Evolución del corazón – Mitos y verdades

El sistema circulatorio es esencial en la biología de los vertebrados: ayuda a transportar oxígeno, nutrientes y desechos por el cuerpo. Tal es su importancia que es de los pocos sistemas cuya evolución se imparte en los colegios desde hace años de forma comparada:

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Todos reconoceremos esta ilustración de nuestros libros de texto de la escuela, que lleva desde los peces hasta los “vertebrados superiores” con su sistema circulatorio doble completo pasando por el sistema circulatorio de anfibios y reptiles al que se le llama “sistema circulatorio doble incompleto“.

Este término anatómico arroja una concepción lineal de la evolución, desfasada en la época actual, en la que para llegar a un auténtico sistema circulatorio completo que culmine el transcurso evolutivo se ha pasado por una etapa transitoria menos adaptada, menos completa. Así, podemos encontrar frases como la siguiente en referencia al corazón de reptiles y anfibios:

“En el único ventrículo se produce la mezcla de sangre oxigenada y carboxilada, por lo que el sistema es poco eficaz”

Pero ¿Es esto cierto? ¿Tan ineficientes son los sistemas tricamerales? ¿Se da realmente esa mezcla de sangre de la que tanto se habla siempre? Hoy trataremos en este artículo todos esos temas y derribaremos algunos de los mitos sobre la evolución del corazón.

Para ello empezaremos hablando de los peces, en los que la circulación, por lo general sigue un sistema circular bastante simplificable: el corazón bombea sangre a las branquias, que la oxigena para que luego esta pase por el cuerpo de vuelta al corazón. Este modelo nos servirá de base para comprender la circulación del resto de vertebrados.

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Esquema de la circulación de un pez. La sangre azul simboliza la sangre desoxigenada, la roja, la oxigenada. Imagen de Farmer CC

Y para empezar con fuerza comenzaremos derribando un primer mito: A pesar de que éste es un sistema circulatorio muy simplificable, no estamos ante un sistema ancestral y “primitivo” como podríamos pensar en un principo.  Los peces más comunes hoy día, llamados neopterigios, proceden de peces que poseían pulmones, con un sistema circulatorio no tan simplificable.

De esos peces con pulmones es de lo que vamos a hablar ahora. Los peces pulmonados, al igual que otros peces, poseen un corazón con forma de tubo en el que la sangre pasa por varias cámaras que dirigen la sangre a las branquias. Pero a diferencia de otros peces, nada más salir del corazón, todo el sistema circulatorio anterior de los peces pulmonados funciona como una red de canales adaptable a dos ambientes: normoxia (agua con niveles normales de oxígeno) o hipoxia (baja tensión de oxígeno). Veamos como funciona.

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En condiciones normales, el animal no necesita obtener oxígeno de la superficie, porque hay suficiente en el agua, entonces, ¿para qué iba a querer llevar la sangre al pulmón? En estos casos la circulación es como la de cualquier otro pez, la sangre pasa por las branquias para oxigenarse y la circulación al pulmón se reduce.

En condiciones de anoxia la cosa cambia. Al haber poco oxígeno en el agua, éste es tomado directamente del aire mediante los pulmones. La sangre que vuelve de los pulmones pasa entonces directamente al corazón. Pero entonces ¡hay un problema!: La sangre que sale del corazón tiene que pasar por las branquias, y si hicieramos pasar esa sangre por dichas branquias, al haber más concentración de oxígeno en la sangre que en el medio acuático, hipóxico, perderíamos por difusión al medio parte de ese oxígeno que hemos conseguido en los pulmones.

Para solucionar esto los peces pulmonados tienen dos tipos arcos branquiales, unos que tienen branquia y otros que han perdido las superficies de intercambio de gases, es decir, que no tienen branquia como tal. Cuando el agua es pobre en oxígeno, la entrada a las auténticas branquias se cierra mientras que la ruta por los arcos branquiales sin branquia permanece abierte, de forma que se crea un bypass que evita la pérdida de oxígeno.

Pero, entonces, para realizar todo esto, hace falta poder separar la sangre en sangre desoxigenada que vaya al pulmón y sangre oxigenada que vaya al bypass branquial.

Y eso es exactamente lo que pasa. En un giro de acontecimientos en esta historia nos damos cuenta de que los peces pulmonados son animales capaces de hacer una sepación funcionalmente completa de sangre oxigenada y desoxigenada. Lo hacen gracias a una serie de trabéculas que separan las cámaras de su corazón y de la válvula espiral, la terminación del corazón modificada en una estructura que ayuda a distribuir los dos flujos de sangre.

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Circulación en normoxia e hipoxia en peces pulmonados. Los cículos rosas representan las superficies de intercambio de gases (branquias per se). Sangre oxigenada en rojo, desoxigenada en azul. Los vasos trazados con línea fina negra son vasos en los que se ha reducido la circulación.

Pero no son los únicos animales capaces de realizar dicha separación, ahora pasamos a hablar de los anfibios, tan señalados por sus supesta ineficacia circulatoria y su mezcla de sangre en el ventrículo.

¿Me estás diciendo que es otro mito? En este caso, sí, pero no tanto.sdfsdf

Los anfibios poseen un corazón de ventrículo único, que es llenado con la sangre proveniente de las dos aurículas, oxigenada y desoxigenada. Esperaríamos una gran mezcla de los dos flujos sanguíneos en la salida del órgano, pero si analizamos la composición de dicha sangre nos llevaremos unas cuantas sorpresas.

  • Los anfibios son capaces de dirigir sangre desoxigenada a los pulmones y la piel, por donde también intercambian gases.
  • Dirigen sangre casi exclusivamente oxigenada a las carótidas, que nutren al cerebro, el órgano más hambriento de oxígeno en el cuerpo.
  • Envían principalmente sangre oxigenada, aunque con una cantidad variable de sangre desoxigenada al resto del cuerpo.

Lo que ocurre dentro del corazón es un misterio, una caja donde entra sangre separada y de donde sale dirigida correctamente a diferentes sistemas, sin que sepamos con certeza cómo se produce dicha separación. Probablemente la forma de contracción del ventrículo, las numerosas trabéculas internas y la, de nuevo, fantástica válvula espiral, tengan la respuesta, pero es necesario investigar más al respecto.

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Esquema de la circulación de los flujos de sangre en el corazón de una rana. De nuevo, en rojo, la sangre oxigenada y en azul la desoxigenada.

Y no sólo eso. Este ventrículo único puede ser muy ventajoso. Gracias a esta morfología, durante el buceo, al reducirse la circulación pulmonar, toda la sangre que debería ir al pulmón se puede redirigir al resto de órganos, incluida la piel, que pasa a tener el papel predominante en el intercambio de gases al no estar en funcionamiento el pulmón. De esta forma los anfibios son capaces de mantenerse sumergidos durante periodos extensísimos de tiempo.

Dejando de lado a nuestros húmedos amigos, pasamos a los reptiles, también poseedores de un sistema circulatorio doble incompleto. ¿Son estos animales también parte de una conspiración de desprestigio mamífera?

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Pues es difícil de contestar, porque los reptiles poseen tanta variedad de formas en su corazón como en su cuerpo. Un ejemplo muy estudiado es el de las pitones y los varanos. Estos dos animales, próximos filogenéticamente, han sido estudiado en bastante profundidad y se sabe que a pesar de tener un único ventrículo (con bolsillos y trabéculas) separan la sangre completamente gracias a la morfología de las válvulas y la forma de contracción del corazón. Una solución a la separación de flujos tan válida como el tabique completo de aves y mamíferos, pero con una ventaja añadida: es capaz de redirigir sangre que iría a los pulmones en caso necesario, al igual que pasaba en los anfibios.

 

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Así es la circulación cardíaca de una pitón. Cuando se llena el ventrículo las válvulas y el semi-tabique impiden que haya mezcla de sangre. Durante la contracción, la sangre es dirigida sin mezcla gracias a la musculatura ventricular. PA: Arteria pulmonar. LAo y RAo: Aorta izquierda y aorta derecha.

En otras serpientes, en los lagartos y en las tortugas, en cambio, existen más “oportunidades de mezcla”. Ambos flujos están separados, incluso en las especies en las que los semi-tabiques que evitan la mezcla están menos desarrollados se produce cierta separación. Dicha separación es mayor o menor dependiendo de la especie y la circunstancia. Hablamos de “oportunidades de mezcla” porque en estos animales no está claro si la mezcla puede representar algún tipo de ventaja en ciertas especies, permitiendo redirigir sangre que iría a los pulmones durante el buceo (como en tortugas y serpientes marinas) u otras circunstancias o si realmente no representan ningún tipo de adaptación. Aun así, el funcionamiento y la anatomía de éstas derivaciones es muy variada en los diferentes grupos de reptiles y no muchas especies han sido estudiadas.

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Por último, los cocodrilos son animales muy diferentes a lo que solemos llamar “reptiles”, estando más cercanos a las aves que a los lagartos o las serpientes, y esto se refleja también en la estructura de su corazón, con un ventrículo totalmente tabicado, como el de las aves y los mamíferos. Pero los cocodrilos son animales muy adaptados al agua y sería una pena no poder derivar la sangre del circuito pulmonar al sistémico como lo hacen las ranas para aprovechar más el oxígeno de la sangre y aguantar más tiempo sumergidos. Y cómo no, han desarrollado un sistema para poder hacerlo.

Los cocodrilos, como otros reptiles, tienen dos aortas, una proveniente del ventrículo izquierdo que lleva sangre oxigenada y otra del derecho, que debido a la tabicación, llevaría sangre desoxigenada. Pero ambas están conectadas por el foramen de panizza en su base, un conducto que hace que en condiciones normales, la sangre oxigenada pase por el foramen y llene por completo las dos aortas, cerrando, gracias a su mayor presión, la entrada de sangre desoxigenada. Durante el buceo, en cambio, se restringe la entrada a los pulmones de sangre, haciendo que la sangre desoxigenada aumente de presión hasta invadir parcialmente la aorta derecha. Así se maximiza el aprovechamiento del oxígeno y por tanto el tiempo de buceo.

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Poco hay que decir de las aves y los mamíferos, dos sistemas prácticamente idénticos y los cuales se ajustan bastante bien, por una vez, a aquello que nos enseñaron en primaria ¿o era secundaria?

Aquí termina nuestro paseo por la evolución del corazón, espero que hayáis aprendido bastante y hayáis tirado algunos conceptos de evolución lineal a donde les corresponde, a la basura.

Fuentes:

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