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Microcirculación "Todos los ríos van al mar, y el mar no se llena; al lugar de donde vinieron allí vuelven para correr de nuevo." INTRODUCCIÓN La función más importante del aparato circulato rio es ofertar los nutrientes a los tejidos y remover de éstos los productos de desecho. Los capilares, que son la mínima expresión del aparato circulato rio, desempeñan la función de mediar el tráfico de los nutrientes desde la luz vascular hacia el intersti cio, que es el magma que rodea a todas las células del organismo. Es importante destacar, en este sen tido, que la enorme mayoría de las células se en cuentra dentro del radio de 30 µ de influencia de un capilar, lo cual facilita la llegada de los nutrientes. En la primera parte de este capítulo describire mos la estructura de la microcirculación (fig. 3-1). Luego definiremos los principios que gobiernan el tráfico de sustancias desde los capilares hacia las células y el retorno de metabolitos desde ellas. Con posterioridad definiremos las cualidades del inters- ticio y los factores que modifican el intercambio de volumen entre este compartimiento y el plasma, co mo también los factores capaces de producir edema extracelular. Por último, dedicaremos unos párrafos al control local del flujo de sangre por la microcir culación tisular. La estructura de los capilares es funcional al tráfico de nutrientes La pared capilar, que como se dijo es la mínima expresión del aparato circulatorio, está formada por una célula endotelial rodeada por una membrana basal sobre la que se apoya. El espesor total de la Eclesiastés, 1 . 7 pared es de unos 0,5 µ, y el radio interno del capi lar es de 4 a 9 micrones, lo suficientemente amplio, aunque no más, como para permitir el pasaje de gló bulos rojos y otras células. La pared capilar se halla interrumpida en el contacto establecido entre dos células endoteliales adyacentes. Esta interrupción; conocida como hendidura intercelular conecta la luz capilar con el exterior vascular (fig. 3-2). El ta maño de la hendidura es de alrededor de 60 Á, algo menor que el de una molécula de albúmina. Repre senta sólo una milésima parte de la superficie capi lar, pese a lo cual permite con creces el pasaje de agua y otras sustancias disueltas en ella. Pensemos Vénula Arteriola Fig. 3-1. Estructura de la microcirculación. Membrana basal Eritrocitos Unión de dos células endoteliales Fig. 3-2. Hendiduras intercelulares del endotelio vascular. sólo que una molécula de 8 i 0 es capaz de entrar y salir de la luz capilar 80 veces antes de atravesar por completo la longitud de ese vaso. Un aspecto importante que debemos tener en cuenta es que las cualidades de los capilares va rían de acuerdo con el órgano donde se encuen tran. Por ejemplo, el hígado posee capilares con interrupciones que permiten el pasaje de molécu las de un tamaño mucho mayor, como la albúmina. Los capilares del riñón son capaces de permitir el pasaje de una cantidad de agua mucho mayor que en otros órganos, como el cerebro o el pul món. El modo de transferir sustancias desde la luz capilar hacia el intersticio es la difusión El mecanismo de transferencia más importante que se establece entre los capilares y el intersticio circundante es el de difusión. Como se explicó en el capítulo 2, la difusión es un movimiento cons tante y azaroso de todas las moléculas disueltas en una solución líquida o gaseosa, el cual es pro porcional a la temperatura del medio. A mayor temperatura, mayor movimiento. La transferencia de sustancias liposolubles se efectúa en forma di recta a través de la membrana de·la célula endote lial. Ejemplos de estas sustancias son el 0 2 , el CO 2 o la mayoría de los psicofármacos. Las sus tancias no liposolubles, como el agua, el sodio o la glucosa, se difunden a través de la hendidura intercelular antes mencionada. Recordemos que pese a la "desfavorable" situación del agua con respecto al oxígeno, la tasa de transferencia del H 2 O a través de las hendiduras es tan grande co mo para poder entrar y salir del vaso 80 veces an tes de atravesar toda su longitud. El tamaño de las moléculas condiciona su pasaje por la pared capilar El tamaño de la hendidura intercelular es de 60 Á, unas 20 veces el tamaño de la molécula de agua, que es la sustancia más pequeña que utiliza este me dio de transporte. La n1olécula de albúmina se halla ligeramente por encima del límite de la hendidura, por lo que es raro que pueda pasar por ese medio. Otras moléculas, como el sodio, la urea o la gluco sa, se encuentran en una situación intermedia, ya que si bien su pasaje no ofrece mayor dificultad, la permeabilidad del poro es inversamente proporcio nal al tamaño de la molécula: a mayor tamaño, me nor permeabilidad. Es fundamental tener presente la enorme variabi lidad existente entre los tipos de capilares de los diferentes órganos antes mencionada. La permeabi lidad al agua del capilar glomerular renal es 500 ve ces mayor que la del capilar muscular. La permea bilidad a las proteínas del capilar hepático es muy superior a la del glomérulo renal. Veremos en los capítulos que involucran a los diferentes órganos, cuan importante es desde el punto de vista fisiológi co esta diferencia de permeabilidad. La diferencia de concentración condiciona su difusión neta transcapilar Otro factor condicionante en la difusión de una sustancia a través del capilar es la diferencia de ·concentración o gradiente químico que existe, pa ra la sustancia dada, entre la luz capilar y el inters ticio circundante. Cuanto más grande es esa dife rencia, mayor es la difusión neta. Por ejemplo, la concentración de 0 2 en la luz capilar es mayor que la de las células rodeadas por intersticio, por lo que Ja difusión neta de ese gas se lleva a cabo de acuerdo con lo dictado por el gradiente: hacía .la célula. Lo inverso tiene lugar con el CO 2 , cuya concentración es mayor en la célula que en el ca pilar, por lo que sigue una dirección neta opuesta. Para apreciar la diferencia entre difusión y difu sión neta, referimos a los lectores al capítulo 2. Entre los volúmenes de los compartimientos intravascular e intersticial hay una relación dinámica Un aspecto muy importante que debe conocer se con precisión es el referido a la relación diná mica que existe entre los compartimientos del me dio extracelular, que son el intersticial, y el intra vascular. La principal diferencia de composición química que existe entre estos dos compartimien tos esta dada por la presencia de proteínas en el medio intravascular (proteínas plasmáticas) y su casi ausencia en el medio intersticial. Como vere mos en pocas líneas, las proteínas generan una fuerza osmótica tendiente a retener agua dentro de los capilares. Por eso, la salida del agua desde el medio intravascular requerirá una fuerza que su pere la presión "retenedora" de las proteínas. Por lo general, el equilibrio de fuerzas favorece un es caso flujo neto de agua desde el capilar hacia el intersticio. Esta agua deberá regresar a la circula ción sistémica a través del sistema linfático. Es importante tener en cuenta que cualquier altera ción de esta relación dinámica provocará cambios importantes en el volumen de los compartimien tos mencionados. Las fuerzas de Starling afectan al volumen de los compartimientos plasmático e intersticial, y condicionan la formación del edema La presión hidrostática en el interior de los ca pilares tiende a expulsar el agua y las sustancias disueltas en ella fuera del capilar. Por el contrario, la presión osmótica ejercida por las proteínas, co nocida también como presión oncótica o presión coloidosmótica, tiende a retener agua dentro del capilar. El interjuego de estas presiones, conocido como fuerzas de Starling, influye críticamente en el volumen de los compartimientos intravascu las e intersticial. Las cuatro fuerzasde Starling, que a continuación describiremos, operan como vectores que compiten por la influencia que ejer cen sobre el agua y las moléculas disueltas en ella, que se encuentran dentro del capilar (fig. 3-3). Así, por ejemplo, la pérdida de poder del vector "retenedor" de las proteínas que es clásica en la hipoalbuminernia, determina un predominio del Fig. 3-3. Equi!jbrio de Starling. poder del vector "expulsor" de la presión hidros tática, lo que facilita el escape de agua hacia el in tersticio y la formación de edema. Los vectores mencionados o fuerzas de Starling son: Presión hidrostática capilar (Pe) Es la presión hidrostática que tiende a forzar la salida del líquido del capilar. Su valor es de alre dedor de 17 mm Hg y se halla afectado por el to no arteriolar, por el tono venoso, y por el volumen de sangre contenido por el capilar. Así, el aumen to del tono venoso produce sobrecarga de volu- men y presión en la luz capilar, lo que aumenta la cuantía de agua filtrada en este nivel. Este fenó meno es típico en la insuficiencia cardíaca, en la que el corazón es incapaz de manejar el volumen de sangre proveniente del retorno venoso, por lo cual se acumula sangre en el nivel venocapilar. El descenso del tono arteriolar también es capaz de sobrecargar el capilar, ya que aumenta el aporte de sangre a éste. Es clásico observarlo con la uti lización de fármacos antihipertensivos que actúan en este nivel, como los vasodilatadores arteriola res. Por último, la sobrecarga de volumen de sangre capilar produce aumento de la presión hi drostática y en consecuencia aumenta la cantidad de agua filtrada. Se presenta en los casos en los que el riñón es incapaz de excretar agua y sal, co mo el síndrome nefrítico. ■ -- Presión del líquido intersticia.! (Pfi) Es la presión hidrostática del intersticio que tien de a forzar el retomo del líquido al capilar. En con diciones normales su valor es negativo, por lo que en realidad favorece la salida de agua desde el capi lar hacia el intersticio. Esta situación varía, por ejemplo, cuando se produce bloqueo del sistema linfático, que, como se mencionó antes, desempeña el papel de devolver al sistema circulatorio �na can tidad menor de líquido que en forma neta es expul sado del capilar como consecuencia del mínimo predominio de las fuerzas "expulsivas" de Starling. En caso que se produzca tal bloqueo linfático (p. ej., en el cáncer o en la ausencia congénita de vasos lin fáticos), la Pfl se toma positiva. Sin embargo, el bloqueo linfático no determina el regreso de lí quido hacia el capilar, ya que si bien se incremen ta la presión hidrostática intersticial, también au menta la presión oncótica en ese nivel; por ser la linfa rica en proteínas que no pueden devolverse a la circulación sistémica tras el mencionado bloqueo. El aumento de la presión oncótica intersticial afec ta el equilibrio de Starling, lo que determina la for mación del edema. Presión oncótica plasmática (7tp) Es la presión de las proteínas plasmáticas que tiende a retener líquido dentro de los capilares. En la discusión básica de presión osmótica dada en el capítulo 2, vimos que las únicas sustancias capa ces de ejercer un efecto osmótico son aquellas que no pueden atravesar la membrana que separa los compartimientos. En el caso de la barrera capilar, que separa los compartimientos intravascular e in tersticial, esas sustancias son las proteínas plasmá ticas. El valor de la presión oncótica es de 28 mm Hg. Un dato importante que debemos tener en cuenta es que el medio plasmático posee un pH aproximado de 7,40 (7,35-7,45). En estas condi ciones en las proteínas predominan las cargas ne gativas, lo que determina que diferentes cationes se unan a ellas con el fin de neutralizar sus cargas. Esta unión de cationes se conoce cono efecto Don nao extracelular (para diferenciarlo del intracelu lar, descrito en el capítulo 2. De los 28 mm Hg de la presión oncótica, 19 mm Hg provienen directa mente de las proteínas, mientras que 9 mm Hg de rivan de los cationes que se unen a ellas mediante el efecto Donnan extracelular. Otro dato de impor tancia mayor es que las diferentes proteínas plas máticas ejercen relativamente diferentes presiones oncóticas. Esto se debe a que, como ya se explicó, la presión osmótica se relaciona con el número de partículas en solución y no con su masa. De modo que una molécula de albúmina (peso mole cular 69.000), ejerce la misma presión que una de globulina (peso molecular 140.000) o que una de fibrinógeno (peso molecular 400.000). Por lo tan to, un gramo de globulinas contiene la mitad de moléculas que un gramo de albúmina, y un gramo de fibrinógeno contiene la sexta parte. Corrigiendo la concentración de proteínas plasmáticas con el número de moléculas, vemos que la albúmina, que posee una concentración normal de 4,5 g/dL ejer ce una presión oncótica de 21,8 mm Hg; las globu linas, cuya concentración normal es de 2,5 g/dL ejercen una presión oncótica de 6 mm Hg y el fibri nógeno, con una concentración normal de 0,3 g/dL, ejerce una presión oncótica de 0,2 mm Hg. Vale decir que el 80% de la presión oncótica del plas ma proviene de la albúmina, el 20% de las glo bulinas y la influencia del fibrinógeno es práctica mente despreciable. La caída de la presión oncóti ca que se observa en la hipoalbuminernia determi na una perdida de fuerza de un "vector" retenedor, lo que determina el predominio de los vectores "expulsores" con la consiguiente formación de edema. El ejemplo típico de este tipo de edema se da en la hipoalbuminemia secundaria a la desnu trición severa, a la insuficiencia hepática y a cier tos tipos de síndrome nefrótico (pérdida de proteí nas por la orina). Presión oncótica intersticial (1tfi) · Es la presión de las proteínas del intersticio, que llegan a ese compartilniento en poca cantidad, como consecuencia del pasaje por los poros capila res que permiten la salida de proteínas plasmáticas (en tejidos que poseen una permeabilidad capilar mayor). La cantidad de proteínas en el comparti miento intersticial es levemente mayor que en el compartimiento intravascular. ¿Cómo explicar, entonces, que el medio intravascular posea mayor presión oncótica que el intersticio? La respuesta es sencilla: el medio intravascular posee un tamaño equivalente a la cuarta parte del intersticio. Por lo tanto, la concentración de proteínas dentro del capilar es mucho mayor que en el intersticio. El aumento de la presión oncótica intersticial se obser va en situaciones en las que la barrera capilar deja de ser impermeable a las proteínas, lo que pennite a éstas salir del medio intravascular ( que pierde poder oncótico) e ingresar en el intersticial ( que gana po der oncótico). Esta situación determina la forma ción del edema que se produce en la sepsis, un fe nómeno inflamatorio sistémico en el que una serie de mediadores químicos produce la disrupción difu sa de la barrera capilar. En resumen, podemos decir que los factores q·ue condicionan la formación del edema son la varia ción de los vectores detenninados por las fuerzas de Starling y la permeabilidad de la barrera ca pilar. Muchas veces es difícil diferenciar el edema producido por una causa del producido por otra. Por ejemplo, con frecuencia en la unidad de cuidados intensivos los médicos encuentran dificultades para diferenciar un edema agudo de pulmón producido por insuficiencia cardíaca (cuyo mecanismo es el aumento de la presión venocapilar), del causado por una respuesta inflamatoria sistémica que involucra el pulmón, lo que genera un cuadro conocido como síndrome de dificultad respiratoria agudo. La dife renciación es de enorme valor terapéutico y muchas veces hay que recurrir a dispositivos de monitoreo, como el catéter de Swan-Ganz, que ayudan a esta blecer el diagnóstico. Cada tejido es capaz de regular el flujo de sangre que recibe Ademásde transportar la sangre a los diferentes tejidos, la microcirculación es capaz de regular el flujo de sangre de acuerdo con las necesidades loca les. Esto es de capital impÓrtancia, ya que sería im posible para el corazón bombear la sangre necesaria para prefundir todos los ·lechos en forma simultá nea. La regulación de la microcirculación se produ ce en dos niveles: local y sistémico. En este capítu lo sólo explicaremos la regulación local. El control local de la circulación opera tanto en el corto plazo como en el largo plazo El control local de la circulación se refiere a los sistemas de regulación generados por el mismo le cho capilar que recibe la sangre. En este tipo de control un sistema actúa en el corto plazo, en se- gundos o minutos, mediado por cambios rápidos en la vasoconstricción o vasodilatación de arteriolas, metaarteriolas y esfínteres precapilares, y otro actúa en ·plazos más prolongados, de días, semanas o in cluso meses. Estos cambios están mediados por el aumento o disminución del número y tamaño de los vasos que suministran sangre a un tejido. El control del flujo en el corto plazo está condicionado por la cantidad de oxígeno disponible en el tejido El oxígeno es la sustancia que más influye sobre la regulación de corto plazo de la perfusión de la mi crocirculación. En situaciones en las que la oferta de oxígeno a los tejidos baja, como en la neumonía o en la intoxicación con monóxido de carbono, se produ ce un aumento importante de la circulación local de sangre. ¿Cómo está mediado ese aumento? Dos teo rías tratan de explicar este fenómeno: la teoría vaso dilatadora y la teoría de la ausencia de oxígeno. La teoría vasodilatadora se vincula con la liberación de mediadores por parte del tejido hipoperfundido De acuerdo con esta teoría, cuanto menor sea la oferta de oxígeno o mayor el metabolismo local, más se liberarán sustancias vasodilatadoras que se difundirán en forma local, y afectarán el esfínter precapilar, arteriolas y metaarteriolas. Algunos de los agentes propuestos como mediadores de este fe nómeno son la adenosina, el potasio, la histamina, el dióxido de carbono y el hidrógeno. Hace poco se sugirió que el principal mediador local de la micro circulación en el músculo cardíaco es la adenosina. El mecanismo de Uberación de este mediador sería el aumento de la degradación de ATP, secundario al incremento del metabolismo celular. Esta degrada ción produciría mayor cantidad de adenosina (que forma parte de la molécula original de ATP), que se difundiría fuera del miocardiocito para dilatar los lechos microcirculatorios locales y mejorar la ofer ta de oxígeno (véanse caps. 16 y 18) La teoría de la ausencia de oxígeno sé relaciona con la contractilidad del músculo liso vascular Esta teoría dice que la cuantía de oxígeno se re laciona con las posibilidades de contracción del MICROCIRCULACIÓN Fig. 3-4. Regulación local de esfínteres precapilares. (iº2 ¡ATP Adenosina 5' Nucleotidasa ( Adenilcinasa \..._ tADP--+- ADP + ADP ..L ATP + AMP músculo liso que regula el tono de los vasos nutri cios de los lechos capilares. Ante la disminución ·del oxígeno disponible, simplemente baja la disponibi lidad de ATP necesario para la contracción, por lo que las células del músculo liso vascular local se re lajan, lo que condiciona el aumento del flujo san guíneo (fig. 3-4).. Sobre la base de la información disponible en la actualidad, las dos teorías serían complementariamente responsables del control lo cal agudo de la microcirculación. Hay tejidos en los que operan mecanismos especiales de autorregulación En el caso del riñón, la cantidad de líquido filtra do por el capilar está afectada por un mecanismo conocido cono retroalimentación tubuloglomeru lar, en el cual la composición del líquido del túbu lo distal es detectada por una estructura conocida como mácula densa. Cuando en esta estructura se detecta un exceso de líquido, se desencadena un mecanismo que determina la contracción de las ar teriolas aferente y eferente del capilar glomerular, lo que restituye la normalidad del flujo. Otro caso especial de autorregulación se produce en el cere bro; ante el aumento de los niveles de CO 2 o el descenso del pH se produce una dilatación de los vasos que regulan el flujo local de sangre. Este mecanismo posee una importancia clínica mayor, ya que en ciertas situaciones en las que aumenta la presión intracraneana es posible producir vaso constricción arterial cerebral a través del descenso de la presión parcial de CO 2 , con el consiguiente descenso del flujo sanguíneo cerebral. Este flujo es un factor condicionante fundamental de la pre sión intracraneana. El control local de la microcirculación está relacionado con el control de arterias más grandes a través del óxido nítrico Luego de la dilatación de los lechos microvascu lares desencadenada por mecanismos locales, se po nen en marcha sistemas de amplificación del flujo a través de mediadores liberados por el endotelio. El más importante de estos mediadores es el óx'ido ní trico, que es una sustancia muy lábil, con una vida media de alrededor de 6 segundos. Las fuerzas de rozamiento (shear stress) ocasionadas por el flujo de sangre a través de los lechos microvasculares de termina la liberación del óxido nítrico, que dilata los vasos de mayor calibre y asegura un aumento de la afluencia de nutrientes de mayor magnitud. Los mecanismos de control microcirculatorio de largo plazo operan a·través del aumento en la vascularización tisular En la medida en que aumentan en forma sosteni da los requerimientos nutricionales de un tejido, se incrementan en forma proporcional los lechos vas culares. Este incremento está afectado por el tipo de tejido en el que se produce la variación. Por ejem plo, la producción de nuevos lechos en el neonato es mucho más veloz que en los tejidos adultos. El oxígeno desempeña un papel importante en el aumento sostenido de la perfusión tisular, efecto evidenciado en el aumento de la vascularización de los tejidos de animales que viven en las alturas, don de la concentración de oxígeno es sensiblemente menor. Otro ejemplo es el del cese de la vascularí zación de la retina de los bebés pretérmino coloca dos en carpas de oxígeno. Luego de ser sacados de la carpa, se observa un crecimiento importante de nue vos vasos a efectos de afrontar la disminución del 0 2 al que estaban adaptados. Este crecimiento pue de ser excesivo en el humor vítreo y causar un cua dro llamado fibroplasia retrolenticular, que puede llevar a la ceguera. Se han identificado otros factores que condicio nan el crecimiento de nuevos vasos. Son casi todos péptidos y el prototipo de ellos es el factor de cre cimiento endotelial-vascular. Se presume que el "gatillo" para la síntesis de estos péptidos es la au sencia de oxígeno o de otros nutrientes. El mecanis mo de acción de estos péptidos es la estimulación del crecimiento de "brotes endoteliales" que cons tituyen formas primitivas de nuevos vasos; éstos eventualmente se rodean de músculo liso y pasan a formar parte del lecho. CONCLUSIÓN Hemos comentado las principales cualidades es tructurales y funcionales de la microcirculación. Vi mos lo importante que es Ía variabilidad de los le chos capilares en relación con las sustancias que son capaces de difundirse a través de ellos, la im portancia de las fuerzas de Starling en la regulación del volumen intravascular e intersticial y los princi pales mecanismos de regulación de flujo por la mi crocirculación. En los capítulos con-espondientes, veremos la aplicación de estos principios generales a las variables fisiológicas que afectan cada sistema. LECTURAS RECOMENDADAS Auckland K, Reed RK. Interstitial-lymphatic mechanisms in the control of extrace]Jular fluid volume. Physiol Rev 1993;73: l . S 1 Born GVR,Shwartz CJ. Vascular Endothelium. Stuttgart, Shattauer, 1997 Brace RA, Guyton AC. Interaction of transcapillary Starling forces in the isolated dog forelimb. Am J Physiol 1977;233:Hl36. Chang JB, Prasad K, Olsen EA. Textbook of Angiology. New York, Springer, 1998. Guyton AC. Concept of negative interstitial pressure based on pressures in implanted perforated capsules. Circ Res 1963;12:399. Guyton AC. Interstitial fluid pressure U: pressure-volume curves of interstitial space. Circ Res 1965;16:452. Guyton AC, Granger HJ, Taylor AE. Interstitial fluid pressu re. Physiol Rev 1971 ;51 :527. Guyton AC, Taylor AE, Granger HJ. Circulatory Physiology II Dynamics and control of the body fluids. Philadelphia: WB Saunders Co., 1975. Guyton AC, Hall JE. Textbook of medica! Physiology. WB Saunders Co., 2000. Highsrrúth RF. Endothelin: Molecular Biology, Physiology, and Pathology. Totowa, NJ, Human Press, 1998. Rubanyi GM. Endothelin. New York, Oxfo1:d University Press. 1992. Schovlin CL, Scott J. Inherited Diseases of the Vasculature. Ann Rev Physiol 1996;58:483. Juan D. aún no ha llegado al hospital, pero su hermano Pedro D. Sastre y señora han sido avisados del accidente y se dirigen también al nosocomio. Mientras tanto, con lo que ha aprendido en este capítulo hagamos algunas disquisiciones: a. ¿ Qué efecto tiene la hipoxia y la acidosis sobre la microcirculación y qué mecanis mos lo regulan? b. ¿Se producirá edema cerebral? c. ¿Qué efecto tendrán sobre el flujo de agua entre compartimientos la infusión de agua destilada, solución fisiológica, solución de D/A 5%, solución de NaCl hipertónica y albúmina, respectivamente? d. ¿Cuál eligiría ahora en este caso? ¿ Cuál es el elemento terapéutico más im portante en el paro?: el oxígeno
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