on line desde enero 2002

noviembre 2003

Durante el desarrollo de los mamíferos en el ambiente uterino, también es necesario el oxígeno. Sin embargo, aquí los pulmones no pueden ser funcionales y el intercambio de gases se realiza a través de la placenta, que equivale al órgano de respiración “externa” del feto. A su través, el O2 pasa de la sangre materna a la fetal por difusión y el CO2 hace lo mismo en sentido contrario.

Ahora bien, la evolución no suele inventar órganos “de novo”, sino que suele ser oportunista. Esto es probablemente lo que ocurrió con la placenta, y su aporte vascular atestigua que antes de tener su función actual probablemente era un órgano con una irrigación de los tejidos sistémicos. Al menos sus arterias y venas tienen una disposición análoga a la de otros tejidos sistémicos. Por lo tanto, la placenta, el órgano respiratorio del feto, está situada en paralelo con los tejidos. Esto es importante, ya que da lugar a la mezcla de la sangre oxigenada de la vena umbilical con la desoxigenada que vuelve por las venas sistémicas de la parte posterior del cuerpo (fig.1). Además, a la placenta no le llega la sangre más pobre en oxígeno directamente desde los tejidos, sino una sangre de PO2 más alta. Esto tiende a disminuir el gradiente placentario de PO2 desde el lado materno al fetal, y por lo tanto la tasa de difusión de O2.  

Esto es a priori especialmente grave si tenemos en cuenta que ya de por sí la placenta no es un órgano respiratorio especialmente eficaz. La barrera placentaria es mucho más gruesa que la que separa sangre y aire en el pulmón de la madre, y es sabido que cuanto mayor sea la distancia de difusión mayores serán los gradientes de tensión de gas (es parte del principio de Fick) en la barrera de intercambio, y menor la oxigenación de la sangre (fetal en este caso).

La situación vascular del órgano de respiración externa recuerda, por tanto, a la de los peces de respiración aérea, donde también tenía consecuencias negativas para el intercambio gaseoso. Es también análogo a la vascularización de la piel de los anfibios, aunque sólo en su lado venoso, pues en su lado arterial ya había un aporte de tipo en serie por las arterias pulmocutáneas. la conclusión podría ser que ninguno de estos tres tipos de animales, peces de respiración aérea, anfibios (piel) y fetos de mamífero han conseguido poner en serie su o alguno de sus órganos respiratorios. pero de los tres, si a alguno podemos llamar superior (y no creo que podamos) es obviamente a los anfibios, no a los fetos de los mamíferos. Sólo ellos han conseguido recorrer al menos la mitad del camino al añadir un aporte de sangre a los pulmones funcionalmente en serie con los tejidos.

Pero las cosas no se han quedado así. A pesar del “fracaso” evolutivo (al menos hasta la fecha) de la forma de vascularización placentaria, también se han dado adaptaciones en la evolución para intentar minimizar la posible hipoxia vascular. Han aparecido dos “parches”: el foramen oval y el ductus arteriosus (Fig.1).

Se sabe que la sangre venosa sigue caminos diferentes según sea la vena de entrada a la aurícula derecha. La mayor parte de la sangre desoxigenada que viene de la región cefálica por la cava superior, pasa por la aurícula derecha al ventrículo derecho y de éste a la arteria pulmonar (lo normal en los adultos). Alrededor de un tercio de la sangre que entra por la cava inferior sigue el mismo camino, pero los dos tercios restantes pasan a la aurícula izquierda por un orificio que existe entre las dos aurículas: el foramen oval. esto es adaptativo, pues ésta última sangre, aunque mezclada con la desoxigenada procedente de la parte posterior del cuerpo, contiene la sangre que se oxigenó en la placenta, siendo así la sangre más oxigenada que entra al corazón. Por ello es lógico que pase al corazón izquierdo para salir por las arterias sistémicas hacia los tejidos. Especialmente a los de la región cefálica incluyendo al cerebro, el órgano más sensible a la falta de oxígeno, incluso durante períodos cortos, en los mamíferos adultos. Y específicamente a la región cefálica, porque algo más allá de las bifurcaciones arteriales dirigidas a la cabeza se produce entrada de sangre más desoxigenada desde la arteria pulmonar a las arterias sistémicas a través de la segunda modificación: el ductus arteriosus.

Esta estructura es de inevitable analogía con la del mismo nombre de los dipnoos y sirve para cortocircuitar aún más los pulmones (probablemente ocurre igual en dichos peces). El resultado es que los tejidos de la parte posterior del cuerpo (seguramente menos oxígeno-dependientes) reciben sangre menos oxigenada que los cefálicos. pero esto era necesario, ya que si no hubiese ductus volvería una cantidad mucho mayor de sangre desoxigenada por las venas pulmonares, lo que reduciría una vez más la PO2 de la sangre arterial sistémica, pero esta vez también la de todos los tejidos incluyendo al cerebral. Esto es así porque en este caso particular hay dos entradas de sangre, en vez de una sola, a la aurícula izquierda. Está claro que la posición anatómica del ductus, “río abajo” de la bifurcación arterial al cerebro, es estratégica y que con sólo el foramen oval no se habría logrado esta selectividad entre tejidos: la evitación parcial de la mezcla de “sangres” parcialmente oxigenada y desoxigenada en la aurícula derecha se perdería en la aurícula izquierda si no hubiese ductus.

La razón por la cual el flujo de sangre por el ductus y el foramen ocurre en la dirección que se describe y no al revés no se debe, una vez más, a ningún tipo de estructura valvular. Se da así simplemente porque el gradiente de presiones sanguíneas es favorable: en el feto, y al revés que en el mamífero adulto, la presión de la circulación pulmonar supera a la de la sistémica. Esta situación se invierte en el momento del parto, debido en parte a la distensión de los pulmones (que disminuye la resistencia pulmonar) y a la desconexión con la placenta (que al tratarse de un tejido en paralelo disminuía la resistencia). En ese momento se cierran ambas comunicaciones, el ductus por constricción regresiva y el foramen porque la inversión del gradiente de presiones (ahora la presión es mayor en la aurícula izquierda que en la derecha) abate un repliegue que existe a nivel del mismo hacia el tabique interauricular. El cierre definitivo del foramen ocurrirá de modo más lento en los meses siguientes por fusión de dicho repliegue con el tabique interauricular.

En cualquier caso, vemos cómo se repite una vez más el carácter adaptativo, que no inferior, del cortocircuitado de los pulmones cuando no se utilizan. Si se me permite decirlo, el feto cortocircuita el pulmón porque también bucea a su manera cuando flota dentro del líquido amniótico. Es muy curioso que, aunque se conozcan mucho menos los detalles funcionales, el embrión de las aves tiene también un problema similar al respirar por un órgano, la membrana corioalantoidea, distinto del pulmón. Es muy interesante que también poseen comunicaciones anatómicas por las que la sangre pasa de la aurícula derecha a la izquierda. Y una vez más, como ocurre en los mamíferos, en el adulto las dos circulaciones pulmonar y sistémica están totalmente separadas.

En resumen, la placenta está en paralelo con los tejidos posteriores y parcialmente en serie con los cefálicos gracias al foramen y al ductus. Pero estas estructuras son más bien “parches”, como decía más arriba, que soluciones perfectas. Es evidente que en este circuito gran parte de los glóbulos rojos que proceden de los tejidos recirculan de nuevo a ellos sin ganar oxígeno en la placenta y que parte de los que salen de la placenta “cargados” de oxígeno vuelven a ella sin haberlo cedido en los tejidos. A estas ineficiencias se suma que ninguno de los dos parches puede evitar que la sangre más oxigenada, la que viene de la placenta por la vena umbilical, se mezcle con la desoxigenada de los tejidos posteriores, ya que el proceso ocurre, como en los peces de respiración aérea,  antes de que la sangre pueda alcanzar el corazón o, por supuesto, las arterias.

El resultado de esto y del grosor funcional de la placenta como órgano respiratorio es que la concentración de oxígeno en la sangre fetal es muy baja, a pesar de otras adaptaciones como la posesión de una hemoglobina fetal de mucha mayor afinidad por el oxígeno debido a que une con menos facilidad el modulador negativo de afinidad 2,3 bifosfoglicerato. La PO2 de la sangre oxigenada fetal es tan baja que ronda los 30 mmHG, lo que se puede calificar, sin exagerar nada, de hipoxemia aguda. Baste decir que es aproximadamente la PO2 de la sangre aórtica (unos 22 mmHg) de un montañero que esté coronando el Everest respirando aire externo. Dicha pO2 limita tanto el ejercicio, incluso de los individuos especialmente entrenados y seleccionados que llegan hasta ahí arriba, que los últimos 10 metros de la cumbre se dan con pasos tan lentos que pueden hacer falta unos 10 minutos para terminarlos (Dejours, 1982). Incluso el esfuerzo más nimio exige del hombre ahí arriba una ventilación que se acerca a la máxima que se observa al nivel del mar a grandes velocidades en la carrera. Ante esta gran hipoxemia fetal, que se da a pesar de forámenes, ductos y hemoglobinas fetales, los mamíferos han respondido en la evolución. Es típico de sus fetos el mostrar resistencias tisulares a la hipoxia mucho mayores que las de los adultos. Es decir, gran parte de la adaptación a esta hipoxia uterina se ha trasladado al mismísimo lugar de consumo: los propios tejidos. Serían las rutas metabólicas aerobias o anaerobias, las mitocondrias con sus transportadores de electrones, o factores morfológicos de diseño como el grado de vascularización, entre otros, los implicados en dicha adaptación a la hipoxia, aunque aún no los conozcamos en sus detalles.  

¿No se podría haber hecho algo alternativo para evitar esta hipoxemia? Por supuesto que sí. La Figura 2 muestra cómo lo hubiera hecho un ingeniero o diseñador, un “relojero vidente”. Bastaría hacer derivar los vasos placentarios de la circulación pulmonar. Esto seguría sorteando los pulmones a la vez que permitiría situar totalmente en serie la placenta con todos los tejidos, mejorando así notablemente su oxigenación. Los parches como el foramen o el ductus ya no serían necesarios.

Pero esto no se ha logrado porque no hay un gran diseñador ni tendencia alguna a ningún fin en la evolución. Sólo habría, al menos por lo que sabemos, un proceso de “ensayo y error”, de azar y selección acumulativa, un relojero ciego (Dawkins, 1988). Y por ese proceso, el diseño de la Figura 2 simplemente no se ha logrado.

En cambio, sí lo lograron en parte (para las arterias de la piel) los anfibios, aunque muchos no duden en tratar a las ranas de seres inferiores. Creo que lo único inferior es precisamente este último punto de vista. es posible que haya otros factores en juego, pero en un proceso en cuya raíz está el azar, el factor tiempo es uno de los que cuenta. Y no hay que olvidar que el modelo de “animal anfibio” lleva funcionando en nuestro planeta unos cientos de millones de años más que el modelo “mamífero” incluyendo sus fetos.

¿Es por eso que los anfibios lo lograron a medias y los mamíferos no? ¿Se debe también a su vuelta mucho más reciente al medio acuático el que los mamíferos buceadores (ej. las focas) sean los únicos vertebrados anfibios (en sentido comportamental) que no pueden cortocircuitar la circulación pulmonar? Si es así, entonces la antigüedad evolutiva, lejos de llevar a un primitivismo evolutivo, podría ser una ventaja. Con perdón por lo lejano de la analogía: la vejez en los humanos tiene grandes desventajas, pero es sabido que en todo tipo de culturas el viejo es considerado como el más sabio debido a su mayor experiencia temporal. Algo análogo (no en sus mecanismos, pero sí en su resultado) a este aprendizaje podría ocurrir en la filogenia. ¿Podemos esperar, por tanto, que dentro de un cierto número de cientos de millones de años (si es que dejamos a este planeta que llegue tan lejos y a nosotros con él) los vasos de la placenta cambien a una disposición en serie? Nadie lo sabe, pero es posible que no. Una razón podría ser que la adaptación es un todo global. No se concibe una adptación vascular como ésta con independencia de lo que ocurre en los dos niveles que la rodean en sandwich: la placenta y los tejidos. Quizá qué nivel de organización cambie en mayor o menor medida dependa de que otros niveles lo hagan o no primero. En el caso de los mamíferos, es posible que el feto actual “se sienta tan bien” con su hipoxemia, gracias a sus adaptaciones metabólicas y tisulares, que la presión de selección en favor de que la placenta se disponga en serie sea ya muy pequeña o irrelevante. Si es así (y no creo que tengamos datos para saberlo de momento), entonces puede que la placenta permanezca en paralelo por mucho tiempo.

La circulación fetal nos enseña una vez más que la naturaleza no es perfecta. ¿Cómo habría de serlo con el tipo de proceso siego que la genera? es más, esta circulación nos muestra de nuevo cómo es adecuado, por lo que tiene de objetivo y científico, resaltar no sólo lo adaptado o perfecto, sino también lo imperfecto, pues tanto lo uno como lo otro nos ayuda a comprender cómo funciona la evolución. Uno de los vicios más nocivos de los fisiólogos, y especialmente de los comparados, es el resaltar más lo adaptativo o incluso estar demasiado dispuesto a encontrar supuestas adaptaciones. esto ha dado lugar en más de una ocasión a la aceptación durante decenios de adaptaciones totalmente inexistentes, o incluso a confundir adaptación con cambio patológico.

La evolución no es ni perfecta ni imperfecta. Es simplemente el resultado histórico de cambios al azar en el material genético que pueden luego extenderse o no en generaciones sucesivas por una serie de procesos entre los cuales brilla con luz propia la selección natural darwiniana. O al menos así es como hasta ahora se cree que ocurra.

Espero no haber cansado demasiado al lector con una descripción como ésta del aparato circulatorio de los vertebrados. Mucho de lo que aquí se dice está descrito en excelentes textos de fisiología comparada. Sin embargo, en la mayoría de los casos, con alguna excepción honrosa que que es necesario señalar (Hill, 1976), los autores no hacen excesivo énfasis en la falta de objetividad de la descripción antropocentrista de la que tanto se ha abusado en el pasado. Es preciso muchas veces leer entre líneas para llegar a una conclusión como la que se expone aquí. El contenido de lo discutido está siempre implícito en estos textos, pero raramente se explicita. No sé si por traición del subconsciente subjetivo del autor, por ánimo de no molestar a espíritus susceptibles o simplemente porque no se considera tan importante. Sin embargo, me parece claro que una de las características que hacen que la fisiología comparada sea especialmente interesante (además de permitirnos llegar al camino de la unidad, de lo que es más relevante en los seres vivos, a través de la diversidad) es que nos sirve, además de para explicar el “cómo funciona”, cosa que sí hace la fisiología de un sólo grupo animal, también para sugerir “por qué” cada organismo es y funciona del modo en que actualmente lo contemplamos. Esta es la razón principal que me movió a escribir este capítulo. Para que se viera claro que hay otra forma de relatar la historia evolutiva de los vertebrados. Que desde la óptica evolutiva del biólogo no hay animales “inferiores” o “superiores”, “primitivos” o “avanzados”, “poco evolucionados” o “muy evolucionados”. Que la mayor parte de ellos son distintas soluciones a distintos problemas. la mayoría son válidas, pero, cuidado, sólo para el modo de vida o la fisiología del animal que las muestra.

.