Fisiología del corazón

El corazón como bomba

El corazón se compone de dos bombas musculares separadas: la derecha y la izquierda. Cada una consta de una aurícula y un ventrículo que se separan por una válvula. La sangre entra libremente a ambas bombas por las venas correspondientes y sale por las arterias correspondientes pasando a través de las válvulas semilunares que impiden el retroceso de la sangre al corazón.

El ventrículo izquierdo es una bomba de presión y el ventrículo derecho una bomba de volumen. El ventrículo izquierdo también participa en el vaciado del ventrículo derecho al introducirse en su interior durante la contracción cuando el septo interventricular adopta una forma convexa.

El corazón bombea la sangre al lecho vascular gracias a los ciclos repetitivos de llenar y vaciar las cámaras cardíacas: primero las aurículas y luego los ventrículos. Todos los fenómenos que se producen en el corazón desde el inicio de una contracción hasta el inicio de la siguiente reciben el nombre de ciclo hemodinámico cardíaco o ciclo cardíaco (→fig. I.A.1-1), en el que se distinguen la fase de la diástole y la fase de la sístole.

En la fase de la diástole las válvulas aórtica y pulmonar permanecen cerradas, mientras que las válvulas auriculoventriculares están abiertas. La sangre fluye de forma pasiva (conforme al gradiente de tensión) de las venas a los ventrículos a través de las aurículas. Al principio fluye rápidamente (fase de llenado rápido ventricular), luego más despacio (fase de llenado lento) y, finalmente, la contracción auricular (la onda P en el ECG) aumenta activamente el volumen de sangre en los ventrículos en un 10-25 %. El aumento del volumen de sangre en los ventrículos va acompañado de un ligero incremento de la presión ventricular y de un estiramiento de las paredes ventriculares, el cual activa el mecanismo de Frank-Starling (→más adelante).

En la fase de la sístole la estimulación eléctrica de las células del corazón desencadena una contracción de los ventrículos (el complejo QRS en el ECG). Aumenta la presión en los ventrículos y las válvulas auriculoventriculares se cierran (1.er ruido cardíaco). La presión intraventricular sigue creciendo rápidamente sin alterar el volumen de los ventrículos (fase de contracción isovolumétrica) y alcanza la presión existente en la aorta y en la arteria pulmonar, respectivamente. Al abrir las válvulas aórtica y pulmonar se produce una eyección de sangre a la aorta y a la arteria pulmonar (fase de eyección). A continuación las células cardíacas se repolarizan (la onda T en el ECG), el miocardio ventricular se relaja y la presión en los ventrículos desciende hasta por debajo de la presión en las grandes arterias. Al cerrarse las válvulas aórtica y pulmonar (2.o ruido cardíaco), se produce la fase de relajación isovolumétrica. Cuando la presión ventricular cae por debajo de la presión auricular, se abren las válvulas auriculoventriculares y se inicia el siguiente ciclo cardíaco.

Con la frecuencia cardíaca de ~70/min el ciclo cardíaco dura ~800 ms, de lo que ⅓ le corresponde a la contracción de los ventrículos. La aceleración de la frecuencia cardíaca produce  principalmente un acortamiento de la fase de la diástole y un alargamiento relativo de la fase de la sístole, lo que empeora el llenado ventricular e implica un aumento de la resistencia a la compresión de las arterias coronarias.

En un corazón que funciona correctamente el volumen de sangre en el ventrículo izquierdo al final de la fase diastólica (volumen telediastólico) es de 110-120 ml, para descender hasta 40-50 ml al final de la fase de eyección (volumen telesistólico). El volumen de sangre bombeada hacia la aorta en un ciclo cardíaco (volumen de eyección) es de 70-80 ml, lo que constituye un 65 % del volumen telediastólico del ventrículo izquierdo. Se lo denomina fracción de eyección del ventrículo izquierdo (volumen de eyección / volumen telediastólico × 100 %) y es un indicador clínicamente útil de la eficiencia del corazón en calidad de bomba.

El corazón de un adulto bombea 4-5 l de sangre por minuto (gasto cardíaco; volumen cardíaco por minuto), y durante un ejercicio intenso llega hasta 20-25 l/min. El gasto cardíaco de un corazón que funciona correctamente depende (→fig. I.A.1-2):

1) del volumen de eyección, condicionado por la contractilidad del miocardio y la magnitud de la poscarga del corazón

2) de la frecuencia cardíaca.

La contractilidad es la capacidad del músculo de provocar la contracción. El corazón humano está formado por ~5,5 mil millones de células musculares estriadas cardíacas (cardiomiocitos). En la contractilidad del miocardio en su totalidad influye:

1) número y calidad de los cardiomiocitos

2) contractilidad de los cardiomiocitos

3) mecanismos electrofisiológicos que causan que las contracciones de los cardiomiocitos individuales sean rítmicas, coordinadas en el espacio (las aurículas se contraen antes que los ventrículos) y en el tiempo (los cardiomiocitos ventriculares se contraen casi simultáneamente)

4) mecanismos que les garantizan energía a los cardiomiocitos para que estos puedan contraerse.

Potenciales funcionales y desencadenamiento de la contracción celular

Las células de trabajo del miocardio presentan un potencial eléctrico de reposo negativo y estable que oscila alrededor de –85 mV, y no son autoexcitables. Estas células son estimuladas por la corriente eléctrica conducida desde un cardiomiocito adyacente ya excitado, a través de las llamadas uniones comunicantes (uniones gap). Si la intensidad de dicha corriente es lo suficientemente alta como para despolarizar la membrana celular hasta alcanzar –65 mV (el potencial umbral), se producen sucesivamente:

1) cambios en la permeabilidad de los canales iónicos de la membrana

2) paso a través de la membrana de corrientes iónicas despolarizantes de sodio y calcio tipo L, y luego de corrientes iónicas repolarizantes de potasio, lo cual va acompañado de un aumento momentáneo del potencial celular (el potencial de acción) →fig. I.A.1-3.

La repolarización se produce a consecuencia de la inactivación de los canales de sodio y calcio y la apertura de los canales de potasio. Las proporciones recíprocas de los flujos iónicos a través de dichos canales determinan la duración del potencial de acción, del período refractario (período de no excitabilidad de las células durante el potencial de acción) y del intervalo QT en el ECG. Cualquier alteración de este equilibrio provocada por fármacos bloqueantes de los canales de potasio, sodio o calcio, o por estructura defectuosa de dichos canales determinada genéticamente (p. ej. formas congénitas del síndrome del QT largo), ocasiona cambios en la duración de los potenciales de acción y del período refractario.

En una célula individual, el potencial de acción desempeña el papel de mecanismo desencadenante de la contracción, activando una serie de procesos celulares, el denominado acoplamiento electromecánico que está integrado por:

1) aumento de la concentración intracelular de iones de calcio  (Ca2+)

2) activación de las proteínas contráctiles

3) contracción del cardiomiocito

4) eliminación de Ca2+ del citoplasma

5) relajación del cardiomiocito.

Cada potencial de acción va acompañado de la apertura (activación) de los canales de calcio tipo L de la membrana celular y un flujo de Ca2+—conforme al gradiente electroquímico hacia adentro de la célula— al estrecho espacio subsarcolémico (diada) comprendido entre la membrana celular y las membranas de las vesículas terminales del retículo sarcoplasmático, el cual constituye el almacén celular de Ca2+ (→fig. I.A.1-4). El aumento de la concentración de Ca2+ en la diada causa sucesivamente: la apertura de los canales de calcio en la membrana del retículo sarcoplasmático (los denominados receptores de rianodina), la liberación desde el retículo del Ca2+ allí acumulado y un incremento brusco de la concentración citoplasmática de Ca2+. Se produce la unión de Ca2+ con su proteína receptora, la troponina C, en el aparato contráctil. Gracias a esto se hace posible la interacción entre las proteínas contráctiles (actina y miosina) y la contracción de la célula, que es proporcional a la cantidad de complejos Ca2+–troponina. A continuación los iones de Ca2+ se eliminan del citoplasma, lo que provoca una relajación de la célula. La mayoría de los iones de Ca2+ es recaptada por la ATPasa de calcio (SERCA) del retículo sarcoplasmático, que es donde se almacenan hasta el siguiente potencial de acción con el que se inicia el siguiente ciclo de circulación celular de Ca2+. La parte restante de Ca2+ de la célula se elimina por el intercambiador iónico de la membrana, el cual transporta fuera de la célula un ion de Ca2+ a cambio de la entrada de 3 iones de sodio (intercambiador Na+/Ca2+). Un cierto papel en la eliminación de Ca2+ de la célula lo desempeña también la ATPasa de calcio de la membrana celular.  

Existen 2 mecanismos fisiológicos que permiten regular la contractilidad de los cardiomiocitos:

1) mecanismo nervioso, en el que se modifica la circulación celular de Ca2+ (todos los fármacos inotrópicos conocidos modifican la circulación celular de Ca2+)

2) mecanismo de Frank-Starling, en el que se producen cambios a nivel de proteínas del aparato contráctil.

Una de las causas de la disminución de la contractilidad del miocardio en  la insuficiencia cardíaca es el proceso de su remodelación. Dicho proceso abarca cambios de expresión y/o actividad de las proteínas de la circulación intracelular de Ca2+, incluida la disminución de la expresión de SERCA, disminución de la impermeabilidad de los receptores de rianodina y aumento de la expresión del intercambiador Na3+/Ca2+. Todo ello lleva a la reducción del contenido de Ca2+ en el retículo sarcoplasmático y a la alteración de la contractilidad de los cardiomiocitos. La mejoría del estado clínico a causa del tratamiento va acompañada de una normalización parcial de dichos cambios, lo que indica que las mencionadas proteínas desempeñan un papel central en la regulación de la contractilidad.

Las terminaciones nerviosas simpáticas y parasimpáticas se localizan cerca de las células del nodo sinusal y del nodo auriculoventricular (AV), y también en el músculo auricular; mientras que en el miocardio ventricular se encuentran principalmente terminaciones nerviosas simpáticas. El sistema nervioso vegetativo regula la función cardíaca influyendo en la frecuencia cardíaca, la velocidad de conducción en el nodo AV y la contractilidad de las células de trabajo auriculares y ventriculares.

La regulación nerviosa de la contractilidad del miocardio se realiza principalmente a través del sistema simpático. Sus mediadores (noradrenalina y adrenalina) al estimular los receptores β-adrenérgicos provocan la activación de la proteína-cinasa A y la fosforilación de varias proteínas responsables de la acción celular de dichos mediadores. La fosforilación de las proteínas de los canales iónicos en las células del nodo sinusal resulta en una aceleración de su automatismo y de la función cardíaca. La fuerza de contracción de los cardiomiocitos aumenta en función de la frecuencia cardíaca (en condiciones fisiológicas), ya que —junto con un acortamiento de la fase diastólica— la eliminación de Ca2+ de los cardiomiocitos no consigue contrarrestar el flujo de entrada de estos iones, con lo que se incrementa la cantidad de Ca2+ almacenado en la célula. En las células de trabajo la fosforilación de las proteínas causa un aumento de actividad de los canales de calcio L, de las SERCA y de los receptores de rianodina, gracias a lo cual se incrementa, respectivamente: la entrada de Ca2+ en la célula, la captación de Ca2+ por las SERCA y la facilidad de liberar Ca2+ del retículo sarcoplasmático. A consecuencia de la estimulación del sistema simpático aumenta la contractilidad de los cardiomiocitos (efecto inotrópico positivo), acelera su relajación (efecto lusitrópico positivo), aumenta el ritmo cardíaco (efecto cronotrópico positivo) y, adicionalmente, aumenta la velocidad de conducción en el nodo auriculoventricular (efecto dromotrópico positivo).

El mecanismo molecular de la contracción

La contracción de los cardiomiocitos es posible gracias a la presencia de las proteínas del aparato contráctil, el cual consta de sarcómeros alineados a lo largo de la célula (visibles al microscopio estructuras comprendidas entre los subsiguientes discos Z), compuestos de filamentos delgados (actina) y gruesos (miosina), extendidos entre los discos Z. Durante la contracción los filamentos se deslizan unos sobre otros, lo que hace que los discos Z se acerquen entre sí y los sarcómeros se acorten. Como el aparato contráctil establece conexiones con la membrana celular (costámeros), el acortamiento de los sarcómeros provoca el acortamiento (contracción) de toda la célula. La membrana celular de los cardiomiocitos establece conexiones con la densa red de elementos del tejido conectivo con la que la célula está envuelta. Por esta razón, la contracción de los cardiomiocitos produce cambios en la forma y el volumen de las aurículas y ventrículos enteros.

El acortamiento de los sarcómeros se produce a consecuencia de un ciclo, repetido varias veces, de formar uniones (denominadas puentes cruzados) entre los filamentos de miosina y los de actina. Un aumento de 10 veces de la concentración de Ca2+ citoplasmático (0,1-1,0 µmol/l) provocado por el potencial de acción y la formación de complejos Ca2+–troponina C producen cambios de conformación de las proteínas reguladoras asociadas al filamento de actina (la tropomiosina y las troponinas: T, I y C), así como la exposición de los sitios de la actina, con los que pueden interactuar las llamadas cabezas de miosina. A consecuencia de dichas interacciones los filamentos de actina y los de miosina se desplazan unos respecto a otros. La relajación requiere que los filamentos se separen y depende de la velocidad de eliminación del Ca2+ del citoplasma.

En la fuerza de contracción de los cardiomiocitos influye el número de puentes entre los filamentos de miosina y los de actina. Factores que determinan el número de puentes (y la contractilidad):

1) concentración de Ca2+ en el citoplasma

2) sobreposición de los filamentos de actina y de miosina en el momento en el que se inicia la contracción.

La contractilidad de los cardiomiocitos (y del miocardio entero) va creciendo en función de su estiramiento pasivo en reposo. El mecanismo de Frank-Starling de regulación de la contractilidad del miocardio consiste en el hecho de que el mismo alargamiento de los sarcómeros en reposo establece las condiciones adecuadas para que se formen más puentes de miosina. En el corazón como totalidad este mecanismo se desencadena por el llenado ventricular en reposo que causa un estiramiento del miocardio ventricular proporcional al antedicho llenado en reposo y un aumento de la fuerza de contracción. Mediante el mecanismo de Frank-Starling el retorno venoso influye en la contractilidad del corazón (→fig. I.A.1-5). La eficacia reguladora del mecanismo de Frank-Starling se demuestra por el hecho de que, en personas con el corazón trasplantado (y denervado), la regulación del gasto cardíaco se mantiene bien.

Automatismo y conducción de los impulsos eléctricos en el corazón

La fuente de los impulsos eléctricos del corazón son las células marcapasos, es decir unas células cardíacas especializadas que tienen la capacidad de autoexcitarse (automatismo). El potencial de reposo de las células marcapasos no es estable, como en caso de las células de trabajo, sino que crece por sí solo hacia el potencial umbral (→fig. I.A.1-3). Al alcanzar el umbral una célula marcapasos se autoexcita, es decir genera potencial de acción que a continuación se convierte en una fuente de corriente eléctrica que estimula a las células adyacentes.

Las células marcapasos del corazón se encuentran principalmente en el sistema de conducción cardíaco. Este está integrado por 2 acumulaciones de células marcapasos, que se conocen como el nodo sinusal y el nodo AV, y por el sistema de conducción ventricular (el haz de His, sus ramas y las fibras de Purkinje), formado por células de Purkinje. El marcapasos fisiológico del corazón es el nodo sinusal, ya que genera los estímulos espontáneos con mayor frecuencia.

Los impulsos eléctricos rítmicos, generados espontáneamente en el nodo sinusal localizado en la aurícula derecha, estimulan a las células adyacentes de la aurícula derecha y, a continuación, la estimulación se propaga a todo el miocardio auricular para llegar finalmente al nodo AV, el cual constituye la única conexión eléctrica entre la aurícula y el ventrículo (en el síndrome de preexcitación hay más conexiones de este tipo). Luego, a través del sistema de conducción ventricular, la estimulación llega al miocardio ventricular. Gracias a una conducción rápida las células de trabajo de los ventrículos son estimuladas y forzadas a la contracción casi al mismo tiempo (la estimulación de los ventrículos dura 80-100 ms). La insuficiencia cardíaca va acompañada de trastornos de conducción intraventricular debidos, entre otros, al bloqueo de la rama izquierda del haz de His. En caso del bloqueo de la rama la pared libre del ventrículo izquierdo se estimula con mucho retraso respecto al septo interventricular, lo que causa la disincronía de la contracción ventricular. Una de las consecuencias inmediatas de este fenómeno es el empeoramiento de la función hemodinámica del ventrículo. Las consecuencias a largo plazo son los cambios que se producen en el fragmento de la pared libre con disincronía, incluidos: activación de su contractilidad en el mecanismo de Frank-Starling, aumento del consumo de oxígeno, alteraciones en la expresión y actividad de las proteínas de la circulación intracelular de Ca2+, a, fibrosis y otros cambios típicos para el proceso de remodelación del miocardio. La terapia de resincronización cardíaca (TRC), implementada lo suficientemente temprano, mejora la función cardíaca y revierte el proceso de remodelación. Esto demuestra que la actividad eléctrica es una determinante importante de la función hemodinámica del corazón.

La frecuencia de las estimulaciones espontáneas de las células del nodo sinusal es el resultado del ritmo propio de las células del nodo sinusal y de las influencias simultáneas del sistema simpático (que acelera el ritmo sinusal) y del sistema parasimpático (que ralentiza el ritmo sinusal). En personas adultas en reposo la influencia del sistema simpático en el ritmo es insignificante, como lo pone de manifiesto el hecho de que un bloqueo de los receptores β-adrenérgicos ralentiza el ritmo sinusal en entre diez y veinte estimulaciones por minuto. En cambio la atropina, que bloquea los receptores colinérgicos, provoca en las mismas condiciones un aumento de la frecuencia de estimulación en ~40 %, lo que demuestra que el ritmo sinusal permanece bajo una influencia dominante y ralentizadora del nervio vago.

La velocidad de conducción de los estímulos eléctricos en el tejido cardíaco va creciendo con el aumento de la amplitud de los potenciales de acción de los cardiomiocitos y con la conductividad eléctrica de las uniones comunicantes entre los cardiomiocitos adyacentes (estructuras proteicas en la membrana celular que forman canales que unen cardiomiocitos adyacentes). P. ej. una de las causas de una conducción lenta en un corazón insuficiente es la expresión disminuida de los conexones, es decir de las proteínas que forman las uniones comunicantes.

La amplitud de los potenciales de acción es tanto mayor cuanto más negativo es el potencial de reposo de la célula. Razón por la cual todos los factores que despolarizan las células cardíacas causan una reducción de la amplitud de sus potenciales de acción y una ralentización de la conducción. En las células de trabajo auriculares y ventriculares, y en el sistema del haz de His y de las fibras de Purkinje, la amplitud de los potenciales es muy grande porque depende de la corriente de sodio. En estas áreas la conducción es rápida (0,5-2 m/s) y la pueden afectar las intervenciones que modifiquen la actividad de los canales de sodio (los fármacos antiarrítmicos de clase 1 ralentizan la conducción porque bloquean los canales de sodio). En cambio en las células del nodo sinusal y del nodo AV la amplitud de los potenciales es baja, dado que depende de la corriente de calcio tipo L. Por lo tanto, la conducción en ambos nodos es muy lenta (<10 cm/s) y se puede modificar mediante las intervenciones que afecten a los canales de calcio. La velocidad de conducción en los nodos la aumentan las catecolaminas y todos los factores que aumenten la concentración de AMP cíclico en la célula. La conducción en ambos nodos la inhiben los calcioantagonistas.

Metabolismo energético del corazón y flujo coronario

El corazón genera ~5 kg de ATP por 24 horas y un 70-80 % de esta cantidad se gasta en producir la contracción. Las reservas cardíacas de compuestos de alta energía (ATP y fosfato de creatina) son suficientes tan solo para de diez a veinte contracciones seguidas. A fin de mantener la función contráctil del corazón resulta imprescindible una producción de ATP de manera constante que dé abasto a su consumo. Una producción de ATP tan alta y mantenida de manera continua durante toda la vida está asegurada por el metabolismo aeróbico de los ácidos grasos, la glucosa y el ácido láctico que se produce en las mitocondrias. El corazón está adaptado a la producción oxidativa de ATP, ya que las mitocondrias constituyen un 30-40 % del volumen de las células cardíacas, y los vasos de la microcirculación suponen un 30-40 % del volumen total del tejido cardíaco.  La particularidad de la circulación coronaria consiste en que la extracción de oxígeno de la sangre por parte del corazón es de un 60-70 % y en caso de que aumente la carga cardíaca y la demanda de oxígeno del corazón, la extracción de oxígeno prácticamente ya no puede aumentar. El aumento del flujo coronario es la única manera de incrementar el aporte de oxígeno al corazón. En un corazón sano el flujo coronario aumenta linealmente con el aumento de la carga cardíaca.

El flujo coronario (Q) depende de la presión de perfusión (ΔP, es decir de la diferencia entre la presión en la aorta y en la aurícula derecha) y de la resistencia vascular (R), lo que se expresa mediante la fórmula Q = ΔP/R.

La resistencia vascular es inversamente proporcional a la cuarta potencia del radio del vaso (ley de Poiseuille). Teniendo en cuenta que en la circulación coronaria la presión de perfusión es más bien estable, el flujo coronario se regula por los cambios en la resistencia vascular.

La circulación coronaria puede dividirse en 4 segmentos funcionales:

1) grandes arterias epicárdicas

2) arterias septales (salen de las arterias epicárdicas de forma perpendicular hacia el interior del miocardio donde se ramifican varias veces en vasos más finos)

3) microcirculación (las arteriolas y vénulas de <200 µm de diámetro y los capilares situados entre ellas)

4) venas.

La resistencia coronaria total es la suma de las resistencias de todos los segmentos vasculares. En la circulación coronaria normal la microcirculación, o más concretamente el diámetro de sus vasos, determina el 80 % de la resistencia vascular. La regulación del flujo en un corazón sano se realiza principalmente mediante cambios de tensión activa de los músculos lisos que construyen la pared de los vasos de microcirculación (componente funcional de la resistencia). Adicionalmente, en la resistencia de la microcirculación influye la compresión desde fuera ejercida por el músculo en contracción (componente compresivo de la resistencia).

La tensión activa de las células de los músculos lisos de los vasos es la resultante de los factores constrictores y dilatadores que actúan de manera simultánea. El principal factor vasoconstrictor de la microcirculación es la actividad miogénica de los músculos lisos. Esta consiste en que las células de los músculos lisos se contraen proporcionalmente al aumento de la presión de perfusión y la distensión de la pared vascular, lo que provoca que, en un ancho rango de presiones, el flujo en diferentes lechos vasculares , incluido el flujo coronario, permanezca invariable (fenómeno de la autorregulación del flujo) →fig. I.A.1-6.

Las sustancias que provocan la máxima vasodilatación y el máximo aumento del flujo (adenosina, dipiridamol) anulan la autorregulación y provocan que la relación entre el flujo coronario y la presión de perfusión se haga lineal →fig. I.A.1-6.

La reserva de flujo coronario es el crecimiento máximo posible del flujo coronario, expresado como un porcentaje del flujo de salida (la norma: 300-600 %). En un corazón sano la reserva coronaria no es un factor que limite el esfuerzo físico (durante el esfuerzo máximo los vasos coronarios siguen con una reserva diastólica).

La reserva de flujo coronario disminuye con:

1) descenso de la presión de perfusión (→fig. I.A.1-6)

2) aceleración del ritmo cardíaco (→más adelante)

3) grado de deterioro de la función vasodilatadora del endotelio vascular (denominada disfunción del endotelio)

4) la disminución de la densidad de los vasos de la microcirculación o su remodelación (p. ej. en la hipertensión arterial) y

5) bajo la influencia de factores que aumenten el flujo coronario en reposo (p. ej. anemia).

La reducción de la concentración tisular de oxígeno, que acompaña al aumento de la carga cardíaca (los cardiomiocitos bajo una mayor carga consumen más oxígeno), es el impulso esencial que provoca la dilatación de los vasos de la microcirculación (regulación metabólica del flujo). Esta se lleva a cabo limitando el flujo de Ca2+ a las células de los músculos lisos. La dilatación de los vasos de la microcirculación ocasiona un descenso de la resistencia coronaria total y un crecimiento proporcional del flujo coronario. Este mecanismo asegura una adaptación inmediata del flujo coronario a las necesidades metabólicas del corazón.

El aumento del flujo dependiente del factor metabólico activa al mismo tiempo el componente de la regulación del flujo coronario dependiente del endotelio, el cual asume parcialmente la carga de regular el flujo y permite que la microcirculación pueda seguir reaccionando al impulso metabólico. Proporcionalmente al volumen del flujo sanguíneo crece la llamada fuerza cortante (fuerza de fricción de la sangre pegajosa sobre la superficie del endotelio que reviste los vasos coronarios), que estimula a las células endoteliales a aumentar la producción de óxido nítrico (NO), el cual presenta una fuerte acción vasodilatadora.

Numerosas sustancias, tales como catecolaminas, acetilcolina, serotonina, ADP, histamina y endotelina 1, ejercen acción vasodilatadora o vasoconstrictora dependiendo del estado funcional del endotelio. En los vasos con el endotelio sano prevalece su acción originada por la liberación de NO, por lo cual producen vasodilatación, mientras que en los vasos con el endotelio dañado estas sustancias causan vasoconstricción.

Los vasos coronarios se encuentran en el interior del miocardio, que durante la contracción aprieta los vasos de la microcirculación, incrementando así su resistencia. Esta comprensión externa de los vasos es mínima en el ventrículo derecho, pero muy grande en la zona subendocárdica del ventrículo izquierdo (el flujo sanguíneo de la microcirculación se detiene por completo en la fase de sístole ventricular) y va disminuyendo hacia el epicardio. Por lo tanto, la perfusión de la zona subendocárdica del ventrículo izquierdo puede producirse únicamente durante la diástole ventricular.

La resistencia coronaria total es la suma de la resistencia funcional y la compresiva. En un corazón sano la regulación metabólica de la resistencia vascular compensa plenamente el aumento de la resistencia que acompaña a la aceleración de la acción cardíaca, con lo que el flujo coronario no resulta limitado por el ritmo cardíaco. No obstante, este fenómeno se produce a costa de disminuir la reserva coronaria. En cambio la influencia de la resistencia compresiva se manifiesta en las áreas del corazón en las que la reserva diastólica de la microcirculación se ha agotado, p. ej. en las áreas irrigadas por arterias epicárdicas con estenosis. En tal situación, los fármacos que ralentizan el ritmo cardíaco (p. ej. los β-bloqueantes) reducen el componente compresivo de la resistencia y mejoran la perfusión del área del miocardio distalmente a la estenosis arterial.

Carga cardíaca

El rendimiento de la bomba cardíaca es la resultante del volumen de eyección y de la frecuencia cardíaca. El volumen de eyección depende de la relación entre la fuerza máxima de contracción del músculo (contractilidad) y la magnitud de su carga (→fig. I.A.1-2).

En las cámaras cardíacas existe presión que empuja las paredes y genera en ellas un componente de la fuerza que las estira. La fuerza total que estira la pared se denomina tensión parietal (τ) y es la medida de la carga sobre la pared en su totalidad. En los recipientes esféricos o cilíndricos el valor de la tensión se describe mediante la ley de Laplace: τ = P × r (τ — tensión, P — presión en el recipiente, r — radio de su curvatura). De entre las cámaras cardíacas, únicamente el ventrículo izquierdo presenta una forma bastante regular (intermedia entre esfera y cilindro), razón por la cual solo en su caso es posible estimar con bastante precisión la tensión (carga) sobre la pared.

Las células cardíacas están "inscritas" en la curvatura de las cámaras cardíacas y se estiran debido a la tensión parietal. En una pared gruesa la tensión se reparte en un mayor número de células cardíacas, por eso cada una de ellas se estira menos, mientras que en una pared fina las células individuales se estiran más con una tensión dada. Por lo tanto, la medida de la fuerza que estira las células individuales del ventrículo izquierdo (la medida de su carga) es la tensión del ventrículo izquierdo (τ) dividida por el área del corte de su músculo. Esta magnitud se denomina estrés parietal (σ) y constituye la fuerza que estira las células cardíacas individuales durante la diástole ventricular y la fuerza contra la cual estas se contraen. El estrés (σ) parietal de un recipiente también está descrito por la ley de Laplace, que adopta otra forma en caso de recipientes esféricos y cilíndricos.  En los ensayos clínicos se valora habitualmente el denominado estrés circunferencial (vs. el longitudinal) del ventrículo izquierdo, que se calcula basándose en la medición ecocardiográfica del eje corto del ventrículo izquierdo y el grosor de su pared. En las investigaciones científicas se calcula el estrés circunferencial del ventrículo izquierdo sirviéndose tanto de la ecuación para la esfera (σE) como para el cilindro (σc). Dichas ecuaciones tienen la forma siguiente:

1) σE (g/cm) = [P × D/4 h (1 + h/D)] × 1,36

2) σc (g/cm) = [P × D/2 h] × 1,36

(P — presión en el ventrículo izquierdo, D  — eje corto del ventrículo izquierdo [D = 2 × radio de curvatura del ventrículo], h — grosor de la pared del ventrículo izquierdo).

La carga de las células del ventrículo izquierdo del corazón (σ) crece con la presión en el ventrículo y la dimensión de su eje corto (que aumenta junto con el volumen ventricular), y es tanto mayor cuanto más fina es la pared del ventrículo. En estados que cursan con un aumento del estrés parietal de los ventrículos, el corazón tiende a normalizar el estrés activando el mecanismo de incrementar el grosor de la pared ventricular. La insuficiencia cardíaca es un estado en el que la hipertrofia del miocardio no alcanza a compensar el incremento del estrés parietal. El consumo de oxígeno por parte del corazón, calculado por cada gramo de tejido cardíaco, está en una estrecha correlación con la magnitud del estrés parietal del ventrículo izquierdo, lo que muestra que dicho estrés constituye una buena medida de la carga del miocardio ventricular.

La presión ventricular, el radio y el grosor de la pared, junto con el estrés parietal, van cambiando constantemente durante un ciclo cardíaco. Por lo tanto, debido a la facilidad de la medición y la importancia funcional, el estrés parietal del ventrículo izquierdo se suele analizar solo al principio y al final de la contracción isovolumétrica del ventrículo.

La precarga es la fuerza con la cual la pared ventricular es estirada por la sangre al final de la fase diastólica (en el momento en el que las válvulas AV se cierran). Así pues, su magnitud es proporcional a la presión telediastólica y al volumen del ventrículo (al radio de su curvatura). Desde el punto de vista funcional, la precarga es el factor que representa el nivel de actividad del mecanismo de Frank-Starling.

La poscarga es la fuerza con la cual la pared del ventrículo izquierdo es estirada en el momento en el que las válvulas semilunares de la aorta se abren. Su magnitud es proporcional a la presión sistólica y al volumen del ventrículo en este instante. En la poscarga influyen el corazón mismo (mediante el volumen y el grosor de la pared ventricular) y el sistema arterial. Este último mediante cambios de resistencia vascular que indican la presión diastólica en la aorta: presión en la aorta = gasto cardíaco × resistencia vascular total.

La poscarga del ventrículo izquierdo es la fuerza contra la cual su músculo se acorta en la fase de eyección y expulsa sangre hacia la aorta. El volumen de sangre expulsada depende del volumen telediastólico del ventrículo, pero principalmente de la amplitud de acortamiento del miocardio ventricular en la fase de eyección.

Una causa frecuente de aumento de la poscarga del ventrículo izquierdo es un repentino aumento de la presión arterial, que causa una disminución momentánea del volumen de eyección del ventrículo izquierdo y de su fracción de eyección y, al mismo tiempo, un aumento del volumen telediastólico y un estiramiento de la pared del ventrículo izquierdo. De esta manera se activa el mecanismo de Frank-Starling, tras lo cual el volumen y la fracción de eyección vuelven a su estado inicial. No obstante, dicho proceso se realiza a costa de un aumento del trabajo de eyección y de las demandas energéticas del miocardio. Los aumentos de presión alteran el vaciado ventricular más en los corazones grandes que en los pequeños, lo que explica por qué los episodios de hipertensión pueden causar una insuficiencia cardíaca aguda en personas con cardiomegalia.

El rendimiento energético del corazón como bomba es de un 5-20 %. Solo este porcentaje de la energía consumida por el corazón se utiliza para realizar el trabajo hemodinámico, mientras que el resto se transforma en calor. Lo que consume más energía es la generación del estrés parietal ventricular durante la contracción isovolumétrica. La carga energética del corazón crece proporcionalmente al ritmo cardíaco y un aumento de contractilidad del miocardio implica un descenso del rendimiento energético del corazón. El rendimiento energético del trabajo hemodinámico es el más alto en personas con acción cardíaca lenta, ventrículo de pequeñas dimensiones, presión arterial baja y baja contractilidad del miocardio.