonadotropinas hipofisarias. La pérdida de esteroides ovári­ cos se acompaña de numerosos cambios somáticos y emocionales.

bre. Su participación es decisiva en la diferenciación sexual du­ 5.

en torn o a los 16 años de edad. Entre los primeros meses de vida na y los niveles de gonadotropinas hipofisarias también son ba­ jos. En torno a los 10-16 años de edad (com o prom edio) los ado­ lescentes desarrollan toda su capacidad reproductora; al mismo

Entre los 10 y los 16 años de edad, los adolescentes experimentan un «estirón» de crecimiento y desarrollan su plena capacidad re­ productora.

aumenta al inicio de la pubertad y alcanza los niveles del adulto y el inicio de la pubertad, los testículos secretan poca testostero­

de la actividad oválica cíclica. La menopausia señala la incapacidad progresiva del sistema re­ productor y se debe a la depleción de la reserva de óvulos por atresia, asi como a una disminución de la sensibilidad ovárica a

La testosterona es la clave de la función reproductora en el hom­ rante la vida embrionaria (v . cap. 21); su concentración en plasma

En la mujer, los años fértiles están comprendidos entre la menarquia y la menopausia — el comienzo y el cese de la actividad ová-

6.

La LH hipolisaria influye en la maduración de las células de Ley­ dig, que empiezan a producir espermatozoides. La secreción de testosterona aumenta e induce el desarrollo de las características sexuales secundarias.

tiem po adquieren las características sexuales secundarias y la musculatura del adulto, y experim entan un «e s tir ó n » de creci­ m iento lineal que se interrum pe al cerrarse las epífisis cuando se alcanza la estatura del adulto (tabla 20-1). F.1 prim er acontecimiento endocrino de la pubertad es el au­ mento de la secreción de LH. Como consecuencia, las células de L e yd ig maduran y se inicia la espermatogénesis. La producción de testosterona también aumenta. Esta hormona es responsable de los cambios anatómicos característicos de la pubertad: aumento del tamaño de los testículos, crecim iento del vello púbico, que em pie­

Bibliografia recomendada A n a to m ia MacKinnon PCB, Morris JF. Oxford textbook o f functional anatomy. Vol. 2. Oxford: Oxford University Press, 1988: p. 99-109.

Respuestas

B iología c elu la r de las células germ in ales Alberts B, Johnson A, Lewis J, R aff M, Roberts K, W aller P. Molecu­ lar biology o f the cell (cap. 20). 4th ed. N ew York: Garland, 2002.

499

e. El período que precede a la ovulación se conoce com o fase luteínica. f. La fase luteínica se asocia con un gran aumento de la testos­ terona plasmática. g. El m iom etrio prolifera por influencia de los estrógenos.

H is to lo g ía Junqueira LC, Carneiro J, Kelley RO. Basic histology (caps. 22 y 23). 8th ed. London: Prentice-Hall, 1995.

4. Los enunciados siguientes se refieren al control hormonal del ciclo menstrual: a. Los estrógenos son sintetizados principalm ente por las cé­ lulas de la teca interna.

F isiología

b. En ausencia de receptores para la FSH y la LH , los folículos

Case RM, Waterhouse JM, editors. Human physiology: age, stress

c. Después de la ovulación y tras la rotura del folículo, este se

preantrales experim entan atresia. and the environment (caps. 3 y 4). 2nd ed. Oxford: Oxford Scien­ ce Publications, 1994. Ferin M, Jewckwicz R, Warrcs M. The menstrual cycle. Oxford: Ox­ ford University Press, 1993. Griffin NE, Ojeda SR. Textbook o f endocrine physiology. 4th ed. Ox­ ford: Oxford University Press, 2000.

con vierte en el cuerpo albicans, que secreta progesterona. d. La progesterona estimula el desarrollo com pleto del endometrio. e. Si el óvu lo no es fecundado, los niveles de progesterona dis­ m inuyen, y esto desencadena la menstruación.

Johnson MH, Everitt BJ. Essential reproduction (caps. 2-5 y 7). 5th ed. Oxford: Blackwell Scientific, 2000.

Test de autoevaluación

Respuestas 1. Durante la espermatogénesis, el número de cromosomas se redu­ ce a la mitad por meiosis. Los espermatocitos primarios experi­

Cada enunciado puede ser verdadero o falso. Las respuestas co­

mentan dos divisiones meióticas que dan lugar a las espermátides.

rrectas se indican a continuación.

Como consecuencia de estas divisiones, los espermatozoides ma­ duros son haploides. Esto también es cierto para el óvu lo maduro,

1. Los enunciados siguientes se refieren a la reproducción sexual

que experimenta una meiosis antes de la ovulación. Después de la

en el ser humano:

fecundación, se restaura la dotación cromosómica completa.

a. Los gametos masculinos se conocen como espermatozoides.

a. Verdadero.

b. Un esperm atozoide maduro contiene una dotación com ple­ ta de cromosomas. c. A l nacer, el ovario contiene todos los óvulos que tendrá la

b. Falso. c. Verdadero. d. Falso.

mujer adulta. d. Los esperm alocitos primarios y secundarios se d ivid en por mitosis y originan las espermátides. 2. En el testículo: a. Las células de L e y d ig secretan testosterona. b. La síntesis de testosterona requiere tanto FSH com o LH. c. Las células de Sertoli im piden la difusión libre de sustancias ©MASSON, S. A I otocoplm win

ficie adecuada para el intercambio transplacentario, el crecimiento

del tejid o trofoblástico.

del feto se alterará y su vida se verá amenazada. La asociación entre

La invasión del endom etrio y la formación de vellosidades tic

las circulaciones materna y fetal a través de la placenta permite el

nen lugar durante el prim er mes después de la concepción. Pe:

desarrollo prolongado del feto dentro del útero y, en consecuencia,

consiguiente, la sangre materna y la fetal siguen estando mu

el parto de un recién nacido com plejo y altamente desarrollado. A pesar de que los detalles anatómicos del desarrollo de la pla­

próximas. En los 2 meses siguientes, las vellosidades vascu lar.forman un núm ero cada v e z m ayor de arborescencias, con lo qu:

centa están fuera del alcance de este libro, es importante entender

aumenta la superficie disponible de capilares fetales para el inter

cómo se adapta la placenta, desde un punto de vista estructural,

cam bio transplacentario de nutrientes y productos de desecho. A l

para llevar a cabo su papel como órgano de intercambio. Hn la figu­

térm ino del prim er trimestre de embarazo, la placenta se con.

ra 21-5 se ilustra la relación espacial macroscópica entre los tejidos

com o placenta definitiva, ya que sus estructuras básicas apena -

fetales y maternos. Esencialmente, la placenta en desarrollo es una

cambiarán durante el resto de la gestación.

asociación entre el endometrio uterino y las membranas embriona­

En la figura 21-7 se representa m uy simplificadam ente la pla­

rias derivadas de una capa de células conocida como trofoblasto.

centa a los 3 meses. Las células trofoblásticas de los bordes exter­

¿Cómo se crea esta interfase? La figura 21-6 muestra un corte de

nos de las vellosidades forman el sincitio (sincitiotrofoblasto

la placenta humana poco después del inicio de la implantación em­

mientras que las que se encuentran lejos de los bordes ex te rn r'

brionaria. Se conoce como estadio de las vellosidades troncales, por­

conservan sus membranas individuales (citotrofoblasto). Otros as

que el tejido fetal se desarrolla en el tejido endometrial materno en

pcctos importantes que es necesario destacar son la arborizació:

forma de proyecciones digitiform es o vellosidades. Éstas están for­

extensa de las vellosidades primarias y la erosión de las arterias c--

Endometrio

Arteria espiral de la madre

Sincitiotrofoblasto (células fusionadas formando un sincitio) Parte central mesodérmica de la vellosidad

Citotrofoblasto (células definidas por membranas)

Vellosidad

Espacio sanguíneo intervelloso

Fig. 21-6.

Fstadio de formación de vellosidades

troncales durante el desarrollo placentario, en tor­

Mesodermo extraembrionario

no a las 3 semanas de embarazo.

21.5 La placenta como órgano de intercambio entre la madre y el feto

509

Arteria espiral

Arteria materna

Miometrio

Vena materna

—

Decidua basal

Membrana basal Espacio intervelloso Tabique interlobar

Membrana principal Vellosidad arborizada

Mesodermo extraembrionario

Fig. 21-7.

Membrana coriónica

Esquema de la placenta definitiva al

término del tercer trimestre.

pirales maternas, que en ese momento son tan extensas que su san­

Es útil exam inar cada uno de estos factores en la placenta hu­

gre simplemente se elimina en los espacios intervellosos. El sumi­

mana con el o b je tiv o de com prender mejor los mecanismos de

nistro sanguíneo fetal recorre los capilares de las arborizaciones de

adaptación que perm iten a la placenta llevar a cabo sus funciones

las vellosidades. La distribución del flu jo sanguíneo placentario se

com o órgano de intercam bio.

lleva a cabo gracias a que los capilares fetales se introducen en los

En este caso, la barrera que im pide la difusión es la llamada

espacios sanguíneos maternos; además, la sangre fetal está prácti­

«barrera placentaria» entre la sangre materna y la fetal. ¿En qué

camente rodeada de sangre materna. Esta organización de ambas

consiste? Para que una sustancia difunda desde el espacio sanguí­

circulaciones dentro de la placenta se conoce com o patrón de diáli­

neo materno hasta la sangre capilar fetal (o al revés) debe cruzar

sis, y perm ite el m ovim iento de solutos a lo largo de toda la super­

el sinciiiotrofoblasto y la capa endotelial capilar fetal. Esta última

ficie de los capilares placentarios fetales y en cualquier dirección,

consiste, simplemente, en una capa ind ivid u al de células en una

de acuerdo con el gradiente de concentración. Esta distribución se

membrana basal y , p or esta razón, es muy fina. Pero el sincitio-

muestra esquemáticamente en la figura 21-8.

trofoblasto contiene un m ayor número de capas celulares sin vías paracelulares que actúcn com o «a ta jo s » para la difusión, y, por consiguiente, se caracteriza por una perm eabilidad relativam ente

21.5 La placenta como órgano de intercambio entre la madre y el feto

baja. Así pues, en conjunto, la barrera placentaria es bastante im ­ permeable. Sin em bargo, esta baja perm eabilidad para los solutos es com ­ pensada, en parte, por la gran superficie disponible para el inter­

La tasa y el grado de difusión de una sustancia a través de cual­

cambio placcntario que proporciona la extensa arborización de

quier barrera celular depende de diversos factores, que incluyen

los capilares fetales dentro de las vellosidades y la disposición en

(además de las características químicas de la propia sustancia):

diálisis de ambas circulaciones.

•

Naturaleza y grosor de la barrera que im pide la difusión.

quier sustancia entre la sangre materna y la fetal estará influ ido

•

Superficie disponible para el intercam bio.

por el suministro de sangre a la circulación materna y fetal, en es­

•

Gradiente de concentración de la sustancia.

pecial por las tasas relativas de flu jo sanguíneo en cualquiera de

Dentro de la placenta, el gradiente de concentración de cual­

ambos lados. Es d ifícil determ inar la velocidad de entrada de san­ gre en los espacios intervellosos maternos, porque las arterias Espacio sanguineo intervelloso Arteria umbilical fetal

uterinas irrigan tanto el útero com o la placenta y es d ifícil d ife­ Arteria uterina materna PO, 12,7 kPa PCÓj 5,3 kPa

renciar entre la sangre destinada a los espacios intervellosos y la que irriga el útero. En la arteria uterina el flu jo sanguíneo total determ inado ju sto antes del parlo por cesárea a térm ino es de 6001.000 mi • m in '1. Se considera que aproxim adam ente la mitad de este flu jo (o un 10% del gasto cardíaco materno total al final del

Vena uterina materna PO, 5,6 kPa PC02 6.1 kPa

embarazo) perfunde el lado materno de la placenta. El espacio sanguíneo materno tiene un volum en total de unos 250 mi, de m odo que aproxim adam ente cada m inuto se intercambia 2,5 v e ­ ces la sangre del lado materno de la placenta. La sangre que p e­

Organización en diálisis de la placenta, con los valores tí­

netra en los espacios intervellosos tiene una presión relativam en­

picos de los gases sanguíneos. Obsérvese que las circulaciones materna y

te alta, de unos 13 kPa (100 m m Hg), porque se elimina de las ar­

fetal están separadas y que la sangre que abandona la placenta a través

terias espirales erosionadas, lo que garantiza un bajo grado de

de la vena umbilical no está completamente equilibrada con la sangre ma­

turbulencia y una buena mezcla.

•Fig. 21-8.

terna.

510

21 Fecundoción, embarazo y lactancia

En un feto a térm ino se estima que la perfusión en los capilares

terno y fetal. La figura 21-8 muestra los valores de las presiones de

fetales de las vellosidades placentarias es de 360 mi ■ min *, apro­

oxígen o y dióxido de carbono en cada compartimento. En el lado

ximadamente la mitad del gasto cardíaco. El volum en total de san­

materno parecen prevalecer unas diferencias arteriovenosas de las

gre en los capilares es de unos 45 mi, de m odo que la sangre del

presiones parciales normales, con una PO, de unos 12,6 kPa

com partimento placentario fetal se intercambia unas 8 veces cada

(95 m mHg) en la arteria uterina y de 5,6 kPa (42 mmHg) en la sangre

minuto. Para resumir, los espacios sanguíneos maternos se carac­

venosa uterina. La PCO, materna aumenta desde 5-5,6 kPa (38-

terizan por un gran volum en de sangre mixta, con un recambio

40 mmHg) en la sangre arterial hasta 6,1 kPa (46 m mHg) en la san­

moderado, mientras que los capilares fetales se caracterizan por un

gre venosa. Dado que el espacio sanguíneo materno es extenso y la

volum en mucho más pequeño pero un recam bio elevado.

sangre está bien mezclada, las presiones parciales de los gases alcan­

Este patrón de circulación destaca la distribución en diálisis

zan rápidamente unos valores de equilibrio. Por consiguiente, es ra­

del flu jo sanguíneo placentario. Optimiza las condiciones para el

zonable suponer que la sangre de los espacios intervellosos tiene

intercam bio pasivo de solutos m axim izando los gradientes de

una PO, de 5,6 kPa (42 m mHg) y una PCO, de 6,1 kPa (46 mmHg).

concentración. Considérese la difusión de un soluto desde la san­

En el lado fetal, la sangre de la arteria um bilical — que trans­

gre materna hasta la fetal. El flu jo sanguíneo fetal es m uy alto.

porta sangre procedente del feto— es altamente desoxigenada e

Esto significa que el soluto que difunde a la sangre fetal desde el

hipercápnica, con una PO, en torno a los 3,2 kPa (24 m m H g) y

lado materno será elim inado de la placenta rápidamente, y su con­

una PCO, de unos 6,6 kPa (50 m mHg). La sangre que regresa a

centración en los capilares fetales será baja. Sin embargo, la san­

partir de la placenta hasta el feto en la vena umbilical tiene una

gre materna se caracteriza por un volum en mucho m ayor, de

PCO, de 5.8 kPa (44 m m Hg) y una PO, de alrededor 4,25 kPa

m odo que, a pesar de que su flu jo es más lento, el soluto no será

(32 m mHg). La sangre venosa um bilical fetal no está en equilib rio

elim inado tan rápido. Con esta distribución se mantiene el gra­

con la sangre materna. En este sentido, la placenta d ifiere de los

diente de concentración del soluto entre la sangre materna y la fe­

pulmones, en los que norm almente se logra un equ ilib rio total en­

tal, lo que garantiza una difusión eficaz.

tre la sangre pulmonar y el aire alveolar. Existen dos importantes

La distribución en diálisis del flu jo sanguíneo placentario

razones para que en la placenta no se alcance este equ ilib rio: en

también con tribuye a optim izar las condiciones para la elim ina­

prim er lugar, no toda la sangre materna está en contacto con las

ción de los productos de desecho de la sangre fetal manteniendo

vellosidades (el área de intercam bio de gases) y, por consiguiente,

un gradiente de concentración pronunciado para estos productos

existen «c o rto c irc u ito s » que son análogos al desajuste ven tila­

a través de la barrera placentaria. El rápido recam bio de sangre en

ción-perfusión de los pulmones (v . cap. 16); en segundo lugar, el

el lado fetal garantizará una distribución constante de productos

prop io tejid o placentario, que es m uy activo desde un punto de

de desecho a la placenta, mientras que el volum en relativam ente

vista m etabólico, utiliza aproxim adam ente el 2 0% del ox íge n o de

grande de sangre en los espacios intervellosos mantendrá baja su

la sangre materna antes que ésta alcance los capilares fetales. Por

concentración en el lado materno. Hacia el térm ino del embarazo, la capacidad de intercam bio de la placenta tiene tendencia a disminuir. Esto se debe, principal­ mente, a los cambios en la perfusión del órgano. El flujo sanguíneo materno dism inuye un cierto grado a medida que las arterias espí­ rales se bloquean progresivam ente durante el embarazo. A l mismo tiempo, los capilares fetales tienen tendencia a obstruirse con pe­ queños coágulos y otros detritus. Esto da lugar a la disminución progresiva de la perfusión durante los últimos meses de embarazo. Puesto que algunas partes de las vellosidades coriónicas están peor perfundidas, dejan de participar eficazm ente en el intercambio y la superficie eficaz para la difusión disminuye. Se dice que la pla­

consiguiente, la placenta es un órgano de intercam bio de gases menos eficiente que el pulmón. N o obstante, es suficiente para sa­ tisfacer las necesidades de oxígen o del feto, ya que diversas adap­ taciones específicas garantizan que se optim iza la transferencia de ox ígen o a los tejidos fetales. Esto se describe en el capítulo 22. Además de suministrar ox ígen o al feto, la placenta debe, gra­ cias a su capacidad com o órgano fetal de intercam bio de gases, eli­ minar el d ió x id o de carbono p roducido por el metabolismo del feto. A l igual que en el caso del 0 „ el m ovim iento pasivo de CO, depende del flu jo sanguíneo y de los gradientes de difusión, pero la barrera placentaria es más permeable al CO, que al O, y el in­ tercam bio de CO, es más o menos completo.

centa se vu e lv e «sen escen te» cuando se acerca el final del embara­ zo, ya que es cada vez menos capaz de satisfacer las necesidades del feto. Esto puede ser uno de los numerosos factores relaciona­ dos con el desencadenamiento del parto (v . apart. 21.7).

El intercam bio de gases a través de la placenta se produce por difusión

El in tercam bio placentario de glucosa y am inoácidos está m ediado por un transportador La placenta es la única fuente de nutrientes esenciales de que dis­ pone el feto para su crecimiento. El más importante es la glucosa. Puesto que se trata de una molécula polar, y por consiguiente, ape­

El oxígen o difunde pasivamente desde el lado materno hasta el fetal

nas liposoluble, su suministro no puede basarse exclusivam ente en

de la placenta. F,l dióxido de carbono difunde en dirección contra­

la difusión pasiva a través de la barrera placentaria rica en lípidos.

ria. ¿Hasta qué punto es eficiente la placenta como órgano de inter­

La glucosa se desplaza desde el lado materno hasta el fetal por di­

cambio de gases? Para responder a esta pregunta es necesario consi­

fusión facilitada, un mecanismo que se describe en el capítulo 4. El

derar las presiones de los gases en ambos lados de la placenta, ma­

proceso está m ediado por un transportador que se localiza en la

21.6 La placenta como órgano endocrino

membrana de las células del sincitiotrofoblasto. A menos que el

S il

Resumen

transportador se sature, los niveles fetales de glucosa estarán en 1.

equilibrio con los maternos. Aunque, normalmente, esto es lo de­

I.a placenta forma una interfase entre la circulación materna y la fetal. En el momento de la implantación, el tejido trofoblástico de

seable, existen circunstancias en las que no es así. Consideremos el

un óvu lo fecundado invade el endometrio uterino por medio de

caso de una diabetes materna mal controlada: los niveles maternos

las vellosidades coriónicas que contienen capilares fetales. Como

de glucosa serán anormalmente altos y, debido a la difusión facili­

consecuencia de esta conducta invasora, las arterias espirales del

tada a través de la placenta, los niveles fetales también serán altos.

útero se erosionan y vierten su contenido en los espacios existen­

Esto puede dar lugar a una nutrición excesiva y a una obesidad de)

tes entre vellosidades coriónicas adyacentes. De esta manera,

feto — en realidad, los hijos de madres diabéticas a menudo son

dentro de la placenta se establece un patrón en diálisis del flujo

más grandes de lo normal para su edad gestacional (v. apart. 21.8).

sanguíneo de modo que los capilares fetales esencialmente se su­

Los aminoácidos son vitales para el feto durante su desarrollo

mergen en los espacios sanguíneos maternos.

en el útero. Son necesarios para la elevada tasa de síntesis p rotei­

2.

Durante la vida fetal, la placenta lleva a cabo las funciones que en el adulto realizan los pulmones, los riñones y el iracto gastroin­

ca que se produce durante el embarazo. Las concentraciones de la

testinal.

m ayor parte de los aminoácidos son mayores en el plasma fetal 3.

que en el plasma materno, lo que sugiere que los aminoácidos son

Numerosas sustancias, incluyendo el oxígeno, el d ióxido de car­ bono y los nutrientes esenciales, cruzan la placenta por difusión

transportados de manera activa a través de la placenta. En estu­

pasiva o mediante un transportador. A pesar de que la propia ba­

dios recientes con uso de técnicas de biología m olecular se ha de­

rrera placentaria es relativamente impermeable a las moléculas

mostrado la existencia en la placenta humana de transportadores

polares, la superficie disponible para el intercambio es inmensa,

específicos para todos los aminoácidos esenciales.

debido a la arborización considerable de las vellosidades corióni­

Los lípidos son de gran importancia en el desarrollo fetal. A

cas. El patrón en diálisis de la circulación sanguínea fetal y ma­

pesar de que los fosfolíp íd os no cruzan fácilm ente la barrera pla­

terna dentro de la placenta optimiza los gradientes de concentra­

centaria, los ácidos grasos libres son capaces de cruzarla y el feto

ción de los solutos, y garantiza un intercambio eficaz. 4.

recibe la m ayor parte de sus lípidos de esta forma. En la sangre

F.l oxigeno difunde pasivamente desde la sangre materna hasta la fetal, a pesar de que no se produce un equilibrio completo. F.l dió­

materna, los fosfolípidos son hidrolizados por enzimas de la su­

xido de carbono difunde en dirección contraria. La glucosa y los

p erficie placentaria y se forman ácidos grasos libres que difunden

aminoácidos se desplazan a través de la placenta desde el plasma

pasivamente a fa v o r de su gradiente de concentración hasta la

materno al fetal por un transporte mediado por transportador,

sangre fetal. Después alcanzan el hígado fetal, donde exp erim en­

mientras que los ácidos grasos libres difunden pasivamente a tra­

tan una reconjugación que los une en nuevos fosfolípidos.

vés de la barrera placentaria rica en lípidos. Los productos de de­ secho fetales, como la urea y la bilirrubina, difunden desde el plas­ ma fetal al materno a favor de sus gradientes de concentración.

Excreción de productos de desecho fetales mediante intercam bio placentario es preciso que se elim ine la bilirrubina resultante. Si no se elim i­ A l igual que el d ióx id o de carbono, que difunde desde la sangre

na y se perm ite que se acumule en la sangre fetal, la bilirrubina

fetal hasta la materna a través de la placenta, otros productos de

puede cruzar la barrera hematoencefálica y causar una lesión ce­

desecho se eliminan y excretan ju n to con los de la propia madre.

rebral de gravedad. En estas circunstancias los ganglios basales

Uno de los productos de desecho m etabòlico más im portantes es

son las regiones más afectadas, lo que da lugar a un proceso co­

la urea, un producto nitrogenado del m etabolismo de las proteí­

nocido como querníctero asociado con un deterioro permanente

nas. A pesar de que buena parte del metabolismo del feto partici­

de la función motora.

pa en la síntesis de nuevas proteínas estructurales, a lo largo del embarazo y el desarrollo fetal también se destruye una pequeña

21.6 La placenta como órgano endocrino

cantidad de tejidos, a m edida que se rem odelan los tejidos en de­ sarrollo. De hecho, alrededor del 4 0 % del nitrógeno total que pe­ netra en el feto en forma de aminoácidos transportados a través de

Además de su papel crucial en el transporte, descrito anterior­

la placenta desde la sangre materna termina en form a de urea, que

mente, la placenta también es un órgano endocrino sumamente

debe eliminarse. La excreción de la urea se produce por difusión

im portante. A l térm ino del embarazo suele pesar unos 650 g, y en

pasiva en fa v o r de su gradiente de concentración entre la sangre

ese m om ento es el m ayor órgano endocrino del cuerpo de la mu­

fetal y la materna.

je r embarazada. N o obstante, más significativa es su versatilidad.

Otro producto de desecho fetal de interés clínico considerable

La placenta secreta una amplia variedad de diferentes hormonas,

es la bilirrubina, producida por la degradación de la hem oglobi­

tanto péptidos com o esferoides, que son im portantes en el mante­

na. En adultos, la bilirrubina es conjugada por las enzimas hepá­

nim iento del embarazo y en la preparación del organism o para el

ticas para form ar glu cu rónido de la bilirrubina. El glucurónido es

parto y la lactancia. Las principales hormonas peptídicas secreta­

hidrosoluble y, por consiguiente, puede excretarse sin dificultad.

das por la placenta son:

Sin embargo, el hígado fetal es relativam ente inm aduro y no po­ see la cantidad suficiente de enzimas de conjugación. Durante la

•

Gonadotropina coriónica humana (hCG).

vid a fetal se produce una destrucción significativa de hematíes y

•

Lactógeno placentario humano (hPL).

512

21 Fecundación, embarazo y lactancia

Los principales esteroides placentarios son:

cimiento como con la prolactina, dos hormonas secretadas por la adenohipófisis. A l igual que estas hormonas, el hPL estimula el cre­

*

Estrógenos.

cimiento somático y la secreción láctea, aunque sólo débilmente. Su

•

Progesterona.

principal acción es facilitar la proliferación de tejido mamario du­ rante el embarazo para preparar la lactancia después del parto.

A continuación se considerará el papel fisiológico de cada una de estas hormonas.

Además de su acción mamotrópica, el hPL ejerce otros efectos metabólicos importantes que se relacionan, principalmente, con el ajuste de los niveles maternos de ciertos metabolitos, destinado a fa­ vorecer la captación fetal de éstos a través de la placenta, sin una de-

G onadotropina coriónica humana

pleción indeseable del plasma materno. Por ejemplo, los valores ma­ ternos de glucosa tienen tendencia a aumentar bajo la influencia del

Esta hormona se ha descrito con detalle en el apartado 21.3. La se­

hPL como consecuencia de la inhibición de la captación de glucosa

creta, ya en un estadio muy temprano del embarazo, el tejido trofo-

en las células (es el llamado efecto antiinsulina o diabetogénico). Pa­

blástico del embrión, y se considera que es la señal que permite a la

rece que la hPL inhibe también la gluconeogénesis (la síntesis de

madre reconocer la existencia de un óvulo fecundado. Es una hor­

glucosa a partir de aminoácidos), lo que da lugar a un aumento de

mona luteotrópica potente que prolonga la vida del cuerpo lúteo más

los niveles maternos de aminoácidos; un aumento de la lipólisis, en

allá de los 12-14 días normales. Como consecuencia, continúa la se­

cambio, produce un incremento de los ácidos grasos libres plasmá­

creción de progesterona, no se produce la descamación del endome-

ticos. Se considera que mediante estas acciones el hPL contrarresta

trio y se inhibe la actividad contráctil espontánea del miometrio. La

la disminución de los metabolitos, que de otro modo se produciría

progesterona secretada por el cuerpo lúteo es necesaria durante las

por la captación fetal, y garantiza el mantenimiento de gradientes

primeras 6-8 semanas del embarazo. Pasado este tiempo, la placenta

favorables de nutrientes importantes para el transporte placentario.

constituye la principal fuente de progesterona y se dice que el em­

La m onitorización de los niveles de hPL durante el embarazo

barazo es autónomo. De hecho, los niveles de hCG disminuyen súbi­

puede tener importancia clínica. El h P L puede determinarse con

tamente después de unas 10 semanas, aunque la placenta continúa

precisión y de manera simple con diversas técnicas, entre las cua­

produciendo esta hormona durante el resto del embarazo (fig. 21-4).

les el radioinmunoanálisis, y sus niveles en el plasma materno

Adem ás de su papel luteotrópico, se han atribuido a la hCG

proporcionan una indicación valiosa de la suficiencia placentaria.

otras acciones. Se ha sugerido que la hCG puede ejercer un efecto

A pesar de que algunos embarazos llegan a térm ino satisfactoria­

directo sobre el hipotálam o materno inh ibien do la síntesis de FSH

mente en ausencia de hPL (p. ej., en el caso de deficiencias gen é­

y LH. Si es asi, contribuiría a la supresión de la ovulación duran­

ticas específicas), una disminución de los niveles de esta hormona

te el embarazo. La hCG también parece poseer una actividad in-

im plica, en general, un riesgo fetal.

munosupresora que im pide qu e la madre rechace el feto com o si fuera un tejid o extraño. La hCG ejerce un efecto estimulador sobre las células de Leyd ig de los testículos en el feto del hom bre e in tervien e en la d ife ­

Otras hormonas polipeptídicas placentarias

renciación del tracto reproductor masculino. Los niveles plasmá­ ticos de hCG son elevados durante el período de desarrollo del

Además de las dos principales hormonas polipeptídicas placenta­

conducto de W o l f f y en los prim eros estadios de la diferenciación

rias, la placenta produce un gran número de otras proteínas. Con­

de los genitales externos (v . cap. 22).

tinúan descubriéndose nuevos agentes, pero a la m ayoría de ellos

Parto

Lactógeno placentario humano En la figura 21-4 se muestra el patrón de secreción de esta hor­ mona (en ocasiones conocida com o somatomamotropina coriónica humana o hCS). La figura muestra que el hPL empieza a aparecer en la circulación materna aproxim adam ente en el m om ento en que los niveles de hCG empiezan a disminuir, en torno a las 8 se­ manas de embarazo. Los niveles de hPL continúan aumentando durante el em barazo y alcanzan un m áxim o en torno a las 35 se­ manas de gestación. Esta hormona es secretada por el tejid o sincitiotrofoblástico de la placenta y, a diferencia de la hCG, que apa­ rece por igual en las circulaciones fetal y materna, el hPL es se­ cretado preferentem ente en la sangre materna. A l igual que la hCG, el lactógeno placentario humano se rela­

fig . 21-9.

Niveles plasmáticos de las diversas hormonas esteroideas

ciona estructural y funcionalmente con otras hormonas peptídicas.

durante el embarazo. Obsérvese que la secreción de progesterona predo­

Muestra un alto grado de homología tanto con la hormona del cre­

mina durante toda la gestación, y sólo disminuye después del parto.

21.7 El feto nace unas 38 semanas después de la concepción: ¿qué desencadena el parto?

no se les han atribuido todavía acciones específicas. Entre los péptidos placentarios más importantes se identifican una FSH coríóníca y una tirotropina coriónica. Estas hormonas tienen un va ­

Resumen 1.

La placenta secreta una amplia variedad de hormonas pcptidicas

2.

T.as principales hormonas peptídicas son la gonadotropina corió­

lor clínico en la evaluación de los posibles riesgos de insuficiencia placentaria en el feto.

513

y esteroideas. nica humana (hCG) y el lactógeno placemario humano (hPL). 3.

La hCG es un potente agente luteotrópico cuya función esencial parece ser prevenir la regresión del cuerpo lúteo para garantizar

La placenta secreta grandes cantidades de progesterona y estrógenos

la secreción continuada de progesterona durante las primeras se­ manas de embarazo. 4.

El hPL se empieza a secretar aproximadamente a las 10 semanas de embarazo. Contribuye a los cambios proliferativos observados en

En el capítulo 20, apartado 20.8, ha quedado claro que para que

el tejido mamario que preparan para la lactancia y ejerce importan­

un embarazo llegue a térm ino satisfactoriamente es decisiva la

tes efectos metabólicos en la madre. Produce un aumento de los ni­

presencia de cantidades suficientes de la hormona esteroidea p ro­

veles plasmáticos maternos de glucosa, aminoácidos y ácidos gra­

gesterona. N o se ha registrado ningún caso de embarazo asociado

sos libres. Se considera que estas acciones garantizan el transporte

con una secreción insuficiente de progesterona que evolu cion e de manera normal. Durante las primeras semanas después de la con­

placentario de metabolitos esenciales desde la madre hacia el feto. 5.

Las hormonas esteroideas son producidas en grandes cantidades

cepción, el cuerpo lúteo suministra la progesterona, que persiste

por la placenta durante todo el embarazo. La progesterona es

gracias a la secreción de hCG. Sin embargo, hacia las 8 semanas, la

esencial para que el embarazo llegue a término satisfactoriamen­

placenta está bien establecida y empieza a producir grandes can­

te. La placenta es la fuente principal de este esteroide que empie­ za a segregar alrededor de la semana 10. La progesterona mantie­

tidades de progesterona. Durante el resto del embarazo esta p ro­

ne el endometrio y reduce la excitabilidad miometrial, a la vez

ducción placentaria es m uy elevada. En la figura 21-9 se ilustra el patrón de secreción de esta hormona. Para hacerse una idea de la tasa de secreción de progesterona, es útil tener en cuenta que du­ rante los últimos meses de embarazo se produce a un ritm o de

que estimula el desarrollo mamario para facilitar la lactancia. 6.

La placenta secreta diversas hormonas estrogénicas, tanto de origen materno como fetal. No está claro su papel preciso en el embarazo, aunque parece que preparan el organismo para el parto y la lactancia.

250-350 mg • día ', comparados con los 20 m g ■día"' de la fase luteínica del ciclo menstrual. El tejido placentario es capaz de sinte­ tizar progesterona sin necesidad de precursores, de m odo que los niveles de esta hormona durante el embarazo están determinados

y, ju n to con el hPL, estimulan la proliferación del tejido mamario.

exclusivam ente por la capacidad de biosíntesis y secretora de la

Tam bién podrían desempeñar un papel en el inicio del parto, se­

propia placenta. Por ello, los niveles plasmáticos proporcionan

gún se describirá con m ayor detalle más adelante.

otro valioso índice clínico del rendim iento de la placenta. ¿Por qué es tan im portante la progesterona durante el emba­ razo? Se han sugerido diferentes funciones que podría desempe­ ñar la progesterona durante el embarazo, pero las más im portan­ tes parecen ser el mantenimiento de un m iom etrio quiescente y la

21.7 El feto nace unas 38 semanas después de la concepción: ¿qué desencadena el parto?

© MASSON, S.A. Fotocopiar sin autorización es un delito.

prevención de la descamación endom etrial antes de la placentación. Tam bién son acciones significativas de este esteroide la esti­

A l igual que en todos los mamíferos, en el ser humano la duración

mulación del desarrollo mamario, la supresión de la ovulación y la

del embarazo es notoriam ente constante

inhibición del rechazo inmune del embrión.

después del inicio de la última menstruación o 38 semanas des­

finaliza 40 semanas

Además de progesterona, la placenta secreta grandes cantida­

pués de la concepción— . Esta constancia sugiere que existe un

des de otras hormonas estrogénicas, entre las cuales la estrona, el

desencadenante bien coordinado del pa rto (el proceso de exp u l­

estriol y el 17(3-estradiol. En la figura 21-9 se muestran los patro­

sión del feto). Lamentablemente, no está clara la naturaleza exac­

nes de secreción de estas hormonas. Comparando estos valores

ta de este desencadenante. La pregunta fundamental que es p re­

con los observados en mujeres no embarazadas, es posible hacer­

ciso abordar es ¿cuál es el mecanismo que desencadena el paso

se una idea de la tasa de secreción de estrógenos durante el emba­

desde un estado de embarazo estable, con una actividad miomé-

razo. En un estado de no embarazo, el principal estrògeno (secre­

trica mínima, hasta un estado en el que el cuello uterino se dilata

tado por el folícu lo en desarrollo) es el 17p-estradiol, y durante el

y el m iom etrio se contrae para expulsar el feto?

embarazo los niveles de esta hormona aumentan unas 100 veces.

¿Cuáles son las señales críticas que con tribuyen a terminar el

Los niveles circulantes de otros estrógenos son incluso mayores.

embarazo? Durante los últimos años, se han hecho esfuerzos de

¿Cuál es el papel de los estrógenos en el embarazo? Esta pre­

investigación considerables para tratar de arrojar más luz sobre

gunta sigue sin respuesta. A pesar de que es habitual que duran­

esta cuestión. La m ayor parte de estas investigaciones se han lle­

te toda la gestación existan niveles elevados de estrógenos, se co­

vad o a cabo en pequeños animales de laboratorio, com o la rata, y

noce la existencia de embarazos que han llegado a térm ino satis­

en animales domésticos más grandes, en especial la oveja. En la

factoriam ente con niveles m uy bajos de estrógenos. N o obstante,

actualidad es eviden te que no existe un único desencadenante del

parecen intervenir en la preparación del organism o para el alum­

inicio del parto, sino que se trata de una com binación de diferen­

bramiento y para la lactancia. Se cree que relaja la sínfisis pùbica

tes factores, tanto físicos como endocrinos.

514

21 Fecundación, embarazo y lactancia

Los factores físicos que contribuyen más probablemente al ini­

•

Frecuentemente, los fetos anencefálicos (es decir, los fetos en

cio del parto son la distensión del miometrio y la insuficiencia pla-

los que el cerebro está ausente o presenta una lesión de gra­

centaria. La musculatura uterina o m iom etrio se distiende progresi­

vedad) nacen posmaduros; es decir, pasado el tiem po norma

vamente a medida que el feto crece durante el embarazo, se vu elve

de embarazo.

más fina y su excitabilidad aumenta. Una v e z que se ha alcanzado

En la oveja, la adm inistración de cortisol o A C T H al feto prc

un cierto n ivel de excitabilidad, se desarrollan contracciones es­

voca un parto prematuro.

pontáneas que tienden a desplazar el contenido del útero hacia el cuello uterino. Pequeñas áreas de m iom etrio actúan como células

Dichos hallazgos han gestado la idea de que la maduración de la

marcapasos, iniciando los potenciales de acción que serán conduci­

corteza suprarrenal fetal es, en cierto modo, responsable de deser

dos a través del miometrio. que se comporta com o un sincitio.

cadenar el parto. Utilizando un análisis sensible para el cortisol er

El segundo factor físico que puede desempeñar un papel en el

la oveja, se ha demostrado que el cortisol plasmático fetal aument.

proceso del parto es la incapacidad creciente de la placenta para

de 15 a 20 días antes de que el embarazo llegue a término. Este au­

satisfacer unas necesidades nutricionales cada v e z m ayores del

mento se correlaciona con un incremento de la actividad enzimán-

feto. Después del prim er trim estre de embarazo, el crecim iento

ca suprarrenal fetal y con la abundancia de receptores de AC TH en

del feto supera al de la placenta y los capilares fetales tienden a

las células corticales suprarrenales. Como sería de prever, los n ive­

obstruirse con la presencia de coágulos y otros detritos a medida

les de A C T H fetal parecen aumentar a medida que se aproxima e.

que el embarazo se acerca al final. Como consecuencia, la placen­

final del embarazo, y el núcleo paraventricular del hipotálame

ta es menos eficaz com o órgano de intercam bio, y, a pesar de que

muestra un m ayor contenido de CRH y de arginina vasopresina, las

es difícil verificarlo experim entalm ente, esta disminución de su

hormonas que actúan com o factores liberadores de A C T H (v. cap

eficacia parece contribuir al in icio del parto.

12). Todavía no se han dilucidado los mecanismos subyacentes a esta serie de cambios fetales observados al térm ino del embarazo

El feto puede controlar el m om ento del parto Sigue siendo una incógnita si los cambios físicos descritos p revia­ mente son un factor verdaderam ente s ign ifica tivo en el desenca­ denam iento del parto. Sin embargo, está claro que en ello inter­ vienen diversos factores hormonales — com o m ínim o en otras es­ pecies— . Diversas observaciones apoyan la creencia de que el sistema endocrino del mismo feto desempeña un papel clave en el desencadenamiento de su propio parto. Por ejemplo:

A l térm in o de la gestación el útero se lib era del «b lo q u e o de p ro g e s te ro n a » que ha p red om inad o durante el em barazo Los hallazgos experim entales descritos anteriorm ente sugieren que el cortisol fetal desempeña un papel sign ifica tivo en el inicio del parto, com o m ínim o en algunas especies. Desde hace tiem po se reconoce que el patrón de secreción de otras hormonas también muestra cambios destacados a medida que avanza el embarazo. Durante la m ayor parte de éste, la secreción de progesterona placentaria supera la de estrógenos (a pesar de que también éstos se secretan en grandes cantidades; fig. 21-9). Naturalm ente, esto es

Maduración de la corteza suprarrenal fetal

vital para que el embarazo sea satisfactorio, puesto que la proges­ terona actúa com o relajante m iom etrial e im pide la expulsión pre­ matura del feto. Tam bién reduce la sensibilidad del músculo liso uterino a los agentes espasmogénicos. Por otra parte, los estróge­ nos aumentan la excitabilidad miometrial y su sensibilidad a otras

t CORTISOL

sustancias que pueden aumentar su actividad contráctil. Un úte­ ro preparado por los estrógenos es m uy sensible a agentes com o la histamina, la oxitocina, la aceíilcolina y las prostaglandinas, lo

Esteroidogénesis placenta ria

Resumen

----------1---------

1.

i Progesterona t Estrógenos

—

© I

madre como del feto. 2.

en la determinación del momento de su propio parto. 3.

Oxitocina (hipófisis materna)

La naturaleza del factor desencadenante del parto todavía no se ha dilucidado, pero es probable que el feto desempeñe un papel

Miometrio

I©

El parto es un proceso multifactorial integrado que incluye meca­ nismos diversos de los sistemas nervioso y endocrino, tanto de la

0

1

i PGF2u (de la placenta)

Parece ser que, en la placenta, el cortisol fetal inicia el paso de un predominio de la síntesis de progesterona a un predominio de la síntesis de estrógenos en los últimos días de embarazo. Los estró­ genos y otros agentes espasmogénicos, como la PGF,„ y la ox ito ­ cina, pueden aumentar aún más la contractilidad del miometrio y

Fig. 21-10.

Algunos factores endocrinos relacionados con el inicio del

parto. Un símbolo + indica una acción estimuladora.

desencadenar el parto.

21.7 El feto nace unas 38 semanas después de la concepción: ¿qué desencadena el parto?

515

que refleja las alteraciones en el potencial de membrana en repo­

be una secuencia hipotética de acontecimientos que daría lugar al

so de las células del músculo liso.

inicio del parto. En la figu ra 21-10 se muestra un diagrama de es­ tos acontecimientos.

E l c o rtis o l fe ta l in icia el cam bio del p red om in io de progesterona al de estrógenos

•

El cortisol fetal estimula la conversión de progesterona en es­ trógenos en la placenta y de este m odo desplaza la esteroido-

Es bien conocido que el cortisol estimula la conversión de pro­

génesís placentaria en favor de un factor estimulador miome-

gesterona en estrógenos en la placenta. A continuación se descri­

trial.

(a)

Estómago Hígado Intestino delgado Pared uterina

Ombligo materno

Ligamento redondo del útero

Colon descendente Cordón umbilical Trompa de Falopio izquierda Ovario izquierdo

Fig. 21-11.

a) Altura del fondo uterino a lo largo de

la gestación. Esta altura varía considerablemente en­ tre las distintas mujeres, pero, en general, hacia las

Sínfisis del pubis

20 semanas de gestación el fondo uterino suele estar aproximadamente a la altura del ombligo; b) posición y espacio ocupados por el feto a término. Se puede ob ­ servar el desplazamiento de las estructuras gastroin­ testinales y la compresión de la vejiga y el diafragma.

51 6

•

21 Fecundación, embarazo y lactancia

Los estrógenos, a su vez, estimulan la producción de prostaglandina F,„ (PG F,„) p or la placenta, lo que puede contribuir a aumentar las contracciones rítmicas del útero.

•

Las contracciones, a su vez, estimulan la secreción de oxitocina a partir de la neurohipófisis a través del reflejo descrito en el capítulo 12, apartado 12.2. La oxilocin a aumenta la excita­ bilidad de la musculatura durante el parto. Nunca se insistirá demasiado en que este esquema es puramen­

te especulativo, porque la naturaleza de las interacciones entre los cambios nerviosos y hormonales que se producen cuando el em­ barazo se acerca al final en absoluto está clara, incluso en especies bien estudiadas com o la oveja. Los conocim ientos sobre el parto humano son incluso más escasos, d ebid o a las lim itaciones éticas evidentes que entraña la investigación con seres humanos. Las pruebas con primates no humanos sugieren que se produ­ ce un aumento de la secreción de A C T H fetal justo antes del par­

Semanas de embarazo Fig. 21-12.

Flujo sanguíneo uterino en diversas fases del embarazo.

to, y que los niveles maternos de estrógenos aumentan cuando éste llega a término. Además, si se extrae el feto p ero n o la pla­ centa algunos días antes de la fecha prevista de parto, la exp u l­ sión de la placenta se retrasa hasta 50 días. Esto sugiere la inter­ vención del p rop io feto en el control del parto.

plazados o com prim idos progresivam ente por el útero en su au­ m ento de tamaño también progresivo. Además, las demandas de tipo mecánico impuestas sobre las estructuras del sistema musculoesquelético también se alteran significativam ente a lo largo de

21.8 Cambios fisiológicos maternos durante la gestación

la gestación. La figura 21-11 ilustra el crecim iento del feto y el es­ pacio ocupado por el útero en el interior del abdom en a lo largo de la gestación.

A lo largo de toda la gestación, el feto en crecim iento plantea de­ mandas metabólicas considerables a la madre, utilizando los re­ cursos maternos para garantizar su su pervivencia y desarrollarse

Cambios del sistema cardiovascular durante el em barazo

adecuadamente. F.n consecuencia, la anatomía, la fisiología y el m etabolismo del cuerpo de la m ujer sufren diversas alteraciones im portantes durante los meses del embarazo. Estas m odificacio­ nes crean las condiciones favorables en las que puede crecer el feto; además, preparan el tracto reproductor y las glándulas ma­ marias de la madre para el parto y la nutrición subsiguiente del

E l ga sto card ía co atiende las demandas de la placenta Durante el embarazo, el flu jo sanguíneo a través de la arteria ute­ rina se incrementa en aproxim adam ente seis veces (fig. 21-12).

recién nacido. Se observan variaciones in d ividuales considerables en la na­ turaleza e intensidad de las m odificaciones fisiológicas y anatómi­ cas que presenta el cuerpo de la madre durante el embarazo. Sin embargo, característicamente durante el prim er trim estre de em­ barazo, (3 meses) las m odificaciones que tienen lugar persiguen el o b je tiv o de preparar el cuerpo de la madre frente a las demandas metabólicas adicionales que van a tener lugar durante las fases avanzadas de la gestación. La última fase de la gestación repre­ senta para el cuerpo de la madre un estado de «in an ició n acelera­ d a » en el que los nutrientes y los aminoácidos se conservan para su uso por parte del feto. A lo largo del embarazo puede haber cambios de carácter similar en casi todos los sistemas del cuerpo de la madre; en su m ayor parte, estos cambios se normalizan, tras el parto. Muchas de las m odificaciones señaladas, sobre todo du­ rante la parte final del embarazo, se deben a los im portantes cam­ bios que se producen en las relaciones espaciales de los órganos Duración del embarazo (semanasi

abdominales de la madre a causa del increm ento progresivo del espacio ocupado por el feto. En concreto, los órganos de los siste­

Fig. 21-13.

mas cardiovascular, respiratorio, renal y gastrointestinal son des-

tíes y el hematócrito durante el embarazo.

M odificaciones del volumen plasmático, la masa de hema­

517

21.8 Cambios fisiológicos maternos durante la gestación I Tam bién hay un aumento general en la tasa m etabólica materna

das progresivas de nutrientes por parte del útero y la placenta.

(v . más adelante). A consecuencia de estos cambios, el gasto car­

Tam bién facilita la elim inación de los productos de desecho

díaco de la madre aumenta en un 30-50% entre las semanas 6 y 28

(v . apart. 21.5). Los soplos de carácter funcional son más frecuen­

de la gestación. Característicamente, este cam bio representa un

tes durante el embarazo d ebid o a que la circulación tiene una na­

increm ento de aproxim adam ente 4,5-6,0 1 • min '. El gasto cardía­

turaleza más dinámica.

co se eleva a consecuencia de las m odificaciones de la frecuencia cardíaca (de 70 a 80-90 lat./min) y del volum en de eyección, que se incrementa en alrededor de un 10% . A pesar del aumento del flu jo sanguíneo uterino (fig . 21-12) puede haber una ligera dism i­ nución del gasto cardíaco en la parte final del embarazo d ebido a

Cam bios en el volum en y la com posición de ¡a sangre m aterna Los cambios que tienen lugar en el volum en plasmático y en la masa

la obstrucción parcial de la vena cava in ferior por el útero. El gas­

de hematíes a lo largo del embarazo se ilustran en la figura 21-13.

to cardíaco aumenta de n u evo durante el parto pero después se

El volum en plasmático aumenta en aproximadamente un 50% , de

reduce rápidamente, de manera que hacia las 6 semanas del parto

manera que se incrementa el volum en total de la sangre circulante.

se vu elven a alcanzar los valores anteriores al embarazo. El incre­

N o obstante, la masa de hematíes sólo se eleva en alrededor de un

mento del gasto cardíaco durante la gestación atiende las deman-

30% y , a consecuencia de ello, se suele observar una disminución

Cuadro 21.2 al embarazo

Preedampsia, eclampsia y síndrome HELLP: trastornos graves asociados

T.a enfermedad hipertensiva durante el embarazo es una causa importante de morbilidad v mortalidad perinatales. Muestra un amplio espectro de gravedad, desde los cuadros leves de preedampsia con sintomalología ¡nespecíñca también leve, hasta los cuadros floridos de eclampsia con com­ plicaciones potencialmente mortales. Un tercer trastorno relacionado con el embarazo es el denominado síndrome HELLP en el que aparecen al­ teraciones de la función hepática y de ciertas propiedades de las células sanguíneas. La preedampsia (PE) se observa en aproximadamente el 3% de los embarazos. Se caracteriza por hipertensión, presencia de proteínas en la orina (proteinuria) y, a menudo, edema. Fn la mayor parte de los casos se inicia después de la semana 20 de gestación v es más frecuente en el tercer tri­ mestre. La preedampsia leve se define por una presión arterial (P A ) de 18,6/12 kPa (140/90 mmHg) o por un incremento de 4 kPa (30 mmHg) en la l’ A sistólica y de 2 kPa (15 mmHg) en la PA diastólica, en comparación con los valores existentes antes del embarazo. La preedampsia se considera grave cuando la P A es de 21,3/14,6 kPa (160/110 mmHg) incluso durante el reposo en cama, y cuando la proteinuria alcanza un valor de 5 g/24 h. A pesar de que la preedampsia ha sido estudiada intensivamente, su fisiopatologia subyacente es poco conocida y su causa precisa desconocida. Aunque en la preedampsia aumentan tanto el gasto cardíaco como la resistencia periférica maternas (ambos factores contribuyen a la hipertensión), se considera que la placenta desempeña una función principal en este trastorno debido a que el alumbramiento de la misma se acompaña de una desaparidón de los signos y síntomas de preedampsia. La enfermedad también es más frecuente en los embarazos gemelares y en los cuadros de en­ fermedad hidatidiforme, en los que hay un incremento del tejido trofoblástico. El estudio microscópico del tejido trofoblástico en las pacientes con preedampsia revela algunas alteraciones interesantes. En los embarazos normales, las arterias espirales uterinas son infiltradas por el trofoblasto ha­ cia la semana 14-16 de la gestación. Debido a ello, las arterias se convierten en vasos de volumen elevado y resistencia baja que no responden a la vasoconstricción. Estas modificaciones incrementan al máximo la perfusión del lado materno de la placenta. En la preedampsia, la invasión de las arterias espirales por el trofoblasto parece ser incompleta y los vasos siguen presentando respuesta a los vasoconstrictores. En algunos estudios se han obtenido pruebas de disfunción endotelial en las mujeres con preedampsia. Parece existir una reducción en la secreción de sustancias vasodi­ latadoras endoteliales, junto con un incremento en la concentración del potente vasoconstrictor endotelina. Estas modificaciones pueden exacerbar todavía más la hipertensión y acelerar la progresión de las lesiones de los lechos capilares placentarios y de otras zonas de la circulación materna. El efecto neto de todos estos cambios posiblemente es la reducción del flujo sanguíneo en la placenta. En efecto, la preedampsia se asocia a menu­ do a retraso del crecimiento intrauterino del feto, posiblemente a consecuencia de la disminución en el aporte de nutrientes.

© MASSON, S.A. Fotocopiar sin autorización es un delito.

Aunque la preedampsia puede aparecer en cualquier embarazo, parece que hay un riesgo mayor de ella en las mujeres que presentan el embarazo en los extremos de la edad, en las que tienen su primer embarazo y en las que han tenido embarazos previos normales pero que ahora están embaraza­ das de una pareja distinta. Estos datos indican que en el desarrollo de la enfermedad pueden ser importantes los factores genéticos o inmunológicos. En una pequeña proporción de casos, la preedampsia evoluciona hasta transformarse en un trastorno potencialmente mortal denominado eclamp­ sia, en el que la hipertensión extrema altera la presión intracraneal causando convulsiones y coma. La madre muestra un riesgo significativo de hemorragia cerebral, insuficiencia renal y desprendimiento placentario (la placenta comienza a separarse de la pared uterina, causando una he­ morragia masiva). La eclampsia se observa en aproximadamente el 0,05% de todos los partos y, en estos casos, la tasa de mortalidad fetal es del 13 al 30%, mientras que la de mortalidad materna es del 8 al 36% , según la rapidez con la que se establece el diagnóstico, las medidas terapéuti­ cas adoptadas y la rapidez con la que se realiza el parto. En ocasiones, la preedampsia puede evolucionar hacia otro trastorno denominado síndrome HELLP que cursa con hemolisis (H), elevación de las pruebas de f unción hepática (EL) y recuento plaquetario bajo (menos de 100 X 10b/I ‘ ) (I.P). F.ste proceso, caracterizado por náuseas, malestar y d o­ lor abdominal, afecta hasta el 10% de las mujeres con preedampsia grave y al 30-50% de las mujeres en las que hay evolución hacia eclampsia. Sin embargo, en algunas pocas pacientes el síndrome HELLP puede aparecer sin antecedentes de hipertensión o proteinuria. Aunque los síntomas pueden ser inespecíficos y relativamente leves, la necrosis hepatocelular y los problemas hemorrágicos subyacentes asociados a trombocitopenia son potencialmente mortales incluso en las mujeres que no presentan una hipertensión grave.

SI 8

21 Fecundoción, embarazo y lactancia

del contenido de hemoglobina en la sangre materna durante el em­

pequeñas disminuciones en los volúm enes respiratorios que se

barazo. Las cifras que se han publicado muestran variaciones, pero

exponen a continuación, d ebid o posiblem ente a la obstrucciór.

la disminución más habitual del contenido de hemoglobina estaría

causada por el útero al com prim ir el diafragm a en dirección supe­

entre los valores 13,3 y 12,1 g • di 1 de sangre. A pesar de que du­

rior:

rante el embarazo es normal un cierto grado de anemia por dilu­ ción, pueden ser necesarios los suplementos de hierro cuando las

Capacidad residual funcional (2 0 % ).

concentraciones de hem oglobina disminuyen significativamente

•

Volum en de reserva espiratoria (2 0 % ).

(v. también apart. 21.9). Otros cambias que tienen lugar en la com­

•

Volum en residual (2 0 % ).

posición de la sangre materna son el pequeño incremento del re­

•

Capacidad pulm onar total (5 % ).

cuento leucocitario y la disminución del recuento plaquetario (a pesar de que las cifras de leucocitos y de plaquetas suelen ser nor­

Por el contrario, el volum en corriente puede aumentar hasta ur.

males; v. cap. 13, tabla 13-2). N o obstante, a pesar de la disminu­

4 0 % hacia el final del embarazo, y tam bién hay un incremento li­

ción de las plaquetas, el embarazo se suele considerar un «estado de

gero en el perím etro torácico. Las mujeres embarazadas sueler

hipercoagulación» debido a que generalmente están aumentados

presentar una disnea de grad o le v e al realizar ejercicio físico, es­

los niveles de fibrin ógen o y de factores VT1-X. En consecuencia,

pecialm ente en las fases tardías del embarazo; esta disnea se pue­

hay un riesgo m ayor de trombosis venosa profunda.

de asociar a una alcalosis respiratoria m uy leve (el pH plasmática aumenta hasta aproxim adam ente 7,44).

Los cam bios en la presión a rte ria l m aterna están relacionados con el volum en circu la n te y con la resistencia p e rifé ric a

La progesterona causa hiperemia y edema en los tejidos de. tracto respiratorio, lo que en algunas mujeres puede inducir con­ gestión nasal, obstrucción de la trompa de Eustaquio y modifica ciones en las características de la voz.

La presión arterial sistèmica materna muestra algunas m odifica­ ciones interesantes a lo largo de la gestación que se deben a los cambios en el volum en sanguíneo y en la resistencia vascular pe­ riférica. A pesar del increm ento del gasto cardíaco ya descrito, la presión arterial suele dism inuir durante el segundo trimestre de gestación respecto al valor anterior al embarazo d ebido a que la

La función renal y el e q u ilib r io hídrico corporal de la madre reflejan los cambios cardiovasculares

circulación placentaria está en fase de expansión y a que dismi­ nu ye la resistencia vascular periférica. La disminución caracterís­

Muchas de las m odificaciones más im portantes que tienen lugar

tica hacia la parle media del embarazo es de aproxim adam ente

durante el embarazo en la función renal y en la homeostasia de

0,66-1,32 kPa (5-10 m m H g) en la presión sistòlica y de 1,32-

los líqu idos corporales se pueden exp licar a través de los cam­

1,98 kPa (10-15 m m H g) en la presión diastólica. La consecuencia

bios de la función cardiovascular ya expuestos. A m edida que

es un pequeño increm ento en la presión diferencial (la diferencia

aumenta el gasto cardíaco, se observa un increm ento del flu jo

entre las presiones sistòlica y diastólica). La presión arterial pue­

sanguíneo renal y , en consecuencia, un aum ento de la tasa de fil­

de aumentar ligeram ente en la parte final del embarazo y durante

tración glom erular (TFG ) del 30 al 50% . Los valores máximos de

este trimestre final se suele m onitorizar con gran detalle d ebid o a

la TFG se registran aproxim adam ente a las 16-24 semanas de ges­

que cualquier aumento sign ificativo, especialmente asociado a

tación. A m edida que aumenta la función renal, las concentra­

edema o proteinuria (excreción urinaria de proteínas), puede in­

ciones plasmáticas maternas de urea y creatinina pueden dismi

dicar un cuadro de preeclampsia (un trastorno potencialm ente

nuir en com paración con los valores anteriores a la gestación

mortal tanto para la madre com o para el feto) (cuadro 21.2).

(4-7 mmol • l ' 1 y 100 jtm ol • 1~‘) hasta cifras de 3,6 m mol • 1 1 y 60 (Im ol 1 *, respectivam ente. Hacia el final del embarazo, el úte­ ro en expansión com ienza a com prim ir la vena cava in ferior y

El sistema respiratorio m aterno está in flu id o por el aumento de tamaño del feto

puede dism inuir ligeram ente el flu jo sanguíneo renal. Este efec­ to se denom ina estasis posicional. Puede dar lugar a una dis­ m inución ligera de la TFG al final de la gestación. En la fig u ­ ra 21-1 I b se puede observar qu e los órganos abdom inales son desplazados y com prim idos por el feto en aumento p ro gresivo de

Norm alm ente, durante el embarazo los cambios que tienen lugar

tamaño, de manera que la presión ejercida sobre los uréteres

en la función respiratoria de la madre son relativam ente poco sig­

puede dar lugar a reflu jo de orina im pid ien d o su paso lib re hacia

nificativos; no obstante, estos cambios se pueden atribuir a las

la vejiga. Este efecto, ju n to con los efectos directos de relajación

m odificaciones posicionales secundarias al increm ento de tamaño

del músculo liso ejercidos por la progesterona, puede inducir

del útero o a los efectos de la progesterona placentaria. En la mu­

una dilatación de los uréteres.

jer embarazada, algunos parámetros respiratorios no sufren nin­

Muchas mujeres embarazadas muestran un increm ento en la

gún tip o de m odificación. Entre ellos, la capacidad vital, la fre­

frecuencia de la m icción. H ay varias razones para ello. Durante

cuencia respiratoria y el volum en de reserva inspiratoria.

los trimestres de gestación prim ero y segundo, el increm ento del

Adem ás, la PO, en la sangre arterial tam poco se m odifica por

flu jo de orina refleja posiblem ente el aum ento de la función re­

la gestación. Sin em bargo, hacia el final del em barazo se observan

nal. En las semanas finales, a m edida que el fe to aumenta tanto

21.8 Cambios fisiológicos molernos durante la gestación

S19

de tamaño com o de activid ad , posiblem ente tiene lugar una com ­

ción en la secreción de A D H , de manera que aumentarían las

presión de la vejiga que puede dar lugar a tenesmo vesical y mo­

cantidades de orina diluida eliminadas. Esto no parece ocu rrir

lestias.

durante el em barazo, d ebid o posiblem ente al reajuste de los osm orreceptores hipotalám icos hasta un umbral m enor a lo largo

M u chas de las horm onas que actúan sobre los túbulos renales m uestran variaciones en su secreción a lo largo del em barazo

de la gestación. Muchas mujeres embarazadas muestran un aumento de la sed. Este efecto puede ser d ebido al increm ento en los niveles circu­ lantes de angiotensina, una hormona que estimula la sed. El au­

Las células granulares de la arteriola aferente aumentan la secre­

m ento del consumo de agua puede contribuir al increm ento del

ción de renina en respuesta al increm ento de la estimulación es-

volum en extracelular en el embarazo.

trogénica durante el em barazo (v . fig . 17-3), lo que — a su v e z— induce un increm ento en las concentraciones plasmáticas de angiotensina (v . fig. 17-19). Este efecto debería causar un incre­ m ento de la presión arterial, pero al mismo tiem po tiene lugar una reducción de la sensibilidad de los vasos sanguíneos fren te a estas hormonas, lo que parece anular cualquier efecto hiperten-

Las m odificaciones leves de la función gastrointestinal son frecuentes durante el em barazo

sivo. N o obstante, el aum ento en la concentración de angiotensina estimula la secreción de aldosterona por parte de la corteza su­

La m ayor parte de las mujeres embarazadas presentan náuseas y

prarrenal. Hacia el final de la gestación, la secreción de aldoste­

vóm itos, especialm ente durante las primeras 12-14 semanas del

rona pueden ser 6-8 veces m ayor que la que tiene lugar en la

embarazo. Tras este período, los síntomas suelen ser menos inten­

m ujer no embarazada. La aldosterona estimula la reabsorción de

sos y a menudo desaparecen p or com pleto; no obstante, en algu­

sal y agua a partir del líq u id o tubular distal, de manera que se

nos pocos casos pueden persistir durante toda la gestación (un

equilibra el aumento de la filtración de agua y sal secundario al

trastorno denom inado hiperemesis gravídica). La causa precisa de

increm ento de la TFG.

este problem a durante las fases tempranas del embarazo no ha

La progesterona, segregada por la placenta en cantidades muy

sido aclarada, pero parece estar en relación con el aumento de la

elevadas, induce efectos de elim inación de sodio y retención del

secreción de hCG por parte sinciliotrofoblasto durante las prim e­

potasio en el túbulo renal. Estos efectos son directam ente contra­

ras 10-12 semanas tras la fecundación (v . apart. 21.6).

rios a los inducidos por la aldosterona, que favorece la excreción

El estreñim iento es otra característica frecuente del embarazo

de potasio y la retención de sodio. En consecuencia, ambas hor­

y, aunque puede aparecer en cualquier fase, es más frecuente en

monas esteroideas compensan entre sí sus efectos durante el em ­

las etapas tardías a m edida que el útero aumentado de tamaño

barazo, aunque, en cualquier caso, puede haber un pequeño gra­

com prim e el recto y la parte in ferior del colon. H ay otros facto­

do de retención tanto de potasio com o de sodio. Este efecto pue­

res que tam bién pueden con tribuir al estreñim iento durante la

de contribuir a la expansión del volum en líqu id o corporal total

gestación; entre ellos, la relajación del m úsculo liso del colon por

que se observa durante la gestación.

influencia de la progesterona placentaria, y la reducción del con­ tenido de agua en las heces a consecuencia del increm ento en la absorción de agua por parte del colon en respuesta al aumento en

El agua corporal total aumenta en 6-8 1 durante el em barazo

las concentraciones de angiotensina II y aldosterona (v . anterior­ mente). Durante el embarazo tiene lugar la reducción o el retraso de

€> MASSON, S.A. Fotocopiar sin autorización es un delito.

muchos aspectos de la función del tracto gastrointestinal, p rin ci­ El increm ento del volum en de agua en el cuerpo de la mujer em­

palm ente a consecuencia de la relajación del músculo liso del

barazada con tribuye significativam ente al increm ento del peso

tubo d igestivo en respuesta a la progesterona. P or ejem plo, el va­

corporal global que se observa normalmente durante la gestación

ciam iento gástrico es más lento y hay una dism inución g lob al de

(v . apart. 21.9). El volum en del líqu id o extracelular aumenta en

la m otilidad gastrointestinal. La relajación del esfínter esofágico

alrededor de 3 1 al final de la gestación; aproxim adam ente, la m i­

inferior, especialm ente por las noches y durante las fases finales

tad de este volum en corresponde a plasma y la otra mitad a líqu i­

del embarazo, puede facilitar la regu rgitación del contenido gás­

do intersticial. En algunas mujeres aparece un edema im portante

trico ácido hacia el esófago, con eructos y pirosis. Adem ás, la

durante el embarazo d ebido a la expansión del com partim ento lí­

com presión que ejerce el feto sobre el diafragm a y los órganos

qu ido extracelular. Siem pre y cuando no se asocie a hipertensión

abdominales, especialm ente cuando la madre adopta la posición

o proteinuria, se considera normal un pequeño grado de edema

de decúbito, puede increm entar las molestias y la posibilidad de

durante el embarazo.

reflujo.

Adem ás de la expansión del com partim ento extracelular, la

Durante el em barazo puede dism inuir la secreción de ácido

osm olalidad plasmática puede dism inuir durante la gestación en

gástrico, con m ejoría de las úlceras pépticas. Sin em bargo, son

hasta 10 mosmol • kg. Esta dism inución se puede explicar, al

frecuentes los cálculos biliares d ebid o a la lentitud cada v e z ma­

menos en parte, p or la reducción de las concentraciones de urea

y o r del flu jo de bilis a consecuencia de la relajación del múscu­

y creatinina ya señalada. En la m ujer no embarazada, esta dis­

lo liso. Las concentraciones cada v e z m ayores de progesterona

m inución quedaría contrarrestada norm alm ente por la reduc­

pueden ind u cir tum efacción y edema en las encías, qu e mués-

52 0

21 Fecundación, embarazo y lactancia

tran un aspecto edem atoso y que tienen más facilid ad para san­

Resumen

grar. 1.

A lo largo de todo el embarazo, aparecen modificaciones en los sis­ temas principales del organismo de la madre. Muchas de estas mo­ dificaciones persiguen el mantenimiento de las condiciones favo­

Durante el em barazo se alteran las funciones de la m ayor parte de las glándulas endocrinas

rables para el desarrollo fetal y para la preparación del cuerpo de la madre respecto al parto y a la nutrición posterior del recién na­ cido. Otras modificaciones son la consecuencia inevitable de los cambios progresivos en las relaciones espaciales de los órganos ab­ dominales maternos, a consecuencia del crecimiento del feto.

Los efectos específicos de las hormonas placentarias progestero­

2.

Durante la gestación se modifican muchos aspectos del sistema

na, estrógenos, hCG y hPL se describen en el apartado 21.6. N o

cardiovascular materno. Aumentan tanto la frecuencia cardiaca

obstante, el embarazo también m odifica la función de la m ayor

como el volumen de eyección. Estas modificaciones originan un

parte de los demás tejidos endocrinos del cuerpo. Estas m odifica­

aumento del gasto cardiaco que satisface el aumento de las de­

ciones tienen lugar, en parte, a través de las acciones de las pro­

mandas de nutrientes por parte del útero y la placenta, asi como las necesidades de eliminación de desechos metabólicos. La pre­

pias hormonas placentarias y, en parte, d ebid o a que muchas hor­

sión arterial suele disminuir hacia la parte media del embarazo, a

monas (especialm ente los esteroides) circulan a través de la sangre

medida que se reduce la resistencia periférica: no obstante, pue­

en com binación con proteínas plasmáticas cuyos niveles están al­

de aumentar ligeramente hacia el final de la gestación. El volu­

terados con frecuencia durante el embarazo.

men plasmático materno total aumenta y, a pesar de que también

La placenta segrega d iversos factores horm onales cuyos

se incrementa la masa de hematíes, se observa a menudo una ane­

efectos son sim ilares a los de las horm onas tróficas de la ade-

mia por dilución con una reducción característica del contenido

nohípófisis. U no de estos factores, con características similares a la horm ona estim ulante del tiroid es segregada p or la adenohi-

de hemoglobina de aproximadamente el 8-10%. 3.

I.as modificaciones de la función respiratoria de la madre se d e­

p ófisis (T S H ), estimula la fu n ció n tiroidea y la secreción de ti­

ben principalmente a los cambios posicionales asociados al au­

roxin a. En ocasiones, esta estim ulación puede in d u cir síntomas

mento de tamaño del útero y a la compresión del diafragma por parte del mismo.

similares a los d el h ip ertiro id ism o com o taquicardia, palp ita­ ciones, sudoración excesiva y ansiedad; no obstante, en la ma­

4.

las modificaciones de la función cardiovascular. 1j filtración glo­

y o r parte de las m ujeres tam bién aumentan los valores plasmá­

merular aumenta hasta en un 50% y se observan modificaciones

ticos de glob u lin as de unión a tiroxin a, de manera qu e el resul­

pequeñas en las concentraciones plasmáticas de urea y crcatinina.

tado es qu e no se m odifican las concen traciones plasmáticas de

Durante la gestación hay un aumento en la secreción de renina v

tiroxina.

aldosterona. El agua corporal total aumenta en 6-8 1 durante la

La placenta también segrega una sustancia similar a la A C T H

gestación, y la osmolalidad plasmática disminuye en aproximada­

que estimula la secreción de hormonas p or parte de la corteza su­ prarrenal. así com o hormona estimulante de los melanocitos

Los cambios en la función renal materna se pueden explicar por

mente 10 mosmol - kg *. 5.

Son frecuentes durante el embarazo las alteraciones ligeras de la

(M SH ), que induce un increm ento de la pigm entación cutánea.

función gastrointestinal, con náuseas, vómitos y estreñimiento.

Posiblemente, este últim o efecto explica el fenóm eno relativa­

La relajación del músculo liso gastrointestinal en respuesta a la

mente frecuente denom inado máscara del em barazo (melasma), en

progesterona induce una reducción tanto de la motilidad como de la actividad secretora.

el que aparece una pigm entación en forma de manchas en la fren ­ te y las mejillas. Tam bién aumenta la pigm entación de las areolas de los pezones y en ocasiones se observa una línea oscura en la parte media c in ferior del abdomen. Además, la resonancia mag­

6.

El embarazo modifica la función de la mayor parte de las glándu­ las endocrinas. La placenta segrega diversas hormonas cuyo efec­ to es similar al de varias hormonas producidas por la adenohipófisis. Durante la gestación hay modificaciones en la sensibilidad de

nética (R M ) demuestra que la hipófisis materna aumenta de tama­

los tejidos maternos frente a la insulina, con incremento de esta

ño durante el embarazo. Esta glándula aumentada de tamaño se­

sensibilidad durante las semanas iniciales y disminución de la mis­

grega cantidades adicionales tanto de A C T H com o de MSH, cuyos

ma al final del embarazo. Se observa diabetes gestacional en el

efectos se suman a los inducidos por los factores placentarios. En

1-3% de los embarazas.

algunos pocos casos, el increm ento de tamaño de la hipófisis du­ rante el embarazo puede ser suficiente com o para causar algunos trastornos visuales a consecuencia de la compresión del quiasma óptico, situado m uy cerca de la hipófisis. Durante el embarazo dism inuye la secreción adenohipofisaria

lugar en las glándulas mamarias para la síntesis y secreción de la leche. Su presencia también parece ser necesaria para la expresión

de hormona de crecim iento (G H ) y de las gonadotropinas 1SH y

de los efectos de los estrógenos y la progesterona en las glándulas

LH . Esta reducción está mediada por los efectos de feedback nega­

(v . apart. 21.10).

tiv o inducidos por el hPL (una potente hormona som atotrópica)

La relaxina es una hormona polipeptídica de eleva do peso

sobre la GH, asi com o por los efectos de los esteroides sexuales

molecular segregada por el cuerpo lúteo y p or el tejid o decidual

placentarios sobre la FSH y la LH. Por el contrario, se incrementa

del útero durante el embarazo. Parece inducir un efecto de madu­

la secreción de prolactina; hacia el final de la gestación, este in­

ración del cuello uterino y la relajación de los ligamentos pélvicos

crem ento puede ser de hasta ocho veces. La prolactina es parcial­

y de la sínfisis del pubis, así com o de los huesos de la p elvis, para

mente responsable de las m odificaciones preparatorias que tienen

acomodar el útero en expansión.

21.9 Requerimientos nutricionoles durante el embarazo

La secreción de h orm ona paratiroidea aumenta durante el em barazo

T ab la 21-1.

521

D istrib u ció n d e l in crem e n to d e l peso c o rp o ra l m a ter­

n o a las 40 semanas d e gestación P es o c o r p o r a l ( k g )

El embarazo es una causa im portante de agotam iento de las reser­

Feto

3,3-3,5

Placenta

0,65

su esqueleto en desarrollo. El resultado de ello es el riesgo de dis­

Volumen adicional de sangre

1,3

minución de la concentración plasmática de calcio en la madre.

Líqu ido amniótico

0,8

Para im pedir esta disminución, norm almente tiene lugar un in­

Aumento del peso del útero y las mamas

1,3

crem ento en la secreción de hormona paratiroidea a lo largo de la

Retención de líqu ido y tejido adiposo adicional

4,2-6,0

gestación. El grado le v e de hiperparatiroidism o incrementa las

Total

11,5-13.5

vas maternas de calcio, d ebido principalm ente a las demandas de

concentraciones plasmáticas de 1,25-dihidroxicolecalciferol que, a su vez, estimula la absorción intestinal de calcio. Estas m od ifi­ caciones son especialm ente importantes durante las primeras se­ manas del embarazo.

adecuado de las concentraciones plasmáticas de glucosa en la madre son aspectos clave para m inim izar este problem a. En mu­ chas clínicas de em barazo se realizan sistemáticamente pruebas

La diabetes gestacional es un trastorno relativam ente frecuente en las fases finales d el em barazo En las fases iniciales del embarazo, los tejid os muestran de fo r ­

de tolerancia a la glucosa.

21.9 Requerimientos nutricionoles durante el embarazo

ma característica un increm ento de la sensibilidad fren te a la in ­ sulina. En consecuencia pueden dism inuir ligeram ente las con­

Una nutrición adecuada es esencial antes de la fecundación y

centraciones plasmáticas de glucosa. En las fases finales, dism i­

también durante el embarazo para que existan las condiciones in­

nu ye la sensibilidad fren te a la insulina y puede aumentar la

trauterinas óptimas que perm itan mantener el desarrollo fetal, ga­

glucem ia. Estas m odificaciones reflejan el increm ento inicial en

rantizando al mismo tiem po el m antenim iento de un buen estado

los requerim ientos de glucosa por parte de los tejidos de la ma­

de salud de la madre a pesar de las demandas metabólicas nutri-

dre, así com o las necesidades de los tejidos fetales en desarrollo.

cionales adicionales del feto en desarrollo. La nutrición materna

A lo largo del em barazo se suele ob servar glucosuria d eb id o a la

insuficiente se asocia a un riesgo aumentado de que el feto mues­

com binación de aum ento de la concentración plasmática de g lu ­

tre un peso bajo tras el parto, de alteraciones fetales y de m ortali­

cosa, aum ento de la TFG y reducción de la reabsorción tubular

dad neonatal. El aum ento del peso corporal durante el em barazo es nor­

de glucosa. Se observa diabetes gestacional en el 1-3% de los embara­

m alm ente de 7 a 14 kg, con un p ro m ed io de aproxim adam ente

zos. En este trastorno aparece un cuadro de graved ad variable

0,4 kg por semana durante los trim estres segundo y tercero. Los

de intolerancia a los hidratos de carbono a lo largo de la gesta­

em barazos gem elares pueden inducir un aum ento total del peso

ción que, a m enudo (aunque no de manera invariab le), desapa­

corporal de 16 a 20 kg. A u n q u e a las m ujeres con un índice de

rece tras el parto. Las características de las m ujeres que desarro­

masa corporal e le va d o (IM C > 25; v. cap. 19) se les suele reco­

llan una diabetes gestacional son variables. A lgunas de ellas

m endar que ganen menos peso corporal antes de quedarse em ­

muestran obesidad, hiperinsulinem ia y resistencia a la insulina;

barazadas (en com paración con las mujeres con un IM C < 20),

otras son relativam en te delgadas pero presentan una d eficiencia

incluso las m ujeres obesas deben ganar una cierta cantidad de

de insulina. En cualquier caso, estas pacientes no pueden res­

peso corporal (aproxim adam ente 6 k g ) para op tim izar las posi­

pon der de manera efec tiv a fren te a la sobrecarga m etabòlica que

bilidades de dar a luz a un niñ o con peso corporal adecuado. Sin

acompaña al embarazo. Adem ás, el hPL puede aumentar el ries­

em bargo, no es correcto un increm ento exc e s ivo del peso corp o­

g o de diabetes gestacional en las mujeres susceptibles. El fe to de

ral de la m adre d ebid o a qu e se asocia a gestación prolongada

una m ujer diabética con hiperglucem ia tam bién sufre hiperglu -

(p arto tardío), a problem as durante el parto y a un aum ento en

cemia d eb id o a que la glucosa se m antiene en e q u ilib rio entre

el riesgo de que el alum bram iento se deba realizar m ediante ce­

los com ponentes fetal y m aterno de la circulación. Por tanto, no

sárea. La tabla 21-1 muestra las cifras de la d istribución del peso

es sorprendente que en muchos casos el feto presente un peso

corporal ganado durante un em barazo con ven cion al en el que el

corporal superior al norm al respecto a su edad gestacional (lo

peso corporal de la madre se increm enta en aproxim adam ente

que puede dar lugar a d ificu ltades durante el parto). La diabetes

12 kg. Del aum ento total d el peso corp oral, el fe to co n trib u y e

gestacional materna se asocia a un aum ento en el riesgo de d ifi­

con ap roxim ad am ente 3,5 k g, la placenta y el liq u id o am n ióti­

cultad respiratoria fetal a consecuencia del retraso de la madu­

co con a lred ed or de 1,5 k g y el aum ento de tam año de las ma­

ración de los pulm ones y de la p roducción de surfactante. Tam ­

mas con 0,5-1 k g. El resto d el peso corp oral qu e gana la m adre

bién aumenta la incidencia de m alform aciones fetales. El d iag­

se exp lica p or el increm en to d el te jid o ad ip oso y d el líq u id o

nóstico

extracelu lar.

tem prano

de

la

diabetes

gestacional

y

el

control

522

i

21 Fetundoción, embarazo y lactancia

Tabla 21-2.

Consum os d ia rio s recom en d a d os d e proteínas

y m icro n u trien tes durante el e m b a ra zo Estados Nutrientes

Canadá

Unido:>s

aproxim adam ente 3 kg de tejido adiposo, que se convierten en una reserva energética para el tercer trimestre, durante el cual el

Reino

Australia

Unido

crecim iento del feto es especialm ente rápido. Además, los tejidos maternos muestran un incremento de la sensibilidad fren te a la insulina, lo que facilita una asimilación rá­

Proteínas (g)

60

75

51

51

pida de los carbohidratos. Tal com o ya se ha señalado, hacia la

Vitamina A (|tg)

800

800

700

750

sexta semana de la gestación se observa una disminución ligera en

Vitamina 1) (Ug)

10

5

Vitamina t (mg)

10

8

10 *

7

Vitamina C (mg)

70

40

50

60

1.5

0,9

0,9

1,0

1.6

1,3

1,4

1,5

mamas y la musculatura esencial de la madre.

Vitamina B. (tiamina) (mg) Vitamina B. (riboflavina) (mg) Niacina (ácido 17

16

13

15

Pelato (ug)

400

385

300

400 3,0

nicorínico) (mg)

la concentración plasmática de glucosa. A l mismo tiempo, aumen­ ta la síntesis proteica para facilitar el crecim iento del útero, las

Vitamina B,, (|Jg)

2,2

1,2

1,5

Calcio (g)

1,2

1,2

0,7

1,1

M agnesio (g)

0,32

0.25

0,27

0,50

Hierro (mg)

30

13

14,8

22-36

Cinc (mg)

15

15

7

16

Yodo (Ug)

175

185

140

150

Durante las fases finales del em barazo el m etabolism o de la madre se adapta a las demandas d el feto en fase de crecim iento A medida que durante la segunda mitad de la gestación au­ mentan de manera evidente los requerim ientos fetales de oxígen o y nutrientes (así como el tamaño físico del propio feto), el metabolis­ mo de la madre entra en una fase que presenta características simi­ lares a las que tienen lugar durante el ayuno. La glucosa es el prin­

*No determinado.

cipal combustible metabólico para el feto en desarrollo que, a tér­ mino, consume hasta 25 g de glucosa al día. En las fases finales del

Los requerim ientos calóricos diarios aumentan en un 15% durante el em barazo Con el ob jetivo de atender las demandas del feto y de mantener una nutrición materna adecuada, es necesario que la madre incremente su consumo energético diario en 1.050-1.250 kJ (250-300 kcal). Es­ tas cifras representan un aumento de aproximadamente el 15% en los requerimientos energéticos. En las fases muy avanzadas del em­ barazo, estos requerimientos pueden disminuir en cierta medida a consecuencia de la reducción del gasto energético de la madre. M u ­ chas mujeres experim entan un aumento del apetito durante el em­

embarazo, los tejidos maternos muestran una disminución en la sensibilidad frente a la insulina, lo que hace que la concentración plasmática de glucosa en la madre sea suficiente para mantener un aporte constante de glucosa y para afrontar las necesidades del SNC de la madre. A l mismo tiempo, se facilita la m ovilización de los lípidos (posiblemente por efecto del hPL) para mantener una fuente alternativa de energía respecto a la madre. Bajo la influencia de los estrógenos placentarios aumentan las concentraciones plasmáticas de triglicéridos, tal como se demuestra por el incremento en la sín­ tesis hepática de lipoproteínas de densidad muy baja. El tejido ma­ mario almacena algunos de estos triglicéridos para preparar la sín­ tesis de leche durante la lactancia.

barazo. Factores que contribuyen a ello son la presencia de con­

A lo largo de las fases avanzadas de la gestación, el cuerpo de

centraciones circulantes elevadas de progesterona y la disminución

la madre requiere una pequeña cantidad adicional de proteínas

en las concentraciones plasmáticas de glucosa, características de la

(no más de 6-10 g al día) sobre todo para proporcionar el sustrato

fase inicial del embarazo (v. apart. 21.13). Las mujeres embarazadas

de la síntesis proteica fetal. Hasta el momento del parto, el feto ha

también pueden tener ansia de tomar alimentos extraños, especial­

acumulado normalmente 400-500 g de proteínas. En la m ayor par­

mente comidas con sabores intensos (quizá debido a una disminu­

te de los casos, la dieta normal es suficiente para el aporte adicio­

ción de la sensibilidad gustativa), así como aversión a ciertos ali­

nal de proteínas que requiere el embarazo.

mentos y sabores. N o obstante, la pica verdadera (ansia por comer cosas extrañas, como carbón) es infrecuente durante el embarazo.

Durante las fases iniciales del em barazo el cuerpo de la madre se prepara para las demandas metabólicas futuras

Los requ erim ien tos maternos de algunos micronutrientes aumentan durante el em barazo La necesidad de ciertas vitaminas y minerales aumenta ligera­ mente durante el embarazo tanto para satisfacer las demandas del

El m etabolismo de la madre se m odifica de diversas maneras en

feto com o para preparar el cuerpo de la madre para la lactancia.

las fases iniciales del embarazo con el o b je tiv o de prepararse para

Generalmente, el consumo de una dieta mixta normal p rop orcio­

afrontar los requerim ientos que van a tener lugar tanto en la ma­

na las concentraciones adecuadas de estos m icronutrientes, aun­

dre com o en el feto en las fases más avanzadas de la gestación. Du­

que en algunas mujeres (p. ej., las que siguen una dieta vegeta­

rante la primera mitad de un embarazo normal, la madre genera

riana estricta) pueden ser necesarios los suplementos de nutrien-

les. Un ejem plo de estos nutrientes es la vitam ina B12, que sólo

Resumen

existe en los productos de origen animal. La tabla 21-2 muestra los consumos diarios recomendados de nutrientes durante el em ­

1.

calóricos diarios de 1.050-1.260 k.l (250-300 kcal) al día. Durante el

den presentar grandes variaciones en los distintos países.

embarazo es necesaria la nutrición materna adecuada para el man­

Actualmente, sabemos que el ácido fólico es un requerimiento

tenimiento de la salud de la madre, para afrontar las demandas de

nutricional muy importante durante el embarazo, sobre todo a lo lar­

la lactancia y para minimizar los riesgos de malformaciones fetales

go de las primeras semanas tras la fecundación. Es necesario para la proliferación celular normal y la deficiencia de folato se ha relaciona­

t i aumento del peso corporal durante el embarazo es habitualmen­ te de 7 a 14 kg y se asocia con un incremento en los requerimientos

barazo. H ay que tener en cuenta que estas recomendaciones pue­

y de que el recién nacido nazca con un peso corporal bajo. 2.

do con un incremento en el riesgo de defectos del tubo neural en el

Durante las primeras fases del embarazo se incrementan la lipogénesis y la sensibilidad de los distintos tejidos frente a la insuli­

feto. Estos defectos son alteraciones en el cierre del tubo neural, que

na. Se deposita tejido adiposo en el cuerpo de la madre. También

tiene lugar habitualmente entre las semanas 3 y 6 de la gestación. Los

aumenta la síntesis de proteínas, con crecimiento de los tejidos

defectos del tubo neural son la anencefalia (en la que no tiene lugar el desarrollo normal de los hemisferios cerebrales) y la espina bífida,

mamario y uterino. 3.

Durante las fases finales de la gestación, el metabolismo materno

en la que hay una alteración en la fusión de los arcos vertebrales, so­

es similar al que se observa durante la inanición. Disminuye la

bre todo en la región lumbar. Se debe animar a las mujeres a que au­

sensibilidad frente a la insulina con objeto de mantener una con­

menten su consumo de ácido fólico tanto en las semanas anteriores a

centración plasmática de glucosa adecuada para la transferencia placenlaria, y se movilizan los lípidos como fuente energética al­

la fecundación como a lo largo de todo el embarazo, mediante el con­ sumo de verduras de hoja verde, trigo y legumbres. En las mujeres adultas se recomienda un consumo de vitam i­ na A de aproxim adam ente 750 |ig al día. A l contrario de lo que

ternativa para la madre. 4.

Durante el embarazo aumentan los requerimientos de ciertas v i­ taminas al tiempo que hay un incremento en el uso de calcio, hie­ rro y cinc. En la mayor parte de los casos, la dieta mixta normal

ocurre con las demás vitaminas, los requerim ientos de vitam ina A

es suficiente para afrontar las demandas extra de micronutrien-

no se m odifican durante el embarazo. Incluso existe la posibilidad

tes, aunque en algunas situaciones son necesarios los suplemen­

de que un consumo diario elevado de esta vitam ina pueda ser te-

tos (especialmente de vitamina B,,).

ratógeno, con inducción de m alformaciones en el sistema n e rv io ­ so y el corazón del feto. N o obstante, se ha demostrado que el consumo normal de vitam ina A durante el embarazo es im portan­ te para reducir la probabilidad de transmisión del viru s de la in-

afrontadas por las reservas maternas siempre y cuando la dicta

m unodeficiencia humana (V IH ) de la madre al feto.

contenga cantidades suficientes de carne y de vitam ina C (que incrementa la absorción de hierro en el intestino) y que la madre no padezca una deficiencia de hierro antes del embarazo. El feto

El calcio, el h ierro y el cinc son los minerales más importantes durante el em barazo

y la placenta utilizan aproxim adam ente 300 m g de hierro duran­ te el embarazo, mientras que el increm ento de la masa de hema­ tíes en la madre requiere otros 500 mg. La dieta occidental media contiene 10-15 m g de hierro al día; las m ujeres no embarazadas

© MASSON, S.A. Fotocopiar sin autorización es un delito.

absorben aproxim adam ente el 10% de esta cantidad. La d e fi­ Durante el tercer trim estre de la gestación, el feto necesita 0,3 g

ciencia de la absorción parece aumentar durante el embarazo, lle­

de calcio al día para la calcificación adecuada de su esqueleto. El

gando hasta el 6 6 % hacia la semana 36 de la gestación. Este in­

lactante nace norm almente con aproxim adam ente 28 g de calcio,

crem ento hace que las reservas maternas de h ierro puedan afron ­

que proceden de las reservas maternas. Durante el embarazo, la

tar las necesidades del feto. N o obstante, si la absorción de hierro

absorción materna de calcio por parte del intestino delgado au­

en la dieta es m uy similar a las demandas que conlleva el emba­

menta por efecto del aumento en las concentraciones de calcitriol,

razo, tiene lugar un agotam iento de las reservas maternas de hie­

mientras que dism inuyen las pérdidas de calcio a través de la ori­

rro, con anemia ferropénica. Esta situación se puede evitar me­

na d ebid o a que aumenta la secreción de hormona paratiroidea.

diante la determ inación sistemática de la hem oglobina materna,

N o obstante, para afrontar el increm ento de los requerim ientos de

con adm inistración de suplementos de h ierro si fuera necesario.

calcio, la mujer embarazada necesita aumentar también su consu­

Los requerim ientos nutricionales normales de cinc en las mu­

mo diario de calcio en aproxim adam ente un 70% , es decir, hasta

jeres no embarazadas son de aproxim adam ente 7 mg diarios. El

alrededor de 1.200 mg al día. Si no se aumenta el consumo nutri­

cinc es un com ponente de un gran número de enzimas com o la an-

cional de calcio durante el embarazo, el feto extrae el calcio d epo­

hidrasa carbónica, la transcriptasa inversa y la A D N /A R N polime-

sitado en el esqueleto de la madre. Así, aumentan las posibilida­

rasa. Por tanto, desempeña un papel im portante en numerosos

des de que la madre sufra osteoporosis en años posteriores, espe­

procesos metabólicos, como la síntesis de proteínas y de ácidos nu­

cialmente si la situación se repite en varios embarazos.

cleicos. El cinc también es esencial para la síntesis y la actividad de

Ha existid o un debate intenso respecto a los requerim ientos

la insulina. Por tanto, no es sorprendente que durante el embara­

de hierro durante el embarazo. En algunos estudios se ha señala­

zo tenga lugar un pequeño incremento en los requerim ientos de

do que la deficiencia de hierro se puede asociar a dism inución

este oligoelem ento. En la m ayor parte de las mujeres, la dieta m ix­

del peso corporal del recién nacido y a parto prematuro. En otros

ta normal con carne y pescado aporta las cantidades de cinc nece­

se ha ob servado qu e las demandas fetales de hierro pueden ser

sarias para afrontar los requerim ientos de la unidad fetoplacenta-

52 4

21 Fecundación, embarazo y lottando

Estadio del desarrollo

Control hormonal

Glándula mamaria rudimentaria

▼ Conducto galactóforo

Alvéolos inmaduros

A s

Glándula mamaria adulta no gestacional

Progesterona Estrógenos

Glándula mamaria durante el embarazo: proliferación de los conductos galactóforos y de los alvéolos

T Progesterona "t Estradiol T hPL T Prolactina

Glándula mamaria durante la lactación: alvéolos y conductos plenamente desarrollados; secreción de leche y acumulación en los alvéolos y conductos

Prolactina Oxitocina l Progesterona i Estradiol

Desarrollo y proliferación de los alvéolos

Seno galactóforo

Alvéolos distendidos por la presencia de leche

y

Pig. 21-14.

Representación esquemática de la es­

tructura de la glándula mamaria no gestacional de la mujer adulta: se indican los puntos de acción de la progesterona y el estradiol.

Seno galactóforo lleno de leche

ría; no obstante, las dictas vegetarianas estrictas pueden no apor­

un p eríodo de gestación relativam ente prolon gado en que la rela­

tar las cantidades necesarias de cinc. Las mujeres que toman su­

ción que se establece entre la circulación materna y la fetal en las

plementos de hierro también pueden mostrar una deficiencia de

primeras semanas de embarazo es directa. En consecuencia, el re­

cinc debido a que se ha demostrado que los cocientes hierro:cinc

cién nacido reclama tam bién una atención nutricional considera­

superiores a 3:1 interfieren con la absorción intestinal de cinc.

ble por parte de la madre. El recién nacido humano no es una e x ­ cepción. Para garantizar que la madre produce una cantidad sufi­ ciente de leche con un valor calórico adecuado desde el principio

21.10 Lactancia: síntesis y secreción de la leche tras el parto

de la lactación, durante el embarazo las glándulas mamarias de­

Mientras el feto se desarrolla dentro del útero materno, recibe todos

em bargo, puede resultar útil considerar prim ero el crecim iento y

los nutrientes que necesita a través de la placenta. Sin embargo, una

desarrollo de la mama antes del embarazo.

ben experim entar cambios preparatorios. Estos cambios están re­ gulados por las hormonas de la placenta, la hipófisis y las glándu­ las suprarrenales, y se describirán en apartados posteriores. Sin

vez que ha nacido, el bebe requiere un suministro regular y abun­ dante de leche. A pesar de que en ciertas sociedades

en especial la

occidental— la «lactancia artificial» supone una alternativa apropia­ da, en numerosas regiones del mundo la leche materna es la única fuente de nutrición de que dispone el recién nacido. A l igual que en otras especies de mamíferos, la lactancia, que es la síntesis y la secre­

En ausencia de em barazo, la glándula mamaria no está preparada para la lactancia

ción de leche después del parto, es tan vital para el proceso reproduc­ tor como la fecundación de los gametos y el desarrollo fetal. La for­

Hasta la pubertad, la mama inmadura está constituida casi por com­

mación y la síntesis de leche también se conoce como galactopoyesis.

pleto por una serie de conductos conocidos como conductos galactó­

La m ayor parte de mamíferos placentarios nace en un estadio

foros. Hacia la pubertad, la adenohipófisis empieza a secretar mayo­

relativam ente avanzado del desarrollo. Esto es posible gracias a

res cantidades de gonadotropinas, y bajo su influencia (v. cap. 20)

21.10 Lactancia: síntesis y secreción de la leche tras el parto

525

los ovarios aumentan la producción de hormonas estrogénicas. Es­ tos esteroides inducen el desarrollo adicional de las mamas, sobre todo la proliferación y ramificación de sus conductos. Después de la Pliegue axilar

Fascia profunda

menarquia, la progesterona secretada durante la fase luteínica del ciclo menstrual estimula la formación de pequeñas estructuras esfé­ ricas de células granulares en el extrem o de cada conducto. En este

Ligamento suspensorio

estadio, las células granulares se conocen como alvéolos inmaduros y más tarde se transformarán en los alvéolos secretores de leche de la glándula mamaria. Una v e z establecidos los ciclos menstruales, y

Conducto galactóforo

Pectoral mayor

cuando las glándulas mamarias ya han estado expuestas a la acción

Alvéolo

teinica de muchos ciclos, la mama está completamente desarrollada.

de los estrógenos y la progesterona durante las fases folicular y lu-

Músculo Tabique

Durante la adolescencia se crea un depósito considerable de grasa y de tejid o con ju ntivo que, junto con la p roliferación ductal, da lugar a un aumento considerable del tamaño mamario. En

Areola

consecuencia, la glándula mamaria está m uy desarrollada, incluso Pezón

Lóbulo

cuando no se ha p roducido ningún embarazo. Esto contrasta no­ tablem ente con muchos otros mamíferos, inclu yen d o los primates no humanos, en los cuales el desarrollo mamario no se produce hasta la mitad o el final de la gestación. Las figuras 21-14 y 21-15

Seno galactóforo

muestran la organización básica de la glándula mamaria humana. La figura 21-15 ilustra también la forma en que los conductos se­ paran la glándula en lóbulos; existen unos 15-20 lóbulos, separa­

Fig. 21-15.

Corte transversal de la glándula mamaria durante el emba­

razo. Obsérvese el desarrollo de los alvéolos.

dos p or grasa, y cada lóbulo consiste en una agrupación de célu­ las granulares situada en los extrem os de los conductos galac­ tóforos. Los conductos se dilatan cerca de la areola (el área p ig ­ mentada de color pardo que rodea el pezón) form ando los senos galactóforos, cada uno de los cuales llega y se abre en la superfi­ cie del pezón. A lred ed or de la areola se extien den pequeñas glán­ dulas sebáceas llamadas glándulas de M on tgom cry. A pesar de que la glándula mamaria ya está desarrollada por com pleto al finalizar la pubertad, durante cada ciclo menstrual experim enta pequeños cambios debidos a la influencia de los es­ trógenos prim ero y de la progesterona después. En ocasiones se da un cierto grado de actividad secretora durante la fase luteínica del ciclo, y a m enudo la retención hídrica del p eríodo prem ens­ trual se produce un aumento tanto del tamaño com o del peso de la glándula. Sin em bargo, a pesar de su avanzado estado de desa­ rrollo, en este estadio la mama no es capaz de producir leche en

mioepitelial

© MASSON, S.A. Fotocopiar sin autorización es un delito

Fig. 21-16.

que contiene material secretor Corte transversal de un alvéolo maduro (galactóforo).

Resumen 1.

La lactación es la síntesis y la secreción de leche por parte de las

grandes cantidades. Para que esto sea posible se ha de producir un desarrollo adicional, sobre todo de los alvéolos. Éste ocurre durante el embarazo, bajo la influencia de una serie de hormonas.

Desarrollo de la glán du la mamaria durante el em barazo

glándulas mamarias. 2.

La glándula mamaria prepuberal está formada en su mayor parte

El aumento de tamaño y los cambios estructurales esenciales para

por conductos galactóforos. I.as hormonas esteroideas oválicas

una lactación satisfactoria tienen lugar aproximadamente durante

secretadas desde la pubertad son responsables del desarrollo ul­ terior de la glándula. La progesterona estimula especialmente el desarrollo de los alvéolos en los extremos de los conductos. Los alvéolos son masas esféricas de células que producirán leche. i.

Durante el embarazo, la influencia de las hormonas placentarias

los primeros 4 meses de embarazo. A mitad de embarazo, la glándu­ la mamaria ya está completamente preparada para la secreción de le­ che. El sistema lobular ductal-alveolar que se estableció durante la adolescencia experimenta una hipertrofia. Los conductos proliferan

(estrógenos, progesterona y hPL) hace madurar los alvéolos, y la

y los alvéolos maduran: las estructuras a base de células granulares

mama adquiere la capacidad de secretar leche.

se vuelven huecas, de modo que las células alveolares rodean una luz central drenada por la rama de un conducto galactóforo (fig. 21-14).

526

21 Fecundación, embarazo y lactancia

Concepción

Parto

Destete

del parto, una vez que está en marcha la producción de leche, suelen adoptar un aspecto plano, debido al material contenido dentro de la luz. Naturalmente, estas células epiteliales son las que sintetizan y se­ cretan los componentes de la leche, y muestran todas las característi­ cas clásicas de las células secretoras: poseen microvellosidades en las superficies luminales y su citoplasma es rico en mitocondrias, mem­ branas de Golgi, retículo endoplásmico rugoso, gránulos de secre­ ción y gotitas de lípidos. Las células alveolares adyacentes están co­ nectadas p o r gap junctiíms cerca de las superficies luminales, y entre la membrana basal y las células alveolares secretoras hay células es­ pecializadas llamadas células mioepiteliales. Estas células son, como sugiere su nombre, contráctiles, y propulsan la leche hacia los con­ ductos galactóforos para que salga por el pezón durante la succión.

El desencadenante de la lactancia es la dism inución de la secreción de esteroides que se produce después del parto

o g 0 3) ■o c 1

■C

È

A pesar de que la mama está com pletamente desarrollada para

o >

producir leche a mitad del embarazo, la galactogénesis no alcanza 1 2 3 Semanas del puerperio H g. 21-17.

Cambios en los patrones de secreción hormonal antes y des­

niveles sign ificativos hasta que la mujer ha dado a luz. Los cam­ bios endocrinos que siguen al parto son necesarios para activar la glándula y desencadenar la síntesis y la secreción de leche. Se ha demostrado que la principal hormona galactogénica es la

pués del nacimiento, y papel de cada hormona en el control de la lacta­ ción. Cuando se inicia por primera vez la secreción de leche, se secreta ca­

prolactina, secretada por la adenohipóíisis, y que para desarrollar

lostro (C), que experimenta una transición (T) gradual hasta convertirse

una lactación sostenida deben mantenerse unos valores elevados

en leche madura (M). No se secreta leche hasta que, después del parto, disminuye el nivel de hormonas csteroideas, a pesar de los elevados ni­ veles de prolactina que prevalecen en los estadios finales del embarazo.

grandes cantidades durante el embarazo; por consiguiente, ¿por

de prolactina. Tam bién es conocido que esta hormona se secreta en qué no se produce leche durante la gestación? la explicación más aceptada es que los elevados niveles circulantes de esteroides pla­ centarios (estrógenos y progesterona) ejercen un efecto inhibidor

Se considera que las hormonas responsables de estos cambios son

directo sobre la actividad secretora del tejido mamario. Por consi­

los esferoides placentarios (estradiol y progesterona) y la hormona

guiente, hasta después del parto la glándula es insensible incluso

peptídíca placentaria hPL (lactógeno placentario humano, v. apart.

con niveles elevados de prolactina. En la figura 21-17 se observa

21.6). La progesterona parece especialmente necesaria para los cam­

que aunque los estrógenos y la progesterona placentarios dismi­

bios alveolares característicos de las primeras semanas del embara­

nuyen espectacularmente después del parto, los niveles de prolac­

zo. Además de las hormonas placentarias, la GH y la prolactina hi-

tina siguen siendo altos; esto desencadena la producción de leche

pofisarias también parecen tener efectos mamotrópicos, aunque no

por parte de la glándula mamaria, que ya está preparada.

está clara su contribución en esta fase. Durante las primeras semanas del embarazo también se deposita tejido adiposo adicional entre los lóbulos de la glándula, hecho que incrementa el volumen y el peso de la mama. La figura 21-15 muestra el aspecto del tejido mamario durante el embarazo.

Los alvéolos son los lugares p rin cip a le s de prod ucción de leche

La com posición de la leche humana cambia gradualm ente durante las semanas siguientes al parto La composición de la leche que produce la glándula mamaria varía con el tiempo transcurrido después del parto. La llamada « le ­

Los alvéolos maduros se desarrollan bajo la influencia de la progeste­

che m adura» no se secreta hasta aproximadamente 2 o 3 semanas

rona placentaria, la prolactina y el hPL. La figura 21-16 representa

después del parto. Antes de este momento, se producen líquidos de

simplificadamente la organización básica de un alvéolo maduro. La

composición variable. Durante la primera semana después del par­

pared alveolar está formada por una sola capa de células epiteliales

to se secretan unos 40 mi al día de un líquido llamado calostro. F.l

cuya forma puede variar desde cuboidal baja hasta columnar alta,

calostro es amarillento, pegajoso y, aunque es relativamente pobre

dependiendo de la cantidad de material secretor que llene la luz cen­

en grasas, lactosa y vitamina B, es rico en proteínas, minerales y v i­

tral. Durante el embarazo, pero antes del inicio de la lactación, las cé­

taminas A , D, E y K. Tam bién contiene cantidades significativas de

lulas epiteliales tienen un aspecto columnar, mientras que después

inmunoglobulinas (Ig A ), que confieren al recién nacido cierto gra-

21.10 Lactancia: síntesis y secreción de la leche tras el parto

la b ia 21-3.

C om p osición a p ro x im a d a d e la lech e materna

T ab la 21-4.

527

C onsum o d ia rio re co m e n d a d o d e p roteín as y m icro -

nutrien tes d u ran te la lactancia Calostro Grasas totales (g

1 ')

50

Leche de transición 35

Leche madura

Nutrientes

45

Proteínas (g)

Estados Unidos

Reino Unido 56

65

Proteínas totales (g • 1 ‘ )

23

16

11

Vitamina A (mg)

Lactosa (g • 1“')

57

64

71

Vitamina D (Hg)

128

133

130

Vitamina P. (m g)

12

10

Vitamina C (mg)

95

70

Vitamina B, (tiamina) (m g)

1,6

1,0

Vitamina B, (riboflavina) (mg)

1,8

1,6

Sólidos totales (g • i ‘ ) Valor calórico (MJ • 1 ‘ )

2,81

3,08

3,13

Hstos valores sun aproxim ados, ya qu e la com posición de la leche cambia tanto durante una toma in dividu al com o a lo largo del día. fcn general, el co n ­

0,95

1,30

10

10

Vitamina B, (niacina o ácido

ten ido en grasas aumenta durante una loma.

20

15

Vitamina Bl; (n g)

nicotinico) (m g)

2,6

2,0

do de resistencia frente a infecciones. Durante la segunda y tercera

Folato (úg)

280

260

semana después del parto, la composición del liquido secretado

Calcio (g)

cambia gradualmente (tabla 21-3), y aunque disminuye la propor­

Magnesio (mg)

1,2 355

1,25 320

ción de inmunoglobulinas y otras proteínas, aumenta la de grasas y

Hierro (mg)

15

15

azúcares. Como consecuencia, el valor calórico de la leche es más

Cinc (mg)

19

13

alto. En este momento, el líquido secretado se conoce como «lech e

Yodo (|ig)

200

140

de transición». Cuando el bebé cumple 3 semanas de vida, la leche ya ha alcanzado su composición madura

es rica en grasas, azúca­

res y aminoácidos esenciales, es isoosmótica con el plasma y tiene un valor calórico de alrededor de 3,1 MJ • 1 (75 kcal/100 mi).

de la leche son similares a los que tienen lugar en otros tejidos se­ cretores de proteínas, com o el páncreas y el hígado. Los am ino­ ácidos, los precursores de las proteínas, llegan al tejido mamario por la circulación materna, y pasan de la sangre a las células al­

La leche materna contiene grasas, proteínas y azúcares lácteos; su síntesis está controlada h orm onalm ente

veolares a través de sistemas transportadores específicos. Las p ro­ teínas de la leche se sintetizan del m odo habitual (v . cap. 3) en el retículo endoplásm ico y las membranas del aparato de G olgi, y después se empaquetan en vesículas que el aparato de G olgi vier­ te al citoplasma de la célula alveolar. Estas vesículas o granulos se

La m ayor parte de la grasa de la leche materna consiste en ácidos

desplazan hasta la superficie luminal, posiblem ente por la acción

grasos de cadena media (10-12 carbonos). Se cree que estos áci­

de los m icrotúbulos, y liberan su contenido a la luz alveolar me­

dos se sintetizan de novo dentro de los alvéolos del tejid o mamario

diante un proceso de exocitosis. La membrana vesicular se fusio­

bajo el control de las enzimas sintetasa de ácidos grasos e hidrola-

na con la membrana plasmática, y esto posibilita la liberación del

sa de aciltioéster de cadena media. La prolactina y la insulina re­

contenido vesicular sin que el citoplasma de la célula entre en

gulan la síntesis de ácidos grasos por parte de los alvéolos, cuyas

contacto con el líqu id o extracelular. A l igual que la expulsión de

membranas epiteliales son especialmente ricas en receptores de

las gotitas de lípidos (v. anteriorm ente), esta liberación de vesícu­

prolactina. Se cree que la prolactina estimula también la secreción

las proteicas está controlada p or la prolactina. Es im portante

celular de lípidos a la luz central de los alvéolos. El mecanismo

constatar que, aunque la liberación de grasa implica la pérdida de

por el cual tiene lugar esta secreción es sumamente interesante.

la membrana celular cuando las gotitas la perforan, la liberación

Los lípidos se sintetizan en el retículo endoplásm ico de la célula

de gránulos de proteínas por exocitosis añade membrana celular

alveolar y abandonan este com partim ento en forma de gotitas,

por fusión de los gránulos con la membrana plasmática.

MASSON. S.A. Fotocopiar sin autorización es un delito.

que después m igran hacia la superfìcie luminal de la célula m ien­ tras van aumentando de tamaño. Una v e z que alcanzan la super­

o

la leche. Los procesos básicos de secreción y síntesis de proteínas

ficie luminal, las gotitas de lípidos presionan la membrana de la

Resumen

superficie celular, haciendo protrusión. Ll área que queda detrás de la gotita de líp id o se reduce gradualmente y, finalm ente, la

1.

Durante el embarazo, la progesterona y los estrógenos inhiben la acción galactogénica de la prolactina, pero después del parlo cesa

membrana se «p e r fo ra », liberan do a la luz la gotita unida a la

esta influencia inhibidora y se inicia la lactación.

membrana. 2.

La composición de la leche cambia durante las primeras semanas después del parto; durante los primeros días se secreta el calostro,

Las p rin cip a le s proteína s de la leche son la caseína, la u -la cta lb ú m in a y la la ctoglob u lin a

rico en proteínas, minerales e inmunoglobulinas, pero pobre en azúcares y grasas. Gradualmente, la composición de la leche cam­ bia, y a las 3 semanas del parlo se produce leche madura, rica en

Las tres principales proteínas de la leche tienen im portancia tan­ to nutricional com o inm unológica, pero la a-lactalbúm ina desem­ peña, además, un papel específico en la síntesis de los azúcares de

grasas, proteínas y azúcares. 3.

La lactosa es el principal azúcar de la leche; la caseína, la lactoglobulina y CC-lactalbúmina son sus principales proteínas.

528

21 Fecundación, embarazo y laclancio

La leche humana contiene más de 50 oligosacáridos d iferentes, el más abundante de los cuales es la lactosa

nim iento de la lactación? Se sabe que la lactación continúa nor­ malmente en mujeres a quienes se han extirp ad o los ovarios, pero n o en m ujeres con una afectación de la hipófisis o h ip o fisectom izadas. La horm ona que resulta crítica para la continua­

Adem ás de ser la fuente de muchos otros azúcares de la leche, la

ción de la secreción láctea parece ser la prolactina. Para qu e la

lactosa también estimula el desarrollo de la flora intestinal y , por

galactogenesis sea eficien te, los niveles de esta horm ona han de

consiguiente, es m uy im portante para el recién nacido. Además,

seguir siendo altos, y el único m odo de garantizarlo es la succión

la galactosa — uno de los productos del m etabolism o de la lacto­

regu lar d el pezón p or parte del lactante. En realidad, el estímu­

sa— es un com ponente esencial de la m ielina que recubre mu­

lo de succión es el factor más im portante para el m antenim iento

chas fibras nerviosas (v . cap. 6). La lactosa se sintetiza en el apa­

de la lactación una v e z iniciada ésta y , en ausencia de succión,

rato de G olgi de las células epiteliales alveolares. Su síntesis d e­

la p roducción láctea cesa después de 2 o 3 semanas. La succión

pende de la producción p revia de a-lactalbúm ina, que se form a

o, más correctam ente, la estim ulación del pezón, induce la lib e­

en el retícu lo endoplásm ico y se traslada al aparato de G olgi,

ración de prolactina p or parte de la ad en ohipófisis a través de

d on de se com bina con la galactosiltransferasa, una enzima p re­

un arco refle jo n eu roen docrin o en que el brazo n ervioso es el

sente en la membrana. Este sistema enzim àtico m etaboliza la g lu ­

aferente, y el end ocrino, el eferente. Los im pulsos nerviosos g e ­

cosa sanguínea y form a lactosa, que es empaquetada ju n to con

nerados por la estim ulación mecánica de la succión en la glán­

las proteínas en los gránulos d el aparato de G olgi y liberada con

dula mamaria recorren la médula espinal y el tron co cerebral

ellos por exocitosis a la luz alveolar, com o se ha descrito ante­

hasta el hipotálam o. La consecuencia parece ser una dism inu­

riorm ente. El sistema enzim àtico que com prende la a-lactalbú ­

ción de la producción del factor in h ib id o r de secreción de la

mina y la galactosiltransferasa es estim ulado por la prolactina

prolactina (qu e se sabe qu e es la dopam ina) por parte de las neu­

pero in h ib ido por niveles elevados de progesterona circulante

ronas hipotalám icas, y el aum ento u lterior de la secreción de

durante el embarazo.

p rolactina (recordem os que la liberación de prolactina es supri­ mida habitualm ente p or la horm ona inh ib idora de la prolactina [P IH ]) (v . tabla 12-3). La prolactina estimula la síntesis y la pro­ ducción de leche.

Requ erim ien tos nutricionales de la m adre durante la lactancia

Neuronas dopaminérgicas

Durante la lactación, es preciso qu e la dieta de la m ujer contenga los nutrientes suficientes para satisfacer tanto sus propias nece­ sidades corporales com o las que requiere su hijo para desarro­ llarse y crecer. O bviam ente, estas necesidades adicionales d e­ penderán de la cantidad de leche que se produzca. Como orien ­ tación, las tomas diarias prom edio para un niño de unos 5-6 kg son de 750 mi de leche. Este volu m en de leche madura es e q u i­ valente desde el punto de vista energético a aproxim adam ente 2,6 MJ (630 kcal). A u n qu e una parte de los requerim ientos ener­ géticos procede de la m ovilización del tejid o adiposo materno, generalm ente se recom ienda qu e la m adre que da el pecho a su hijo increm ente su consumo energético en aproxim adam ente 2 MJ (400-500 kcal) al día. La tabla 21-4 ilustra algunos otros requerim ientos ción. T ien e

nutricionales

im portantes

durante

la

lacta­

una im portancia especial el consumo suficiente

de calcio y fosfato. Los requerim ientos normales para una m ujer en edad fértil son de aproxim adam ente 800 mg al día, tanto de calcio com o de fosfato. Para compensar la cantidad eliminada en la leche, norm alm ente es suficiente el consumo extra de 400 mg diarios de cada uno de estos dos minerales.

Después d el parto, la succión regular mantiene la producción de leche La lactancia se inicia por la dism inución brusca de los niveles de esferoides que se registra después de la exp u lsión de la placen­ ta. ¿Por qué secreta leche la mama durante todo el tiem po que el

Fig. 21-18.

recién nacido la necesita? ¿Cuál es la base horm onal del m ante­

bles de la liberación refleja de prolaclina y oxitocina durante la succión.

Resumen de las principales vías neuroendocrinas responsa­

21.10 Lactancia: síntesis y secreción de la leche tros el parto

La prod ucción de p ro la ctin a es una consecuencia d irecta de la e stim u la ción del pezón

529

se inicie la descarga de leche; en el ser humano, el llanto del lac­ tante hambriento induce la secreción de oxitocina. De la misma manera, el reflejo de eyección de leche parece especialm ente sen­

La denervación del pezón da lugar a la abolición de la liberación

sible a la inhibición por estrés, tanto físico com o psicológico, una

de prolactina com o respuesta a la succión. Tam bién se ha demos­

respuesta que puede estar mediada p or las catecolaminas.

trado que la cantidad de prolactina liberada depende directam en­ te de la potencia y duración del estímulo de succión. Si el reflejo de succión se aplica a ambas mamas, por ejem plo durante la ali­ mentación de gem elos, se libera más prolactina que cuando se amamanta a un solo niño. A su vez, la cantidad de leche produci­ da parece estar determinada directam ente por los niveles de pro­ lactina circulante. En pocas palabras, una v e z iniciada la lactancia cesan las in­ fluencias inhibidoras de las hormonas esteroideas, y la galactopoyesis está garantizada por las descargas de prolactina que se pro­ ducen cada v e z que la m ujer da el pecho a su hijo: con la succión, el lactante garantiza que la cantidad de leche de su próxim a toma será tan satisfactoria com o la actual.

Después del destete, el cese del re flejo de succión suprim e la producción de leche La secreción de leche suele cesar al cabo de 2 o 3 semanas del des­ tete, cuando el lactante inicia la lactancia artificial o la alimenta­ ción sólida. Esto se debe exclusivam ente a 1a pérdida del estímulo de succión. En ausencia de estimulación mecánica del pezón, la se­ creción de prolactina disminuye, y la galactogénesis se enlentece gradualmente. A pesar de que la producción de leche se interrum ­ pe con relativa celeridad, la involución completa de la glándula mamaria requiere unos 3 meses. Las células alveolares se fragm en­ tan y se forman espacios huecos dentro del tejido mamario. La dis­ tensión también provoca una com presión de la red capilar que

La eyección de leche es una respuesta directa al estímulo de succión

irriga los alvéolos y, ai disminuir la perfusión, las células alveola­ res sufren hipoxia y se quedan sin nutrientes. Esto reduce la pro­ ducción de leche. Se fagocitan las células alveolares descamadas y

Los com ponentes de la leche son producidos por las células ep ite­

los detritos glandulares, y los alvéolos desaparecen casi p or com ­

liales alveolares y secretados a la luz alveolar por influencia de la

pleto. El sistema ductal empieza a predom inar y las células epite­

prolactina. Sin embargo, el lactante necesita que la leche sea p ro­

liales alveolares involucionadas recuperan el tipo no secretor gra­

pulsada desde la luz hasta el pezón. Este proceso es la «su b id a de

nular característico del estado no gestacional. T odos estos cambios

la lech e», y la eyección ulterior de ésta, otro ejem plo de reflejo

se producen de manera natural com o consecuencia directa de la

neuroendocrino generado com o respuesta directa al estímulo de

supresión del estímulo de succión en el momento del destete.

succión. La hormona responsable de la subida y la eyección de la

En ocasiones, es necesario suprim ir la lactancia de form a arti­

leche es la oxitocina, un p éptido sintetizado en el hipotálam o y al­

ficial y más rápidamente de lo que ocurriría de forma natural. La

macenado y secretado por la neurohipófisis. Cuando el niño

glándula mamaria humana ya está preparada para la lactancia en

mama, en el pezón y la areola se inician impulsos aferentes que se

el cuarto mes de embarazo (v . anteriorm ente). Esto significa que

extienden hasta el hipotálamo, especialm ente hasta los núcleos

en caso de aborto espontáneo después del cuarto mes, se iniciará

paraventricular y supraóptico. En respuesta a esta estimulación, la síntesis y la secreción de oxitocina aumentan. La oxitocina se li­ bera a la circulación general y alcanza la glándula mamaria, don­ de estimula la contracción de las células m ioepiteliales que, como se observa en la figura 21-16, se extien den dentro de la membra­ na basal alveolar. Cuando estas células se contraen, el contenido de la luz alveolar es propulsado hasta los conductos galactóforos.

© MASSON, S A. Fotocopiar sin autorización

es un delito.

A m edida que los conductos y los senos se llenan de leche, au­

igualm ente la producción de leche com o consecuencia de la dis­ m inución de la secreción de esteroides después de la expulsión de la placenta. En estas circunstancias, es deseable inh ib ir la lacta­ ción lo más rápidam ente posible. Añ os atrás se aplicaban bolsas de hielo y vendajes ajustados, pero desde que se descubrió que la P IH es el neurotransmisor dopamina, es posible suprim ir farma­ cológicam ente la lactación adm inistrando agonistas dopam inérgicos com o la brom ocriptina.

menta la presión intramamaria. Cuando ésta alcanza un n ivel su­ ficientem ente alto, la leche es expulsada del pezón durante el amamantamiento. La figura 21-18 ilustra de form a sim plificada el control reflejo

Resumen 1.

Después del parto, la producción de leche se mantiene gracias a la

de la liberación de prolactina y oxitocin a durante la succión. La

succión regular. La hormona responsable de la galactopoyesis es

secreción de ambas hormonas aumenta de manera sincrónica du­

la prolactina, secretada como respuesta directa a la estimulación del pezón.

rante los episodios de succión, y aunque esta parece ser el único estimulo eficaz para la liberación de prolactina en circunstancias

2.

los cuales se propulsa la leche desde los alvéolos de la glándula

normales, la secreción de oxitocin a puede aumentar por otros es­

mamaria hasta el pezón. Esto se produce gracias a la oxitocina,

tímulos. Por ejem plo, las contracciones uterinas y la estimulación mecánica del cuello uterino y de la vagina pueden iniciar la lib e­ ración de oxitocina durante el parto (v . apart. 21.7). El reflejo de eyección de leche es un reflejo condicionado. F.n la vaca, el sim­ ple ruido de la máquina de ordeñar puede ser suficiente para que

La «su bida de la lech e» y su eyección son los procesos mediante

secretada por la neurohipófisis durante el reflejo de succión. 3.

Una vez que se ha destelado al lactante y el estímulo de succión se pierde, disminuye la producción de prolactina. La lactación se en­ lentece y cesa 2 o 1 semanas después de la supresión de la succión.

530

21 Fecundación, embarazo y lactancia

d. La concentración plasmática materna de urea dism inuye

Bibliografía recomendada

durante el embarazo. e. La frecuencia respiratoria materna aumenta durante el em­

Alberts B, Johnson A, Lcwis J, R aff M, Roberts K, Walter P. M olecu­ lar biology ol'ih e cell (cap. 20). 4th ed. N ew York: Garland, 2002. Case RM, Waterhouse JM, editors. Human physiology: age, stress and the environment. Oxford: Oxford Science Publications, 1994. Ferin M, Jewckwicz R Warres M. The menstrual eyele. Oxford: O x­ ford Uníversity Press, 1993. Grifñn NE, Ojeda SR. Textbook o f endocrine physiology. 4th ed. O x­ ford: Oxford University Press, 2000. Johnson MH, Everitt BJ. Essenüal reproduction. 5th ed. Oxford: Blackwell Scientific, 1999.

barazo. 5. a. La succión es el estímulo más im portante para la secreción y la eyección de leche. b. La prolactina estimula la eyección de leche. c. La oxitocin a se secreta com o respuesta a la succión. d. La prolactina estimula la síntesis y la secreción de los prin­ cipales com ponentes de la leche. e. La lactancia puede suprimirse con agonistas dopaminérgicos. 6. a. La leche madura se caracteriza p or tener un contenido en proteínas m ayor que el calostro.

Test de autoevaluación

b. El calostro se caracteriza p or tener un valor calórico m ayor que la leche madura. c. Durante el embarazo, los estrógenos estimulan el desarrollo

Cada enunciado puede ser verdadero o falso. Las respuestas co­ rrectas se indican a continuación. 1. a. La erección es un reflejo simpático. b. La erección se debe a la acumulación de sangre en los teji­ dos eréctiles del pene. c. Durante la eyaculación, los esperm atozoides se mezclan con

ductal, mientras que la progesterona estimula el desarro­ llo de los alvéolos. d. Después de un aborto espontáneo a los 5 meses de embara­ zo, se inicia la lactancia. e. Durante el embarazo, la secreción de esteroides placentarios inhibe la lactancia.

las secreciones procedentes de la próstata y las vesículas se­ minales.

Respuestas

d. Norm alm ente, la fecundación se produce en el útero. e. La fecundación puede producirse 3 o más dias después de la ovulación.

1. La actividad de los nervios parasimpáticos que se originan en los nervios S2-S4 inicia la erección, lo que hace que los vasos

2. a. El recuento normal de esperm atozoides es de alrededor de 20 millones. b. Inm ediatamente después de la eyaculación los espermato­ zoides son capaces de fecundar el óvulo.

de la arteria pudenda se dilaten. Norm alm ente la fecundación se produce en una de las trompas de Falopio. Puesto que se considera que el ó v u lo no fecundado sólo es viab le entre 12 y 24 h después de la ovulación, la fecundación debe producirse

c. El óvu lo fecundado tam bién se conoce com o cigoto.

dentro de este periodo.

d. Después de la fecundación el óv u lo com pleta su segunda di­

a. Falso.

visión meiótica. e. Ll óvu lo fecundado secreta hCG para mantener el cuerpo lúteo. 3. a. La placenta nutre al feto gracias a un patrón en diálisis que

b. Verdadero. c. Verdadero. d. Falso. e. Falso.

asegura la con exión entre las circulaciones materna y fetal.

2. El recuento normal de espermatozoides es de unos 200 m illo­

b. La barrera placentaria es muy fina y más o menos permea­

nes. Unos valores de 20 m illones se asocian con infertilidad

ble a la glucosa y a los aminoácidos. c. La PO j de la sangre de la vena um bilical es idéntica a la de la sangre arterial materna. d. La placenta secreta progesterona en cantidades 10 veces su­ periores a las segregadas por el cuerpo lúteo. e. Los estrógenos secretados por la placenta tienden a aumen­

masculina. Los espermatozoides deben experim entar una reac­ ción acrosómica antes de que puedan fecundar un óvu lo; esto se conoce como capacitación y norm almente tiene lugar en el tracto reproductor femenino. a. Falso. b. Falso.

tar la excitabilidad uterina durante las últimas semanas de

c. Verdadero.

embarazo.

d. Verdadero.

4. a. La función tiroidea se incrementa durante el embarazo. b. La secreción placentaria de progesterona es m ayor durante las 8 primeras semanas de gestación. c. El flu jo sanguíneo renal aumenta durante el embarazo.

e. Verdadero. 3. La barrera placentaria es relativam ente gruesa e impermeable. Im pide que las proteínas fetales alcancen la circulación mater­ na y desencadenen una respuesta inmune. A u n qu e los gases

Respuestas

sanguíneos cruzan la barrera placentaria por difusión pasiva, la glucosa y los aminoácidos pasan de la madre al feto por d i­ fusión facilitada mediada por transportador. La PO, de la san­ g re de la vena um bilical es de unos 4,25 kPa (aproxim adam en­ te 32 m mHg), valor mucho menor que el de la PO, de la arteria uterina (unos 12,6 kPa o 95 m mHg). a. Verdadero.

531

e. Falso. 5. La oxitocina es la hormona responsable de la eyección de le­ che. La prolactina estimula la síntesis de leche. La dopamina es la hormona inhibidora de la prolactina (P IH ) y, por consi­ guiente, los agonistas dopam inérgicos suprimen la secreción de prolactina y la producción de leche. a. Verdadero,

b. Falso. c. Falso. d. Verdadero. e. Verdadero.

b. Falso. c. Verdadero. d. Verdadero. e. Verdadero.

4. La función tiroidea suele aumentar durante la gestación d eb i­ do a los efectos de una hormona placentaria similar a la TSH. La secreción placentaria de progesterona alcanza su valor m áxim o aproxim adam ente a la semana 36. El flu jo sanguíneo

6. El calostro se caracteriza p or tener un con tenido en proteínas mayor que la leche madura, pero un contenido en grasas e hi­ dratos de carbono menor. Por esta razón, su valor calórico es

renal aumenta a consecuencia del increm ento del gasto car­

inferior al de la leche madura. La glándula mamaria está pre­

díaco qu e tiene lugar durante el embarazo. La concentración

parada para la lactación en los prim eros meses de embarazo, de

plasmática de urea dism in uye d e b id o a qu e aumenta la TFG.

modo que la pérdida de hormonas esteroideas placentarias ini­

La frecuencia respiratoria n o se suele m od ificar durante la

ciará la lactación.

gestación.

a. Falso.

a. Verdadero.

b. Falso.

b. Falso.

c. Verdadero.

c. Verdadero.

d. Verdadero.

d. Verdadero.

e. Verdadero.

22 Fisiología fetal y neonatal El objetivo del presente capítulo es explicar: •

Las diferencias en la organización del sistema cardiovascular fetal respecto a la del adulto; por qué son importantes estas diferencias para la supervivencia del feto

•

El transporte de oxígeno en la sangre fetal

•

Los cambios que tienen lugar después del parto

•

El primer movimiento respiratorio y cambios cardiovasculares que le siguen

•

El papel del surfactante en la insuflación pulmonar

•

Los factores responsables del cierre del agujero oval, el conducto arterioso y el conducto venoso

•

La respiración en el recién nacido

•

Las diferencias entre el aparato digestivo, el sistema renal y las glándulas suprarrenales del feto, el recién nacido y el adulto

•

Los mecanismos subyacentes a la regulación de la temperatura corporal en el recién nacido

•

La diferenciación de los tractos reproductores masculino y femenino

Fisiología fetal y neonatal

22.2 La circulación fetal está organizada para optimizar el uso del escaso suministro de oxígeno

22.1 Introducción Mientras permanece en el útero materno, el feto depende por com­ pleto de la placenta para intercambiar gases, nutrirse y eliminar sus productos de desecho. Presenta distintas adaptaciones a la vida dentro de un saco o bolsa llena de líquido. Este capítulo considera algunos de los aspectos más importantes de la fisiología del feto, al igual que los cambios fisiológicos que tienen lugar en el momento del parto y poco después, y que permiten que el recién nacido efec­

La circulación fetal difiere de la del adulto en diversos aspectos importantes: está adaptada al intercam bio de gases a través de la placenta y no a través de los pulmones, por eso la m ayor parte de órganos que prácticamente no son funcionales, com o los pulm o­ nes, el intestino y el hígado, no están irrigados. El latido cardíaco fetal se puede detectar a las 4 o 5 semanas de

túe una transición satisfactoria desde su existencia intrauterina hasta una vida semiindependiente respirando aire. Aun que los

embarazo; en la semana 11 el sistema cardiovascular ya está desa­

cambios que se producen en torno al momento del parto en el sis­

rrollado por com pleto, aunque en miniatura. El esquema sim plifi­

tema cardiovascular y pulmonar son de importancia fundamental

cado de la figura 22-1 muestra la organización del sistema cardio­

para la supervivencia del recién nacido, también es importante re­

vascular fetal, com pletamente desarrollado, e ilustra los tres cor­

cordar que durante la vida fetal funcionan otros órganos que tam­

tocircuitos o shunts importantes que diferencian la circulación

bién deben adaptarse al nacer a las necesidades de la vida extra­

fetal de la del adulto. Son los siguientes:

uterina. Entre éstos, se describen brevem ente las glándulas supra­ rrenales, los riñones, los tejidos termorreguladores y el tracto

1.

Agujero oval. Es un espacio form ado por la fusión incom pleta

gastrointestinal. El capítulo finaliza con una descripción de la dife­

del tabique entre la aurícula izqu ierda y la derecha. Como

renciación de los órganos sexuales masculinos y femeninos.

muestran las figuras 22-1 y 22-2, el agujero oval proporciona

Arterias carótidas Vena cava superior

Aorta

Conducto arterioso Arteria pulmonar Auricula derecha

Agujero oval

Crista dividens

Vena cava inferior

Conducto

Hígado Fig. 22-1.

Organización del sistema cardiovas­

cular fetal. La estructura del corazón se ha modi­ ficado para mostrar el funcionamiento de la crista

Arteria umbilical

dividens. La flecha discontinua indica el flujo di­ recto de sangre procedente de la vena cava infe­

Placenta

Vena umbilical

rior a través del agujero oval hasta la aurícula iz­ quierda.

536

22 Rsiologio fetal y neonatal

Vena cava superior

La sangre procedente del ventrículo izquierdo se bombea a la

Aurícula derecha

aorta ascendente, a partir de la cual nacen las arterias carótidas que Fig. 22-2.

Crista divídeos

Auricula izquierda

pulmonares Vena cava inferior

Válvula del agujero oval

Dibujo de­

suministran riego sanguíneo al cerebro (fig. 22-1). La sangre proce­

tallado que muestra el

dente del ventrículo derecho penetra en la arteria pulmonar. Pero

flujo sanguíneo en la

existe una conexión directa entre la arteria pulmonar y la aorta des­

aurícula derecha. Ob­

cendente, el conducto arterioso. Así, cuando la sangre alcanza el

sérvese cómo la crista

punto de origen del conducto arterioso a partir de la arteria pul­

dividens deriva el flujo

monar, puede escoger entre dos vías: puede viajar hasta los pulm o­

de sangre desoxigena­

nes fetales por las arterias pulmonares, o puede pasar por alto los

da de la vena cava infe­

pulmones y viajar directamente hasta la aorta descendente por el

rior a través del agujero oval hacia la aurícula izquierda.

conducto arterioso. En la práctica, sólo alrededor del 20% de la sangre proveniente del ventrículo derecho perfunde los pulmones, debido a la elevada resistencia vascular de la circulación pulmonar (v. más adelante). El resto flu ye a través del conducto arterioso. Una importante consecuencia de esta distribución de la circula­

a la sangre un acceso directo desde la vena cava in ferior y la 2. 3.

ción fetal es que el contenido en oxigeno de la sangre de la aorta as­

aurícula izquierda.

cendente es característicamente mayor que el de la aorta descenden­

Conducto arterioso. Establece una con exión directa entre la ar­

te, debido al funcionamiento del agujero oval. Esto significa que la

teria pulmonar y la aorta.

sangre que irriga el cerebro está comparativamente bien oxigenada.

Conducto venoso. Conecta la vena um bilical con la vena cava inferior. Estos cortocircuitos o shunts, que norm almente se cierran al

nacer, perm iten que ambos lados del corazón fetal trabajen de forma paralela, y que se mezcle la sangre del ven trícu lo derecho con la del izqu ierdo. Esta distribución difiere de la del adulto, ya que las circulaciones pulm onar y sistèmica son independientes (fig. 22-4, más adelante). Para entender cóm o funciona la organización paralela de la circulación fetal, será útil consultar la figura 22-1, que ilustra la vía que sigue la sangre a través del sistema cardiovascular fetal. El retorno venoso hasta el lado derecho del corazón correspon­ de a sangre desoxigenada que transporta la vena cava superior, por un lado, y sangre oxigenada que transporta la vena cava inferior desde la placenta. Alreded or del 80% de la sangre de las venas um­ bilicales no circula por el hígado fetal inmaduro y alcanza directa­ mente la vena cava inferior a través del conducto venoso; el 20% restante alcanza el hígado a través de la vena porta. Por consi­ guiente, en la vena cava inferior se mezcla la sangre oxigenada de la vena umbilical con la sangre desoxigenada que regresa de las partes caudales del cuerpo. Si esta sangre también tuviera que mez­ clarse con la sangre desoxigenada que viaja por la vena cava supe­ rior procedente de las partes superiores del organismo — tal y como sucede en el adulto— , la saturación de oxígen o de la sangre proce­ dente de la placenta se reduciría todavía más. En el feto, se evita que la sangre de la vena cava superior se m ezcle con la de la cava in ferior en el corazón gracias a la posición anatómica y al funciona­

Control de la circulación fetal Hacia la semana 11 del embarazo, cuando el sistema cardiovascular fetal ya se ha desarrollado, el corazón del feto late aproximadamen­ te a una frecuencia de 160 latidos por minuto (lat./min), muy alta si se compara con la frecuencia cardiaca media del adulto en reposo (que es de unos 70 lat./min). Esta elevada frecuencia se debe a que en este estadio del desarrollo embrionario no hay control autónomo sobre el corazón (recordemos que, en el adulto, la frecuencia car­ díaca en reposo está influida, sobre todo, por la actividad vagai tó­ nica [parasimpàtica]). Más adelante, durante el último trimestre del embarazo, e! sistema nervioso autónomo ya es funcional y se esta­ blece la inervación parasimpàtica del corazón. En este estadio, la frecuencia cardíaca fetal se enlentece hasta cerca de 140 lat./min. Los cambios de la presión arterial que se producen durante la vida fetal también evidencian este desarrollo gradual de un control autó­ nomo del sistema cardiovascular. En los primeros meses de emba­ razo, cuando apenas hay tono vascular periférico y las resistencias periféricas totales son bajas, la presión es, comparativamente, baja, de alrededor de 9/6 kPa (aproximadamente 70/45 mmHg). La pre­ sión arterial aumenta gradualmente a medida que se establece la actividad autónoma y aumenta el tono vascular. A l mismo tiempo, empiezan a funcionar los barorreceptores aórticos y carotídeos. Tanto este aumento de la presión arterial como la disminución de la frecuencia cardíaca continúan después del parto, hasta los 7 años de edad, aproximadamente, cuando ambos parámetros alcanzan valores similares a los del adulto.

miento de la crista dividens y el agujero oval, que perm iten que la mayor parte de la sangre procedente de la vena cava inferior alcan­ ce directamente las cavidades izquierdas del corazón, en lugar de entrar en este órgano por las derechas, como sucede en el adulto. Esto se muestra en las figuras 22-1 y 22-2. La sangre restante conti­ núa su camino ascendente y penetra en la aurícula derecha. N or­ malmente, la sangre procedente de la vena cava superior no alcan­

El feto d ep en d e de la placenta para el intercam bio de gases, ya que sus pulm ones están colapsados y los alvéolos, llenos de líq u id o

za la crista dividens (la parte superior del tabique incom pleto que separa ambos lados del corazón). En cambio, la sangre penetra en la

El papel de la placenta en el transporte de ox igen o y d ió x id o de

aurícula derecha.

carbono desde la sangre materna hacia la fetal ya se ha descrito

22.2 La circulación fetal está organizada paro optimizar el uso del escaso suministro de oxigeno

con detalle en el capítulo 21 (v. aparts. 21.4 y 21.5). Por lo que respecta al intercam bio de gases, los pulmones fetales no son fun­

537

La sangre fetal tiene m ayor afinidad por el o x íg en o que la sangre del adulto

cionales y los alvéolos están casi colapsados y llenos de líquido. Este líq u id o lo secretan las células alveolares de tip o I (las células epiteliales que revisten los capilares pulmonares), y su com posi­ ción difiere de la del líq u id o amniótico. Aparece por primera vez a mitad del embarazo. Cuando éste acaba a término, los pulmones contienen en total unos 40 mi de este líqu id o. Como los alvéolos están colapsados, sus capilares son sinuosos y ofrecen una eleva­ da resistencia al flu jo sanguíneo. En consecuencia, los pulmones están relativam ente mal perfundidos.

La P 0 2 de la sangre p roven iente de la placenta que llega al feto por las venas um bilicales es de unos 5 kPa (35-40 m mHg), mucho menor que la presión parcial de la sangre arterial normal del adul­ to (alrededor de 12,6 kPa [95 m m Hg]; v. fig. 21-8). Además, en el feto la P a0 2 sólo es de unos 3 kPa (aproxim adam ente 22 mmHg; fig. 22-3), porque la sangre um bilical se mezcla con la sangre que retorna de la parte in ferior del cuerpo antes de alcanzar la mitad izquierda del corazón. Se podría esperar que este bajo valor de la P a 0 2 diera lugar a un valor m uy bajo de saturación de ox ígen o y a un contenido bajo en ox íge n o en la sangre del feto. De hecho,

Antes del parto em piezan los m o vim ien to s respiratorios

incluso con esta P a 0 2 baja, la saturación de ox ígen o de la sangre arterial del feto es del 60 % , comparada con el 9 8 % de las arterias del adulto. El contenido de ox igen o de la sangre arterial fetal es

A pesar de que los pulm ones fetales no participan en el inter­

de unos 16 mi • di '. Se han descrito dos importantes factores res­

cam bio de gases, durante el em barazo se observan m ovim ien tos

ponsables de estos valores:

ventilatorios. Las ecografías han revela d o que los m ovim ien ­ tos respiratorios fetales em piezan en torn o a las 10 semanas de

1.

La sangre fetal se caracteriza por tener una concentración de

embarazo. Hasta la semana 34, aproxim adam ente, estos m o v i­

hem oglobina m ayor (alrededor de 20 g • di ') que la del adul­

mientos son superficiales e irregulares, p ero después em piezan a

to (15 g • di-1). Esto aumenta la capacidad de transporte de ox ígen o de la sangre fetal.

mostrar un patrón más rítm ico, con períodos de activid ad in ter­ calados con p eríodos de ausencia de m ovim ien to. En ocasiones

2.

La hem oglobina fetal (HbF), que se caracteriza por tener una

se observan boqueadas, en especial si el feto experim enta hiper-

estructura diferente de la del adulto, presenta una afinidad

capnia com o consecuencia, p or ejem plo, de una insuficiencia

m ayor por el ox ígen o que la hem oglobina del adulto. La cur­

placentaria o por com presión del cordón um bilical. Esta res­

va de disociación del ox íge n o para la sangre fetal se desplaza

puesta sugiere que los qu im iorreceptores (v . cap. 16) ya son

hacia la izqu ierda respecto a la del adulto (fig. 22-3). Como

funcionales durante la última parte del embarazo. En la actuali­

consecuencia, incluso con los valores de P 0 2 bajos del feto la

dad se cree que los m ovim ien tos respiratorios fetales preparan

sangre fetal presenta una saturación y un contenido total de

al sistema respiratorio para su función posnatal de intercam bio

ox ígen o relativam ente altos. Además, la parte de la curva en la que el feto opera norm almente es m uy pronunciada. Así,

de gases.

aun cuando existe una diferencia relativam ente pequeña de la P 0 2 entre la sangre arterial y la venosa sistèmica, se observan grandes diferencias en la saturación de oxígen o, y el oxígen o es cedido fácilm ente a los tejidos. Existen variaciones entre las distintas especies animales res­ pecto a la m agnitud de la diferencia del feto y el adulto en la afi­ nidad de la hem oglobina por el oxígen o. La m ayor parte de la in-

Resumen 1.

El feto depende de la placenta para el intercambio de gases, la eli­ minación de desechos y la nutrición.

2.

La circulación fetal se distribuye de tal forma que las dos cámaras del corazón funcionan esencialmente en paralelo y los tres corto­ circuitos o shunts fetales permiten que la sangre no circule por aquellos órganos poco funcionales o afuncionales.

Fig. 22-3.

Curvas de disociación del oxígen o para la hemoglobina en

3.

La frecuencia cardiaca fetal es alta y la presión, baja.

la oveja adulta y en el feto. Obsérvese que en el feto la curva de diso­

4.

Los pulmones fetales están llenos de líquido y prácticamente colap­

ciación está desplazada hacia la izquierda, lo que indica un mayor gra­

sados. La resistencia vascular pulmonar es elevada y, en consecuen­

do de saturación de la hem oglobina fetal a una misma presión parcial de

cia, el flujo sanguíneo pulmonar sólo equivale al 20% del gasto ven­

oxígeno. Se indican los valores aproximados de la presión parcial y la saturación porcentual en la aorta ascendente del feto y en la arteria y la

tricular derecho; el otro 80% atraviesa el conducto arterioso. 5.

A pesar de la baja PaO¡, la sangre fetal transporta unos 16 mi • di :.

vena umbilicales de la oveja. La diferencia en el transporte de oxígeno

Este valor es consecuencia de la elevada concentración de hemo­

entre la sangre humana del adulto y la fetal es ligeramente menor que

globina fetal y de la gran afinidad de ésta por el oxígeno.

en la oveja.

538

22 Fisiologia fetal y neonatal

vestigaeión en esta área se ha llevado a cabo utilizando ovejas, y en estos animales la diferencia es m uy amplia. En el ser humano se considera que las diferencias son menores, aunque siguen siendo significativas.

22.3 Cambios respiratorios y cardiovasculares ai nacer Los cambios que se producen al nacer pueden resumirse del si­ guiente modo: 1.

Inicio de la prim era inspiración.

2.

Expansión de los pulmones, seguida de una disminución de la resistencia pulm onar vascular que se traduce en un aumento notable del flu jo sanguíneo pulmonar.

3.

Cierre gradual del conducto arterioso; com o consecuencia, tod o el gasto ventricular derecho pasa, en últim o térm ino, p or el circuito pulmonar.

4.

da que da lugar al cierre del agujero oval. 5.

■N.

Aum ento del flu jo sanguíneo pulm onar en la aurícula izqu ier­

Conducto arterioso

Adulto

Cierre del conducto venoso; com o consecuencia, toda la san­ gre de la vena porta atraviesa el hígado. En la figura 22-4 se resumen los cambios en el patrón circula­

torio después del nacimiento.

La prim era inspiración está desencadenada, probablem ente, por el en fria m ien to y la hipercapnia

Fig. 22-4.

cional en el feto, cuyos m ovim ientos respiratorios son más

Después del parto, el recién nacido queda separado de la pla­ centa, que ha actuado com o zona de intercam bio de gases duran­ te los 9 meses anteriores. Si en la sala de partos no se pinza q u i­ rúrgicam ente el cordón, los vasos um bilicales se cierran rápida­ m ente p or sí solos. A s í pues, a pesar de que tanto el feto com o el recién nacido pueden tolerar grados de hipercapnia e hipoxia que probablem ente producirían la muerte en un adulto, el lac­ tante tiene que em pezar a respirar solo para s o b rev iv ir los p ri­ meros 10 min. ¿Qué mecanismos desencadenan la primera inspi­ ración? 1.

En prim er lugar, después del parto el lactante se encuentra en

2.

En segundo lugar, después del parto se produce un aumento

Esquema que muestra cómo cambia el patrón de circulación

después del nacimiento.

pronunciados durante la asfixia (v . anteriormente). 3.

Por últim o, después del parto, el recién nacido recibe gran cantidad de inform ación sensorial, de la que había permane­ cido aislado en el claustro materno. Es bien conocido que los estímulos táctiles y dolorosos pueden favorecer los m ovi­ m ientos respiratorios, incluso en el feto. N o se sabe cuál es el factor responsable del inicio de la respi­

ración después del parto — si es que existe alguno— , pero es p o­ sible que se requiera una com binación de estímulos tanto físicos com o quím icos.

un ambiente más frío. de la P C 0 2. Durante el parto, en especial si éste ha sido prolon­ gado y difícil, el suministro sanguíneo placentario se ocluye

El surfactante facilita la insuflación pulm onar

parcial o completamente durante períodos breves de tiempo. Sin duda, una v e z que el feto es expulsado, pierde el suminis­

Los pulmones han perm anecido colapsados y llenos de líqu id o

tro sanguíneo placentario. Como consecuencia, el lactante e x ­

durante toda la vida embrionaria. Para llenarlos de aire por p ri­

perimenta un grado considerable de hipercapnia. Determina­

mera vez, el recién nacido debe superar la tensión superficial de

ciones de la PCOj de sangre obtenida en el cuero cabelludo du­

la interfase gas-líquido de los alvéolos. A lred ed or de la semana 20

rante e inmediatamente después del parto revelan un aumento

de embarazo, las células epiteliales de tip o II empiezan a aparecer

destacado del d ióx id o de carbono, que puede estimular al re­

en los alvéolos en desarrollo. Entre 8 y 10 semanas más tarde, bajo

cién nacido para respirar en busca de aire. Este reflejo es fun-

el control del cortisol fetal, estas células empiezan a secretar sur-

539

22.3 Cambios respiratorios y cardiovasculares al nacer

40 min después de la primera Inspiración

Fig. 22-5.

Relación presión-volumen en los pul­

mones durante la primera, la segunda y la tercera inspiración, y en la inspiración producida 40 min después de la primera. Obsérvese que el volumen residual (VR ) se establece con la primera inspira­ 1) VR

+4 +40

-2

+2

__ l_ +20

0

-20

-6

__l_ -40

—60

+4

I_

+40

+2 __ !_

-2

+20

-20

-4

-6

_i_

ción v que la distensibilidad aumenta en las inspi­ raciones ulteriores (es decir, después de la prime­

kPa

ra respiración disminuye el cambio de presión

-40

que se requiere para un cambio dado de volu­

Presión (kPa)

men).

factantes de estructura fosfolipídica, principalm ente lecitina y es-

así, la prim era inspiración requ iere un esfu erzo m ecánico con ­

fíngom ielina. Las moléculas de surfactante dism inuyen la tensión

siderable p or parte del feto (fig . 22-5). P or con siguiente, los lac­

superficial que se opone a la insuflación pulmonar. Esta disminu­

tantes prem aturos, en los qu e todavía no se ha establecido una

ción perm ite que el recién nacido llene de aire sus pulmones. Sin

secreción su ficien te de surfactante, se enfren tan a problem as

em bargo, sigue siendo necesario un im portante esfuerzo ventila-

graves. Si un lactante nace antes de las 28-30 semanas de em ba­

torio para expan dir los pulmones por primera vez.

razo, no hay duda de que tendrá dificu ltad es para superar la

A la vista de la figura 22-5 es evidente que debe generarse una

tensión su p erficial qu e se op on e a la v e n tilació n , y es m u y p ro ­

gran presión negativa para que sea posible la inspiración inicial. La

bable que muestre distrés resp iratorio. Para qu e estos lactantes

figura ilustra la relación presión-volum en que existe durante la pri­

tengan alguna posib ilid ad de su p erviven cia se les debe v en tilar

mera inspiración y las posteriores en el pulmón neonatal. También

artificialm en te hasta que sus pulm ones estén desarrollados su­

pone de manifiesto que debe generarse una gran presión positiva

ficien tem en te com o para p erm itirles respirar de form a in d ep en ­

para la espiración, porque la distensibilidad pulmonar sigue siendo

diente.

m uy baja. El recién nacido debe hacer un gran esfuerzo mecánico. Su diafragma se contrae enérgicamente y las costillas y el esternón, que en este estadio son muy sensibles, se hacen ligeramente cónca­ vas durante las inspiraciones iniciales. Después de la primera espi­ ración, el volum en de los pulmones no vu elve a cero, sino que que­ da una cierta cantidad de aire, que constituye la primera parte del

T a b la 22-1.

C om p ara ción d e las v aria b les resp ira torias d e l re ­

cién n acid o y el ad u lto

volum en residual que persistirá toda la vida. Ulteriormente, la res­ piración se logra mediante cambios de presión mucho menores y,

V ariable

Recién nacido

A du lto

en consecuencia, requiere un esfuerzo mecánico mucho menor; esto indica que la distensibilidad pulmonar ha aumentado (para

Peso corporal (kg)

más detalles sobre la mecánica de la respiración, v. cap. 16).

Frecuencia ventilatoria

Una v e z que los cortocircuitos o shunts fetales se han cerrado después del parto y que los pulmones se han expandido, la resis­ tencia vascular pulm onar dism inuye y el flu jo sanguíneo pulm o­ nar aumenta notablem ente (v . apart. 22.4). El líqu id o que llenaba los alvéolos durante la vid a fetal es reabsorbido rápidam ente en la sangre capilar pulmonar, que se caracteriza p or una presión os­ mótica m ayor que la del liq u id o alveolar.

Volumen corriente (mi) Capacidad « t a l (mi) Superficie para el intercambio de gases

va para el in icio de la v e n tilació n después del parto e, incluso

= 500

- 6.500

18

500

120

4.500

3

60

en los pulmones (m-’) Distensibilidad pulmonar (1 • kPa ')

0,051

(mi ■cmH,0~')

5 0,1

1,7 165 0,2

Capacidad de difusión del oxigeno (mi • s '' • kPa •)

0,6

6

(mi • min ' ■ mmHg )

2,5

25

Energía consumida en la respiración

La presencia de cantidades suficientes de surfactante es decisi­

70 12-15

(inspiraciones • m in '1) Volumen minuto (mi)

Diámetro bronquiolar (mm)

¿Qué ocurre si no hay suficiente surfactante?

3,3 20-50

(% del consumo total de O,)

6

2

540

22 Fisiologia fetal y neonatal

¿En qué d ifie re la respiración neonatal de la del adulto?

Regulación de la ventilación en el recién nacido

Una v e z que se han lograd o las primeras respiraciones — las más

La regulación de la ventilación durante las primeras semanas dr

difíciles— , la respiración se establece con un patrón neonatal,

vida representa un estadio de transición entre la del feto y la de

caracterizado p or un ritm o a lgo errático que d ifiere sign ificati­

adulto. Parece que la actividad quimiorreceptora bulbar central est ■

vam ente del de un niño más m aduro o del de un adulto. Com­

presente desde que se inician los m ovimientos respiratorios fetales

prensiblem ente, el estudio de la función pulm onar en los lactan­

Prueba de ello es que la hipercapnia fetal parece iniciar las «b o ­

tes prem aturos topa con dificultades considerables, aunque se

queadas» (v. anteriormente). En el feto, los quimiorreceptores peri­

dispone de alguna inform ación -— parte de la cual se muestra en

féricos parecen estar desensibilizados o desconectados, probable

la tabla 22-1 — . La frecuencia respiratoria de un recién nacido (es

mente porque la presión parcial de oxígeno en la sangre fetal siem­

decir, de un bebe de menos de un mes de v id a ) es m uy alta y v a ­

pre es baja. En el feto a término, cuya PaO, normal es de 3,0 kP .

riable. La respiración neonatal recuerda a m enudo el patrón fetal

(aproximadamente 23 mmHg), dichos quimiorreceptores muestrar.

de m ovim ientos respiratorios, con episodios de respiración su­

una ligera actividad tónica. Pero después de nacer la sensibilidad h;

p erficial o incluso apnea intercalados con períodos de respira­

póxica del bebé se modifica gradualmente hasta igualar la del adul­

ción normal.

to, y esto ocurre por un mecanismo todavía poco conocido. Esto sig­

Como consecuencia de su elevada frecuencia respiratoria, el

nifica que el recién nacido presenta la misma actividad tónica que ei

volum en m inuto del lactante es relativam en te alto com parado

adulto, pero con niveles mucho mayores de PaO,, y que una reduc­

con su peso corporal. Como muestra la tabla 22-1, los recién na­

ción de la P a0 2 por debajo de los 3,0 kPa (aproximadamente

cidos tienen una distensibilidad pulm onar m uy baja, lo que su­

23 m m Hg) estimula los quimiorreceptores. En el recién nacido, la

pone una resistencia de las vías respiratorias m ayor que la del

respuesta ventilatoria a la hipercapnia es muy marcada: la adición

adulto. D iversos factores con tribu yen a esta elevada resistencia.

de solamente el 2 % de dióxido de carbono al aire inspirado produ­

En prim er lugar, durante las primeras semanas de vid a el lactan­

ce un aumento del volum en minuto de aproximadamente un 80%.

te tiene tendencia a respirar principalm ente por la nariz. En se­ gu ndo lugar, los bronquíolos son m uy estrechos; en tercer lugar, la distensibilidad pulm onar todavía es baja. Estas características

22.4 Después del parto, la circulación debe adaptarse al intercambio de gases pulmonares

im plican que el gasto en ergético de la respiración en el recién na­ cid o sea elevado.

La distribución anatómica de la circulación fetal difiere de la de un

Resumen 1.

Después del parto, el lactante se ve privado del riego sanguíneo placentario y debe empezar a utilizar sus pulmones, factores físi­

2.

adulto en diversos aspectos (fig. 22-4). En esencia, ambos lados del corazón funcionan en paralelo y los tres cortocircuitos o shunts fe­ tales permiten que la sangre pase de largo por los órganos poco funcionales o no funcionales. Esta distribución está bien adaptada

cos, como los cambios de temperatura, pueden estimular la respi­

al intercam bio de gases a través de la placenta, pero no es apropia­

ración, pero un desencadenante probable de la primera inspira­

da cuando el lactante ya ha em pezado a respirar por sí mismo. Des­

ción es la hipercapnia producida por la compresión del cordón

pués del parto, el lactante se ve privad o del suministro sanguíneo

umbilical durante el parto.

placentario y los pulmones se convierten en su fuente exclusiva de

Para llenar de aire sus pulmones por primera vez, el lactante debe

oxígen o. A medida que el lactante empieza a respirar, la circula­

superar las grandes fuerzas de tensión superficial de la interfase

ción fetal debe empezar a adoptar el patrón del adulto, de modo

gas-liquido de los alvéolos. El surfactante desempeña un papel

que la sangre empieza a seguir el circuito pulmonar. Para lograrlo

vital en la reducción de estas fuerzas, pero el lactante ha de hacer un gran esfuerzo para generar las presiones intratorácicas necesa­

es esencial que se cierren los tres cortocircuitos o shunts. Probablem ente, el paso más im portante para que éstos se cie­

rias para expandir los pulmones. 3.

4.

5.

Los lactantes nacidos antes de que se hayan producido unos ni­

rren es el aumento de la perfusión pulm onar que acompaña al es­

veles suficientes de surfactante (en torno a la semana 28) corren

tablecim iento de la ventilación. Durante la vida fetal, sólo alrede­

riesgo de desarrollar un distrés respiratorio.

d or del 20% del gasto cardíaco penetra en el circuito pulmonar,

La respiración neonatal difiere de la del adulto en diversos aspec­

porque en los pulmones colapsados la resistencia al flu jo sanguí­

tos. La frecuencia ventilatoria es mayor pero más errática, la re­

neo de los vasos es elevada. Después de la primera inspiración, el

sistencia de las vías respiratorias también es mayor y el trabajo

flu jo sanguíneo pulm onar aumenta espectacularmente. En ello es­

respiratorio más intenso.

tán im plicados dos factores clave:

La respuesta ventilatoria a la hipercapnia está bien desarrollada tanto en el feto como cu el recién nacido, estando presente la acti­ vidad quimiorreceptora bulbar central desde el segundo trimestre

1.

pilares pulmonares y disminuye su resistencia al flujo sanguíneo.

del embarazo. Fin el feto, los quimiorreceptores periféricos se ca­ racterizan por su bajo nivel de actividad, pero después del parto empiezan a responder a las reducciones de la tensión de oxigeno.

La insuflación de los alvéolos, que reduce la sinuosidad de los ca­

2.

El aumento considerable de la PO, en la sangre que perfunde los pulmones com o consecuencia de la entrada de aire en ellos. La respuesta a este aumento es una vasodilatación de los

22.4 Después de! parto, la circulación debe adaptarse al intercambio de gases pulmonares

A gu je ro oval

El flujo en las venas pulmonares aumenta. La presión en la aurícula izquierda se incrementa por encima de la presión en la aurícula derecha, y esto da lugar al cierre del tabique

Vena cava superior

541

derecha. El agujero oval está constituido por dos tabiques no uni­ dos. Cuando la presión en la aurícula derecha supera la presión en la aurícula izquierda, los tabiques se separan y el shunt queda abierto. Cuando las presiones se invierten, los tabiques son presio­ nados el uno contra el otro y el shunt se cierra. A l principio, el cie­ rre es puramente fisiológico, pero al cabo de pocos días los tabiques se unen permanentemente y el cierre se completa desde un punto de vista anatómico. La figura 22-6 muestra el mecanismo por el cual los cambios de presión causan el cierre del agujero oval. Consideremos ahora el cierre del conducto arterioso, el shunt fetal entre la aorta y la arteria pulmonar. Este es un conducto e x ­ tremadamente am plio, con un diám etro casi tan grande com o el

Vena cava inferior

Ventrículo izquierdo

de la aorta (fig. 22-1). Los mecanismos mediante los que se cierra no se han establecido de manera clara, p ero apenas recibe in erva­ ción, o no la recibe en absoluto, de m odo que la causa más proba­ ble del cierre después del parlo y el inicio de la respiración es la

El flujo en la vena cava inferior ir disminuye cuando se sutura el cordón. La presión en la aurícula derecha disminuye Fig. 22-6.

Cambios en las presiones de las aurículas izquierda y derecha

que provocan el cierre del agujero oval. Aunque los pulmones son no

constricción inducida p or factores vehiculizados por la sangre. Igual que ocurre con los vasos umbilicales, el músculo liso del conducto arterioso se contrae com o respuesta al aumento sustan­ cial de la P 0 2 observado después de las primeras respiraciones. El cierre perm anente del shunt se produce al cabo de unos 10 días a consecuencia de la fibrosis de la luz del vaso.

funcionales, la presión en la aurícula derecha es mayor que en la izquier­ da y la sangre pasa a través del agujero oval. Después de la primera ins­ piración, la presión en la aurícula izquierda se hace mayor que en la de­ recha, y el agujero oval se cierra.

El tercer shunt es el conducto venoso, el conducto que pasa por alto el hígado y, durante la vida fetal, transporta alrededor del 80% de la sangre de las venas umbilicales directamente hasta la vena cava inferior. Una v e z más, los mecanismos exactos de cierre apenas se conocen, pero se considera que tienen lugar como consecuencia

vasos pulmonares y la consiguiente dism inución de la resis­ tencia. Estos cambios hacen aumentar la cantidad de sangre que circula por los vasos pulmonares. A l nacer, el feto pierde el suministro sanguíneo placentario. Después del parto, el cordón um bilical se pinza, pero incluso si no se pinza, los vasos um bilicales parecen cerrarse espontáneamente com o consecuencia de la vasoconstricción provocada por el au­ m ento de la PO, sistèmica. (Obsérvese que esta reacción es con­ traria a la de las arteriolas pulmonares, que se dilatan com o res­ puesta al aumento de la PO^; v. también cap. 16.)

de la constricción de los vasos umbilicales después del parto. En esencia, el funcionam iento paralelo de las dos cámaras del corazón, característico del feto, se con vierte en un funcionam ien­ to en serie poco después del nacimiento, una v e z que ha com en­ zado el intercam bio de gases pulmonares (fig. 22-4). A l mismo tiem po, las cargas de trabajo relativas de ambas cámaras del cora­ zón se alteran. Dado que en el lecho vascular pulm onar la resis­ tencia al flu jo es de sólo un 12% del de la circulación sistémica, la carga de trabajo del lado derecho del corazón es considerable­ mente m enor que la del lado izqu ierdo. Esto origina un creci­ m iento acelerado del ven trícu lo izqu ierdo, cuya carga es mucho mayor; la masa muscular que desarrollará este ven trícu lo será el

© MASSÓN, S.A. Fotocopiar sin autorización es un delito.

trip le que la del ventrícu lo derecho.

¿Cómo provocan los cambios posparto del patrón de flu jo sanguíneo el cierre de los cortocircuitos fetales?

Resumen 1.

Después del parto, la circulación del lactante debe adaptarse al intercambio de gases a través de los pulmones.

Considérese en primer lugar el agujero oval, es decir, el shunt entre

2.

F.l funcionamiento en paralelo de ambos lados del corazón obser­

la aurícula izquierda y la derecha. Durante la vida fetal, la presión

vado durante la vida fetal se convierte en una función en serie

en la aurícula derecha es similar o un poco superior a la presión en

cuando se cierran los tres shunts fetales.

la aurícula izquierda debido a que la resistencia pulmonar es relati­

3.

F1 cierre de los shunts depende de la propia ventilación. A medi­

vamente alta y la resistencia sistèmica relativamente baja. Después

da que se expanden los pulmones, aumenta la perfusión pulmo­

del parto y al iniciarse la respiración independiente, el aumento de

nar

la perfusión pulmonar causa un aumento del retorno venoso hacia

ricular izquierda aumente por encima de la presión auricular de­

la aurícula izquierda. A l mismo tiempo, la pérdida del suministro sanguíneo umbilical reduce el retorno venoso a la aurícula derecha a través de la vena cava inferior. En consecuencia, la presión en la aurícula izquierda aumenta por encima de la presión en la aurícula

y

se cierran los vasos umbilicales. Esto hace que la presión au­

recha, con el cierre ulterior de los tabiques que forman el agujero oval. Se considera que el conducto venoso y el conducto arterio­ so se cierran como consecuencia de la vasoconstricción produci­ da por el aumento de la P 0 2 arterial.

54 2

22 Fisiologia fetal y neonatol

Ocasionalmente, los cortocircuitos fetales no se cierran

Estas áreas son las siguientes: una pequeña región de tejido medular derivado de las células de la cresta nerviosa embrionaria; una pe­ queña corteza zonal, la llamada corteza definitiva, que se parece a

A u n qu e apenas se dispone de datos sobre la ausencia de cierre del conducto venoso durante los prim eros días de vida, pueden ob ­ servarse conexiones fetales persistentes en forma de un agujero oval o un conducto arterioso permeable. Cada una de estas cone­ xiones representa, probablem ente, alrededor del 15-20% de las cardiopatías congénitas. Durante la vida neonatal precoz, no es raro observar un flujo interm itente a través de los shunts fetales, pero si permanecen abiertos durante un periodo prolongado des­ pués del nacimiento, la función circulatoria se deteriora y hay que corregir el defecto mediante una intervención quirúrgica. Por ejemplo, si el agujero oval sigue siendo permeable, el volum en de sangre expulsada por el ventrículo derecho con frecuencia au­ menta y es probable que exista una mezcla de sangre oxigenada y

la del adulto, y una tercera región m uy extensa, la zona fetal. En la figura 22-7 se muestran los tamaños relativos de estas tres áreas. Las funciones de las diferentes regiones de la glándula suprarre­ nal fetal no están bien esclarecidas, pero se sabe que el tejido medu­ lar es capaz de secretar catecolaminas. Esto ocurre, especialmente, como respuesta al estrés hipóxico, y también como respuesta al es­ trés por enfriamiento que sigue al parto. La zona fetal parece tener mucha importancia en la producción de los precursores necesarios para la síntesis placentaria de estrógenos (v. cap. 21) y su gran ta­ maño refleja probablemente la intensa producción de estos esteroi­ des durante el embarazo. La «corteza d efin itiva » apenas parece in­ tervenir en la síntesis de esteroides durante la vida fetal, pero lleva a cabo una tarea muy importante: convierte la progesterona en cor­ tisol, en especial durante los últimos 3 meses de embarazo.

desoxigenada (síndrom e del recién nacido azul). Cuando el con­

El cortisol fetal desempeña varias funciones decisivas:

ducto arterioso permanece abierto, un 50% o más del volum en sistólico ventricular izqu ierdo puede derivarse al circuito pulmonar,

1.

Se relaciona con la producción de surfactante por parte de las

2.

Acelera la diferenciación funcional del hígado e induce las en­

3.

In tervien e de form a decisiva en el desencadenamiento del

causando hipertensión pulmonar e insuficiencia cardíaca. Este proceso se trata quirúrgicam ente cerrando el conducto arterioso.

células alveolares de tip o 2. zimas implicadas en la síntesis de glucógeno.

22.5 Glándulas suprarrenales y riñones fetales La glán du la suprarrenal fetal secreta grandes cantidades de cortisol durante el desarrollo

parto. Después del parto, la zona fetal de la glándula suprarrenal de­ genera, mientras que la corteza zonada d efin itiva se desarrolla rá­ pidamente para establecer el patrón organ izativo del adulto.

Las glándulas suprarrenales son órganos endocrinos vitales en el adulto. En ellas se distinguen dos regiones diferentes: la corteza, que sintetiza y secreta diversos esteroides (v . cap. 12), y la m édu­

Función renal y e q u ilib r io hídrico en el feto y en el recién nacido

la, que produce las catecolaminas adrenalina y noradrenalina. Durante la vid a fetal, las glándulas suprarrenales parecen ser más

A pesar de que la placenta es el principal órgano homeostático y

importantes, si cabe, ya que su in tervención en el desarrollo de

excretor del feto, el riñón fetal interviene en la regulación del equi­

muchos sistemas orgánicos fetales es clave, y también son im por­

librio hídrico y el control de la presión arterial. Además, el volu ­

tantes en el inicio del parto (v . apart. 21.7).

men de liqu id o am niótico está regulado, principalmente, por la for­

En relación con el tamaño corporal del feto, la glándula supra­

mación de orina fetal. El feto humano empieza a producir orina

rrenal fetal es mucho mayor que la del adulto. Además, está organi­

aproximadamente a las ocho semanas de embarazo. Su volum en au­

zada de una manera diferente. A diferencia de la glándula del adul­

menta progresivam ente durante todo el embarazo y es más o menos

to, que consiste en una médula y una corteza zonada, la glándula su­

equivalente al volum en de Liquido amniótico ingerido por el feto

prarrenal fetal se d ivid e en tres áreas con diferentes características.

(alrededor de 28 mi ■ h 1al final del embarazo). La orina fetal suele

Pnmordio Zona fetal de la corteza

Médula

Médula

Fig. 22-7.

Zona fasciculada Período e m b rio n a rio tardío

Zona Zona reticular glomerular R ecién nacido

1 año

4 años

Esquema que muestra los cambios de

la glándula suprarrenal fetal durante el desarro­ llo. Obsérvese la regresión de la corteza fetal des­ pués del nacimiento.

22.6 Reguloción de la temperatura corporal en el recién nacido

543

ser hipotónica con respecto al plasma. De hecho, la capacidad del

bargo, se considera que, mientras que la glucosa y el fosfato se re­

riñón para concentrar orina no se desarrolla por com pleto hasta

absorben eficientem ente, el bicarbonato y los aminoácidos se

después del parto, cuando este órgano madura: el asa de Henle se

reabsorben peor. Los lactantes no pueden concentrar tanto la ori­

alarga y aumenta la sensibilidad de los túbulos a la ADH.

na com o ios adultos. Posibles razones de este fenóm eno son la in­

En el adulto, los túbulos reabsorben prácticamente todo el so­

madurez de los túbulos, asas de Henle más cortas, menor sensibi­

dio filtrado. En el feto, la reabsorción de sodio es com parativa­

lidad a la A D H y una baja concentración plasmática de urea. Este

mente baja (85-95% de la carga filtrada). N o se conocen las razo­

bajo valor de urea se explica p orqu e casi todos los aminoácidos

nes exactas de esta diferencia, pero en parte se podrían explicar

derivados de las proteínas de la dieta del lactante se utilizan en la

por la baja sensibilidad tubular a la aldosterona. Se considera que

formación de n u evo tejido, y m uy pocos se m etabolizan en el h í­

la reabsorción de glucosa fetal se produce m ediante un transpor­

gado y pasan a form ar parte de la urea.

te dependiente del sodio, igual que en el adulto. Además, el um­ bral tubular m áxim o para la reabsorción (corregid o en función de una menor tasa de filtración glom erular) es m ayor que el del adul­ to, igual que el umbral plasmático renal de la glucosa. El riñón fetal interviene en la regulación del equilibrio ácido-

Los recién nacidos corren riesgo de deshidratación

base durante el embarazo. Entre un 80 y un 100% del bicarbonato filtrado es reabsorbido por los túbulos. La respuesta fetal a la acidosis metabólica es relativamente reducida, pero en caso de acidosis se­ vera se observa un aumento de la excreción de iones de hidrógeno.

La incapacidad del recién nacido para concentrar la orina eficien ­ tem ente significa que puede deshidratarse rápidamente, en espe­ cial durante los episodios de diarrea y vóm itos. Es esencial que in­ giera líquidos en abundancia por la boca y , si esto no es posible, que se le adm inistren líquidos por vía intravenosa (v. también

Los cambios renales se producen en el m om ento de nacer o poco después A pesar de que los cambios en la función renal que acompañan al nacim iento son menos espectaculares que los experim entados por

apart. 28.4).

22.6 Regulación de la temperatura corporal en el recién nacido

los sistemas respiratorio y cardiovascular, revisten la misma im ­ portancia. Cuando el recién nacido se v e p rivad o de la placenta,

M ientras está rodeado del líqu id o amniótico, que se encuentra a

sólo dispone de los riñones para mantener el equ ilib rio hídrico y

temperatura corporal, el feto no tiene problemas para regular

elim inar los productos de desecho.

su temperatura. La madre es responsable de generar y disipar el

La tasa de filtración glom erular (TFG ) y la producción de ori­

calor. En el m om ento del parto, el recién nacido abandona rápi­

na aumentan gradualmente durante las primeras semanas de

damente el entorno cálido, húmedo y constante del útero mater­

vida, a pesar de que los niveles del adulto (en relación con la su­

no para pasar a un m undo exterior en el que la temperatura es

p erficie corporal) no se alcanzan hasta los 2 o 3 años de edad. La

m uy inferior, y donde pierde rápidamente calor por radiación,

función tubular es d ifícil de evaluar en recién nacidos. Sin em-

con vección y evaporación. El recién nacido tiene un cociente su­ perficie/volum en elevado, lo que significa que pierde calor rápi­

Resumen

damente a través de la superficie cutánea. Su gasto cardíaco es alto en relación con su superficie, y su capa de tejid o adiposo ais­

1. 2.

La glándula suprarrenal fetal consiste en una región medular; una

lante es com parativam ente delgada. Estos factores se com binan y

pequeña corteza zonal «d e fin itiv a » y una zona fetal más extensa.

propician que la temperatura central del bebé disminuya hasta

La médula secreta catccolaminas, la zona fetal proporciona los pre­

aproxim adam ente 35 °C durante las primeras horas de vida.

cursores necesarios para la síntesis de estrógenos en la placenta, y la

© MASSON. S A. Fotocopiar sin autorización

es un delito.

zona definitiva convierte la progesterona en cortisol. 3.

El cortisol fetal desempeña diversas funciones clave: estimula la producción de surfactante, acelera la maduración del hígado y, probablemente, interviene en el desencadenamiento del parto.

4.

El riñón fetal participa en el mantenimiento del equilibrio hidrico y ácido-base. La orina se produce desde aproximadamente las 8 se­

Los lactantes generan grandes cantidades de calor gracias al m etabolism o d el te jid o adiposo pardo

manas de embarazo. Los riñones fetales no pueden concentrar la 5.

6.

orina eficazmente, de modo que ésta es, en general, hipotónica.

Norm alm ente, cuando se alcanza una diferencia crítica de tem pe­

La reabsorción de glucosa es comparable a la de los adultos en re­

ratura de 1,5 °C entre la piel y el m edio ambiente, se inicia la ter-

lación con la tasa de filtración glomerular, pero la reabsorción de

mogénesis y aumenta el consumo de ox íge n o con el o b je tiv o de

sodio es comparativamente baja.

restaurar la temperatura corporal. A pesar de que al nacer los me­

A l nacer, los riñones se encargan del equilibrio hídrico y la eli­ minación de desechos. La tasa de filtración glomerular y la pro­ ducción de orina aumentan gradualmente, así como la capacidad para concentrar la orina.

canismos term orreguladores sólo son parcialmente funcionales, los recién nacidos son capaces de mantener su temperatura cor­ poral por encima de la temperatura ambiental. Responden a una disminución de la temDeratura ambiental aumentando el m ovi-

544

22 Fisiología letal y neonatal

• Y"

Varicosidad de un nervio simpático

Resumen Un recién nacido puede perder calor rápidamente. Su elevado co­ ciente superficie/volumen, un gasto cardíaco relativamente ele­ vado y la ausencia de tejido adiposo aislante causan una dismi­ nución de la temperatura central al nacer.

Noradrenalina

Los lactantes pueden generar grandes cantidades de calor a través

Adenil cidasa

del metabolismo de la grasa parda, un tejido bien vascularizado si­ tuado alrededor de los riñones, en la nuca, las axilas y entre las es­ cápulas. El metabolismo de la grasa parda es estimulado por las catecolaminas liberadas como respuesta al estrés por tirio. Los lactantes prematuros tienen dificultades incluso mayores para mantener su temperatura corporal y a menudo hay que man­

Receptor p-adrenérgico

tenerlos en una incubadora controlada térmicamente.

grasa parda. La membrana m itocondrial interna de las células de la grasa parda contiene una proteina que desacopla la oxidación en Célula adiposa parda

la síntesis de A T P , y en lugar de calor se genera energía que se al­ Tüpasa sensible a las hormonas

macena como A T P y que será liberada ulteriormente, durante el metabolismo celular. Además, los ácidos grasos libres y los glicéridos que no se resintetizan inmediatamente quedan disponibles

[ Triglicéridos ]

;Ácidos grasos libresj

para la oxidación por la vía bioquímica habitual, proporcionando

Mitocondria

irrigado, el calor generado por esta vía es conducido rápidamente

todavía más energía en forma de calor. Como el tejido está bien

f Calor Fig. 22-8.

al resto del organismo. De esta manera, la grasa parda actúa como una fuente eficaz de calor para el recién nacido.

Metabolismo de una célula adiposa parda. I.a activación dé­

los receptores |3-adrenérgicos de la superficie de la célula da lugar a una cascada de señales que produce una mayor degradación de triglicéridos. Estos se metabolizan en las mitocondrias, con lo cual se genera calor (para más detalles, v. texto).

m iento muscular, aunque de manera limitada, con escalofríos. Es­

Los lactantes prematuros plantean problem as especiales de term orregu lación Los lactantes prematuros tienen dificultades incluso mayores que

tos mecanismos no pueden explicar todo el calor que se genera

los nacidos a término para mantener su temperatura corporal. Su co­

com o respuesta al frío. El calor adicional se genera por termogé-

ciente superficie/volumen es aún mayor (lo que permite una pérdi­

nesis sin escalofríos a través del m etabolismo del tejido adiposo

da más rápida de calor), su capa de tejido adiposo aislante es más

pardo o grasa parda, que en el lactante es abundante. Este tejido

delgada y sus depósitos de grasa parda están peor desarrollados. Por

está situado entre las escápulas, en la nuca, en las axilas, entre la

esta razón, casi siempre es necesario mantener a un lactante prema­

tráquea y el esófago y, sobre todo, alrededor de los riñones y las

turo en un entorno controlado desde un punto de vista térmico (en

glándulas suprarrenales (v . fig. 26-6). En total, el recién nacido

una incubadora) hasta que sus mecanismos termorreguladores se

posee unos 200 g de grasa parda, que representan una proporción

desarrollen suficientemente para poder regular la temperatura.

relativam ente alta de la masa corporal total. La grasa parda está bien vascularizada y muestra propiedades metabólicas singulares que se desencadenan a partir de un aumen­ to de los niveles plasmáticos de catecolaminas circulantes, o de la liberación de noradrenalina por parte de las terminaciones nervio­

22.7 Tracto gastrointestinal del feto y efrecién nacido

sas simpáticas. El estrés por frío genera un aumento de la actividad nerviosa simpática y de la secreción de adrenalina y noradrenalina

El papel de la placenta en la distribución de los nutrientes esen­

por la médula suprarrenal. Estas hormonas estimulan el metabolis­

ciales para el feto se ha descrito en el capítulo 21. El feto obtiene la

mo de las células de la grasa parda e interaccionan con receptores

glucosa, los aminoácidos y los ácidos grasos de su madre. Hacia el

P-adrenérgicos de la superficie celular para activar una lipasa (li-

final del embarazo, se deposita glucógeno en los músculos y el hí­

pasa sensible a las hormonas o HSL), que libera glicerol y ácidos

gado del feto, a la v e z que se establecen depósitos de grasa tanto

grasos libres de los depósitos celulares de triglicéridos (fig. 22-8).

parda como blanca. Estos depósitos serán decisivos para la super­

La m ayor parte de estos ácidos grasos libres se resintetizan direc­

viven cia del recién nacido inmediatamente después del parto.

tamente en triglicéridos m ediante la incorporación de a -glicerol

El intestino del feto es relativam ente inmaduro, y sus m ovi­

fosfato para que no se produzca una depleción de los depósitos de

mientos y secreción de enzimas digestivas son limitados. Durante

22.8 Desarrollo de los sistemas reproductores del hombre y la mujer

la segunda mitad del em barazo se inicia la secreción salival y pan­ creática. Las glándulas gástricas aparecen aproxim adam ente al

545

Sexo cromosómlco

Cigoto con cromosomas sexuales XX ($ )

Sexo gonadal

Feto con ovanos

Feto con testículos

Ausencia de hormonas testiculares

Los testículos secretan testosterona

S exo genital

Desarrollo de los genitales externos femeninos

Desarrollo de los genitales extemos masculinos

S exo

Identidad femenina

Identidad masculina

con cromosomas sexuales XY (Cf)

mismo tiem po, pero no parecen tener una función secretora, por­ que al nacer, el contenido gástrico es neutro. La m ayor parte de las hormonas gastrointestinales im portantes se secretan durante la vid a fetal, aunque a niveles bajos. Los valores de motilina son especialm ente bajos, lo que posiblem ente explica que el n ivel de m otilidad intestinal sea in ferior al del adulto. El fe to apenas excreta heces mientras permanece en el útero. El contenido del intestino grueso se acumula en forma de meconio, una sustancia pegajosa de color verdoso-negru zco que no suele penetrar en el liq u id o am niótico, aunque en caso de sufri­ m iento fetal — por ejem plo, durante un parto prolon gado o d ifí­ cil— los niveles de m otilina aumentan, la m otilidad intestinal se incrementa y el feto elimina meconio. El liq u id o am niótico teñido de m econio es un signo de sufrim iento fetal y puede p rovocar una lesión pulm onar si se aspira.

Fig. 22-9.

Secuencia de acontecimientos del desarrollo prenatal del

sexo, que incluye la diferenciación de las gónadas y los genitales.

A l nacer se pierden los nutrientes placentarios, pero la alim entación oral todavía no se ha establecido

Resumen El intestino fetal es relativamente inmaduro. El feto se nutre ex­ clusivamente a partir de la placenta y su principal sustrato meta-

A l pinzar el cordón um bilical, poco después del parto, cesa la nu­ trición intravenosa del recién nacido. Sin em bargo, transcurrirán varios días antes de que se establezca la alim entación oral. Duran­ te este período, la nutrición del recién nacido se basa en los depó­

bólico es la glucosa. Durante la vida fetal la motilidad y la activi­ dad secretora són limitadas. El contenido del intestino grueso fetal se acumula en forma de meconio, que durante el sufrimiento fetal puede excretarse al lí­

cógeno en glucosa bajo la influencia de las catecolaminas secreta­

quido amniótico. Después de nacer, y antes de que se establezca plenamente la ali­ mentación oral, el recién nacido se alimenta principalmente de los depósitos de grasa e hidratos de carbono generados al final del

das p or la médula suprarrenal. Los lactantes prematuros o con

embarazo.

bajo peso al nacer tienen unos depósitos de grasa e hidratos de

Con el establecimiento de la alimentación oral, las grasas pasan a

carbono insuficientes y pueden requerir nutrición intravenosa.

ser el principal sustrato mctabólico, y la secreción de jugo diges­ tivo y la motilidad intestinal aumentan.

sitos de grasa e hidratos de carbono generados durante las últimas semanas de embarazo. Y lo que es más im portante, se degrada glu ­

Cuando el recién nacido inicia la lactancia, su intestino aumenta rá­

El ser humano posee 46 cromosomas, de los cuales un par son los

pidamente de tamaño para acomodar el volumen de líquido que debe

cromosomas sexuales. En la mujer, ambos cromosomas sexuales son X y todos los óvulos son portadores de un solo cromosoma X.

Fotocopiar sin autorización es un delito.

22.8 Desarrollo de los sistemas reproductores del hombre y la mu¡er

absorber. A l mismo tiempo, se estimula la secreción de ju g o gástrico

el intestino grueso fetal, suele eliminarse durante los primeros días

bre (fig . 22-9). Los estudios de pacientes con diversas anomalías

C MASSON. SA

Cuando se establece la lactancia, la grasa sustituye a la glucosa com o principal sustrato metabólico

de vida; después, el color de las heces semilíquidas se vuelve verdo­

cromosómicas han revelad o que la presencia del cromosoma Y es

so y, más tarde, pardo-amarillento. En general, el número de deposi­

el determ inante crítico de la «m ascu lin id ad », com o m ínim o res­

y aumenta 1a motilidad intestinal. La leche humana es rica en grasas

En el hombre, en cambio, los cromosomas sexuales son un crom o­

(v. cap. 21) y se convierte en el principal sustrato metabólico. La lac­

soma X y un cromosoma Y. Por consiguiente, los espermatozoides

tosa, el principal hidrato de carbono de la leche materna, es hidroli-

pueden ser portadores de un cromosoma X o un Y. En el ser hu­

zada por la lactasa, una enzima específica localizada en el ribete en

mano, la mujer es el sexo hom ogam ético (X X ) y el hombre, el sexo

cepillo de las células de la mucosa del intestino delgado. La ausencia

heterogam ético (X Y). De ello se deduce qu e si un ó v u lo es fecun­

de esta enzima, o una disminución más generalizada de las enzimas

dado por un esperm atozoide portador de un cromosoma X, el feto

pancreáticas como la que se observa en la fibrosis quistica, reduce

resultante será una mujer, mientras que la fecundación de un es­

sustancialmente la digestión y la absorción. El meconio, presente en

perm atozoide portador de un cromosoma Y dará lugar a un hom ­

ciones de un lactante es alto, aunque m uy variable, ya que puede

pecto al desarrollo gonadal del em brión (cuadro 22.1). Si está pre­

fluctuar entre 12 deposiciones diarias y una cada 3 o 4 días.

sente un cromosoma Y, se desarrollarán gónadas masculinas (tes-

546

22 Fisiología fetal y neonatal

Cuadro 21.1 sexual

Anomalías de la diferenciación

madas por dos tipos diferentes de tejido: el tejido mesenquimatoso somático, que forma la matriz del órgano, y las células germinales prim ordiales, que forman ios gametos. Entre las semanas 3 y 4 de embarazo, a cada lado de la aorta dorsal se desarrollan eminencias

En el ser humano el sexo está determinado genéticamente. El cariotipo cromosómico normal del hombre es XY. y el de la mujer es XX. Como se ha descrito en el texto, en presencia de un cromosoma Y se desarrollan testículos, y en su ausencia se forman ovarios. La dife­ renciación ulterior de los genitales masculinos y femeninos depende de la existencia de ovarios o testículos funcionales. Los errores gené­

o crestas de tejido mesenquimatoso (los cordones sexuales prim: tivos). Las células germ inales prim ordiales se originan fuera de estas eminencias, pero en la sexta semana de vida fetal migran a través del intestino p rim itivo en desarrollo, el m esenterio intesti­ nal y la región del riñón que se extien de entre y dentro de los coi

ticos pueden dar lugar a aberraciones anatómicas y a una distorsión

dones sexuales. A l mismo tiem po, la población de células sexua­

de la diferenciación sexual. A continuación se describen algunas de

les aumenta por mitosis.

las anomalías más frecuentes de este tipo: 1.

Sindrome de Turner (cariotipo XO). En esta enfermedad existe un único cromosoma sexual y, en ausencia de un segundo cro­ mosoma X que estimule el desarrollo ovárico normal o un cro­

El desarrollo de los testículos dep en d e de la presencia de un crom osom a Y

mosoma Y que estimule la formación de testiculos, la gónada

2.

persiste en forma primitiva. En ausencia de testiculos funciona­

Hasta aproxim adam ente las 6 semanas de embarazo, las gónadas

les, los genitales externos se desarrollan como femeninos.

de hombres y mujeres son indistinguibles y se hace referencia a

Sindrome de Klinefelter (cariotipo XXY). En este proceso, los ge­

ellas com o «in d iferen ciad as». Después de com pletarse la m igra­

nitales internos y externos se desarrollan como en un hombre

ción de las células germ inales hasta los cordones sexuales prim iti­

porque está presente el cromosoma Y. Pero la capacidad de los testiculos para llevar a cabo la espermatogénesis está deteriora­ da por la presencia del cromosoma X. En mujeres que son porta­ doras de cromosomas X adicionales (p. ej.. cariotipos XXX o

3.

Los cordones sexuales p rim itivos del em brión masculino prolife-

XXXX) también se identifica un deterioro de la vida reproducto­

ran considerablem ente y se ponen en contacto con la invagina

ra debido a la lesión funcional de las células germinales, aunque

ción de tejid o m esonéfrico para form ar un órgano estructurado

no se ha esclarecido el mecanismo subyacente.

rodeado de una capa fibrosa, la túnica albugínea. Las células de

Algunos individuos con un cariotipo XY (masculino) normal ca­

los cordones sexuales, que incorporan las células germinales p ri­

recen déla capacidad para responder a los andrógenos debido a la

mordiales y secretan una membrana basal, se conocen com o cor­

deficiencia de receptores para estas hormonas. Dichos individuos tienen testículos, pero sus gónadas no desarrollan los conductos de W o lff v los genitales externos no se masculinizan. 4.

vos, la divergencia de las gónadas, consecuencia de la «mascuLn id a d » determinada por el cromosoma Y, empieza a ser evidente

Algunas deficiencias enzimáticas en individuos XX normales pueden dar lugar a una sobreproducción de andrógenos duran­

dones seminíferos. Éstos generan los túbulos sem iníferos de los testículos com pletamente desarrollados. Dentro de estos cordo­ nes, las células germ inales prim ordiales originarán los espermato­ zoides, mientras que las células del cordón mesenquimatoso fo r­

te la vida fetal. En estos casos se producirá una masculinización

marán las células de Sertoli. Las células de L e y d ig endocrinas se

ligera o severa de los genitales externos, a pesar de la presencia

forman com o agrupaciones dentro del tejido mesenquimatoso es-

de ovarios normales.

tromal que se extien de entre los cordones. La presencia de un cromosoma Y dentro de las células mesodérmicas de la cresta genital inicia la conversión de una gónada ir.diferenciada en un testículo. En ausencia de cromosoma Y no se

tículos), pero en ausencia de cromosoma Y se formarán gónadas

producen los cambios en la organización gonadal descritos ante­

femeninas (ovarios). Recientemente se ha dem ostrado que, en rea­

riormente — la gónada femenina en desarrollo parece permanece:

lidad, para la determ inación de la masculinidad sólo se requiere

en un estado indiferenciado— . Las células germinales prim ordia­

una pequeña parte del cromosoma Y. Ésta es la llamada región de­

les continúan proliferando mitóticamente y desaparecen los cor­

terminante del sexo, y está form ada por el gen o los genes SRY,

dones sexuales prim itivos. En la región cortical de la gónada sur­

cuya presencia induce el desarrollo de los testículos. De hecho,

ge una segunda serie de cordones, que se desdoblan en agrupacio­

estudios con ratones han demostrado que el(los) gen(es) S R Y pue-

nes celulares alrededor de las células germinales. De este modo se

de(n) inducir la m asculinidad en ind ivid u os XX que carecen del

establecen los folículos prim itivos que caracterizan al ovario — las

resto de genes contenidos en el cromosoma Y.

células germinales, que forman los óvulos, y las células del cor­ dón, que forman las células de la granulosa de los folículos— . En­ tre los folículos se establecen grupos de células intersticiales.

En las primeras fases del desarrollo e m b rio n a rio, las gónadas de un h om bre y las de una m ujer son indistinguibles

En pocas palabras, en el desarrollo precoz de las gónadas feta­ les la actividad de una pequeña parte del cromosoma Y parece de­ sempeñar un papel esencial, ya que desencadena la divergencia de los órganos sexuales prim itivos. Si esta parte del cromosoma está presente, la gónada indiferenciada se con vierte en un tes­

Durante las primeras 5 o 6 semanas de vida fetal, las gónadas del

tículo, con cordones seminíferos, células germ inales prim ordiales

hom bre y la mujer se desarrollan de manera idéntica. Están fo r­

precursoras de los esperm atozoides y tejido precursor de las célu-

22.8 Desarrollo de los sistemas reproductores del hombre y la mujer

MUJER

547

HOMBRE

ESTADIO INDIFERENCIADO G enitales Internos

Gónada Conducto de Wolff

Mesonefros

Conducto de Müller

AUSENCIA DE TESTOSTERONA

/

+ TESTOSTERONA

T

Seno urogenital

G enitales extern os Tubérculo genital Pliegue genital

Tumefacción genital ^

( Glande Pliegue uretral Tumefacción :ción labial

N l C b i l — ----- Hendidura uretral

^

—

•

\Á ¡T J T "' E!\ V M

Hendidura uretral

\

Tumefacción escrotal

r

Orificio uretral

Clitoris

L a b io s

menores

O MASSON. S.A. Fotocopiar sin autorización es un delito.

mayores

Orificio

Pape) de las hormonas sexuales

uretra,

F ig . 22-10.

Introito vaginal

en el desarrollo de los genitales internos y ex­ ternos. En el panel superior se muestra uno de los testículos en el proceso de descenso.

las de Sertoli y de L eyd ig. En ausencia de cromosoma Y, el órga­

pletado. Los pasos ulteriores en el desarrollo de los órganos gen i­

no indiferen ciado forma un ovario que contiene una población de

tales masculinos y fem eninos parecen estar determinados por la

folículos prim ordiales.

naturaleza de las propias gónadas. Esto es especialm ente cierto en el caso del hombre, en el que los testículos fetales secretan dos hormonas que intervienen en la diferenciación de los genitales

El desarrollo u lterior de los genitales masculinos y fem eninos d ep en d e de las hormonas secretadas p o r las gónadas

masculinos. Estas hormonas son: la testosterona, producida por las células de L e y d ig , y una sustancia conocida com o hormona in­ hibidora mülleriana (M IH ), producida p or las células de Sertoli. En ausencia de estas hormonas, es decir, cuando hay ovarios, se forman genitales fem eninos (figs. 22-9 y 22-10).

Una v e z que se han establecido las gónadas fetales, el papel de los

El feto posee dos tejidos genitales internos prim ordiales: el

cromosomas sexuales en la determ inación del sexo ya se ha com ­

conducto de W o lff, qu e forma los órganos masculinos, y el con-

548

22 Fisiologia letal y neonatal

Primer trimestre

Segundo trimestre

Tercer trimestre

Desarrollo masculino .

X /

/

!

j

_______ SÍNTESIS ____________ / DE TESTOSTERONA Desarrollo de la célula de Leydig Desarrollo de los genitales externos

1 Cordones / /espermatogénicos / Migración deíélulas

/

i1 Descenso de los testículos

11 \

Diferenciación de los genitales ♦

I / s

J

I

f Diferenciación del conducto \ de Wolff

/

S

I

i

i

Regresión del conducto de Müller

------------ r- ---------- 1-------------1------------

♦

1

1

Fig. 22-11.

Dias de embarazo

Resumen

Cronología de la diferenciación sexual prenatal de

los genitales internos y externos del feto humano.

vergencia de los órganos sexuales fetales, el patrón masculino de diferenciación debe ser inducido activam ente, mientras que si no

1.

2.

El ser humano posee 46 cromosomas, de los cuales un par son los cromosomas sexuales. La mujer (sexo homogamético) posee dos

La testosterona fetal tam bién participa en el desarrollo de los

cromosomas X, mientras que el hombre (sexo heterogamético) po­

genitales externos masculinos induciendo la fusión de los plie­

see un cromosoma X y un cromosoma Y.

gues uretrales que rodean el conducto uretral, y la de las tume­

En presencia de un cromosoma Y, las gónadas indiferenciadas del feto se desarrollan como testículos. En ausencia de este cromoso­ ma, se desarrollan ovarios. Los pasos ulteriores en el desarrollo de los órganos genitales masculinos y femeninos parecen depender de las propias gónadas.

3.

hay intervención, se desarrolla un patrón fem enino.

facciones genitales que formarán el escroto. El tubérculo genital que formará el pene aumenta de tamaño. En la mujer, los pliegues uretrales y las tum efacciones genitales permanecen separados y forman los labios, mientras que el tubérculo genital forma un pe­

Los andrógenos segregados por los testículos fetales tienen un pa­

queño clítoris. Estos estadios del desarrollo se representan en las

pel especialmente importante en el desarrollo de los genitales

figuras 22-10 y 22-11.

masculinos internos a partir de los conductos de W o lff. En pre­ sencia de ovarios, los conductos de M üller se transforman en las trompas de Falopio, el útero, el cuello uterino y el tercio superior

Bibliografía recomendada

de la vagina.

Griffin NE, Ojeda SR. Textbook o f endocrine physiology. 4th ed. O x­ ducto de M üller, que da lugar a los genitales femeninos. En un feto fem enino en que se han desarrollado ovarios, el conducto de W o l f f desaparece (posiblem ente por ausencia de testosterona) y el conducto de M ü ller se transforma en las trompas de Falopio, el útero, el cuello uterino y el tercio superior de la vagina. En un

ford: Oxford University Press, 2000. Johnson MH, Everitt BJ. Essential reproduction (cap. 11). 5th ed. O x­ ford: Blackwell Scientific, 2000. Thorburn GD, Harding R. Textbook o f fetal physiology. Oxford: Oxford Medical Publications, 1994.

feto masculino, en cambio, la testosterona parece estimular el de­ sarrollo de los conductos de W o lff, dando lugar al epidídim o, las vesículas seminales y el conducto deferente. A l mismo tiempo, el conducto de M ü ller fem enino degenera bajo la influencia de la MTH secretada p or las células de Sertoli. Como sucede con la d i­

Test de autoevaluación Cada enunciado puede ser verdadero o falso. Las respuestas co­ rrectas se indican a continuación.

« Respuestas

1. a. La sangre que regresa al feto a través de la vena um bilical está saturada de ox ige n o por com pleto. b. La hem oglobina fetal se caracteriza por tener m ayor afini­ dad por el ox ige n o que la hem oglobina del adulto. c. El contenido de hem oglobina de la sangre fetal es m ayor que el de la sangre del adulto.

549

bina fetal tiene una m ayor afinidad p or el ox íge n o que la del adulto, el con tenido de o x íg e n o de la sangre en la vena um bi­ lical es de unos 16 mi • di '. La sangre que perfunde el cerebro se suministra a través de la aorta ascendente y el conducto ar­ terioso suministra sangre desoxigenada a la aorta descendente; ésta es la causa de que la sangre que perfunde el cerebro tenga una P a0 2 m ayor que la de la aorta descendente.

d. La sangre que perfunde el cerebro de un feto tiene la misma PaOj que la sangre de la aorta descendente.

a. Falso. b. Verdadero.

2. a. La frecuencia cardiaca fetal es casi el doble que la de un adulto sano. b. T od a la sangre de la vena um bilical penetra en la aurícula

c. Verdadero. d. Falso.

2. Debido al funcionamiento de la crista dividens, la mayor parte de

derecha. c. El conducto arterioso transporta la sangre procedente de la arteria pulm onar hasta la aorta descendente. d. Los tres shunts fetales se cierran pocos dias después del na­

la sangre que regresa por la vena umbilical alcanza directamente la aurícula izquierda a través del agujero oval. Normalmente, la presión arterial fetal es baja (aproximadamente 70/45 mmHg). a. Verdadero.

cimiento. e. La presión arterial fetal es similar a la del adulto.

b. Falso. c. Verdadero.

3. a. El feto efectúa m ovim ientos respiratorios in útero. d. Verdadero. b. La prim era inspiración se logra m ediante amplios cambios de la presión intratorácica. c. En el recién nacido, la distensibilidad pulm onar es mucho m enor que en el adulto. d. En el recién nacido la ausencia de surfactantc puede p ro v o ­ car distrés respiratorio. e. Los quim iorreceptores periféricos son activos en el feto.

e. Falso. 3. Para llenar de aire los pulm ones por prim era vez, el recién nacido genera una im portante presión intratoràcica negativa (aproxim adam ente 10-15 veces la presión necesaria para una inspiración normal en un adulto sano). Para espirar el aire de esta prim era inspiración se req u iere una gran presión intra­ toràcica positiva. El hecho de qu e se requieran am plios cam­

f. Inmediatamente después del nacim iento todo el d ébito del ven trícu lo derecho atraviesa los pulmones. 4. a. El cortisol fetal estimula la producción de surfactante pul­ monar por las células alveolares de tip o II. b. La zona fetal de la glándula suprarrenal sintetiza grandes cantidades de progesterona.

bios de presión durante el establecim iento de la respiración demuestra que la distensibilidad pulm onar del recién nacido es m uy baja comparada con la del adulto. Los quim iorrecep tores centrales son activos, p ero no los qu im iorrecep tores pe­ riféricos, qu e se hacen progresivam en te más sensibles duran­ te las semanas siguientes al parto. A u n qu e la p rop orción del gasto ven tricu lar derecho qu e atraviesa los pulm ones aum en­

c. El riñón fetal empieza a prod u cir una orina hipotónica a las 8 semanas de embarazo. d. En el feto el riñón desempeña un im portante papel en la re­ gulación del e q u ilib rio ácido-base. 5. a. El recién nacido regula su temperatura principalm ente a

O MASSON. S A Fotocopiar sin autorización

es un delito.

través de escalofríos. b. El desarrollo de las gónadas fetales masculinas depende de la presencia de testosterona. c. El sexo de un in d iv id u o está determ inado p or un gen indi­ vid u al del cromosoma Y. d. En ausencia del cromosoma Y, el desarrollo de las gónadas seguirá un patrón fem enino.

ta notablem ente después de la prim era inspiración, algunos días antes de qu e se cierre el con du cto arterioso toda la san­ gre procedente del ven trícu lo derecho atraviesa los pulm o­ nes. a. Verdadero, b. Verdadero. c. Verdadero d. Verdadero. e. Falso. f. Falso. 4. La zona fetal de la glándula suprarrenal sintetiza grandes can­ tidades de precursores de estrógenos, que la placenta co n vie r­

Respuestas

te en hormonas estrogénicas. a. Verdadero.

1. La sangre de la vena um bilical está saturada en un 8 0 % con

b. Falso.

oxígen o, pero, puesto que la sangre fetal se caracteriza por un

c. Verdadero.

m ayor contenido de hem oglobina, y sabiendo que la hem oglo-

d. Verdadero.

550 |

22 Fisiología fetal y neonatal

5. El recién nacido es incapaz de generar calor mediante escalofríos. En lugar de ello utiliza la termogénesis sin escalofríos. Buena par­ te del calor es generado por el metabolismo del tejido adiposo pardo. a. Falso. b. Verdadero. c. Verdadero. d. Verdadero.

23 Control del crecimiento El objetivo del presente capitulo es explicar: •

Los patrones de crecimiento antes y después del nacimiento

•

La fisiología ósea y el crecimiento de los huesos largos durante la infancia

•

La importancia de la hormona del crecimiento, consecuencias de la producción excesiva y del déficit de esta hormona en la infancia y la edad adulta

•

El papel de otras hormonas en el crecimiento y la fisiologia del esqueleto

•

El crecimiento en la adolescencia e influencia de los esferoides sexuales

•

Los factores que determinan el tamaño global de los tejidos y los órganos

•

Los procesos implicados en la transformación de las células normales en células malignas

Control del crecimiento

23.1 Introducción T odos los tejidos biológicos están formados p or células. La vida empieza com o una sola célula, el ó v u lo fecundado, a partir del cual se han originado, al cabo de pocas semanas, todos los tipos celulares del organismo. Ya en las primeras etapas del desarrollo, las células empiezan a especializarse y a transformarse en tipos concretos: células hepáticas, nerviosas, epiteliales, células muscu­ lares, etc. Cada tipo de célula tiene su lugar apropiado dentro del organismo. Este desarrollo de características específicas y distin­ tivas se conoce com o diferenciación. Las células diferenciadas m antienen su carácter especializado y lo transmiten a su progenie mediante la mitosis (v . cap. 3). El crecim iento global del organism o implica un aumento del tamaño y el peso de los tejidos corporales con proteínas adiciona­ Posnatal

Gestacional

les y, por consiguiente, es un cambio cuantitativo mensurable. En

Edad (semanas)

comparación, el desarrollo im plica una serie de cambios cualitati­ vos coordinados que afectan a la com plejidad y la función de los tejidos corporales. Los cambios del desarrollo son más rápidos du­ rante la ju ven tu d y dan lugar a un hom bre o a una mujer adultos. El crecim iento y el desarrollo son procesos com plejos que están influidos por diversos factores, tanto genéticos com o medioam­ bientales. Se considera que los factores genéticos determinan las directrices básicas de la estatura final (según indica la correlación de la estatura adulta entre padres e hijos) y establecen el patrón y el m om ento de los «estiron es de crecim ien to». La mayor influencia que se superpone a la constitución genética de un in dividuo es, probablemente, la nutricional, a pesar de que las enfermedades, los traumatismos y otros factores socioeconómi­

< 0 MASSON, S.A. Fotocopiar sin autorización es un delito.

cos también pueden m odificar los procesos implicados en el creci­ miento. Es poco probable que un niño que siga una dicta insufi­ ciente en cantidad o calidad alcance la estatura máxima que le per­ mitan sus genes. De hecho, se cita la mejora de la nutrición como uno de los factores importantes en el aumento global de la estatura observado en las sociedades occidentales durante el último siglo. Posnatal

Gestadonal

El crecim iento se produce en las células individuales, las po­

Edad (semanas)

blaciones de células (los tejidos y los órganos) y en todo el orga­ nismo. Los procesos subyacentes están regulados por una serie de hormonas, incluyendo la hormona del crecim iento, las hormonas tiroideas y los esferoides sexuales. En el capítulo 12 se han des­

F ig. 23-1.

Crecimiento fetal y posnatal precoz en niños: a) aumento

en longitud; b) lasa o velocidad de crecimiento. Las lincas de puntos re­ presentan los valores teóricos predecibles en ausencia de cualquier res­ tricción uterina. En realidad, el crecimiento se cnlentece hacia el térm i­

crito las propiedades generales de estas hormonas, y en este capí­

no de la gestación, a medida que la placenta no puede satisfacer las ne­

tulo sólo se consideran los aspectos de la actividad endocrina re­

cesidades constantemente crecientes del feto. Después del parto se

lacionados específicam ente con el crecim iento. En prim er lugar,

observa un crecimiento de recuperación si el lactante está nutrido ade­

se trata el crecim iento glob al del organismo, al que se presta ma-

cuadamente.

554

23 Control del crecimiento I (a)

Hijo de De MontBeillard (1759-1777)

Edad (años)

(c)

(d)

Fig. 23-2.

a) y b) Registro del crecimiento de

un niño efectuado por su padre en el siglo xvni; c) y d) comparación de las curvas de crecimiento promedio para niños y niñas desde la primera infancia hasta la edad adulta. Obsérvese el mo­ mento en que tiene lugar el «es tiró n » del creci­ miento en niños y niñas, y la diferencia en las es­ Edad (años)

taturas finales alcanzadas.

y o r atención. La descripción detallada de los numerosos factores

gráficas sensibles perm ite m onitorizar el tamaño fetal durante

responsables del desarrollo y el mantenimiento de poblaciones de

todo el embarazo. En general, para evaluar el tamaño cada vez

células diferenciadas de tamaño apropiado está fuera del alcance

m ayor del feto se llevan a cabo m ediciones de la circunferencia

de esta obra. Sin em bargo, no puede pasarse por alto la im portan­

abdom inal, la longitud del fém ur y el diám etro biparietal (la dis­

cia del crecim iento de los tejidos y los factores que controlan el ta­

tancia de un lado a otro de la cabeza, concretam ente de un oíd o a

maño global de las poblaciones celulares. A l térm ino de este capí­

otro). En la figura 23-1 se observa que la tasa de aumento de la ta­

tulo se revisa brevem ente este tema, incluyendo las anomalías del

lla del cuerpo es máxima en torno a las 16-20 semanas de embara­

crecim iento de las células y de los tejidos.

zo. Antes de esta fecha, especialm ente durante el llam ado período em brionario (las primeras 10 semanas de embarazo), la velocidad de crecim iento es más lenta, pero la diferenciación de las partes

Patrones de crecim iento durante la vida fetal

corporales, com o la cabeza, los brazos y las piernas, y la d iferen­ ciación de las células en tejidos especializados, como los músculos y los nervios, ganan importancia. Cada región se modela en su

El período de crecim iento prenatal es de gran im portancia para el

forma defin itiva m ediante procesos de m igración celular y tasas

futuro bienestar de un in d ivid u o. El desarrollo de técnicas eco-

de crecim iento diferencial (m orfogénesis).

23.1 Introducción

!

555

Hasta las 26-28 semanas de embarazo, el aumento del peso fetal

en niños, entre los 12,5 y los 15 años de edad. En general, cuanto

se debe, principalmente, a la acumulación de proteínas, porque las

más precoz es el «e s tir ó n » del crecim iento, m enor será la estatura

principales células del organismo se están multiplicando y están au­

final. Durante este periodo se observa una variación considerable

mentando de tamaño. Durante las últimas 10 semanas, aproximada­

tanto de la estatura com o del desarrollo entre in d ivid u os de la

mente, el feto empieza a acumular cantidades considerables de gra­

misma edad cronológica. Los cambios endocrinos que acompañan

sa (hasta 400 g), que se distribuyen bajo la piel y en zonas más pro­

al «e s tir ó n » de la adolescencia y que pueden contribuir a éste se

fundas. El mayor incremento de peso del feto se produce en to m o a

considerarán con más detalle en el apartado 23.5.

la semana 34 de embarazo. Después, el peso aumenta más lentamen­

La m ayor parte de medidas corporales siguen aproxim ada­

te hasta el momento del parto. El mecanismo exacto de este enlente-

mente las curvas de crecim iento descritas para la estatura. El es­

cimiento no está claro, pero parece probable que el riego sanguíneo

queleto y los músculos crecen de esta forma, igual que muchos ór­

placentario vaya perdiendo la capacidad de satisfacer unas necesi­

ganos internos, com o el hígado, el bazo y los riñones. Sin embar­

dades nutricionales del feto en constante aumento (v. cap. 21).

go, hay otros tejidos qu e no se ajustan a este patrón, y su tasa y

Diversos factores pueden influ ir en la tasa de crecim iento fe­

m om ento de crecim iento pueden variar (fig. 23-3). Ejemplos de

tal, aunque la im portancia relativa de cada uno no se ha esclareci­

esto son los órganos reproductores (qu e muestran un increm ento

do. Los factores genéticos, endocrinos y m edioambientales son

s ign ifica tivo durante la pubertad), el cerebro (y el cráneo) y el te­

tan im portantes en la vid a fetal com o en el desarrollo posnatal. La

jid o linfoide. El cerebro, ju n to con el cráneo, los ojos y los oídos,

constitución genética establece los lím ites superiores del tamaño

se desarrolla más precozm ente qu e cualquier otra parte del orga­

fetal, mientras que el n iv e l de nutrición p rovisto por la placenta

nismo y, p or consiguiente, tiene una curva posnatal característi­

determina en qué medida se alcanza el potencial genético. Esto se

ca. El tejid o lin foid e también muestra un patrón característico de

verá afectado, a su vez, por las numerosas influencias maternas

crecim iento: alcanza su masa máxima antes de la adolescencia y,

com o el hábito de fumar, la ingesta de fármacos, el consumo de al­ cohol y el estado nutricional.

probablem ente bajo la influencia de las hormonas sexuales, dis­ m inuye hasta el valor del adulto. El tim o, que está bien desarro­ llado en los niños y que desempeña un papel im portante en el de­ sarrollo de la inm unidad, se atrofia después de la pubertad y en

Patrones de crecim iento y desarrollo durante la infancia y la adolescencia

los adultos no es más que un nodulo de tejid o residual. El crecim iento, incluso el del esqueleto, no cesa por com pleto al térm ino de la adolescencia. A pesar de que no aumenta la lon­

La rápida tasa de crecimiento observada durante la vida fetal conti­

gitu d de los huesos de las extrem idades, la columna vertebral si­

núa en el periodo posnatal, pero disminuye significativamente du­

gue creciendo hasta aproxim adam ente los 30 años de edad a cau­

rante la primera infancia y lo sigue haciendo hasta la pubertad, cuan­

sa de la adición de hueso a las superficies superior e in ferior de los

do se produce un «e s tiró n » del crecimiento pubcral. Este patrón se

cuerpos vertebrales. Esto da lugar a un aumento adicional de la

ilustra en la figura 2 i-2, que muestra el registro de crecimiento lon­

estatura de 3-5 mm durante la postadolesccncia. Sin em bargo, con

gitudinal más antiguo conocido, perteneciente al periodo 1759-1777.

ob jetivos prácticos puede considerarse que un adolescente pro­

La edad a la cual tiene lugar el «e s tir ó n » del crecim iento de la

m edio deja de crecer en torno a los 17,5 años de edad y qu e una

adolescencia varía considerablem ente entre individuos. En niñas,

adolescente prom edio lo hace en torno a los 15,5 años de edad,

se p roduce com o prom edio entre los 10,5 y los 13 años de edad, y

con un in tervalo de variabilidad de 2 años por arriba y por abajo.

Resumen 1.

El crecimiento se produce en las células, los tejidos y el organis­ mo completo. El crecimiento normal está influido por numerosos factores genéticos y medioambientales. Una serie de hormonas es­ tán implicadas en la regulación del crecimiento y el desarrollo, in­ cluyendo la hormona del crecimiento, las hormonas tiroideas y los esteroides sexuales.

2.

El crecimiento fetal es máximo entre las semanas 16 y 20 de em­ barazo, período en que se sintetizan nuevas proteínas durante el proceso de división celular. Antes de este momento, tiene mayor importancia la morfogénesis, es decir, la diferenciación y cspccialización de las células en tejidos y órganos. Durante las últimas 10 semanas de embarazo se deposita predominantemente grasa.

3.

La velocidad de crecimiento disminuye progresivamente hasta la pubertad, momento en el que se produce el «es tiró n » del creci­ miento. La estatura adulta se alcanza al término de la pubertad, que es cuando cesa el crecimiento en longitud. Algunos tejidos, como el cerebro y el tejido linfoide. muestran patrones de creci­ miento característicos.

Fig. 23-5.

Curvas de crecimiento de distintos tejidos corporales.

556

23 Control del crecimiento

23.2 Fisiología del hueso El hueso es una forma especializada de tejid o con ju n tivo que se hace duradero gracias al depósito de mineral dentro de su infra­ estructura. En un adulto, el hueso esquelético form a una de las m ayores masas de tejido, con un peso de 10-12 k g. Lejos de ser la estructura de sostén inerte que sugiere su aspecto externo, el hueso es un tejid o dinám ico con una elevada actividad m etabólica, som etido a alteraciones estructurales com plejas y continuas a causa de tensiones mecánicas y de diversas hormonas. A l hueso se le atribuyen cuatro funciones principales, que son las siguientes: 1.

Proporciona soporte estructural al organism o y puntos de in­ serción para músculos, tendones y ligamentos.

2.

Perm ite el m ovim ien to por m edio de las articulaciones.

3.

Se encarga de la homeostasia mineral (calcio y fosfato).

4.

Crea tejido hem atopoyético en la médula ósea roja, que se ob ­ serva especialmente en los huesos, planos, cortos e irregulares. En el hueso se distinguen tres com ponentes principales.

Aproxim adam ente el 30% de la masa esquelética total está cons­ titu ido por osteoide, una matriz orgánica constituida principal­ m ente por colágeno ju n to con ácido hialurónico, sulfato de condroitina y una proteína dependiente de la vitam ina K denom ina­ da osteocalcina, qué es im portante para fijar el calcio. El resto consiste en m atriz mineral de cristales de fosfato cálcico (hidroxiapatita) y en las células óseas que son los osteoblastos (células

formadoras de hueso), los osteoclastos (células de reabsorción ósea), los osteocitos (células óseas maduras) y los fibroblastos. Las características anatómicas de un hueso largo típ ico se ilus­ tran en la figura 23-4. Su eje central o diáfisis consiste en hueso compacto, denso, mientras que los extrem os se denominan ep ífi­ sis. Entre la diáfisis y las epífisis existe una región de hueso es­ ponjoso (o trabecular) que es la lámina epifisaria. Ad yacen te a la lámina epifisaria se encuentra el punto de crecim iento de la diáfi­ sis, conocido com o metáfisis. Durante el crecim iento esta región está form ada por cartílago, pero una v e z se ha com pletado el cre­ cim iento después de la pubertad, la lámina se calcifica y persiste com o una línea epifisaria. El crecim iento en longitud se produce por el depósito de nu evo cartílago en la metáfisis y su mineralización ulterior. El crecim iento en lon gitu d tiene lugar p or el depó­ sito de n u evo cartílago en la metáfisis, con m ineralización subsi­ guiente. El proceso a través del cual presenta m ineralización el hueso no ha sido com pletamente defin id o. El fosfato cálcico pare­ ce orientarse siguiendo las moléculas de colágeno de la matriz or­ gánica. Los iones de la superficie de los cristales están hidratados, form ando una capa a través de la cual se puede producir el inter­ cambio de sustancias con el m edio extracelular. El esqueleto del adulto contiene entre 1 y 2 k g de calcio (aproxim adam ente el 9 9 % del calcio corporal total) y entre 0,5 y 0,75 kg de fósforo (aproxim adam ente el 8 8 % del fósforo corporal total). La superficie de los huesos está recubierta de periostio, que consiste en una capa externa de tejido con juntivo fibroso duro y una capa interna de tejid o osteogénico (form ador de hueso). En el centro de los huesos hay un canal o espacio medular que contiene médula ósea y está revestido de tejido osteogénico (el endostio).

Cartílago articular hialino

Los espacios medulares de los huesos largos contienen, principal­ mente, médula amarilla grasa, que en circunstancias normales no está relacionada con la hematopoyesis. La médula roja se localiza

Línea epifisaria

en los huesos pequeños, planos e irregulares del esqueleto, com o el esternón, el íleon y las vértebras y en ella se producen las célu­ las de la sangre. Los huesos largos están irrigados p or tres tipos principales de

Cavidad medular

vasos: la arteria nutriente, las arterias periósticas y las arterias metafisarias y epifisarias. La arteria nutriente se ramifica a partir de una arteria sistèmica y perfora la diáfisis antes de dar lugar a las arterias medulares ascendente y descendente dentro de la ca­

Vasos nutricios

vid a d medular. A su vez, éstas darán lugar a las arterias que irri­ gan el endostio y las diáfisis. El riego sanguíneo perióstico adop­ ta la form a de una red capilar, mientras que los vasos metafisarios

Periostio

y epifisarios se ramifican a partir de la arteria nutriente. En repo­ so, el flu jo arteria] al esqueleto es de alrededor del 12% del gasto

Endostio

cardíaco total (2-3 mi • 100 m g de tejid o-1 • min '). Los mecanismos que controlan la circulación esquelética son mal conocidos, pero se sabe que el flu jo sanguíneo aumenta significativam ente duran­ te una inflam ación, en caso de in fección y después de una fractu­ ra. El flu jo sanguíneo hasta la médula ósea roja se incrementa durante la hipoxia crónica, cuando aumenta la producción de he­ matíes d ebid o al increm ento de la respuesta fren te a la eritropoyetina producida por el riñón. El hueso no es una estructura uniform em ente sólida, sino que contiene espacios con canalículos para el paso de los vasos san­ guíneos, de manera que el peso del esqueleto es m enor de lo que

Fig. 23-4.

Componentes estructurales de un hueso largo típico.

aparenta. El hueso se clasifica en compacto (denso) y esponjoso

23.2 Fisiología del hueso

Canal de Havers

557

Hueso esponjoso

Laminillas Hueso compacto

Cavidad medular Fig. 23-6.

Corte sagital de la cabeza del fémur en el que se observan las

regiones de hueso denso y de hueso esponjoso.

de los huesos cortos, planos e irregulares, y está presente en las epífisis de los huesos largos y en las zonas de crecim iento. La fi­ gura 23-6 ilustra las diferencias en la organización entre el hueso Canal de Havers

Laminillas

Lagunas con osteocitos

denso y el hueso esponjoso. Cemento

Células óseas Bn los cortes histológicos de hueso se reconocen tres tipos prin ci­ pales de células: osteoblastos, osteocitos y osteoclastos. Los dos p ri­ meros tipos se originan a partir de las células progenitoras del in ­ terior del tejido óseo osteogénico. Se considera que los osteoclas(b)

tos se diferencian por separado a partir de células fagocíticas mononucleares.

Fig. 23-5. Estructura del hueso compacto. Se puede observar la organi­ zación laminar de los sistemas de Havers y las lagunas en las que están contenidos los osteocitos.

Los osteoblastos revisten la superficie y las cavidades m edu­ lares internas de todos los huesos. Contienen numerosas m itocondrias y un abundante aparato de G olgi asociado a la síntesis p ro­ teica. Secretan los com ponentes de la m atriz orgánica del hueso,

(tra b ecu la r), según el tamaño y la distribución de estos espacios.

incluyendo el colágeno, los proteoglucanos y las glucoproleínas.

El hueso compacto form a las regiones externas de todos los hue­

Tam bién son importantes en el proceso de m ineralización (calcifi-

sos, la diáfisis de los huesos largos y las regiones exlernas e inter­ Osteoclastos

nas de los huesos planos. Contiene pocos espacios en su interior y proporciona protección y soporte, especialmente en los huesos largos (en los que reduce la tensión inducida por la carga del peso). Las unidades funcionales del hueso com pacto son los siste­ mas de Havers u osteonas, constituidos p or un canal central ro­

O MASSON, S.A. Fotocopiar sin autorización es un delito.

deado por anillos concéntricos de sustancia intercelular dura (la­ minar) entre los cuales hay espacios (lagunas) que contienen los osteocitos (células óseas maduras) (fig. 23-5). A partir de las lagu­

Borde fruncido

nas salen canales dim inutos (canalículos) que establecen contacto con las lagunas adyacentes form ando una trama ram ificada a tra­ vés de la cual entran y salen de los osteocitos los nutrientes y los productos de desecho, respectivam ente. Por el contrario, el hue­ so esponjoso no contiene osteonas verdaderas sino que está fo r­ mado por una trama irregular de láminas finas o espículas óseas (trabéculas) entre las cuales hay grandes espacios rellenos de mé­ Osteoblastos

dula ósea. En el interior de las trabéculas se sitúan las lagunas que

calcificado

Hueso

contienen osteocitos. Los osteocitos se alimentan directam ente de

Fig. 23-7.

la sangre que circula a través de las cavidades medulares desde

observan el cartílago calcificado (en negro), los osteoblastos y dos grandes osteoclastos mullinucleados. Se puede observar el borde fruncido cerca­ no al cartílago calcificado.

los vasos sanguíneos que atraviesan el hueso esponjoso desde el periostio. El hueso esponjoso constituye la m ayor parte de la masa

Hsquema de un corte de la cavidad medular ósea en el que se

558

23 Control del crecimiento ......

11—

cación) de la m atriz y poseen receptores específicos para la hor­

branosa. En este proceso se forma hueso nu evo en la superficie del

mona paratiroidea y para el calcitriol.

hueso ya existente. Los huesos del resto del esqueleto crecen como

Los osteocitos son células óseas maduras derivadas de los os-

consecuencia de la sustitución de los patrones de cartílago hialino

teoblastos que quedan atrapadas en lagunas (cavidades o espacios

por hueso (un proceso conocido com o osificación endocondral).

pequeños) dentro de la matriz que han secretado. Los osteocitos adyacentes están unidos por finas prolongaciones citoplasmáticas que atraviesan finos canales entre lagunas (canalículos) (fig. 23-7).

Crecim iento de los huesos en longitu d

Esta distribución perm ite el intercam bio de calcio entre el interior y el exterior de los huesos y , en consecuencia, con el líqu id o extracelular. Esta transferencia se conoce com o osteólisis osteocítica y se utiliza para extraer el calcio de los cristales minerales cuando dism inuyen los niveles plasmáticos de éste (para más detalles so­ bre el equ ilib rio corporal total de calcio, v. cap. 12). Los osteoclastos son células multinucleadas gigantes supues­ tamente originadas a partir de la fusión de diversas células pre­ cursoras. Por consiguiente, contienen numerosas m itocondrias y lisosomas. Son células m uy m óviles que se responsabilizan de la reabsorción de hueso durante el crecim iento y el rem odelado del esqueleto. Abundan en la superficie de los huesos sometidos a erosión o cerca de ellos. En el punto de contacto con el hueso se identifica un ribete en cepillo de m icrovellosidades que infiltran la superficie ósea desintegrada. Se considera que la disolución ósea tiene lugar p or acción de la colagenasa, las enzimas lisosóm icas y la fosfatasa ácida. El calcio, el fosfato y los com ponentes de la matriz ósea se liberan al líq u id o extracelular a m edida que se reduce la masa ósea. La actividad de los osteoclastos está contro­ lada por una serie de hormonas, principalm ente por la parathor-

Un hueso largo, com o el radio del antebrazo, se establece primero como un molde de cartílago. En el centro de este molde, el llamado centro primario de osificación, las células de cartílago se degradan y aparece hueso. Este proceso se inicia en las primeras etapas de la vida fetal, y poco después del nacimiento ya se han desarrollado otros centros secundarios de osificación, predominantemente en las extremidades del hueso o epífisis. Los huesos más pequeños, como los del carpo o el tarso en las manos y pies, se desarrollan a partir de un único centro de osificación. Las áreas de cartílago entre la diálisis y las epífisis se conocen como láminas epiflsarias. En la par­ te de la lámina epifisaria que está inmediatamente debajo de la epí­ fisis existe una capa de células pluripotenciales, o condroblastos, que dan lugar a los clones de células (condrocitos) distribuidas en columnas que se extienden desde la epífisis hasta la diáfisis. Dentro de las columnas de condrocitos pueden distinguirse varias zonas. La zona externa es una zona de proliferación en la que las células se d ivid en rápidamente. Por debajo de ésta, existen capas en las que las células maduran, aumentan de tamaño y , fi-

mona, la calcitonina, la tiroxina, los estrógenos y los metabolitos de la vitam ina D (para más detalles, v . cap. 12). Células cartilaginosas en proliferación

Resumen 1.

El crecimiento de los huesos largos es responsable del aumento de

Células cartilaginosas hipertróficas

la estatura observado durante la infancia y la adolescencia. El cre­ cimiento se produce a través de la proliferación e hipertrofia de las células del cartílago en las láminas epiflsarias de los huesos

Calcificación ’ provisional

largos, y de su posterior mineralización. 2.

El hueso es un tejido dinámico que se remodela y renueva conti­ nuamente incluso durante la edad adulta. Consiste en osteoide,

Centros de mineralización del cartílago

una matriz orgánica reforzada por el depósito de cristales com­ plejos de calcio y fosfato (hidroxiapatita). 3.

Existen tres tipos de células óseas: los osteoblastos, que secretan la matriz orgánica; los osteocitos (células óseas maduras), y los osteoclastos, que son responsables de la reabsorción de hueso anti­ guo durante el crecimiento y del remodelado del esqueleto.

Hueso calcificado

23.3 Desarrollo y crecimiento óseo (osteogénesis) A las 6 semanas de gestación, el esqueleto fetal está form ado por com pleto por membranas fibrosas y cartílago hialino. Desde este m omento empieza a desarrollarse tejido óseo, que acabará por re­ emplazar la m ayor parte de estructuras existentes. A u n qu e la osi­

Fig. 23-8.

ficación se inicia precozm ente en la vida fetal, no se completa has­

sos de crecimiento óseo y osificación en un hueso largo característico. Las

Hueso descalcificado en el que se pueden observar los proce­

ta la tercera década de la vida adulta. Los huesos del cráneo, la

nuevas células formadas en la región proliferativa se desplazan hacia la

m andíbula inferior y las clavículas se desarrollan a partir de mem­

región hipertrófica para sumarse al hueso que se acumula en la parte su­

branas fibrosas por un proceso denom inado osificación intram em -

perior de la diáfisis.

23.3 Desarrollo y crecimiento óseo (osteogénesis)

nalmente, degeneran, com o muestra la figura 23-8. La capa más in­

559

Crecim iento d el diám etro óseo

terna de células es la región de calcificación. En ella, las células osteogénicas se diferencian en osteoblastos y depositan hueso. En las radiografías de las manos que aparecen en la figura 23-9 se puede observar que las regiones en las que tiene lugar una calcificación rápida aparecen claramente como zonas de densidad elevada. Por consiguiente, mientras en un extrem o de la lámina epifisaria se produce cartílago, en el otro degenera. El crecimiento en longitud depende, por lo tanto, de la proliferación de las nuevas células de cartílago. En el ser humano, una célula cartilaginosa necesita alre­ dedor de 20 días para completar el proceso desde el inicio de la pro­

El crecim iento en anchura de los huesos largos se lleva a cabo me­ diante crecim iento óseo aposicional en el que los osteoblastos si­ tuados bajo el periostio del hueso forman nuevas osteonas en la superficie externa del hueso. Así, el hueso adquiere un grosor y una resistencia mayores. La osificación rápida de este n u evo teji­ do tiene lugar para equipararse al crecim iento del hueso en lon gi­ tud. El proceso es similar al mecanismo a través del cual crecen los huesos planos.

liferación hasta la degeneración. La cavidad de la médula ósea tam­ bién debe aumentar de tamaño a medida que el hueso crece; para garantizarlo, los osteoclastos erosionan la parte interna de la diáfisis.

R em o d ela d o óseo

© MASSON. S.A. Fotocopiar sin autorización es un delito.

A l térm ino del período de crecim iento, la lámina epifisaria adelgaza a medida que es reemplazada p or hueso, hasta que se eli­

Incluso después de haber term inado el crecim iento, el esqueleto

mina, y la epífisis y la diáfisis se unifican, un proceso conocido

se rem odela continuamente a medida que los tejidos se renuevan

com o sinostosis. Después de esta «fu s ió n », el hueso no puede se­

y revitalizan. Se eliminan y reemplazan grandes volúm enes de

gu ir alargándose por este punto. A u n qu e el crecim iento en lon gi­

hueso, y la arquitectura ósea cambia continuamente de tal mane­

tud en la m ayoría de huesos se completa a los 20 años de edad, las

ra que cada semana se recicla el 5-7% de la masa ósea. Además,

clavículas no se osifican p or com pleto hasta la tercera década de

después de una fractura el hueso se autorrepara con notable rapi­

vida. Las fechas de osificación son constantes entre individuos

dez (cuadro 23.1). El rem odelado perm ite que el hueso se adapte a

pero diferentes entre huesos. Este hecho se aprovecha en m edici­

las tensiones externas, ajustando su form a para aumentar la resis­

na forense para determ inar la edad de un cuerpo, observando los

tencia cuando es necesario. El rem odelado se produce en ciclos de

huesos que están osificados y los que no lo están.

actividad en la que la reabsorción precede a la form ación. La acti-

Fig. 23-9.

Radiografías de las

manos de dos niños de 2 (a) y 11 (b) años de edad. Se puede obser­ var el incremento en el número de huesos osificados del carpo en la muñeca del niño de 11 años.

560

23 Control del crecimiento

Curación del hueso tras fracturas Cuando el hueso sufre una fractura, su estructura y resistencia originales se restablecen con gran rapidez mediante la formación de tejido óseo nuevo. Siempre y cuando los bordes del hueso fracturado se recoloquen y el hueso quede inm ovilizado mediante una férula, tiene lugar la repa­ ración normal sin que quede finalmente ninguna deformidad en el esqueleto. La reparación del hueso fracturado tiene lugar a través de tres eta­ pas. La primera abarca los 4-5 dias desde la lesión y conlleva la eliminación de los restos generados por la lesión tisular. listos restos son frag­ mentos de hueso y de otros tejidos, asi como coágulos sanguíneos formados por la hemorragia que tiene lugar entre los extremos óseos v hacia el músculo adyacente cuando se altera el periostio. Las células fagociticas como los macrófagos limpian la zona y se forma un tejido de granulación. Este tejido es un exudado de carácter gelatinoso laxo, rico en proteínas, que aparece en cualquier zona de lesión tisular y que posteriormente muestra fibrosis y organización con formación de una cicatriz. Debido a que se revasculariza a partir de capilares no lesionados, muestra un as­ pecto granular y rosado. Los osteoblastos del endostio y del periostio migran hacia la zona de lesión para iniciar la segunda etapa de la curación (fig. la). Durante esta segunda etapa, que normalmente dura aproximadamente las tres semanas siguientes, los osteoblastos segregan osteoide ha­ cia el tejido de granulación, con formación de una masa entre los extremos fracturados del hueso y con relleno de la solución de continuidad, tsta masa tisular también se denomina iv ilo blando (fig. 1b). El callo blando muestra una osificación gradual con formación de una región de hueso dcsestructurado (similar al hueso trabecular) y que se denomina callo Juro (fig. le). En esta láse del proceso de curación se observa normalmente un cierto grado de tumefacción local en la zona de la fractura, debido ai callo duro. Durante la tercera y última etapa del proceso de curación, la masa correspondiente al callo duro es reestructurada para el restablecimiento de la arquitectura ósea original. Esta fase puede durar muchos meses y tiene lugar por distintas acciones de los osteoblastos y los osteoclastos. Durante la misma, el periostio también se reforma y el hueso llega a al­ canzar su resistencia y su capacidad de carga normales. Las radiografías que se muestran en la figura 2 ilustran las etapas principales del proceso de curación tras una fractura.

Periostio

Proliferación perióstica

Endostio

Hueso calcificado

Cavidad medular I

Cartílago hialino A

y. > — V

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2

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(a)

(b) Hueso primario recién formado

Hueso secundario recién formado

Caito

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(C)

(d) Fractura curada

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Fig. 1.

Etapas principales de la reparación ósea tras una fractura.

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23.3 Desarrollo y crecimiento óseo (osteogénesis)

Cuadro 23.1

Fig. 2.

(cont.)

Radiografías en las que se pueden observar las etapas de la reparación tras una fractura: a) fractura simple del húmero y el radio en el

antebrazo; b) desarrollo de un caito blando; c) etapa final de la curación de la fractura; d) el callo blando con mayor detalle. La radiografía mos­ trada en (b) se obtuvo a través de una escayola de inmovilización.

vid ad osteoclástica que erosiona el hueso va seguida de un perío­ do de intensa actividad osteoblástica, en que se deposita hueso n u evo para reemplazarlo.

Resumen 1.

:• M A S S O N . 8 A I olucoplur etui milon/nciOn

us un dolito.

En térm inos generales, el hueso se deposita en prop orción a la carga que debe soportar. P or consiguiente, se deduce que un

Durante la vida fetal, el esqueleto se construye como un «m o ld e » de cartílago que se osifica. La osificación no es completa hasta la tercera década de la vida.

2.

in d iv id u o in m o v iliza d o p ierd e rápidam ente masa ósea (aunque

I-as áreas de cartílago entre la diáfisis y las epífisis de los huesos largos se conocen como láminas epifisarias. Las células pluripo-

de manera reversib le), un proceso con ocid o com o osteoporosis

tenciales (condroblastos) que se extienden debajo de las láminas

p o r desuso. Los astronautas, qu e experim entan períodos p rolon ­

epifisarias dan lugar a clones proliferantes de células (condroci-

gados de in g ra v id e z en el espacio, p ierd en hasta un 2 0 % de su

tos) que se extienden en la diáfisis del hueso. A medida que pro­

masa ósea en ausencia de program as de ejercicio adecuadam en­

gresan, maduran, y más tarde degeneran. La calcificación se produce dentro de la capa más interna de las células.

te planificados. De la misma manera, la realización adecuada de ejercicio físico durante la n iñ ez y la adolescencia potencia el de­

3.

que es reemplazada por hueso, y la diáfisis y las epífisis se fusio­

sarrollo del hueso y da lugar a un esqueleto más resistente y

nan. Después de la fusión no es posible un aumento adicional en

sano en la edad adulta, un factor que puede ser especialm ente im portante en las mujeres. N o obstante, los factores qu e con tro­

Después de la pubertad, la lámina epifisaria adelgaza a medida

longitud. 4.

Durante la vida adulta, cada semana se recicla alrededor del 5-7%

lan la tasa de depósito y pérdida de hueso com o respuesta a las

de la masa ósea total; el esqueleto responde para satisfacer las ne­

necesidades mecánicas siguen siendo en su m ayor parte desco­

cesidades cambiantes del organismo.

nocidos.

56 2

23 Control del crecimiento

presencia de la propia GH; un exceso de ésta provoca, en cambio,

23.4 Papel de la hormona del crecimiento (somaíotropina) en el control del crecimiento

una disminución del número de receptores. Recientemente, se han esclarecido los mecanismos de transducción de señales. La GH activa las tirosincinasas unidas a la membrana, que fosforilan

El crecim iento es consecuencia de las m últiples interacciones de

un gru p o de proteínas que activan la transcripción génica.

las hormonas circulantes, la sensibilidad de los tejidos y el sumi­

Las acciones de la GH pueden dividirse en metabólicas y estimu­

nistro de nutrientes y energía para los tejidos en desarrollo. Se

ladoras del crecimiento. Las acciones metabólicas de la GH se oponen

sabe que muchas hormonas participan en la regulación del creci­

a las de la insulina y son principalmente de naturaleza directa. La GH

m iento en los diferentes estadios de la vida. N o obstante, la hor­

actúa de forma directa sobre una variedad de tejidos diana, princi­

mona que indudablem ente ejerce un efecto m ayor en el creci­

palmente sobre el hígado, el músculo y la grasa; también disminuye

m iento normal es la hormona del crecim iento (GH).

el metabolismo de la glucosa (ahorra glucosa para que el SNC la utili­

La naturaleza de la secreción de la GH se ha descrito con de­

ce en momentos de ayuno prolongado) y estimula la lipólisis, que fa­

talle en el capítulo 12, pero será útil resumir aquí brevem ente sus

cilita ácidos grasos para la oxidación, y la captación de aminoácidos

efectos. La GH es un p olip ép tid o (M r = 22 kDa) segregado por las

por parte de las células para la síntesis proteica.

células somatotropas hipofisarias. Su sim ilitud estructural con la

Las acciones estimuladoras del crecim iento de la GH se conec­

prolactína y el lactógeno placentario humano es notable. La se­

tan de manera directa e indirecta. La G H parece ejercer un efecto

creción de GH, está controlada por las hormonas o factores lib e­

estimulador directo sobre los condrocitos, aumentando la tasa de

radores hipotalámicos. La G H RH (hormona o factor liberador de

diferenciación de estas células y , por consiguiente, la form ación

hormona del crecim iento) estimula la producción de GH mientras

de cartílago. Muchas de las acciones metabólicas directas de la

que la somatostatina la inhibe. La GH muestra un marcado patrón

GH, com o el increm ento de la captación de aminoácidos y de la

pulsátil irregular de liberación que está influ id o por una serie de

tasa de síntesis proteica, también contribuyen al proceso global

estímulos fisiológicos. Por ejem plo, el estrés y el ejercicio estimu­

de crecim iento y reparación.

lan la secreción de GH, y durante el sueño de ondas lentas tam­

Las acciones indirectas de la GH están mediadas por una fa­

bién se produce un aumento de la tasa de secreción, en especial en

milia de interm ediarios de hormonas peptídicas denominada fa c ­

niños. Tanto el carácter pulsátil com o los patrones de liberación

tores de crecimiento de tipo insulina (IG F ), conocidos antiguamen­

inducidos por el sueño se pierden en pacientes con hip er o hipo-

te com o somatomedinas. Tienen un peso molecular de alrededor

secreción de G H (fig. 23-10).

de 7.000, y estructuralmente se relacionan con la proinsulina, el

Otras hormonas y productos del m etabolismo también influ ­

precursor de la insulina. Los IGF se sintetizan en respuesta a la

yen en la tasa de secreción de GH. Por ejem plo, los estrógenos au­

GH, principalm ente en el hígado pero también en otros tejidos,

mentan la sensibilidad de la hipófisis a la GHRH, y esto con tribu­

incluyendo el cartílago y la grasa. El IGF-1 plasmático aumenta

y e a que el «e s tir ó n » del crecim iento sea más precoz en niñas que

con la adm inistración de GH durante 12-18 h y dism inuye en in­

en niños. Las hormonas glucocorticoides suprarrenales disminu­

dividu os que carecen de GH. Los IGF se caracterizan por tener v i ­

yen la secreción de GH, mientras que la insulina la estimula. La

das medias plasmáticas superiores a las de la GH, porque se trans­

glucosa oral dism inuye la liberación de GH, mientras que unos ni­

portan en la sangre unidos a diversas proteínas. El n iv e l sanguí­ neo de IGF-1 es bajo durante los prim eros meses de vid a y se eleva

veles plasmáticos bajos de glucosa la estimulan. Como la m ayoría de sistemas endocrinos, la secreción de GH

gradualmente hasta la pubertad; a continuación aumenta más rá­

está sometida a un control de feedback negativo. Se considera que

pidam ente hasta alcanzar un m áxim o que coincide con el incre­

este mecanismo está m ediado tanto por la propia GH (p rin cipal­

mento m áxim o de la estatura (fig. 23-2), después de lo cual dismi­

m ente en el hipotálam o) com o por factores de crecim iento de tip o

nu ye hasta los valores del adulto (y prepuberales).

insulina (IGF, v. más adelante), que posiblem ente actúan tanto a

Como su nombre sugiere, los efectos de los IGF son parecidos a

n ivel hipofisario com o hipotalám ico. La GH interacciona con sus

los de la insulina y explican los efectos estimuladores del creci­

células diana en la membrana plasmática, donde se une a los re­

miento de la GH. Actúan sobre el cartílago, el músculo, la grasa, los

ceptores de superficie. La síntesis de estos receptores requiere la

fibroblastos y las células tumorales. Los IGF (en especial el IGF-1

Sueño

Sueño

Fig. 23-10.

Comparación del patrón de secreción

de GH en individuos sanos, en pacientes que experi­ mentan acromegalia (exceso de GH en la edad adulta) y en pacientes con un déficit de GH. Obsérvese que en cada uno de los estados anómalos se pierde la se­ creción pulsátil. En la acromegalia se observa un ni­ vel de GH circulante elevado y sostenido.

23.4 Papel de la hormona del crecimiento (somatotropina) en el control del crecimiento

563

y el IGF-2) se relacionan más específicamente con el crecim iento óseo, ya que estimulan la expansión clonal de los condrocitos y la formación y maduración de los osteoblastos en la lámina epifisaria. Estimulan todas las funciones de los condrocitos, incluyendo la in­ corporación del aminoácido prolina al colágeno y su conversión ulterior en hidroxiprolina. Además, la GH (a través de los IGF) es­ timula la incorporación del sulfato al condroitín. El condroitín sul­ fato y el colágeno juntos forman la matriz inorgánica dura del car­ tílago. El crecim iento del tejido blando y las visceras también se atribuye a acciones indirectas de la GH a través de los IGF. La figura 23-11 resume las acciones directas e indirectas de la

Estadio de la vida

GH y de los factores que regulan la secreción de GH. Fig. 23-12.

Im portancia de la h orm ona del crecim iento para el crecim iento en los diferentes estadios de la vida

Patrón de secreción de GH durante la vida.

el control del crecim iento, y sus receptores no aparecen hasta los 2 meses finales del embarazo. Sin embargo, los factores de creci­ m iento IGF-1 e IGF-2 parecen desempeñar un papel im portante en el crecim iento fetal.

La figura 23-12 ilustra el patrón de secreción de G H durante la vida. Durante el período fetal, la GH apenas tiene importancia en

Después del parto, y en los prim eros años de la infancia, la se­ creción de GH aumenta considerablem ente. Durante esta fase, el crecim iento glob al y el aumento de la estatura parecen depender casi exclusivam ente de la acción de la GH y del IGF-1. En la pu­ bertad se produce un n u evo increm ento sign ifica tivo de la secre­ ción de GH (probablem ente asociado a un aumento de la produc­ ción de esteroides sexuales) y un increm ento paralelo de la secre­ ción de IGF-1. Esto estimula el crecim iento de los huesos largos y con tribu ye al «e s tir ó n » del adolescente. Durante las fases finales de la pubertad, los esteroides sexua­ les provocan la fusión de las epífisis; la estatura no aumenta du­ rante la vid a adulta. Sin em bargo, la GH sigue intervin ien d o en el rem odelado del hueso y en la reparación y el mantenimiento del cartílago.

Déficit de h orm ona del crecim iento Como sugiere la descripción anterior, la GH es necesaria para un crecim iento normal entre el nacim iento y la edad adulta. Los in­ d ividu os que carecen de GH (el llamado enanismo hipofisario) crecen hasta los 120-130 cm y sus proporciones siguen siendo normales. Esto contrasta con el crecim iento desproporcionado observado en la acondroplasia, el tipo con gènito de enanismo en que el crecim iento de los huesos está deteriorado d ebido a d efec­ tos en otros factores de crecim iento local. Otro tip o de alteración del crecim iento, provocada por receptores defectuosos de la GH y no por falta de hormona, se conoce com o enanismo de Laron. Los in d ividu os con enanismo de Laron tienen el mismo aspecto físico que los que carecen de GH. Los niños con déficit de GH se pueden tratar con inyecciones de GH humana, y con ello se logra una recuperación significativa del crecim iento, ya que alcanzan una estatura adulta aceptable (fig . 23-13). A diferencia de otras hormonas, com o la insulina y la AC T H , la GH es específica de cada especie, es decir, la GH p ro v e ­ Regulación y efectos de la GH sobre sus tejidos diana. Un

niente de animales carece de efectos en el ser humano. Entre 1958

símbolo + indica estimulación del crecimiento; un símbolo - indica inhi­

y 1985, la GH administrada a pacientes se extraía post mortem de

bición del crecimiento.

la hipófisis de cadáveres humanos. Lamentablemente, algunos ni-

Fig. 23-11.

564

23 Control del crecimiento

Estatura normal en niñas

70 60 50

6

I I I__ !__' I 8 10 12

__ I__ 14

16

18

20

22

24

Fig. 23-14.

Fig. 23-13.

Un gigante

hipofisario y un enano

Edad (años)

hipofisario al lado del co­

Patrón de crecimiento de una niña con un déficit aislado de

nocido comentarista de la

GH a quien se le administra CiH exógena en tres ocasiones. Obsérvese el

televisión británica Da­

crecimiento de «recu peración » identificado durante los períodos de tra­

vid Frost.

tamiento. Las flechas que señalan hacia abajo representan el término de cada período de tratamiento. El área sombreada indica los límites de las estaturas de niñas normales.

charse. Esto confiere al paciente un aspecto característico, con au­ m ento de tamaño de las manos y los pies, y las mandíbulas y ras­

ños tratados con esta GH han contraído una enferm edad degene­

gos faciales toscos, com o se ilustra en la figura 12-11. Tam bién se

rativa cerebral denominada enferm edad de Creutzféldt-Jakob

produce una p roliferación de los tejidos blandos, y el paciente

(ECJ). En los últimos años, el desarrollo de la tecnología del A D N

puede llegar a m anifestar diabetes com o consecuencia de los efec­

recom binante ha hecho posible la producción de GH humana y su

tos m elabólicos de tip o antiinsulina de la GH. Además, se e v id e n ­

utilización en el tratamiento del déficit de esta hormona sin ries­

cia un aumento del riesgo de padecer enferm edades cardiovascu­

g o de contraer la ECJ. Por últim o, la estatura baja puede estar causada por la incapa­

lares y neoplasias, d ebido a los efectos de la GH sobre el corazón y el colon.

cidad de producir IGF como respuesta a la GH. En estas con dicio­ nes, el tratamiento con GH carecerá de valor, p ero los pacientes pueden tratarse con IG F-i recombinante.

Resumen 1.

La hormona del crecimiento (GH), una hormona peptidica de la adenohipófisis, se relaciona sobre todo con el crecimiento posnatal.

Exceso de horm ona del crecim iento

La secreción de GH aumenta durante los primeros años de vida y muestra un máximo durante la pubertad; se encuentra bajo control hipotalámicoy manifiesta una liberación pulsátil. F.l ejercicio, el es­

A u n qu e se puede dar hipersecreción de GH en cualquier estadio de la vida, en la infancia, la incidencia de un gigantism o hipofisa-

trés, el ayuno y el sueño no REM estimulan la secreción de GH. 2.

rio p rovocad o por un exceso de G H es sumamente rara. Los tu­ mores en la hipófisis o una proliferación excesiva de las células

los condrocitos y aumenta la tasa de captación e incorporación de los

productoras de GH pueden provocar ocasionalmente un creci­ m iento excesivo (aunque proporcionado). O tro proceso caracteri­

La GH tiene efectos tanto metabólicos como estimuladores del crecimiento. Estimula directamente la formación de cartílago por aminoácidos a proteínas.

3.

La GH actúa también de forma indirecta a través de los factores

zado por una estatura exagerada es el gigantism o cerebral (sín­

de crecimiento de tipo insulina (IGF). Los IGF estimulan la e x ­

drom e de Sotos), que parece estar causado por una reacción exce­

pansión clonal de los condrocitos y la formación de matriz ósea orgánica.

siva de los tejidos diana a la GH, más que por un exceso de la propia GH. Se trata, sin embargo, de un proceso excepcional. La figu ra 23-14 ilustra los extrem os de la estatura asociados a la hiper e hiposecreción de GH. En la edad adulta, los tumores hipofisarios secretores de GH

4.

El déficit de GH durante la infancia causa enanismo hipofisario, que se puede tratar con inyecciones de GH humana obtenida por ingeniería genética. El gigantismo hipofisario, poco frecuente, es consecuencia de una hipersecreción de GH antes de la pubertad. La hipersecreción de GH en la edad adulta es un proceso más co­

son mucho más frecuentes y dan lugar a un proceso conocido

mún que causa acromegalia, caracterizada por alteraciones meta-

com o acromegalia. Después de la fusión epifisaria no puede au­

bólicas, aumento del grosor de los huesos y proliferación de los

mentar más la longitud del hueso, de manera que, en respuesta al

tejidos blandos.

incremento de ios niveles de GH, los huesos empiezan a ensan-

23.5 Papel de otras hormonas en el proceso de crecimiento

23.5 Papel de otras hormonas en el proceso de crecimiento

565

Insulina La insulina se produce en los islotes de Langerhans del páncreas. Carece de significación especial en relación con el crecim iento,

A pesar de qu e la G H es la que desempeña indudablem ente el papel fundam ental en el proceso de crecim ien to físico, tam bién son im portantes muchas otras hormonas. De hecho, la variedad

pero debe secretarse a concentraciones normales para que éste tenga lugar. El n iv e l plasmático de insulina, tanto en estado de ayuno com o después de una ingesta, aumenta al in icio de la pu­

de anomalías de la secreción horm onal qu e pueden alterar el cre­

bertad y dism inuye nuevam ente cuando ésta termina. Los niños

cim iento y p ro vocar un desarrollo anóm alo es in d icativa del

diabéticos cuya enferm edad está bien controlada con inyecciones

gran núm ero de hormonas relacionadas con el crecim ien to y el

de insulina y una dieta apropiada crecen normalmente, pero pe­

desarrollo norm ales de un in d iv id u o . Entre las horm onas más

queños desequilibrios de la insulina plasmática y de los valores

im portantes, en este terreno, se in clu yen la tirox in a y los este-

de glucosa pueden detener o retrasar el crecim iento.

roides sexuales. Otras hormonas, entre ellas la insulina, los metabolitos de la vitam ina D, la parathorm ona, la calcitonina y el cortisol, pueden in flu ir indirectam ente en el crecim ien to y el desarrollo a través de acciones m etabólicas generales o acciones sobre la fisiología ósea. Las acciones estimuladoras del creci­ m iento de la m ayoría de estas hormonas se han descrito en los apartados correspondientes del capítulo 12, p or lo qu e en este capítulo sólo se resum en brevem ente.

M eta bolitos de la vitam in a D y parathorm ona Las hormonas que regulan los niveles plasmáticos de los minera­ les producen efectos indirectos sobre el crecim iento a través de sus acciones sobre el desarrollo y el m antenim iento del esqueleto. En este sentido, tienen especial importancia los metabolitos de la vitam ina D (v . cap. 12). El calcitriol (1,25-dihidroxicolecalciferol)

H o rm o n a tiro id ea

estimula la captación intestinal de calcio, lo que con tribuye a mantener niveles plasmáticos normales de este mineral. El calci­

La tiroxina es necesaria para el crecim iento normal desde las p ri­

triol también actúa directam ente sobre el hueso estimulando su

meras etapas de la vid a fetal y para que la función fisiológica sea

m ineralización.

normal tanto en niños com o en adultos. Parece que esta hormona

El d éficit de vitam ina D provoca una alteración del desarrollo

es esencial para la síntesis de proteínas en el cerebro del feto y du­

esquelético, denominada raquitism o en niños y osteomalacia en

rante los prim eros meses de vida, así com o para el desarrollo nor­

adultos. Am bos procesos se caracterizan p or la incapacidad de la

mal de las células nerviosas. Los niños que nacen con un déficit

m atriz ósea (osteoide) para calcificarse. En niños, los huesos toda­

de hormona tiroidea experim entarán discapacidad mental, a me­

v ía están creciendo, y este d éficit causa una disminución de la

nos que sean tratados rápidamente; este proceso se denom ina cre­

tasa de rem odelado, que, a su vez, provoca inflam ación de las re­

tinism o y se exp on e en el capítulo 12.

giones de crecim iento de los huesos, ausencia de osificación y en-

Los niños que sufren un déficit de hormona tiroidea en un es­ tadio de la vid a más avanzado crecen más lentam ente y muestran un consiguiente retraso en la maduración esquelética y dental, pero no evidencian lesiones cerebrales. Después de un tratamien­ to con tiroxina exógena se recupera rápidam ente el n iv e l de cre­ cimiento. Las hormonas tiroideas parecen desempeñar un papel más perm isivo que directo sobre el crecim iento, y esto perm ite

© MASSON, S.A. Fotocopiar sin autorización es un delito.

que las células (inclu yen d o las células somatotropas de la adenohipófisis) funcionen normalmente.

Corticoides Las horm onas de la corteza suprarrenal parecen in h ib ir el cre­ cim ien to si están presentes en con cen traciones superiores a las norm ales. Esta situación p u ed e desarrollarse p atológicam ente, p or ejem p lo en el sínd rom e de Cushing, o com o consecuencia de la ad m inistración terapéu tica de esteroides para tratar el asma, la artritis reu m atoide, las nefrop atías o un eccem a grave. En estos casos, aumenta la tasa de m aduración del esqu eleto,

Fig.

23-15.

Curvatura

tìpica de los miembros

de m odo qu e se red u ce el poten cial para un crecim ien to ad i­

inferiores en un niño con

cional.

raquitismo.

566

23 Control del crecimiento

grosam iento de la lámina epifisaria de cartílago, qu e es blanda y

Por consiguiente, los niños son más altos en el momento del «d e s ­

débil. Los huesos que soportan peso se curvan, ocasionando ar-

p e g u e » y alcanzan la velocidad máxima de estatura 2 años más

queam iento de las piernas o un genu valgo, tal com o se puede o b ­

tarde. Durante el «e s tir ó n » del crecim iento, los niños aumentan

servar en la figura 23-15. En la osteomalacia se producen capas de

de estatura com o prom edio 28 cm y las niñas, 25 cm. La diferen­

osteoide, qu e pueden llegar a cubrir prácticamente toda la super­

cia media de 10 cm en la estatura entre niños y niñas se debe más

ficie del esqueleto. La principal característica de este proceso es el

a la diferencia de la estatura en el momento del «d e s p e g u e » que a

dolor y la aparición de fracturas parciales.

la estatura ganada durante el «e s tiró n ».

La parathormona (P T H ) es im portante en la homeostasia del

Durante la pubertad se altera prácticamente cada aspecto del

calcio corporal total y del fósforo. Para la form ación normal de los

crecim iento muscular y esquelético, y se observan diferencias se­

huesos se requiere una secreción normal de esta hormona. Se con­

xuales, por ejem plo en el crecim iento de los hombros, que acen­

sidera que la P T H se une a los osteoblastos (posiblem ente bajo la

túan el dim orfism o sexual (las diferencias entre hombres y m uje­

influencia perm isiva del calcitriol) y estimula su actividad. La cal-

res) a la edad adulta.

citonina, secretada por las células parafoliculares de la glándula

Los mecanismos hormonales subyacentes al «e s tiró n » del creci­

tiroides, es hipocalcémica, y estimula la unión del calcio al hueso.

miento de la pubertad incluyen acciones conjuntas de la GH y de los

A pesar de que se pone en duda su importancia en los adultos, es

esteroides gonadales. El 17p-estradiol de los ovarios y la testostero­

posible que la calcitonina contribuya al crecim iento o a la preser­

na de las células testiculares de L eyd ig se secretan en cantidades

vación del esqueleto durante la infancia y, posiblem ente, también

crecientes durante la pubertad bajo la influencia de las gonadotro-

durante el embarazo.

pínas hipofisarias. Estos esteroides estimulan la secreción de GH, que, a su vez, estimula el crecimiento de los huesos largos, lo que da lugar a un aumento de la estatura. El 17P-cstradiol también es res­

Los esteroides sexuales y el «e s t ir ó n » de la adolescencia En la figura 23-2 se muestran curvas de crecim iento que ilustran el m om ento del «e s tir ó n » del crecim iento de la pubertad, e v id e n ­ te tanto en niñas com o en niños. El «e s tir ó n » del crecim iento pue­ de d ividirse en tres etapas. La primera corresponde al momento del «d e s p eg u e », es decir, la edad a la cual la velocidad de creci­ m iento es mínima; la segunda es el período de máxima velocidad

ponsable del desarrollo de las mamas, el útero y la vagina, asi como del desarrollo de algunas partes de la pelvis. La testosterona estimu­ la el desarrollo de las características sexuales secundarias masculi­ nas y tiene una acción directa sobre los huesos y los músculos. Esto explica las diferencias en la masa corporal magra y la m orfología es­ quelética observadas entre hombres y mujeres. El aumento de la se­ creción de esteroides sexuales en la pubertad es importante para de­ sencadenar el proceso de la fusión de las epífisis, lo que limita el cre­ cimiento de los huesos largos al término de la pubertad.

de crecim iento, y la tercera corresponde al mom ento durante el cual dism inuye la velocidad de crecim iento hasta que cesa en el

23.6 Crecimiento de células, tejidos y órganos

mom ento de la fusión de las epífisis. En general, los niños em pie­ zan el «e s tir ó n » del crecim iento 2 años más tarde que las niñas.

Todos los tejidos biológicos están formados por células que conti­ nuamente renuevan sus componentes a través del metabolismo

Resumen

(v. cap. 3). Sin embargo, desde el punto de vista del crecimiento global, los tejidos pueden dividirse en tres categorías. En la prim e­

1.

Además de la GH, numerosas hormonas participan en la regulación

ra se incluyen los nervios y músculos, que no producen nuevas cé­

del crecimiento. La tiroxina es necesaria para el crecimiento desde

lulas una v e z ha finalizado el período de crecimiento. Una v e z fo r­

el inicio del periodo fetal en adelante y desempeña un importante

madas, las células de estos tejidos perduran la m ayor parte o toda la

papel en la maduración del SNC. La secreción excesiva (o la admi­ nistración terapéutica de corticoides) puede inhibir el crecimiento y la maduración normales del esqueleto en niños. Desequilibrios in­ significantes en la secreción de insulina y en los niveles de glucosa plasmática también parecen interferir con el desarrollo normal. 2.

como la piel, la sangre y el epitelio gastrointestinal, cuyas células mueren y son reemplazadas continuamente por nuevas células. Este tipo de tejidos se caracteriza por una zona germ inativa especial

El calcitriol (un metabolito activo de la vitamina D) estimula la

donde se producen nuevas células. En la tercera categoría se inclu­

captación intestinal de calcio y parece esencial para el crecimien­

yen tejidos cuyas células son de relativa larga duración y estables,

y el modelado norma! del esqueleto. La parat­

pero pueden generarse nuevas células si el tejido experimenta una

to, la calcificación

3.

vid a del individuo. En la segunda categoría se incluyen los tejidos

hormona estimula la actividad de los osteoblastos y es importan­

lesión o cuando se requiere una m ayor actividad. En este grupo de

te para el crecimiento normal del hueso.

tejidos con una potencia significativa de regeneración se incluyen

La acción conjunta de los esteroides gonadales y la GH hipofisa-

parte del hígado y los riñones y la m ayoría de glándulas.

ria es la base del «es tiró n » del crecimiento observado en la pu­ bertad. Tanto el 17fS-estradiol como la testosterona estimulan la secreción de GH, que aumenta la tasa de crecimiento de los hue­ sos largos. Los esteroides sexuales masculinos

y femeninos tam­

bién ejercen efectos específicos, que dan lugar a las característi­ cas secundarias y a las diferencias en la morfología musculoes-

Un órgano puede aumentar de tamaño a través de tres meca­ nismos: 1.

Si aumenta el número de células constituyentes (hiperplasia).

2.

Si se incrementa el contenido de sus células constituyentes (hipertrofia).

quelética observadas entre hombres y mujeres.

3.

Si aumenta la cantidad de sustancia entre las células.

23.6 Crecimiento de células, tejidos y órganos

.

567

En un tejid o que no se regenera, el crecim iento se produce en

benignos son estructuras locales, bien definidas, que habitual­

tres fases. A l principio, aumenta de tamaño a través de las d iv i­

mente crecen de form a lenta y no m eiaslatizan (no se diseminan

siones celulares y el increm ento del número de células. (Para de­

a lugares distantes para form ar tum ores secundarios). N o obstan­

talles adicionales de los estadios de la división mitótica, v. cap. 3.)

te, las neoplasias malignas están mal diferenciadas, crecen rápi­

Durante la segunda fase, dism inuye la tasa de división celular,

dam ente y metastatizan fácilm ente por vía hemática o linfática.

pero las células aumentan de tamaño a m edida que se sintetizan

Las células cancerígenas consumen grandes cantidades de nu­

proteínas que penetran en el citoplasma. En la tercera fase, la di­

trientes, lo qu e da lugar a la característica pérdida de peso y dis­

visión celular se interrum pe casi por com pleto y el tejido sólo se

m inución de masa tisular que a m enudo con trib u ye a la muerte.

expande increm entando el tamaño de la célula. La edad a la cual

Los cánceres pueden originarse a partir de casi cualquier tip o ce­

las células dejan de d ivid irse depende de cada tejid o u órgano

lular, pero los cánceres más frecuentes se originan en la piel, el

concreto. Las neuronas del SNC son las primeras células que de­

pulm ón, el colon, la mama, la próstata y la vejiga urinaria. A lre ­

jan de d ivid irse — alrededor de las 18 semanas de embarazo en el

d edor del 2 0 % de los habitantes de los países occidentales falle­

caso de la corteza cerebral.

cen de cáncer.

Durante las primeras etapas del desarrollo, el núm ero de célu­ las del organism o va aumentando. En general, se produce un ma­ y o r número de células de las necesarias, y el exceso se elimina me­ diante la muerte celular preprogram ada, conocida com o apoptosis. Una v e z se alcanza el tamaño del adulto, la d ivisión celular es im portante principalm ente para la reparación de las heridas y

¿Qué factores causan la transformación de una célula n orm al en una célula cancerígena?

para sustituir las células de corta vida. Durante los prim eros años de la edad adulta, el número de células permanece prácticamente

Es bien conocido qu e determ inados factores físicos y quím icos,

constante. Sin embargo, en ocasiones se observan cambios locales

incluyendo la irradiación, los alquitranes del tabaco y la sacarina,

en la tasa de división celular, por ejem plo en la anemia, cuando la

pueden actuar com o carcinógenos. Lo hacen provocan d o muta­

médula ósea experim enta una hiperplasia, o durante un creci­

ciones, es decir, cambios en el A D N que alteran la expresión de

miento* acelerado, de m odo que se producen hematíes a una tasa

determ inados genes. Se han detectado genes causantes de cáncer

mayor. En comparación, la atrofia (pérdida de masa tisular) pue­

(oncogenes) en algunos tumores que se extienden rápidamente,

de ser consecuencia de la falta de una estimulación normal. En

mientras que en las células normales se han descubierto protoon-

músculos que pierden su inervación se observa atrofia, así como

cogenes, formas benignas de oncogenes. Codifican proteínas que

en la glándula tiroides por falta de hormona tiroestim ulante (TSH ), con reducción en la producción de hormona tiroidea.

son esenciales para la división, el crecim iento y la adhesión celu­ lar, y se considera que pueden convertirse en oncogenes cuando lugares frágiles dentro de los mismos se expon en a carcinógenos y son lesionados por los mismos. Como consecuencia, pueden ac­

Alteraciones de la diferenciación celular: carcinogénesis

tivarse genes latentes, que perm iten que las células se conviertan en invasivas y metastaticen. Estas capacidades se observan en las células embrionarias y en las células cancerígenas, pero no en las células adultas diferenciadas.

El organism o está form ado por células organizadas en poblacio­ nes, que son los tejidos y los órganos. Las células se reproducen

Resumen

por d ivisión celular y están programadas para morir. El equ ilib rio entre la proliferación y la muerte celular determ ina el tamaño g lo ­

1.

incluyen los que se encuentran en un estado continuo de renova­

En circunstancias normales parece ser que las células diferen ­

ción (piel, células sanguíneas) y los tejidos que, como el hígado,

ciadas pueden sensar continuamente su entorno y adaptar su tasa de proliferación para ajustarse a las necesidades prevalentes. Las

Algunos tejidos no tienen capacidad de regeneración (como los nervios) mientras que otros se regeneran. Entre estos últimos se

bal de un tejido.

pueden regenerarse como respuesta a una pérdida o lesión tisular. 2.

células hepáticas, por ejem plo, aumentan su tasa de proliferación

Los órganos aumentan de tamaño por división celular, mediante un aumento del tamaño celular y mediante un incremento del v o ­

com o respuesta a la pérdida de tejid o hepático provocada por el

lumen del material intercelular. En los tejidos que no se regene­

alcohol. Sin em bargo, cuando las células no obedecen las normas

ran, la división celular se detiene cuando el tejido ha alcanzado

que determ inan su proliferación y se m ultiplican en exceso, se forma una masa anómala de células que se d ivid en rápidamente.

un tamaño apropiado. 3.

En condiciones normales, las células diferenciadas adaptan su

Esta masa se denomina neoplasma (nueva form ación) y el proceso

tasa de proliferación a las necesidades como respuesta a diversas

se denomina neoplasia. Los neoplasmas están formados por dos ti­

señales. Si no es así, se produce la formación de una neoplasia be­ nigna o maligna. Las neoplasias malignas son mal diferenciadas,

pos de tejido: tejido parenquimatoso, que representa el com po­ nente funcional del órgano a partir del cual deriva, y estroma o tejido de sostén, que consiste en vasos sanguíneos, tejid o conjun­ tiv o y estructuras linfáticas. Los neoplasmas se clasifican com o benignos o malignos de acuerdo con las características de su crecim iento. Los neoplasmas

crecen rápidamente y metastatizan. 4.

Una célula puede transformarse en una célula cancerígena cuan­ do su A D N experimenta una mutación y se altera la expresión de algunos genes. Se han descubierto genes específicos promotores del cáncer y genes supresores tumorales.

568

23 Control del crecimiento

■■ ■ 'I

............

Recientemente, se han descubierto genes supresores tumorales (antioncogenes). Parecen proteger a las células frente al cáncer in flu yen d o en procesos que inactivan los carcinógenos, contribu­ yen a la reparación del A D N y mejoran la capacidad del sistema inmune para destruir las células cancerígenas.

e. Los esteroides sexuales son responsables, principalmente, del cierre de las epífisis. 4. a. Las células hepáticas responden a la pérdida de tejid o hepá­ tico aumentando su tasa de división. b. El tejid o n ervioso se regenera. c. Los oncogenes protegen a las células normales fren te a la

Bibliografía recomendada Alberts B, Johnson A. Lewis J, Raff M, Roberts K, Walters P. M ole­

transform ación en células cancerígenas. d. Las células de una neoplasia están peor diferenciadas que las células normales.

cular biology o f the ccll (caps. 17, 21-23). 4th ed. N ew York: Garland. 2002.

Respuestas

Campbell EIM , Dickinson CJ, Slater JDH. Edwards CRW, Sikora EK, editors. Clinical physiology (cap. 9). 5th ed. Oxford: Biackwell Scientific, 1984.

1. El «e s tir ó n » del crecim iento de la adolescencia se produce

Laycock JF, W ise PH. Essential endocrinology (cap. 13). 3rd ed. Ox­ ford: Oxford University Press, 1996.

com o prom edio aproxim adam ente 2 años antes en niñas que en niños. N o se observa en caso de enanismo hipofisario con

Luskey KL. Growth and development (cap. 11). En: Griffin JE, Ojeda

déficit de GH, a menos que se trate con hormona exógena. Los

SR, editors. Textbook o f endocrine physiology. 4th cd. Oxford:

huesos crecen por la adición de n u evo cartílago en las epífisis,

Oxford University Press, 2000. Tanner JM. Foetus into man. 2nd ed. London: Castlemead, 1989.

que más tarde se osifican. La masa ósea permanece práctica­ m ente estable después de la pubertad y empieza a dism inuir en torno a los 40 años de edad. El tejid o lin foide se caracteriza por

Test de autoevaluación

una masa total m ayor en niños, dism inuyendo hasta los n iv e ­ les del adulto después de la pubertad. a. Falso.

Cada enunciado puede ser verdadero o falso. Las respuestas co­ rrectas se indican a continuación.

b. Verdadero. c. Falso.

1. a . El «e s tir ó n » del crecim iento del adolescente se produce en general más pronto en niños que en niñas. b. Los huesos largos aumentan en longitud mediante el creci­ m iento intersticial de la lámina epifisaria.

d. Verdadero. e. Verdadero. 2. La m atriz orgánica del hueso (osteoide) es secretada p or los os­

c. La masa ósea em pieza a disminuir después de la pubertad.

teoblastos. Las células de cartílago están situadas en las reg io ­

d. La masa de tejid o lin foid e es m ayor a los 6 que a los 20 años.

nes internas de la unión epifisaria. El rem odelado óseo incluye

e. El «e s tir ó n » del crecim iento del adolescente no se produce

la resorción del hueso antiguo por los osteoclastos y la acreción

en caso de enanismo hipofisario.

del n u evo hueso, qu e depende de la actividad de los osteo­ blastos. Los huesos planos, p or ejem plo los del cráneo, se de­

2. a. El eje de un hueso largo se denomina diáfisis. b. La matriz orgánica del hueso es secretada por los condroblastos. c. Las células cartilaginosas que se d ivid en se sitúan en la ca­ vidad m edular de los huesos largos. d. El rem odelado óseo es una función de los osteoblastos y osteoclastos.

sarrollan a partir del tejido con ju n tivo fibroso. Los huesos lar­ gos, com o la m ayoría de huesos del esqueleto, se desarrollan por osificación endocondral de un m olde de cartílago. Los cris­ tales com plejos de fosfato càlcico (hidroxiapatita) son los p rin ­ cipales com ponentes inorgánicos del hueso. a. Verdadero. b. Falso.

e. Los huesos largos se desarrollan a partir del tejido conjunti­ v o fibroso. f. La m ayor parte de huesos se forman por osificación endocondral de un m olde de cartílago hialino. g. Los principales com ponentes inorgánicos del hueso son el calcio y los fosfatos. 3. a. Durante la vida fetal el crecim iento óseo está controlado principalm ente por la hormona tiroidea. b. La secreción de G H es estimulada p or el 1GF-1.

c. Falso. d. Verdadero. e. Falso. f. Verdadero. g. Verdadero. 3. Durante la vida fetal el principal regulador hormonal del cre­ cim iento y el desarrollo esquelético es la tiroxina. La GH esti­ mula la síntesis y la secreción de IGF. El raquitism o lo causa un

c. Un exceso de vitam ina D provoca raquitismo.

déficit de vitam ina D. Para la actividad osteoblástica y la se­

d. La parathormona es necesaria para la actividad normal de

creción de osteoide se requieren niveles circulantes normales

los osteoblastos.

de P T H . Los estrógenos y andrógenos, secretados en grandes

Respuestas

cantidades en el m om ento de la pubertad, provocan el cierre de las epífisis. a. Verdadero. b. Falso. c. Falso. d. Verdadero. e. Verdadero. 4. Las células hepáticas aumentan su actividad m itótica después de la pérdida o lesión de tejid o hepático. De esta manera, pue­ den regenerarse grandes cantidades de tejid o hepático. El teji­ do nervioso no se regenera de manera significativa. Las células nerviosas dejan de d ivid irse durante los prim eros meses de vida. Se considera que los oncogenes son los responsables de las transformaciones genéticas que dan lugar a ciertos cánce­ res. Las células cancerígenas, malignas, muestran una pérdida de diferenciación. a. Verdadero. b. Falso. c. Falso.

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d. Verdadero.

569

24 Balance energético y control de la tasa de actividad metabòlica El objetivo del presente capitulo es explicar: •

Los conceptos generales de metabolismo, tasa de actividad metabòlica y tasa de actividad metabòlica basai

•

Cómo producen calor las reacciones celulares

•

El concepto de equivalente energético del oxigeno para los hidratos de carbono, las grasas y las proteínas

•

La relación entre el consumo de oxigeno y la producción de dióxido de carbono (cociente respiratorio)

•

Los requerimientos energéticos de diferentes actividades

•

Los efectos de las hormonas circulantes sobre la tasa de actividad metabòlica

Balance energético y control de la tasa de actividad metabòlica

24.1

Introducción

Prácticamente todo el trabajo que lleva a cabo el organism o termina finalm ente generando calor. Esto se hace evid en te duran­ te el ejercicio, en que la producción de calor aumenta p rop orcio­

Los procesos vitales del organism o im plican m ultitud de reaccio­ nes químicas. Para tener una pequeña idea de la escala de estas reacciones, basta con pensar que un ser humano m edio utiliza, aproxim adam ente, 3601 diarios de ox íge n o para «q u e m a r » varios cientos de gramos de hidratos de carbono y de lípidos, y que ge­ nera, aproxim adam ente, 7.500 kJ (aproxim adam ente equ ivalen ­ tes a una pérdida sostenida de calor de 90 W ). El conjunto de pro­ cesos quím icos mediante los que el organism o genera este calor constituye el metabolismo, que se puede clasificar en catabólico y anabólico. El metabolismo catabólico implica la rotura de m olécu­ las grandes y complejas para obtener otras más pequeñas y senci­

nalmente al volum en de actividad que se realiza. El único trabajo que no se con vierte directam ente en calor es aquel que se efectúa fuera del organismo, com o el que se necesita para levantar un ob ­ jeto pesado. Para poner otro ejem plo, el corazón realiza un traba­ jo mecánico al bom bear la sangre contra las presiones de la aorta y de la arteria pulmonar. La energía cinética que se transfiere a la sangre se con vierte en calor cuando supera la fricción a m edida que atraviesa el sistema circulatorio. Incluso en las reacciones anabólicas, com o la síntesis proteica, la energía quím ica almace­ nada en una proteína se pierde en forma de calor cuando esta p ro­ teína es finalm ente degradada.

llas, y en ellas se libera energía. El metabolismo o x id a tiv o de la glucosa en d ió x id o de carbono y agua es un ejem plo típ ico de reacción catabólica. El metabolismo anabólico incluye la síntesis

24.3 Balance energético

de moléculas complejas a partir de otras más sencillas, p or ejem ­ plo de la síntesis de proteínas a partir de aminoácidos.

La unidad de energía que se utiliza con m ayor frecuencia en el es­ tudio del m etabolismo energético es el k ilojoule (kJ). El jou le se defin e como la cantidad de trabajo necesaria para que una fuerza

24.2 Los procesos quimicos del organismo producen calor

de 1 new ton (N ) se desplace una distancia de 1 m en la dirección de la fuerza. La intensidad del trabajo (potencia) se determina en vatios (W ), de manera que 1 W es equivalente a 1 jo u le de traba­

© MASSON, S.A. Fotocopiar sin autorización es un delito.

jo por segundo. An teriorm ente, la unidad energética se expresa­ En las células, las reacciones anabólicas y catabólicas se llevan a

ba en kilocalorias (o calorías). En términos de calor, 1 kcal es la

cabo de manera simultánea. Los com ponentes estructurales de la

cantidad de calor que se necesita para aumentar en 1 °C la tem pe­

célula se destruyen y reem plazan continuamente. Una parte de la

ratura de 1 k g de agua; 1 kcal equ ivale a 1.000 calorías. La unidad

energía que se libera en los procesos catabólicos se almacena para

correspondiente en el Sistema Internacional es el jo u le (J), y

alimentar los procesos anabólicos celulares que precisan energía y

1 kcal equ ivale a 4.187 J (4,187 kJ).

las actividades celulares importantes, com o la contracción muscu­

La energía no se puede crear ni destruir (prim era ley de la ter­

lar, las bombas iónicas de membrana, los procesos de secreción,

modinámica). A p licad o al organism o humano, esto significa que

etc. El resto de energía se «p ie r d e » en forma de calor. N o obstan­

la cantidad total de energía que incorpora el organism o debe ser

te, este calor tiene una importancia vital para el mantenimiento y

igual a la cantidad de energía que desprende. P or tanto:

la regulación de la temperatura corporal (v . cap. 26). El A T P interviene de manera crucial en todos estos procesos. Se produce en grandes cantidades en la m itocondria durante el metabolismo o x id a tiv o de la glucosa y de los lípidos, tal y como se describe en el capítulo 3. Su función es transferir — en forma de enlaces fosfato de alta energía— la energía liberada por el ca­

energía captada = energía liberada que se puede expresar como: energía quím ica

energía térmica + energía de trabajo

de los alimentos

± energía quím ica almacenada

[24.1 ]

tabolismo a las reacciones anabólicas de las células o a los proce­

Cuando la cantidad de energía ingerida en form a de alimento

sos celulares activos, com o muestra la figura 24-1. En los capítu­

es suficiente para equilibrar la cantidad de energía liberada en

los 4 y 7 se presentan algunos ejemplos del papel crucial que de­

forma de calor y trabajo, la energía química del organism o se

sempeña el A T P en el transporte activo y en la contracción del

mantiene constante. En realidad, esto sucede en pocas ocasiones.

músculo esquelético.

Norm alm ente existe un ligero desequilibrio, de m odo que la ener-

574

24 Balante energético y control de la toso de actividad metabòlica

Trabajo mecánico Procesos de síntesis Transporte de membrana Hidratos de carbono Energía química ■ Lipidos de tos alimentos Proteínas —

Energía química celular ATP

Trabajo eléctrico Detoxificación y degradación

Energía t térmica

Fig. 24-1.

Transformación biológica de las d i­

versas formas de energía.

gía o bien se almacena en el cuerpo (sobre todo en form a de gra­

lor representa la actividad metabòlica basai o m etabolismo basai.

sa). o bien se pierde a través del catabolismo de las grasas y , en

La tasa de actividad m etabòlica basai (T M B ) corresponde a los re­

caso de ayuno más prolongado, de las proteínas. Incluso en el

querim ientos calóricos del organism o en situación de ayunas du­

transcurso de un único día existen pequeñas fluctuaciones en las

rante el reposo absoluto en un am biente térmicam ente neutro

reservas de energía química de un in d ivid u o normal. Por la no­

(aproxim adam ente a 20 °C). La T M B es un índice del metabolismo

che, las reservas hepáticas de glu cógen o se consumen lentamente

en condiciones estándar. Dado que varía con el tamaño corporal,

y después se restablecen tras la prim era comida que se realiza al

es habitual referirla a la superficie corporal o a la masa magra cor­

día siguiente. Durante la fase de crecim iento hay un incremento

poral. Los valores anormales de la T M B son con frecuencia resul­

im portante de la masa corporal a consecuencia de la síntesis de

tado de las alteraciones de la función hormonal, algunas de las

nuevas proteínas. En las fases avanzadas de la vida, a m edida que

cuales se exponen en el apartado 24.7.

dism inuye la actividad física, hay una tendencia al exceso de con­ sumo de alimentos que da lugar al depósito de tejid o adiposo, tal com o se expon e en el capítulo 19.

24.4 ¿Cuánto calor libera el metabolismo?

Para estudiar el balance energético de una persona en condi­ ciones de vida normales, seria necesario m edir tres de las variables

La respuesta a esta pregunta depende de la naturaleza y de la pro­

contenidas en la ecuación 24.1, presentada anteriormente, para

porción de los distintos alimentos que se están metabolizando. Si

poder calcular la cuarta. Esto se puede hacer con un calorímetro

se queman cantidades conocidas de grasa, hidratos de carbono o

corporal, que m ide el calor total desprendido por un individuo.

proteínas en estado puro en un calorímetro, ju n to con 1 1 de o x í­

Esta técnica no es práctica para la valoración clínica de los pacien­

geno, cada tipo de alimento libera diferentes cantidades de energía

tes. En su lugar, se puede sim plificar la m edida del balance ener­

calorífica. Un hidrato de carbono puro liberará 20,93 k j (5 kcal) de

gético elim inando alguna de las variables de la ecuación 24.1. M e­

energía por cada litro de oxígen o, mientras que para igual volu ­

diciones efectuadas en situación metabòlica postabsortiva (8-12 h

men de ox ígen o la grasa pura liberará 19,68 kJ (4,7 kcal) y la p ro­

después de una ingesta; v. cap. 27) indican que es posible consi­

teina, aproximadamente, 18,84 k j (4,5 kcal). Estos valores repre­

derar que el valor de la energía química de los alimentos ingeridos

sentan el equivalente energético del oxígeno para la oxidación com ­

es cero. Si la persona se halla en situación de reposo absoluto, la pérdida de energía en forma de trabajo externo también se puede despreciar. En estas condiciones, toda la energía química derivada de la actividad metabòlica se utiliza para mantener las funciones vitales del organismo, y al final se con vierte por com pleto en ca­ lor. Así, la ecuación 24.1 queda simplificada del siguiente modo: pérdida de energía quím ica almacenada = energía calórica [24.2]

pleta de los hidratos de carbono, los lipidos y las proteínas. O tro m odo de cuantificar el valor energético de diferentes ali­ mentos es considerar cuánta energía se libera durante la o x id a­ ción completa de una cantidad estandarizada. Así, la oxidación completa de 1 g de hidratos de carbono o de proteínas liberará 17,16 kJ (4,1 kcal), mientras qu e 1 g de lipidos liberará 38,94 kJ (9,3 kcal). En términos generales, el m etabolismo del organism o se puede considerar de forma idéntica, ya que se m etabolizan d ife ­

La velocidad a que el organism o consume energía química se co­ noce con el nom bre de tasa de actividad metabòlica. Como mues­ tra la ecuación 24.2, la v e locid ad a la cual el organism o produce

rentes alimentos para obtener distintas cantidades de energía cuando reaccionan con el oxígen o.

calor es igual a la velocid ad con qu e se gasta la energía química. Por consiguiente, la producción de calor es una m edida directa de la tasa de actividad metabòlica.

M e d ic ió n del consumo de o xíg en o

A u n qu e la tasa de activid ad metabòlica varía según la ac tiv i­ dad que se está realizando, se considera que en las condiciones de

Para m edir la tasa de actividad metabòlica de un in d ivid u o es ne­

reposo descritas anteriorm ente la velocidad de producción de ca­

cesario, según lo expuesto, conocer o calcular dos valores:

24.4 ¿Cuónto calor libera el metabolismo?

575

Final

Fig. 24-3.

Registro gráfico que ilustra la medi­

ción del consumo de oxígeno. El registro se lee de derecha a izquierda y se puede obtener con un apa­ rato como el que muestra la figura 24-2. Cada milí­ metro que cae la campana del espirómetro (y la co­ rrespondiente elevación del registro experimental) representa un volumen conocido de oxígen o usado. A partir de aquí puede calcularse la pendiente del

© MASSON, S A. Fotocopiar sin autorización es un delito.

- 6 min

1.

trazado para determinar el consumo del oxígeno.

La tasa de consumo de ox ígen o de un in d ivid u o: su consumo

m etro con oxígen o, y el sujeto respira de ella. El aire espirado

de oxígeno (que se expresa normalmente en form a de 1 • m in-1).

v u e lv e al interior de la campana atravesando un recipiente que

El equivalente energético del ox ígen o para el alim ento que se

contiene cal sodada, que elimina todo su d ió x id o de carbono. A

está m etabolizando (expresado en kJ • 1 1 de oxígen o).

m edida que el sujeto consume oxígen o, se registran los ciclos res­

M u ltiplicando estos dos valores p or 60 (los minutos de una

campana (representado por la altura de ésta) dism inuye gradual­

hora) se obtiene una cifra que representa la tasa de actividad me-

m ente (fig. 24-2). El espiróm etro está calibrado en términos de v o ­

tabólica del in d ivid u o en kJ • min '. (Si ambos valores se d ivid en

lumen por unidad de distancia de la campana. La diferencia entre

por 60 [los segundos de un minuto], el consumo de energía se

la altura de la campana al com ienzo y al final del p eríodo exp eri­

puede expresar en k W [kJ • s '.) Una form a relativam ente sencilla

mental es, por tanto, una medida del volum en de ox ígen o consu­

para m edir la tasa de consumo de ox ígen o de un in d ivid u o es uti­

m ido durante ese período de tiem po (fig. 24-3). Los métodos mo­

lizar un espiróm etro (v. cap. 16). Se llena la campana del espiró­

dernos están fundam entados en la determ inación del flu jo de aire

2.

piratorios individuales y el volum en de ox íge n o contenido en la

576

24 Balance energético y control de la tasa de actividad metabòlica

kcal

y en la diferencia del contenido de ox ígen o y de d ió x id o de car­ bono entre el aire inspirado y el aire espirado. Dado que estas

(a)

-5,1

concentraciones se pueden determ inar en cada respiración, es p o ­ sible obtener m ediciones continuas de la tasa de trabajo del in d i­ vid u o v mientras se realizan diversas tareas.

Equivalente energético del o xíg en o Tal y com o se ha e xp licad o anteriorm ente, el eq u ivalen te ener­ g ético del o x íg e n o variará en fu n ción de las cantidades relativas de proteínas, lip id os e hidratos de carbono qu e se estén u tili­ zando en el m om ento de determ inar la lasa de activid ad m eta­

19.5- _¡___ é___i___,___i___:___i___i___i___,___i___,___i___, 0,70

bòlica. Estas cantidades n o se pueden determ inar directam ente.

0,75

0,80

0,85

0,90

0,95

1,00

Cociente respiratorio no proteico

P or tanto, el eq u ivalen te en ergético del o x íg e n o debe calcularse indirectam ente a partir del cociente respiratorio (CR) o p ro p or­ ción de intercam bio respiratorio. El CR es la p rop orción entre el volum en de d ió x id o de carbono expulsado p or los pulm ones y el volum en de o x íg e n o ab sorbido p or los pulm ones en 1 m in

>

(v . cap. 16): _ volum en de CO, prod u cido p or minuto volum en de O , consumido por minuto

[24.3|

El cociente respiratorio depende de la naturaleza de los alimentos que están siendo m etabolizados. Si se están oxid an d o hidratos de carbono puros, se obtiene un CR de 1, mientras que la oxidación de lipidos da un CR de 0,7, y la de proteínas, un CR de 0,8. En rea­ lidad, el organism o utiliza una mezcla variable de los tres com ­ bustibles m etabólicos (aunque la proteína suele ser una fuente menor de energía). Por tanto, el CR será un valor m edio pondera­

0,70

do hacia el com bustible principal. El CR de un sujeto som etido a

al 0,82. Una v e z ob ten id o el v a lo r del CR para el in d iv id u o qu e se

0.80

0,85

0.90

0,95

1.00

Cociente respiratorio no proteico

una dieta m ixta ordinaria tendrá un valor aproxim ado de 0,85, mientras que el CR de un in d iv id u o en ayuno oscilará en torno

0.75

Fig. 24-4.

a) Relación entre el cociente respiratorio no proteico y el

equivalente energético del oxígeno; b) proporción de energía derivada de hidratos de carbono y de lipidos.

in vestiga, es p osib le relacionar este valor con los valores están­ dar qu e relacionan el CR con el e q u iv a le n te e n ergético del o x í­

tetizar glucosa y glucógen o, y el p H sanguíneo aumenta. Duran­

g en o (fig . 24-4). Entonces se calcula la tasa de activid ad meta-

te esta fase, el CR puede ser in ferior al normal, ya que se v u elve

bólica m u ltip lican d o el consum o de o x íg e n o p or el e q u iva len te

a form ar bicarbonato.

en ergético del o x íg e n o o b te n id o a partir de las labias, liste m é­ to d o sencillo e in d irecto está som etido a diversas premisas e im ­ precisiones, y sólo puede p ro p orcio n ar inform ación sobre la cantidad total de calor qu e genera el organism o. N o obstan­ te, esta inform ación puede ser m uy útil para el d iagn óstico de

24.5 Tasa de actividad metabólica basal y factores que la afectan

determ inados problem as, com o los trastornos de la fu n ción ti­ roidea.

En los adultos, la T M B supone un consumo diario medio de 84-

A u n qu e el CR es un índice útil del tip o de com bustible que

105 kJ (20-25 kcal) por 1 kg de peso corporal, y precisa de un con­

está siendo ox id ad o p or el organism o en un determ inado mo­

sumo de unos 200-250 mi de O. • min '. El SNC es responsable de

mento, no es fiable cuando se producen los cambios en el e q u ili­

aproximadamente el 2 0% de la TM B, el hígado del 25 % , el múscu­

brio ácido-base de un in d ivid u o. En particular durante el ejerci­

lo esquelético del 20-30%, y el corazón y los riñones del 16%.

cio, la elevación del lactato sanguíneo (y la consiguiente caída

La T M B depende de m últiples factores. Se cree, a partir de es­

del pH arterial) fa vorece la form ación de ácido carbónico, que

tudios llevados a cabo en gem elos idénticos y en familias, que la

tiene com o resultado que el organism o pierd e más d ió x id o de

T M B está determinada genéticamente, al menos en parte. Tam ­

carbono del qu e produce durante el m etabolismo. En estas con­

bién puede verse afectada por diversas variables fisiológicas, in­

diciones, el va lo r del CR puede superar la unidad. Después de un

cluyen do el peso y la superficie corporales, la masa corporal ma­

ejercicio, gran parte del lactato que se p rod u jo se utiliza para sin-

gra, la edad y el sexo del in d ivid u o. A u n qu e no existe ninguna

24.6 Foctores fisiológicos que ofertan o la tasa de actividad metabòlica

577

Cundro24.1 Cálculo del balance energético diario Un trabajador pasa aproximadamente 8 h cada día trabajando, con un consumo energético medio de 700 kJ • h '1; pasa otras 8 h dur­ miendo o acostado (276 kJ • i r 1) y camina hasta la oficina a paso rá­ pido (1.250 kJ ■ h_l), tarea en la que in vierte 30 min diarios. Duran­ te el tiempo restante, pasa 7 h sentado y atendiendo a sus necesida­ des personales (vistiéndose, comiendo, etc.), con un consumo medio de energía de 376 kJ • h-', y practica ejercicio corriendo 30 min cada tarde, con un consumo medio de energía de 3.000 kJ • h- '. Sus re­ querimientos energéticos diarios totales se pueden calcular del si­ guiente modo:

Actividad

Tiempo invertido (h)

Consumo de energia (kJ • h ‘)

Requerimientos energéticos totales (kJ)

Durmiendo y acostado Fig. 24-5.

Cambios medios en la TM B relacionados con la edad para

hombres y mujeres, corregidos en función del tamaño corporal.

relación sencilla y directa entre la T M B y el tamaño corporal, es habitual relacionar el m etabolism o con la superficie corporal

8

Sentado, etc.

276

2.208

376

2.632

Caminando

0,5

1.250

625

Corriendo

0,5

3.000

1.500

Trabajando Total

8 24

5.600

700

12.565

—

(kcal • m-2 • h_1), dado que el calor producido es proporcional a la superficie o a la masa corporal magra. (El músculo tiene una acti­

Su consumo energético total es de 12,6 MJ (3.000 kcal) al día, que

vid ad metabòlica m uy superior a la del tejid o adiposo.) Se dispo­

deben ser compensadas por la dieta. Para una nutrición óptima,

ne de tablas estandarizadas para determ inar la superficie corporal

aproximadamente el 60% del valor energético de los alimentos de­

a partir de la talla y del peso de un in d ivid u o.

bería proceder de los hidratos de carbono, el 30%, de los lípidos, y

Cualquier comparación entre la TM B de diferentes in dividu os

el resto, de las proteínas. Dado que cada gramo de hidratos de car­

debe tener en cuenta los factores susceptibles de alterarla. Como

bono o de proteína proporciona 17 kJ de energía, y que cada gramo

resultado de numerosas m ediciones en una amplia gama de suje­ tos, en la actualidad se dispone de tablas que proporcionan los va­ lores esperados de la T M B para personas de diferente tamaño cor­ poral, edad y sexo. Esta inform ación es valiosa en aquellas situa­

Hidratos de carbono: Lípidos:

(12.560 X 0,3)/9,3 = =

(12.560

X

Proteínas:

(12.560 X 0,6)/4,1 = 443g O

ciones clínicas en que es necesario determ inar si la T M B de un

de lípidos proporciona 39 kJ, su ingesta en la dieta debería ser la si­ guiente:

9 7g 74 g

paciente está fuera del in tervalo de norm alidad, y en qué medida. La T M B aumenta en caso de fiebre, y se v e afectada p or los cam­ bios en los niveles de hormonas tiroideas circulantes (v. más ade­ lante). La figura 24-5 ilustra los efectos de la edad sobre las a c tiv i­ dades m etabólicas normales de hombres y mujeres. La T M B de

paña al envejecim iento. En los hombres de 55 años, la grasa re­ presenta más del d ob le del porcentaje del peso corporal total res­ pecto a los hombres de 20 años.

las mujeres es un 6-10% in ferior a la de los hombres de dim en­ © MASSON. S.A. Fotocopiar sin autorización es un delito.

siones y edad comparables, y muestra un increm ento sign ifica ti­ v o durante el embarazo a causa de la actividad metabòlica adi­ cional del feto. En los hombres adultos de entre 20 y 60 años, la T M B norm al se sitúa dentro del in tervalo com prendido entre 142

24.6 Factores fisiológicos que afectan a la tasa de actividad metabòlica

y 168 kJ • m-2 • h '1(34-40 kcal • m~2 ■ h~‘ ). Para las mujeres no em­ barazadas, el in tervalo está entre 134 y 146 kJ • m 2 • h "1(32-

La tasa de actividad metabòlica varía de un m inuto a otro, depen­

35 kcal • m-2 • h_1).

diendo de la naturaleza de las actividades que lleva a cabo un in­

La actividad m etabòlica de un niño pequeño en relación con

dividu o. Es im portante distinguir entre la tasa de actividad meta­

su tamaño es casi el doble de la de una persona anciana. El eleva­

bòlica y la TM B , que se refiere a la tasa de actividad metabòlica de

do valor de la T M B en los niños es consecuencia de elevadas tasas

un sujeto en reposo absoluto. La T M B proporciona un método es­

de reacción celular, de la síntesis rápida de materiales celulares y

tándar para comparar la tasa de actividad metabòlica de diferentes

del. crecim iento, que precisa cantidades moderadas de energía.

individuos, comparación que tiene un valor particular en diferen­

Parte de la reducción de la T M B que se observa a edades avanza­

tes situaciones clínicas. Sin embargo, hay pocos momentos de la

das se debe a la reducción de la masa corporal magra que acom-

vid a cotidiana en que el metabolismo se realice de form a tan lenta.

578

24 Balance energético y control de la tasa de actividad metabòlica

T ab la 24-1.

C onsum o d e en e rg ía a p ro x im a d o en un h o m b re

Fiebre

a d u lto d u rante la práctica d e diversas activid ad es físicas linergía consumida W* (kcal • min :)

Actividad

Sea cual sea su causa, la fieb re p rovoca un aumento de la tasa de actividad metabòlica. Esto se debe, simplem ente, al hecho de que

77(1,1)

todas las reacciones químicas, incluyendo las que tienen lugar en

105(1.5)

el interior de las células, se llevan a cabo más rápidam ente cuan­

Estar de pie

174 (2,5)

d o la temperatura se eleva. Por cada 0,5 °C de aumento de la tem­

Andar despacio (3,6 km/h)

195(2.8)

peratura, la T M B se incrementa en aproxim adam ente un 7 % . Por

Andar deprisa (7.2 km/h)

363 (5,2)

tanto, la tasa metabòlica de un paciente con fiebre de 39 °C es casi

Dormir Estar sentado

Montar en bicicleta (18 km/h)

433 (6,2)

Correr (10,8 km/h)

712 (10,2)

Correr (16,2 km/h)

965(13,8)

Nadar (crol rápido)

872(12,5)

Esquí de fondo

'i w = 1 j

un tercio superior a la normal.

Ayuno y m alnutrición

1.033(14,8)

r '.

El requerim iento energético basai diario de un hom bre con una superficie corporal de 1,8 n r es de alrededor de 7-7,5 MJ (1.700-

ya que cualquier actividad que altere la actividad química de las células modificará el metabolismo del organismo. En este apañado se discuten algunos factores fisiológicos que alteran la actividad metabòlica. Se han investigado extensamente los requerim ientos energéti­ cos de diferentes tareas y ocupaciones. Las personas que efectúan un trabajo sedentario tienen unos requerim ientos energéticos modestos

aproxim adam ente 8,25 MJ (unas 2.000 kcal por

d ía)— mientras que los trabajadores de industrias pesadas, com o la minería, pueden tener requerim ientos energéticos tres veces superiores (cuadro 24.1).

1.800 kcal • d ía '1). Este requerim iento lo suple, normalmente, la ingestión diaria de alimentos. Cuando se ingiere una cantidad re­ ducida de alimento, o cuando no se come, los tejidos que com po­ nen el organism o se utilizan para la producción de energía. P ri­ mero se consumen las reservas hepáticas de glucógen o, después se m ovilizan las grasas almacenadas y , finalm ente, se convierten en am inoácidos de glucosa (gluconeogénesis, v. apart. 3.5). Posteriormente, se destruyen las proteínas de los tejidos para ob ­ tener aminoácidos destinados a la producción de glucosa y crea­ tina para la actividad muscular esquelética. Se dice que la perso­ na que ayuna se encuentra en estado de catabolismo, v todas sus reservas de lipidos, hidratos de carbono y proteínas disminuyen. La malnutrición prolongada reduce la TM B , a menudo hasta

Ejercicio Cualquier ejercicio, desde el que se requiere para llevar a cabo las

el 20-30% , y a que las células no disponen de las sustancias nutri­ tivas necesarias. Esta reducción puede ayudar a lim itar la pérdida de los recursos disponibles.

actividades normales com o andar, comer, vestirse, etc., hasta el ejercicio intenso que requiere el trabajo manual, provoca un au­ mento de la tasa de actividad metabòlica. La acción de andar len­

Resumen

tamente (4,2 km/h) consume aproxim adam ente el triple de calorías por hora que la acción de dorm ir acostado en la cama; el ejercicio

1.

Los procesos químicos del organismo constituyen el metabolismo.

muscular m áxim o puede aumentar la tasa de actividad metabòlica

Éste genera calor y proporciona energia en forma de A TP. La ener­

unas 20 veces durante períodos breves. La tabla 24-1 muestra los

gía se mide en kilojoules (kJ) o en kilocalorías (kcal), de raanerj que 1 kcal - 1.000 cal o 4.187 J. La tasa a la que el organismo gas­

requerim ientos energéticos de distintas actividades musculares.

ta la energía química recibe el nombre de tasa de actividad meta­ bòlica. Durante el periodo postabsortivo, en condiciones de repo­ so absoluto, esta tasa equivale a la tasa de actividad metabòlica ba­

Ingesta de alimentos

sai (TMB). La TM B está, en parte, determinada genéticamente. También varía con la edad, el sexo y el tamaño del individuo.

Después de ingerir una comida que contenga proteínas, el organismo

2.

El organismo metaboliza cantidades variables de lipidos, hidratos

produce más calor, es decir, aumenta la tasa de actividad metabòlica.

de carbono y , en ocasiones, proteínas para producir energía. Se

Aunque parte de este incremento puede deberse a los procesos celu­

puede calcular la tasa de actividad metabòlica a partir de! consu­

lares implicados en la digestión y el almacenamiento de alimentos, se

mo de oxígen o y del cociente respiratorio, que se relaciona con el

cree que es f undamentalmente el resultado de efectos específicos de

equivalente energético del oxígen o para los alimentos que están

determinados aminoácidos contenidos en las proteínas ingeridas.

siendo metabolizados. La tasa de actividad metabòlica aumenta con cualquier tipo de ejercicio, si se ingieren alimentos y con la

Este hecho se conoce con el nombre de acción dinámica especifica Je las proteínas. La producción de calor también aumenta después de una ingesta rica en hidratos de carbono o en lipidos, pero en menor

fiebre. En caso de malnutrición y durante el sueño, se reduce. 3.

Diversas hormonas pueden modificar la tasa de actividad metabòli­ ca: las catecolaminas y las hormonas tiroideas son potentes estimu­

grado. Se cree que el hígado es el punto principal de producción adi­

ladores del metabolismo, mientras que la hormona de) crecimiento

cional d e calor, dada su importancia en el metabolismo intermedio de

V los esteroides sexuales tienen un efecto estimulante discreto.

los alimentos absorbidos (v. caps. 18 y 27).

Bibliografía recomendada

Sueño Durante el sueño se produce una reducción del 10-15% de la tasa de actividad metabòlica, a consecuencia de una reducción del tono muscular y de la actividad del sistema nervioso simpático.

579

las. Se cree que un estímulo simpático m áxim o incrementa la tasa de actividad metabòlica entre el 25 y el 100%. Las hormonas tiroideas ejercen un poderoso efecto sobre la lasa de actividad metabòlica. La pérdida de la actividad tiroidea provoca un cuadro que se conoce con el nom bre de m ixedema (v . cap. 12), en el cual la tasa de actividad m etabòlica puede caer hasta la mitad de su valor normal. En in d ivid u os hipertiroideos,

24.7 Efectos de las hormonas sobre el metabolismo energético

la tasa de actividad metabòlica está aumentada correspondiente­ mente. A causa de estos efectos, el hipotiroidism o provoca una re­ ducción de la tolerancia a ambientes frios, mientras que el au­ m ento de la secreción de hormona tiroidea suele p rovocar en el paciente una sensación de calor. Las hormonas tiroideas aumen­

Diversas hormonas son capaces de alterar el m odo en que las cé­ lulas y los tejidos del organism o utilizan los lípidos, los hidratos de carbono y las proteínas y, por tanto, pueden alterar la tasa de

tan la tasa de actividad m etabòlica al estimular casi todas las reac­ ciones químicas que tienen lugar en el in terior de las células. La hormona del crecim iento y los esteroides gonadales mascu­

actividad metabòlica. Las principales hormonas de este gru p o son

linos y femeninos influ yen en la tasa de actividad m etabòlica en

las catecolaminas (tanto de la médula suprarrenal com o del siste­

un grado menor, pero todas estas hormonas tienen un le v e efecto

ma nervioso simpático), las hormonas tiroideas y la hormona del

estimulante. Los esteroides sexuales masculinos son más potentes

crecim iento. Los esteroides sexuales masculinos tam bién ejercen

que las hormonas femeninas en este aspecto, y probablem ente e x ­

un pequeño efecto sobre la tasa de activid ad metabòlica. En otros

plican que la T jMB sea más elevada en los hombres.

capítulos (especialm ente en los caps. 12 y 27) se presentan des­ cripciones detalladas de los efectos de todas estas hormonas, de m odo que aquí sólo se hará una b reve descripción de cada ana.

Bibliografía recomendada

La adrenalina y la noradrenalina estimulan las actividades m etabólicas de prácticamente todos los tejidos del organismo. Su

© MASSON". S.A. Fotocopiar sin autorización

es un delito.

efecto principal es aumentar la tasa de glucogenólisis en las célu­

Astrand PO, Rodahl K. Textbook o f work physiology (caps. 11 y 12). New York: McGraw-Hill, 1986.

25 : * ' "1

»

Fisiología del ejercicio El objetivo del presente capitulo es explicar: •

Cuáles son y cómo se satisfacen los requerimientos energéticos del músculo durante el ejercicio

•

Los ajustes de la circulación que se producen durante el ejercicio

•

La relación entre el trabajo muscular y la ventilación

•

Los efectos del entrenamiento sobre el rendimiento

Fisiología del ejercicio

quilo— hasta el m uy intenso — com o el que se efectúa durante el

25.1 Introducción

sprint y otros ejercicios atléticos— . A partir de la experiencia co­

Durante el reposo, los músculos esqueléticos tienen unas necesida­ des metabólicas relativamente bajas. En los adultos, aunque los músculos esqueléticos representan aproximadamente el 40% del peso corporal total, utilizan únicamente alrededor del 20-30% del oxígen o captado por el organismo. Durante el ejercicio, los múscu­ los hacen un trabajo, y sus requerimientos metabólicos aumentan. El consumo de oxígen o de la masa muscular esquelética puede in­ crementarse desde aproximadamente 75 mi • min 1 hasta un valor de 3.000 mi • min_! durante un ejercicio intenso

es decir, aumen­

tar 40 veces— . Además, se m ovilizan glucosa y lípidos de los de­ pósitos corporales y se oxidan para obtener el A T P necesario para la contracción muscular. Para suplir estas necesidades metabólicas se producen importantes ajustes de los sistemas cardiovascular, respiratorio y endocrino. T od o el organismo responde al esfuerzo del ejercicio. Este capítulo trata cuatro aspectos principales:

tidiana, se sabe que la capacidad para m antener una actividad fí­ sica determ inada depende de su intensidad. El trabajo ligero y moderado es aquel que precisa una capta­ ción de ox íge n o inferior, en prom edio, a cuatro veces la captación de ox ígen o en situación de reposo (unos 250 mi • min ‘); esto co­ rresponde a un consumo de ox íge n o com prendido entre 300 mi • min 1 y 1 1 • m in

e incluye la m ayor parte de las tareas cotidia­

nas: vestirse, lavarse, andar, etc. Está claro que este tip o de tra­ bajo puede llevarse a cabo durante muchas horas sin cansarse. El trabajo intenso precisa un consumo de ox íge n o de entre cuatro y ocho veces el valor en reposo, es decir, entre 1 y 2 1 • min“ '. En este gru p o se incluirían la m ayor parte de los tra­ bajos duros de la industria pesada, com o la construcción y la m i­ nería. A u n qu e algunos in d ivid u os bien preparados pueden man­ tener estos niveles de consumo de energía durante una jornada media de 8 h, los sujetos que no se hallan en buena forma física no son capaces de mantener semejantes niveles de actividad sin al­

1.

¿Cuánta energía se gasta durante la realización de una ac tiv i­

2.

¿Cuál es la fuente de dicha energía?

de trabajo que precisan un consumo de ox íge n o superior a los

dad determinada? 3. 4.

ternarlos con períodos de descanso. En la categoría de trabajo muy intenso se incluyen los niveles

¿Cómo se ajustan los sistemas cardiovascular y respiratorio

2 1 • m in-1. Se pueden lograr niveles superiores de consumo de

para suplir las demandas del ejercicio?

o x íge n o durante breves períodos de tiem po (p. ej., durante el

¿Hasta qué punto el entrenam iento puede mejorar el rendi­

atletismo de com petición). N i siquiera los in dividu os entrenados

miento?

pueden mantener estos niveles de trabajo durante períodos de

© MASSON. S.A. Fotocopiar sin autorización es un delito.

tiem po prolongados. En la fisiología del ejercicio, la principal unidad de medida es el

Durante la vida diaria, el ejercicio adopta dos formas, dinámica

jou le (J), la unidad de trabajo físico. La potencia es la capacidad para

y estática. En el ejercicio dinámico, como el que se lleva a cabo al

realizar un trabajo, y se expresa como trabajo por unidad de tiempo

andar, las extremidades realizan un m ovim iento rítmico, las articu­

(J • s~‘ o W ) (v. cuadro 7.1). Puesto que la energía necesaria para el

laciones se flexionan y se alternan períodos de contracción y de re­

trabajo muscular proviene de la oxidación de los alimentos, se pue­

lajación de los músculos esqueléticos. En ejercicios estáticos, como

de valorar la cantidad de trabajo realizada durante el desempeño de

el levantamiento de peso, algunos músculos efectúan una contrac­

diferentes actividades m idiendo el incremento de la captación de

ción isomètrica durante determinado período de tiempo, pero no

oxígen o respecto al del organismo en situación de reposo. Cuanto

realizan trabajo externo. El organismo responde a ambos tipos de

mayor sea la captación, mayor será la cantidad de trabajo realizado.

ejercicio ajustando los sistemas cardiovascular y respiratorio.

La tasa de actividad metabólica se puede obtener multiplicando el consumo de oxígen o (en 1 • m in '1) por el equivalente energético del oxígen o para el alimento que se está metabolizando.

25.2 Metabolismo en el ejercicio Fuentes de energía durante el ejercicio

Clases de trabajo y de ejercicio La energía necesaria para la contracción muscular la proporciona La intensidad del ejercicio varía, obviam ente, desde el más ligero

el A T P , que se recarga rápidam ente por transferencia de grupos

— por ejem plo, el ejercicio que se efectúa durante un pasco tran­

fosfato de «a lta en e rgía » del creatinfosfato, com o se recoge en el

584

25 Fisiologia del ejercicio

Contribución de la energía anaeróbica

de un ejercicio continuado o interm itente), la dieta, la condición física y la salud del in d ivid u o. A pesar de todo, a m edida que au­ menta la intensidad del ejercicio, la oxidación de los hidratos de carbono proporciona una parte cada v e z más im portante de las necesidades energéticas. Durante el ejercicio, los niveles plasmáticos de glucosa dism i­ nuyen m uy poco, excep to cuando el ejercicio es a la v e z intenso y prolongado. Incluso después de 3 h de ejercicio continuado y de intensidad igual a la mitad de la máxima, el n ivel plasmático de glucosa dism inuye en menos de un 10% . La glucosa utilizada du­ rante el ejercicio d eriva del glu cógen o almacenado en los múscu­ los esqueléticos y en el hígado. El aumento de los niveles circu­ lantes de adrenalina tanto en el hígado como en el músculo, esti­ mula la degradación de glucógen o en glucosa (glucogenólisis). Durante el ejercicio prolongado, las reservas de glucógen o se ago­

Tiempo desde el inicio del ejercicio hasta el agotamiento (min)

tan, y en el hígado se genera glucosa a partir de precursores que

Contribución relativa del metabolismo anaeróbico y aeróbi-

no son hidratos de carbono (gluconeogénesis, v. cap. 3). El au­

co al consumo de energía durante esfuerzos máximos de diversas dura­

mento de los niveles circulantes de cortisol, adrenalina y horm o­

Fig. 25-1.

ciones. Obsérvese que durante períodos breves de ejercicio de gran in­

na del crecim iento que se produce durante el ejercicio estimulan

tensidad, 1a contribución de la energía anaeróbica es muy elevada en

este proceso. Estas hormonas también m ovilizan ácidos grasos li­

comparación con la de períodos prolongados de ejercicio.

bres para la oxidación a través de sus acciones lipolíticas.

capitulo 7. El A T P se puede sintetizar m ediante m etabolism o o x id ativo — p or la vía del ciclo de Krebs y la cadena de transporte de electrones— o mediante la degradación anaeróbica de glu co­

El consumo de o x íg en o aumenta de form a proporcion al al trabajo efectuado

sa — por la vía de la glucólisis (v . cap. 3)— . El m etabolism o anae­ rób ico es menos eficaz que el m etabolism o o x id a tiv o , y tiene

Tan pronto com o se inicia el ejercicio, los músculos com ienzan a

com o resultado la producción de grandes cantidades de ácido

consumir energía de form a proporcional al trabajo efectuado. Sin

láctico.

embargo, el consumo de ox íge n o no se eleva inmediatamente para

La proporción entre m etabolismo aeróbico y anaeróbico varía

igualar los requerim ientos energéticos; aumenta de form a p ro gre­

con la intensidad y la duración del ejercicio. En la figura 25-1 se

siva durante varios minutos hasta ser proporcional a las necesida­

muestran las contribuciones relativas del metabolismo aeróbico y

des de los músculos que efectúan el ejercicio. Si el trabajo conti­

anaeróbico durante un ejercicio máxim o de hasta 1 h de duración.

núa, la captación de ox ígen o se mantiene a un n ivel apropiado.

Obsérvese la proporción creciente de energía que aporta el meta­

Por tanto, al com ienzo del ejercicio el organismo genera un d é fi­

bolism o aeróbico durante los períodos prolongados de ejercicio.

cit de oxígen o («d eu d a de o x íg e n o »; fig. 25-2).

En el ejercicio sostenido casi toda la energía requerida d eriva del

En situación estacionaria, e l consumo de ox ígen o es p rop or­

m etabolismo aeróbico, pero durante períodos breves de ejercicio

cional al trabajo efectuado hasta que la intensidad de éste se

intenso el m etabolismo anaeróbico (in clu yen d o la degradación del A T P y del creatinfosfato) puede representar más de la mitad

Resumen

del total de energía consumida. El A T P y el creatinfosfato utiliza­ dos durante la fase anaeróbica se reponen posteriorm ente por me­

1.

La degradación del A T P proporciona la energía necesaria para la contracción muscular. Los niveles de A T P en un músculo que

tabolism o aeróbico.

efectúa ejercicio se mantienen gracias a la transferencia de un grupo fosfato procedente del creatinfosfato. 2.

Los hidratos de carbono proporcionan la mayor parte de la energía para la contracción muscular

El músculo esquelético contiene grandes cantidades de glucóge­ no, que se degrada para producir glucosa durante los períodos de ejercicio. La glucosa se puede metabolizar de forma anaeróbica por la via de la cadena glucolitica y dar lactato, o de forma aeróbica por la vía del ciclo de los ácidos tricarboxílicos para generar A T P . El metabolismo aeróbico es mucho más eficaz que el anae­ róbico en generar A T P .

La oxidación de los hidratos de carbono y , en menor grado, la oxidación de los lípidos cubren la m ayor parte de los requ eri­ mientos energéticos del ejercicio muscular. Las personas bien nu­ tridas no utilizan las proteínas com o fuente im portante de energía durante el ejercicio. La proporción entre hidratos de carbono y lipidos se puede determ inar m idiendo el cociente respiratorio (v. cap. 24). Esta proporción depende del tip o de ejercicio (si se trata

3.

A l comienzo de un período de ejercicio aeróbico, el consumo de oxígeno aumenta de forma exponencial basta su valor de estado es­ tacionario. Durante el ejercicio mantenido, el consumo de oxígeno es directamente proporcional a la intensidad del trabajo. A l final de una tanda de ejercicio, este consumo disminuye rápidamente, pero puede tardar algún tiempo en volver a los valores de reposo.

25.3 Ajustes cardiovasculares y respiratorios durante el ejercicio

Comienzo del ejercicio

O)

585

Final del ejercicio

a ra O Tiempo (min)

10

~

4

s

pués de un período de ejercicio: a) aumento de la

■< I I

un periodo de ejercicio y fases de recuperación

E

Fig. 25-2. c

1

Consumo de oxígen o durante y des­

captación de oxigeno que sigue al comienzo de después de interrumpirlo; b) y c) relación entre la captación de oxígeno y el consumo de energía. Los niveles más altos de ejercicio se asocian a grandes aumentos de las concentraciones sanguí­

Tiempo (min)

Potencia (W)

aproxim a a la capacidad máxima. En el ejem plo que se muestra en la figura 25-2c, la captación máxima de ox ígen o es de 3,5 1 • m in '1, y proporciona la potencia aeróbica m áxim a. El increm ento adicio­

neas de lactato.

25.3 Ajustes cardiovasculares y respiratorios durante el ejercicio

O MAMMON, Ü A I otocojjtm

nln mitón/«:lón ott un «Jolito

nal de trabajo realizado (de 250 a 300 W ) no se acompaña de una captación adicional de oxígen o, y el n ivel de lactato en sangre au­

Cuando una persona sana inicia un ejercicio, los sistemas circula­

menta de forma brusca. Cuando el consumo de ox íge n o se eleva

torio y respiratorio se ajustan para hacer frente al aumento de las

por encima de 2 1 • m in '1, los niveles sanguíneos de lactato co­

demandas metabólicas. El gasto cardíaco se incrementa, tanto a

mienzan a incrementarse por encima de 1-2 mmol • l"1 (el nivel

consecuencia de la elevación de la frecuencia cardíaca com o del

plasmático normal). Este valor de consumo se conoce con el nom­

volum en sistólico, y la p rop orción del gasto cardíaco que se dis­

bre de um bral anaeróbico.

trib u ye a los músculos activos aumenta (fig . 25-3). Se produce

A l final de un período de ejercicio, el consumo de oxígen o

también un increm ento de la captación de ox ígen o relacionada

dism inuye rápidamente, pero no alcanza los niveles normales de

con la cantidad de trabajo efectuado, y que se logra con una v e n ­

reposo hasta al cabo de 60 min. La prim era fase de disminución es

tilación m ayor y con una extracción m ayor del ox ígen o de la san­

m uy rápida, de aproxim adam ente 30 s. Durante este periodo, el

g re circulante. En este apartado se toman en consideración los

A T P y el creatinfosfato se resintetizan por vías oxidativas. Esto

mecanismos mediante los que se logran estos cambios.

va seguido por una segunda fase de reducción más lenta, de apro­ xim adamente 15 min. Durante este período, el lactato en exceso se resintetiza en glucosa y glucógeno. Después de un ejercicio in­ tenso y m antenido, el consumo de ox íge n o se mantiene elevado

Cambios cardiovasculares durante el ejercicio

durante varias horas, tal v e z a causa de la estimulación del meta­ bolismo que se produce a consecuencia del calor generado duran­

En reposo, el gasto cardíaco tiene un valor aproxim ado de

te el ejercicio.

5 1 • m in '1. De él, sólo el 15-20% es distribuido a los músculos es-

586

25 Fisiologie del ejercicio

t

Fig. 25-3. Valores estimados de distribución del gasto cardiaco huma­ no entre varios tejidos en reposo y durante un ejercicio ligero, moderado e intenso. queléticos (es decir, 0,75-1 1 • min ‘). Durante el ejercicio intenso, el gasto cardíaco puede aumentar hasta 25 1 • m in"1, de los cuales aproxim adam ente el 80% se d istribuye a los músculos implicados en el ejercicio (20 1 • m in '1). El flu jo sanguineo al cerebro, en cam­ bio, se mantiene básicamente constante, mientras que el que se dirige a la circulación esplácnica y renal dism inuye. El flu jo san­ guíneo d irig id o al lecho esplácnico cae desde 1 1,2 1 - m in '1 -v a ­ lor en reposo

hasta unos 0,75 1 • min 1 durante el ejercicio, y el

flu jo sanguíneo renal dism inuye desde 1 1 • m in 1 hasta menos de la mitad de esta cantidad (fig. 25-3).

Fig. 25-4.

Cambios típicos en las principales variables cardiovasculares

en relación con el aumento de la captación de oxigeno (tomado como me­ dida de la intensidad del ejercicio).

E fectos sobre la frecu en cia cardiaca y el volum en s istòlico

el 4 0 % de la captación máxima de oxígen o), tanto la frecuencia

En reposo, la frecuencia cardíaca se mantiene baja a causa de la ac­

al trabajo efectuado. Por encima de este nivel, el volum en sistòlico

tividad de los nervios vagos, y la mayoría de los vasos sanguíneos

no aumenta, y cualquier aumento adicional del gasto cardíaco se

están parcialmente contraídos por la actividad de los nervios sim­

debe a una elevación de la frecuencia cardiaca (fig . 25-4).

cardiaca como el volum en sistòlico se incrementan en proporción

páticos (v. cap. 15). Cuando el ejercicio comienza, la actividad vagal dism inuye y la simpática aumenta; esto provoca una elevación de la frecuencia cardíaca y m oviliza la sangre de las grandes venas.

E fectos sobre el f lu jo sanguíneo loca l

El incremento de la actividad simpática tiene un efecto inotrópico

El aumento de la actividad simpática que precede y acompaña al

p ositivo que provoca un aumento del volum en sistòlico. Éste au­

ejercicio provoca una vasoconstricción de la mayoría de los lechos

mentaría incluso en ausencia de una respuesta inotrópica, debido

vasculares, en parte como consecuencia de los efectos directos de

a que el m ayor retorno venoso eleva la presión telediastólica del

los nervios simpáticos y, en parte, com o resultado del aumento de

ventrículo izqu ierd o y el volum en sistòlico de acuerdo con la ley

las catecolaminas circulantes secretadas por la médula suprarrenal.

de Starling. La respuesta inotrópica positiva perm ite que se pro­

En reposo, es sobre todo la actividad de sus nervios simpáti­

duzca un incremento del trabajo sistòlico a igual presión de llena­

cos y la actividad m iogéníca la que regula el diám etro de las arte-

do (v . fig. 15-14). Es por eso que el volum en telediastólico del co­

riolas del músculo esquelético. Por consiguiente, el tono muscu­

razón no aumenta con el ejercicio. El aumento del volum en sistòli­

lar en reposo es elevado, y las arteriolas se m antienen en un esta­

co se logra gracias a un vaciado más com pleto de los ventrículos,

do de constricción parcial. El flu jo sanguíneo es bajo. Durante el

de forma que el volum en telediastólico disminuye. Los incremen­

ejercicio, el aumento de la producción de metabolitos provoca

tos de la frecuencia cardíaca y del volum en sistòlico se combinan

una intensa vasodilatación de las arteriolas del músculo activo.

para aumentar el gasto cardíaco. Con un ejercicio m oderado (hasta

Ello constituye un ejem plo de hiperem ia funciona] (v . cap. 15).

25.3 Ajustes cordiovosculores y respiratorios durante el ejercicio

Fig. 25-5.

587

Cambios del flujo sanguíneo a través del músculo de la pan­

torrilla durante contracciones rítmicas intensas. Obsérvese el gran au­

Fig. 25-6.

mento del flujo sanguíneo (hiperemia funcional) durante el ejercicio y su

geno durante el ejercicio. Obsérvese el aumento considerable de la ven ti­

rápida disminución durante la fase de recuperación. Durante los períodos

Relación entre la ventilación pulmonar y la captación de o x í­

lación cuando la captación de oxígen o se acerca a su valor máximo.

de contracción, la sangre contenida en los músculos es bombeada hacia el corazón, y el flujo de sangre hacia los músculos se reduce notablemente.

levantam iento de pesas

, la presión arterial puede aumentar

brevem ente hasta 40 kPa (300 m m H g) y la presión diastólica pue­ Además, en respuesta a la adrenalina circulante que secreta la mé­

de alcanzar los 20 kPa (150 m m Hg).

dula suprarrenal se produce una vasodilatación. En conjunto, la

Durante el ejercicio, las grandes moléculas (fundam entalm en­

vasodilatación arteriolar provoca un gran aumento de la perfu­

te glu cógen o y creatinfosfato) se fragm entan en otras menores, de

sión de los lechos capilares del músculo activo.

m odo que la presión osmótica en el interior del músculo en ejer­

El músculo que efectúa un ejercicio tiene un problema pareci­

cicio aumenta. El ejercicio p rolon gado provoca un trasvase de lí­

do al del miocardio, en relación con su perfusión. Un músculo de la

qu id o desde el plasma hacia el músculo y el espacio intersticial.

pantorrilla que se contrae intensamente, por ejemplo, comprime

Este fenóm eno se conoce con el nombre de hemoconcentración.

sus vasos sanguíneos con cada contracción, reduciendo, de este

Durante un ejercicio intenso, el hem atócrito y la capacidad de

modo, la cantidad de sangre que le puede llegar. Durante un ejer­

transporte de ox ígen o de la sangre aumentan. Sin embargo, com o

cicio rítm ico continuo (com o el caminar) se producen, por tanto,

el tiem po para el intercam bio de gases en los pulmones es limita­

periodos regulares de flu jo sanguíneo. Durante la fase de contrac­

do, la elevación del contenido de ox ígen o de la sangre se restrin­

ción muscular, la sangre contenida en los músculos es bombea­

g e a un pequeño porcentaje. A l mismo tiem po, se incrementa la

da hacia el corazón para aumentar el retorno venoso. Esta propul­

viscosidad de la sangre.

sión hacia delante se ayuda de las válvulas de las venas de las extre­ midades. La figura 25-5 esquematiza los cambios periódicos del flu­ jo sanguíneo que se producen en un músculo durante el ejercicio.

O M Ali'iO N , ii A I utouopiar mn auloii/auión

iin

un Uolllo.

Presión a rte ria l Ju rante el eje rcicio

La ventilación aumenta de forma proporcion al al trabajo efectuado

Durante el ejercicio, el increm ento de la fuerza de contracción

En reposo, la ventilación pulmonar tiene un valor aproximado de

ventricular p rovoca un aumento de la presión sistólica, que se

8 1 - min“', pero durante un ejercicio intenso puede aumentar hasta

hace más acusado a medida que el ejercicio se intensifica. Duran­

1001 • min 1o más. Cuando una persona comienza a realizar un ejer­

te un ejercicio dinámico, la presión diastólica se mantiene relati­

cicio, su ventilación pulmonar se incrementa de inmediato y pro­

vamente estable e incluso puede disminuir, ya que la resistencia

gresivamente hasta que se alcanza un estado de equilibrio apropia­

periférica cae a consecuencia de la dilatación de las arteriolas de

do para el trabajo que se efectúa. A l final del ejercicio, la ventilación

los músculos esqueléticos. En estas condiciones, el aumento de la

disminuye rápidamente, aunque si el periodo de ejercicio ha sido in­

presión arterial media es modesto, e incluso puede disminuir.

tenso se tarda hasta 1 h en alcanzar los valores normales de reposo.

En cambio, durante un ejercicio estático la contracción de los

Según la m edición del consumo de oxígen o, con un trabajo

músculos com prim e los vasos sanguíneos y reduce el flujo san­

m oderado la ventilación de estado estacionario es proporcional al

guíneo. Se produce una respuesta presora intensa, con una eleva­

trabajo efectuado. P ero durante un ejercicio extraordinariam ente

ción abrupta de la frecuencia cardíaca. La resistencia periférica, la

intenso el aumento de la ventilación es desproporcionadam ente

presión diastólica y la presión arterial media aumentan. Cuando

grande en relación con la captación de oxígen o, y esto puede li­

se utilizan grandes grupos musculares — com o ocurre durante el

mitar la capacidad para la práctica de ejercicio (fig. 25-6).

588

25 Fisiología del ejercicio I

Resumen 1.

Durante el ejercicio, el gasto cardiaco aumenta de forma propor­ cional a la demanda metabòlica. El incremento se debe tanto a un aumento de la frecuencia cardíaca como a una elevación del volu ­ men sistòlico.

2.

El flujo sanguíneo pasa del circuito espücnico a los músculos que llevan a cabo el ejercicio. La presión arterial sistòlica aumenta, pero la presión diastólica se mantiene estable e incluso puede dis­ minuir a causa de la reducción de la resistencia periférica que si­ gue a la vasodilatación del lecho muscular esquelético. Como con­ secuencia, la presión arterial media sólo aumenta ligeramente.

3.

Durante un ejercicio ligero o moderado, la ventilación pulmonar se incrementa en proporción directa al trabajo efectuado. A me­ dida que el ejercicio se hace más intenso, el incremento adicional de la ventilación se hace desproporcionadamente grande.

4.

Cuando las cargas de trabajo se sitúan por debajo del umbral anae­ róbico, la PO¿ y la PCOj de la sangre arterial no cambian significa­ tivamente. En la sangre venosa, no obstante, se produce una re­ ducción de la PO, y una elevación de la PCO,. De este modo, los re­ querimientos de oxígeno de los músculos que participan en el ejercicio se suplen con un incremento del gasto cardíaco, un au­ mento del flujo sanguineo a causa de la vasodilatación de las arte­ riolas y una mayor extracción de oxigeno de la sangre circulante.

Gases sanguíneos durante el ejercicio En reposo, el contenido de ox ígen o de la sangre arterial es de 19,8 mi ■ d i 1, y la hem oglobina está saturada aproxim adam ente en un 97 % . La sangre venosa mezclada tiene una saturación apro­ xim ada del 7 5 % , y su contenido de ox íge n o es de 15,2 mi - di-1; así, cuando la sangre pasa a través de los tejidos se extraen apro­ xim adam ente 4,6 mi de ox ígen o de cada decilitro de sangre. Cuando las cargas de trabajo se sitúan por debajo del umbral anaeróbico, la PaO,, la PaC 02 y el pH de la sangre arterial se man­ tienen relativam ente constantes, hecho que plantea la interesante pregunta de cuál es el mecanismo que hace que se incremente la ventilación pulmonar. La PO, de la sangre venosa que drena los

Captación de oxígeno (I • min ’ )

músculos activos y la de la sangre venosa mezclada disminuyen progresivam ente a medida que aumenta la intensidad del ejerci­ cio. A l mismo tiempo, la PCO, venosa mezclada se incrementa des­

Fig. 25-7.

Cambios en los gases sanguíneos y en el pH arterial durante el

ejercicio: a) el pH arterial disminuye a medida que la intensidad del ejerci­ cio aumenta; b) a medida que se incrementa el consumo de oxigeno, la pre­

de su valor normal, que es de 46 mmHg. La elevación de la PCO, y

sión parcial de oxígeno en la sangre venosa mezclada (PvO ,) cae, mientras

la caída asociada del pH favorecen la entrega de oxígen o a los teji­

que la PvCO, aumenta. A niveles elevados de ejercicio, la PaO, disminuye

dos activos (efecto Bohr). Cuando las cargas de trabajo se sitúan

ligeramente; c) el contenido de oxígeno de la sangre arterial desciende li­

por encima del umbral anaeróbico, se produce una reducción gra­

geramente, pero la diferencia arteriovenosa del contenido de oxigeno au­

dual de la P 0 2, la PCO, y el pH de la sangre arterial. En conjunto,

menta de forma importante.

la cantidad de oxígen o extraída de la sangre aumenta con la inten­ sidad del ejercicio, tal como se aprecia en la figura 25-7.

metabólicas, hasta que aparece la fatiga. ¿Cómo se logra este efecto tan notable? Este es el problema central de la fisiología del ejercicio, que aún no ha sido totalmente resuelto. Dos factores principales pa­

25.4 ¿Cómo se ajustan el gasto cardíaco y la ventilación a las demandas metabólicas del ejercicio?

recen estar implicados: las órdenes procedentes del cerebro — la o r­ den central— y los reflejos desencadenados en respuesta al propio ejercicio. Para considerar cómo interaccionan estos dos procesos, es conveniente d ivid ir un período de ejercicio en tres fases: •

Fase I. Es la fase en que se inicia el ejercicio; la ventilación au­

Durante el ejercicio, tanto el gasto cardíaco como la ventilación pul­

menta y las PO, y PCO, en la sangre venosa mezclada com ien­

monar se ajustan de forma precisa para adecuarse a las demandas

zan a modificarse.

25.4 ¿Cómo se ajustan el gasto cardíaco y la ventilación a las demandas metabólicas del ejercicio?

F ig. 25-8.

589

Diagrama de flujo que resume los factores que regulan la respuesta cardiovascular al ejercicio. Un símbolo + indica un aumento de la ac­

tividad o una activación; un símbolo - indica una reducción de la sensibilidad o una inhibición.

Fase 2. Durante esta fase la ventilación, el gasto cardíaco y las

rentes de las extremidades que participan en el ejercicio es mayor

presiones parciales de los gases respiratorios en la sangre veno­

(fig. 25-8). En experimentos con animales, se observa que los m ovi­

sa mezclada se aproximan a los valores del estado estacionario.

mientos pasivos de las patas traseras provocan un aumento de la fre­

Fase 3. Durante esta fase se mantienen los niveles del estado

cuencia cardíaca y de la presión arterial. Este incremento se puede

estacionario de ventilación, gasto cardíaco, P a0 2, PaCO, y pH

bloquear cortando los nervios de las articulaciones, lo que sugiere

arterial. Esta fase no se alcanza hasta que el ejercicio se apro­

que la actividad aferente originada en las articulaciones contribuye

xima a su capacidad máxima de sostenimiento. En el ejercicio

al mantenimiento de la respuesta cardiovascular al ejercicio. A d e ­

intenso, el p H continúa dism inuyendo a medida que se p ro­

más, los receptores metabólicos situados en los músculos que llevan

duce una acumulación de lactato.

a cabo el ejercicio responden a la caída del pH extracelular y al au­ mento del potasio extracelular, y refuerzan la respuesta cardiovas­

Regulación de la circulación

cular. Estos reflejos son, probablemente, los responsables del ajuste del gasto cardíaco a los requerimientos metabólicos del ejercicio. Los metabolitos liberados por los músculos activos y el aumen­

Durante la fase 1, o incluso antes de que se inicie el ejercicio, au­

O M A 380N . S A I olucopiitt mu autorización

oh

un delito

mentan la frecuencia cardíaca y la energía de contracción. Estos cambios se deben a una inhibición de la actividad parasimpàtica y a un incremento de la actividad simpática (incluyendo la secreción de adrenalina por parte de las glándulas suprarrenales). El aumen­ to de la actividad simpática provoca vasoconstricción en la m ayo­ ría de lechos vasculares. En algunos animales se produce una vaso-

to de los niveles circulantes de adrenalina provocan una vasodilatación de las arteriolas, lo que incrementa el flu jo sanguíneo local. Si el ejercicio continúa, la temperatura corporal comienza a elevar­ se, y los termorreceptores hipotalámicos detectan este aumento. El cambio en la actividad de estos receptores provoca una vasodilatación refleja en los vasos sanguíneos de la piel que ayuda a disipar el calor generado por la actividad de los músculos (fig. 25-3).

dilatación en los músculos esqueléticos a causa de la actividad de las fibras vasodilatadoras colinérgicas simpáticas, aunque en los humanos esto probablem ente no ocurre. Se cree que estos cambios se deben a señales procedentes de los niveles superiores del cerebro que se dirigen a las regiones del tronco encefálico encargadas de la

Regulación de la ventilación pu lm on ar durante el ejercicio

regulación del sistema cardiovascular. Este control central también actúa reduciendo la sensibilidad del reflejo barorreceptor.

Se cree que el aumento de la ventilación durante el ejercicio se

Durante las fases 2 y 3, el control central se v e reforzado por los

debe tanto a factores nerviosos como humorales. Los mecanismos

reflejos, que se desencadenan porque la actividad de los nervios afe­

nerviosos activan los músculos respiratorios, pero parece que el

590

25 Fisiologie del ejercicio

©

Fig. 25-9.

Diagrama de flujo que resume los

factores nerviosos y químicos involucrados en la regulación de la respiración durante el ejercicio. Un símbolo + indica un aumento de la actividad o una activación; un símbolo indica una interacción posible pero no confir­ mada.

ajuste fin o de la ventilación para adaptarse al consumo de o x íg e ­

indica en la figura 25-9, es probable que en el mantenimiento del

no se logra m ediante diversos agentes quím icos. La ventilación

esfuerzo respiratorio participen tanto estímulos quím icos como

aumenta tan pronto com o se inicia el ejercicio. Esto sólo se puede

nerviosos. El aumento de la temperatura corporal también puede

exp licar p or la existencia de un control central del área prem oto-

contribuir al estímulo respiratorio. La PaCO, parece estar regula­

ra de la corteza cerebral. Durante La fase 2, la ventilación pulmonar aumenta de forma

da de form a más precisa que la PaO,, y la elim inación de CO, se ajusta mucho a la producción de d ió x id o de carbono por parte de

exponencial. Se cree que esto se debe a los cambios en la com po­

los músculos que participan en el ejercicio. El modo en que se lo ­

sición de la sangre arterial, que actúan sobre los quim iorrecepto-

gra esto no es del todo conocido, pero existen evidencias de que

res periféricos. A s i se explicaría el retraso de la respuesta, ya que,

la relación entre la ventilación y la PaCO, se reajusta para que, a

para que los metabolitos influyeran en la ventilación, antes seria

una PaCO, determinada, la ventilación sea más elevada. El ajuste

necesario que se fueran acumulando en el músculo que lleva a

del ritm o respiratorio al del ejercicio indica la participación de

cabo el ejercicio y fueran transportados hasta los quim iorrecepto-

mecanismos nerviosos en la fase 2 y en la fase 3 del ejercicio. La

res periféricos. Además, se sabe que los pacientes que sufren una

descarga aferente procedente de los husos musculares y de los

denervación de los cuerpos carotídeos tienen una respuesta ven-

m ecanorreceptores de los músculos y de las articulaciones tam­

tilatoria al ejercicio más lenta que los sujetos sanos. Tam bién se

bién con trib u ye a la activación de las motoneuronas respiratorias.

observa un aumento de los influjos nerviosos originados por la actividad aferente de las articulaciones. ¿Cuáles son los estímulos quím icos que regulan la ventilación

25.5 Efectos del entrenamiento

pulmonar? Los gases sanguíneos y el pH arteriales cambian m uy poco durante la fase 2. Esto eviden cia que los cambios en las p re­

El rendim iento del ejercicio se puede mejorar m ediante entrena­

siones parciales de los gases respiratorios de la sangre arterial no

miento. Éste requiere la práctica regular de un ejercicio físico que

son suficientes en sí mismos para explicar el ajuste preciso entre

tenga la intensidad, la duración y la frecuencia adecuadas. La in­

la captación de ox íge n o y la ventilación. ¿Qué otras señales quí­

tensidad debe aumentar a m edida que se incrementa el ren d i­

micas podrían estar implicadas? Durante el ejercicio, la concen­

m iento con el fin de lograr resultados óptimos. Sin embargo, la

tración plasmática de potasio está elevada tanto en la sangre arte­

carga debe estar en relación con el grado de preparación y la p o­

rial com o en la venosa. En realidad, en los seres humanos, el au­

tencia del in d ivid u o. La práctica frecuente y regular de un tip o

mento de la ventilación durante el ejercicio se correlaciona con el

apropiado de ejercicio es im portante si se quiere mantener la me­

increm ento de la concentración plasmática de potasio. En anima­

jora del rendim iento. El entrenam iento regular con un ejercicio

les anestesiados, concentraciones similares de potasio provocan

intenso reducirá la frecuencia cardiaca en reposo, y aumentará el

una poderosa respuesta ventilatoria de los cuerpos carotídeos.

tamaño del corazón y el grosor de la pared ventricular. En estas

P or tanto, es posible que el potasio plasmático p roporcione un es­

condiciones, el volum en telediastólico y el volum en sistòlico se

tím ulo adicional a los quim iorreceptores periféricos.

incrementan, de m odo que el gasto cardíaco en reposo se mantie­

En la fase 3 del ejercicio, la ventilación se halla en estado es­

ne a pesar de la reducción de la frecuencia cardíaca en reposo. El

tacionario y se ajusta a los requerim ientos metabólicos. Como se

gasto cardiaco m áxim o aumenta de 20-25 1 • min 1en personas no

Bibliografia recomendado

591

---------- -------- 1---Resumen

increm enta progresivam ente la densidad capilar del músculo en función de la duración del entrenam iento, y la transferencia de

1. 2.

Durante el ejercicio, el gasto cardíaco y la ventilación pulmonar

ox íge n o desde la sangre hasta los tejidos m ejora consecuente­

se ajustan de forma precisa para suplir las demandas metabólicas.

mente.

Señales procedentes de los niveles superiores del cerebro, que ac­ túan inhibiendo la actividad parasimpática e incrementando la actividad simpática, inician la respuesta cardiovascular al ejerci­ cio. A consecuencia de ello, la frecuencia cardíaca y el volumen sistólico aumentan, y el flujo sanguíneo se distribuye de forma

Factores qu e lim itan el ren d im ien to del ejercicio

preferente a los músculos que participan en el ejercicio. 3.

Las señales aferentes originadas en las articulaciones activas y en los receptores metabólicos de los músculos activan los reflejos cardiovasculares, que actúan para mantener la respuesta cardio­

de trabajo depende del tamaño corporal, la edad, el sexo, la base

vascular a un nivel apropiado a la intensidad del ejercicio. La ele­

genética y el estado general de salud. Además, in flu ye mucho en

vación asociada de la temperatura corporal inicia una vasodilata-

el n iv e l de m otivación el rendim iento del ejercicio intenso.

ción refleja de los vasos sanguíneos de la piel, que promueve la 4.

Los diferentes in d ividu os tienen distintas capacidades para la práctica del trabajo físico: para cualquier persona, la capacidad

La capacidad para llevar a cabo un ejercicio muscular depen­

pérdida de calor.

de, en última instancia, de la capacidad de los músculos para g e ­

Señales procedentes de los niveles superiores del cerebro inician

nerar una cantidad de A T P suficiente para mantener su actividad

la respuesta ventilatoria ai ejercicio. Durante el mismo, las seña­ les procedentes de los husos musculares y de los mecanorreceptores de los músculos y de las articulaciones apoyan la activación nerviosa. Puesto que las presiones parciales arteriales de los gases respiratorios y el pH arterial prácticamente no se modifican — a no ser que el ejercicio sea muy intenso— la regulación química

contráctil. Las necesidades metabólicas de los músculos que to­ man parte en el ejercicio se suplen en parte con las reservas de glucógen o y, en el caso de músculos de contracción lenta, con la pequeña reserva de ox ígen o almacenada en la m ioglobina. Sin em bargo, los requerim ientos de energía de los músculos depen­

parece depender de otros factores humorales, concretamente de

den finalm ente del aporte de glucosa y de ox ige n o a través de la

la concentración plasmática de potasio.

circulación. A niveles de trabajo reducidos, el m etabolismo aeróbico es el que suple, fundamentalmente, los requerim ientos ener­ géticos, y se puede mantener el ejercicio durante periodos de

entrenadas valores que pueden superar los 35 1 • m in-1. Los cam­

tiem po considerables. A niveles elevados de trabajo, la contribu­

bios cardiovasculares incrementan la captación máxima de o x íg e ­

ción del m etabolismo anaeróbico a los requerim ientos energéticos

no, y de este m odo también se eleva la capacidad para realizar tra­

es creciente, y la fatiga aparece relativam ente pronto (fig. 25-1).

bajo físico. Además de sus efectos sobre el sistema cardiovascular, el en­

La fatiga asociada al ejercicio intenso se debe, al menos en parte, a la acumulación de lactato.

trenam iento afecta al hueso, los tejidos conjuntivos y las masas musculares de las extrem idades que participan. En respuesta al

El ejercicio es beneficioso

esfuerzo del ejercicio, el hueso sufre una rem odelación, de m odo que las áreas sometidas a estrés tienen m ayor grado de mineralización y, por tanto, m ayor fortaleza. La importancia del ejercicio

Estudios efectuados en diversos grupos de personas han demos­

para el mantenimiento de la estructura ósea queda demostrada

trado que el mantenimiento de una condición física estable redu­

p or los efectos de la inm ovilización prolongada, en que el hueso

ce la probabilidad de sufrir una enferm edad coronaria. En un am­

se desmineraliza progresivam ente y se v u e lv e más frágil. Duran­

p lio estudio llevad o a cabo en trabajadores de oficina, se ob servó

te el entrenam iento, el cartílago de las articulaciones se hace más

que entre aquellos que practicaban un ejercicio regular y v ig o r o ­

grueso y, p or tanto, más adaptable. Su superficie de contacto au­

so la incidencia de enferm edad coronaria era la mitad de la obser­

menta y, sabiendo que presión es igual a fuerza por superfìcie, las

vada en aquellos que no lo practicaban. El gru p o que practicaba

presiones que se generan en las articulaciones son menores para

ejercicio también tenía una tasa in ferior de m ortalidad por enfer­

una determinada tarea. En el interior de la masa muscular, tanto el tejid o con ju n tivo

medad coronaria. Se ob servó que los beneficios del ejercicio se extendían a todos los grupos, incluyendo obesos y fumadores.

com o el muscular se h ipertrofian y el diám etro de las fibras mus­ culares aumenta, aunque su núm ero se mantiene estable. El au­

Bibliografía recomendada

mento de la masa de tendones y tejid o con ju n tivo de los múscu­ los mejora la capacidad de éstos para transm itir la fuerza genera­ da por las fibras musculares al esqueleto. En las primeras fases del entrenam iento, la fuerza generada por los músculos mejora sin que se h ipertrofien las propias fibras musculares. Se cree que este hecho refleja una mejora en el reclutam iento de las unidades motoras durante la práctica de un tip o específico de ejercicio (es decir, el SNC aprende a lle v a r a cabo la actividad de forma más eficien te). El entrenam iento adicional conduce a la hip ertrofia de las fibras musculares. En el ejercicio dinám ico (p. ej., correr) se

Astrand PO, Rodahl K. Texib ook o f work physiology, physiological bases ofexercise. 3rd ed. N ew York: McGraw-Hill, 1986. Coote JH. Hn: Jordán D, Marshall J, editors. Cardiovascular rcgulation (cap. 6). London: Portland Press, 1995. Dejours P. Respíration (cap. 8). N ew York: Oxford University Press, 1996. Levick JR. An iniroduction to cardiovascular physiology (cap. 17). 3rd ed. Oxford: Butterworth-Heinemann, 2000.

26 Regulación de la temperatura corporal El objetivo del presente capitulo es explicar: •

La importancia de la termorregulación

•

El concepto de temperatura central o del núcleo y temperatura de la superficie externa; formas en que puede perderse calor desde la superficie corporal hacia el medio externo

•

La importancia de la circulación cutánea como forma de regular el intercambio de calor entre el núcleo y la superficie corporal

•

Las respuestas del organismo al frío: cambios conductuales, escalofríos, vasoconstricción y termogénesís sin escalofríos

•

Las respuestas del organismo al calor: cambios conductuales, vasodilatacíón y sudoración

•

o

Las consecuencias de la hipotermia, la hipertermía y la fiebre

Regulación de la temperatura corporal

Zona de termoneutralidad

26.1 Introducción Los seres humanos mantienen una temperatura corporal constante de alrededor de 37 °C, a pesar de las amplias variaciones tanto de su actividad

metabòlica como de la temperatura medioambiental

(fig. 26-1). En diferentes zonas del organismo se detectan temperatu­ ras distintas en reposo. El cerebro y los órganos de las cavidades to­ rácica y abdominal muestran la temperatura más alta, que se conoce como temperatura centra! o del núcleo. En la mayoría de las situacio­ nes, en la superficie corporal (la piel) se detecta la temperatura más baja, la temperatura de la superficie externa. La temperatura central se regula de manera precisa. En comparación, la temperatura de la su­ perficie externa varía sustancialmente, lo que depende de la tempe­ ratura del medio externo (fig. 26-1). Como veremos más adelante, la sangre actúa como vehículo de intercambio de calor entre el núcleo del organismo y su superficie. Con objetivos clínicos suele medirse la

Fig. 26-1.

temperatura central en el oído o en la boca, aunque también puede

peratura rectal (temperatura corporal central) y la temperatura cutánea

determinarse en la axila y en el recto. La temperatura determinada en

en hombres adultos sanos y desnudos.

F.fectos de diferentes temperaturas ambientales sobre la tem­

la boca se sitúa entre 36,3 y 37,1 “C en el 95% de individuos. La temperatura corporal de un in d ivid u o sano fluctúa en aproxim adam ente 1 °C en 24 h, siendo más baja a primera hora de la mañana (en torno a las 2 h de la m adrugada) y más alta a última hora de la tarde o por la noche (fig . 26-2). Las mujeres en edad fér­ til muestran un aumento adicional de la temperatura corporal de unos 0,5 °C después de la ovulación, que persiste hasta que el ni­ vel de esteroides dism inuye justo antes de la menstruación. En caso de embarazo, este increm ento de la temperatura corporal se m antiene hasta el parto. Sólo durante un ejercicio extenuante o en caso de fiebre (v. más adelante) la temperatura corporal supera los

O MASSON, S.A

I-otocopuir sin autorización es un delito.

37,5 °C durante un período sign ifica tivo de tiempo. ¿Por qué razón se regula con tanta precisión la temperatura corporal? Con cada aumento de 1 "C, la tasa de reacciones químicas se eleva alrededor de un 10%, de modo que, a medida que aumen­ ta la temperatura, se acelera la tasa de actividad enzimàtica dentro Horas

de las células. Sin embargo, la m ayor parte de enzimas tienen una temperatura óptima por encima de la cual su actividad disminuye a

Fig. 26-2.

medida que empiezan a desnaturalizarse (degradarse). La desnatu­

nor temperatura se detecta a primera hora de la mañana y la mayor, a úl­

Ritmo circadiano de la temperatura corporal central. La me­

ralización de las enzimas y otras proteínas celulares se acelera con

tima hora de la tarde o por la noche.

temperaturas superiores a 42 °C, de manera que si la temperatura corporal aumenta por encima de este nivel se produce una lesión

mayor parte de células pueden tolerar reducciones destacadas de la

celular. La exposición a temperaturas superiores a este valor causa

temperatura, a pesar de que funcionan más lentamente. Cuando

la muerte celular. De hecho, a una temperatura central superior a

la temperatura central disminuye por debajo de unos 33 "C, sin em­

41 "C, la mayor parte de adultos experimentan convulsiones, y pa­

bargo, se deteriora la regulación de la temperatura y se pierde la

rece que los 43 °C son el límite absoluto para la vida. En cambio, la

conciencia. A menos que se normalice la temperatura corporal se

59 6

26 Regulación de ia temperatura corporal

produce la muerte. Se puede decir, por consiguiente, que existen unos límites relativamente estrechos de temperatura dentro de los que el organismo puede funcionar normalmente. Por todo ello se justifica com o necesario el control de la tem pe­ ratura corporal. Este proceso se conoce como termorregulación, y es uno de los mecanismos homeostáticos importantes del organismo.

Mecanism os de intercam bio de calor El calor puede perderse por: 1. Radiación. 2. Conducción. 3. Convección.

26.2 Intercambio de calor entre la superficie corporal y el medio exterior Casi todos los procesos celulares del organism o darán lugar, en úl­ tim o término, a la producción de calor. Cuanto más activo metabólicam ente es un tejido, más calor produce. Los órganos que producen más calor son el cerebro, el músculo esquelético y los órganos viscerales, com o el hígado y el riñón (v . cap. 24). Para

4. Evaporación del sudor.

R ad iación Es la pérdida de calor en forma de rayos infrarrojos (energía tér­ mica). Si un ser humano se sienta sin ropa en una habitación con una temperatura am biente normal, la radiación representará alre­ dedor del 6 0 % de su pérdida total de calor. El organism o también puede ganar calor por radiación, por ejem plo al tomar el sol.

mantener una temperatura corporal normal, la pérdida de calor hacia el m edio exterior debe equilibrarse con el calor generado a través del metabolismo. En esta situación, la temperatura corpo­ ral se mantiene estable. En un entorno frío se pierde continua­ mente calor a través de la superficie corporal, y esta pérdida debe minimizarse mediante ajustes fisiológicos apropiados. Adem ás, la pérdida debe equilibrarse con alguna forma de producción de ca­ lor. En un entorno caluroso el organism o puede ganar calor, y en­ tonces es necesario activar los mecanismos de pérdida de calor para preven ir un aumento de la temperatura corporal.

Conducción y convección La conducción es la transferencia de calor entre dos o más objetos en contacto directo. El organismo pierde una pequeña cantidad de calor por conducción hacia los objetos. Por ejemplo, una silla se ca­ lienta por el hecho de sentarse en ella. Una pérdida de calor mucho más significativa se produce desde la superficie corporal hacia el aire. En primer lugar, el calor pasa a la capa de aire que está en con­ tacto con la piel y, después, este aire calentado desaparece por con­ vección. A medida que el aire calentado es reemplazado por aire frío nuevo, se produce una pérdida adicional de calor. Esta forma de perder calor es especialmente perceptible cuando sopla una bri­

Papel de la circulación cutánea en la term orregu lación

sa fría, ya que el aire que está en contacto con la superficie corpo­ ral es reemplazado por aire frío más rápidamente (efecto de sensa­ ción térmica). Conjuntamente, la conducción y la convección repre­

El intervalo de temperatura ambiente dentro del cual es fácil para el

sentan entre el 15 y el 20% de la pérdida de calor hacia el medio

organismo mantener su temperatura central se conoce como zona de

exterior. La utilización de ropa ligera reduce la pérdida de calor por

termoneutralidad. Para un individuo desnudo, esta zona se sitúa en­

esta vía hasta la mitad de la que experimenta un ind ivid u o sin

tre 27 y 31 °C, pero puede situarse por debajo de 27 °C si lleva ropa

ropa. La utilización de ropa polar puede reducirla todavía más.

apropiada. En la zona de termoneutralidad, la temperatura de la piel

Puesto que el calor específico del agua es miles de veces ma­

es de unos 33 °C. Para temperaturas ambiente dentro de la zona de

y o r que el del aire, el agua que esté en contacto directo con la piel

termoneutralidad, la termorregulación se lleva a cabo exclusiva­

es capaz de absorber mucho más calor que el aire. Además, la con­

mente mediante modificaciones del flujo sanguíneo hasta la piel.

d u ctividad del calor a través del agua es m ayor que a través del

La piel y los tejidos subcutáneos aíslan el organismo del medio

aire. El calor se pierde, pues, m uy rápidamente en caso de inm er­

exterior. La piel está provista de vasos sanguíneos organizados de

sión en agua, incluso a temperaturas moderadas. Un in d ivid u o

tal modo que pueden regular eficazmente el intercambio de calor

desnudo experim entará hipoterm ia (v. más adelante) después de

entre el organismo y el medio exterior. Las arteriolas que irrigan la

estar solamente 1,5-2 h en agua a una temperatura de 15 “C, m ien­

piel se d ividen en redes capilares densas por debajo de la epider­

tras que en aguas glaciales (aproxim adam ente 5 °C), la exp eri­

mis. Estas redes drenan a un p lexo venoso superficial que es capaz

mentará al cabo de 20 min.

de almacenar un gran volum en de sangre. Además, en las áreas más expuestas del organismo, como los dedos de manos y pies, los oídos y la nariz, están presentes anastomosis arteriovenosas que pueden

E va p ora ción

abrirse y cerrarse de acuerdo con las necesidades termorregulado-

El agua se evapora cuando sus moléculas absorben calor del medio

ras. Cuando están abiertas, el flu jo sanguíneo a través de los plexos

exterior y se vu elven lo suficientemente energéticas como para eva­

venosos aumenta. La presencia de un gran volum en de sangre ca­

porarse en forma de gas (vapor de agua). Se pierden aproximada­

liente cerca de la superficie cutánea incrementa la pérdida de calor

mente 2,4 MJ (570 kcal) de calor por cada litro de agua que se eva­

a través de la superficie corporal. A l contrario, cuando las anasto­

pora a través de la superficie corporal. Por consiguiente, cuando el

mosis arteriovenosas están cerradas se reduce el flujo sanguíneo a

agua se evapora continuamente a través de los pulmones, la mucosa

través del p lexo venoso superficial y se conserva calor.

de la boca y la piel, hablamos de nivel basa! de «pérdidas insensibles

26.4 Respuestas termorreguladoros al frío

de calor». La pérdida evaporativa de calor se vu elve «sen sib le»

597

peratura son terminaciones nerviosas libres. Sus aferentes son fi­

cuando la temperatura corporal aumenta y la sudoración aporta ma­

bras C amielínicas o fibras mielínicas

yores cantidades de agua para la evaporación. La pérdida insensible

un m edio termoneutro, los term orreceptores cutáneos del calor y

de agua es de unos 600 mi • d ía '1, lo que supone una pérdida de

del frío manifiestan un n ivel m oderado de actividad.

a

8 de pequeño diámetro. En

1,4 M J (340 kcal) de calor al día. Durante una actividad muscular enérgica, como correr por una superficie no uniforme, la tasa de su­ doración puede ser de 1-2 1 • h \ eliminándose entre 2,4 y 4,8 MJ (570-1.140 kcal) de calor del organismo por hora. En algunas activi­ dades industriales y atléticas, la producción de sudor puede alcan­ zar los 61 o más en una hora. Es muy importante que el agua que se pierde se reemplace para evitar la deshidratación (v. cap. 28).

La temperatura corporal se mantiene a lred ed o r de un « v a lo r de referencia» El n iv e l crítico al que los mecanismos term orreguladores del or­ ganism o tratan de mantener la temperatura corporal se conoce com o «v a lo r o punto de referen cia» del sistema. Au n qu e no está

26.3 Papel del hipotálamo en la regulación de la temperatura corporal

claro cóm o se determ ina fisiológicam ente, parece que el punto de referencia está controlado por el hipotálamo, que se com porta com o un termostato, m anteniendo el equ ilib rio entre la pérdida y la producción de calor. Norm alm ente, el punto de ajuste está pró­

La temperatura corporal está regulada, principalm ente, p or neu­ ronas que se localizan dentro del hipotálamo, que forma parte del diencèfalo. El área hipotalámica anterior preóptica tiene una es­ pecial im portancia, a pesar de que las neuronas del área septal del hipotálamo y la sustancia reticular del m esencèfalo también pare­ cen in terven ir en la term orregulación. Estas áreas cerebrales con­ trolan conjuntamente la temperatura corporal casi por com pleto m ediante mecanismos de feedback nervioso. El hipotálam o recibe aferencias de los term orreceptores peri­

xim o a 37 °C; por encima de esta temperatura se ponen en funcio­ namiento mecanismos que estimulan la pérdida de calor, y por debajo de ella se inician mecanismos para conservar y generar ca­ lor. Sin embargo, el punto de referencia puede cambiar com o con­ secuencia de señales que llegan de los term orreceptores p eriféri­ cos o com o respuesta a agentes productores de fiebre (pirógenos). El hipotálamo ejerce acciones term orreguladoras sobre los vasos de la piel, las glándulas sudoríparas y el tejid o adiposo, prin ci­ palmente a través del sistema nervioso autónomo.

féricos localizados en la piel (v . cap. 8) y los term orreceptores centrales del núcleo del cuerpo, incluyendo algunos situados en la porción anterior del prop io hipotálamo. El área preóptica del hipotálamo contiene algunas neuronas cuya tasa de descarga au­ menta notablemente com o respuesta a un increm ento de la tem­ peratura corporal, mientras que otras responden a una disminu­ ción de esta temperatura reduciendo su tasa de descarga. Los re­ ceptores, localizados principalm ente en la piel y

la médula

espinal, proporcionan inform ación térmica adicional. En la fig u ­ ra 26-3 se muestran los patrones de descarga estática de los ter­ m orreceptores cutáneos del calor y el frío en función de la tem pe­ ratura corporal. Probablem ente, los receptores cutáneos de tem-

26.4 Respuestas termorreguladoras al frío Cuando la temperatura central del organismo empieza a dismi­ nuir, se inician dos tipos de respuesta homeostática. Algunas tie­ nen com o o b je tiv o aumentar la tasa de generación de calor, m ien­ tras que otras sirven para reducir la tasa a la cual se pierde calor a través de la superficie corporal. Además, los ind ivid u os inician respuestas conductuales apropiadas para com batir el frío: buscan un entorno más cálido, se ponen ropa de abrigo, encienden la ca­ lefacción, comen y beben líquidos calientes, etc. Las respuestas fisiológicas a las bajas temperaturas incluyen la vasoconstricción cutánea, un aumento de la producción de calor m ediante escalo­

O MASSON, S.A. Fotocopiai sin autorización os un delito.

fríos y la termogénesis sin escalofríos.

Vasoconstricción cutánea La piel se caracteriza por un flu jo sanguíneo m uy variable. Cuan­ do la temperatura am biente se encuentra dentro de la zona de ter­ m oneutralidad, el flu jo sanguíneo hacia la piel es de alrededor de 0,15 1 • m in"1 • kg~l. A temperaturas m uy bajas, puede disminuir hasta 0,011 ■min 1 • k g "1. Los vasos cutáneos, en especial las anas­ tomosis arteriovenosas, están abundantemente inervados por f i ­ bras noradrenérgicas simpáticas. La vasoconstricción com o res­ puesta al frío es consecuencia de un aumento de la actividad sim­ Fig. 26-3. Respuesta media de los termorreceptores cutáneos sensores riel frío y del calor. Obsérvese que a una temperatura cutánea de 33 °C ambas series de receptores son activas. Es la temperatura cutánea en un medio de termoneutralidad.

pática y parece estar mediada, principalm ente, por la acción de la noradrenalina en los receptores a-adrenérgicos. Esta vasocons­ tricción aumenta las propiedades aislantes de la piel y reduce el flu jo sanguíneo hasta los plexos venosos superficiales, de manera

598

26 Regulación de la temperatura corporal

Fig. 25-4.

«Respuesta o reacción de caza» en un

dedo humano sumergido en hielo. Se considera que la vasodilatación periódica retrasa el inicio de la le­ sión tisular.

que se pierde menos calor a través de la superficie cutánea. Se

escalofríos se produce un aumento global del tono muscular. Los es­

considera que este incremento del flu jo de salida simpático hacia

calofríos se inician en los músculos extensores y en los músculos

los vasos cutáneos lo inician neuronas del hipotálam o posterior.

proximales del tronco y las extremidades superiores. Los múscu­

Paradójicamente, durante periodos prolongados de exposi­

los se contraen como respuesta a señales procedentes de las neuronas

ción al frío, la circulación cutánea de las extrem idades manifiesta

motoras somáticas que se originan en el hipotálamo, aunque pueden

con frecuencia periodos interm itentes de vasodilatación. Esto se

mantenerse mediante la respuesta a aferencias de los propioceptores

conoce com o «reacción o respuesta de caza» (fig. 26-4) y podria

y receptores de estiramiento de las articulaciones y los músculos.

representar un mecanismo de seguridad destinado a reducir el

A pesar de que los escalofríos producen una cantidad consi­

riesgo de lesión tisular isquémica (congelación) en condiciones de

derable de calor, si la temperatura am biente es m uy baja éste es

frío extrem o. N o está claro el mecanismo fisiológico subyacente,

insuficiente para mantener la temperatura corporal durante largo

pero podria ser consecuencia de una perdida temporal de sensibi­

tiem po. Tam bién representa una carga sustancial para las reser­

lidad a la noradrenalina.

vas energéticas y agota al in d ivid u o.

En el 5 % de la población, principalmente mujeres jóvenes, las arteriolas periféricas se contraen en exceso en respuesta al frió. Los dedos de las manos adoptan un color blanco y se perciben como

Termogénesis sin escalofríos

«m u ertos» y entumecidos. Este proceso se conoce con el nombre de fenómeno de Raynaud, y se desconoce su base fisiológica.

Es la generación de calor a través de procesos diferentes de la con­ tracción muscular e inclu ye las acciones de diversas hormonas calorigénicas y la estimulación del metabolismo de la grasa parda.

Au m en to de la producción de calor mediante escalofríos

Las catecolaminas adrenalina y noradrenalina estimulan la termogénesis tanto en el músculo esquelético como en la grasa parda. Durante una exposición prolongada al frío, las hormonas tiroideas

Cuando la vasoconstricción periférica es insuficiente para p reve­

aumentan el consumo de ox íge n o de la m ayoría de células y , por

nir las pérdidas de calor, se aumenta la producción metabòlica de

lo tanto, elevan la tasa metabólica basal. Otras hormonas calorigé-

calor m ediante contracción muscular voluntaria y escalofríos. Es

nicas son los glucocorticoides, la insulina y el glucagón. A pesar

bien conocido que cuando hace frío se tiende a incrementar la ac­

de que la termogénesis de la grasa parda es im portante en recién

tividad voluntaria del m úsculo esquelético. Ejemplos de estas

nacidos (v . cap. 22 y más adelante), hay dudas sobre su sign ifica­

conductas son dar patadas en el suelo, frotarse las manos y andar

do en el proceso global de term orregulación en adultos.

más deprisa. Cuando el músculo se contrae, se hidroliza A T P y se produce calor (v . cap. 7), que contribuirá a restaurar la tem pera­ tura central normal.

26.5 Respuestas termorreguladoras al calor

Los escalofríos son una forma especializada de actividad muscu­ lar en la cual los músculos no llevan a cabo ninguna actividad ex­

Cuando la temperatura central del organism o empieza a aumen­

terna, y prácticamente toda la energía de la contracción se convier­

tar, se inician algunas respuestas fisiológicas destinadas a incre­

te directamente en calor. Se trata, sobre todo, de una actividad in­

mentar la tasa de pérdida de calor a través de la superficie corpo­

la relajación de

ral. Tam bién se observa una serie de m odificaciones conductua-

pequeños grupos de músculos antagonistas. Antes del inicio de los

les. que incluyen reducción de la actividad, elim inación de ropa.

voluntaria que consiste en la contracción y

26.6 Alteraciones de la termorregulación

599

consumo de líquidos fríos, búsqueda de un entorno más frío, etc.

sudor aumentan com o respuesta a las catecolaminas circulantes

En el ser humano, las principales respuestas fisiológicas son la va-

producidas p or ia médula suprarrenal.

sodilatación cutánea y la sudoración.

A pesar de que la sudoración es un m étodo eficaz de perder ca­ lor, también implica una pérdida potencial mente peligrosa de agua y cloruro sódico. Aunque la secreción tanto de AD H como de aldos-

Vasodilatación cutánea

terona (v. cap. 28) se incrementa durante la sudoración abundante, es importante que se reemplacen rápidamente este líquido y esta sal.

Cuando la temperatura central supera su valor normal, los vasos

El ser humano puede adaptarse (aclimatarse) a climas caluro­

sanguíneos de la piel se dilatan y el flu jo sanguíneo cutáneo pue­

sos con relativa rapidez (al cabo de pocas semanas). La adaptación

de alcanzar los 2 1 • min 1 ■ k g _1. Esta dilatación está mediada por

fisiológica más im portante es la de la tasa de sudoración, que pue­

el sistema n ervioso autónomo, principalm ente a través de una re­

de duplicarse, y la reducción de la temperatura umbral a la cual

ducción del tono vasom otor. A medida que los vasos se dilatan

se inicia el mecanismo de sudoración. Además, el contenido de

con sangre caliente, se pierde calor más fácilm ente a través de la

cloruro sódico del sudor tam bién parece disminuir después de

superficie corporal por radiación, conducción y convección,

una exposición prolongada al calor, posiblem ente com o conse­

com o se ha descrito anteriormente.

cuencia de un aumento de la secreción de aldosterona.

Aum ento de la sudoración

26.6 Alteraciones de la termorregulación

Cuando se produce más calor del que se pierde, la temperatura

H ip o term ia

corporal aumenta, se inicia la sudoración y se producen grandes cantidades de sudor. Siem pre que el aire sea seco, la evaporación

A partir de la descripción anterior resulta eviden te que el organis­

del sudor será un m edio eficiente de perder calor. Sin embargo,

mo utiliza diversas estrategias para preven ir la disminución de la

cuando la humedad relativa es alta, la evaporación se p rodu­

temperatura central en caso de exposición a un entorno frío. Sin

ce mucho más lentamente y la sudoración devien e un mecanismo

embargo, en condiciones extremas, estos mecanismos compensa­

mucho menos eficaz de enfriam iento.

dores pueden ser insuficientes y entonces puede producirse hip o­

Existen dos tipos de glándulas sudoríparas: apocrinas y ecri-

termia (fig. 26-5). Ésta se define como una temperatura central in­

nas. Las glándulas apocrinas se identifican en la piel de la axila, la

ferior a 35 °C. Por debajo de esta temperatura, los músculos se de­

areola mamaria y la región anal. Secretan un líqu id o lechoso y

bilitan, y se reducen tanto los m ovim ientos voluntarios com o los

viscoso responsable del olor corporal in d ividu al, pero que no tie­

escalofríos. Con la pérdida de estos mecanismos generadores de ca­

ne nada que v e r con la term orregulación.

lor la temperatura central empieza a disminuir rápidamente.

El sudor lo secretan las glándulas ecrinas. El ser humano posee

Cuando la temperatura central disminuye hasta 34 "C, se pro­

alrededor de 2,5 m illones de glándulas, aproxim adam ente la m i­

duce confusión mental, y poco después se pierde la conciencia.

tad de las cuales se sitúan en la dermis de la espalda y el tórax.

Cuando la temperatura central disminuye por debajo de 28 °C, tie­

Cuando hace frío se producen menos de 500 mi de sudor al día,

nen lugar importantes cambios cardiovasculares, como una dismi­

pero cuando el tiem po es m uy caluroso (y especialm ente si se rea­

nución de la frecuencia cardíaca y arritmias, que dan lugar a una fi-

liza un ejercicio enérgico), la producción de sudor puede aumen­

brilación ventricular de consecuencias fatales. Sin embargo, es p o­

tar hasta niveles de entre 1,5 y 6 1 • h“ 1. El mecanismo de sudora­

sible la recuperación completa de una hipotermia incluso extrema,

ción se inicia a una temperatura am biente de 30-32 °C en un indi­

siempre que se caliente al paciente, de forma lenta, preferentemen-

vid u o en reposo. Las glándulas sudoríparas ecrinas son simples estructuras tubulares. La porción que se encuentra en las profun­ didades de la dermis secreta un líq u id o llamado líq u id o precur­

45

:■ MAV.j.JN, !i A I otocopinr sin milorl/uclón oa un dollto.

sor, cuya com posición es similar a la del plasma. En el conducto de la glándula, que se abre en la superficie de la piel, se reabsor­ ben parte de los com ponentes de este líquido. La com posición fi­

Hipertermia 40

nal del sudor depende de la tasa a la cual se produce. Con una baja tasa de producción se reabsorbe buena parte del sodio y del cloro

35

del líqu id o precursor y el sudor será m uy diluido. Sin em bargo, a mayores tasas de producción el tiem po para la reabsorción a lo

Pérdida de la conciencia Deterioro de la termorregulación

largo del conducto es m enor y , en consecuencia, el organismo pierde más cantidades de sodio y cloro. El sudor tam bién contie­

Muerte Golpe de calor/pérdida de la termorregulación Ejercido enérgico/fiebre Temperatura corporal normal (36,3-37.1 -C)

Hipotermia

30

Cese de la termorregulación Arritmias cardíacas

ne cantidades apreciables de urea, ácido láctico e iones potasio. Las glándulas sudoríparas están ¡nervadas por fibras simpáti­ cas, la m ayor parte de las cuales son colinérgicas. La estimulación de estas fibras aumenta la tasa de producción de sudor, que está

25

I üíIIÉ é É íiiíÉ

mediada por receptores muscarínicos y bloqueada por la atropina

Fig. 26-5.

(v. cap. 10). Tam bién se considera que las tasas de producción de

manos.

Efectos de temperaturas centrales extremas sobre tejidos hu­

600

26 Regulación de la temperatura corporal

te «d e dentro afuera». La razón de esta recuperación es que la dis­

dism inuye y los reflejos son lentos o están ausentes. Inicialm ente

minución de la temperatura de los tejidos corporales, en especial

se produce una pérdida de energía e irritabilidad, que a medida

del cerebro, reduce considerablemente sus necesidades metabóli-

que la temperatura central sube por encima de los 42 ■'C va segui­

cas y permite que se mantengan con un suministro sanguíneo se­

da de edema cerebral, convulsiones y lesión neural. A menos que

veramente limitado. En dichos casos es importante no interrumpir

se logre un enfriam iento rápido, sobreviene la m uerte (fig. 26-5).

prematuramente los esfuerzos para reanimar al paciente.

El agotam iento por calor es otra consecuencia potencial de la

N o es aconsejable calentar la superficie de un paciente hipo-

hiperterm ia y puede ser consecuencia de una deshidratación (p ér­

térm ico con excesiva rapidez, es decir, con mantas térmicas o una

dida de líquidos corporales) o de un déficit de sales (pérdida e x ­

fricción enérgica, ya que el aumento del flu jo sanguineo p eriféri­

cesiva de sales por sudoración, no reemplazadas en la dieta). Los

co puede com prom eter el flu jo sanguíneo de los órganos vitales y

prim eros estadios de la deshidratación se caracterizan por fatiga y

generar otros problemas adicionales. Los medios preferentes para

mareo, que progresan hasta deshidratación intracelular y lesión

restaurar la temperatura corporal son el calentamiento extracor-

celular. El déficit de sales produce una disminución de la osmola-

p óreo de la sangre del paciente por diálisis y el lavado peritoneal

lidad tisular que provoca calambres musculares.

con líqu idos calientes.

H ip o term ia en el anciano

26.7 Problemas de termorregulación especiales del recién nacido

La capacidad para regular la temperatura corporal central dismi­ n u ye con la edad. El anciano es menos consciente de los cambios

El mecanismo por el cual el organism o pierde calor se ha descrito

de temperatura y experim enta un deterioro de las respuestas ter-

en el apartado 26.2. Cuando el cociente superficie/volum en es

m orreguladoras. A u n qu e los jóven es pueden detectar un cam bio

alto, com o sucede en lactantes, se pierde calor más fácilmente.

de temperatura de 0,8 "C, muchas personas ancianas son incapa­

Esto es exacerbado p or la capa relativam ente fina de grasa aislan­

ces de discrim inar una diferencia de temperatura de 2,5 °C, y al­

te que forma la superficie corporal del lactante, lo que hace que la

gunos no pueden discrim inar ni una diferencia de 5,0 “C. En estos

vasoconstricción sea ineficaz para m inim izar la pérdida de calor.

in d ivid u os se reducen los escalofríos com o respuesta al enfria­

Además, los mecanismos de los escalofríos están mal desarrolla­

m iento m oderado, y los cambios del índice m etabòlico com o res­

dos en los lactantes, y se producen como respuesta a un frío e x ­

puesta al frío tam bién son insignificantes en com paración con los

tremo. Los recién nacidos corren, p or lo tanto, un m ayor riesgo de

identificados en in d ivid u os jóvenes. Adem ás de estos cambios re­

hipoterm ia que los niños de más edad y los adultos. En realidad,

lacionados con la edad, los ancianos a m enudo están relativam en­

requieren una temperatura am biente de 32-34 UC para mantener

te inm óviles, y en muchos casos experim entan problemas ortopé­

su temperatura central sin aumentar su indice m etabòlico.

dicos y reumáticos, o padecen enferm edad de Parkinson o enfer­

Sin embargo, la capacidad del recién nacido para generar calor

medades vasculares cerebrales que pueden dificu ltar el aumento

por otras vías diferentes de los escalofríos (metabólicas) es cuatro o

de su actividad muscular voluntaria. Por consiguiente, los in d iv i­

cinco veces mayor (por unidad de peso corporal) que la de un adul­

duos de edad avanzada deben v iv ir en entornos en los que la tem­

to. Su proporción de tejido adiposo pardo es m uy alta en compara­

peratura se mantenga p or encima de los 20 °C.

ción con el peso corporal (fig. 26-6), y el metabolismo de la grasa

U tilización clínica de la hipoterm ia En la actualidad, es habitual reducir la temperatura corporal de los pacientes sometidos a cirugía a corazón abierto — durante la cual debe detenerse el corazón

con el o b je tiv o de m inim izar las

necesidades metabólicas de los tejidos. Esto alarga el tiem po dis­ ponible para com pletar los procedim ientos quirúrgicos sin riesgo de lesión tisular hipóxica.

H ip erterm ia A u n qu e el aumento de la temperatura corporal hasta los 43 °C puede tolerarse sin una lesión perm anente si es breve, la exp osi­ ción prolongada a temperaturas superiores a los 40 UC puede dar

(a)

lugar a una grave enferm edad conocida com o golpe de calor, en la

(b)

cual se pierde la capacidad term orreguladora. La sudoración dis­

Fig. 26-6.

m inuye y la temperatura corporal central empieza a aumentar; la

muestra la almohadilla interescapular (a) y los depósitos torácico y abdo­

p iel está caliente y seca, la respiración es débil, la presión arterial

minal (b).

Distribución de la grasa parda en un recién nacido que

26.8 Fiebre

601

Sudoración y vasodilatación

Escalofríos y vasoconstricción

I--------------i 40

39 0 1 38

Nuevo -punto de referencia» El paciente siente frío a medida que el cuerpo trata de alcanzar un punto de referencia mayor

El paciente siente calor

b 37 (2 La fiebre interrumpe ~/h

Fig. 26-7. Tiempo (h)

Diagrama de los acontecimientos que se suceden

durante un episodio febril típico.

parda en respuesta a las catecolaminas de la médula suprarrenal y

mento prolongado de la temperatura central es potencialmente pe­

del sistema nervioso simpático genera gran cantidad de calor.

ligroso porque implica riesgo de lesión neurológica. A s í pues, es

Los lactantes prematuros son incluso más sensibles a la pérdi­ da de calor. Se caracterizan p or tener un cociente superficie/vo­

Resumen

lumen aún mayor, una capa de aislamiento más fina y reservas de grasa parda apenas desarrolladas. Es preciso mantener a estos lac­

1.

tantes en incubadoras hasta que alcanzan el grado suficiente de

Con el o bjetivo de mantener unas condiciones óptimas, el ser hu­ mano mantiene una temperatura corporal central de entre 36 y 38 "C. El organismo genera calor mediante reacciones metabóli-

m adurez para regular su propia temperatura central.

cas, y pierde calor a través de la superficie corporal por radia­ ción, conducción, con vección y evaporación. Para que la ter­

26.8 Fiebre Es la alteración más frecuente de la term orregulación y constituye

morregulación sea eficaz, la pérdida de calor debe estar e q u ili­ brada con la generación de calor. 2.

morregulación. La vasodilatación de los vasos cutáneos supone

un aumento de la temperatura corporal normal no relacionado con

un importante mecanismo de perdida de calor, mientras que la

la actividad o la exposición a condiciones hipertérmicas. La fiebre (o pirexia) se asocia frecuentem ente con enfermedades infecciosas,

vasoconstricción de dichos vasos reduce la perdida de calor. 3.

tores de la piel, y el núcleo corporal actúa como un termostato

nados procesos neurológicos o de la deshidratación. Las sustancias

que inicia los mecanismos apropiados para conservar o perder ca­

químicas que provocan fiebre se conocen com o pirógenos. Pueden

lor. De esta manera, la temperatura corporal central se mantiene

sistema inmune (pirógenos endógenos, producidos por monocitos,

en un punto de referencia en torno a los 37 "C. 4.

fríos y la terniogénesis sin escalofríos. Las respuestas fisiológicas a

Un pirógeno endógeno es la interleucina 6 (IL-6).

un calentamiento excesivo son la vasodilatación cutánea y la su­

La fiebre parece incluir un cam bio del punto de referencia en torno al cual se regula la temperatura central. N o está claro el me­

Las respuestas fisiológicas que actúan para conservar calor duran­ te la exposición al frío son la vasoconstricción cutánea, los escalo­

macrófagos y astrocitos del cerebro) com o respuesta a la infección.

Mi « o I o ii / im .mx » •» mi «hiWUi

El hipotálamo recibe aferencias procedentes de los termorrecep-

aunque también puede originarse com o consecuencia de determ i­

producirlas las bacterias patógenas (endotoxinas) o bien el propio

O M A h ttU N , tt A I iriucoiMM

I.a circulación cutanea desempeña un importante papel en la ter­

dación, que provoca una pérdida de calor por evaporación. ■>.

Se desarrolla hipotermia cuando la temperatura central disminu­

canismo exacto por el que esto ocurre, pero podria im plicar una al­

ye por debajo de 35 "C. A medida que desciende la temperatura,

teración en las frecuencias de descarga de las neuronas preópticas

los mecanismos de conservación de calor empiezan a fallar, se

del hipotálamo. Como consecuencia de ello, los mecanismos ter-

produce confusión mental, aparecen complicaciones cardiovas­

m orreguladores del organism o no conservan el calor de manera

culares y, posteriormente, se pierde la conciencia. Los recién na­ cidos y los ancianos corren un mayor riesgo de hipotermia.

apropiada. El paciente siente frío, y puede manifestar vasocons­ tricción periférica y escalofríos a pesar del aumento de la tempera­

6.

tura central. Cuando el agente febril deja de actuar o ya no está

canismos corporales de pérdida de calor, se desarrolla un edema

presente, el punto de referencia se normaliza y el paciente percibe el calor. Cuando la temperatura corporal se normaliza, se produce una vasodilatación periférica y sudoración. La figura 26-7 muestra la secuencia de acontecimientos de un episodio febril típico. Aunque se considera que la fiebre forma parte de la defensa del organismo frente a los microorganismos infecciosos, un au­

La hipertermia (una temperatura central superior a 40 °C) puede tener consecuencias de gravedad. A medida que fracasan los me­ cerebral, y más tarde se produce una lesión neurona! irreversible.

7.

La fiebre es un aumento de la temperatura corporal que se suele asociar con la presencia de agentes infecciosos. Por efecto de los pirógenos, el cuerpo conserva calor inapropiadamente. En niños pequeños pueden producirse convulsiones febriles.

602

26 Regulación de la temperatura corporal

habitual tratar un estado febril con fármacos antitérmicos, com o la

Respuestas

aspirina y otros fármacos antiinflam atorios no esteroideos. En niños de menos de 5 años, la fieb re puede provocar con­ vulsiones (supuestamente d ebido a la inm adurez relativa del sis­ tema nervioso). A u n qu e las convulsiones febriles rara v e z tienen consecuencias a largo plazo, son preocupantes tanto para el niño com o para sus padres, y lo apropiado es enfriar rápida y eficaz­ mente al niño afectado por fiebre.

1. En un clima tem plado, más de la mitad de la pérdida de calor se produce por radiación. El agua se caracteriza por tener una m ayor con du ctividad térmica qu e el aire, lo que perm ite que se pierda calor más fácilm ente estando sum ergido en el agua. La temperatura central (circundante a los órganos internos) está regulada de manera precisa. La temperatura cutánea pue­

Bibliografía recomendada Astrand PO, Rodahl K. Textbook o f work physiology (cap. 13). 3rd ed. N ew York: McGraw-Hill, 1986. Case KM, Waterhouse TM, editors. Human physiology: age, stress, and theenvironment (cap. 6). 2nd ed. Oxford: Oxford Science Publications, 1994. Hardy JD. Body temperature regulation. En: Mountcastle VB, editor. Medical physiology (cap. 59). 14th ed. St. Louis: Mosbv. 1980.

de fluctuar en 20 °C más o menos respecto a la temperatura central normal (37 °C aproxim adam ente). El hipotálam o actúa com o «term o s ta to » del organismo: recibe aferencias de los term orreceptores e inicia mecanismos apropiados de conserva­ ción o de pérdida de calor. El aum ento del flu jo sanguíneo has­ ta la piel conduce sangre caliente hacia la sup erficie,.lo que perm ite que se pierda más calor por radiación, conducción y convección. a. Verdadero. b. Falso. c. Falso.

Test de autoevaluación

d. Verdadero. e. Verdadero.

Cada enunciado puede ser verdadero o falso. Las respuestas co­ rrectas se indican a continuación. 1 .a . En un clima tem plado y en condiciones normales, la m ayor pérdida de calor corporal se produce por radiación. b. El calor se pierd e con más dificultad a través de la superfi­ cie corporal si el cuerpo está inmerso en agua. c. La temperatura cutánea se regula de m odo más preciso que la temperatura central. d. El hipotálamo es el centro de integración de la inform ación térmica. e. La vasodilatación de los vasos cutáneos facilita la pérdida de calor. 2. a. I.a termogénesis sin escalofríos es más eficiente en recién nacidos que en adultos. b. La pérdida de calor por sudoración está controlada por el sistema nervioso parasímpático. c. La temperatura cutánea, en general, es m ayor que la tem pe­ ratura en la cavidad abdominal. d. Una sudoración profusa puede dar lugar a un agotamiento por calor. e. La eficacia de la sudoración com o mecanismo de pérdida de calor aumenta en condiciones de humedad. f. Si se prolonga el frió m edioambiental, la glándula tiroides secreta más tiroxina. 3. Un hom bre se desplaza desde un área templada hasta un área

2. Los recién nacidos pueden aumentar su ín d ice m etabólico más eficazm ente que un adulto, sobre todo a través del m etabolis­ m o de la grasa parda. La tasa de sudoración está controlada por el sistema nervioso simpático. La temperatura cutánea suele ser in ferior a la temperatura central. Durante una sudoración profusa, se pierden líqu idos y sales en grandes canti­ dades, lo que puede dar lugar a una variedad de síntomas, co­ nocidos colectivam en te com o agotam iento por calor. En con­ diciones de humedad (cuando la atmósfera es húmeda), el sudor se evapora más lentam ente y , por consiguiente, el m e­ d io es menos eficaz en cuanto a la pérdida de calor. La horm o­ na tiroidea estimula el m etabolism o o x id a tiv o y genera calor. Su secreción aumenta durante una exposición prolongada al frío. a. Verdadero. b. Falso. c. Falso. d. Verdadero. e. Falso. f. Verdadero. 3. Las tasas de sudoración aumentan progresivam ente durante las semanas iniciales de aclimatación a las altas temperaturas. La secreción de aldosterona se incrementa. Esto da lugar a un aumento de la reabsorción de sales a partir del sudor y a una disminución de su contenido en cloruro sódico. A medida que

tropical:

se eleva la tasa de sudoración, el organism o pierd e agua. Como

a. Durante las primeras semanas en el área tropical su tasa de

respuesta a esta pérdida aumenta la secreción de AD H , m ien­

sudoración aumenta. b. El contenido en sal de su sudor disminuirá.

tras que la secreción de orina dism inuye. a. Verdadero.

c. Su tasa de producción de orina descenderá.

b. Verdadero.

d. Disminuirá la tasa de secreción de aldosterona de la corteza

c. Verdadero.

suprarrenal.

d. Falso.

28 IIP :

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Regulación del volumen de líquido corporal El objetivo del presente capitulo es explicar: •

La distribución del agua en los diferentes compartimentos líquidos del organismo

•

Los métodos para medir volúmenes de líquido

•

Los mecanismos que participan en el mantenimiento del equilibrio de líquidos entre los diferentes compartimentos del organismo

•

Cómo se detectan y se regulan los cambios de volumen del líquido corporal total

•

La importancia del sodio en la determinación del volumen de líquido corporal

•

La regulación de la ingesta de agua a través del mecanismo de la sed

•

Algunos trastornos comunes del balance hídrico y principios fisiológicos que constituyen la base de su tratamiento: deshídratación, hemorragia y edema

Regulación del volumen de líquido corporal

28.1 Introducción En los in d ivid u os sanos, el volum en y la osm olalidad de los lí­ quidos tisulares se m antienen dentro de unos lím ites estrecha­ m ente definidos. Este capítulo está dedicado, principalm ente, a los mecanismos que regulan la cantidad de agua presente en el organism o y que mantienen su distribución entre los diferentes com partim entos corporales. Los mecanismos de regulación de la osm olalidad de los líqu id os corporales ya se han tratado en el ca­ pítulo 17. El agua es el principal com ponente del organism o humano y resulta esencial para la vida. La proporción del peso corporal to­

males existe m uy p oco líq u id o libre. Ésta es una adaptación im ­ portante, que e v ita el flu jo lib re de líq u id o hacia las region es in­ feriores del cuerpo por efecto de la graved ad . El intercam bio de agua y solutos entre las células y el líq u id o intersticial se p ro­ duce p or difusión, mientras que el intercam bio entre el líq u id o intersticial y los capilares y los vasos linfáticos ocurre, además, p or un flu jo en masa de líq u id o isotónico entre los capilares y el intersticio, que regresa posteriorm ente a la sangre a través de los linfáticos (para más detalles, v . cap. 15). Cuando los tejidos se hinchan p or acum ulación de líq u id o (edema, v. más adelan­ te), se p roduce un aum ento considerable del líq u id o lib re en el espacio intersticial.

tal que corresponde al agua varía con la edad y con el sexo del in ­ dividu o. Tanto en hombres com o en mujeres, el contenido de agua en la masa corporal magra (es decir, en los tejidos no adipo­ sos) es de aproxim adam ente el 7 3 % . Sin em bargo, el tejid o adi­

28.2 Distribución del agua corporal entre compartimentos

poso contiene aproxim adam ente un 10% de agua. P or esta razón, la proporción del peso corporal que corresponde a agua varía tan­ to con el sexo com o con la edad. Dado que el recién nacido posee poco tejid o adiposo corporal, el agua representa casi el 75% de su peso corporal. A m edida que se form a tejido adiposo y se desa­ rrollan los demás tejidos, esta proporción dism inuye y al final del prim er año de vid a el agua corporal representa alrededor del 6 5 % del peso corporal. Hacia los 30 años de edad, el agua constituye aproxim adam ente el 6 0 % del peso corporal total en los hombres sanos. Sin embargo, las mujeres de la misma edad tienen una can:dad m ayor de tejido adiposo que los hombres, de forma que el agua representa una proporción m enor de su peso corporal (alre­ dedor del 51% ). Hacia los 70 años de edad, el agua corporal cons::tuye alrededor del 50% y del 45 % del peso corporal en los hom ­ ares y las mujeres, respectivam ente.

La cantidad de agua de cada com partim ento líqu id o se puede de­ terminar m ediante dilución de marcadores específicos. Para que un marcador permita la m edición exacta del volum en de un de­ term inado com partimento, se debe distribuir uniform em ente a través de él, y debe ser fisiológicam ente inerte (es decir, no debe ser m etabolizado ni alterar ninguna variable fisiológica). En la práctica, es necesario tener en cuenta la pérdida de los marcado­ res por la orina. Por fortuna, no resulta d ifícil introdu cir las co­ rrecciones apropiadas. El volumen plasm ático se puede estimar p or dilución del colo­ rante azul de Evans (cuadro 28.1), que no pasa a través del endotelio capilar hacia el espacio intersticial; tam bién se ha usado la al­ búmina radiomarcada. Puesto que se conoce la cantidad de mar-

En líneas generales, el agua corporal se d istribuye entre el lí-ü id o intracelular (LIC ) y el líqu id o extracelular (LEC), tal como e expon e en el capítulo 2. El LEC se puede su b d ivid ir en líqu id o

T ab la 28-1.

D istrib u ció n a p ro x im a d a d e l agua c o rp o ra l

ntersticial, plasma y líq u id o transcelular (v. fig. 2-1). La pequeña

Hombres adultos

Mujeres adultas

Agua corporal lotal

60

50

75

Agua intracelular

40

30

40

Agua extracelular

20

20

35

4

4

5

16

16

30

^atribución de la linfa se inclu ye en el líqu id o intersticial. La ta-

Recién nacidos

ria 28-1 presenta la distribución norm al del agua entre los difeentes com partimentos corporales en hombres, mujeres y recién nacidos. El espacio entre las células (in tersticio) está con stituido por : :do con ju n tivo, prin cipalm ente colágeno y filam entos de pro-

Plasma Liqu ido intersticial'

: glucanos, además de un ultrafíltrad o del plasma. El agua del :qu id o intersticial hidrata los filam entos de proteoglucanos -ir a form ar un g e l (sim ilar a un gel flu id o), y en los tejid os nor­

Todos los valores se expresan como porcentaje del peso corporal total ■■El agua intersticial incluye la linfa y el liquido transcelular.

618

28 Regulación del volumen de liquido corporal

Cuadro 28.1 Uso de los métodos de dilución para determinar los volúmenes de los compartimentos líquidos

La osmosis y la presión hidrostática determ inan la distribución del agua en los distintos com partim entos líq u id os del organism o

El azul de Evans no entra en los hematíes sino que permanece, en gran parte, retenido en la circulación. A si pues, este colorante es

Con excepción de las membranas apicales de las células de la ne-

útil para determinar el volumen plasmático. Como ejemplo, asuma­

frona distal (v . cap. 17), las membranas celulares son m uy permea­

mos que se inyectan 10 mi de una solución del colorante al 1% (P/V)

bles al agua, y esto perm ite el m ovim ien to lib re de agua de un

a un paciente de 70 kg de peso. Se toma una muestra de sangre a los

com partim ento corporal a otro. Dos fuerzas determinan este mo­

10 min, y se encuentra que el plasma contiene 0,037 mg • m i'1 del

vim iento: el efecto osm ótico y la presión hidrostática, derivada de

colorante. ¿Cuál es el volumen plasmático?

la energía de contracción cardíaca y del efecto de la fuerza de la

Puesto que:

gravedad. cantidad de colorante concentración = ------------;---------------volumen

El m o vim ien to de líq u id o entre el plasma y el líq u id o in ­ tersticial está d eterm inado por la presión de filtra ció n neta y por la perm eab ilidad capilar. A su vez, esta presión de filtra ­

cantidad de colorante volumen = ---------------------------concentración

ción d epen de prin cipalm en te de la d iferen cia entre la presión

La cantidad total de colorante inyectada fue de 0,1 g (o 100 mg),

v . cuadro 15.7). Cuando la presión hidrostática del plasma su­

capilar y la presión oncótica plasmática (fuerzas de Starling;

y la concentración en el plasma 10 min después de la inyección era

pera la presión on cótica de los capilares — com o sucede en el

0.037.mg ■ mi 1. Por tanto:

e xtrem o arteriolar 100

volum en plasmático ----------= 2.702 mi 0,037 Nótese que para hacerse este cálculo se asume que:

- el líq u id o se desplaza desde los capilares

hacia el espacio intersticial; cuando la presión on cótica del plasma supera la presión hidrostática el líq u id o es reabsorb id o desde el in tersticio hacia los capilares. C ualquier exceso de li­ q u id o en los tejid os es dren ado p or el sistema lin fá tico y rein-

1.

El colorante se distribuye de forma uniforme.

trod u cid o en la sangre a través de la vena subclavia, tal com o se

2.

T od o el colorante permanece en la circulación.

d escrib e en el cap ítu lo 15. El intercambio de agua entre las células y el liquido intersticial

En la práctica se pierde algo de colorante de la circulación y es nece­

está determinado por fuerzas osmóticas. Para ilustrar el m odo en

sario aplicar correcciones en función de esa pérdida para mejorar la

que la presión osmótica regula el m ovim iento de agua entre los com­

exactitud de la estimación. Limitaciones similares afectan a la deter­

partimentos intracelular y extracelular. consideraremos el efecto de

minación del LEC utilizando inulina (y otros marcadores), y las de­

la ingesta de 1 1 de agua en un hombre de 70 kg. Cuando el agua es

terminaciones del agua corporal total.

absorbida, la osmolalidad del LEC disminuye. Asumimos que, ini­

Una vez transcurrido el tiempo suficiente para obtener el equilibrio, el volumen de un compartimento líquido viene dado, como primera aproximación, por la fórmula:

cialmente, no había intercambio de agua entre el LIC y el LEC. El v o ­ lumen del LEC (20% de 70 k g) aumentará desde 14 hasta 15 I, y la osmolalidad caerá desde 285 mosmol • k g '1hasta 270 mosmol ■ kg-1

cantidad inyectada de marcador - cantidad excretada volumen ---------------- :---------------------------;------------------------

concentración en plasma

— asumiendo que los solutos no entran ni salen del LEC— . Esto ori­ ginará un gradiente de 15 mosmol ■kg"' a favor del m ovim iento de agua hacia el interior de las células, o del movim iento de solutos ha­ cia el exterior de éstas. Puesto que las membranas celulares son mu­

cador inyectada, es sencillo calcular el volum en en que se ha di­

cho más permeables al agua que a los iones y otros solutos peque­

luido (el p rin cipio se exp lica en el cuadro 28.1).

ños, el agua se desplaza desde el LEC hacia el LIC, y el agua corpo­

Para determinar el agua corporal lo ta l se inyecta una cantidad

ral total aumenta desde 42 hasta 43 1, limitando la caída de la

conocida de agua radiactiva ( ’H ,0 ) u óx id o de deuterio ( ‘ H ,0 ) y se

osmolalidad a 2 mosmol • kg-1 (en vez de 15 mosmol • kg ). Fenó­

deja transcurrir el tiem po suficiente para que el marcador se distri­

menos similares determinan el movimiento de agua desde el LIC

buya por el organismo. A continuación, se extrae una muestra de

hasta el LEC en respuesta a la pérdida de líquido, por ejemplo du­

sangre y se m ide la cantidad de marcador por m ilímetro cúbico. La

rante la sudoración. Debe quedar claro que los compartimentos in­

m edición del volumen de líquido extracelular requiere una sustancia

tracelular y extracelular se encuentran normalmente en equilibrio

que pase con libertad del sistema circulatorio al líquido intersticial,

osmótico, y que cualquier variación de esa situación será transitoria.

pero que no entre en las células. La inulina y el manitol cumplen es­ tos requisitos aunque también se han usado otros marcadores. El volumen de LIC es, simplemente, la diferencia entre el agua corpo­ ral total y el volum en de LEC. Así:

28.3 La osmolalidad y el volumen de líquido corporal se regulan de forma independiente

agua corporal total = LEC + LIC Si se m ide la em isión de orina antes y después de la ingesta de

yLEC = plasma + líqu id o intersticial

1 1 de agua, se observará un aum ento ráp ido de la diuresis, que

619

28.3 Lo osmolalidad y el volumen de líquido corporal se regulan de formo independiente I

Resumen El agua corporal está distribuida entre el líquido intracelular y el extracelular. El liquido extracelular se subdivide en plasma y lí­

La actividad de los osmorreceptores del h ipotálam o mantiene el balance hídrico corporal

quido intersticial. El agua corporal total se puede determinar midiendo la dilución

Los requerim ientos de agua dependen del tamaño corporal, espe­

de agua radiactiva (JH 20 ), y los volúmenes de los diferentes com­

cíficam ente de la superficie corporal, que determ ina la pérdida de

partimentos líquidos se pueden determinar utilizando marcado­

agua a través de la piel y los pulmones. Esta pérdida, ju n to con la

res específicos para cada uno de ellos. Así, se puede utilizar inu-

producida a través de la orina y las heces, es compensada por el

lina para determinar el volumen de liquido extracelular, y el azul

agua de la dieta y la generada durante el metabolismo. En un

de Evans para determinar el volumen plasmático.

hombre adulto con un peso de 70 kg, el balance hídrico típ ico po­

El volumen de liquido intracelular viene dado por la diferencia

dría ser:

entre el agua corporal total y el volumen de liquido extracelular.

4.

El movimiento de líqu ido entre el plasma y el compartimento in­ tersticial está determinado por las fuerzas de Starling, y el inter­ cambio de agua entre el líquido intersticial y el intracelular, por fuerzas osmóticas.

Aportes de agua

P é r d id a s d e agu a

(mi en 24 h)

(m i en 24 h )

Consumo de agua (bebida)

1.600

Orina

1.500

Contenido de agua en los alimentos

500

l*iel

500

Agua generada por el metabolismo

500

Pulmones

500

Heces

100

alcanza un m áxim o al cabo de 1 h y term ina pasadas unas 2 h, m om ento en que ya se ha elim in ado el exceso de agua (fig . 28-1).

Total

2.600

Total

2.500

Si la misma persona in g ie re 1 1 d e solución salina isotónica, sólo se observará un increm ento le v e de la diuresis. De hecho, el or­

La pérdida de agua a través de los pulmones y la piel depende,

ganism o tarda muchas horas en elim inar el exceso de líqu id o .

evidentem ente, de las condiciones ambientales. En los climas tem­

En ambos casos existe un aum ento inicial del agua corporal to­

plados se pierde agua por los pulmones y la piel sin sudoración

tal, p ero la ingesta de agua d ism in u ye la osm olalidad de los lí­

(pérdida insensible de agua). Esta pérdida no se puede reducir, por

quidos corporales, m ientras que la ingesta de 1 1 de solución sa­

lo que cualquier restricción de la ingesta de agua deberá equ ili­

lina isotónica no cambia la osm olalidad de los líq u id o s tisulares

brarse m ediante un descenso de la diuresis. Puesto que la osmola­

aunque sí increm enta el volu m en total de LEC. En este caso, el

lidad de la orina no puede superar los 1.250 mosmol • 1

organism o necesita elim in ar tanto el exceso de sal com o el de

madamente, y sabiendo que la cantidad de sólidos excretados cada

agua para restaurar el volu m en norm al de LEC. Este sim ple e x ­

día con la orina oscila entre 50 y 70 g (sobre todo com o cloruro só­

aproxi­

perim ento ilustra un p rin c ip io im portante: la osm olalidad y el

dico y urea), el volum en m ínim o de orina necesario para la excre­

volu m en de líqu id os corporales son regulados p or mecanismos

ción es en torn o a 7(X) mi ■día ‘ . Para equilibrar ésta y otras pérdi­

independientes.

das se necesita una ingesta mínima de líqu id o de aproxim adam en­ te 1,75 I diarios si se quiere mantener el balance hídrico. Como ya se ha mencionado, estas cifras corresponden a un adulto de 70 kg

15.0

en un m edio ambiente templado. En ambientes cálidos se pierde \ Agua

agua también por sudoración (hasta varios litros al día), que se ha

12,5

de compensar mediante una ingesta de agua apropiada. La cuantía del intercam bio de agua con el organism o no se li­

10.0

mita únicamente a estos mecanismos. Adem ás de los intercam bios ob vios de agua entre el organism o y el m edio ambiente, el tracto

7.5

gastrointestinal segrega y reabsorbe unos 7-8 1 de liqu id o cada día, y los riñones generan diariamente alrededor de 180 1 de fil­

5,0

trado, de los cuales norm alm ente se reabsorben unos 178,5 1.

Ingesta de 1 I

Cualquier reducción de la reabsorción de líq u id o debida a ano­

Solución salina isotónica

2.5

malías de la función gastrointestinal o renal tendrá, por tanto,

0.0f e

consecuencias graves para el balance hídrico. Este aspecto se dis­

_J_______i.

-30

30

60

90

120

150

180

210

cute con más detalle en el apartado 28.4.

Minutos Fig. 28-1.

Efecto de la ingesta de 1 1de agua o 11 de solución salina iso­

tónica sobre el flujo de orina en un sujeto normal con equilibrio de agua. La flecha indica el momento de la ingestión. El flujo de orina aumentó desde alrededor de 1 mi • min~' hasta casi 15 mi • min ' después de be­

La sed es el mecanismo fis io ló g ic o que actúa para recuperar el agua perdida

ber 1 1de agua. Además, el exceso de agua se excretó en alrededor de 2 h, momento en el que el flujo urinario había vuelto a los niveles normales.

La pérdida del agua en el organism o se denomina deshidratación y

En cambio, la ingesta de 1 1 de solución salina isotónica tuvo poco efecto

tiene lugar cuando la ingesta de agua no es suficiente para eq u ili­

sobre el flujo de orina.

brar las pérdidas de ésta. Para conservar la osm olalidad de los li-

620

28 Regulación del volumen de liquido corporal

quidos corporales, es necesario reem plazar el agua perdida a tra­ vés de la orina, el sudor, etc. El agua procede de dos fuentes: del

Aumento de la ingesta de agua

m etabolismo o x id a tiv o de las grasas y los hidratos de carbono, y de la ingesta de agua con la dieta. En los humanos, la generación de agua en los procesos m etabólicos no es suficiente para cubrir las necesidades del organismo, y la ingesta resulta esencial para mantener el equ ilib rio hídrico. El estímulo para la ingesta de agua es la sed, que se puede d efin ir com o el apetito de agua.

¿Qué factores estimulan la ingesta de agua?

Disminución de la osmolalidad plasmática

Aumento de la sed

Aumento de la osmolalidad plasmática

Disminución de la secreción de ADH

Aumento de la ingesta de agua

Aumento de la secreción de ADH

El estado de equilibro del agua es m onitorizado por los osmorreceptores del hipotálamo anterior (v. cap. 12). Esos receptores re­ gulan la cantidad de AD H segregada por la hipófisis posterior, au­ mentan la secreción de A D H en caso de deshidratación y la dismi­ nuyen cuando hay agua en exceso. Cuando la osmolalidad de los fluidos corporales aumenta unos 4 mosmol ■kg 1se estimula el de­

Aumento de la reabsorción de agua por los túbulos colectores

Disminución de la reabsorción de agua por los túbulos colectores

seo de beber. La conducta de beber se puede desencadenar esti­ m ulando eléctricamente el área preóptica del hipotálamo e in yec­ tando soluciones hipertónicas en la misma región del encéfalo. Esto sugiere que los osmorreceptores encargados de estimular la

Aumento de la excreción de agua

/

Osmolalidad \

V

285 mosmol

i

Disminución de la diuresis

secreción de A D H también tienen un papel im portante en la regu ­ lación de la ingesta de agua. La pérdida de líqu id o por una diarrea o una hemorragia supone una pérdida de líquido isotónico, lo que provoca una reducción del volum en circulante; esto también esti­

Fig. 28-2.

Principales mecanismos que restauran la osmolaridad de los

líquidos corporales después de ingerir agua en exceso (izquierda) o des­ pués de una pérdida de agua pura (derecha).

mula la sed — probablem ente como resultado del aumento de los niveles plasmáticos de angiotensina ÍT (v. más adelante) - . Asi pues, la reducción de la osmolaridad del LEC o del volum en circu­ lante causa sed y conduce a un aumento de la ingesta de agua. La bebida de agua alivia la sed mucho antes de que el tracto gastrointestinal haya tenido tiem po de absorber el agua ingerida. A pesar de todo, si la ingesta de agua no es suficiente para satis­ facer las necesidades del organismo, la sed reaparece después de 15-20 min. Esta regulación de la ingesta de agua está mediada probablem ente por receptores mecánicos de distensión de la pa­

Un exceso de agua causa un descenso de la osmolalidad plas­ mática. Este cam bio es delectado por los osmorreceptores, que in ­ hiben la secreción de A D H por la hipófisis posterior. Como resul­ tado, dism inuye la reabsorción de agua en la nefrona distal y cre­ ce el flujo de orina, al tiem po que cae la osmolalidad de ésta. El e fecto neto es un increm ento de la excreción de agua sin solutos y la restauración del valor normal de osmolalidad plasmática, según ilustra la figu ra 28-2.

red del estómago, ya que la insuflación de un balón dentro del es­ tóm ago, p or ejem plo, puede inh ib ir la conducta de beber. La ca­ pacidad del organismo para determ inar la ingesta de agua según el grado de distensión del estóm ago evita la ingesta excesiva y la dilución consiguiente de los fluidos corporales. Cuando se produce una deshidratación, el agua que se pierde inicialm ente es la del com partim ento extracelular, pero a causa de la existencia de un equ ilib rio osm ótico entre los compartimentos extracelular e intracelular ambos acaban afectados, y ello condu­ ce a una deshidratación celular. El aumento de la osmolalidad plasmática durante la deshidratación es detectado por los osm o­ rreceptores del hipotálamo, que estimulan la secreción de A D H por la hipófisis posterior. La A D H actúa después sobre la nefrona distal para incrementar la reabsorción de agua, según lo descrito en el capítulo 17. El flujo de orina dism inuye, su osmolalidad au­ menta y, en consecuencia, se retiene agua corporal. La restaura­ ción del balance h ídrico requiere un increm ento de la ingesta, y la alta osm olalidad plasmática estimula la sed. El aumento de la in­ gesta de agua restaura la osm olalidad plasmática. Estos procesos se resumen en la figu ra 28-2.

Las alteraciones del volu m en circulante efectivo regulan el balance de sodio m ediante cambios en la actividad de los nervios simpáticos renales Puesto que es el ion más abundante en el LEC, el sodio es el princi­ pal determinante de la osmolalidad plasmática, y como esta última está estrictamente regulada, el sodio corporal total también actúa como determinante principal del volumen de líquido corporal. Además, el equilibrio entre el LEC y el volum en plasmático está de­ terminado por las fuerzas de Starling y, por lo tanto, cualquier cambio del sodio corporal total afectará al volumen de LEC y al v o ­ lumen plasmático. En un in d iv id u o sano, el volumen circulante efectivo o V C E (grado de «p le n itu d » del sistema circulatorio) es prácticamente constante y la pérdida de cloruro sódico y agua se compensa por ingesta. Au n qu e conocemos relativam ente bien la regulación de

28.3 La osmolalidad y el volumen de líquido corporal se regulan de formo independiente

621

la osm olalidad (v . anteriorm ente), se sabe m uy poco sobre Los fac­

de manera que una disminución de la presión induce un incre­

tores que controlan la ingesta de sal. Sin embargo, es conocido

m ento del gasto cardíaco y de la resistencia periférica total, tal

que los animales buscan sal cuando la cantidad contenida en la

com o ya se ha expuesto (v . cap. 15). La presión telediastólica es

dieta es insuficiente. Además, los pacientes con enferm edad de

percibida por receptores de baja presión situados en las venas de

Addison (su corteza suprarrenal no es capaz de segregar aldoste-

gran calibre, en la circulación pulm onar y en las aurículas (tam­

rona), sienten la necesidad de ingerir alimentos salados. Existe,

bién denominados receptores del volum en central). Cuando dis­

por tanto, un apetito de sal, que es regulado de acuerdo con las

m inuye el VCE, se reduce la presión venosa central con una dis­

necesidades del in dividuo.

m inución de la activid ad aferente de los receptores del volum en

La pérdida de sodio corporal está controlada principalmente

central. Así, se pone en marcha un reflejo simpático que produce

por los riñones, que pueden regular la cantidad de sodio excreta­

vasoconstricción periférica. Los m iocitos auriculares tam bién de­

da dentro de un am plio margen. Esto se consigue regulando la car­

sempeñan una función en la regulación del VCE. En respuesta al

ga filtrada (balance glom erulotubular; v. cap. 17) y ajustando la

increm ento de la presión telediastólica, estas células secretan una

cantidad de sodio absorbida en la nefrona distal. La captación de

hormona denominada péptido natriurético auricular (A N P ) que ac­

sodio por parte de la nefrona distal está regulada por los niveles

túa sobre los túbulos renales estimulando la excreción de sodio.

plasmáticos de renina, que controlan los niveles circulantes de al-

Además su regulación por la osmolalidad plasmática, la secre­

dosterona a través de la form ación de angiotensina IT (v. cap. 17).

ción de vasopresina (A D H ) por parte de la hipófisis posterior tam­

Cuando cambia el VCE, se ponen en marcha varios mecanismos

bién está controlada por los barorreceptores arteriales y por los re­

destinados a ajustar el contenido de sodio corporal total y a res­

ceptores de volum en central. Tal como se observa en la figura 28-3,

taurar la situación normal.

la disminución del VCE (hipovolem ia) da lugar a un incremento en la secreción de A D H , mientras que el aumento de éste (hipervole-

¿D ónde están situados los receptores del VCE y cóm o actúan para in d u cir cam bios en el balance de sodio?

mia) induce la disminución de la secreción de ADH.

Descenso del V C E

El gasto cardíaco, el tono vascular y el VCE determ inan tanto la

Cuando el VCE dism inuye, la actividad de los nervios simpáticos

rresión arterial sistèmica com o la presión telediastólica. La p re­

renales aumenta, lo que favorece la reabsorción de sodio y res­

gón arterial sistèmica está regulada por el reflejo barorreceptor,

taura el VCE. Los principales mecanismos im plicados se muestran en la figura 28-4, y son los siguientes: 1.

En respuesta a la disminución de las presiones de llenado en el corazón derecho, se produce una vasoconstricción en los le­ chos vasculares muscular y esplácnico. Ésta es una respuesta refleja mediada por el sistema nervioso simpático. La respues­ ta es desencadenada por la falta de estimulación de los recep­ tores de distensión de las aurículas y de las venas de gran ca­ libre (los receptores del volum en central) y tiene lugar antes de que haya m odificaciones significativas en la presión arte­ rial. Las arteriolas aferentes y eferentes de las nefronas ex p e ­ rimentan una vasoconstricción, lo que reduce la tasa de filtra­ ción glom erular. En consecuencia, dism inuye la cantidad fil­ trada de sodio y se reabsorbe una proporción m ayor del sodio filtrado (v. cap. 17).

2.

El aumento de la actividad simpática conduce a un incremento de la secreción de renina, lo que, a su vez, provoca un aumen­ to de la cantidad de aldosterona circulante. La aldosterona au­ menta la reabsorción de sodio por parte de la nefrona distal, se­ gún lo descrito en el capítulo 17. Además, los nervios simpáti­

Osmolalidad plasmática (mosmol ■kg~1) rig . 28-3. nc

cos renales estimulan directamente la captación de sodio por las

Efectos de los cambios del VCE sobre la secreción de ADH.

células del túbulo proxim al. Aum enta la secreción de AD H , lo

puede observar que la pendiente de la curva que relaciona la secreción

j e AD H y la osmolalidad plasmática sufre alteraciones con respecto a la ..rm ovolem ia. Si el líquido del organismo disminuye en un 15% (hipoemia), se incrementan tanto la secreción de AD H como la sensibilidad -e n te a las modificaciones de la osmolalidad plasmática (la pendiente de i curva es más pronunciada). Si el liquido corporal aumenta en un 15%

que estimula la reabsorción de agua en la nefrona distal. 3.

P or último, y teniendo en cuenta que estos cambios sirven para aumentar la reabsorción de sodio por parte de los túbu­ los renales, se producirá una elevación de la osmolalidad plas­ mática que, ju n to con los altos niveles plasmáticos de an gio­

ipervolemia). ocurre lo contrario: disminuye la secreción de AD H y se

tensina n , estimula la sed. El aumento de la ingesta de agua y

reduce también la sensibilidad frente a las modificaciones de la osmolali-

la m ayor retención de sodio conllevan un increm ento del VCE

: id plasmática.

y la restauración del volum en de líq u id o corporal.

622

28 Regulación del volumen de líquido corporal

Disminución del flujo sanguineo renal

Disminución del suministro de Na* al tùbulo distai

Aumento de la secreción — ► de renina

Aumento de la angiotensina II plasmática

----

Aumento de la secreción de aldosterona

Aumento de la actividad de los nervios renales Aumento de la sed

Disminución de la excreción de Na*

Disminución del estiramiento de los receptores de volumen

Aumento del Na* corporal total

Aumento de la ingesta de agua Disminución del VCE

Ganancia de liquido isotómco

Pérdida de liquido isotónico. (p. ej.. sudoración)

(V

VCE normal

Fig. 28-4.

j)

Comenzar aquí

A u m en to de! V C E p o r encim a de lo n orm a l La corrección completa e x ig e la elim inación del exceso de sodio y de agua, que se consigue m ediante los procesos siguientes (fig. 28-5):

Principales mecanismos responsables

de la restauración del VCE después de la pérdida de líqu ido isolónico (p. ej., por sudoración intensa o diarrea).

Resumen La actividad de los osmorreceptores hipotalámicos que controlan la secreción de AD H por la hipófisis posterior regula la osmolali­ dad de los líquidos corporales. El volumen de líquido se detecta como volumen circulante efectivo, y se regula mediante el ajus­

1.

El increm ento del VCE activa los barorreceptores arteriales y

de la osmolalidad y del volum en de liquido son independientes

rorrcceptor y dism inuye la actividad de los nervios simpáti­

entre sí.

cos renales. Las arteriolas aferentes y eferentes se dilatan y

Si se produce un exceso de agua caen los niveles plasmáticos de

aumentan tanto el flu jo sanguíneo renal com o la TFG. De esta manera, se incrementa la cantidad filtrada de sodio y la canti­ dad de sodio que llega al túbulo distal. Se in h ibe la secreción

2.

te de la ingesta y la excreción de sodio. Asi pues, la regulación

los receptores del volum en central. A si. se inicia el reflejo ba-

AD H y disminuye la reabsorción de agua por la nefrona distal. En consecuencia, se excreta el exceso de agua libre de solutos. En caso de deshidratación se eleva la osmolalidad de los líquidos tisulares y aumenta la secreción de ADH. Estos cambios incre­

de renína y dism inuye la concentración de aldosterona en el

mentan la reabsorción de agua por el túbulo distal y los túbulos

plasma. El resultado es una disminución en la reabsorción del

colectores, y contribuyen a conservar el agua corporal. Además,

sodio filtrado. Adem ás, también se reduce la secreción de

el aumento de la osmolalidad plasmática estimula la sed.

A D H (fig . 28-3). Estas m odificaciones potencian la excreción

El agua corporal total está determinada, principalmente, por el

d e sal y agua por parte de los riñones.

sodio corporal total. En respuesta a una caída del VCE. los ri­

El estiramiento de los receptores cardiacos de volumen desenca­

ñones absorben más cantidad de sodio gracias a la activación

dena la secreción de A N P , que actúa aumentando la excreción

del sistema renina-angiotensina. Puesto que la angiotensina n

de sodio. El A N P dilata las arteriolas aferentes y eferentes rena­ les. con lo cual se elevan el flujo sanguíneo renal y la TFG. El A N P tiene acciones contrarias a las del sistema renina-angiotensina. Esta sustancia inhibe la formación de aldosterona y dismi­

estimula la sed. también se eleva la ingesta de agua y se restau­ ra el VCE. En respuesta a un aumento del VCE se incrementa la excreción re­ nal de sodio. Este aumento se logra mediante un aumento de la carga de sodio filtrado y una disminución de la absorción tubu­

nuye directamente la captación de cloruro sódico por parte del

lar. También se excreta un equivalente osmótico de agua, lo que

túbulo distal y el túbulo colector. También inhibe la secreción

conlleva la restauración del VCE normal.

de A D H y su acción sobre la nefrona distal y , por tanto, favore-

28.4 Deshidrolacíón y alteraciones del balance hidrico

Disminución de la actividad de los nervios renales

Aumento de la actividad de los barorreceptores

Aumento del flujo sanguíneo renal

Aumento del suministro de Na+ al túbulo distal

Disminución de la secreción de renina

Disminución de la secreción de aldosterona

Aumento del estiramiento de los receptores de volumen

Aumento de la secreción de PNA

623

Disminución de la absorción de Na '

Disminución de la secreción de ADH Aumento del VCE

Aumento de la ingesta de sal y agua

Aumento de la excreción de agua

VCE normal

Aumento de la excreción de Na^

La pérdida de sal y agua con la orina corrige el VCE

íig . 28-5. Principales mecanismos de res­ tauración del VCH después de que aumente por la ingesta de sal y de agua. ANP, péptido

Comenzar aquí

natriurético auricular.

ce la pérdida de agua. En conjunto, estos efectos conducen a una

segrega una cantidad insuficiente de A D H (v . cap. 12). A pesar de

pérdida de cloruro sódico y agua, y al restablecimiento del VCE

esta deficiencia, los pacientes con diabetes insípida mantienen un

y de los volúmenes de líquidos corporales normales.

buen estado de salud si disponen de agua suficiente para beber. Sin em bargo, si sufren una perdida de conciencia su situación se v u e lv e rápidam ente peligrosa. En el curso normal de los aconteci­

28.4 Deshidratación y alteraciones del balance hidrico

mientos, la pérdida de agua pura causa elevación de la osm olali­ dad plasmática y aumento de la sed. Cuando la ingesta de agua es persistentemente inferior a la pér­ dida, se produce deshidratación progresiva de los tejidos. Una vez

La deshidratación se puede deber a las siguientes causas:

que se ha perdido el 6-10% del agua corporal, el volumen plasmáti­ co cae y se instaura una insuficiencia circulatoria. Ésta altera la pro­

•

Pérdida excesiva de agua a través de los pulmones y las glán­

ducción de orina, y se produce acidosis metabólica. Además, ante

dulas sudoríparas.

una deshidratación grave se reduce la pérdida de calor por evapora­

Producción excesiva de orina.

ción y puede aparecer fiebre. La fiebre se puede asociar con somno­

Pérdida excesiva de líquidos del tracto gastrointestinal por

lencia y delirio y, a menos que se sustituya el líquido perdido, estos

vóm itos persistentes o diarrea crónica.

signos desembocarán en el coma y, eventualmente, en la muerte.

Ingesta inadecuada de liqu id o y electrólitos.

La hiperhidratación de los tejidos (intoxicación por agua) no es tan común. Cuando ocurre, se establece un n u evo equ ilib rio

En la mayoría de estas situaciones se pierden tanto agua como

osm ótico entre el plasma y los tejidos, y las células se hinchan.

. trólitos. Por ejemplo, después de un ejercicio intenso se pier-

Esto conduce, a su vez, a un aumento de la presión intracraneal

n cantidades significativas de agua y sal con el sudor, y es nece­

con alteración de la función cerebral. Los signos clínicos consis­

a r lo sustituirlas. Si la pérdida de agua se compensa bebiendo pero

ten en náuseas, cefalea, convulsiones y coma. La causa más co­

-o se sustituye la sal perdida, se producirá un déficit de cloruro

mún de hiperhidratación es la insuficiencia renal oligúrica aguda,

- ¿ico y la osmolalidad de los líquidos tisulares descenderá (el su-

en la que no es posible excretar el agua ingerida. La secreción ina­

: or contiene alrededor de 30-90 mmol de cloruro sódico). El des-

propiada de A D H por lesiones de la hipófisis posterior (quizás a

: so de la osmolalidad de los líquidos tisulares causa calambres

consecuencia de un traumatismo craneal) o p or tumores también

—useulares (conocidos com o calambres por calor) que se pueden

puede conducir a retención de agua. La insuficiencia de secreción

i .viar con la ingesta de una solución salina poco concentrada 5 o de cloruro sódico) o tomando agua y tabletas de sal. La pérdida de agua pura se da cuando el in d ivid u o no dispo­

de A C T H por parte de la adenohipófisis también causa intoxica­ ción hídrica d ebido a que la excreción de agua depende de la pre­ sencia de concentraciones circulantes normales de glucocorticoi-

ne agua para beber, o si los riñones son incapaces de reabsor-

des. N o se ha descrito el mecanismo preciso de este efecto, pero

-er agua en el tùbulo distai y los túbulos colectores. El ejem plo

puede estar relacionado con la función que desempeñan los glu-

_ 'ic o es el de la diabetes insípida, en la que la hipófisis posterior

cocorticoides en la regulación de la secreción de AD H .

624

28 Regulación del volumen de liquido corporal

de agua. El empleo de sacarosa o almidón tiene la ventaja de que es­

Rehidratación oral

tos azúcares se encuentran disponibles con facilidad. Además, antes

Los vóm itos y la diarrea pueden provocar una gran pérdida de agua y electrólitos, ya que los líquidos del tracto gastrointestinal son isotónicos con la sangre. Esto provoca deshidratación y cambios del

de ser absorbidos se digieren en el intestino, y la cantidad de gluco­ sa disponible para la absorción (junto con sodio y agua) se puede au­ mentar sin que el liquido de rehidratación se vuelva hipertónico.

equilibrio ácido-base (para una discusión más detallada del equili­ brio ácido-base, v . cap. 29). Considerando que el tracto gastrointes­

28.5 Hemorragia

tinal de una persona sana segrega como media alrededor de 7 1de li­ quido cada día, la diarrea persistente puede conducir a deshidrata­ ción grave, incluso en casos de gastroenteritis relativamente leve. En el cólera, la pérdida de líqu id o es m ayor que en otros tipos de diarrea, ya que el microorganismo causal. Vibrio cholerae. estimula la secreción intestinal al segregar una toxina que actúa sobre la pro­ ducción de A M P cíclico. En consecuencia, la pérdida de líquido con las heces durante el cólera puede superar los 10 1 diarios. A menos que los efectos de una diarrea de esta magnitud se contrarresten con

En caso de perdida aguda de sangre, el sistema cardiovascular se ajusta con rapidez para mantener la presión arterial y el flu jo de sangre a los órganos vitales (fíg . 28-6). La respuesta del organism o fren te a la pérdida de sangre depende de la cantidad perdida. En un in d iv id u o consciente, los ajustes cardiovasculares sign ificati­ vos com ienzan cuando la pérdida de sangre supera el 5 % del to­ tal (aproxim adam ente 250 mi). En principio, la pérdida de sangre

rapidez, la muerte es inevitable. De hecho, en muchos países po­

origina una dism inución del retorno venoso y una m enor estimu­

bres, la deshidratación por pérdida de líquidos con las heces sigue

lación de los receptores de baja presión. Esto p rovoca una vaso­

siendo una causa común de muerte, sobre todo entre los niños.

constricción de los vasos cutáneos, musculares y esplácnicos, an­

La ingestión de agua sola no es suficiente para contrarrestar la pérdida de liquido, ya que el líquido eliminado es isotónico con el

tes de que se produzca cualquier cam bio sign ifica tivo de la pre­ sión arterial media o de la presión diferencial.

plasma y se necesitan tanto cloruro sódico como agua para rehidratar

A l aumentar la pérdida de sangre, el retorno venoso descien­

los tejidos. Aunque para restaurar el volumen de líquido corporal se

de todavía más y se observa una dism inución tanto de! gasto car­

pueden utilizar infusiones intravenosas de cloruro sódico isotónico

díaco com o de la presión arterial. La caída de la presión activa el

(ClNa al 0,9% ), este tratamiento exige recursos adecuados. A pesar

reflejo barorreceptor arterial, de form a que la frecuencia cardíaca

de todo, puede constituir la única vía de administración en casos de

y el tono arteriolar aumentan, con la consiguiente restauración de

vómitos y diarrea persistentes. Se ha demostrado que la rehidrata­

la presión arterial. Además, el increm ento del im pulso simpático

ción oral es un tratamiento alternativo m uy eficaz. La absorción in­

eleva el tono venoso y causa constricción venosa. Estos cambios

testinal de glucosa no se altera durante la diarrea, a pesar de la gran

conducen a la m ovilización de la sangre desde los vasos de capa­

pérdida de liquido con las heces. La rehidratación oral se realiza me­

citancia hacia los de distribución, y esto ayuda a p reven ir un des­

diante la administración de una solución de sal y azúcar. Este último

censo todavía más pronunciado del gasto cardíaco. Estos ajustes

(en forma de glucosa) se absorbe a través de la pared intestinal por

ocurren con rapidez después de la pérdida de sangre.

cotransporte con sodio, y el agua le sigue por osmosis. La solución no

Si la hem orragia continúa, el gasto cardíaco sigue disminu­

debe ser demasiado hipertónica, ya que si lo es aumentará la pérdida

y en d o y la actividad de los nervios simpáticos se intensifica. La

Aumento de la descarga simpática Disminución de la perfusión cerebral y miocàrdica

Aumento del tono venoso

Aumento del retorno venoso

_ Disminución de la descarga de los barorreceptores

Aumento de la frecuencia cardiaca

Disminución de la presión arterial

Aumento de la contractilidad

_ Disminución del gasto cardíaco

Vasoconstricción muscular, cutánea y visceral

Aumento del gasto cardíaco

Fig. 28-6.

Cambios hemodinámicos durante una

hemorragia moderada. Nótese que el gasto cardíaco disminuye después de la pérdida de sangre, pero los

Disminución del retorno venoso

Aumento de la resistencia periférica

Aumento de la presión arterial

mecanismos compensadores indicados ayudan a res­ taurar la presión arterial, de modo que no se com­ promete la perfusión del encélalo y el músculo car­ díaco. N o obstante, se puede observar que estos ajustes cardiovasculares inducen

Hemorragia Comenzar aquí

Mejora de la perfusión cerebral y miocàrdica

una reducción

marcada del flujo sanguíneo en otros lechos vascula­ res. especialmente en las circulaciones renal y esplácnica.

28.5 Hemorragia

625

. ..encía cardíaca continúa aumentando y la vasoconstricción :erica desvía la sangre desde la piel, los músculos y las víscer.acia el encéfalo y el corazón. Puesto que durante las fases . --.pranas de la hem orragia los niveles plasmáticos de angiotensi- : íí aumentan, es posible que esa hormona contribuya a la vaso.-.stricción inicial. A pesar de la caída del gasto cardíaco, estos ¿ — nios ayudan a m antener la presión arterial y el flu jo de sangre - - c;a los órganos vitales. Estos son los principales mecanismos de . : : n a ció n del sistema cardiovascular a una hem orragia le v e (pér: _i inferior al 10% del volum en sanguíneo total).

o

La pérdida continua de sangre intensifica la activación de los .r .ios simpáticos, pero el retorno venoso ya no es suficiente r;ra mantener la presión arterial, que comienza a descender. Du­ r ó t e esta fase aumenta la secreción de catecolaminas por parte de i medula suprarrenal, así com o la secreción de A D H por la hipó•

s posterior. Esas hormonas intensifican la vasoconstricción.

, mo consecuencia de dichos ajustes, el pulso se v u e lv e d ébil y i pido, la piel aparece fría y húmeda, y la boca em pieza a secarse = medida que dism inuye la secreción de saliva. Cuando la pérdida de sangre llega al 2 0% , dism inuye la fre-

ti o0^ £ ■p CO

uencia cardíaca, la presión arterial desciende de forma rápida y

8 ©

7. paciente se desmaya (sincope). Nótese que en esta fase de la he­

.9? (5

morragia grave el paciente presenta bradicardia, a pesar de la

l!

¿ran pérdida de sangre (fig. 28-7). La bradicardia es el resultado ue un reflejo vagal, pero el descenso de la resistencia parece estar .ausado por inhibición del impulso simpático central. Siguen au­ mentando la secreción de catecolaminas p or la m édula suprarre­ nal, la secreción de A D H y los niveles de angiotensina II. Curio­ samente, el gasto cardíaco no siempre sigue descendiendo, e inciuso es posible que aumente un poco. Una pérdida de sangre •odavía m ayor causa una intensa activación simpática con vaso­ constricción y taquicardia pronunciadas. Esta descripción de las respuestas cardiovasculares frente a una hem orragia se ha hecho asumiendo que no existen otros facTiempo (min)

-ores que influyan en las respuestas del sistema nervioso autóno­ mo. Pero en la práctica clínica, la hem orragia se suele acompañar

Fig. 28-7.

de una lesión tisular traumática y la respuesta simpática frente al

hemorragia aguda. En la gráfica inferior se muestra la cantidad de sangre

traumatismo tiende a enmascarar la bradicardia. La bradicardia

perdida por una persona. La gráfica central muestra las modificaciones que

refleja también se reduce por la adm inistración de anestésicos g e ­

aparecen en la frecuencia cardíaca, la presión sistòlica y la resistencia peri­

nerales y se puede com plicar con el tratam iento farm acológico.

férica total, mientras que la gráfica superior muestra los cambios en el gas­

Tras una pérdida m uy intensa de sangre es necesario reponer

to cardíaco y en la presión auricular derecha. Se puede observar que el

de manera urgente el volum en sanguíneo. Desde el punto de vis­

gasto cardíaco y la presión auricular derecha (equivalente a la presión ve­

MAttftON, l> A I ItltM

Nili Mllll lll/HI ll^ll

HN

Uh ilulllo

ta clínico, esta reposición se puede lleva r a cabo mediante trans­

H'

Modificaciones cardiovasculares que tienen lugar durante una

fusión sanguínea o m ediante la infusión de líquidos para la e x ­ pansión del volum en plasmático, por ejem plo, suero salino nor­ mal o algún sustituto del plasma (v . más adelante).

nosa central) disminuyen progresivamente durante la hemorragia. I j fre­ cuencia cardíaca, la presión sistòlica y la resistencia periférica total mues­ tran una respuesta bifásica, con un aumento durante la fase temprana de la hemorragia y una disminución súbita después de que se han perdido más de 1.080 mi de sangre. En este momento, el individuo pierde el conocimiento.

Los procesos fisiológicos responsables del restablecim iento del volum en plasmático son los siguientes. Descenso del flu jo sanguíneo renal, que aumenta la secreción •

Vasoconstricción periférica, que dism inuye la presión capilar

de renina y , consiguientem ente, eleva los niveles circulantes

de manera que la presión oncótica del plasma reabsorbe líq u i­

de angiotensina II; esto potencia la secreción de aldosterona

do del espacio extracelular hacia el sistema circulatorio. A d e ­

por la corteza suprarrenal. La aldosterona aumenta la absor­

más, se reabsorbe líq u id o en el tracto gastrointestinal. El au­

ción de sodio a través de los tú bulos renales y el colon. Estos

m ento de la secreción de A D H y la disminución del flu jo san­

acontecimientos conducen a la retención de sodio.

guíneo renal causan un descenso im portante de la diuresis

Pérdida de VCE, que causa también una sed intensa (probable­

(oliguria). Éstos son los prim eros pasos en el proceso de res­

mente como consecuencia del incremento de angiotensina II)

tauración del volum en sanguíneo.

y , por tanto, una m ayor ingesta de agua.

626

28 Regulación del volumen de liquido corporal

En conjunto, estos procesos conducen a una restauración re-

critica, el shock circulatorio se con vierte en irreversible. lil fallo

lativam ente rápida del VCE y perm iten la perfusión adecuada de

circulatorio conduce a la acumulación de mctabolitos y toxinas en

los tejidos. La secreción de angiotensina y AD H con trib u ye a la

los lechos vasculares. Tales sustancias incrementan la vasodilata-

recuperación espontánea después de la hem orragia, porque mini-

ción periférica y dism inuyen la presión de perfusión hasta llegar

miza la pérdida de agua y aumenta la retención de sodio p or los

a la insuficiencia circulatoria com pleta y la muerte del paciente,

riñones. La adm inistración de antagonistas de la angiotensina o la

Existen cuatro tipos principales de shock circulatorio:

A D H retrasa la recuperación. A lo largo de varios días, el hígado restaura las proteínas pías-

1.

Shock hem oirágico o hipovolémico, en el cual el volum en circu-

2.

Shock distributivo, d ebido a una vasodilatación excesiva. Ln

máticas perdidas, pero la absorción de liqu id o desde el espacio intersticial hace que dism inuya todavía más la concentración de he-

lante es insuficiente para mantener la presión arterial,

m oglobina (lo que se conoce com o hem odilución). Durante las dos

este caso, la capacidad de los vasos supera la capacidad del co-

primeras semanas después de la hem orragia el número de reticu-

razón para bombear sangre y m antener la presión arterial,

locitos está elevado, lo que indica un aumento rápido de la pro-

3.

Shock obstructivo, causado por restricción del retorno venoso,

ducción de hematíes. Más adelante se produce un aumento lento

4.

Shock cardiogénico, en el cual se altera la capacidad del cora-

del número de hematíes, que puede tardar varias semanas en ñor-

zón para bom bear sangre. Este tip o de shock constituye una

malizarse. La hormona eritropoyetin a estimula el increm ento de

forma de insuficiencia cardíaca, y se exp on e en el capítulo 31.

la producción de eritrocitos liberada por el riñón en respuesta a la hip oxia tisular.

,,,

, , .

,,

Shock h ip o v olé m ico

r

Ya se han descrito los ajustes circulatorios normales que ocurren

Shock

Cl

rculalorio

en respuesta al shock hem orrágico. La actuación clínica debe e li­ minar la causa de pérdida de sangre y compensarla mediante

El shock circulatorio ocurre cuando la circulación deja de perfun-

transfusión, si es posible. En el cuadro 28.2 se recoge una clasifi-

dir adecuadamente a los tejidos. Una v e z que se llega a esta fase

cación del shock hipovolém ico, en función de la intensidad de la

Cuadro 23.2

Clasificación del shock hipovolémico

La respuesta frente a la hemorragia depende de la cantidad de sangre que se pierde. N o obstante, la evaluación de la sangre perdida no es fácil. Las determinaciones de la hemoglobina en sangre o del hematócrito no son indicadores fiables de la pérdida de sangre en la hemorragia aguda. Estos parámetros no se modifican hasta que ha tenido lugar una redistribución significativa de los líquidos a partir del espacio intersticial, lo que puede tardar entre 24 y 36 h. No hay ningún parámetro que por sí mismo permita determinar fiablemente la intensidad de la pérdida de sangre, aunque la combinación de distintos signos clínicos permite clasificar el grado de hipovoiemía en cuatro categorías: Clase 1. La pérdida de sangre es inferior al 15% del volumen sanguineo (es decir, menos de 750 mi en un adulto). N o hay signos de shock. La pre­ sión arterial y la presión diferencial son normales, pero puede existir una taquicardia ligera. El tiempo de relleno capilar es normal (< 2 s). {Tiste parámetro se determina presionando la piel del paciente durante 5 s con una intensidad suficiente como para inducir su blanqueamiento, elim i­ nando después la presión y determinando el tiempo que tarda la piel en v o lv e r a presentar su color normal.) La respiración es normal y cl paciente se mantiene alerta. Los adultos sanos pueden soportar esta pérdida de sangre sin sufrir efectos importantes. En las donaciones de sangre se ex­ traen habitualmente 450 mi (una unidad de sangre). Clase II. Cuando la hemorragia da lugar a la pérdida del 15-30% del volumen sanguíneo, se hacen evidentes los signos clínicos del shock, t i pul­ so es rápido (la frecuencia cardiaca es superior a 100 lat./min) y la presión diastólica aumenta a consecuencia de la taquicardia, a pesar de que la presión sistòlica es normal. En consecuencia, disminuye la presión diferencial. Til tiempo de relleno capilar es mayor del normal (> 2 s). 1:1 paciente muestra palidez, sed intensa, ansiedad y respiración rápida (> 20 resp./min '). Una pérdida de sangre de esta intensidad no suele amenazar la vida del paciente. N o obstante, si la sangre perdida constituye más de aproximadamente el 20"o del volumen sanguíneo ( i 1 en el adulto y una canti­ dad proporcionalmente menor en el niño), se debe considerar la transfusión de sangre o la reposición del plasma. Clase I1T. Cuando la perdida de sangre representa cl 30-40% del volumen sanguíneo, el pulso es débil v generalmente ràpido. N o obstante, el pa­ ciente también puede presentar bradicardia (v. texto). I.a presión sistòlica es muy baja V el tiempo de relleno capilar es prolongado. La respira­ ción es rápida (> 20 resp./min ') y superficial. El paciente muestra confusión, letargo, palidez y piel húmeda v tria. En las personas de raza blan­ ca, la piel puede tener un aspecto cianòtico (azulado). I-a eliminación de orina es escasa (10-20 mi • h '). Clase IV. Cuando la pérdida de sangre supera el 40% del volumen sanguíneo, la presión sistòlica es muy baja: el paciente presenta taquicardia v una piel fría v pálida. La respiración es rápida y superficial. La eliminación de orina es inferior a 10 mi ■h 1y puede desaparecer por completo. El paciente aparece somnoliento y en un estado de confusión; puede quedar inconsciente. Con este grado de pérdida de sangre, el shock puede ser irreversible y es necesaria la aplicación de medidas urgentes para restablecer cl volumen circulante e impedir el colapso circulatorio. Si se sospecha un shock hipovolémico grave (clase IV), la situación del paciente se puede evaluar determinando la presión venosa central y su respuesta a una infusión rápida de 100-200 mi de suero salino. Si el paciente sufre hipovolemia hay pocas modificaciones en la presión venosa central, pero una mejora importante del rendimiento cardiovascular manifestada por la disminución de la frecuencia cardiaca y el incremento de la presión arterial.

•

: d;da. En algunas situaciones (p. ej., accidentes de tráfico y le-

bilidad capilar y la pérdida de líqu id o hacia el espacio intersticial.

nes en conflictos bélicos) no es posible realizar una transfusión

Este cuadro se conoce com o shock anafiláctico.

Zc sangre inmediata. En este caso, la infusión intravenosa de plas-

Cuadros de hipotensión grave con características similares a las

-r-j o sustitutos del plasma (com o solución salina al 0 ,9 % con un

del shock distributivo también se pueden observar tras la adminis­

aide com o poligelatina o dextrano de peso molecular alto) pro-

tración de anestésicos locales durante la anestesia epidural y la

T' rciona liqu id o para exp an dir el volum en circulante y , por tan-

anestesia espinal. La actividad de los nervios simpáticos queda blo­

contribuye a mantener una presión arterial y una perfusión ti­

queada y los vasos sanguíneos se dilatan. La hipotensión se puede

tular adecuadas.

contrarrestar mediante la administración del agonista (3 efedrina.

Cuando una quemadura ha dañado la piel, se pierd e líqu id o

En caso de infección bacteriana grave, la liberación de toxinas

. - en proteínas por la zona afectada. Esto equ ivale a una p èrdi­

a la sangre causa vasodilatación y la permeabilidad capilar aumen­

c i de plasma y , en consecuencia, el hem atócrito aumenta y el VCE

ta. Este tip o de shock distributivo se conoce com o shock séptico.

z - -. ¡ende. En pacientes con quemaduras graves, el descenso del

A l igual que el del shock hipovolém ico, el tratam iento del

CE puede ser suficiente para p rovocar un shock hip ovolém ico,

shock d istrib u tivo debe elim inar la causa de la vasodilatación y

_ ue se puede tratar mediante infusión de plasma.

restaurar el volum en circulante.

Shock d is trib u tiv o

Shock o b s tru ctiv o

El shock d istrib u tivo ocurre cuando el volum en sanguíneo es

Es d ebid o a la insuficiencia del retorno venoso o a que la sangre

normal pero el volum en del sistema circulatorio aumenta como

no puede llegar adecuadamente al corazón. La restricción del re­

resultado de una vasodilatación generalizada. En este caso, el gas­

to m o venoso puede ser consecuencia directa de una em bolia pul­

to cardiaco resulta insuficiente para mantener una presión arte­

monar intensa, con limitación del flu jo sanguíneo en la circula­

rial y una perfusión tisular adecuadas. Este tipo de shock puede

ción pulmonar. En los casos de inflam ación del pericardio (peri

beberse a una experiencia emocional potente (duelo o temor ex-

carditis), el líq u id o se puede acumular en el saco pericárdico

-remos) que inhiba fuertem ente la actividad simpática. Este cua­

(derram e pericárdico) y el propio pericardio se distiende. A m e­

dro se conoce com o shock neu rogé nica. El shock d istrib u tivo pue-

dida que se acumula el Liquido, aumenta la presión en la parte

¿e aparecer también cuando una persona entra en contacto con

externa del corazón im pidiendo el llenado adecuado de los ven­

un antígeno frente al que ya estaba sensibilizado previam ente. La

trículos durante la díástole. El resultado es la disminución del

reacción consiguiente libera histamina en grandes cantidades y

gasto cardiaco. Este proceso se denomina taponamiento cardiaco

vjiisa una vasodilatación periférica intensa. Aum entan la permea-

y se acompaña de aumento de la presión yugu lar (v . cap. 15).

Resumen

28.6 Edema

Ij respuesta del organismo frente a una hemorragia depende del vo­ lumen de sangre perdida. En caso de hemorragia leve o moderada, la

El edema consiste en una acumulación anormal de líqu id o en el

presión arterial se mantiene mediante un aumento de la actividad simpática. Se incrementan la frecuencia cardiaca, la resistencia peri­ férica y el tono venoso. En consecuencia, el gasto cardíaco es sufi­ ciente para mantener la presión arterial. Cuando la pérdida de san­

espacio intersticial. Está causado p or alteraciones de las fuerzas

gre supera el 20%. la frecuencia cardiaca y la presión arterial caen, y el paciente se desmaya. El flujo de sangre hacia el encéfalo y el co­ 2.

razón disminuye, con consecuencias potencialmcnte muy graves. Después de una hemorragia, el volumen sanguíneo se restaura progresivamente mediante diversos ajustes. La vasoconstricción desplaza el equilibrio de las fuerzas de Starling a favor de la cap­ tación de líquido desde el intersticio hacia el plasma, y el aumen­ to de los niveles circulantes de angiotcnsina II y aldosterona fa­ vorece la retención de sodio y el aumento de la sed. Estos cambios tienden a restaurar el VCE. Durante los días siguientes, el hígado

3.

de Starling, producidas por diversas patologías. Como ya se ha m encionado (v . cap. 15), cuando la presión hidrostática capilar supera la suma de la presión oncótica plasmática y la presión hi­ drostática de los tejidos, el liqu id o se desplaza desde el plasma ha­ cia el intersticio. Cuando la suma de la presión oncótica plasmáti­ ca y la presión hidrostática tisular supera la presión hidrostática en los capilares, el liq u id o pasa de los tejidos al plasma. En condi­ ciones normales, pasan del sistema circulatorio al intersticio alre­ dedor de 8 1 de líq u id o diarios. De ellos, unos 4 1son reabsorbidos por la circulación de los tejidos y los ganglios linfáticos, y el res­ to retorna a la circulación en forma de linfa a través del conducto torácico hacia la vena subclavia izquierda.

restablece las proteínas plasmáticas perdidas. La restauración del

Normalm ente, el tono de las arteriolas aferentes regula de fo r­

número de hematíes puede tardar varias semanas. Si el volumen circulante es insuficiente para perfundir adecuada­

ma estricta la presión hidrostática de los capilares, y la presión ca­

mente los tejidos, aparece el shock circulatorio. A menos que se administre un tratamiento de forma precoz se pone en marcha un circulo vicioso, en que se acumulan metabolitos locales y aumen­ ta la vasodilatación, acentuándose así el desequilibrio entre el VCE y la capacidad de la circulación. Los tipos principales de shock circulatorio son el hipovolémico, el distributivo, el obs­ tructivo y el cardiogénico.

pilar media depende de la presión venosa y de la relación entre las resistencias precapilar y poscapllar. Un pequeño aumento de la presión venosa tiene un efecto desproporcionadam ente grande sobre la presión capilar y la absorción de líqu id o tisular (cuadro 28.3). Así, cuando la presión venosa aumenta com o resultado de una trom bosis venosa o de la insuficiencia cardíaca derecha cró­ nica, la presión hidrostática media de los capilares se eleva, y pasa más liqu id o desde el plasma hacia los tejidos. El descenso resul-

628

28 Regulación del volumen de liquido corporal

T

Cuadro 28.3

Fuerzas de Starling y edema

La dirección del movimiento de líquidos entre un capilar y el líquido intersticial que le rodea depende de cuatro factores (fuerzas de Starling; v. cuadro 15.7): 1.

La presión capilar ( P ).

2.

La presión intersticial (P,).

3.

La presión oncótica ejercida por las proteínas plasmáticas (Í1J.

4.

La presión coloidosmótica ejercida por las proteínas existentes en el líquido intersticial (11,).

La suma algebraica P, de las distintas presiones corresponde a la presión de filtración neta, que viene dada por

p , = (p£- j »,)-{r r - n j

fi]

La presión capilar depende de la presión existente en las arterias, de la presión venosa y del cociente entre la resistencia precapilar y la resisten­ cia poscapilar (R J R v). Esta relación se puede determinar de la manera siguiente. El flujo sanguíneo desde una arteria hasta el punto medio de un capilar depende de la diferencia de presión y de la resistencia precapilar (v. cuadro 15.3): p . - p* flujo sanguíneo = — De la misma manera, el flujo sanguíneo desde el punto medio de un capilar hasta una vena es: Pc - Pv flujo sanguíneo = -------Dado que la práctica totalidad de la sangre que entra en los capilares sale de los mismos a través de las venas (sólo una proporción muy pequeña alcanza el sistema de drenaje linfático).

X.

«v

Que nos permite determinar la presión capilar:

P ,=

RJ

1+t Normalmente, la resistencia precapilar Ráes aproximadamente cuatro veces superior a la resistencia poscapilar í?v, y la presión capilar se deter­ mina principalmente mediante la resistencia arteriolar. Una consecuencia importante de esta relación es el hecho de que un pequeño incremento de la presión venosa da lugar a un efecto desproporcionadamente intenso sobre la presión capilar (v. más adelante). Por tanto, cuando aumenta la presión venosa, se incrementa la presión capilar P ( media y predomina la filtración sobre la absorción. La acumulación de liquido en los tejidos origina edema. Sin embargo, el edema en los tejidos incrementa la presión intersticial y, así, reduce la presión de filtración neta. Se establece un nuevo equilibrio de manera que se impide una acumulación mayor de líquido en los tejidos. La disminución de la presión oncótica del plasma incrementa la presión de filtración neta y se puede acumular líquido en los tejidos. En la prác­ tica, no aparece edema hasta que el contenido proteico del plasma disminuye por debajo de aproximadamente 30 g • 1 ' Esta disminución de las proteínas puede ser debida a insuficiencia hepática, proteinuria, malabsorción o malnutrición. Si aumenta la presión osmótica coloide que ejercen las proteínas en el intersticio (p. ej., debido a un incremento de la permeabilidad capilar a consecuencia de una reacción inflamatoria), también aumenta la presión de filtración neta debido a que la presencia de proteínas adicionales en el liquido intersticial disminuye la fuerza osmótica, con extracción de líquido desde el intersticio hasta el plasma. Ejemplo práctico Supongamos que la presión arterial es 13,3 kPa (100 mmHg), la presión venosa, 0,67 kPa (5 mmHg) y la resistencia precapilar, cuatro veces ma­ yor que la resistencia poscapilar. La aplicación de estos valores en la ecuación [2] nos da la presión capilar: 13.3 + (0,67X4) Pc = ------- ------------- = 3,2 kPa (24 mmHg) Si la presión venosa aumenta hasta 1,33 kPa (10 mmHg), la presión capilar se incrementa hasta: 13.3 + (1,33X4) Pr = ------------------- - = 3,73 kPa (28 mmHg) Por tanto, la duplicación de la presión venosa da lugar a un incremento de la presión capilar de 0,53 kPa (alrededor de 4 mmHg). Este incremen­ to contribuye a la presión de filtración neta que, por tanto, aumenta proporcionalmente más que la presión venosa, incrementando así la tasa de filtración de liquido. Si los linfáticos muestran exceso de liquido, la región afectada presenta edema.

629

28.6 Edema ........ ......................... ......

I

tante del volum en plasmático se refleja en un descenso del VCE, lo que, a su vez, origina retención de sodio y agua por los meca­ nismos discutidos anteriorm ente. Se establece así una situación en que es posible la acumulación progresiva de líqu id o en los te­ jidos. A medida que se acumula líqu id o en los tejidos, la presión hidrostática aumenta y se opone a que entre más líqu id o en el es­ pacio intersticial, con lo que se establece un n u evo equ ilib rio en­ tre el plasma y el volum en de líqu id o intersticial. T en ien d o en cuenta que alrededor del 50% del líq u id o que circula entre el plasma y el espacio intersticial vu e lv e al torrente circulatorio a través del drenaje linfático (v . cap. 15), cualquier obstrucción del flu jo de linfa conducirá a la acumulación de lí­ qu id o en la región afectada. En los países industrializados de Eu­ ropa occidental y Norteam érica, la insuficiencia linfática es relati­ vam ente rara; se observa, por ejem plo, cuando los ganglios linfá­ ticos han sido dañados durante una cirugía radical (fig . 28-8) o invadidos p or un tumor canceroso (linfom as). En los países del T ercer M undo, la causa del edema por obstrucción de la circula­ Fig. 28-8. Linfedcma grave en el brazo izquierdo tras cirugía radical en el tratamiento del cáncer de mama.

ción linfática suele ser la invasión de los ganglios linfáticos por nematodos parásitos (fila ria sis). Esto conduce a la obstrucción del flu jo de linfa en las extrem idades y el escroto, que se manifiesta con un gran edema (linfedem a), que recibe la denom inación de elefantiasis. El edema ocurre también cuando la presión oncótica plasmá­ tica es baja. En esta situación aumenta la presión de filtración neta y se acumula líqu id o en los tejidos. Esto puede suceder en casos de nefritis, una enferm edad en la que los capilares glom erulares renales se v u elven anormalmente permeables a la albúmina y a otras proteínas plasmáticas, y esas proteínas se pierden por la ori­ na. El edema tam bién puede aparecer cuando el hígado es incapaz de sintetizar cantidades adecuadas de proteínas plasmáticas. En­ contramos una situación similar en pacientes con desnutrición in­ tensa, incluso cuando la dieta es rica en hidratos de carbono pero pobre en proteínas (lo que origina una enferm edad conocida com o kw ashiorkor; fig. 28-9). La liberación de ciertos mediadores locales com o la histamina hace que los capilares pueden hacerse permeables a la albúmina y otras proteínas plasmáticas. El resultado es un increm ento de la presión de filtración neta de los capilares con acumulación de lí­ qu id o en la zona afectada. La tum efacción local que acompaña a las picaduras de insectos se debe a este mecanismo. El edema sistèmico comienza en las partes inferiores del cuerpo (las regiones declives), sobre todo en los tobillos, puesto que

imi i I m HI u

la presión venosa en la piernas aumenta durante una posición ortostática prolongada. El edema maleolar se puede distinguir de la

• M A tifU .)N ,4 t A I o l i N.o p in i «In •m lm i/m

h'm wo

grasa tisular ejerciendo una presión firm e con un dedo en el área afectada durante un período breve. Si existe edema, la presión for­ zará el líqu id o hacia fuera y después de quitar el dedo quedará una depresión en la piel durante algún tiem po (edema con fòvea; fig. 28-10). Si la tumefacción se debe simplemente a tejid o adipo­ so, la zona recupera su forma en cuanto se elimina la presión. En el in d ivid u o normal puede aparecer un edema hidrostático cuando los músculos de las piernas perm anecen relativam ente inactivos y , p or tanto, la bomba muscular con tribuye p oco al re­ torno venoso de la parte in ferior del cuerpo. En esas circunstan­ Fig. 28-9. Aspecto de un niño con kwashiorkor. Se puede observar el edema generalizado, especialmente con hinchazón del abdomen.

cias se producen un estancamiento venoso y una tum efacción de los tobillos. Esta situación está exacerbada en las personas con ve-

63 0

28 Reguloción del volumen de liquido corporal

Fig. 28-10.

Ejemplo de edema con fòvea.

ñas varicosas, en las que las paredes venosas han sufrido una dis­

cente. A pesar de todo, puede ser deseable elim inar directamente

tensión que ha hecho que sus válvulas sean incompetentes. El e x ­

el edema, lo que se puede conseguir m ediante la administración

ceso de líqu id o acumulado se elimina con rapidez tras un período

de fármacos que favorecen la pérdida de sodio y agua a través de

breve de reposo en posición horizontal, o con un ejercicio ligero.

la orina. Puesto que inducen un aumento de la diuresis, esos fár­

Los líquidos de los espacios serosos están separados del líqu i­

macos se conocen com o diuréticos. Éstos se clasifican de acuerdo

do extracelular p or una capa epitelial. Entre estos líquidos sero­

con su mecanismo de acción. Los diuréticos pueden actuar de fo r ­

sos se incluyen los de los espacios pleural y peritoneal. Estos lí­

ma indirecta — ejerciendo un efecto osm ótico suficiente para in­

quidos son, en esencia, ultrafiltrados del plasma, y su formación

h ibir la reabsorción de agua y cloruro sódico en los túbulos rena­

está determinada por las fuerzas de Starling. En condiciones nor­

les— o directam ente

males, la cantidad de líqu id o presente en esos espacios es relati­

partes de la nefrona

vam ente pequeña, pero en ciertos estados patológicos se acumula

puede tratar con diuréticos.

inh ibien do el transporte activo en varias . Destaca el hecho de que el linfedem a no se

de manera anormal. Por ejem plo, el volum en de líquido conteni­

Los diuréticos osmóticos, com o el azúcar m anitol, se filtran en

do entre la membrana pleural visceral y la pleural parietal es, nor­

el glom érulo, pero las células del túbulo proxim al no los trans­

malmente, de unos 10 mi; pero cuando la form ación de liqu id o su­

portan. En consecuencia, con form e se transportan otras sustan­

pera a su reabsorción, el líq u id o se acumula entre las dos mem­

cias y dism inuye la p rop orción del volum en filtra d o original, el

branas pleurales, dando lugar a lo que se conoce com o derrame

d iurético se acumula hasta ejercer una presión osmótica suficien­

pleural.

te para inh ibir la reabsorción tubular. Puesto que la reabsorción

La acumulación de cantidades excesivas de líqu id o en la c avi­

por el túbulo proxim al es isoosm ótica, la disminución de la reab­

dad peritoneal, conocida com o ascitis, puede deberse a un au­

sorción de líqu id o hace que llegue más sodio a la nefrona distal y

mento de la presión dentro del circuito venoso hepático, a una

su excreción aumenta. A sí pues, se pierden tanto sodio com o

obstrucción del flu jo linfático en el hígado o a una disminución

agua. A pesar de todo, dado que la capacidad de la nefrona dis­

excesiva de la albúmina plasmática (tal com o en el kwashiorkor;

tal para transportar sodio aumenta al hacerlo la carga de sodio

v. anteriorm ente). La ascitis se puede encontrar tam bién en pa­

(feedback glom erulotubular; v. cap. 17), el increm ento de la e x ­

cientes con insuficiencia cardíaca izquierda, en la que se incre­

creción de agua no se acompaña de un aumento equivalen te de la

menta la presión dentro de las venas sistémicas.

excreción de sodio. En consecuencia, los diuréticos osmóticos son más efec tiv o s para aumentar la excreción de agua que la de sodio.

El edem a se puede tratar con fármacos qu e in h ib en la reabsorción de sodio por la nefrona: fármacos diuréticos y sus lugares de acción

Los diuréticos de asa, com o la furosemida, son los prototipos de los diuréticos que actúan in h ibien do el transporte activo. Es­ tos fármacos inhiben el cotransporte de sodio, potasio y cloro en la rama ascendente gruesa del asa de H enle (v . cap. 17). A l pare­ cer sólo actúan desde el lado luminal del túbulo. La inhibición de ese transporte dism inuye la capacidad de la nefrona para concen­

De acuerdo con lo expuesto en el apartado anterior, está claro que

trar la orina. A sí pues, los diuréticos de asa tienen un efecto do­

el edema se puede deber a diversas patologías. El tratam iento e fi­

ble: aumentan la excreción de sodio mediante inhibición del

caz requiere la identificación y la elim inación de la causa subya­

transporte de cloruro sódico e incrementan la perdida de agua

Respuestas

por una alteración del mecanismo de contracorriente. Son los diu­ réticos más potentes disponibles para uso clínico, e inducen un

!

631

Kumar P, Clark M, editors. Clinical medicine (caps. 10 y 13). 4th ed. London: W.B. Saunders, 1998.

aumento pronunciado de la excreción de sodio (natriuresis). Una de las consecuencias de la inhibición del cotransporte de

Problemas cuantitativos

sodio, potasio y cloruro en la rama ascendente gruesa es el au­ mento de la excreción de potasio. A menos que este efecto se v i­ g ile de forma cuidadosa, se alterará el equ ilib rio de potasio y es posible que se desarrollen arritmias cardíacas. Para evitar esta com plicación, se han introdu cido varios diuréticos ahorradores de potasio. Estos fármacos (p. ej., am ilorida) actúan sobre el túbulo distal, los túbulos conectores y los túbulos colectores, inhi­ biendo la reabsorción de sodio y la secreción de potasio. El diuré­ tico espironolactona ejerce su efecto sobre el túbulo distal antagonizando el efecto de retención de sodio de la aldosterona.

1. Un paciente de 65 kg de peso recib ió una inyección de 10 mi de solución de azul de Evans al 1 % (peso/volum en). Después de 10 min se le extrajo una muestra de sangre y se encontró que contenía 0,037 mg ■m i"1 del colorante. a. ¿Cuál es el volum en plasmático? b. Si el in d ivid u o tiene un hem atócrito del 4 5 % , ¿cuál es su volum en sanguíneo? c. ¿Están estos valores dentro del rango normal? 2. Un paciente recibió una infusión intravenosa de 10 g de inuli-

Resumen 1.

2.

na marcada con l4C y 10 mi de *H,0. A l cabo de 90 min, la con­

... ............... ... — ......... ' El edema se produce cuando existe una acumulación anormal de lí­

centración plasmática de inulina era de 0,3 mg • mi-1, y la de

quido en los tejidos. Las causas pueden ser diversas. Las alteracio­ nes del equilibrio de las fuerzas de Starling, como el aumento de la presión capilar o de la presión venosa central, darán lugar a edema, y lo mismo sucede con la reducción de la presión oncótica plasmá­

mismo período, el in d ivid u o excretó por la orina 5,2 g de inu­

tica. Además, el edema se puede deber a obstrucción linfática. El edema se puede tratar mediante administración de fármacos

3H ,0 era equivalente a 0,18 (ti • mi“1 de plasma. A lo largo del lina y 2,26 mi de lH ,0 . Calcular: a. El agua corporal total. b. El volum en extracelular. c. El volu m en intracelular.

conocidos como diuréticos, que favorecen la excreción de agua y de sodio. El aumento aislado de la excreción de agua no se seria suficiente para eliminar el líquido acumulado. El mecanismo de

d. Asum iendo que el paciente era un hom bre adulto normal,

acción de los diuréticos puede ser directo, por inhibición del transporte de sodio en la nefrona (p. ej., diuréticos de asa, como la furosemida). o indirecio, por modificación del filtrado (diuréti­

3. Un m inero que pesa 75 kg pierde 4 1 de sudor durante su tra­

cos osmóticos, como el manitol). El linfedema no se puede tratar con diuréticos.

será la osm olalidad de los líquidos corporales después de

¿cuál sería su peso corporal aproxim ado?

bajo diario. a. Si el sudor contiene 50 mmol • 1 1 de cloruro sódico, ¿cuál terminar el trabajo? b. Si el in d iv id u o compensa el líqu id o perd id o m ediante la in­

Bibliografía recomendada

gestión de agua pura, ¿cuál será la osmolalidad del líqu id o tisular? (La osmolaridad inicial de los fluidos corporales se puede aceptar com o equivalente a 290 mosmol ■ 1~‘ de clo­

F is io lo g ía de los líq u id o s corpora les Koppen BM, Stanton BA. Renal physiology (caps. 1, 5, 6 y 10). St.

ruro sódico, y el agua corporal total representa inicialmente el 6 0 % del peso corporal.)

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Respuestas

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MM

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I I

b. 4,91 1. c. Sí 2. a. 43 1. b. 16 1.

F is io lo g ía c lín ica y m edicina

• M A ’ i'l» >N, D A

1. a. 2,701.

c. 27 1. d. 72 kg. 3. a. 308 mosmol b. 281 mosmol

29 Equilibrio ácido-base El objetivo del presente capítulo es explicar: •

La fisicoquímica de los ácidos, las bases y los iones hidrógeno

•

La escala de pH como expresión de la concentración de iones hidrógeno

•

El papel de los amortiguadores o neutralizadores fisiológicos en el mantenimiento del pH de los líquidos corporales

•

Los factores fisicoquímicos que determinan la concentración de iones hidrógeno en las soluciones fisiológicas

•

Los principales mecanismos fisiológicos que regulan el pH de los líquidos corporales

•

Las alteraciones más frecuentes del metabolismo ácido-base

•

Los mecanismos compensatorios utilizados por el organismo para minimizar los efectos de las alteraciones del equilibrio ácido-base

E quilibrio ácido-base

29.1 Introducción

29.2 Fisicoquímica del equilibrio ácido-base

Aunque el organism o produce continuamente C 0 2 y ácidos no

Iones h id ró g en o en solución y escala de pH

volátiles com o consecuencia de la actividad metabòlica, la con­ centración sanguínea de iones hidrógeno libres [H'| normalmen­ te se mantiene entre 40 y 45 nmol • 1"‘ (40-45 X 10‘9 mol • 1 '). Esto corresponde a un pH sanguíneo com prendido entre 7,35 y 7,4 (los valores que en general se consideran com patibles con la vida van desde 6,8 hasta 7,7). Esta regulación se logra de dos formas: los io­ nes h id rógeno son am ortiguados por otras moléculas en un pro­

Históricam ente, la concentración de iones hidrógeno de los líq u i­ dos corporales se ha expresado en unidades de pH. El p H de una solución es el logaritm o en base 10 de la inversa de la concentra­ ción de iones hidrógeno: p H = lo g 10|j^-j-|

ceso conocido com o neutralización, y posteriorm ente se eliminan

[29.1a]

del organism o ju n to con otros productos ácidos. E l concepto de equilibrio ácido-base hace referencia a los procesos que mantienen la

N o obstante, dado que:

concentración de iones hidrógeno de los líquidos corporales dentro de l0 g i ^ ) = - l08i° [ « ]

sus lím ites normales. Com prender estos procesos proporciona la base de una estrategia racional para el tratam iento clínico de las

p H = - lo g , 0 [H -]

alteraciones del equ ilib rio ácido-base. La importancia de la concentración de iones hidrógeno en la regulación de las funciones del organismo puede no apreciarse tan

© M A fiM U N , í* A í oUX «i|tuu «in m i l i t i u* un Ooliti.»

fácilmente como la de otros iones, com o el sodio y el potasio, que

[29.1b]

Por consiguiente, una defin ición alternativa que se usa frecuente­ mente es la que considera el p H de una solución com o el logarit­ mo negativo de la concentración de iones hidrógeno. El cambio

están presentes en concentraciones mucho mayores y desempeñan

de una unidad de pH corresponde a un cambio diez veces m ayor

un im portante papel en la fisiología celular. Sin embargo, los cam­

(logarítm ico) de la concentración de iones hidrógeno (porque

bios en la concentración de iones hidrógeno de los líquidos corpo­

lo g 1010 = 1 ) . A u n qu e la notación del p H es conveniente para e x ­

rales pueden tener profundas consecuencias en la fisiología celu­

presar unos lím ites amplios de concentración, induce cierta con­

lar, ya que los iones hidrógeno pueden unirse a grupos cargados

fusión, porque una disminución del p H refleja un aumento de la

(p. ej., carboxilo, fosfato e im idazol) de las proteínas. Cuando los

concentración de iones hidrógeno, y viceversa.

iones hidrógeno se han unido o se han separado de una proteína,

Para calcular el p H de una solución con una concentración co­

la carga iónica neta de ésta cambia, y esto altera su función. Para

nocida de iones hidrógeno, hay que obtener el logaritm o de la

poner un ejem plo espectacular, la actividad de la enzima fosfo-

concentración de iones hidrógeno, [H~] (en mol ■ 1 '), y cambiarle

fructocinasa (una enzima reguladora clave en la vía glucolítica) au­

el signo. Para con vertir el p H en [H~] lib re se utiliza la relación si­

menta casi 20 veces a medida que la concentración de iones hidró­

guiente:

geno dism inuye desde aproxim adam ente 80 x 10'’ hasta 60 x 10"“ [H~] = 1 0 »H

mol • 1~' (que corresponde a un incremento de unas 0,1 unidades de pH, desde aproxim adam ente 7,1 hasta 7,2). Las funciones de muchas otras proteínas también se ven afectadas por la concentra­ ción existente de iones hidrógeno, aunque la m ayoría no son tan extremadamente sensibles como la fosfofructocinasa. Este capítulo está organizado de m odo que prim ero se descri­ be la fisicoquím ica básica de ácidos y bases y, a continuación, la acción am ortiguadora de los iones hidrógeno. Se han incluido es­ tos temas para facilitar la com prensión, pero pueden om itirse en una primera lectura. Después se describen los mecanismos fisioló­ gicos de la regulación del pH y, finalm ente, las alteraciones del e qu ilib rio ácido-base y su evaluación clínica.

Por consiguiente, si el pH de una muestra sanguínea es de 7,4 (un valor normal), la [H T] es de 10 74 mol • 1 1o de 39,8 x 10'‘) mol ■l"1. Si una muestra de orina tiene un pH de 5, la [H^] es de 10 5 m ol • T 1. Obsérvese que la diferencia de 2,4 unidades en el p H entre es­ tas dos muestras corresponde a una diferencia de 250 veces en la concentración de iones hidrógeno. Una solución neutra es una solución en la que las concentra­ ciones de iones hidrógeno e h id rox ilo son iguales. Cuando se d i­ socia agua pura, se producen ambos iones en igual cantidad: H ,0

[H ] + [OH-]

636

29 Equilibrio ácido-base

Ap lican d o la ley de la acción de masas:

Asim ism o, la disociación de una base débil puede represen­ tarse del siguiente modo:

[H ] • [OH K. = -

[29.2]

BH

[H2C)| donde Kw es la constante de disociación del agua. Sin embargo,

t=i B + H

La constante de disociación del ácido (JCJ se define como:

com o el agua no disociada está presente en concentraciones mu­

|H1 • [A ]

cho m ayores (alrededor de 55,5 mol • 1 ') que los iones H " y O H ' 3

(qu e están presentes en concentraciones de 100 x 10 “ m ol • 1~'), la

[29.41

[H A ]

ionización del agua prácticamente carece de efecto sobre la con­

y por analogía con el pH el valor de p K:¡ para un ácido o base se

centración de agua n o ionizada, de m odo que la ecuación 29.2

d efin e como:

puede sim plificarse en:

1 r w= [H +] • [O H ]

= logio

|29.3|

donde K 'w equ ivale a 10 M (m ol • 1 ' ) 1 a 25 °C.

[29.5]

108111 K‘

"

y

Los ácidos tienen valores de p K) inferiores a la neutralidad (es

Como [H ] = [OH ],

decir, de menos de 7} y las bases tienen valores de pAT, superiores a la neutralidad (tabla 29-1).

[H ] =

La ecuación 29.4 puede reescribirse del siguiente modo:

de m odo qu e para el agua pura:

1

[H ']= 1 0 7 mol • 1 7

_

[H ]

1

[A ]

A,

[H A ]

[29.6]

y el p H es: A p lican d o logaritm os se obtiene la siguiente ecuación:

p H = - I o g IO[10 1 = 7,0 De esto se deduce que, a 25 °C, una solución neutra tiene un pH

[A l

P H = pKa+ l o g 1,

de 7,0. El valor de K ’n depende de la temperatura. A temperatura corporal es de 10 n,fi (m ol • 1 ')2, de m odo que a esta temperatura

[29.7]

[H A ]

que puede escribirse como:

el pH es de 6,8. Las soluciones acidas tienen un p H in ferior al valor

[base]

de la neutralidad, es decir, de menos de 7 a 25 °C o de menos de 6,8

pH = p

+ log l,

a 37 °C, mientras que las soluciones alcalinas tienen un p H mayor

[29.8]

[ácido]

Esta im portante relación se conoce com o ecuación de Hender-

que el de la neutralidad.

son-Hasselbalch. Expresa que para cualquier ácido débil (o base débil) el cociente entre la concentración de la base [A ] y la del

Los ácidos débiles y las bases débiles sólo se ionizan parcialmente en solución acuosa

ácido no disociado [H A ] está determ inado por el pH de la solu­ ción. Cuando las concentraciones de ácido y de su base conjugada son iguales, el p H es igual a la pA", (puesto que [base]/[ácido] = 1 Y l°§ io 1 = 0)- Además, si se determ ina la pKa, se conocen dos va­ riables que definirán la tercera.

Desde el punto de vista fisiológico, un ácido es una sustancia que cede iones h id rógen o o protones en solución, y una base es una sustancia que gana protones o iones hidrógeno. Los ácidos y las

Tabla 29-1. comunes

Valores de la pKa de algunos ácidos y bases débiles

bases se clasifican com o débiles o fuertes de acuerdo con su gra­ do de disociación en solución. Los ácidos fuertes — com o el ácido clorhídrico (HCl)— y las bases fuertes

Ácido

Nombre

Base conjugada

p K.

com o el h id róx id o de so­

d io (N aO H )— se disocian p or com pleto en solución, mientras que

Acid o acetoacético

CHjCOCH.COOH

CH,COCH,COO

los ácidos débiles — com o el dihid rógen o fosfato (H 2PO 4) — y las

A cid o láctico

CH,CH(OH)COOH

CHjCH(OH)COO

3,86

bases débiles — com o el h id róx id o am ónico (N H 4OH)— sólo se d i­

A cid o acético

CH,COOH

CH,COO“

4,75

socian parcialmente. Por consiguiente, cuando se añade el hidró­

Á cid o carbónico

HXO,

HCO.

6,1

x id o sódico al agua, sólo hay iones sodio e hid roxilo. En la solu­

Dihidrógeno fosfato

h ,p o 4

H.PO-:

6,8

ción no hay moléculas neutras de h id róx id o sódico. De forma si­ milar,

cuando se añade ácido clorhid rico al agua,

Imidazol 1 —

1

sólo se

!—

1

6,95

V

encuentran iones hidrógeno y iones cloruro. Por el contrario, la CH

disociación de un ácido débil puede representarse m ediante la si­ Am onio

guiente ecuación:

3,6

nh

;

CH NHj

9,25

La tabla está ordenada según la potencia del ácido, de m odo qu e los ácidos

HA

H -+ A

más fuertes (q u e tienen los menores valores de p £ ) se encuentran en la parte superior. O bsérvese qu e mientras que el am onio es un ácido m uy débil (con un

Obsérvese que cuando un ácido débil se disocia, genera un anión

va lo r elevad o de pÁ'J su base conjugada (amoníaco) es una base moderadamen­

[A ], que se conoce com o base conjugada de dicho ácido.

te fuerte.

29.3 ¿Qué factores determinan el pH de una solución acuosa?

Resumen

637

dosis respiratoria. Y al contrario, si se incrementa la ventilación alveolar, la PaC 02 disminuirá, así com o las concentraciones plas­

1.

La acidez de una solución está determinada por su concentración

máticas de iones hidrógeno (alcalosis respiratoria).

de iones hidrógeno; cuanto mayor es la concentración de iones hidrógeno, más acida es la solución. 2.

El grado de acidez se expresa con frecuencia utilizando la escala de pH. El agua pura es neutra desde un punto de vista acidobásico y tiene un pH de 7 a 25 °C. Un ácido cede iones hidrógeno en

Los sistemas am ortiguadores del ion h id ró g e n o en los líq u id os corporales

solución, y una base los capta. 3. 4.

Las soluciones ácidas tienen valores de pH inferiores a 7 y las so­

A partir de los datos descritos en el apartado anterior, es evidente

luciones alcalinas tienen valores de pH superiores a 7.

que, cuando se añade un ácido o una base a una solución acuosa, la

En solución acuosa, los ácidos y las bases fuertes se disocian por

magnitud del cambio en la concentración de iones hidrógeno (o el

completo en sus iones constituyentes. Los ácidos y bases débiles sólo se disocian parcialmente y el grado de disociación depende de la concentración de iones hidrógeno. El cociente entre la con­ centración del ácido débil disociado y la del ácido no disociado puede calcularse a partir de la ecuación de Henderson-Hasselbalch.

cambio del pH ) dependerá de la naturaleza y de la cantidad de otras sustancias ionizables presentes. Cuando el cambio en la concentra­ ción de iones hidrógeno es inferior a la cantidad de ácido o base aña­ dida, se afirma que la solución está amortiguada y las sustancias res­ ponsables de este efecto se denominan tampones o amortiguadores (para más detalles sobre cómo funciona un tampón, v. cuadro 29.2).

29.3 ¿Qué factores determinan el pH de una solución acuosa?

Los tampones o amortiguadores más importantes en la sangre total desde un punto de vista cuantitativo son el bicarbonato del plasma y la hem oglobina de los hematíes (tabla 29-2). La neutrali­ zación del líquido extracelular se debe, principalmente, al bicarbo­

Antes de describir detalladamente los mecanismos que regulan la concentración de iones hidrógeno en el plasma, es im portante es­ tablecer los factores que determ inan el pH de las soluciones acuo­ sas (para más detalles, v. cuadro 29.1). Con una temperatura cons­ tante, la concentración de iones hidrógeno de cualquier solución fisiológica está determinada por: 1.

2.

las proteínas, los fosfatos orgánicos e inorgánicos y el bicarbonato. La eficacia de cualquier am ortiguador depende de su concen­ tración y del valor de la p Ky En general, cuanto más se acerca la p Ka de un am ortiguador al pH del plasma, más eficaz es. Para el fosfato las reacciones de neutralización pueden resu­ mirse del siguiente modo: h 2p o

D iferencia entre la concentración total de cationes com pleta­

4

ít

+

h po

,,2-

mente disociados (cationes «fu e rte s », p. ej., N a*) y la de anio­

En esta reacción no se m odifica la cantidad total de fosfato

nes com pletamente disociados (aniones «fu e rte s », p. ej., C1).

([H P 0 42 ] + [H 2PO 4]). Cuando varía la concentración de iones hi­

Esta diferencia indica si existe un exceso de base fuerte o de

drógeno, solamente se altera el grado de ionización. Por consi­

ácido fuerte.

guiente, al añadir o elim inar iones hidrógeno se altera el cociente

Cantidad y valores de p Ki de los ácidos débiles presentes

[H 2P 0 -J / [H P 0 42 ].

(p. ej., iones fosfato y grupos ionizables de las proteínas). 3.

nato y al fosfato, y la neutralización intracelular la proporcionan

Presión parcial de d ió x id o de carbono (P C 0 2).

De form a similar, la reacción am ortiguadora para la hem oglo­ bina puede representarse m ediante la siguiente reacción: H Hb+ ^

Un cambio en uno o más de estos factores puede provocar altera­ ciones del equ ilib rio ácido-base. Cuando se mantienen constantes otros factores, com o la PCO,, los cambios en la diferencia entre la suma de todos los cationes

nes sucesivas. En prim er lugar, la disolución del C 0 2 en agua para form ar ácido carbónico: H 20 + C 0 2

com pletamente disociados y la suma de todos los aniones com ple­ tamente disociados alterarán la concentración de iones hidrógeno

secuencia, la concentración en plasma de aniones com pletamente disociados (sobre todo cloruro) aumenta en com paración con la de

H 2CO j

y después la ionización de ácido carbónico:

de una solución acuosa. P or ejem plo, en caso de diarrea, se pier­ den grandes cantidades de sodio a través de las heces. Como con­

H~ + H b

Para el sistema neutralizador de bicarbonato existen dos reaccio­

H ,C O s ± ; H ' + HCO , La concentración de ácido carbónico depende de la P C 0 2, de m odo que:

cationes com pletamente disociados (sobre todo sodio) y el plasma

[H 2COJ = a ■ P C 0 2

se v u elve más ácido, lo que da lugar a una acidosis mctabólica.

donde Ot es el cociente de solubilidad para el CO, en plasma (ley de

Si se mantiene constante la diferencia en la concentración de

H enry; v. cap. 16). La ecuación de Henderson-Hasselbalch para el

iones com pletamente disociados y aumenta la concentración

sistema neutralizador de bicarbonato puede escribirse como:

de ácidos débiles, com o sucede en una diabetes mellitus mal con­ trolada, el plasma se vo lv e rá más ácido.

[HCO'j] pH = 6,1 + l o g „

[a • P C 0 2

Finalmente, si se incrementa la PaCO, com o consecuencia de una ventilación alveolar deficiente, la concentración plasmática

donde 6,1 es la pK í para la disociación de ácido carbónico en plas­

de iones hidrógeno también aumentará, y se producirá una aci­

ma y a tiene un valor de 0,225 mmol • 1~‘ • kPa"‘ (o 0,03 mmol • 1~‘

638

79 Equilibrio ácido-base |

1

Cuadro 29.1

1

- .......

.........................

...............

¿Qué determina el pH de una solución?

En una solución fisiológica, la concentración de iones hidrogeno libres está determinada por una serie do equilibrios químicos simultáneos. Son los siguientes: 1.

La disociación del agua: H.O - [H-J + |OH ]

í j cantidad de H ' y de OH está determinada por la constante de equilibrio, de modo que:

= p n • [° H i 2.

La disociación de los ácidos débiles presentes. Estas reacciones pueden representarse mediante la ecuación siguiente. HA = H‘ + A

La cantidad total de ácido débil presente |TJ viene dada por: [ r j = |HA| * [A ] y el grado de disociación está determinado por la constante de equilibrio Kt: _ _ lH1 |A | *V, — “* |HA| En las soluciones fisiológicas, el ácido débil más importante es el ácido carbónico, derivado del CO. disuelto. La cantidad de acido carbónico for­ mado se relaciona directamente con la PC O,. 3.

Por último, para mantener la electroncutralidad. la concentración de todos los cationes debe ser igual a la de todos los aniones. Puesto que

los cationes y aniones completamente disociados no liberan ni se unen a iones hidrogeno, es conveniente establecer la diferencia entre la concen­ tración total de los cationes completamente disociados («cationes fuertes») y la concentración total de los aniones completamente disociados («aniones fuertes»). Esta diferencia de iones fuertes es la S, y se mide en mol • I"1: S = suma de todos los cationes «fuertes» - suma de todos los aniones «fuertes»

y; S + |H I = [OH I + [A | Esta relación puede expresarse como una ecuación con sólo la [H ] como variable. Dado que;

y dado que:

(|H-[ + KJ la |H‘ |libre viene dada por la solución de la ecuación siguiente:

K, ■ r,

[H | ------ -----------‘— * S = 0 [H-| ([H-J + AJ Aunque en este análisis simplificado se ha considerado un único ácido débil, el principio básico puede extenderse c incluir cualquier número de ácidos o bases débiles. En todos los casos, la relación básica sostiene que a temperatura constante la concentración de iones hidrógeno de cualquier so­ lución acuosa está determinada por la diferencia en la concentración de todos los aniones y cationes totalmente disociados, y p or las cantidades y cons­ tantes de disociación de los ácidos débiles y las bases débiles presentes.

Aunque está claro que la adición de un ácido debil o una base débil a una solución alterará las concentraciones de iones hidrógeno de dicha solución, to­ davía hay que explicar el papel de los iones fuertes en la determinación de la concentración de iones hidrógeno. Consideremos el efecto de añadir hidróxido de sodio al agua pura: los iones hidroxilo reaccionan con los iones hidrógeno formando agua, hasta que los iones hidrógeno v los iones de sodio añadidos se equilibran exaclamente con los iones hidroxilo libres. De hecho, los iones de sodio han reemplazado a los iones hidrógeno como principales transportadores de carga positiva. Obsérvese que la solución es alcalina porque la concentración de iones hidroxilo supera la de iones hidrógeno. Si pos­ teriormente se añade ácido clorhídrico, los iones hidrógeno del ácido clorhídrico reaccionarán con los iones hidroxilo formando agua, y la carga negati­ va de los iones cloruro reemplazará la de los iones hidroxilo. Si la concentración de iones de sodio ([Na* |) supera la de iones cloro {[Cl ]), la solución será alcalina; cuando la [Na’ |sea igual a la [Cl |. la solución será neutra (porque |H‘ |también debe ser igual a [OH [ para mantener la dectroneutralidad), y cuando la [Na ] sea menor que la [Cl |, la solución será acida.

639 — j--------

29.3 ¿0u¿ factor«; determinan el pH de una solución acuosa?

--------------------------------------- :-------------T ab la 29-2.

C antidad d e ion h id r ó g e n o a b s o rb id o p or los p rin c i­

La considerable contribución del bicarbonato a la capacidad

pales (am pon es d e la sangre a m ed id a qu e el p H san gu ín eo d ism i­

neutralizadora total de la sangre depende de la cantidad de bicar­

n u ye d esde 7,4 hasta 7,0 después de la a d ic ió n d e ácid o

bonato existente (24-26 mmol -1 ‘) y del hecho de que, cuando ab­ sorbe iones hidrógeno, se con vierte en ácido carbónico, que se di­

Tampón

Cantidad por litro de sangre

mmol de H absorbidos por litro

socia form ando d ióx id o de carbono y agua. Sabiendo que el exce­ so de d ió x id o de carbono estimulará los quim iorreceptores centrales, está claro que la ventilación alveolar aumentará y que

Bicarbonato Fosfato Proteínas plasmáticas Hemoglobina

25 mmol 1,25 mmol 40 g 150 g

Total

18“

el exceso de d ió x id o de carbono generado se excretará a través de

0,3

los pulmones. La PCO, en sangre se mantiene, por lo tanto, relati­

1,7

vam ente constante. La cantidad de ácido neutralizado de esta for­

8 28

“Se asume que el tampón bicarbonato opera en un sistema abierto, de m odo que pu ede eliminarse el CO, generado (cuadro 29.2).

ma es igual a la cantidad de bicarbonato que se pierde. Si se infunde lentamente un ácido en una vena, la disminu­ ción del p H sanguíneo es notablem ente insignificante, mucho más pequeña de lo que puede explicarse sólo a partir de los tam­ pones sanguíneos; la razón es la existencia de tampones en el lí­ qu ido intersticial y dentro de las células. La capacidad neutrali­ zadora total del organism o depende, p or lo tanto, de tres com po­

• m mHg '). Cuando la P C 0 2 es de 5,3 kPa (40 m m Hg), hay 5,3 x

nentes:

x 0,225 = 1,2 mmol de C 0 2 por litro de plasma. Puesto que el d ió x id o de carbono puede eliminarse de la solu­

•

Sistemas am ortiguadores o tampones sanguíneos, principal­

•

Sistemas am ortiguadores o tampones del líqu id o intersticial,

•

Sistemas am ortiguadores o tampones intracelulares, prin ci­

ción, un am ortiguador de bicarbonato tiene propiedades neutralizadoras del pH m uy diferentes a las del fosfato, cuando no se

mente hem oglobina y bicarbonato.

m odifica la cantidad total de tampón. Esta diferencia tiene im por­ tantes consecuencias sobre la eficiencia del sistema de neutraliza­

principalm ente bicarbonato.

ción CCX/HCO , en el conjunto del organismo. La cantidad de d ió­

palm ente fosfatos orgánicos (p. ej., A T P ) y proteínas.

x id o de carbono plasmático puede regularse mediante ventilación alveolar, con lo que se regula significativam ente el pH del plasma.

Pruebas experim entales sugieren que, después de una infu ­

Asi, la potencia neutra lizadora del sistema CO,/HCO } es mucho

sión de ácido, los fosfatos y las proteínas neutralizan más o menos

m ayor a un p H del plasma normal de lo que sugiere su pKs, que es

la mitad de los iones hidrógeno añadidos.

relativam ente baja (6,1) (cuadro 29.2).

Aun que esta neutralización de tod o el organism o es capaz de absorber grandes cantidades de iones h id rógeno en comparación con la cantidad total de iones hidrógeno libres presentes en el or­

Sistemas am ortigu adores en com binación: p r in c ip io isohídrico Cuando un am ortiguador reacciona con iones hidrógeno, el cam­

ganismo, sólo ofrece una defensa tem poral fren te a la producción ácida metabólica. E l mantenimiento del p H sanguíneo dentro de los lím ites normales depende, en últim o término, de la eliminación del exceso de ácido del organismo.

bio en la concentración de estos iones afecta al resto de reacciones de neutralización del mismo com partim ento corporal. Esto se co­ noce com o p rin cip io isohídrico. Conocer el estado de un am orti­

Resumen

guador fisiológico servirá, por lo tanto, para d efin ir los cambios en la concentración de iones hidrógeno que afectan a los restantes

1.

sistemas neutralizadores de dicho com partimento. En la práctica clínica, el estado de equ ilib rio ácido-base (en ocasiones llamado o|||itp

dos y la de aniones completamente disociados: la cantidad y los valores de pK, de los ácidos débiles presentes, y la PCOj. Un cam­

estado acidobásico) de los pacientes suele evaluarse determ inan­

im ••

do el pH arterial, la PCO, y la concentración de bicarbonato

nei »M/in)jnn

bio en cualquiera de estos factores dará lugar a un cambio en la concentración plasmática de H\

([HCO ,|), com o se explica en el texto. 2.

dio jutrioftoin

La neutralización de iones h id ró gen o estabiliza a corto plazo el pH plasmático

A temperatura constante, la concentración de iones hidrógeno ([H*]) en plasma está determinada por tres factores: la diferencia entre la concentración total de cationes completamente disocia­

Los ácidos y bases débiles del plasma son capaces de absorber parte de los iones hidrógeno que se forman como consecuencia del metabolismo; de este modo constituyen la primera línea de defensa frente a los cambios de la concentración plasmática de io­

| y •; N O M ;V W

En la sangre, los principales am ortiguadores o tampones internos

nes hidrógeno. Esto se conoce como neutralización. Entre todos los tampones presentes en el plasma y el liquido intersticial, el sistema amortiguador de dióxido de carbono/bicarbonato (o

son el fosfato inorgánico (H P O 2., y H ,PO „), el bicarbonato, las

CO,/HCO¡;) es cuantitativamente el más importante

proteínas plasmáticas y la hem oglobina de los hematíes. Como

porque es el más abundante y en parte porque el sistema respira­

muestra la tabla 29-2, el bicarbonato y la hem oglobina son los más

torio puede regular la PCO,.

importantes desde un punto de vista cuantitativo.

en parte

640

29 Equilibrio ócido-bose

Cuadro 29.2 Cómo funcionan los sistemas amortiguadores: acción neutralizadora del fosfato inorgánico y del bicarbonato Si se añadieran 0,1 mmol de un ácido fuerte, como el ácido clorhídrico, a 1 i de agua pura, la concentración total de iones hidrógeno ([H '[) seria de 0,1001 mmol • 1*' (la cantidad añadida mas la cantidad debida a la disociación del agua) ,y cl pH de la solución seria de:

pH = —lo g,0[0,001001] “ 4

Sin embargo, si se añadiera la misma cantidad de ácido clorhídrico a una mezcla de O,1) mmol • 1“' de dihidrógeno fosfato de sodio (N a H P O J y 0,8 mmol ■1 1 de hidrógeno fosfato de sodio (N aJíPO J, el cambio de pH seria mucho menor. Esto puede observarse tanto por determinación di­ recta como a partir del siguiente cálculo: A partir de la ecuación de Henderson-Hasselbalch, el pH de la solución de fosfato es:

[H P O fj pH = 6,8 + log — -----[H P C Y ]

10.81 = 6,8 + log — — — = 6,8 + 0,2 = 7,0 [0,5|

(donde 6,8 es la p¿¡^ para el fosfato). Este pH corresponde a una concentración de iones hidrógeno libres de 100 nmol • I"' -—la misma que para el agua pura a 25 °C

. Cuando se aña­

den 0,1 mmol de ácido clorhídrico a la mezcla, el ion H ' reacciona con el ion HPO ;“ formando H P O ,:

H " + HPO‘ = H P O .

Si suponemos que la reacción es completa, la [H P 0 4“j se ha reducido de 0,8 a 0,7 mmol - 1 1y la [H P O „] ha aumentado de 0,5 a 0,6 mmol • 1

Intro­

duciendo estos valores en la ecuación de Henderson-Hasselbalch:

[0.71 pH = 6,8 + log — ---- — = 6,8 + 0,067 = 6,87

[0,6[ El pH de la solución es ahora de 6,87, de modo que la presencia del lampón fosfato ha reducido el cambio del pH de 3 unidades a sólo 0,13. Pues­ to que todos los reactivos permanecen en la solución, esto se denomina sistema neutralizador o tampón cerrada. Consideremos ahora cómo reaccionaria el sistema neutralizador COy'HCO, si se añadieran 0,1 mmol de ácido a 1 1 de solución. Para poder compa­ rarlo directamente con el cálculo realizado anteriormente con el fosfato, supongamos concentraciones de 1,2 mmol • I"1para el bicarbonato y de 0,15 mmol • I 1para el CO?. A partir de la ecuación de Henderson-Hasselbalch, puede calcularse que el pH de esta solución es de 7,0. La adición de 0,1 mmol de ácido reduciría el bicarbonato a 1, 1 mmol, aumentaría el CO, hasta 0,26 y el pH pasaría a ser de 6,73 — una disminución de 0,27 uni­ dades de pH— . Así, mol a mol, a un pH neutro el bicarbonato es un tampón menos eficaz que el fosfato. F.n el plasma normal, la PCO, de la sangre arterial es de 5,3 kPa (40 mmHg), que equivale a 1,2 mmol • 1 ; de ácido carbónico, y el bicarbonato plas­ mático es de alrededor de 24 mmol ■ f ’ , de modo que puede calcularse el pH de la sangre arterial a partir de la ecuación de Henderson-Hasselbalch:

pH = 6,1 + log,,, — — = 7,4

Si se añadieran 0,1 mmol de un ácido fuerte a 1 I de plasma, ¿cuán importante sería el cambio de pH? Suponiendo que todos los H ' reaccionaran con el bicarbonato, la concentración de bicarbonato después de la adición de ácido seria de 23,9 mmol • 1"', y el CO¡ aumentaría hasta 1,3 mmol ■ I '. Til efecto neto sería un cambio de pH de 7,4 a 7,36, una disminución de sólo 0,04 unidades de pH. Este descenso es mucho menor que el del ejemplo anterior porque la cantidad de bicarbonato presente en la solución es mayor (24 mmol • 1 'frente a 1,2 mmol ■ 1 '). Si se elimina el exceso de dióxido de carbono, aumenta espectacularmente la eficiencia del bicarbonato como tampón. En el primer ejemplo, la concentración de dióxido de carbono (o ácido carbónico) se mantendría a 0,15 mmol • l 'y el bicarbonato disminuiría desde 1,2 a 1.1 mmol • 1"'. La disminución del pH de la solución seria sólo de 0,035 unidades de pH, es decir, el pH pasaría a 6,965. En el plasma normal, el bicarbonato dismi­ nuiría hasta 23,9 mmol - 1 1y el pH sólo en 0,001 unidades de pH (podemos utilizar la ecuación de Henderson-Hasselbalch para comprobarlo). En estas dos situaciones el bicarbonato actúa como un sistema neutralizador abierto. Para resumir, la eficacia de cualquier tampón depende de su concentración y del valor de la pK,. Para un sistema neutralizador cerrado donde los reactivos permanecen en la solución (p. ej.. fosfato) un tampón es más eficaz cuando el valor del pH es igual al valor del pKa, o a lo sumo oscila como máximo una unidad por encima o por debajo de dicho valor. Cuando la neutralización CO/HCO, se produce en un sistema abierto y la PCO, se mantiene constante, la potencia neutralizadora del sistema se incrementa notablemente. En consecuencia, a pesar de que opera lejos de su pKa, el sistema CO/HCO, es un tampón muy eficaz gracias a su elevada concentración en plasma y a que la PC02sanguínea se mantiene relativamente constante mediante el ajuste de la ventilación alveolar.

29.4 ¿Cómo regula el organismo el pH plasmático?

29.4 ¿Cómo regula el organismo el pH plasmático?

641

(a)

Durante el día, un in d iv id u o sano que sigue una dieta occidental típica produce entre 12 y 15 mol de d ió x id o de carbono y excre­ ta alrededor de 50 mmol de ácido en la orina. T eniendo en cuenta lo com entado en el apartado anterior, queda claro que el d ióxid o de carbono disuelto en los líquidos corporales genera iones hi­ drógeno que quedan en solución. Puesto que el d ió x id o de car­ bono puede excretarse a través de los pulmones en forma de gas, con frecuencia se considera un ácido volátil. El ácido excretado por la orina es principalm ente sulfato d erivad o del m etabolismo de aquellos aminoácidos que contienen azufre (cistina y m etionina). Éste se conoce com o ácido no volátil.

(b)

35

En condiciones normales, no aparecen ácidos orgánicos en la

30

orina. En la cetoacidosis diabética debida a una diabetes mal con­

25

trolada, en cambio, se producen grandes cantidades de ácido

20

p -h idroxibu tirico y ácido acetoacético, y una proporción s ign ifi­

15

cativa de estos ácidos se elimina por la orina en forma de «cu erp os

10

cetónicos». 5 PH

0 20

Regulación respiratoria del d ió x id o de carbono

terminada tanto por la tasa de producción de este compuesto por el organism o com o por la tasa de ventilación alveolar. En in d iv i­ duos sanos, si la PCO, arterial se incrementa como consecuencia de un aumento de la producción de d ió x id o de carbono (VCO,) o de una ventilación alveolar insuficiente (V A), los quim iorrecepto-

60

80

[H*](nmol I-') Fig. 29-1.

La concentración de d ióx id o de carbono en el gas alveolar está de­

-1 40

Relación entre PCO,, pH y ventilación alveolar, a) Efecto de

los cambios de la ventilación alveolar sobre la PC02 de la sangre arterial. Obsérvese que, a medida que aumenta la ventilación, la PCO, disminuye, y viceversa. Esta relación asume una tasa de producción de dióxido de carbono constante; b) efecto de los cambios de la concentración plasmáti­ ca de iones hidrógeno [H ] sobre la tasa de ventilación. En este experi­ mento, la PCO, plasmática se mantuvo constante, permitiendo que el in­ dividuo inhalara mezclas de gases que contenían cantidades variables de

res del bulbo raquídeo y de los cuerpos carotídeos detectan el

d ióxido de carbono. Un aumento de la concentración plasmática de iones

cambio y elevan la ventilación alveolar. El aumento de la ven tila­

hidrógeno (disminución del pH) estimula la ventilación con independen­

ción normaliza la P AC 0 2.

cia de cualquier cambio de la PCO,, y este aumento de la ventilación da

Durante un período de tiem po, la P AC 0 2 será directamente proporcional a la cantidad de d ió x id o de carbono producida por

lugar a una disminución de la PC02 (v. [a]), que tenderá a compensar el aumento de [H*].

el organism o e inversam ente proporcional a la ventilación alveo­ lar. Esta relación puede escribirse del siguiente modo: [VC O , ^aCO, — k

[VJ

Dado que en ind ivid u os sanos la P C 0 2 del aire alveolar y de la sangre arterial son iguales, la duplicación mantenida de la v e n ti­ lación alveolar reducirá a la mitad la PCO, en sangre — siempre

M A U íiO N , t» A I

i i Uh opiíii

ntn u iilo fl/o c ló ti u

que la tasa de producción de d ió x id o de carbono no se m od ifi­ que— . En la figura 2 9 -la se muestra la relación entre la PCO, y la ventilación alveolar en un adulto sano.

fundidad de la respiración. Una inyección rápida de una solución alcalina, en cambio, dism inuye la ventilación (hip oven tilación ) o la interrumpe durante unos momentos (apnea). Por sí mismas, es­ tas observaciones no demuestran que la concentración plasmática de iones hid rógen o afecte directam ente a la respiración, ya que un incremento de la concentración de iones hidrógeno (qu e dis­ m inuye el p H ) por la inyección de ácido dará lugar a un aumento de la PCO, y a una disminución del bicarbonato plasmático. Un descenso de la concentración plasmática de iones hidrógeno (una elevación del pH plasmático) provocada por inyección de una base dará lugar, por el contrario, a una disminución de la P C 0 2 y a un aumento del bicarbonato plasmático. Estos cambios son con­ secuencia de las reacciones químicas que determinan la form ación

Una dism inución del pH plasmático estimula la frecuencia respiratoria

de ácido carbónico (v . apart. 29.3). El papel de los iones hidrógeno como estímulo independiente de la ventilación puede examinarse mediante infusión continua de una

La alteración de la concentración plasmática de iones hidrógeno

solución ácida. Inicialmente, la ventilación se incrementará y la

mediante inyección de una solución débil de un ácido o una base

P C 0 2 del plasma tenderá a disminuir por las razones descritas ante­

m odifica la ventilación alveolar. La inyección rápida en vena de

riormente. Este descenso de la PCO, puede compensarse permitien­

una solución ácida p rovoca un aumento de la frecuencia y la pro-

do que el individuo respire una mezcla de gases que contiene dió x i­

642

29 Equilibrio ócido-bose

do de carbono. En estas condiciones, se pone de manifiesto que la ventilación alveolar aumenta progresivamente a medida que lo hace la concentración de iones hidrógeno y el pH (fig. 29-1 b). liste au­ mento de la ventilación se produce sin ningún cambio de la P C 0 2, y por esta razón la concentración de iones hidrógeno del plasma debe ser capaz de estimular la respiración, independientemente de los cambios de la PCO,. Así, aunque la ventilación se incrementa como respuesta al aumento de la concentración plasmática de iones hidró­ geno (disminución del pH plasmático) y a la elevación de la PCO, ar­

¿Cóm o genera a m o n io el riñón y cóm o la generación de a m o n io perm ite la excreción de ácidos no volátiles? La generación de am onio a partir de glutamina se produce prin ci­ palmente en el túbulo proxim al. La reacción ocurre en dos etapas; prim ero, la glutamina experim enta una desaminación formando iones am onio (N H ,~) y glutamato: C O NH 2 C H ,C H ,C H N H ,C O O + H ,()

terial, ambos estímulos actúan independientemente.

(glutam ina)

Cuando un in d ivid u o respira aire, el cam bio de la ventilación que sigue al cam bio de la concentración plasmática de iones hi­

jr

d rógen o altera por sí mismo la PCO, del plasma durante cierto pe­

COO CH, C H ,C H N H , COO + N H /

ríodo de tiem po. La hiperventilacíón que sigue a un aumento de

(glutam ato)

la concentración plasmática de iones hidrógeno da lugar a una disminución de la PCO, plasmática, mientras que la apnea o hipoventilación que sigue a un descenso de la concentración plasmá­ tica de iones hidrógeno da lugar a una retención de d ió x id o de

El glutam ato form ado a partir de esta reacción se desamina bajo la influencia de la enzima glutam ato deshidrogenasa, y se producen iones am onio y a-cetoglutarato;

carbono y a un increm ento de la P C 0 2 plasmática. Estos cambios

COO • C H ,C H ,CH N H , ■COO + N A D ' + H ,0

de la P C 0 2 mantienen la concentración plasmática de iones hidró­

(glutam ato)

jr

gen o dentro de los límites normales. La corrección final se produ­ COO

ce cuando el exceso de ácido o de base se elimina del organism o

CH,CH2CO • COO + N H 4 + N A D H a-cetoglutarato

p o r la acción de los riñones.

El amonio producido por estas reacciones se secreta a la luz del túbulo intercambiándose por iones sodio. El metabolismo ulterior

El riñ ón excreta a lred ed o r de 50 m m o l diarios de ácido no vo lá til p o r la orina, bien en form a de am onio, bien en com bin ación con fosfato

del a-cetoglutarato por el ciclo de Krebs y del N A D H por la cade­ na del transporte de electrones consume dos protones. De esta fo r­ ma, la secreción de iones amonio implica la pérdida de iones hi­ drógeno para el organismo. Es im portante observar que la clave para que este proceso sea satisfactorio es la separación espacial de

Adem ás de la elim inación de d ió x id o de carbono, el organism o necesita excretar unos 50 mmol diarios de ácido no volátil para mantener el pH plasmático dentro de los lím ites normales. En el capítulo 17 se han descrito los mecanismos responsables de la se­ creción de iones hidrógeno en el tú bulo proxim al y distal. Puesto que el volum en m edio de orina producida cada día es de 1-1,5 1 y puesto que el pH de la orina suele ser 5-6, menos de un 0,05% de

los iones amonio del a-cetoglutarato. Desde el punto de vista qu í­ mico, la formación y excreción de iones amonio equivale a la titu­ lación de iones hidrógeno derivados de ácidos no volátiles por la base débil, el amonio. Los ácidos no volátiles que se forman en el metabolismo de los aminoácidos se excretan, por lo tanto, com o sa­ les de amonio. En la figura 29-2 se muestran las principales reac­ ciones implicadas en la excreción de iones amonio.

este ácido se excreta en forma de H* libres. Se eliminan cantida­ des mucho m ayores de iones hidrógeno en com binación con tam­ pones urinarios, el más im portante de los cuales es el fosfato. Un in d ivid u o normal que sigue una dieta occidental típica ex­ creta aproximadamente 30 mmol de fosfato al día. Si el pH de la ori­

Resumen 1.

Diariamente, una persona normal produce aproximadamente

na es de 5, casi todo este fosfato se encontrará en forma de H,PO.

15 mol de dióxido de carbono y 50 mol de ácidos no volátiles (prin­

(comparado con sólo un 20% en el plasma). Para neutralizar los io­

cipalmente. sulfato). Para mantener dentro de limites normales la

nes hidrógeno de la orina se dispone, por lo tanto, de alrededor del

concentración plasmática del ion hidrógeno es necesario eliminar

80% del fosfato excretado, o de 24 mmol al día. Esto representa al­

del organismo estos productos, lo que se lleva a cabo mediante dos

rededor de la mitad de los iones hidrógeno derivados de ácidos no

vías: eliminación del dióxido de carbono a través de los pulmones

volátiles. El resto se excreta com o amonio (N H .'), que deriva del

y eliminación de los ácidos no volátiles a través del riñón.

metabolismo de la glutamina (proceso denominado cimoniogénesis). La cantidad total de ácido no volátil excretado es la suma del ácido neutralizado por los tampones urinarios (principalm ente el de fosfato) y la cantidad de am onio de la orina; esta cantidad pue­ d e determinarse titulando la orina con una base hasta que el pH

2.

El incremento la PCO, plasmática y de la concentración de ion hi­ drógeno aumenta la frecuencia y la profundidad de las respira­ ciones. de manera que la elevación de cualquiera de estos dos pa­ rámetros da lugar a un incremento de la ventilación alveolar. El aumento de la concentración plasmática de hidrógeno causa una aceleración en la pérdida de d ioxid o de carbono, un mecanismo

urinario sea igual al del plasma (ácido tituladle) y determ inando

que permite el ajuste rápido de las concentraciones plasmáticas

por separado la cantidad total de am onio excretado. La excreción

de hidrógeno.

total de ácido es la suma de los factores.

29.5 Alteraciones primarios del equilibrio ácido-base

Tabla 29-3. Sangre

643

Causas de las alteraciones del e q u ilib rio ácido-base

Acidosis respiratoria (hipovem ilación alveolar)

Deterioro de la ventilación debido a la obstrucción de las vías respiratorias Deterioro del intercambio de gases Disminución del estímulo respiratorio Inhalación de d ióxido de carbono

Na1'-—► Na+

Alcalosis respiratoria (h¡-

ATP

N a *-| 2

■K*

perventilación alveolar)

— NH/

Luz del tùbulo proximal

H ipoxia (p. ej., v iv ir a altitudes eleva­ das) Aumento del estimulo respiratorio por

\

enfermedad vascular cerebral

2NH4* + o-cetoglutarato i V Glutamina HCO;

Insuficiencia hepática Efectos de fármacos y tóxicos Acidosis metabòlica

Carga ácida endógena (p. ej., cetoacidosis diabética)

ci-

Pérdida de bases del intestino delgado (p. ej., diarrea) Deterioro de la secreción de ácido en los túbulos renales (acidosis tubular renal) Carga exógena de ácido (p. ej., inges­ tión de metanol) Alcalosis metabolica

Pérdida de ju go gástrico (p. ej., vóm i­ tos) Ingestión excesiva de bases

F ig. 29-2.

Mecanismo p or el cual las células del túbulo proximal gene­

Exceso de aldosterona

ran y secretan iones amonio (N H . ) a la luz tubular. Los iones amonio se generan en las células tubulares por desaminación de la glutamina, y se secretan a la luz tubular intercambiándose por iones sodio. Éstos se eli­ minan de la célula mediante la Na*/K -ATPasa localizada en la superficie

equ ilib rio ácido-base. En la tabla 29-3 se expon en algunas de las

basolateral.

causas comunes de desequ ilibrio ácido-base.

El metabolismo del a-cetoglutarato genera bicarbonato

(H CO j) que penetra en el líquido intersticial intercambiándose por iones

La acidosis respiratoria es consecuencia de un aumento de la

cloruro extracelulares (Cl ). Los iones cloruro abandonan la célula a tra­

PCO, del plasma por ventilación insuficiente o por la presencia de

vés de los canales de cloro localizados en la superñcie basolateral.

cantidades significativas de d ió x id o de carbono en el aire inspira­ do. El aumento de la P C 0 2 plasmática genera un increm ento de la form ación de ácido carbónico, que se disocia dando lugar a iones

29.5 Alteraciones primarias del equilibrio ácido-base

hid rógen o y bicarbonato (HCO,-). Esta elevación de la concentra­ ción de iones hidrógeno guarda relación directa con la PCO,, com o se ha descrito anteriorm ente (v. apart. 29.3), y la concentra­ ción plasmática de bicarbonato crece proporcionalm ente a la dis­

El p H de la sangre arterial se considera ácido cuando es in ferior

m inución del pH plasmático. En la figura 29-3, la línea que une el

a 7,35 (es decir, cuando la concentración plasmática de iones hi­

punto A con el v a lor normal (P aC 0 2, 5,3 kPa [400 ramHgj; p H =

drógen o es m ayor de 45 x IO"9 m ol • l“ ‘). Se afirm a que los pa­

= 7,4 y HCO,', 24 mmol • l “‘ ) indica estas relaciones.

cientes con este p H sanguíneo presentan acidemia (literalm ente,

La alcalosis respiratoria es consecuencia de la dism inución de

ácido en la sangre). Los procesos responsables de este increm en­

la PCO, plasmática p or un aumento de la ventilación alveolar. El

to de la concentración plasmática de iones h id rógen o son: au­

descenso de la PCO, m odifica el e q u ilib rio [CO,]/[HCO, ] y causa

m ento de la concentración de ácidos no v olátiles (acidosis meta­

una disminución de la concentración de ácido carbónico; como

bòlica ) o incapacidad para elim inar d ió x id o de carbono de la

consecuencia, genera un aumento del pH plasmático y una dism i­

sangre (acidosis re sp ira toria ). En cambio, el pH de la sangre ar­

nución del bicarbonato plasmático. La m agnitud del cambio de

terial se considera alcalino cuando es m ayor de 7,45 (es decir,

pH guarda relación directa con el increm ento de la ventilación

cuando la concentración plasmática de iones h id rógen o es in fe­

(fig . 29-1). Este proceso es una característica común de la vida a

rior a 35 x 10 5 m ol • l“ 1) . Se d ice qu e los pacientes con este pH

altitudes elevadas, donde el descenso de la PCO, atmosférica y,

sanguíneo presentan alcalem ia. Las causas subyacentes defin en

p or consiguiente, de la PC 02 arterial, estimula la respiración. La

el tip o de alcalosis responsable del proceso ( alcalosis respirato­

figu ra 29-3 muestra los cambios del pH plasmático y del bicarbo­

ria o m etabòlica).

nato a m edida que la PaC 02 dism inuye a través de la línea que une

Puesto que el pH de los líquidos corporales está determ inado

el valor normal con el punto B.

por la diferencia en la suma de concentraciones de cationes fuer­

En la acidosis metabòlica, la disminución del p H plasmático se

tes y aniones fuertes, así com o por la cantidad y los valores de la

acompaña de un descenso del bicarbonato plasmático. Este tip o

p K¡ de los ácidos débiles presentes (incluido el d ióx id o de carbo­

de acidosis se debe a m últiples causas (tabla 29-3), entre ellas un

no), cualquier cambio en uno o más de estos factores altera el

aumento de ácidos derivados metabòlicamente, una pérdida de

644

29 Equilibrio ácido-base

El esqueleto óseo contiene un eleva do nùm ero de cristalitos minerales unidos por células, colágeno y sustancia fundam ental rica en mucopolisacáridos. Los cristalitos minerales consisten en fosfato càlcico y carbonato càlcico, y su superficie tiene carga ne­ gativa. Norm alm ente, estas cargas son neutralizadas por iones de sodio y de potasio, pero cuando el pH plasmático dism inuye, es­ tos iones son desplazados p or protones, de m odo que la fase m i­ neral del esqueleto se con vierte en una fuente adicional de neu­ tralización extracelular. Esta neutralización adicional se logra a cambio de la excreción de los iones desplazados (sodio, potasio y calcio) en la orina. Durante la acidosis metabòlica crónica se pro­ duce una pérdida sign ificativa de calcio que dará lugar a una len­ pH plasmático

ta disolución del hueso. La alcalosis metabòlica está p rovocada por un exceso de bases

F ig. 29-3.

Diagrama pH-bicarbonato para el plasma. La linea A-B mues­

tra la evolución del pH plasmático a medida que varia la PCO,. Los valo­ res por debajo de la linea reflejan el aumento de àcido metabòlico, mien­ tras que los valores por encima de la misma reflejan el exceso de bases. Si la ventilación es inferior a lo normal, el pH disminuye, y el bicarbonato

no volátiles en el plasma, las cuales pueden originarse por distin­ tos mecanismos (tabla 29-3). En general, la alcalosis metabòlica surge com o consecuencia de vóm itos de contenido gástrico y pue­ de atribuirse a la pérdida de ácido clorhídrico, que es un ácido

aumenta como consecuencia de la acumulación de d ióxido de carbono

fuerte. Puesto que la PCO, no se m odifica, la disminución de la

(normal hasta el punto A ), Es la acidosis respiratoria. En la hiperventila-

concentración de iones hid rógen o com o consecuencia de esta pér­

ción, la PCO, plasmática y el bicarbonato disminuyen, mientras que el pH

dida se acompaña de un increm ento del bicarbonato plasmático.

aumenta (normal hasta el punto B). Es la alcalosis respiratoria. La linea C-

En la alcalosis metabòlica, el aumento del pH se asocia con un in­

D muestra el cambio de pH que se produce con una PaCO, constante de

crem ento del bicarbonato plasmático. En la figura 29-3 la línea

5,3 kPa (40 mmHg) a medida que se adquieren ácidos no volátiles en la acidosis metabòlica (normal hasta el punto C) o se pierden en la alcalosis

que une el valor normal con el punto D resume los cambios del p H y del bicarbonato observados en la alcalosis metabòlica.

metabòlica (normal hasta el punto D).

bases a través del intestino por diarrea y la incapacidad de los túbulos renales para excretar iones hidrógeno. En la figura 29-3, la

Resumen 1.

En general se considera que el pH sanguíneo arterial normal es de

linea que une el valor normal con el punto C indica los cambios de

7,4. Cuando el pH es inferior a 7,35, se desarrollan acidemia y una

pH y del bicarbonato en la acidosis metabolica.

acidosis subyacente. Cuando es superior a 7,45, se desarrollan alcalemia y una alcalosis subyacente.

Cuando la diabetes mellitus no está controlada adecuadamen­ te, el m etabolismo energético emplea grasas en lugar de hidratos

2.

de la ventilación alveolar, la alteración es de origen respiratorio

de carbono y aumentan las cantidades de ácido P-hid roxib u tírico y ácido acetoacético en el plasma. Como consecuencia, se produ­ ce una disminución del pH plasmático. Estos cambios se conocen

Si la desviación del pH plasmático es consecuencia de un cambio (acidosis respiratoria o alcalosis respiratoria).

3.

Las alteraciones restantes se clasifican como metabólicas, con in­ dependencia de la causa subyacente. Por consiguiente, se desa­

com o cetoacidosis. Los iones hidrógeno reaccionan con el bicarbo­

rrolla una acidosis metabòlica si la producción de ácidos no volá­

nato plasmático form ando ácido carbónico y el CO, liberado se

tiles supera su tasa de excreción a través de los riñones, o si se

excreta a través de los pulmones.

produce una pérdida de bases no volátiles a través del intestino.

Los riñones excretan ácido mediante tres mecanismos:

En caso de pérdida de ácido a través del estómago o de ingestión de bases no volátiles se produce alcalosis metabòlica.

•

Intercam bio Na -H ' a través de la membrana apical de las cé­ lulas del tùbulo proxim al.

• •

Secreción de iones am onio en el tùbulo proxim al.

29.6 Las alteraciones del equilibrio ácido-base se compensan mediante mecanismos respiratorios y renales

Secreción directa de iones hidrógeno a través de la H -A T P asa de las células intercaladas del tùbulo distai y los túbulos colectores. Como consecuencia de esta secreción àcida se genera una can­

tidad equim olar de bicarbonato, y este «n u e v o » bicarbonato re­

Cuando el equ ilib rio ácido-base se ha alterado, diversos mecanis­

emplaza al perd id o en la reacción con el ácido m etabòlico duran­

mos actúan para norm alizar el pH plasmático; se trata de un pro­

te la neutralización. Si ha de mantenerse constante el pH plasmá­

ceso denom inado compensación. Estos mecanismos destinados a

tico, la cantidad de secreción àcida debe ser suficiente para

establecer el pH plasmático pueden agruparse bajo dos epígrafes:

equilibrar la generación de ácidos no volátiles. Si no es asi, dismi­ nuirán tanto el pH com o el bicarbonato plasmáticos y , com o con­

1.

Compensación respiratoria, que es rápida pero no m uy sensi­

secuencia, se producirá un tipo de acidosis metabòlica conocida

ble (el ajuste del pH se produce en cuestión de minutos, pero

com o acidosis tubular renal.

los cambios d e ja PCO, compensan el estímulo original).

645

29.6 Los alteraciones del equilibrio ácido-base se compensan mediante técnicas respiratorias y renales I 2.

Compensación renal, que es sensible pero lenta (el ajuste del Sangre

pH requiere de horas a días). Au n qu e los mecanismos com pensatorios operan para m inim i­ zar el cambio del pH plasmático, el restablecim iento com pleto del

Luz del

equ ilib rio ácido-base (es decir, corrección) requiere un tratamien­ to que elim ine la causa subyacente.

La compensación de la acidosis y la alcalosis respiratorias crónicas sólo puede tener lugar p o r mecanismos renales, ya qu e el déficit p rim a rio se debe a un cam bio en la ventilación alveolar

h2o

+ c o 2 ------- ►

...

c o 2+ h2o

co2

A u n qu e la acidosis y la alcalosis respiratorias pueden producirse voluntariam ente por apnea o hiperventilación, esta descripción inclu ye las alteraciones persistentes de la ventilación que son consecuencia de una enferm edad o de la adaptación a un medio concreto. Los efectos de los cambios voluntarios de la ventilación a corto plazo se in vierten fácilm ente al reanudar patrones de res­ piración normales. En la acidosis respiratoria crónica (es decir, a largo plazo) la PC 0 2 plasmática es alta porque la ventilación alveolar es insufi­ ciente para eliminar todo el dióxido de carbono generado por el metabolismo. Esto provoca una disminución del pH plasmático y un aumento de la secreción de iones hidrógeno en el tùbulo proximal y los tú bulos colectores. Los mecanismos responsables son dos:

Fig. 29-4.

Mecanismo por el cual las células intercaladas del tubo distal

y los túbulos colectores secretan iones hidrógeno a la luz. El dióxido de carbono que penetra en la célula tubular se convierte en ácido carbónico (un proceso catalizado por la enzima anhidrasa carbónica). El ácido carbó­ nico se disocia en iones hidrógeno y bicarbonato. Una bomba accionada por el A T I’ en la membrana apical transloca los iones hidrógeno a la luz tu­ bular contra su gradiente electroquímico. F1 bicarbonato generado es in­ tercambiado por cloruro extracelular a través de la superficie basolateral.

1.

En el tùbulo p roxim al, el aum ento de la secreción de iones h id rógen o se produce a través del intercam bio N a '- H ' (v . cap. 17). Este proceso aumenta la reabsorción del bicarbona­ to filtrad o. N orm alm ente, los riñones filtran unos 3 mmol de bicarbonato cada m inuto y la tasa de secreción de iones hi­ d rógen o por el tùbulo proxim al es lo suficientem ente alta com o para perm itir la absorción de alreded or del 8 5 % de la carga filtrada; el resto se reabsorbe en el asa ascendente y el tùbulo colector. En la acidosis respiratoria aumenta la tasa de secreción de iones h id rógen o a partir del tùbulo p ro x i­ mal, de manera qu e en esta parte de la nefrona puede reab­ sorberse hasta el 9 8 % de la carga filtrada. Para preservar la

O MA3SON. S.A. fotocopiar sin uutori/ttclón os un delllo.

electroneutralidad del plasma, el aum ento de la reabsorción de bicarbonato se asocia con un increm ento de la excreción de cloruro. 2.

pH plasmático

De la excreción del exceso de iones hidrógeno se encargan las células intercaladas del tùbulo distai y los túbulos colectores

F ig. 29-5.

Cambios del bicarbonato plasmático que se producen duran­

por un mecanismo de secreción àcida a través de la H -A T P -

te la compensación renal en un paciente con acidosis respiratoria (puntos A

asa. Esta secreción de ácido d ifiere de la que se produce en el

a B) y en otro con alcalosis respiratoria (puntos C a D). F.l círculo blanco re­

tùbulo proxim al p orque puede tener lugar contra un elevado

presenta los valores normales. Véase el texto para información adicional.

gradiente de pH. Además, que los protones d eriven del ácido carbónico tiene com o consecuencia la generación de bicarbo­ nato. Este últim o se reabsorbe a través de la membrana baso-

En c o n ju n to , cu an to m a y o r es la PC O ,, m a y o r es la secreción

lateral (fig. 29-4) y representa n u evo bicarbonato. Como

d e ion es h id r ó g e n o y m a y o r la c a n tid ad d e b ica rb o n a to g e n e ra d o

muestra la línea de la figura 29-5 que une los puntos A y B, el

y re a b s o rb id o . A s í pues, en la acid osis re sp ira to ria cró n ica, el au­

bicarbonato plasmático aumenta progresivam ente a medida

m en to d e los io n es h id r ó g e n o ren ales da lu g a r a un in c re m e n ­

que el pH plasmático se normaliza.

to d el b ica rb o n a to plasm ático. Esto, a su v e z , c o n tr ib u y e a lim itar

646

29 Equilibrio ácido-base

la disminución del p H plasmático a medida que el cociente [HCO, ]/PC02 recupera los valores normales. En la alcalosis respiratoria crónica, la situación se invierte. Como

£

muestra la línea de la figura 29-'5, que une los puntos C y D, si los riñones tienen que restablecer los valores normales de pH plasmático

|

han de hacerlo excretando bicarbonato. Esto se logra mediante una

o

disminución de la secreción de iones hidrógeno en el tùbulo proxi-

|

mal, de modo que se reabsorbe una menor proporción de la carga de

£

bicarbonato filtrada. Dado que la PCO, del plasma es baja, se forma menos ácido carbónico dentro de las células tubulares, se excreta un menor número de iones hidrógeno y se reabsorbe menos bicarbona­ to. En el tùbulo distai se aplican las mismas consideraciones: la se­ creción de iones hidrógeno a través de la H*-ATPasa de las células intercaladas disminuye porque la PCO, es menor de lo normal. Se re­

pH plasmático

absorberá una proporción menor del bicarbonato que alcanza la nefrona distal y, en consecuencia, los riñones excretarán bicarbonato durante los estadios iniciales de la compensación y la orina será re­ lativamente alcalina. A la larga, el bicarbonato plasmático disminu­

H g . 29-6.

Cambios del bicarbonato plasmático durante la acidosis y al­

calosis metabólicas y efectos de la compensación respiratoria. En la aci­ dosis metabólica (punto A ) la PCO, es inicialmente normal (5,3 kPa o 40 mmHg), pero el bajo pH plasmático estimula la respiración y la PCO.

ye y se reduce la excreción de bicarbonato. En realidad, la com pen­

disminuye: este descenso modifica los valores plasmáticos de pH que se

sación renal de la hiperventilación respiratoria es lo suficientemen­

aproximan a los normales (punto B). En la alcalosis metabólica, la pérdida

te potente como para permitir que los individuos que viven a

de ácido fijado desvia inicialmente el pH en dirección alcalina, aun cuan­

altitudes elevadas tengan un pH plasmático normal.

do la PCO. sigue siendo normal (punto C). El aumento del pH tiende a de­ primir la respiración y causa retención de CO, y disminución del pH plas­ mático (punto D). Como en las figuras anteriores, el círculo blanco repre­

En la acidosis Jv la alcalosis metabólicas, los cambios del pH plasmático se m in im iza n inicialm ente por compensación respiratoria; a largo plazo, se produce un ajuste más fin o m ediante la alteración de la cantidad de iones h id ró g e n o o iones bicarbonato qu e excretan los riñones

senta los valores normales.

para eliminar el exceso de iones hidrógeno está limitada por la dis­ ponibilidad de amortiguadores urinarios. Un pH plasmático bajo también estimula la amoniagénesis, y los riñones excretan un ma­ y o r número de iones amonio. Este proceso contribuye a eliminar el exceso de ácido por el mecanismo descrito en la figura 29-2. Esta compensación puede normalizar el pH, pero se necesitan horas o días para que se produzca una compensación total ya que se re­ quiere tiem po para filtrar el plasma y excretar el exceso de ácido.

La acidosis metabòlica suele deberse a uno de estos tres factores:

Si la producción de ácido metabòlico supera la capacidad del riñón para excretar iones amonio, no se producirá una compensación

1.

Aum ento de la producción de ácidos metabólicos.

2.

Pérdida de bases en el tercio in ferior del intestino delgado.

En la acidosis causada por la pérdida de bases en el intestino, la

3.

Disminución de la capacidad para excretar ácido (en la acido-

carga de sodio filtrada disminuye, y esto estimula la producción de

sis tubular renal).

aldosterona, que a su vez genera un aumento de la reabsorción de io­

completa hasta que se trate la causa subyacente.

nes sodio por el mecanismo descrito en el capítulo 17 (v. apart. 17.7). Por tanto, los mecanismos compensatorios utilizados variarán de acuerdo con la causa subyacente. A corto plazo, la disminución del pH sanguíneo estimula la respiración, y esto aumenta la pérdi­ da de d ióx id o de carbono a través de los pulmones. La disminución

Resumen 1.

consiguiente de la PCO, normaliza el p H plasmático. Esta restaura­ ción del pH es relativamente rápida (se produce al cabo de pocos

mático. La corrección completa requiere un tratamiento o la eli­ minación de la causa subyacente, y también restablecerá los ni­

minutos), pero a medida que el pH se acerca a 7,3 el estímulo de los

veles plasmáticos normales de bicarbonato.

quim iorreceptores centrales y periféricos disminuye y la hiperven­ tilación también lo hace. En consecuencia, la compensación respi­

2.

Las alteraciones respiratorias se compensan mediante ajustes rena­ les del bicarbonato plasmático, que pueden requerir varios días.

3.

Las alteraciones metabólicas se compensan inicialmente mediante cambios en la tasa de ventilación alveolar (compensación respira­

ratoria determinará un valor de p H plasmático 0,1 puntos por enci­ ma o por debajo de sus limites normales. Esto se logra, sin embar­ go, a costa de una disminución del bicarbonato plasmático, como muestra el cambio del punto A hasta el B en la figura 29-6. En segundo lugar, la disminución del pH plasmático a causa de la excreción de una orina más àcida. La eficacia de este mecanismo

Después de una alteración del equilibrio ácido-base, se ponen en marcha mecanismos compensatorios para normalizar el pH plas­

toria), pero esto siempre es insuficiente para restablecer el pH plasmático normal. La compensación y corrección completas se producen por mecanismos renales.

29.7 Evaluación clínica del estado de equilibrio ácido-base de un paciente utilizando el diagrama pH-bicarbonato

T a b la 29-4.

♦ -------

D irecció n d e los cam b ios d e l pH , la PCO, y e l b ica r­

b on a to plasm áticos q u e caracterizan las alteracion es m etabólicas y resp ira to rias p rim arias d e l e q u ilib r io ácido-base

Proceso Acidosis respiratoria Acidosis metabólica Alcalosis respiratoria Alcalosis metabólica

pH plasmático

PCO. plasmática

HCO, plasmático

Disminución

Aumento

Aumento

Disminución

Normal

Disminución

Aumento

Disminución

Disminución

Aumento

Normal

Aumento

4 ° r-

-i _j

35 ~

£ o

30 -

1

25 -

O 5

Acidosis

Alcalosis

Acidosis respiratoria con compensación renal

64 7

*■

Alcalosis metabólica respiratoria

Alcalosis respiratoria y metabólica

0

Acidosis respiratoria y metabólica

ro

3

6

l|> 20 O X

15 10 7,0

Acidosis metabólica con , compensación respiratoria

Alcalosis respiratoria con compensación renal

_!___ I____I____!____I____1___ I____I____I____I____I____,___ I 7,1

7,2

7,3

7,4

7,5

7,6

7,7

pH plasmático La alcalosis metabòlica suele estar provocada por vóm itos de ju g o gástrico o la ingestión de un álcali. La com pensación respi­ ratoria inicial se produce porque un p H plasmático eleva do de­

Fig. 29-7.

Diagrama pH-bicarbonalo para el plasma sanguíneo que

puede utilizarse para determinar el estado de equilibrio ácido-base de un paciente. El punto blanco representa los valores normales. Se ha marcado el diagrama por zonas para mostrar los déficit subyacentes de cualquier

prim e la respiración. La PaC 02 aumenta y el pH plasmático tiende

par dado de valores pH-bicarbonato. Los números indican los valores que

a recuperarse, com o muestra el cambio del punto C hasta el pun­

se detectarían en seis condiciones diferentes:

to D de la figura 29-6. Sin embargo, a medida que el p H plasmáti­ co se acerca a los lím ites normales, la disminución del pH com ­

1.

ción respiratoria sólo es parcial. La corrección final de la alcalosis

2.

mal. La alcalosis p or la ingestión de una base se corrige m ediante

HCOj = 30 mmol • 1 ', pH = 7,45; alcalosis metabòlica parcialmente compensada.

metabòlica debida a la pérdida de ju go gástrico requ iere la excre­ ción de bicarbonato y la retención de cloruro en el tùbulo proxi-

HCOj = 31 mmol ■ l ' 1; pH = 7,30; acidosis respiratoria parcialmente compensada.

pensa la depresión de la ventilación, de m odo que la compensa­

3.

HCO,

4.

HCO, = 14 mmol

5.

HCO, = 16 mmol ■ f 1, pH = 7,31; acidosis metabòlica parcialmente

la excreción renal del exceso de bases.

24 mmol • 1"', pH = 7,55; alcalosis metabòlica y respiratoria. 1

pH = 7,42; alcalosis respiratoria compensada.

compensada. 6.

HCOJ = 20 mmol • 1 ', pH = 7,18; acidosis metabòlica y respiratoria mixta.

29.7 Evaluación clínica del estado de equilibrio ácido-base de un paciente utilizando el diagrama pH-bicarbonato En cualquier paciente, el estado de equ ilib rio ácido-base puede deducirse a partir del gráfico pH -bicarbonato descrito en los dos apartados previos de este capítulo. Determ inando el p H arterial, el bicarbonato y la PaC 02, puede hacerse una deducción inequ í­ voca (v . tabla 29-4). Existen diversas formas de representar la re­ lación entre el p H y el bicarbonato plasmáticos. En este capítulo, el diagrama pH -bicarbonato (en ocasiones llamado diagrama de

© MASSON, S .A. Fotocopiar sin autorización es un delito

D avenport) ha servid o de base para la descripción, p ero en el cua­

pH plasmático

dro 29.3 se exp on e una representación alternativa. El diagrama pH -bicarbonato puede d ividirse en seis zonas, com o muestra la

F ig. 29-8.

figura 29-7. Los números registrados en el gráfico muestran los

pH-bicarbonato para el plasma sanguíneo. La línea A-B es la línea tampón

valores de pH y bicarbonato para los diversos tipos de alteración.

normal y refleja el cambio del pH plasmático a medida que varía la PC02.

Las líneas continuas muestran los cambios primarios no com pen­ sados (v. también fig. 29-3), y las líneas de puntos verticales muestran una compensación com pleta (es decir, la restauración

Hfecto de un exceso o de un déficit de bases sobre el diagrama

Un déficit de bases (como en la acidosis mctabólica) desplaza la curva hacia abajo y da lugar a un pH plasmático menor para una PCO, dada. Un exce­ so de bases (como sucede en la alcalosis metabólica) desplaza la curva hacia arriba y da lugar a un pH plasmático elevado para una PCO: dada.

del pH plasmático normal). Como se ha descrito anteriormente, la corrección completa requiere el restablecim iento de valores nor­ males de bicarbonato plasmático.

te sodio) están presentes en m ayores cantidades qu e los aniones

La determ inación del hiato aniónico (aniort gap) sirve para

com pletamente disociados (sobre tod o cloruro). La diferencia de

evaluar de manera rápida las alteraciones metabólicas del equ ili­

carga se debe al bicarbonato, al fosfato y a aniones orgánicos

brio ácido-base. Dado que el pH sanguíneo norm almente es de al­

com o el lactato. La diferencia entre el contenido total de cationes

rededor de 7,4, los cationes totalm ente disociados (principalm en-

y la cantidad total de cloruro más bicarbonato se conoce como

648

I

29 Equilibrio ácido-base

cantidad de aniones (diferentes del cloruro y del bicarbonato) o por

Cuadro 29.3 Diagrama bicarbonato-PC02 y su utilización en la evaluación del estado del equilibrio ácido-base

el pH será menor de lo normal. Esta situación caracteriza la acidosi*

La ecuación de Henderson-Hasselbalch puede representarse de ma­

fuerte (p. ej., pérdida de ion cloruro del estómago como conse­

neras diferentes, cada una de las cuales presta una atención ligera­

cuencia de un vòm ito), y el pH plasmático será mayor de lo normal.

mente distinta a la relación básica. En el diagrama que se muestra en

Esta situación caracteriza la alcalosis metabòlica.

una disminución de la cantidad de bases fuertes (iones de sodio), y metabòlica. Si el hiato aniónico se estrecha, en cambio, será conse­ cuencia de la ingestión de una base o de la pérdida de un anión

este cuadro, el bicarbonato plasmático se representa gráficamente en

Otra forma frecuente de determ inar el grado de alteración m e­

una abscisa logarítmica y la PC 0 2se representa gráficamente como la

tabòlica del equ ilib rio ácido-base es cuantificar el exceso de bases

ordenada en una escala lineal. El pH plasmático está representado

o el déficit de bases. El exceso de bases se calcula titulando la san­

por un eje diagonal. La ventaja de esta representación es que mues­

gre o el plasma a un pH de 7,4 con un ácido o una base fuertes

tra los cambios respiratorios en dirección vertical, mientras que los cambios metabólicos se representan en dirección horizontal. Los li­ mites de los valores normales se marcan mediante la elipse sombrea­ da del centro de la figura.

mientras se mantiene constante la PCO, en 40 mmHg. Si es nece­ sario añadir un ácido fuerte (p. ej., ácido clorhídrico) para au­ mentar el p H hasta 7,4, habrá un exceso de bases, y si se requiere un álcali fuerte (p. ej., h id róx id o sódico), habrá un d éficit de ba­ ses. Por definición, en individuos normales el exceso de bases es cero, p ero se considera que desviaciones de ± 2,5 mmol • 1“‘ están dentro de los límites normales. El efecto de los cambios en el exceso de bases se com prende analizando la figu ra 29-8. En esta figu ra, la línea A -B se denom i­ na línea n e u tra liz a d o « de la sangre y representa la titulación de los tampones sanguíneos con CO, (v. también

fig. 29-3).

Si existe

un exceso o un déficit de bases se produce un desplazamiento pa­ ralelo de la línea neurralizadora. Cuando hay un exceso de bases la línea se desplaza hacia arriba, com o muestra la figura 29-8, y el pH sanguíneo se v u e lv e más alcalino para cualquier P C 0 2 dada. En cambio, si existe un déficit de bases la línea neutralizadora se desplaza hacia abajo y el pH sanguíneo será relativam ente más ácido para cualquier PCO, dada.

Bibliografía recomendada 4

(T i!

12 16

24 32

48 64

Campbell EJ, Dickenson CJ, Slater JDH, Edwards CRW, Sikora EK,

[HCOj ] plasmático (mmol • I-’ )

editors. Clinical physioiogy (cap. 5). 5th ed. Oxford: Blackwell Cambio metabòlico

Scientific, 1984.

En la acidosis respiratoria, la PCO, aumenta y el pH disminuye, como muestra, por ejemplo, a. La compensación requiere la excreción de áci­ do según lo indicado por la linea horizontal a-a'. En la alcalosis respi­ ratoria, en cambio, la PC02disminuye y el pH aumenta, como muestra,

Holmes O. Human acid-base physioiogy. London: Chapman & Hall, 1993. Lowenstein J. Acid and basics: a guide to understanding acid-base disorders. Oxford: Oxford University Press, 1993.

por ejemplo, b. La compensación requiere la excreción del exceso de bicarbonato, como muestra la línea b-b'. y ei pH disminuye.

Test de autoevaluación

En la acidosis metabòlica, la disminución del pH genera un descenso del bicarbonato plasmático, como muestra el ejemplo c. Como conse­ cuencia de la hiperventilación, que disminuye la PCO,, se produce una compensación a corto plazo, como muestra la linea c-c'. En la al­ calosis metabòlica, en cambio, se produce un aumento del pH, como muestra el ejemplo d. A medida que se inhibe la respiración y la PC 02aumenta

como muestra la linea d-d'

se produce una com­

pensación a corto plazo.

Las respuestas correctas a las preguntas siguientes se indican a continuación. 1. Convierta los valores siguientes de p H en concentraciones de H* libre: a. 5,6. b. 6,8. c. 7,5.

hiato aniónico, y es una medida indirecta de la cantidad de fosfa­ to, sulfato y ácidos orgánicos presentes en el plasma. N orm al­

d. 8,2. 2. Convierta las siguientes concentraciones de H " en unidades de

mente, el hiato aniónico es de alrededor de 15 mmol • l ' 1. Si au­

pH:

menta el hiato aniónico, será a consecuencia de un incremento de la

a. 100X 10 5 M .

Respuestas

b. 1 x 10 *M .

649

Respuestas

c. 5 x 1 0 6 M. d. 2 X 10 1 M.

1. T od os los valores en mol • 1

e. 3 X 10 8 M.

a. 2,5 X 10 6

3. U tilice la ecuación de Henderson-Hasselbalch para calcular el

b. 1,58 X 10

pH de las soluciones siguientes (a 37 °C el coeficiente de solu­

c. 3,16 X 10

bilidad del C 02 es de 0,03 mmol • 1 1 • m m H g-1 y la p Ka para el

d. 6,31 x 10

ácido carbónico es de 6,1).

a. 1,00. b. 3,00.

P C O , (m m H g )

[H CO ,J (m m o l • l 1)

c. 5,30.

38

15

d. 6,70.

45

26

e. 7,52.

55

32

60

20

a. 7,22. b. 7,38. c. 7,39.

4. Suponiendo que la P C 0 2 de una solución es de 5,3 kPa

d. 7,15.

(40 m m H g), calcule la concentración de bicarbonato cuando su 4. Valores en mmol • 1

p H es de:

a. 6,01.

a. 6,8.

b. 37,9.

b. 7,6. 5. ¿Cuál es el estado del equ ilib rio ácido-base de los pacientes si­

5. a. Alcalosis metabòlica con com pensación respiratoria. b. Alcalosis respiratoria descompensada.

guientes?

c. Acidosis respiratoria y m etabòlica mixta. d. A cidosis respiratoria com pletamente compensada.

pH

PaC O , (m m H g )

[H CO ~] (m m o l • l—l)

7,5

50

35

f. Alcalosis respiratoria com pletamente compensada. g. A cidosis m etabòlica descompensada.

e. Alcalosis respiratoria y m etabòlica m ixta. a. b.

7,6

18

20

c.

7,2

60

22

d

7,4

58

33

(Estas respuestas pueden entenderse m ejor consultando la

e.

7,54

30

23

fig . 29-7.)

f.

7,4

25

16

g-

7,25

40

16

6. La aspiración del contenido gastrointestinal ha p rovocad o una alcalosis m etabòlica com o consecuencia de la pérdida de ácido gástrico. La situación puede invertirse mediante la infusión

6.

En un hombre in terven id o quirúrgicam ente fue necesario as­ pirar el contenido del tracto gastrointestinal superior. Después

7. En este caso, tanto el p H plasmático com o el bicarbonato son

de la cirugía, a partir de una muestra de sangre arterial se o b ­

bajos, de m odo que se identifica una acidosis metabòlica. La

tuvieron los valores siguientes: pH = 7,55, P C 0 2 = 6,9 kPa

P C 0 2 también es baja, porque los bajos valores plasmáticos de

(52 m m H g) y bicarbonato = 40 mmol ■l ' 1. ¿Cuál es la alteración

pH han estimulado excesivam ente la ventilación. En este caso,

subyacente y qué tratamiento restauraría un equ ilib rio ácido-

la principal prioridad es estabilizar el pH sanguíneo para in­

base normal? © MÁSSON, S.A. Fotocopiar sin autonzación es un delito.

lenta de ácido clorhíd rico diluido.

vertir el coma. Después de com probar que los valores plasmá­

7. Un paciente fue ingresado en coma diabético. El análisis de

ticos de glucosa son altos, puede inyectarse insulina por vía in­

sangre arterial d io los valores siguientes: PCO, = 2,1 kPa

travenosa para corregir la hiperglucem ia y restablecer el sumi­

(16 m m Hg), bicarbonato = 5 mmol • 1“ ‘ y p H = 7,1. ¿Cuál es el

nistro de glucosa a los tejidos. La infusión de suero fisiológico

trastorno ácido-base subyacente? ¿Por qué es tan baja la P C 0 2?

normal restablecerá el equ ilib rio hidroelectrolítico (en general,

¿Qué medidas tomaría para restaurar los valores normales de la

la cetoacidosis se acompaña de deshidratación). Con el tiem po

variable acidobásica?

se recuperarán valores normales de p H y bicarbonato plasmá­

8. Un paciente con edema pulm onar fue ingresado en el hospital.

ticos.

El análisis de sangre arterial e vid en ció una PC ü2 de 11,3 kPa

8. El edema pulm onar im pedía un intercam bio adecuado de gases

(85 m m Hg), bicarbonato = 22 mmol ■ 1 1 y pH = 7,04. Después

y causó acidosis respiratoria. Además, se desarrolló acidosis

de la ventilación mecánica, la P C ()2 dism inuyó hasta 8 kPa

m etabòlica (fig . 29-7). La persistencia de un p H bajo después

(60 m mHg), el bicarbonato era de 20 mmol • l -' y el pH, de 7,15.

de la ventilación puede corregirse con una infusión de bicar­

¿Cuál era la alteración ácido-base original? ¿Qué otras medidas

bonato sódico, pero una corrección completa requeriría la

podrían utilizarse para establecer los valores normales de las

identificación de la causa de la acidosis m etabòlica y el trata­

variables ácido-base?

m iento correctivo apropiado.

30 Fisiología de la altitud y el buceo El objetivo del presente capítulo es explicar: •

Los cambios fisiológicos que se producen después del ascenso a altitudes elevadas

•

Los problemas fisiológicos asociados con presiones atmosféricas altas

•

El buceo a pulmón libre y respuesta del organismo al buceo

Fisiología de la altitud y el buceo

que tiende a compensar el d ebid o a la estimulación hipóxica de

30.1 Introducción

los cuerpos carotídeos (v. fig. 16-26). Además, la disminución de la PCO, alveolar provoca alcalosis respiratoria (v . cap. 26).

En los capítulos anteriores se ha descrito la fisiología de diversos

A u n qu e los cuerpos carotídeos apenas in flu yen en la circula­

sistemas orgánicos y la forma en que éstos interaccionan. Este ca­

ción de los gases sanguíneos a presiones normales, durante la hi­

pítulo aborda la fisiología del sistema respiratorio en condiciones

p oxia desencadenan una vasoconstricción refleja en los vasos del

de estrés. Se describen las adaptaciones que tienen lugar cuando

sistema de alta resistencia y en las grandes venas de la circulación

un in d ivid u o asciende a una altitud elevada y los problemas aso­

esplácnica. En la hipoxia también se produce un aumento de la

ciados con presiones atmosféricas ambientales altas, com o las que

frecuencia cardíaca y del gasto cardíaco. Como consecuencia de

experim entan los buzos.

estos cambios, la sangre se desvía de las circulaciones cutánea y esplácnica para aumentar la proporción de o x íg e n o disponible para el cerebro y los músculos en actividad.

30.2 Fisiología de la altitud H ip o x ia aguda severa

La presión barométrica dism inuye progresivam ente con la altitud y , puesto que la fracción de ox ígen o en el aire no cambia (20,9% ), la presión parcial de ox íge n o en el aire inspirado tam bién dismi­

El ascenso rápido en avión o g lo b o no presurizado se asocia con

nu ye (fig. 30-1). La presión parcial de ox íge n o y el contenido de

un cambio mucho más rápido de la PO, alveolar; por lo tanto, los

éste en sangre también dism inuyen, y esto limita la capacidad del

aviadores y aeronautas pueden experim entar hip oxia aguda seve­

organism o para realizar actividades.

ra. Cuando se expon en a una PO, baja, prim ero experim entan de­

La hipoxia de altitud puede d ividirse en hipoxia aguda, que es

bilidad física, que progresa hasta una parálisis com pleta de las e x ­

la experim entada por los in d ivid u os que han perm anecido a gran

tremidades cuando la P ,0 2 dism inuye por debajo de 8 kPa

altitud desde unos pocos minutos hasta horas, e hipoxia crónica,

(60 m mHg). Esto corresponde a una altitud de 6.000 m. A m edida

que es la experim entada por ind ivid u os que v iv e n a altitudes ele­

que la P 0 2 sigue dism inuyendo se produce una pérdida de la con­

vadas y por los alpinistas que ya se han aclimatado a ellas. En este

ciencia y, rápidamente, la muerte. Incluso a altitudes moderadas

capítulo se describen las características principales de ambos ti­

tienen lugar cambios fisiológicos que provocan alteraciones del

pos de hipoxia.

razonam iento y errores elementales. Por esta razón, el interior de los aviones comerciales se mantiene a presiones propias de los 2.000-2.500 m.

H ip o x ia aguda Au n qu e la presión parcial de ox ígen o en el aire inspirado dismi­ nu ye con la altitud, la PO : arterial es un estímulo relativam ente débil para la respiración. La frecuencia y profundidad de la res­

Efecto de la dism inución de la P T0 2 sobre el conten ido de o xíg en o de la sangre

piración no aumentan sustancialmente hasta que la presión alveo­ lar de ox íge n o dism inuye a niveles de 8 kPa (60 m mHg). P or de­

La estimulación de la ventilación por una P 0 2 baja causa la dism i­

bajo de este valor, el volum en m inuto respiratorio aumenta pro­

nución de la P C 0 2 alveolar. La capacidad de la hem oglobina para

gresivam ente a medida que la P 0 2 decrece, com o se describe en el

unirse al ox ígen o aumenta com o consecuencia de la inversión de

capítulo 16. El estímulo que desencadena este aumento de la v e n ­

la desviación de Bohr. (A m edida que la P ACO, dism inuye y au­

tilación procede de los cuerpos carotídeos, que detectan la dismi­

menta el pH, la curva de disociación de la oxihem oglobina se des­

nución de la PO , arterial. A medida que aumenta la ventilación, la

plaza hacia la izqu ierda, v. fig. 13-7.) Como consecuencia, a una

pérdida de d ió x id o de carbono por los pulmones es más rápida

PA0 2 dada la hem oglobina estará más saturada que si la P AC 0 2 se

que la producción en el organism o y, com o resultado, dism inuye

hubiera m antenido en 5,3 kPa (40 m m Hg), que es el valor que se

la P C 0 2 alveolar (tabla 30-1). Este descenso hace disminuir el estí­

registra a nivel del mar. A pesar de esto, por encima de los 3.000 m

mulo respiratorio procedente de los quim iorreceptores centrales,

el contenido de ox ígen o de la sangre es significativam ente menor

654

30 Fisiologia de la altitud y el buceo

Presión parcial de oxígeno 20

40

80

100

140

120

160 mmHg

_J__ 17 i

12

17.500

- r-

21 kPa T"

15000 Limite superior operativo de un avión comercial subsónico (13.000 m)

12.500 ■D 9

Altitud de crucero de un avión comercial

10 000

Altura del Everest (8.848 m) 7.500 Altura máxima de poblaciones humanas (5.300 m)

5.000

'

- Altura del Montblanc (4.807 m)

Cima del Pike (4.300 m) Presurización de la cabina de un avión comercial (2.000-2.500 m)

2.500

20 100

100 kPa

40

200

300

400

500

600

700

mmHg

Presión barométrica

T a b la 30-1.

Cambio de la presión barométrica y de

E fecto d e la a ltitu d sob re las presion es parciales d e d ió x id o d e c a rb o n o y o x íg e n o en los a lv é o lo s

Lu gar

Nivel

Fig. 30-1.

la presión parcial de oxígeno con la altitud.

A lt itu d

P re s ió n b a ro m é tr ic a

P .C O .

P AC 0 2

(m )

k P a (m m H g )

k P a (m m H g )

k P a (m m H g )

0

101 (760)

5,3(40)

13,3 (100)

Colorado Springs Cima del l’ ike

1.800 4.300

82 (620) 61 (460)

ladera norte del Everest

6.400 9.100

45 (355) 32(240)

4,8(36) 3,7 (28) 2.5(19)

10,5(79) 7 (53) 5.1(39)

2,0(15)

3,2(24)

d e l m ar

Cumbre dei Everest

que a n ivel del mar. Para satisfacer las necesidades de los tejidos

de la ventilación que se produce al ascender a gran altura reduce

se extrae más ox ígen o de la sangre, y esto hace disminuir la PO,

la PCO, y dism inuye el estímulo ventilatorio procedente de los

de la sangre venosa.

quim iorreceptores centrales. Como consecuencia, la PCO, no esti­ mula adecuadamente la respiración, y la ventilación se hace pe­ riódica, com o se describe en el capítulo 16. Los periodos de apnea

M a l de altura y otros efectos de la altitud elevada

exacerban la hipoxem ia ya existente com o consecuencia de la baja PO, inspirada. Cuando alpinistas no aclimatados ascienden a altitudes supe­ riores a 5.000 m puede aparecer un edema pulmonar. N o está cla­

Cuando un in d ivid u o empieza a experim entar hipoxia de altitud,

ra la causa de este edema, pero es probable que se relacione con

a menudo desarrolla el llamado m al de altura. Los síntomas típicos

diversos factores. Quizás el más im portante es la hipertensión

son cefalea, náuseas, vahídos, alteraciones gastrointestinales, can­

pulm onar que sigue a la vasoconstricción hipóxica de los vasos

sancio y alteraciones psicológicas. En respuesta al ejercicio ligero

pulmonares (v . cap. 16). La hipertensión pulm onar aumenta du­

se produce una disnea severa, porque la circulación es incapaz de

rante el ejercicio. Como consecuencia de ello, el equ ilib rio de las

suministrar una cantidad suficiente de ox ígen o a los tejidos.

fuerzas de Starling en los capilares pulmonares favorece el m ovi­

La apnea del sueño, que suele asociarse con la respiración pe­ riódica, aparece a altitudes superiores a 4.000 m. La causa prin ci­

m iento de líquido en el espacio intersticial y, en últim o término, en los alvéolos.

pal de la respiración periódica es la hípoxem ia asociada con la

Existen amplias variaciones en la predisposición de cada in d i­

baja P,Or A nivel del mar, los quim iorreceplores centrales res­

vid u o al mal de altura; algunas personas quedan afectadas a alti­

ponden a la PCO. arterial estimulando la respiración. El aumento

tudes relativam ente bajas (aproxim adam ente, 2.500 m), mientras

655

30.2 Fisiologia de la altitud

que otros apenas manifiestan signos. Son pocos los in d ividu os que pueden aventurarse a altitudes de más de 6.000 m) sin exp e­ rimentar síntomas de gravedad. N o están del todo claras las cau­ sas del mal de altura, pero incluyen hipoxia y deshidratación. En los casos graves, los prim eros pasos del tratamiento son la admi­ nistración de ox ígen o y el descenso a altitudes más bajas. E

E

3

© 1 2

X

Aclim atación a la hipoxia crónica El organism o se adapta a las nuevas alturas. De hecho, algunos in­ dividu os v iv e n permanentemente a altitudes elevadas y su fisio­ logía se adapta tan bien que pueden llevar a cabo sus actividades cotidianas tan fácilm ente com o los in d ivid u os que v iv e n a n ivel del mar. Incluso para aquellos que acaban de llegar a una altitud elevada, el proceso de aclimatación se inicia casi de inmediato. Los principales cambios que se producen durante la aclimatación a la altitud se describen a continuación. Días

A u m en to del volum en m in u to resp ira to rio

Fig. 30-2.

Cambios en el recuento de hematíes según el tiempo de per­

manencia a gran altitud. Los datos se obtuvieron durante un período de

Esto ocurre a pesar de la baja PaC 02. La alcalosis respiratoria aso­

62 días a una altitud de 4.600 m. Obsérvese que el recuento de hematíes

ciada con la hiperven tilación se compensa gradualmente por la

y la hemoglobina sanguínea aumentaron durante las semanas de perma­

excreción del exceso de bicarbonato a través de los riñones. Se

nencia a dicha altitud. La recuperación durante el descenso hasta el nivel

produce una compensación similar en el LCR, que se considera

del mar fue mucho más rápida. Los símbolos y barras verticales indican

que restaura el estímulo respiratorio provisto por los quim íorre-

las medias y sus errores estándar.

ceptores com o respuesta al d ióx id o de carbono. Como consecuen­ cia, el volum en m inuto aumenta rápidamente al principio, y des­ 24

pués lo hace más lentamente hasta alcanzar su n ivel final. El ajus­ te del pH del LCR se produce al cabo de unas 24 h. El p H del

20

plasma se normaliza m ediante la excreción renal del exceso de bi­ carbonato al cabo de una semana.

16

A u m en to del núm ero de hem atíes y de la hem oglobina

12

■S' a. C\i

O a. 8

Después de ascender a una altitud elevada, el recuento de hematíes aumenta significativamente. Esta tendencia continúa durante va­

4

rias semanas (fig. 30-2) y se han registrado recuentos de hasta 8 x X 1012 • r 1 tras períodos prolongados de aclimatación (el recuento

0

© MASSON, S.A. Fotocopiar sin autorización es un delito.

normal de hematíes es de 4-5 X 1012• I ‘ ). El incremento de la hema­ topoyesis es estimulado por la hormona eritropoyetina, que es se­ cretada por el riñón com o respuesta a los bajos niveles sanguíneos

Fig. 30-3.

de PO, (v. cap. 13). El aumento del contenido de hem oglobina en la

la sangre arterial y la sangre venosa mixta para individuos aclimatados a

sangre aumenta su capacidad de transportar oxígeno. Además, la

n ivel del mar y a 4.540 m.

Presión parcial de oxígen o en el aire inspirado, los alvéolos,

baja P 0 2 da lugar a un incremento de la producción de 2,3-difosfoglicerato (2,3-DPG) por parte de los hematíes, lo que desplaza la curva de disociación del oxígen o a la derecha (desviación de Bohr) y facilita la liberación de oxígen o a los tejidos.

y genera una elevación del gasto cardíaco. Esto aumenta el flujo sanguíneo a través de los tejidos, y mejora su oxigenación. El au­ m ento de la distribución de ox íge n o a los tejidos es tan eficiente que la P 0 2 de la sangre venosa m ixta de in dividu os aclimatados a

A u m en to del gasto cardíaco

altitudes m uy elevadas sólo es ligeram ente inferior a la observada en in d ivid u os que v iv e n a n iv e l del mar (fig . 30-3). Durante una

El aumento de la frecuencia cardíaca observado en los primeros

estancia prolongada a altitudes elevadas, el gasto cardíaco dism i­

estadios de la hip oxia aguda se mantiene durante la aclimatación,

nu ye lentamente hasta los valores casi normales.

65 6

30 Fisiología de la ahitud y el buceo

Aum ento de la vascularización de los tejidos

tis y tos. Respirar o x íg e n o puro a presiones superiores a las 1,72 atm (170-200 kPa) da lugar a signos manifiestos de toxicidad.

F.l diám etro de los capilares aumenta y su curso a través de los te­

Estos signos incluyen náuseas, mareo, sensación de intoxicación,

jid os se hace más tortuoso. El volum en de sangre también crece.

tem blor e incluso convulsiones o síncope. Por esta razón, en el

F.stos cambios elevan considerablem ente la capacidad de la sangre

buceo de profundidad, la presión parcial de ox íge n o debe con­

para suministrar el ox ígen o que los tejidos requieren para el me­

trolarse cuidadosamente. De tod o esto se deduce que la utiliza­

tabolismo. El elevado recuento de hematíes aumentará la viscosi­

ción segura de ox íge n o al 100% en el buceo es extremadamente

dad de la sangre y sería de p rever qu e esto, junto con el aumento

limitada (fig. 30-4).

del gasto cardíaco, diera lugar a un aumento de la presión arterial.

En la hiperoxia moderada (aumento de la P 0 2 alveolar), sólo

De hecho, en ind ivid u os que v iv e n a altitudes elevadas no se o b ­

los alvéolos, los vasos pulmonares y las arterias sistémicas exp eri­

serva un aumento de la presión arterial, comparados con in d iv i­

mentan valores de P 0 2 significativam ente elevados (100-150 kPa).

duos que v iv e n a nivel del mar. El increm ento de la vasculariza­

Una vez que la sangre alcanza los tejidos, la PO, dism inuye rápi­

ción da lugar a una disminución de la resistencia periférica total,

damente. Por consiguiente, no resulta sorprendente que los pul­

y este cam bio explica el valor normal de la presión arterial.

mones sean más vulnerables a los efectos de una hiperoxia p ro­ longada.

Resumen

Los lactantes prematuros y los recién nacidos son especial­ mente sensibles a los efectos tóxicos del aumento de las presiones

1.

En caso de hipoxia aguda, la disminución de la PO, inspirada da lugar a un aumento de la ventilación y un aumento del gasto car­ díaco. El incremento de la ventilación produce alcalosis respirato­ ria. Estos cambios fisiológicos pueden acompañarse de los sínto­ mas del mal de montaña.

2.

Después de la aclimatación a la hipoxia crónica, se produce un aumento mantenido de la ventilación, de la vascularización de los tejidos y de la capacidad transportadora de oxígen o de la sangre.

parciales de oxígen o. La presión de ox igen o a la cual se exponen no debe superar los 40 kPa (300 m m Hg o un 4 0 % de la presión atmosférica norm al). Si se superan estos valores se corre el riesgo de causar ceguera permanente al recién nacido. La razón es la in­ tensa constricción de los vasos retinianos inmaduros, que da lu­ gar a una isquemia retiniana que, en último térm ino, provoca cambios patológicos secundarios en la retina.

La alcalosis respiratoria como consecuencia de la hiperventilacíón se compensa por la excreción renal de bicarbonato. Lentamente, el gasto cardíaco recupera unos valores casi normales.

Problem as asociados con la respiración de aire c o m p r im id o durante el buceo

30.3 Efectos de una presión atmosférica elevada

La inhalación de aire com prim ido a presión elevada puede ser pe­

Durante el buceo tiene lugar una exposición a presiones atm osfé­

gen o o el d ió x id o de carbono, es alrededor de cinco veces más so­

ricas altas. La presión atm osférica a nivel del mar es de 1 atm y,

luble en grasa. La exposición prolongada a aire com prim ido pue­

por cada 10 m de descenso en el mar, la presión aumenta en 1 atm.

de dar lugar a una acumulación de nitrógeno en los tejidos. A

ligrosa. A u n qu e el nitrógeno es menos soluble en agua que el o x í­

Por consiguiente, a una profundidad de 30 m, la presión total es

menos que tome precauciones apropiadas, cuando un buzo regre­

de 1 + 3 - 4 atm. Los trabajadores que excavan túneles también

sa a la presión am biental normal, el nitrógeno disuelto saldrá de la

están sometidos a una presión atmosférica m ayor, ya que deben

solución y formará burbujas en los tejidos, provocan d o una le­

mantener el aire bajo presión para im pedir que el agua se filtre en

sión traumática y un dolor intenso. Esta alteración, la enfermedad

las minas. En ambos casos, el aumento de la presión del aire au­

de la descompresión, era m uy frecuente en los buzos y los obreros

menta la cantidad de gas disuelto en la sangre y en los tejidos, de

de la construcción de cámaras neumáticas, y se caracteriza por

acuerdo con la ley de H en ry (v. cap. 16). Puesto que la P C 0 2 al­

d olor en una articulación o cerca de ésta y p or distrés respirato­

veolar perm anece casi constante en estas circunstancias, los au­

rio. Puede evitarse con un ascenso lento de acuerdo con pautas

mentos de las presiones parciales y de las cantidades de oxígen o

específicas de buceo. Si la enferm edad de la descompresión se

y n itrógeno disueltos son de prim ordial preocupación.

hace evid en te al acabar una sesión de buceo, debe tratarse me­ diante una recom presión inmediata en una cámara de presión se­ guida de una descompresión más lenta de acuerdo con procedi­

Toxicidad del o xíg en o

mientos específicos.

A pesar de que es esencial para la vida, el ox ige n o es un gas muy reactivo. P or consiguiente, no resulta sorprendente que la respi­

Narcosis p o r n itrógen o

ración de ox íge n o puro se asocie a determ inados riesgos. Respirar o x ígen o puro a presiones inferiores a los 60 kPa (6 0 % en aire ins­

Si un in d ivid u o respira una mezcla de gas que contiene nitrógeno

pirado a presión norm al) es com pletamente seguro para un adul­

a una presión elevada, corre un segundo riesgo: el de narcosis.

to, incluso durante periodos prolongados de tiempo. Respirar

Respirar aire a una presión superior a unas 5 atm (que correspon­

o x íge n o puro a una presión atmosférica normal (101 kPa, o

dería a una profundidad de unos 40 m) provoca los primeros sig­

760 m m H g) durante más de 8 h causa signos de faringitis, traqueí-

nos de anestesia. Se p roduce una sensación de euíoria («éxtasis de

30.3 Efectos de una presión atmosférica elevado

“ -

0

Heliox

100% 0 2 Aire comprimido

657

Trimix

--------- 1------------------------------

Nivel del mar -10