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UM-Tesauro V (30)
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Evolución Inteligente: Investigación a lo largo de millones de años.
Parte II. El Caso del Corazón Automatizado*.
La Molécula de Oxígeno: El ´Pneuma´Aristotélico
El Problema Metafísico Irresoluble
La conjetura de la Vida es el eterno quid de la
cuestión. En la naturaleza existe aquello que actúa
como problemática y aquello que actúa como causa
productiva de vida.
Aparentemente, el material -la materia- y el
elemento activo de la vida no se encuentran
separados en su funcionamiento.
Los primeros filósofos de la Escuela Filosófica
Ioniana -más adelante dedicaremos un capítulo a la
Primitiva Filosofía Griega- se embarcaban en
especulaciones sobre sus alrededores y se
mostraban impresionados con la unidad y el orden
manifiestos en el mundo físico- en el mundo
material- por ejemplo, la íntima relación entre las
cosas no vivientes y los seres vivientes; aparecían,
en realidad, como una unidad inteligible.
En verdad, es la inteligibilidad del mundo la
que inspira nuestro impulso para entender el
mundo. Sin el orden inteligible del mundo, el
estudio de éste desde la perspectiva de la
investigación científica sería imposible.
La sangre, los vasos y el corazón constituyen el
sistema cardiovascular; la eternidad de su
movimiento a través de millones de años-a lo largo
del curso de la humanidad, también- es el principio
de la vida.
La Contracción Rítmica del Corazón
Automatizado
La milagrosa destreza para preservar la vida
Refiérase a la información suministrada en el
Tesauro Internacional –Edición Nº 28, enviado en
Noviembre de 2010. Se puede solicitar a la
Secretaría de Ciencia y Tecnología de la
Universidad de Morón.
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Aves y Mamíferos. El difícil proceso biológico
para incorporar la molécula de oxígeno en el
cuerpo.
El ´Pneuma´Aristotélico
Es fascinante examinar la evolución de las
cámaras del corazón a través de millones de años.
En el sistema cardiovascular, el quid de la cuestión
es el transporte de la molécula de oxígeno a todas
las células del cuerpo, para satisfacer las demandas
metabólicas.
Los corazones de las aves y de los mamíferos
tienen cuatro cámaras, dos aurículas y dos
ventrículos. En cambio, el corazón del pez tiene, en
forma seriada, las siguientes cámaras: Primero el
seno venoso, separado de la aurícula por la válvula
sinoatrial, seguido por una única cámara
ventricular
mediante
la
válvula
auriculoventricular, y finalmente el único
ventrículo que abre en una cuarta cámara, el cono
arterioso o bulbo arterioso.
En las aves, el seno venoso es notoriamente más
pequeño, pero aún se puede observar en un área
anatómicamente discreta.
En los mamíferos, el seno venoso está
incorporado a la aurícula derecha y está
representado por la parte interna suave de la
cámara auricular derecha: el nodo sinoatrial se
reduce a una pequeña masa ubicada en el lateral de
la vena cava superior, según lo ya descripto.
El nodo sinoatrial es responsable de iniciar la
onda de contracción que se expande en todo el
corazón como en todos los otros vertebrados.
En aves, como en mamíferos, el cono arterioso
(bulbo arterioso) es solamente una cámara
embrionaria transitoria que se divide durante la
gestación, dando origen a la arteria pulmonar y a la
aorta ascendente.
El corazón de las aves y de los mamíferos
consiste en bombas paralelas con dos circuitos
separados; por ejemplo, la circulación pulmonar y
la sistémica. El ventrículo derecho recoge la sangre
desoxigenada de la circulación venosa y la bombea
a la arteria pulmonar. El ventrículo izquierdo
bombea sangre oxigenada proveniente de los
pulmones al circuito arterial sistémico.
Por lo tanto, en aves y mamíferos, a lo largo de
sus vidas, no hay normalmente derivación cardiaca
con frecuencias de ventilación cambiantes, en
oposición a los anfibios y reptiles, en los cuales la
derivación cardiaca se utiliza normalmente para
desviar la sangre ya sea al pulmón o a la aorta.
UM-Tesauro V (30)
Sin embargo, hay algo muy interesante en
nuestro trabajo. Aunque la similitud estructural y
funcional del corazón de las aves y el de los
mamíferos (dobles bombas paralelas y dobles
circuitos circulatorios), éstos surgen en forma
independiente de distintos grupos de reptiles que
son sus antecesores, y la apariencia del Septo
interventricular y Septo interauricular que forman
el par de cámaras se produce de forma totalmente
diferente en ambos grupos.
Esto significa que al finalizar el proceso de
evolución del corazón, dos grupos absolutamente
diferenciados (aves y mamíferos) alcanzan una
estructura anatómica del corazón bastante similar,
con un funcionamiento similar mediante un curso
de evolución completamente diferente.
Es apenas necesario enfatizar en el interés
científico de esta importante observación. Habla
muy mal del riesgo como motor de la evolución.
Por el contrario, habla claramente de una finalidad
ventajosa distante.
Se ha sostenido que se considera que los
vertebrados inferiores con separación parcial de las
cámaras auricular y ventricular, respectivamente,
tienen corazones incompletos, en comparación con
la división anatómica completa de los corazones de
los mamíferos.
Por ende, ¿podría considerarse que los
vertebrados inferiores tienen un diseño imperfecto?
Sin embargo, en rigor éste no es el caso.
La división interna incompleta del corazón y la
disposición del arco aórtico asociada permiten a los
dipneos regular sus patrones fisiológicos de
circulación para que se modifiquen, según la
disponibilidad de oxígeno en su medioambiente.
Los dipneos son uno de los grupos de peces y
respiran mediante los pulmones y las branquias.
Los sistemas cardiovasculares de los
vertebrados inferiores son extraordinariamente
flexibles, posibilitando los ajustes a los patrones de
ventilación de agua y aire.
La desviación intracardíaca permite que el
corazón de los invertebrados inferiores produzca
diferentes presiones: presión alta dentro de las
arterias sistémicas y presión baja en los pulmones.
En el caso del cocodrilo, hay una válvula en la
base de la arteria pulmonar; ésta puede cerrarse
para limitar el flujo de sangre a los pulmones,
ayudando a la derivación intracardiaca, que puede
desviarse hasta un cuarto del débito cardiaco a la
circulación arterial sistémica.
Durante inmersiones prolongadas el flujo de
sangre a través del foramen de Panizza puede
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revertirse para asegurar la circulación coronaria y
cerebral. El foramen de Panizza conecta los arcos
aórticos sistémicos izquierdo y derecho.
Se produce una significativa desviación
intracardiaca mientras el reptil está en tierra,
descansando. Ésta también puede ser una forma de
mantener elevada la filtración glomerular, sin que
sea necesario mantener la función pulmonar
elevada cuando el alcance metabólico durante el
descanso es bajo.
En los cocodrilos, el arco aórtico izquierdo
irriga gran parte del estómago y del intestino. Si se
acumula dióxido de carbono en el corazón, se eleva
la acidez de la sangre; la desviación de la sangre al
intestino podría también contribuir a la digestión
mediante la secreción de cloruro en el interior del
estómago, luego de una alimentación abundante.
Los dipneos y muchas otras especies de peces
pueden experimentar un grado extremo de
hipoxia.
La
vejiga
natatoria
altamente
vascularizada puede ayudar. La sangre arterial
sistémica es desviada desde la circulación general a
los capilares de la vejiga natatoria, donde se capta
el oxígeno y vuelve a la circulación general.
En el Hoplosternum, de la familia del bagre, las
ramificaciones de la aorta dorsal llevan la sangre a
zonas del tracto digestivo ricas en lechos capilares.
La sangre de los lechos capilares está expuesta a
una burbuja de aire dentro del tracto digestivo; se
extrae y desvía el oxígeno que forma la burbuja
hacia la circulación general para mejorar la
disminución global de la presión de oxígeno.
Claramente, la función singular de la
respiración accesoria es satisfacer las demandas
metabólicas de los niveles de oxígeno en la sangre,
como para compensar el bajo nivel en el agua y los
períodos temporarios de hipoxia.
Los dipneos son los únicos entre todas las
especies de peces que existen en la actualidad que
poseen una vena pulmonar discreta que posibilita
el retorno de la sangre directamente al corazón bajo
hipoxia prolongada frecuente; al estar fuera del
agua este diseño cardiovascular les permite
sobrevivir.
Resumiendo, parece incorrecto decir que los
vertebrados
inferiores
tienen
un
sistema
cardiovascular de diseño imperfecto. Los ajustes
cardiovasculares se adaptan perfectamente a las
demandas del medio ambiente. Por ende, conforme
a las condiciones de vida específicas, sus cuerpos
también
tienen
diseños
cardiovasculares
específicos. Además, los vertebrados inferiores
pueden tolerar un grado severo de hipoxia en
sangre.
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Las demandas metabólicas más altas de la
apariencia cerebral del humano son decisivas en el
diseño de nuestro sistema cardiovascular. El
cerebro humano no puede tolerar ningún grado de
hipoxia y, como ya se mencionó, la falta de oxígeno
durante solamente tres minutos (en paro cardiaco,
por ejemplo) es causa de la destrucción fatal de la
corteza cerebral del adulto.
La asociación del desvío intracardiaco y de los arcos
aórticos en los vertebrados inferiores, para regular la
infusión de oxígeno, es definitivamente inviable en el
caso de los seres humanos.
La función del cerebro humano es
extremadamente demandante y requiere tanta
precisión que no confía en un desarrollo
descontrolado, por lo que envía desde la cresta
neural sus propias neuronas específicas para
regular la formación del corazón de cuatro cámaras
y la división del cono arterioso, según lo descripto
más arriba.
Además, el cerebro está permanentemente
reuniendo información del nivel de presión de la
sangre y de la presión de oxígeno en el flujo
sanguíneo, a través de reflejos nerviosos bien
determinados que comienzan en la bifurcación de
la arteria carótida común. Desde el seno carotídeo –
en el segmento proximal de la arteria carótida
interna– se origina el aferente para la regulación de
la presión sanguínea y corre a través del Nervio
Glosofaríngeo (IX par craneal) hasta llegar al bulbo
que emite la orden al corazón a través del Nervio
Vago eferente (X par craneal); luego, el corazón
disminuye su frecuencia y el volumen sistólico del
ventrículo izquierdo; en medicina se lo denomina
Reflejo Cardiaco.
Por otra parte, el Reflejo Respiratorio controla
el nivel de presión de oxígeno en sangre,
comenzando en el Corpúsculo carotídeo— situado en
la parte posterior de la bifurcación carotídea. Las
fibras parasimpáticas circulan también a través del
Nervio Glosofaríngeo, alcanzando el bulbo que
realiza la descarga para estimular la función
creciente tanto de los músculos respiratorios
principales como de los auxiliares. Es la típica
disnea que se observa en la deficiencia cardiaca o
respiratoria.
Incuestionablemente existe una Evolución
Inteligente que los humanos han alcanzado como
realidad última en lo que respecta a la formación
de las cuatro cámaras cardiacas, además de la
división del cono arterioso, dando lugar a una
circulación pulmonar totalmente separada de la
circulación arterial sistémica, e incluyendo los
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reflejos respiratorios y cardiovasculares que se
encuentran controlados por el cerebro.
Claramente la realidad final suprema es la
intervención fantástica del cerebro (cresta neural);
por ejemplo, la migración de neuronas que invaden
el corazón y los grandes vasos (arteria pulmonar y
aorta), en la 5ta semana de gestación.
Sin duda, el objetivo esencial del cerebro
humano es tener disponible, en forma permanente,
de día y de noche, durante una vida de 80 años, el
normal y adecuado nivel sanguíneo de la molécula
de oxígeno para satisfacer sus elevadísimas
demandas metabólicas -el famoso pneuma de
Aristóteles.
Ahora bien, ¿quién es responsable-quién lidera- esta
fantástica investigación de la Evolución Inteligente a lo
largo de millones de años? ¿Podría haber un lugar a
considerar para una investigación permanente sobre un
motor inteligente?
Sabemos que a ningún biólogo le gusta escribir en
forma exhaustiva trabajos y libros sobre el tema que
estamos tratando.
Como viejo médico, simplemente puedo decir que
nuestro profundo sentir es que es imposible reconocer la
vida en un proceso de evolución no guiado, por ejemplo,
un avance alocado y peligroso de la materia biológica,
una actividad incesante a través de un período de
millones de años. De cualquier forma, es realmente
un misterio; al menos para mí.
Ciertamente,
es
imposible
responder
correctamente la pregunta, y estamos convencidos
de que nunca llegaremos al punto de entender esto;
después de todo, es la respuesta de la pregunta
metafísica más terrible; es la pregunta intrigante
más importante respecto de la vida de un ser
humano; respecto de la existencia de la
humanidad.
Evolución de la función rítmica del corazón
El corazón embrionario del vertebrado más
primitivo es tubular; las células que salen del
mesodermo esplácnico forman un par medial del
tubo endocárdico. Además, las células del
mesodermo esplácnico proliferan, dando origen al
epimiocardio. El tubo endocárdico y el epimiocardio
se fusionan para formar un corazón tubular simple,
ubicado en el centro. Luego, el primitivo corazón
embrionario es tubular y tiene latidos rítmicos
autónomos que encaminan la sangre a través de la
red vascular en desarrollo, aproximadamente a la
tercera semana de gestación-21 días.
El corazón tubular se desarrolla rápidamente
en cuatro cámaras contiguas. El seno venoso es la
primera cámara en recibir la sangre venosa de
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retorno. La segunda cámara es la aurícula, y luego
la sangre fluye hacia la tercera cámara, el ventrículo;
en el siguiente paso, la sangre llega a la cuarta
cámara, el bulbo arterioso, y finalmente permite
que la sangre del corazón ingrese en el sistema
circulatorio para prefundir todas las células del
cuerpo.
En la rana, cada contracción del corazón
comienza con una carga negativa localizada que se
difunde sobre la superficie del seno venoso. Luego,
el corazón de la rana, el marcapasos es el seno
venoso. En los teleósteos, con sus vestigios de seno
venoso, el principal centro de coordinación parece
ser la aurícula derecha.
En realidad, en vertebrados más primitivos los
músculos del corazón son relativamente continuos
y el seno venoso coordina el latido que pasa en una
onda interrumpida a través de las cámaras
restantes.
Dado que el seno venoso está incorporado en
la aurícula derecha en los amniotas, es
probablemente homólogo al nodo sinoatrial.
En las aves y en los mamíferos fibras
conducentes especiales- que surgen de las células
musculares modificadas- transmiten la onda de
excitación; y éste es el sistema práctico exitoso para
trabajar en forma incesante-día y noche- durante
toda una vida humana.
Previamente hemos señalado un mecanismo
fisiológico importante del Sistema Nervioso
Autónomo. El neurotransmisor de las fibras
parasimpáticas es la acetilcolina y el de las fibras
simpáticas es la adrenalina.
Por el contrario, reiteramos que el Sistema
Intrínseco de Conducción Eléctrica ha desarrollado su
propio sistema para estimular la actividad
contráctil de las cámaras cardiacas. Este sistema
rítmico intrínseco tiene también su propio
mecanismo de acción, y funciona de forma
absolutamente independiente de los centros del cerebro.
Sin embargo, se debe recordar, como se
mencionó anteriormente, que el Sistema Nervioso
Autónomo suple todos los tejidos del cuerpo y
ciertamente los Nodos del sistema intrínseco del
corazón también. El sistema nervioso autónomo
actúa, entonces, bajo episodios aislados de presión
psicológica, pero nunca como mecanismo rítmico
del corazón.
El conocido ECG registra la actividad eléctrica
de contracción de las cámaras del músculo
cardiaco, y esta corriente eléctrica se origina en el
interior de las células miocárdicas modificadas, es
decir, en el sistema intrínseco de conducción.
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En reposo, los interiores de las células del
músculo cardiaco tienen carga negativa (están
´polarizadas´). Pero al iniciar una onda eléctrica a
través del miocardio, el interior de las células
miocárdicas se vuelve positivo (se despolariza) y esta
onda
de
despolarización
estimula
la
despolarización de todas las células musculares del
corazón
que
se
contraen.
Entonces,
la
despolarización puede considerarse una onda de
avance de cargas positivas dentro de los miocitos
del corazón e inicia la contracción de los miocitos en
reposo, ya que la carga en cada célula se vuelve
positiva.
Una onda de despolarización que avanza a
través del miocardio y produce una contracción
célula a célula es producida por iones de sodio de
movimiento rápido.
La onda de despolarización que recorre las
aurículas produce la onda positiva P en el ECG.
Además, la repolarización (período de descanso)
de miocitos cardiacos comienza inmediatamente
después de la despolarización contráctil. La
repolarización es debido al flujo controlado de
iones de potasio proveniente de los miocitos. Se
produce la repolarización, de modo que los
miocitos puedan recuperar su carga negativa
interior en reposo, siendo luego despolarizados
nuevamente en forma rítmica.
En realidad, existe un hecho increíble en el
diseño completo de este circuito eléctrico. La onda
de despolarización originada en el Nodo del
Sistema Autónomo (el marcapasos del corazón)
llega al Nodo Auriculoventricular que es el único
recorrido eléctrico entre las aurículas y los
ventrículos, porque las válvulas mitral y tricúspide
se encuentran entre las aurículas y los ventrículos,
teniendo como función aislar la aurícula del
ventrículo.
Ahora bien, ¿qué ocurre en el nodo
auriculoventricular con la onda de despolarización
eléctrica
que
proviene
del
nodo
auriculoventricular? Se ralenta el impulso eléctrico.
Los iones de sodio responsables de la
despolarización rápida de la aurícula cambian a
Iones de calcio en el nodo auriculoventricular.
Los iones de calcio tienen la propiedad de
conducir lentamente el impulso eléctrico a través
del nodo auriculoventricular.
Por lo tanto, cuando la onda de la
despolarización auricular ingresa en el nodo
auriculoventricular, se ralenta la despolarización,
produciendo una breve pausa, dando así tiempo
para que el volumen de sangre de la contracción
auricular mecánica pueda llegar a los ventrículos.
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Ahora, querido lector, puedo humildemente
preguntar quién ha diseñado este fantástico sistema
autogenerado de conducción eléctrica intrínseco que
incluso se ralenta en el nodo auriculoventricular para
tomar un pequeño tiempo de descanso que permita a la
sangre fluir a través de las válvulas mitral y tricúspide
fibrosas.
Es increíble esta correlación entre la actividad
eléctrica y la fisiología valvular mecánica. En
verdad, es casi imposible admitir, desde el punto
de vista científico, que un mecanismo alocado y
riesgoso es el rector de la evolución.
La ralentización de la despolarización del nodo
auriculoventricular se registra en el ECG como un
segmento corto de línea plana luego de cada onda
P; es el segmento importante para estudiar los
bloqueos auriculoventriculares, por ejemplo la
longitud entre la despolarización auricular y la
ventricular.
Actualmente, en la cardiología clínica se
describen
tres
grados
de
bloqueos
auriculoventriculares. El primero que prolonga la
conducción auriculoventricular no es clínicamente
tan importante.
No obstante, el bloqueo auriculoventricular de
tercer grado que bloquea completamente la
conducción de los estímulos auriculares a los
ventrículos no es raro que se constituya en una
verdadera emergencia médica, y el implante de un
marcapasos para regular la frecuencia cardiaca
podría salvar la vida.
Hemos analizado que la despolarización se
desplaza lentamente a través del nodo
auriculoventricular y luego toma la ruta rápida del
haz de His y sus ramas izquierda y derecha que
continúan con las fibras de conducción rápida de
Purkinje.
Los filamentos terminales de las fibras de
Purkinje
distribuyen
rápidamente
la
despolarización a los miocitos de ambos
ventrículos. En el ECG se muestra la
despolarización del miocardio ventricular como
complejo QRS. Como las fibras Purkinje en el
miocardio, las ramas izquierda y derecha y las
fibras terminales endocárdicas utilizan iones de
sodio (Na) de rápido movimiento para la
conducción de la despolarización.
El diseño inteligente en la creación de un sistema
cardiaco
automático
rítmico
-absolutamente
independiente del control del cerebro- al modificar
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sus propias células miocárdicas es desde el punto
de vista ontológico y epistemológico un
extraordinario descubrimiento de la ciencia
moderna.
El profundo significado de la migración
embriológica de neuronas cerebrales al sistema
cardiovascular, que comienza en la quinta semana
de gestación, es un verdadero misterio.
A partir de allí -bajo el control de las corrientes
migratorias de la cresta neural- ocurre algo
increíble: se forman las cuatro cámaras cardiacas, el
bulbo arterioso se divide en arteria pulmonar y
aorta ascendente; finalmente se perfilan las
válvulas auriculoventriculares completas; y se
forma la aorta ascendente y la capa endotelial de
los grandes vasos.
Además, el Sistema Nervioso Autónomo,
sistemas parasimpático y simpático que incluyen
sus neurotransmisores -acetilcolina y adrenalina-,
se desarrolla a partir de las neuronas migratorias
de la cresta neural del cerebro primitivo
embrionario, que incluye la médula de las
glándulas, la mayor formación y almacenamiento
de adrenalina del cuerpo.
Domingo S. LIOTTA, MD
Decano de la Facultad de Medicina
Universidad de Morón, Morón
Buenos Aires, Argentina
medicina@unimoron.edu.ar
Bibliografía Seleccionada
Romer A.S. Parsons T.S. 1986. The vertebrate body 6th ed.
Philadelphia; Saunders College Publishing.
Wolff Ronald G. 1992. Functional chordate anatomy D.C.
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Wake Marvalee H. 1992. Hyman’s comparative
vertebrate anatomy 3rd ed. The University of Chicago
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Kardong, Kenneth V. 1997. Vertebrates; comparative
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circulatory system 2nd Edition Mc Graw-Hill, Boston.
Liotta D. 2007. Amazing Adventures of a Heart Surgeon:
The Artificial Heart the Frontiers of Human Life,
Chapter 20, The Aristotelian’s ‘Pneuma’. iUniverse,Inc.
Publishing Company, New York.
***
* Selección de La Cruz en la Ventana. Capítulo 4, libro a publicar próximamente de autoría del Dr. Domingo S. Liotta.