7.1. Organización funcional del sistema circulatorio
El sistema circulatorio es un circuito cerrado de conductos a través del cual la sangre circula de forma continua impulsada por el corazón. Desde el punto de vista funcional, se organizan en dos circuitos conectados en serie:
- Circulación mayor o sistémica, que sirve a todos los órganos del cuerpo.
- Circulación menor o pulmonar, que sirve exclusivamente al pulmón para la hematosis (oxigenación sanguínea).
Aunque ambos circuitos son recorridos por el mismo gasto cardiaco, existen diferencias fundamentales entre ellos:
- La circulación sistémica trabaja a alta presión (~120/80 mmHg) porque debe vencer una resistencia periférica elevada para perfundir órganos muy dispares con demandas variables.
- La circulación pulmonar trabaja a baja presión (~25/8 mmHg) porque la resistencia pulmonar es muy baja y la función del circuito (el intercambio gaseoso) no requiere presiones elevadas.
- Esta diferencia de presión explica por qué el ventrículo derecho tiene una pared mucho más delgada que el izquierdo.
Dentro de la circulación sistémica se distinguen tres segmentos funcionales con estructuras y funciones claramente diferenciadas:
- Sistema de distribución (arterias). Su función es transportar la sangre desde el corazón hasta los tejidos manteniendo un flujo continuo pese a que el corazón impulsa la sangre de forma intermitente. Las arterias de gran calibre poseen una pared rica en tejido elástico que les permite distenderse durante la sístole y retroceder durante la diástole.
- Sistema de intercambio (capilares). Su función es el intercambio de gases, nutrientes y productos metabólicos entre la sangre y el líquido intersticial. Su pared es extremadamente delgada (una sola capa de células endoteliales) y su área de sección transversal total es la mayor de todo el árbol vascular.
- El sistema de retorno (venas). Su función es conducir la sangre de vuelta al corazón. Las venas poseen una pared más delgada y distensible que las arterias, lo que les confiere una capacidad de almacenamiento grande. En condiciones normales contienen el 60–70% del volumen sanguíneo total y actúan como reservorio.
| Segmento | P. media (mmHg) | Velocidad (cm/s) | Área total (cm²) | Compliance | Función principal |
|---|---|---|---|---|---|
| Aorta | ~93 (pulsátil 80–120) | ~40 | ~3 | Moderada (elastina) | Distribución + efecto Windkessel |
| Arterias | ~90–80 | ~10–20 | ~20 | Moderada | Distribución regional |
| Arteriolas | ~80 → ~30 (mayor caída) | ~5 | ~40 | Baja (músculo liso) | Regulación de la resistencia periférica |
| Capilares | ~25 → ~10 | ~0,07 | ~4.500–6.000 | Mínima | Intercambio gases, nutrientes, metabolitos |
| Vénulas y venas | ~10 → ~2 | ~2–8 | ~500–80 | Muy alta | Retorno venoso + reservorio de volumen |
| Vena cava / AD | ~0–2 | ~15–20 | ~8 | Alta | Retorno final al corazón derecho |
Las características morfológicas de arterias, capilares y venas —grosor de pared, cantidad de músculo liso y tejido elástico— se estudian en detalle en Histología General. En este tema interesa la correlación estructura-función desde el punto de vista hemodinámico.
7.2. Principios físicos del flujo sanguíneo
7.2.1. Ley de Ohm aplicada a la circulación
El flujo de sangre a través de cualquier segmento vascular obedece al mismo principio que el flujo de corriente eléctrica. Se produce cuando existe una diferencia de presión entre dos puntos y encuentra una resistencia al paso. La expresión cuantitativa es:
donde Q es el flujo (en L/min), ΔP es la diferencia de presión entre el extremo arterial y el venoso (en mmHg) y R es la resistencia vascular (en mmHg·min/L, también expresada en unidades de resistencia periférica o PRU).
Aplicada al conjunto de la circulación sistémica, esta relación permite calcular la resistencia vascular sistémica total (RVST):
donde PAM es la presión arterial media (~93 mmHg), PVC es la presión venosa central (~0 mmHg) y GC es el gasto cardiaco (~5 L/min). El resultado es ~1 PRU en condiciones basales.
La ley de Ohm circulatoria (Q = ΔP/R) es la base de toda la hemodinámica.
El corazón controla ΔP (mediante el gasto cardiaco); las arteriolas controlan R (mediante su tono vasomotor).
La resultante de ambos determina la presión arterial y la distribución del flujo entre órganos.
7.2.2. Ley de Poiseuille: determinantes de la resistencia
La resistencia al flujo en un tubo rígido de sección circular está determinada por la ley de Poiseuille-Hagen:
donde η es la viscosidad del fluido, L es la longitud del tubo y r es el radio interno. De esta expresión se deducen tres consecuencias clave:
- La viscosidad (η) de la sangre depende principalmente del hematocrito. Un aumento del hematocrito (policitemia) aumenta la viscosidad y por tanto la resistencia. A efectos prácticos, la viscosidad de la sangre es ~3–4 veces la del agua.
- La longitud (L) del vaso influye de forma lineal: doblar la longitud dobla la resistencia. Sin embargo, la longitud del árbol vascular es relativamente constante en el adulto, por lo que no es un mecanismo de regulación activa.
- El radio (r) es, con diferencia, el factor más importante porque entra elevado a la cuarta potencia.
- Reducir el radio a la mitad multiplica la resistencia por 16 (2⁴ = 16).
- Esto significa que pequeñas variaciones del calibre de las arteriolas producen cambios enormes en la resistencia y en el flujo.
- Es el principal mecanismo de regulación del flujo local.
El exponente 4 del radio en la ley de Poiseuille es la clave de todo el control vasomotor.
Una vasoconstricción arteriolar del 20% (reducción del radio a 0,8 del valor original) eleva la resistencia a 0,8⁻⁴ ≈ 2,4 veces. Una vasodilatación del 20% la reduce a 0,8⁴ ≈ 0,41 veces. Cambios moderados de calibre tienen efectos hemodinámicos significativos.
7.2.3. Resistencias en serie y en paralelo
En el árbol vascular coexisten dos tipos de disposición de resistencias.
- En serie:
- Los segmentos vasculares que el flujo recorre de forma consecutiva (aorta → arterias → arteriolas → capilares → vénulas → venas → cava) están en serie.
- Las resistencias en serie se suman: (R_total = R₁ + R₂ + R₃ + …).
- La consecuencia es que la presión cae progresivamente a lo largo de cada segmento, siendo la caída mayor donde la resistencia es mayor.
- En paralelo: los distintos territorios vasculares (coronario, renal, esplácnico, muscular, cerebral…) están dispuestos en paralelo respecto a la aorta.
- En una disposición en paralelo, la resistencia total es siempre menor que la menor de las ramas individuales (1/R_total = 1/R₁ + 1/R₂ + 1/R₃ + …).
- Esto tiene dos consecuencias importantes:
- Cada órgano puede recibir flujo independientemente de los demás.
- La resistencia vascular sistémica total es mucho menor de lo que sería si los órganos estuvieran en serie.
La disposición en paralelo de los lechos vasculares es lo que permite que durante el ejercicio el músculo esquelético reciba un flujo muy aumentado sin que necesariamente se reduzca el flujo cerebral o coronario. El organismo puede redistribuir el gasto cardiaco variando la resistencia relativa de cada lecho sin cambiar la resistencia total.
7.3. Complianza vascular
La complianza (compliance) o distensibilidad vascular es la capacidad de un vaso para aumentar su volumen en respuesta a un aumento de presión. Se define como:
Una compliance alta significa que un pequeño aumento de presión produce un gran aumento de volumen (el vaso es muy distensible). Una compliance baja significa que el vaso resiste la distensión y transmite el cambio de presión sin amortiguar.
Las arterias y las venas tienen distensibilidades muy diferentes:
- Las arterias de gran calibre (aorta, carótidas) tienen una distensibilidad moderada gracias a su alto contenido en elastina. Durante la sístole, la aorta se distiende almacenando parte de la energía del latido; durante la diástole, retrocede elásticamente y mantiene la presión y el flujo hacia la periferia.
- Este mecanismo se denomina efecto Windkessel (del alemán, «cámara de aire») y es el responsable de que el flujo en los capilares sea continuo pese al carácter pulsátil del corazón.
- Con la edad, la elastina de la pared arterial se sustituye progresivamente por colágeno, por lo que la distensibilidad disminuye, la presión de pulso aumenta y el efecto Windkessel se deteriora.
- Las venas tienen una distensibilidad mucho mayor que las arterias:
- Su pared es más delgada y con menos elastina.
- Esto las convierte en el principal reservorio de sangre del organismo.
- A presiones bajas, las venas almacenan grandes volúmenes de sangre con mínimo aumento de presión; ante una hemorragia o ejercicio, la venoconstricción simpática moviliza ese volumen hacia la circulación activa.
7.4. Perfil de presiones a lo largo del árbol vascular
La presión sanguínea cae progresivamente desde la aorta (presión media ~93 mmHg) hasta la aurícula derecha (~0 mmHg). Esta caída se concentra donde la resistencia vascular es mayor.
- En la aorta y grandes arterias la presión media es alta (~93 mmHg) y la caída es pequeña porque la resistencia de estos vasos es baja. Sin embargo, la presión es pulsátil: oscila entre ~120 mmHg en sístole y ~80 mmHg en diástole. La diferencia entre ambas es la presión de pulso (~40 mmHg).
- En las arteriolas se produce la caída de presión más importante de todo el árbol vascular.
- La presión cae de ~80 mmHg a la entrada a ~30 mmHg a la salida, una caída de ~50 mmHg.
- Esto se debe a que las arteriolas concentran la mayor parte de la resistencia periférica total.
- Al mismo tiempo, la presión deja de ser pulsátil: el flujo en los capilares es continuo.
- En los capilares la presión oscila entre ~30 mmHg en el extremo arteriolar y ~10 mmHg en el extremo venular. Este gradiente de ~20 mmHg es suficiente para mantener el flujo a través del lecho capilar.
- En las venas la presión cae de ~10 mmHg en las vénulas a ~0 mmHg en la aurícula derecha. La caída es pequeña porque la resistencia venosa es baja.
Una pregunta clásica de examen es: "¿En qué segmento vascular cae más la presión?"
La respuesta es en las arteriolas, porque concentran la mayor resistencia periférica.
Un segundo punto frecuente: la presión de pulso desaparece en los capilares gracias al efecto Windkessel arterial y a la amortiguación en las arteriolas.
7.5. Velocidad de flujo y área de sección transversal
El flujo volumétrico (Q, en mL/min) y la velocidad lineal del flujo (v, en cm/s) están relacionados por el área de sección transversal total (A):
Como el flujo volumétrico es el mismo en todos los niveles del árbol vascular en condiciones de estado estacionario (lo que entra por la aorta debe salir por la cava), la velocidad es inversamente proporcional al área total de sección transversal en cada nivel.
La aorta tiene una sección transversal de ~3–4 cm² y en ella la velocidad media es ~40 cm/s. Al ramificarse el árbol vascular, el área total aumenta enormemente: en el lecho capilar, la suma de las secciones transversales de todos los capilares alcanza ~4.500–6.000 cm², y la velocidad del flujo cae a ~0,07 cm/s. Esta velocidad extremadamente baja es importante para la función de intercambio ya que un tiempo de tránsito lento es necesario para el paso de gases y nutrientes entre la sangre y los tejidos.
En las venas, los vasos se van fusionando y el área total disminuye progresivamente, por lo que la velocidad vuelve a aumentar hasta ~15–20 cm/s en la vena cava.
La velocidad mínima del flujo en los capilares no es un problema de diseño sino una solución: si la sangre pasara rápido por los capilares, no habría tiempo suficiente para el intercambio de O₂, CO₂, glucosa y metabolitos. La enorme área capilar total es lo que garantiza esa lentitud sin comprometer el flujo total.
7.5.1. Efecto Venturi y sus implicaciones hemodinámicas
La ecuación de continuidad tiene una consecuencia que no es intuitiva: cuando el fluido acelera al pasar por una zona estrechada, la presión lateral sobre la pared del vaso disminuye. Este fenómeno se denomina efecto Venturi y se explica por la conservación de la energía total del fluido (principio de Bernoulli): la energía cinética aumenta al aumentar la velocidad, y esa energía extra proviene de la energía de presión, que disminuye.
Expresado de forma sencilla: en una estenosis, la sangre acelera y la presión lateral cae por debajo de la presión que existía en el segmento no estenótico.
El efecto Venturi tiene dos implicaciones hemodinámicas directas.
(1) en una estenosis arterial significativa (por ejemplo, una placa aterosclerótica que reduce el calibre a la mitad), la presión lateral disminuye aguas abajo de la obstrucción, lo que puede favorecer el colapso de la pared o la progresión de la propia placa.
(2) en los aneurismas, ocurre lo contrario: el vaso se dilata, la velocidad cae y la presión lateral aumenta, lo que contribuye a la expansión progresiva del aneurisma y al riesgo de rotura.
En la práctica clínica, el efecto Venturi explica también por qué en una estenosis valvular aórtica severa la presión medida en el tracto de salida subestima la presión aórtica real aguas abajo: la aceleración del chorro en la zona estenosada produce una caída de presión que no refleja la presión real en la aorta ascendente.
El efecto Venturi y el principio de Bernoulli se estudian desde el punto de vista físico en Biofísica. En este tema interesa su aplicación hemodinámica: estenosis, aneurismas y gradientes de presión transvalvulares son consecuencias directas del mismo principio.
