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Dr. Fernando D. Saraví Los pulmones son irrigados por dos circuitos diferentes: la circulación bronquial y la circulación pulmonar. Ambas difieren ampliamente en su origen, estructura, caudal y función. A la circulación pulmonar se le suele llamar “circuito menor” en contraposición al circuito mayor o circulación sistémica. La denominación de “menor” es correcta con referencia a la distancia media que recorre la sangre, pero debe subrayarse que su caudal es igual al de la circulación sistémica. CIRCULACIÓN BRONQUIAL Las arterias bronquiales son ramas de las arterias intercostales, y por tanto forman parte de la circulación sistémica. Su caudal se estima en 50 mL/min, es decir 1 % del gasto cardíaco en reposo. Estas arterias originan la red capilar que nutre la tráquea y los bronquios, la pleura visceral, los vasos pulmonares, el intersticio y los nervios pulmonares. Las venas de la circulación bronquial provenientes de la tráquea y los bronquios drenan en la ácigos y otras venas sistémicas. El resto vuelca su sangre desoxigenada a las venas pulmonares a través de anastomosis, y contribuyen al denominado cortocircuito anatómico (ver más abajo). Además de sus funciones nutricias, la circulación bronquial contribuye a entibiar y humedecer el aire inspirado y provee el agua y los electrolitos de las secreciones bronquiales. CIRCULACIÓN PULMONAR: RESEÑA ANATÓMICA El árbol vascular pulmonar (Fig. 1) irriga los alvéolos y difiere en muchos aspectos del árbol arterial sistémico. Por ejemplo, la aorta tiene una longitud de aproximadamente 50 cm y antes de continuarse en las ilíacas primitivas origina muchas arterias importantes. La arteria pulmonar tiene en su origen una sección similar a la de la aorta, pero se ramifica, sin haber dado colaterales, tras un breve trayecto de 5 cm. El radio de la arteria pulmonar es de 1,4 cm y, para un gasto de 5 L/min la velocidad media de la sangre es en ella de 13,5 cm/s. El árbol arterial pulmonar se divide en dos ramas, una para cada pulmón, que a su vez se dividen siguiendo el patrón de segmentación bronquial, hasta llegar a los alvéolos. Las arterias pulmonares tienen una pared de menor espesor que arterias sistémicas de igual diámetro interno. Las arteriolas pulmonares (diámetro 100 μm o menor) poseen paredes tan delgadas que permiten la transferencia de líquido y gases en ciertos casos. Las arteriolas pulmonares originan una red capilar en torno de los alvéolos. A diferencia Fig. 1 La circulación pulmonar y su regulación Fig. 1 Posgrado-00 Sello Circulación pulmonar Dr. Fernando D. Saraví 2 de la red capilar sistémica, la red perialveolar se anastomosa extensamente dando forma una lámina de sangre prácticamente continua, que favorece el intercambio de oxígeno y dióxido de carbono (hematosis) al aumentar el área de contacto entre la sangre y el aire alveolar (Fig. 2). La longitud media del trayecto capilar es de 12 μm, y el diámetro medio es de 8 μm, similar al diámetro de un eritrocito. La sangre capilar drena en vénulas, las que forman un árbol venoso que sigue el trayecto de los bronquios, hasta reunirse en cuatro venas pulmonares que desembocan el la aurícula izquierda. Estas venas acarrean todo el caudal proveniente de la arteria pulmonar más una pequeña contribución proveniente de las venas bronquiales. El árbol venoso de la circulación pulmonar contribuye a la resistencia total del circuito en mayor medida que el árbol venoso sistémico a la resistencia periférica total. La distancia recorrida desde el origen de la arteria pulmonar hasta los capilares alveolares varia de 8 a 20 cm, con un valor medio de 15 cm. La longitud media total del circuito, desde la válvula sigmoidea pulmonar hasta la aurícula izquierda, es de 30 cm. El tiempo que demora un volumen de sangre en recorrer el circuito es de aproximadamente 8 s en reposo, y se reduce hasta 2 s cuando el gasto cardíaco es máximo. Esto corresponde a un aumento en la velocidad media de la sangre de cuatro veces. Existe además una importante red de linfáticos que se originan entre los alvéolos, en torno de los vasos y bronquios pequeños, y en la pleura. Poseen una válvula en su inicio, que se abre cuando aumenta la cantidad de líquido en el intersticio. Los linfáticos se reúnen y drenan en el ducto linfático derecho, el ducto torácico izquierdo y la vena innominada. El caudal linfático pulmonar es de sólo 0,5 mL/min, pero puede aumentar hasta 5 mL/min en caso de edema pulmonar. Como están dotados de válvulas y músculo liso, estos vasos pueden generar presiones de hasta 15 mmHg para permitir el flujo anterógrado de linfa cuando la presión venosa central está aumentada. FUNCIONES DE LA CIRCULACIÓN PULMONAR La circulación pulmonar cumple varias funciones importantes (Tabla 1). La principal función de la circulación pulmonar es, sin duda, el intercambio de gases respiratorios, de lo cual se tratará más adelante con cierta extensión. La circulación pulmonar actúa como un filtro que limita el paso de leucocitos, que tienden a acumularse en los vasos pequeños del lecho pulmonar. El número de leucocitos presentes no cambia mucho con el caudal. Normalmente los leucocitos se encuentran inactivos, pero pueden ser rápidamente activados y reclutados hacia los alvéolos por la liberación de citokinas por parte de los macrófagos alveolares. La estructura de la circulación pulmonar impide el paso de émbolos procedentes del sector venoso sistémico a la aorta. Estos émbolos pueden ser coágulos, células cancerosas, aire introducido accidentalmente en las venas, grasa procedente de la médula ósea (en fracturas) o líquido amniótico en la embarazada. El filtro pulmonar evita el paso de émbolos a las arterias sistémicas, que podrían tener graves consecuencias, por ejemplo si obstruyesen una arteria cerebral. Desde luego, esta función también torna a los pulmones vulnerables a las metástasis de diversos tumores sólidos. Además, si los émbolos son grandes pueden afectar adversamente la propia circulación pulmonar, como en el tromboembolismo de las arterias pulmonares originado en una trombosis venosa de los miembros inferiores. Por otra parte, si se trata de coágulos pequeños, la circulación pulmonar no sólo evita que alcancen las arterias sistémicas, Tabla 1: Funciones de la circulación pulmonar. 1. Intercambio gaseoso 2 .Filtro circulatorio 3. Lisis de coágulos 4. Metabolismo de sustancias vasoactivas 5. Aporte de nutrientes para los alvéolos 6. Intercambio líquido 7. Reservorio de sangre con baja presión (0.5 L) Fig. 2 Circulación pulmonar Dr. Fernando D. Saraví 3 sino que también produce la disolución (lisis) de los coágulos mediante un activo sistema fibrinolítico. Mientras se lisan los coágulos, la circulación bronquial puede proveer sangre a los alvéolos en cantidad suficiente para impedir el daño isquémico de la región afectada. El endotelio vascular pulmonar es rico en la enzima de conversión que transforma angiotensina I (inactiva) en angiotensina II, biológicamente activa. Además puede degradar diversas moléculas vasoactivas, como bradikinina entre otras. La circulación pulmonar también proporciona nutrientes para las células que tapizan los alvéolos pulmonares (pneumocitos) y acarrea desechos metabólicos procedentes de ellas. Si bien los capilares pulmonares tienen presiones hidrostáticas bajas, existe también cierto grado de intercambio de líquido. Además, los capilares pulmonares pueden reabsorber líquido introducido en los alveolos, por ejemplo como consecuencia de aspiración, y también pueden reabsorber líquido previamente exudado durante el edema alveolar cuando las condiciones hemodinámicas que originaron el edema se normalizan. En la circulación pulmonar se encuentra aproximadamente 10 % de la volemia (500 mL), distribuida en proporción similaren arterias, capilares y venas pulmonares. Por su elevada distensibilidad, la circulación pulmonar puede albergar un volumen mayor cuando existe una volemia excesiva. Por el contrario, cuando existe hipovolemia (por ejemplo, causada por hemorragia o deshidratación) parte de la sangre presente en los vasos pulmonares puede derivarse hacia la circulación sistémica y contribuir a mantener la presión arterial sistémica. PRESIONES Y RESISTENCIAS VASCULARES PULMONARES En la arteria pulmonar, la presión sistólica es de 25 mmHg y la diastólica de 10 mmHg. La presión arterial pulmonar (PAP) media dinámica es de 15 mmHg. La presión en los capilares se estima en 12 mmHg en el extremo arterial, y en 8 mmHg en el extremo venoso, con un valor medio de 10 mmHg. La presión media en la aurícula izquierda es de 5 mmHg (Fig. 3). La diferencia entre la PAP media y la presión en la aurícula izquierda es entonces de sólo 10 mmHg (= 13333 dina/cm2) y puede emplearse para calcular la resistencia del circuito pulmonar según la ley de Poiseuille. Si el caudal en reposo es de 5 L/min (= 83.3 cm3/s), la resistencia vascular pulmonar Rp es: Rp = 13333 dina/cm2 = 160 dina.s.cm-5 83.3 cm3/s Lo cual, expresado en unidades de resistencia periférica total (PRU = 80 dina.s.cm-5) Fig. 3 Fig. 4 Circulación pulmonar Dr. Fernando D. Saraví 4 corresponde a 2 PRU. En el circuito sistémico, aproximadamente 65 % de la caída de presión se produce en el árbol arterial (de la aorta a las arteriolas). Otro 25 % cae en los capilares, y el 10 % en las venas. En la circulación pulmonar, la caída de presión a lo largo del circuito es más uniforme: aproximadamente 30 % cae en el árbol arterial, 40 % en los capilares y el 30 % restante en las venas. Estos hechos implican que la resistencia se encuentra distribuida de manera más uniforme en el circuito pulmonar (Fig. 4). En la circulación sistémica existe un caudal en reposo de 5 L/min (83.3 cm3/s) cuando la diferencia de presión media entre la aorta y la aurícula derecha es de aproximadamente 100 mmHg. La resistencia periférica total correspondiente es de 1 600 dina.s.cm-5, es decir 20 PRU. Por tanto, la resistencia vascular pulmonar es diez veces menor que la resistencia del circuito sistémico. La diferente resistencia explica que ambos circuitos puedan tener igual caudal a pesar de que la presión arterial pulmonar es mucho menor que la presión aórtica. La circulación pulmonar es un circuito de baja resistencia. El árbol arterial pulmonar posee una distensibilidad varias veces mayor que el sistémico, como lo demuestra el hecho de que la velocidad de la onda de pulso es de 1.8 m/s (contra 4 a 7 m/s en el circuito mayor). El flujo es de naturaleza pulsátil en todo el circuito. No obstante, la magnitud de las pulsaciones es mucho mayor en el sector arterial, donde el caudal instantáneo oscila durante el ciclo cardíaco entre 500 cm3/s y 0 cm3/s. En los capilares el rango de variación va de 280 cm3/s a 40 cm3/s, y en las venas de 200 cm3/s a 50 cm3/s. Debe destacarse que pese a la pulsatilidad, la circulación capilar es esencialmente continua, hecho importante para el intercambio gaseoso. El caudal es esencialmente el mismo (despreciando la contribución de la circulación bronquial) en las arterias, capilares y venas pulmonares, pero la sección transversal del conjunto de los capilares es mucho mayor que la de la arteria y las venas pulmonares. Por esta razón, la velocidad de la sangre decrece desde 13.5 cm/s en la arteria pulmonar a 0.0016 cm/s (16 μm/s) en los capilares. La baja velocidad en los capilares permite que se alcance el equilibrio de las presiones parciales de oxígeno y dióxido de carbono entre la sangre capilar y el aire alveolar, con un amplio margen de seguridad. En el sector venoso la sangre se acelera nuevamente y llega a la aurícula izquierda con una velocidad comparable a la existente en la arteria pulmonar. Conforme a la ecuación de Bernoulli, los cambios de velocidad mencionados hacen que en los capilares disminuya la energía cinética por unidad de volumen y aumenta la energía potencial, mientras que en las venas pulmonares tiene lugar la transformación inversa. Estas transformaciones no influyen mayormente las presiones con el caudal de reposo, pero pueden adquirir importancia cuando el gasto cardíaco está aumentado. Por la baja presión del circuito pulmonar (energía potencial), el componente cinético es siempre en ella una fracción mayor de la energía mecánica total que en la circulación sistémica. El componente cinético puede alcanzar hasta 10 % del trabajo externo del ventrículo derecho cuando el gasto cardíaco es elevado. Fig. 5 Fig. 6 Circulación pulmonar Dr. Fernando D. Saraví 5 La resistencia vascular pulmonar, que de por sí es baja, desciende aún más con pequeños incrementos de la presión de perfusión (Fig. 5). La distensibilidad de la circulación pulmonar permite el incremento del gasto cardíaco con escaso aumento de presión (Fig. 6). Este fenómeno es debido en parte a la distensibilidad de todo el circuito, y en parte a características propias de los capilares pulmonares, que contribuyen sustancialmente a la resistencia total. Frente a un aumento de la presión de perfusión, la resistencia capilar pulmonar desciende por dos mecanismos (Fig. 7). Uno es el reclutamiento de capilares que con la presión y el caudal de reposo se encuentran colapsados. El otro es la distensión de los capilares ya abiertos. Los capilares pulmonares pueden distenderse más que los sistémicos debido a que el tejido circundante es escaso y ejerce menor oposición que en la mayoría de los lechos de la circulación sistémica. DIFERENCIAS EN EL CAUDAL REGIONAL Hasta aquí se ha supuesto que las presiones arterial, capilar y venosa son uniformes en los correspondientes vasos pulmonares. No obstante, la fuerza de la gravedad modifica estas presiones y es un determinante de la distribución del caudal. En los capilares alveolares, a la presión generada en la arteria pulmonar por la acción de bomba del ventrículo derecho se le suman las presiones hidrostáticas de las columnas de sangre para los alvéolos que se encuentran debajo del nivel de la arteria, y se le restan las presiones de las columnas correspondientes para los alvéolos que están por encima del citado nivel. Por esta razón, en un individuo de pie la presión capilar es menor en los vértices pulmonares y mayor en las bases (también existen diferencias hidrostáticas, aunque menores, entre las regiones anteriores y posteriores cuando la persona está en decúbito). La altura del pulmón es de aproximadamente 30 cm, por lo cual puede añadirse a la presión vascular o sustraerse de ella hasta 11 mmHg a partir del plano de referencia. Si bien estas columnas hidrostáticas son de pequeña magnitud comparadas con las existentes en la circulación sistémica, su influencia sobre la distribución del caudal en el individuo de pie (o sentado) es grande debido a las bajas presiones vasculares pulmonares. Para entender dicha influencia es necesario recordar las características de la circulación por tubos distensibles. En el ejemplo de la Fig. 8 la presión externa (Pext) es constante. Cuando no existe circulación por el tubo distensible, su diámetro es uniforme. Cuando un fluido viscoso circula por el tubo, movido por una diferencia de presión entre sus extremos, el diámetro del tubo distensible se reduce desde la entrada hacia la salida porque la presión transmural se reduce a lo largo del tubo debido a la disipación viscosa. Si la presión en la entrada (Pin) y en la salida (Pout) son ambas mayores que Pext, el caudal depende de la diferencia Pin – Pout. Si Pext es mayor que Pin, el tubo se colapsa. Finalmente, si Pin es mayor que Pext pero ésta supera a Pout, la diferencia de presión que determinael caudal es Pin - Pext. En los pulmones, Pext corresponde a la presión alveolar, Pin a la presión arterial y Pout a la presión venosa. El valor medio de la presión alveolar es normalmente cero (atmosférica), aunque adquiere valores subatmosféricos (negativos) durante la inspiración y positivos durante la espiración. Las diferentes relaciones entre dichas presiones determinan tres zonas Fig. 7 Fig. 8 Circulación pulmonar Dr. Fernando D. Saraví 6 funcionales posibles (Fig. 9). En la llamada zona 3, correspondiente a las bases pulmonares, tanto la presión arterial como la venosa son superiores a la presión alveolar. Por tanto, el caudal capilar depende de la diferencia entre la presión arterial y la presión venosa. En esta zona, la presión alveolar carece de influencia sobre el caudal sanguíneo. La columna hidrostática no modifica la diferencia de presión arteriovenosa (la columna de sangre tiene altura similar del lado arterial y del lado venoso) pero la mayor presión en los vasos de la base los distiende y reduce su resistencia. Esta reducción de resistencia es menor cuanto más pequeña sea la columna hidrostática, por lo cual el caudal es menor en las partes más altas de la zona 3 que en las partes más bajas. Por encima de las bases, la presión venosa puede ser menor que la alveolar, y esto determina la zona 2, en la cual el caudal depende de la diferencia entre la presión arterial y la presión alveolar, y no es influenciada por el valor de la presión venosa. En la zona 2, el caudal se reduce a medida que aumenta la altura, y la pendiente de variación es mayor. En la zona 1 la presión arterial cae por debajo de la presión alveolar y por consiguiente no hay flujo. Esta zona funcional no existe normalmente, pero puede aparecer en condiciones anormales, como cuando hay hipovolemia e hipotensión, o cuando se ventila mecánicamente a un paciente con presión positiva al final de la espiración. Cuando aumenta el caudal sanguíneo pulmonar, como durante el ejercicio, el reclutamiento y la distensión de los capilares sumado a un pequeño aumento de la presión venosa flujo se hace más uniforme. La desigualdad en la perfusión de las bases y los vértices persiste, pero atenuada, y todo el árbol vascular puede alcanzar la zona 3 (Fig. 10). Mediante nuevas técnicas, recientemente se ha evidenciado que los efectos gravitatorios descritos solamente explican una parte de la heterogeneidad en la distribución del caudal sanguíneo pulmonar. El patrón de ramificación del árbol vascular pulmonar parece ser un determinante más influyente que el fenómeno de cascada (Fig. 11). EFECTOS DE LA VENTILACIÓN SOBRE LA CIRCULACIÓN PULMONAR La resistencia vascular pulmonar varía con el volumen de aire contenido en los pulmones. La resistencia vascular es mínima cuando el volumen de los pulmones corresponde a la capacidad residual funcional (CRF). La CRF es el aire que permanece en los pulmones al final de una espiración normal. En una espiración forzada, cuando el volumen pulmonar es menor que la CRF, la resistencia aumenta. En la inspiración la resistencia también aumenta, en mayor medida si la inspiración es forzada. De este modo, la relación entre resistencia vascular pulmonar y volumen pulmonar tiene forma de “U”, con un mínimo en la CRF (Fig. 12) Los aumentos de la resistencia con volúmenes pulmonares bajos y altos se deben a efectos combinados sobre los vasos que transcurren entre los alvéolos, o extra-alveolares (principalmente arteriolas y vénulas) y sobre los capilares alveolares. El diámetro de los vasos extra-alveolares tiende a aumentar – y su Fig. 9 Fig. 10 Circulación pulmonar Dr. Fernando D. Saraví 7 resistencia se reduce – cuando aumenta el volumen pulmonar, pues ellos son traccionados por los alvéolos en expansión. No obstante, el estiramiento de la superficie alveolar estira los capilares y reduce su diámetro, por lo cual su resistencia aumenta. Por el contrario, cuando el volumen es bajo, los capilares presentan mayor diámetro y menor resistencia, pero los vasos extra-alveolares tienen mayor resistencia pues las fuerzas que los traccionan son menores. Como los efectos del volumen sobre la resistencia capilar y extra- alveolar son opuestos, normalmente el valor mínimo de resistencia se da en un volumen intermedio, próximo a la CRF. Efectos del ciclo respiratorio Los movimientos respiratorios tienen efectos complejos sobre la hemodinámica pulmonar y sistémica. Durante la inspiración, se produce una disminución de la presión pleural, que afecta a todas las estructuras torácicas, incluido el corazón, los grandes vasos sistémicos y los vasos pulmonares. La mayor presión transmural en las grandes venas aumenta el retorno venoso, lo cual incrementa la presión de lleno del ventrículo derecho. Como consecuencia, aumenta su volumen sistólico según la ley de Starling. A pesar de esto, el retorno a la aurícula izquierda se reduce porque el aumento del volumen pulmonar aumenta la capacitancia de los vasos pulmonares. Además, debido a la interdependencia de los ventrículos, el mayor lleno del ventrículo derecho tiende a limitar el lleno del ventrículo izquierdo. El menor lleno ventricular izquierdo reduce su volumen sistólico y, con él, la presión arterial sistémica, en especial la sistólica. Durante la espiración aumenta la presión pleural, se reduce el retorno venoso sistémico, el lleno ventricular y el volumen sistólico derechos, al tiempo que aumenta el retorno venoso a la aurícula izquierda, el lleno ventricular y volumen sistólico izquierdos, y la presión arterial sistémica. La presión sistólica varía normalmente menos de 10 mmHg como consecuencia del ciclo Fig. 11 Fig. 12 Circulación pulmonar Dr. Fernando D. Saraví 8 respiratorio (Fig. 13 A). En condiciones anormales (por ejemplo, asma severo) en las que la disminución de la presión pleural durante la inspiración se exagera, el pulso sistémico se debilita sensiblemente. Lo mismo se observa en condiciones que limitan el aumento de volumen de los ventrículos durante la diástole. Esto puede ocurrir en forma aguda, en el taponamiento cardíaco (causado por hemorragia dentro del pericardio) o crónica cuando hay fibrosis del pericardio (pericarditis constrictiva). A la exageración de la reducción de la presión arterial sistémica durante la inspiración Kussmaul (1873) le llamó pulso paradójico, pues el pulso se debilita pese a que el latido cardíaco es auscultatoriamente normal (Fig. 13 B). PROPIEDADES MECÁNICAS DE LOS CAPILARES PULMONARES Los capilares pulmonares tienen características especiales que los distinguen de los capilares sistémicos, principalmente en dos aspectos. En primer lugar, la extrema delgadez de la barrera hematogaseosa (0.2 a 0.5 μm) la hace vulnerable al daño mecánico. En segundo lugar, la tensión superficial de la interfase alveolar predispone al pasaje de líquido hacia el espacio alveolar. Los capilares pulmonares están expuestos a dos clases de tensiones, cuyas intensidades son aditivas (Fig. 14 A). En primer lugar, la presión lateral de la sangre genera una tensión circunferencial. Normalmente la presión capilar pulmonar media es de 10 mmHg. Para un diámetro de 8 μm esto supone, según la ecuación de Laplace, una tensión de aproximadamente 5.3 dina/cm2. No obstante, la presión capilar puede ser considerablemente mayor en las bases pulmonares (véase más arriba). En segundo lugar, los capilares están sujetos al estiramiento debido a la inflación pulmonar durante la inspiración. Ni las células endoteliales, ni las células epiteliales que tapizan los alvéolos (neumocitos) tienen suficiente resistencia para soportar las tensiones a las que están sometidas las delicadas Fig. 14 Fig. 13 Circulación pulmonar Dr. Fernando D. Saraví 9 estructuras capilares. No obstante, en la membrana basal fusionadade ambos tipos de célula existe una lamina densa de 50 nm de espesor, formada por colágeno tipo IV. La lámina densa se encuentra entre dos capas más tenues (laminae rarae) en las cuales hay filamentos que la anclan a las células epiteliales y endoteliales, vía integrinas (Fig. 14 B). En la lámina densa, las fibras colágenas se disponen formando una red que proporciona a la vez cierta flexibilidad y resistencia a la deformación (Fig. 14 C). La fortaleza de la lamina densa permite que la barrera hematogaseosa sea muy delgada, al tiempo que es capaz de soportar tensiones variables de cierta magnitud. Sin embargo, dicha fortaleza tiene sus límites. Durante el ejercicio físico muy intenso la presión capilar pulmonar media puede alcanzar valores cuatro veces mayores que en reposo. Aunque en esta condición los capilares están dilatados y el mayor radio atenúa el aumento de la tensión de la pared, de todos modos es mucho mayor que en reposo. Por esta razón, en atletas pueden producirse hemorragias capilares cuando realizan ejercicio de gran intensidad.1 Afortunadamente, estas lesiones (que generalmente consisten en desprendimiento de las células epiteliales sin rotura de la malla de colágeno) se reparan rápidamente y sin secuelas. EDEMA PULMONAR El edema pulmonar consiste en la acumulación excesiva de líquido, inicialmente en el intersticio pulmonar, que en etapas más avanzadas inunda los alvéolos, lo cual impide el intercambio gaseoso. Existen múltiples causas de edema pulmonar y varias clasificaciones, pero para los presentes propósitos bastará diferenciar entre el edema pulmonar de origen hidrostático y de origen no hidrostático (Fig. 15). El edema pulmonar hidrostático, también llamado cardiogénico o hemodinámica, se desarrolla por excesiva presión hidrostática en 1 Este fenómeno ha sido bien estudiado en caballos de pura sangre, que durante la carrera desarrollan consumos de oxígeno de más de 80 L/min y gastos cardíacos del orden de 350 L/min. Este enorme caudal requiere presiones de lleno ventricular muy elevadas y se acompaña de presiones arteriales pulmonares medias de 120 mmHg y sistémicas de 240 mmHg. los capilares pulmonares. Esto produce primero edema intersticial y luego edema alveolar debido al flujo convectivo (ultrafiltración). El líquido edematoso que se acumula en los alvéolos es pobre en proteínas, porque se conserva la integridad de la barrera hematogaseosa. Asimismo, su resolución es rápida una vez que se restauran las condiciones hemodinámicas normales, porque el líquido filtrado es activamente extraido de los alveolos por los neumocitos. El edema pulmonar hidrostático puede ser causado por insuficiencia cardíaca izquierda, estenosis de la válvula mitral, o hipertensión arterial pulmonar, entre las causas más comunes. El edema pulmonar no hidrostático puede ser causado por hipoproteinemia, que reduce la presión oncótica del plasma, por obstrucción severa de las vías aéreas que obliga al desarrollo de presiones pleurales muy inferiores a la atmosférica y por bloqueo de los linfáticos pulmonares. Sin embargo, su causa más frecuente es la alteración de la barrera hematogaseosa. Las alteraciones de dicha barrera por diferentes causas (como toxinas bacterianas, traumatismos, inhalación de tóxicos y coagulación intravascular diseminada) causan el síndrome de distrés respiratorio agudo. Además de alterarse la BHG, en estas condiciones hay una reducción de la producción de surfactante que favorece, como se vio antes, el ingreso de líquido a los alvéolos. El edema no hidrostático es de difícil resolución, debido a que la aumento de la permeabilidad torna ineficaces los mecanismos de transporte activo de los neumocitos. Puede atenuarse mediante ventilación mecánica con presión positiva al final de la inspiración, la cual también favorece su resolución. Fig. 15 Circulación pulmonar Dr. Fernando D. Saraví 10 Presión de enclavamiento Puede obtenerse una estimación de la presión capilar pulmonar mediante la introducción de un catéter de Swan-Ganz (Fig. 16) desde una vena periférica, a través de las cavidades derechas, hasta el árbol arterial pulmonar. El catéter está conectado a un transductor de presión que permite determinar la presión de los vasos o cavidades donde se encuentra (Fig. 17). Cuando el catéter se avanza hasta alcanzar un vaso de escaso calibre, se enclava en éste. La presión que mide el catéter es la presión distal a ese punto, que se denomina presión de enclavamiento, de oclusión, o de cuña. La presión de enclavamiento brinda una medida aproximada de la presión en la microcirculación pulmonar. Como regla general, en los edemas hidrostáticos la presión de oclusión es superior a Fig. 16 Fig. 17 Circulación pulmonar Dr. Fernando D. Saraví 11 18 mmHg, mientras que en los no hidrostáticos es inferior a ese valor. REGULACIÓN DE LA RESISTENCIA VASCULAR PULMONAR Los vasos pulmonares tienen menor cantidad de músculo liso que sus homólogos de la circulación sistémica. La resistencia vascular pulmonar está en gran medida determinada por la respuesta pasiva de los vasos a factores mecánicos, que ya se han tratado. No obstante, la resistencia vascular pulmonar también es regulada por otros factores, algunos nerviosos y otros humorales. Antes de considerarlos, sin embargo, es necesario describir la respuesta al estímulo vasomotor más importante de la circulación pulmonar: la hipoxia alveolar. La hipoxia alveolar causa vasoconstricción pulmonar La hipoxia produce aumento de la resistencia vascular pulmonar. La vasoconstricción no es provocada por baja PO2 en la sangre venosa mezclada, que carece de efecto aún cuando experimentalmente se la reduzca a sólo 10 mmHg. En cambio, es causada por baja PAO2 (hipoxia alveolar). Las elevaciones de la PAO2 por encima de su valor normal de 100 mmHg reducen muy poco la resistencia vascular pulmonar, pero disminuciones de la PAO2 por debajo de ese valor la aumentan notablemente. La hipoxia aumenta la resistencia vascular pulmonar hasta 3 veces el valor normal (Fig. 18). La respuesta vasoconstrictora a la hipoxia es un fenómeno característico de la circulación pulmonar, que no depende de reflejos nerviosos o neuroendocrinos. Cuando se induce hipoxia en una región del pulmón (por ejemplo, un lóbulo) la respuesta se produce localmente, sin afectar otras regiones. Esto revela una función biológica importante de la vasoconstricción hipóxica. En caso de hipoxia regional, el aumento local de la resistencia reduce el caudal en la zona hipoventilada y deriva la sangre hacia zonas con mayores PAO2, lo que aumenta la eficiencia de la hematosis (Fig. 19). El aumento de la resistencia vascular pulmonar causado por la hipoxia alveolar es rápido (minutos) y consta de dos fases. La primera es de mayor intensidad pero cede parcialmente al cabo de 15 minutos. La segunda es una fase de meseta, que puede mantenerse mientras dure la hipoxia, con muy escasa disminución a lo largo de días o semanas Desde luego, si todo el aire alveolar tiene baja PAO2, la vasoconstricción es generalizada y tiene como consecuencia un aumento de la presión arterial pulmonar. Esto ocurre fisiológicamente en las grandes alturas, y anormalmente en la hipoventilación causada por enfermedad pulmonar obstructiva crónica y otras patologías. En animales como el yak tibetano y poblaciones humanas que han vivido a gran altura por muchas generaciones la respuesta vasoconstrictora a la hipoxia se encuentra muy atenuada, lo que se interpreta como un fenómeno adaptativo a la hipoxia ambiental. La vasoconstricción por hipoxia afecta principalmente a las arterias pequeñas y arteriolas, aunque también participan de ella las arterias mayores y las venas. Cuando el aumento de resistencia vascular pulmonar persiste porFig. 18 Fig. 19 Circulación pulmonar Dr. Fernando D. Saraví 12 meses o años, se produce una remodelación de las paredes vasculares, con aumento del músculo liso (hiperplasia e hipertrofia) que impide que la hipertensión pulmonar se revierta completamente cuando se respira aire a presión normal o incluso oxígeno puro. Mecanismo del aumento de la resistencia vascular pulmonar por hipoxia La respuesta a la hipoxia puede demostrarse en vasos pulmonares aislados e incluso en cultivos de células musculares de las arterias pulmonares. Las arterias sistémicas o sus células musculares aisladas generalmente se relajan frente a la hipoxia. Por tanto, deben de existir mecanismos específicos de la circulación pulmonar que causan la respuesta vasoconstrictora. En la Fig. 20 se resumen los mecanismos propuestos. A pesar de ser objeto de intenso estudio, no se ha identificado un mecanismo único que medie la vasoconstricción pulmonar por hipoxia. Se han propuesto varios sensores de la hipoxia a nivel celular, y asimismo diversos efectores extracelulares e intracelulares. Es posible que existan diferencias entre especies, y que en una especie dada participen varios mecanismos, todos los cuales finalmente aumentan la concentración de Ca2+ en el citosol y probablemente la sensibilidad del aparato contráctil al Ca2+. Dado que la respuesta se produce en células musculares aisladas, es claro que dichas células deben sensar de alguna forma la PO2. Se cree que las mitocondrias, que son el sitio principal de utilización del oxígeno en el proceso de fosforilación oxidativa, funcionan como sensores. En la membrana interna de la mitocondria se ubica la cadena respiratoria, que transporta equivalentes de reducción a través de cuatro complejos enzimáticos, con el resultado final de producir agua y ATP. En las reacciones intermedias se producen “radicales libres” o especies reactivas del oxígeno (ERO), en particular el anión superóxido (O2.-). El anión superóxido es reducido a peróxido de hidrógeno (H2O2, agua oxigenada) por la enzima Mn2+ - superóxido dismutasa. El H2O2 difunde al citosol, donde contribuye a mantener abiertos canales de K+ que mantienen la membrana polarizada con un potencial de –40 a –60 mV. La falta de oxígeno causa disminución de la producción de ERO y H2O2, se reduce la conductancia al K+ y la membrana se despolariza. La despolarización abre canales de Ca2+ activados por potencial (tipo L) e ingresa Ca2+ a la célula, lo cual favorece la contracción.2 También se ha observado aumento del ingreso de Ca2+ extracelular por canales que no son controlados por potencial, como los canales capacitivos y operados por receptor (ver MÚSCULO LISO VASCULAR). Además de su efecto inmediato sobre la contracción, la inhibición sostenida de los canales de K+ inhibe la apoptosis de las células musculares lisas. La hipoxia crónica reduce la expresión génica de los canales de K+ y por tanto la corriente de este ión, lo cual lleva a despolarización sostenida de la membrana. Por su parte, el aumento de Ca2+ intracelular estimula la proliferación. Ambos fenómenos pueden ser responsables, al menos en parte, de la hiperplasia del músculo liso vascular pulmonar característica de la hipoxia crónica. Otro posible sensor de hipoxia en las células musculares lisas es la enzima de membrana NADPH oxidasa. La NADPH oxidasa es un complejo enzimático que produce anión superóxido a partir de oxígeno molecular. En hipoxia, la menor actividad de esta enzima se vincula con mayor concentración del mediador adenosina difosfato ribosa cíclica (cADPR), 2 Esta hipótesis tiene bastante apoyo experimental; no obstante, algunos investigadores han hallado que la hipoxia causa un aumento paradójico de la producción de ERO, y por tanto no sería la disminución de ERO sino su aumento lo que iniciaría la despolarización. Fig. 20 Circulación pulmonar Dr. Fernando D. Saraví 13 que facilita la liberación intracelular de Ca2+ por canales de rianodina del retículo endoplásmico. Un tercer sensor propuesto es la proteína kinasa activada por adenosina monofosfato (AMP). En la hipoxia aumenta la concentración de AMP y se reduce la de ATP. Frente a la deprivación de oxígeno, la relación AMP/ATP aumenta, se activa la kinasa, y ésta promueve la síntesis de ATP e inhibe su degradación por parte de procesos no vitales. Aunque la enzima se encuentra en todas las células, el músculo liso vascular pulmonar tiene una isoenzima diferente que la del músculo liso vascular sistémico. Además, esta isoenzima tiene mayor actividad en los vasos pulmonares que responden con mayor intensidad a la hipoxia. La AMP- kinasa facilita la liberación de Ca2+ mediada por cADPR en el retículo endoplásmico. Aunque el endotelio de los vasos pulmonares no es imprescindible para la respuesta muscular a la hipoxia, dicha respuesta (en su segunda fase) es más intensa en presencia del endotelio. Se ha propuesto que una modificación en la producción mitocondrial de ERO aumenta la actividad del factor de transcripción HIF-1 (Hypoxia Inducible Factor- 1), que a su vez incrementa la transcripción de mARN para el péptido vasoconstrictor endotelina-1 y posiblemente de otros factores no identificados. Las células musculares lisas tienen receptores para endotelina, cuya activación aumenta la actividad de la Rho-kinasa. Como se vio antes (MÚSCULO LISO VASCULAR), la rho- kinasa aumenta el tono del músculo liso porque inhibe la fosfatasa de la cadena liviana de miosina, y por tanto puede ser uno de los efectores de la vasoconstricción. El endotelio también puede contribuir al aumento de la resistencia vascular pulmonar a la hipoxia por menor producción del potente vasodilatador NO. La vasoconstricción hipóxica es potenciada por la inhibición de la síntesis de NO, y atenuada por la administración de NO exógeno (por inhalación). Además del óxido nítrico, otros dos sistemas locales participan en la regulación local del tono vascular pulmonar: la vía de la prostaciclina (prostaglandina I2) y la vía de la Circulación pulmonar Dr. Fernando D. Saraví 14 endotelina. La vía de la prostaciclina favorece la dilatación e inhibe la proliferación endotelial, de modo que su efecto es sinérgico con el del NO. La vía de la endotelina, por el contrario, tiene efecto vasoconstrictor y favorece la proliferación del músculo liso vascular pulmonar. En la Fig. 21 se muestran las tres vías y, en los recuadros, los agentes terapéuticos que afectan estas vías y se emplean para tratar la hipertensión pulmonar. Otro modulador local cuya importancia se ha demostrado es la serotonina o 5- hidroxitriptamina (5-HT), que es producida localmente por las células endoteliales. La serotonina es un vasoconstrictor directo del músculo liso vascular pulmonar por su efecto sobre receptores 5HT2A, que activan la fosfolipasa C y aumentan la concentración intracelular de Ca2+ y receptores 5HT1B, que inhiben la adenilato ciclasa. Además, las células musculares lisas de las arterias pulmonares poseen un transportador de serotonina que incorpora la amina. La serotonina intracelular tiene un efecto mitógeno que promueve la hiperplasia del músculo liso. Se cree que la serotonina puede tener un papel importante en el desarrollo de la hipertensión pulmonar (Fig. 22). Finalmente, la respuesta vasoconstrictora pulmonar a la hipoxia puede ser modulada por la estimulación de la liberación de algunos neuropéptidos (y la inhibición de la liberación de otros) por parte de terminaciones nerviosas y células neuroendocrinas. La activación de los quimiorreceptores periféricos puede ser un factor contribuyente. Regulación nerviosa Los vasos pulmonares son inervados por fibras postgangionares del simpático, que liberan noradrenalina y del parasimpático, que liberan acetilcolina. La noradrenalinatiene acción vasoconstrictora, mediada por receptores α-adrenérgicos. La acetilcolina es un vasodilatador potente, de acción indirecta, ya que estimula la liberación de óxido nítrico (NO). El NO actúa directamente sobre las células musculares lisas, causando su relajación. Además del NO producido por el endotelio, el NO es uno de los principales neurotransmisores en nervios del sistema autónomo que no son colinérgicos ni adrenérgicos. A pesar de los efectos mencionados, se estima que la participación del sistema nervioso en la regulación normal de la resistencia vascular pulmonar es relativamente poco importante. Regulación humoral Numerosos neuropéptidos, agentes paracrinos y hormonales pueden modificar la resistencia vascular pulmonar. En la Tabla 2 se presentan ejemplos. El endotelio pulmonar produce diversas sustancias que modifican el tono de los vasos pulmonares, entre ellos NO, prostaciclina y endotelina-1. La endotelina es producida también por mastocitos, neumocitos tipo 2 y células neuroendocrinas. Este péptido actúa sobre dos clases de receptores, ETA y ETB. Las células musculares tienen ambas clases, y su activación produce vasoconstricción. Por el contrario, las células endoteliales sólo poseen receptores ETB, cuya activación produce vasodilatación. La respuesta a la endotelina depende de la dosis y del tono vascular previo. Cuando la dosis es baja o el tono es elevado, la endotelina –1 puede paradójicamente inducir vasodilatación. Como se indicó antes, la hipoxia induce la transcripción génica de la endotelina-1 y de sus receptores. De los péptidos vasodilatadores, el más importante es el péptido relacionado con el gen Tabla 2: Ejemplos de péptidos con actividad sobre la circulación pulmonar. Vasoconstrictores Vasodilatadores Endotelina-1 Angiotensina II Arginina- vasopresina (ADH) Somatostatina 28 Sustancia P CGRP (1-37) Endotelina- 3 Adrenomedulina Péptido natriurético auricular Somatostatina Circulación pulmonar Dr. Fernando D. Saraví 15 de calcitonina (Calcitonin Gene-Related Peptide, CGRP). El CGRP es producido por nervios y células neuroendocrinas. Su liberación aumenta durante la hipoxia (que es detectada por las células neuroendocrinas). El CGRP actúa sobre receptores acoplados por proteína Gs a la adenilato ciclasa y produce vasodilatación por mecanismos directo y e indirecto (dependiente del endotelio). El CGRP atenúa el efecto vasoconstrictor de péptidos como angiotensina II y endotelina-1, y puede actuar como un modulador que limita la respuesta vasoconstrictora a la hipoxia. SUMARIO El pulmón es irrigado por dos sistemas vasculares: la circulación bronquial que provee nutrición para todas las estructuras, excepto los alvéolos, y representa el 1 % del gasto cardíaco, y la circulación pulmonar, cuyo gasto es igual al sistémico. El pulmón posee además una red linfática bien desarrollada. La circulación pulmonar permite el intercambio gaseoso pulmonar. Otras funciones de la circulación pulmonar son servir como filtro circulatorio, lisar coágulos, aportar nutrientes a los alvéolos, metabolizar sustancias circulantes, permitir el intercambio de líquido y servir como reservorio de sangre. Los vasos pulmonares son más cortos y poseen paredes más delgadas, con menos músculo liso que los vasos sistémicos. La resistencia vascular pulmonar es muy inferior a la sistémica y se encuentra más distribuida que ésta en arterias, capilares y venas. Como consecuencia de la baja resistencia, las presiones vasculares pulmonares son mucho menores que las sistémicas. El árbol vascular pulmonar es muy distensible y permite caudales elevados con aumentos pequeños de la presión. La circulación en el pulmón es modificada por la gravedad, ya que las columnas de sangre aumentan la presión en la base, lo cual distiende los vasos y reduce su resistencia. En los vértices, la presión venosa es menor que la alveolar, y el caudal está determinado por la diferencia entre la presión arterial y la alveolar. De todos modos, las características de la distribución del caudal dependen en gran parte de los patrones de ramificación de los vasos pulmonares (independientes de la gravedad). La ventilación también modifica el caudal sanguíneo pulmonar, que aumenta durante la inspiración y disminuye durante la espiración. Los capilares pulmonares tienen una estructura tal que la sangre fluye como una lámina casi continua en torno de los alvéolos. La superficie en la que se realiza el intercambio gaseoso es de 75 m2, y la barrera hematogaseosa (BHG) es muy delgada (0.2 μm). Pese a su escaso espesor, la BHG es resistente a la tensión gracias a una red de colágeno polimerizado en su membrana basal. Los capilares pulmonares no son vasos de filtración, ya que su presión hidrostática es normalmente inferior a la presión oncótica de las proteínas plasmáticas. De todos modos, hay intercambio líquido difusional. La baja tensión superficial de la interfase alveolar, debida a la presencia de surfactante, reduce la probabilidad de edema por capilaridad. La circulación pulmonar es regulada en gran medida por factores pasivos. La inervación autónoma y las sustancias vasoactivas tienen relativamente poco efecto. No obstante, la resistencia vascular pulmonar, especialmente en las arterias pequeñas, aumenta en respuesta a la hipoxia alveolar. Cuando la hipoxia afecta una región del pulmón, la vasoconstricción hipóxica tiene como resultado mejorar las relaciones ventilación/perfusión y el intercambio gaseoso. Sin embargo, si la hipoxia afecta a todo el pulmón, se produce un aumento de la presión arterial pulmonar. El mecanismo preciso de la vasoconstricción hipóxica es aún discutido y probablemente existan varias vías – algunas propias del músculo liso vascular pulmonar, otras del endotelio y otras de células neuroendocrinas – que resultan en un aumento de la concentración de Ca2+ intracelular en el músculo liso vascular pulmonar y una sensibilización del aparato contráctil al efecto del Ca2+. Las principales vías de regulación local se originan en el endotelio vascular pulmonar: el óxido nítrico y la prostaciclina son vasdodilatadores e inhiben la proliferación del músculo liso vascular pulmonar, mientras que la endotelina y la serotonina tienen efectos opuestos.
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