Gasto cardiaco, retorno venoso

Gasto cardíaco, retorno venoso y su regulaciónEl gasto cardíaco es la cantidad de sangre que bombea el corazón hacia la aorta cada minuto. También es la cantidad de sangre que fluye por la circulación y uno de los factores más importantes que deben tenerse en cuenta en relación con la circulación, ya que es la suma de los flujos sanguíneos de todos los tejidos del organismo. El retorno venoso es la cantidad del flujo sanguíneo que vuelve desde las venas hacia la aurícula derecha por minuto. El retorno venoso y el gasto cardíaco deben ser iguales entre sí, excepto durante algunos latidos cardíacos que se producen cuando la sangre se almacena o elimina temporalmente del corazón y los pulmones.Valores normales del gasto cardíaco en reposo y durante la actividad
El gasto cardíaco varía mucho con el nivel de actividad del organismo. Entre otros, los factores siguientes afectan directamente al gasto cardíaco:
1) El nivel básico del metabolismo del organismo; 2) el ejercicio físico; 3) la edad, y 4) el tamaño del organismo. En los hombres jóvenes y sanos el gasto cardíaco medio en reposo alcanza los 5,6 l/min y los 4,9 l/min en las mujeres. Cuando también se tiene en cuenta el factor de la edad, se dice que el gasto
cardíaco medio de un adulto en reposo es casi 5 l/min en números redondos, ya que la actividad corporal y la masa de algunos tejidos (p. ej., el músculo esquelético) disminuyen cuando aumenta la edad.Índice cardíaco
En estudios experimentales se ha demostrado que el gasto cardíaco aumenta en proporción a la superficie corporal. En consecuencia, el gasto cardíaco se expresa en términos de índice cardíaco, que es el gasto cardíaco por metro cuadrado de superficie corporal. Una persona media que pesa
70 kg tiene una superficie corporal en torno a 1,7 m2, lo que significa que el índice cardíaco medio normal de los adultos es de 3 l/min/m2 de superficie corporal.Efecto de la edad en el gasto cardíacoA los 10 años aumenta rápidamente por encima de los 4 l/min/m2 y disminuye hasta los 2,4 l/min/m2 a los 80 años. En este capítulo se explica más adelante que el gasto cardíaco está regulado a lo largo de la vida en proporción directa a la actividad metabólica total. Por tanto, el descenso del índice
cardíaco indica el descenso de la actividad o de la masa muscular con la edad.Control del gasto cardíaco por el retorno venoso: mecanismo de Frank-Starling del corazón
Cuando se afirma que el gasto cardíaco está controlado por el retorno venoso, quiere decirse que no es el corazón propiamente el que, por lo general, controla el gasto cardíaco, sino que hay otros factores de la circulación periférica que afectan al flujo de sangre hacia el corazón desde las venas, lo que se conoce como retorno venoso, que actúan como controladores principales. La razón principal por la que los factores periféricos son tan importantes en el control de gasto cardíaco es que el corazón tiene un mecanismo propio que le permite bombear automáticamente, sin tener en cuenta la cantidad de sangre que entre en la aurícula derecha desde las venas. Este mecanismo se conoce como ley de Frank-Starling del corazón.Básicamente, en esta ley se afirma que cuando aumenta la cantidad de flujo sanguíneo hacia el corazón se produce un estiramiento de las paredes de las cámaras cardíacas. Como consecuencia del estiramiento el músculo cardíaco se contrae con una fuerza mayor, y esta acción vacía el exceso de sangre que ha entrado desde la circulación sistémica. Por tanto, la sangre que fluye hacia el corazón es bombeada sin retraso hacia la aorta y fluye de nuevo a través de la circulación. Otro factor importante, es que el estiramiento del corazón hace que se bombee más deprisa, lo que da lugar a una frecuencia cardíaca mayor, es decir, el estiramiento del nódulo sinusal de la pared de la aurícula derecha tiene un efecto directo sobre el ritmo del propio nódulo, aumentando la frecuencia cardíaca hasta en un 10-15%. Además, el estiramiento de la aurícula derecha inicia un reflejo nervioso, conocido como reflejo Bainbridge, llega primero al centro vasomotor del cerebro y después vuelve al corazón a través de los nervios simpáticos y los vagos, aumentando también la frecuencia cardíaca.
En la mayoría de las situaciones que no causan estrés el gasto cardíaco se controla principalmente por factores periféricos que determinan el retorno venoso. No obstante, como expondremos más adelante en este capítulo, el corazón se convierte en el factor limitante que determina el gasto
cardíaco cuando el retorno sanguíneo es mayor que el que puede bombear el corazón.El gasto cardíaco es la suma de los flujos sanguíneos en
todos los tejidos: el metabolismo tisular regula la mayor parte del flujo sanguíneo local
El retorno venoso hacia el corazón es la suma de todo el flujo sanguíneo local a través de todos los segmentos tisulares de la circulación periférica. Por tanto, se deduce que la regulación del gasto cardíaco es la suma de todos los mecanismos reguladores del flujo sanguíneo local.Los mecanismos de regulación del flujo sanguíneo local se comentaron en el tema. En la mayoría de los tejidos el flujo sanguíneo lo hace principalmente en proporción al metabolismo de cada tejido. Por ejemplo, el flujo sanguíneo local casi siempre aumenta cuando lo hace el consumo tisular de oxígeno.Obsérvese que cuando aumenta el trabajo cardíaco durante el ejercicio, también aumentan
paralelamente el consumo de oxígeno y el gasto cardíaco.El corazón tiene límites en el gasto cardíaco que puede
alcanzar
La cantidad de sangre que el corazón puede bombear tiene unos límites definidos, que pueden expresarse cuantitativamente en forma de curvas de gasto cardíaco. Obsérvese que el nivel de la meseta de esta curva de
gasto cardíaco normal es de 13 l/min, 2,5 veces el gasto cardíaco normal de 5 l/min, lo que significa que el corazón de un ser humano normal que actúe sin una estimulación especial puede bombear un retorno venoso hasta 2,5 veces el retorno venoso normal antes de que el corazón se convierta en el
factor limitante en el control del gasto cardíaco.
Factores que provocan un corazón hipereficazHay dos tipos de factores que hacen que el corazón bombee mejor de lo normal: 1) la estimulación nerviosa, y 2) la hipertrofia del músculo cardíaco.Factores que provocan un corazón hipoeficaz
Cualquier factor que disminuya la capacidad del corazón de bombear la sangre provoca la hipoeficacia. Algunos de los factores que pueden reducir la capacidad de bombeo del corazón son los siguientes:
• Aumento de la presión arterial contra la cual debe bombear el corazón, como en la hipertensión grave.
• Inhibición de la excitación nerviosa del corazón.
• Factores patológicos que provocan alteraciones del ritmo cardíaco o de la frecuencia cardíaca.
• Bloqueo de una arteria coronaria, para provocar un «ataque cardíaco».
• Cardiopatía valvular.
• Cardiopatía congénita.
• Miocarditis, una inflamación del músculo cardíaco.• Hipoxia cardíacaEfecto del sistema nervioso para aumentar la presión arterial durante el ejercicio
Durante el ejercicio, el aumento intenso del metabolismo en los músculos esqueléticos activos actúa directamente en las arteriolas musculares para relajarlos y permitir el acceso adecuado del oxígeno y otros nutrientes necesarios para mantener la contracción muscular. Evidentemente, así se produce un descenso importante de la resistencia periférica total, lo que normalmente también disminuiría la presión arterial. No obstante, el sistema nervioso lo compensa inmediatamente.
La misma actividad cerebral que envía las señales motoras a los músculos envía señales simultáneamente a los centros nerviosos autónomos del cerebro para provocar la actividad circulatoria, provocando la constricción de las venas grandes y el aumento de la frecuencia y de la contractilidad del corazón. Todos estos cambios actúan en conjunto aumentando la presión arterial por encima de lo normal, lo que a su vez empuja aún más flujo sanguíneo a través de los músculos activos.
En resumen, el sistema nervioso tiene un papel clave para prevenir la caída de la presión arterial hasta niveles desastrosos cuando los vasos sanguíneos tisulares se dilatan y el retorno venoso y el gasto cardíaco aumentan por encima de lo normal. De hecho, durante el ejercicio, el sistema nervioso va incluso más allá, proporcionando otras señales que elevan la presión arterial por encima de lo normal, lo que sirve para aumentar el gasto cardíaco otro 30-100%.Elevación y disminución patológica del gasto cardíaco
En los seres humanos sanos el gasto cardíaco medio se mantiene sorprendentemente constante de una persona a otra. No obstante, hay muchas anomalías clínicas que aumentan o disminuyen el gasto cardíaco.Elevación del gasto cardíaco provocada por una reducción de la resistencia periférica totalUna de las características distintivas de esas situaciones es que todas son el resultado de la reducción crónica de la resistencia periférica total y ninguna es consecuencia de una excitación excesiva del propio corazón, como explicaremos más adelante. Revisaremos algunas de las situaciones que disminuyen la resistencia periférica y, al mismo tiempo, aumentan el gasto cardíaco por encima de lo normal.
1. Beriberi. Esta enfermedad está provocada por una cantidad insuficiente de la vitamina tiamina (vitamina B1) en la dieta. La falta de esta vitamina disminuye la capacidad de los tejidos de usar algunos nutrientes celulares y mecanismos del flujo sanguíneo tisular local que, a su vez, provoquen una vasodilatación periférica compensadora. En ocasiones, la resistencia periférica total disminuye hasta tan solo la mitad de lo normal, por lo que los niveles de retorno venoso y gasto cardíaco a largo plazo también aumentan hasta el doble de lo normal.
2. Fístula (cortocircuito) arteriovenosa (AV). Ya hemos hablado de que cada vez que se crea una fístula (también denominada cortocircuito AV) entre una arteria y una vena importantes pasa una gran cantidad de flujo sanguíneo directamente desde la arteria hacia la vena, lo cual, además, disminuye en gran medida la resistencia periférica total y, asimismo, aumenta el retorno venoso y
el gasto cardíaco.
3. Hipertiroidismo. En el hipertiroidismo, el metabolismo de la mayoría de los tejidos del organismo está muy aumentado y la utilización de oxígeno aumenta, liberándose productos vasodilatadores desde los tejidos. Por tanto, la resistencia periférica total disminuye mucho porque el control del flujo sanguíneo tisular local reacciona por todo el cuerpo; en consecuencia, el retorno venoso y el gasto cardíaco aumentan hasta el 40-80% por encima de lo normal.4. Anemia. En la anemia se producen dos efectos periféricos que disminuyen en gran medida la resistencia periférica total. Uno de estos efectos es la disminución de la viscosidad de la sangre, como consecuencia del descenso de la concentración de eritrocitos. El otro es un menor aporte de oxígeno a los tejidos, lo que provoca la vasodilatación local. En consecuencia, el gasto cardíaco aumenta mucho. Cualquier otro factor que disminuya la resistencia periférica total crónicamente también aumentará el gasto cardíaco si la presión arterial no disminuye demasiado.Descenso del gasto cardíaco provocado por factores periféricos no cardíacos: descenso del retorno venoso
Cualquier factor que interfiera con el retorno venoso también provoca el descenso del gasto cardíaco. Algunos de estos factores son los siguientes:1. Descenso del volumen de sangre. Con mucho, el factor periférico no cardíaco más frecuente que provoca el descenso del gasto cardíaco es la reducción del volumen de sangre, a menudo debido a una hemorragia. La pérdida de sangre disminuye el llenado del aparato vascular hasta un nivel tan bajo que no hay sangre suficiente en los vasos sanguíneos periféricos para generar presiones vasculares periféricas suficientes para empujar la sangre de vuelta hacia el corazón.
2. Dilatación venosa aguda. La dilatación venosa aguda se produce a menudo cuando el sistema nervioso simpático se vuelve súbitamente inactivo. Por ejemplo, un desvanecimiento es consecuencia frecuente de una pérdida súbita de actividad del sistema nervioso simpático que provoca una dilatación muy importante de los vasos periféricos de capacitancia, en especial de las
venas. Esta dilatación disminuye la presión de llenado en el aparato vascular, ya que el volumen de sangre no puede crear la presión adecuada en unos vasos sanguíneos periféricos que ahora están flácidos. En consecuencia, la sangre «se asienta» en los vasos y no vuelve hacia el corazón con la
rapidez normal.
3. Obstrucción de las grandes venas. En casos aislados las grandes venas que llegan al corazón se obstruyen, y la sangre de los vasos periféricos no puede volver al corazón. En consecuencia, se produce un descenso importante del gasto cardíaco.
4. Reducción de la masa tisular, en especial de la masa de músculo esquelético. En caso de envejecimiento normal o de períodos prolongados de inactividad física se produce normalmente una reducción del tamaño de los músculos esqueléticos. A su vez, esta reducción disminuye el consumo total de oxígeno y las necesidades de flujo sanguíneo de los músculos, con lo que
disminuye el flujo sanguíneo en el músculo esquelético y el gasto cardíaco.
5. Reducción del ritmo metabólico de los tejidos. Si se reduce el ritmo metabólico, como sucede en el músculo esquelético durante un reposo en cama prolongado, el consumo de oxígeno y las necesidades de nutrición de los tejidos también disminuirán. En consecuencia, disminuye el flujo sanguíneo en los tejidos, con el resultado de un menor gasto cardíaco. Otros trastornos, como el hipotiroidismo, pueden reducir asimismo el ritmo metabólico y, por tanto, el flujo sanguíneo y el gasto cardíaco.Un análisis más cuantitativo de la regulación del gasto
cardíaco
El comentario sobre la regulación del gasto cardíaco que hemos realizado hasta ahora es adecuado para entender los factores que controlan el gasto cardíaco en las situaciones más sencillas. Sin embargo, para entender la regulación del gasto cardíaco en situaciones estresantes especiales, como el ejercicio extremo, la insuficiencia cardíaca y el shock circulatorio, en las secciones siguientes se muestra un análisis cuantitativo más complejo.
Para realizar ese análisis cuantitativo más detallado es necesario distinguir por separado entre los dos factores principales implicados en la regulación del gasto cardíaco: 1) la capacidad de bomba del corazón, representada por las curvas de gasto cardíaco, y 2) los factores periféricos que afectan al flujo de sangre desde las venas al corazón, representados por las curvas de retorno venoso. Después, se pueden unir ambas curvas en un análisis cuantitativo para demostrar cómo interaccionan entre sí para determinar al mismo tiempo el gasto cardíaco, el retorno venoso y la presión en la aurícula
derecha.Curvas de retorno venoso
Antes de realizar un análisis total de la regulación cardíaca tenemos que valorar toda la circulación sistémica, para lo cual primero retiramos el corazón y los pulmones de la circulación de un animal y los reemplazamos con unos sistemas de bomba y de un oxigenador artificial y después se alteran distintos factores, como el volumen de sangre, las resistencias vasculares y la presión venosa central en la aurícula derecha, para determinar cómo actúa la circulación sistémica en distintos estados circulatorios.
En estos estudios se encuentran los tres factores principales siguientes que afectan al retorno venoso hacia el corazón desde la circulación sistémica:
1. Presión en la aurícula derecha, que ejerce una fuerza retrógrada sobre las venas para impulsar el flujo de sangre desde las venas hacia la aurícula derecha.2. Grado de llenado de la circulación sistémica (medido por la presión media del llenado sistémico), que obliga a la sangre sistémica a volver hacia el corazón (esta es la presión medida en cualquier parte de la circulación sistémica cuando se interrumpe todo el flujo de sangre, como se comenta en
detalle más adelante en este capítulo).
3. Resistencia al flujo sanguíneo entre los vasos periféricos y la aurícula derecha. Estos factores se expresan cuantitativamente en la curva de retorno venoso, como explicamos en las secciones siguientes.Métodos para medir el gasto cardíaco
En los experimentos con animales se puede canular la aorta, la arteria pulmonar o las grandes venas que entran en el corazón y medir el gasto cardíaco utilizando un flujómetro. También se puede colocar un flujómetro electromagnético o ultrasónico en la aorta o en la arteria pulmonar para medir
el gasto cardíaco. En el ser humano, el gasto cardíaco se mide por métodos indirectos que no requieren cirugía, excepto en algunos casos aislados. Dos de los métodos que se han usado para estudios experimentales son el método de oxígeno de Fick y el método de dilución del indicador. El gasto cardíaco puede estimarse también mediante ecocardiografía, un método que utiliza ondas
de ultrasonidos desde un transductor colocado sobre la pared torácica o introducido en el esófago del paciente para medir el tamaño de las cámaras cardíacas, así como la velocidad de la sangre que circula desde el ventrículo izquierdo a la aorta. El volumen del impulso se calcula a partir de la
velocidad de la sangre que circula en la aorta y del área en sección transversal de la aorta determinada a partir del diámetro de la aorta que se mide mediante estudio de imagen ecográfico. A continuación se calcula el gasto cardíaco como el producto de este volumen por la frecuencia cardíaca.