Sistema cardiovascular: fisiología, órganos funciones, histología
El sistema cardiovascular es un conjunto complejo de vasos sanguíneos que transporta substancias entre las células y la sangre, y entre la sangre y el medioambiente. Sus componentes son el corazón, los vasos sanguíneos y la sangre.
Las funciones del sistema cardiovascular son: 1) distribuir oxígeno y nutrientes hacia los tejidos del cuerpo; 2) transportar dióxido de carbono y productos metabólicos de desecho desde los tejidos hacia los pulmones y los órganos excretores; 3) contribuir con el funcionamiento del sistema inmune y con la termorregulación.
El corazón actúa como dos bombas, una para la circulación pulmonar y otra para la sistémica. Ambas circulaciones requieren que las cámaras del corazón se contraigan de forma ordenada, moviendo la sangre unidireccionalmente.
La circulación pulmonar es el flujo de sangre entre los pulmones y el corazón. Permite el intercambio de gases sangre y los alvéolos pulmonares. La circulación sistémica es el flujo de sangre entre el corazón y el resto del cuerpo, excluyendo los pulmones. Involucra los vasos sanguíneos dentro y fuera de los órganos.
El estudio de enfermedades congénitas del corazón ha permitido grandes avances en el conocimiento de la anatomía del corazón de recién nacidos y adultos, y de los genes o cromosomas implicados en defectos congénitos.
Un gran número de enfermedades del corazón contraídas durante la vida dependen de factores tales como la edad, el sexo o la historia familiar. Una dieta sana, ejercicio físico y los medicamentos pueden prevenir o controlar estas enfermedades.
El diagnóstico fiable de las enfermedades del sistema circulatorio ha sido posible gracias a avances tecnológicos en la obtención de imágenes. Igualmente, los avances en la cirugía han permitido que la mayoría los defectos congénitos, y muchas enfermedades no congénitas, puedan ser remediados.
Índice del artículo
- 1 Anatomía e histología del corazón
- 2 Histología del sistema vascular
- 3 Fisiología del corazón
- 4 Funcionamiento del corazón: ciclo cardíaco y electrocardiogramas
- 5 Funcionamiento del sistema circulatorio
- 6 Respuesta circulatoria a la hemorragia
- 7 Respuesta circulatoria al ejercicio
- 8 Embriología
- 9 Enfermedades: lista parcial
- 10 Referencias
El corazón tiene un lado izquierdo y otro derecho funcionalmente diferentes. Cada lado del se divide en dos cámaras, una superior denominada atrio y una inferior denominada ventrículo. Ambas cámaras están compuestas principalmente de un tipo especial de músculo denominado cardíaco.
Los atrios, o cámaras superiores, están separados por el septo interatrial. Los ventrículos, o cámaras inferiores, están separados por el septo interventricular. La pared del atrio derecho es delgada, Tres venas descargan la sangre en su interior: las venas cava superior e inferior, y el seno coronario. Esta sangre procede del cuerpo.
La pared del atrio izquierdo es tres veces más gruesa que la del derecho. Cuatro venas pulmonares descargan la sangre oxigenada en el atrio izquierdo. Esta sangre procede de los pulmones.
Las paredes de los ventrículos, especialmente la el izquierdo, son mucho más gruesas que la de los atrios. Del ventrículo derecho parte la arteria pulmonar, que dirige la sangre hacia los pulmones. Del ventrículo izquierdo parte la aorta, que dirige la sangre hacia el resto del cuerpo.
La superficie interior de los ventrículos es acanalada, con haces y bandas de músculo, denominadas trabeculae carneae. Los músculos papilares se proyectan dentro de la cavidad de los ventrículos.
Cada apertura de los ventrículos es protegida mediante una válvula que evita el retorno del flujo sanguíneo. Hay dos tipos de válvula: las atrioventriculares (mitral y tricúspide) y las semilunares (pulmonar y aórtica).
La válvula mitral, que es bicúspide, comunica el atrio (aurícula) izquierdo con el ventrículo del mismo lado. La válvula tricúspide comunica el atrio (aurícula) derecho con el ventrículo del mismo lado.
Las cúspides son pliegues del endocardio (una membrana reforzada con tejido conectivo fibroso) con forma de hoja. Las cúspides y los músculos papilares de las válvulas atrioventriculares están unidas por estructuras, denominadas chordae tendinae, con forma de cuerdas finas.
Las válvulas semilunares son estructuras con forma de bolsillo. La válvula pulmonar, compuesta de dos hojuelas, conecta el ventrículo derecho con la arteria pulmonar. La válvula aórtica, compuesta de tres hojuelas, conecta el ventrículo izquierdo con la aorta.
Una banda de tejido conectivo fibroso (annulus fibrosus), que separa los atrios de los ventrículos, provee superficies para la unión del músculo y la inserción de las válvulas.
La pared del corazón consta de cuatro capas: endocardio (capa interna), miocardio (capa media interna), epicardio (capa media externa) y pericardio (capa externa).
El endocardio es una capa fina de células similar al endotelio de los vasos sanguíneos. El miocardio contiene los elementos contráctiles del corazón.
El miocardio consiste de células musculares. Cada una de estas células posee miofibrillas que forman unidades contráctiles denominadas sarcómeros. Cada sarcómero posee filamentos de actina que se proyectan desde líneas opuestas, y están organizados alrededor de filamentos gruesos de miosina.
El epicardio es una capa de células mesoteliales penetrada por vasos coronarios que van al miocardio. Estos vasos aportan sangre arterial al corazón.
El pericardio es una capa laxa de células epiteliales que descansa sobre el tejido conectivo. Forma un saco membranoso en el cual está suspendido el corazón. Está unido por debajo al diafragma, por los lados a la pleura, y por el frente al esternón.
Los grandes vasos sanguíneos comparten una estructura de tres capas, a saber: túnica íntima, túnica media y túnica adventicia.
La túnica intima, que es la capa más interna, es una monocapa de células endoteliales cubierta por tejido elástico. Esta capa controla la permeabilidad vascular, la vasoconstricción, la angiogénesis y regula la coagulación.
La túnica íntima de las venas de los brazos y piernas posee válvulas que impiden el flujo de retorno de sangre, direccionándolo hacia el corazón. Estas válvulas consisten de endotelio y escaso tejido conectivo.
La túnica media, que la capa intermedia, está separada de la íntima mediante una lámina elástica interna, compuesta de elastina. La túnica media está compuesta de células de músculo liso, embebido en una matriz extracelular, y fibras elásticas. En las arterias, la túnica media es gruesa, mientras que en las venas es delgada.
La túnica adventicia, que es la capa más externa, es la más fuerte de las tres capas. Está compuesta de colágeno y fibras elásticas. Esta capa es una barrera limitante, que protege los vasos de la expansión. En las grandes arterias y venas, la adventicia contiene vasa vasorum, vasos sanguíneos pequeños que alimentan la pared vascular con oxigeno y nutrientes.
La contracción regular del corazón es el resultado del ritmo inherente del músculo cardíaco. La contracción comienza en los atrios. Sigue la contracción de los ventrículos (sístole atrial y ventricular). Sigue la relajación de las cámaras atriales y ventriculares (diástole).
Un sistema de conducción cardíaco especializado se encarga de disparar la actividad eléctrica y transmitirla a todas partes del miocardio. Este sistema consiste de:
– Dos masas pequeñas de tejido especializado, a saber: nodo sinoatrial (nodo SA) y nodo atrioventricular (nodo AV).
– El haz His con sus ramas y el sistema de Purkinje, localizados en los ventrículos.
En el corazón de los humanos, el nodo SA está localizado en el atrio derecho, al lado de la vena cava superior. El nodo AV está localizado en la parte posterior derecha del septo interatrial.
Las contracciones cardíacas rítmicas se originan con un impulso eléctrico generado, de forma espontánea, en el nodo SA. La velocidad de la generación del impulso eléctrico es controlada por las células marcapaso de este nodo.
El impulso generado en el nodo SA pasa a través del nodo AV. Luego, continúa por el haz de His y sus ramas hacia el sistema de Purkinje, en el músculo ventricular.
Las células musculares cardíacas están conectadas mediante discos intercalados. Estas células están conectadas unas con otras en serie y en paralelo y forman de esta manera las fibras musculares.
Las membranas celulares de los discos intercalados se fusionan unos con otros formando uniones comunicantes permeables que permiten la difusión rápida de iones y así la corriente eléctrica. Debido a que todas las células están conectadas eléctricamente, se dice que el músculo cardíaco es funcionalmente un sincicio eléctrico.
El corazón está compuesto de dos sincicios:
– El del atrio, constituido por las paredes de los atrios.
– El ventricular, constituido por las paredes de los ventrículos.
Esta división del corazón permite que los atrios se contraigan en corto tiempo antes de la contracción de los ventrículos, lo cual hace que el bombeo del corazón sea efectivo.
La distribución de iones a través de la membrana celular produce una diferencia en el potencial eléctrico entre el interior y exterior de la célula, lo cual se conoce como potencial de membrana.
El potencial de membrana en reposo de una célula cardíaca de mamífero es -90 mV. Un estímulo produce un potencial de acción, que es un cambio del potencial de membrana. Este potencial se propaga y es responsable del inicio de la contracción. El potencial de acción sucede en fases.
En la fase de despolarización, la célula cardíaca es estimulada y se produce la apertura de los canales de sodio dependientes de voltaje y la entrada de sodio a la célula. Antes de que se cierren los canales, el potencial de membrana alcanza +20 mV.
En la fase de repolarización inicial, los canales de sodio se cierran, la célula comienza a repolarizarse, y los iones potasio salen de la célula a través de los canales de potasio.
En la fase de plateau, tiene lugar la apertura de canales de calcio y el cierre rápido de canales de potasio. La fase de repolarización rápida, el cierre de canales de calcio y la apertura lenta de canales de potasio hacen retornar a la célula a su potencial de reposo.
La apertura de los canales de calcio, dependientes de voltaje de las células musculares, es uno de los eventos de la despolarización que permite que el Ca+2 entre al miocardio. El Ca+2 es un efector que acopla la despolarización y la contracción cardíaca.
Después de la despolarización de las células, se produce la entrada de Ca+2, lo cual dispara la liberación de Ca+2 adicional, mediante canales sensibles al Ca+2, en el retículo sarcoplásmico. Así incrementa cien veces la concentración de Ca+2.
La respuesta contráctil del músculo cardíaco comienza luego de la despolarización. Cuando las células musculares se repolarizan, el retículo sacoplásmico reabsorbe el exceso de Ca+2. La concentración de de Ca+2 retorna a su nivel inicial, permitiendo que el músculo se relaje.
El enunciado de la ley de Starling del corazón es “la energía liberada durante la contracción depende de la longitud de la fibra inicial”. En reposo, la longitud inicial de las fibras es determinado por el grado de llenado diastólico del corazón. La presión que se desarrolla en el ventrículo es proporcional al volumen del ventrículo al final de la fase de llenado.
En la diástole tardía, las válvulas mitral y tricúspide están abiertas y las válvulas aórticas y pulmonares están cerradas. Durante toda la diástole, la sangre entra al corazón y llena los atrios y los ventrículos. La velocidad de llenado va disminuyendo a medida que los ventrículos se expanden y las válvulas AV se van cerrando.
La contracción de los músculos de los atrios, o sístole atrial, reduce los orificios de las venas cava superior e inferior y la vena pulmonar. La sangre tiende a mantenerse en el corazón por la inercia del movimiento de la sangre entrante.
La contracción ventricular, o sístole ventricular, comienza y las válvulas AV se cierran. Durante esta fase el músculo ventricular se acorta poco y el miocardio presiona la sangre sobre el ventrículo. Esto se llama presión isovolumétrica, dura hasta que la presión de los ventrículos excede la presión en la aorta y la arteria pulmonar y su válvulas abren.
La medición de las fluctuaciones en el potencial del ciclo cardíaco son reflejadas en el electrocardiograma: la onda P es producida por la despolarización de los atrios; el complejo QRS es dominado por la despolarización ventricular; la onda T es la repolarización de los ventrículos.
La circulación se divide en sistémica (o periférica) y pulmonar. Los componentes del sistema circulatorio son las venas, las vénulas, las arterias, las arteriolas y los capilares.
Las vénulas reciben la sangre de los capilares y se funden gradualmente con las venas grandes. Las venas conducen la sangre de vuelta al corazón. La presión en el sistema venoso es baja. Las paredes de los vasos son delgadas pero suficientemente musculares para contraerse y expandirse. Esto les permite ser un reservorio controlable de sangre.
Las arterias tienen como función transportar sangre bajo alta presión a los tejidos. Debido a ello, las arterias tienen paredes vasculares fuertes y la sangre se mueve a velocidad alta.
Las arteriolas son ramificaciones pequeñas del sistema arterial, que actúan como conductos de control a través de los cuales la sangre es transportada hacia los capilares. Las arteriolas tienen paredes musculares fuertes que se pueden contraer o dilatar varias veces. Esto permite que las arterias alteraren el flujo sanguíneo según las necesidades.
Los capilares son vasos pequeños de las arteriolas que permiten el intercambio de nutrientes, electrolitos, hormonas y otras substancias entre la sangre y el fluido intersticial. Las paredes de los capilares son delgadas y tienen muchos poros que son permeables al agua y a moléculas pequeñas.
Cuando los ventrículos se contraen, la presión interna del ventrículo izquierdo incrementa de cero a 120 mm de Hg. Esto hace que la válvula aortica se abra y el flujo sanguíneo sea expelido hacia la aorta, que es la primera arteria de la circulación sistémica. La máxima presión durante la sístole se denomina presión sistólica.
Luego, la válvula de la aorta se cierra y el ventrículo izquierdo se relaja, de manera que puede entrar sangre desde el atrio izquierdo a través de la válvula mitral. Al periodo de relajación se le denomina diástole. Durante este periodo la presión cae a 80 mm de Hg.
La diferencia entre la presión sistólica y diastólica es, por ende, 40 mm Hg, siendo denomina como presión de pulso. El complejo árbol arterial reduce la presión de las pulsaciones, haciendo que, con pocas pulsaciones, el flujo sanguíneo sea continuo hacia los tejidos.
La contracción del ventrículo derecho, que ocurre simultáneamente con la del el izquierdo, empuja la sangre a través de la válvula pulmonar y hacia la arteria pulmonar. Ésta se divide en arterias pequeñas, arteriolas y capilares de la circulación pulmonar. La presión pulmonar es mucho más baja (10–20 mm de Hg) que la presión sistémica.
Las hemorragias pueden ser externas o internas. Cuando son grandes, requieren atención médica inmediata. Una disminución significativa del volumen de sangre ocasiona una caída de la presión arterial, que es la fuerza que mueve la sangre en el sistema circulatorio para aportar el oxígeno que los tejidos necesitan para mantenerse vivos.
La caída de la presión arterial es percibida por barorreceptores, que disminuyen su tasa de descarga. El centro cardiovascular de la médula oblonga ubicada en la base del cerebro detecta la disminución de la actividad de los basorreceptores, lo cual desata una serie de mecanismos homeostáticos que buscan restaurar la presión arterial normal.
El centro cardiovascular medular incrementa la estimulación simpática del nodo sinoatrial derecho, lo cual: 1) incrementa la fuerza de contracción del músculo cardiaco, incrementando el volumen de sangre bombeado en cada pulsación; 2) incrementa el número de pulsaciones por unidad de tiempo. Ambos procesos aumentan la presión arterial.
Simultáneamente, el centro cardiovascular medular estimula la contracción (vasoconstricción) de ciertos vasos sanguíneos, obligando a que parte de la sangre que ellos contienen se traslade al resto del sistema circulatorio, incluido el corazón, aumentando la presión arterial.
Durante el ejercicio, los tejidos corporales aumentan su necesidad de oxígeno. Por lo tanto, durante el ejercicio aeróbico extremo, la tasa de bombeo de sangre por el corazón debe subir de 5 a 35 litros por minuto. El mecanismo más evidente para lograrlo es el incremento del número de pulsaciones cardíacas por unidad de tiempo.
El incremento de las pulsaciones es acompañado por: 1) vasodilatación arterial en la musculatura; 2) vasoconstricción en los sistemas digestivo y renal; 3) vasoconstricción de venas, lo cual incrementa el retorno venoso al corazón y, por ende, la cantidad de sangre que este puede bombear. Así, la musculatura recibe más sangre y por lo tanto más oxígeno
El sistema nervioso, en particular el centro cardiovascular medular, tiene un papel fundamental en estas respuestas al ejercicio a través de estimulaciones simpáticas.
En la semana 4 del desarrollo embrionario humano, el sistema circulatorio y la sangre comienzan a formarse en “islotes de sangre” que aparecen en la pared mesodérmica del saco vitelino. Para este momento, el embrión empieza a ser demasiado grande para que la distribución de oxígeno pueda realizarse sólo por difusión.
La primera sangre, consistente de eritrocitos nucleados como los de los reptiles, anfibios y peces, se deriva a partir de unas células llamadas hemangioblastos, ubicadas en los “islotes de sangre”.
En las semanas 6–8, la producción de sangre, consistente de los eritrocitos sin núcleo típicos de los mamíferos, comienza a trasladarse al hígado. Hacia el mes 6, los eritrocitos colonizan la médula ósea y su producción por el hígado comienza a declinar, cesando en el periodo neonatal temprano.
Los vasos sanguíneos embrionarios se forman mediante tres mecanismos:
– Coalescencia in situ (vasculogénesis).
– Migración de células endotélicas precursoras (angioblastos) hacia los órganos.
– Desarrollo a partir de vasos existentes (angiogénesis).
El corazón surge del mesodermo y comienza a latir en la cuarta semana de gestación. Durante el desarrollo de las regiones cervical y cefálica, los tres primeros arcos branquiales del embrión forman el sistema arterial carótido.
Aneurisma. Ensanchamiento de un segmento débil de una arteria causado por la presión sanguínea.
Arritmia. Desviación de la regularidad normal del ritmo cardiaco debida a un defecto en la conducción eléctrica del corazón.
Aterosclerosis. Enfermedad crónica causada por la deposición (placas) de lípidos, colesterol o calcio en el endotelio de arterias grandes.
Defectos congénitos. Anomalías de origen genético o ambiental del sistema circulatorio presentes al nacer.
Dislipidemias. Niveles anormales de lipoproteínas sanguíneas. Las lipoproteínas transfieren lípidos entre órganos.
Endocarditis. Inflamación del endocardio producida por una infección bacteriana y a veces fúngica.
Enfermedad cerebrovascular. Daño súbito debido a una reducción del flujo sanguíneo en parte del cerebro.
Enfermedad valvular. Insuficiencia de la válvula mitral para prevenir el flujo incorrecto de sangre.
Fallo cardíaco. Incapacidad del corazón de contraerse y relajarse efectivamente, reduciendo su desempeño y comprometiendo la circulación.
Hipertensión. Presión sanguínea superior a 140/90 mm Hg. Produce aterogénesis al dañar el endotelio
Infarto. Muerte de parte del miocardio ocasionada por la interrupción del flujo sanguíneo por un trombo atascado en una arteria coronaria.
Varices y hemorroides. Una varice es una vena que ha quedado distendida por la sangre. Las hemorroides son conjuntos de venas varicosas en el ano.
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