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Feb 27, 2024

El genio del sistema circulatorio fetal

La semana pasada, mi esposa y yo le dimos la bienvenida al mundo a nuestro primer hijo. Es difícil imaginar un testimonio más profundo del diseño que el nacimiento de un bebé completamente desarrollado que, hace sólo nueve meses,

La semana pasada, mi esposa y yo le dimos la bienvenida al mundo a nuestro primer hijo. Es difícil imaginar un testimonio más profundo del diseño que el nacimiento de un bebé completamente desarrollado que, hace sólo nueve meses, era una sola célula. El grado de control regulatorio y la complejidad informativa del proceso que impulsa el desarrollo embrionario está mucho más allá de la comprensión humana. Pocos fenómenos biológicos son tan apasionantes e inspiradores como el proceso de reproducción y desarrollo de un bebé en el útero. La firma del diseño aquí es inconfundible, ya que gran parte del proceso (desde la concepción hasta la entrega) depende de la previsión y la planificación.

Hasta el nacimiento, cuando nuestro hijo respiró por primera vez, su suministro de oxígeno dependía totalmente del flujo de sangre materna a través de la placenta y el cordón umbilical. Después del parto, la partera me entregó unas tijeras y me invitó a cortar el cordón umbilical. Al hacerlo, estaba cortando la conexión de nuestro hijo con la sangre de su madre y, por tanto, con su suministro de oxígeno. La placenta también fue expulsada momentáneamente después de su nacimiento, habiendo cumplido su cometido. Mientras hacía la transición de la dependencia de la placenta y el cordón umbilical para el intercambio de gases a respirar fuera del útero, necesitaba oxígeno, y rápidamente. Además, se debe cortar inmediatamente el flujo de sangre en la vena umbilical. Los cambios que deben producirse en los pulmones y el corazón del bebé deben ocurrir rápidamente, o las consecuencias serán fatales. Aquí revisaré las diferencias entre los sistemas circulatorios del feto y del bebé, describiré los cambios que deben ocurrir rápidamente y ofreceré una evaluación de los respectivos méritos de la evolución y el diseño. La información que sigue está bien establecida y se puede encontrar en cualquier libro de texto decente sobre anatomía y fisiología. Este material también está cubierto por el médico y presidente del Centro de Diseño Inteligente del Reino Unido, Dr. David Galloway, en su libro Design Dissected — Is the Design Real? Una mirada clínica a la complejidad, el diseño y la causalidad última de la vida, un libro que recomiendo encarecidamente.1 El Dr. Galloway también lo analiza en este episodio del podcast ID the Future.

Después del nacimiento, el sistema circulatorio sigue un camino reconocido y memorizado por todo estudiante de biomedicina. Si este es un territorio desconocido, le sugiero consultar el siguiente diagrama del corazón mientras lee.

La sangre desoxigenada ingresa al lado derecho del corazón a través de dos venas: la vena cava superior y la vena cava inferior. La vena cava superior trae sangre desoxigenada desde la parte superior del cuerpo y la vena cava inferior trae sangre desoxigenada desde la parte inferior del cuerpo. La sangre desoxigenada de ambas venas ingresa a la aurícula derecha, que es la cámara superior derecha del corazón. A medida que la aurícula derecha se contrae, empuja la sangre desoxigenada a través de la válvula tricúspide hacia el ventrículo derecho, que es la cámara inferior derecha del corazón. El propósito de estas válvulas es evitar el reflujo de la sangre, asegurando que fluya en una sola dirección. Tras la contracción del ventrículo derecho, la sangre desoxigenada pasa a través de la válvula pulmonar hacia la arteria pulmonar, donde es transportada desde el corazón hacia los pulmones. En los pulmones, la sangre viaja a través de los capilares que rodean pequeños sacos de aire llamados alvéolos. El oxígeno se difunde desde los alvéolos hacia la sangre, mientras que el dióxido de carbono pasa de la sangre a los alvéolos para una eventual exhalación.

La sangre oxigenada de los pulmones regresa al corazón a través de cuatro venas pulmonares y ingresa a la aurícula izquierda. La aurícula izquierda se contrae, empujando la sangre oxigenada a través de la válvula mitral hacia el ventrículo izquierdo, la cámara inferior izquierda del corazón. La contracción forzada del ventrículo izquierdo bombea la sangre oxigenada a través de la válvula aórtica hacia la aorta, la arteria principal del cuerpo. La aorta transporta la sangre oxigenada desde el corazón y la distribuye a diversos órganos y tejidos de todo el cuerpo a través de pequeñas arterias, donde deposita oxígeno y nutrientes. A medida que se agota el oxígeno y se producen productos de desecho como el dióxido de carbono, la sangre se desoxigena nuevamente y regresa al corazón para repetir el ciclo.

¿Cuáles son las principales diferencias entre el sistema circulatorio que posee el bebé (y el adulto), analizado anteriormente, y el del feto en el útero? Lo más importante es que los pulmones aún no están activos en el intercambio de gases y, de hecho, están llenos de un líquido conocido como líquido pulmonar fetal. Este líquido ayuda al crecimiento y desarrollo de los pulmones y también evita que los sacos de aire (alvéolos) colapsen debido a la presión externa en el útero. Alrededor de las semanas 24 a 28 de gestación, los pulmones fetales comienzan a producir una sustancia llamada surfactante, una mezcla compleja de lípidos y proteínas que reducen la tensión superficial en los alvéolos, evitando que colapsen durante cada respiración. La producción de surfactante es esencial para que los pulmones vuelvan a funcionar después del nacimiento. Los pulmones fetales también contribuyen a la producción y mantenimiento del líquido amniótico. A medida que el feto traga líquido amniótico, una parte es absorbida por los pulmones fetales. Luego, este líquido se procesa y se excreta nuevamente al saco amniótico. Este proceso ayuda al desarrollo de los sistemas digestivo y respiratorio y mantiene el volumen adecuado de líquido amniótico para que el feto se mueva y crezca.

Dado que los pulmones no participan activamente en el intercambio de gases durante el embarazo, ¿cómo se suministra oxígeno al feto? El feto está conectado al sistema circulatorio de la madre a través de la placenta, un órgano especializado que se forma dentro del útero y sirve como interfaz entre el suministro de sangre materna y fetal. La sangre rica en oxígeno del sistema circulatorio de la madre ingresa a la placenta a través de las arterias maternas. La sangre del feto y la de la madre nunca se mezclan. La placenta contiene numerosos vasos sanguíneos pequeños llamados capilares vellosos, que tienen paredes delgadas que permiten un intercambio de gases eficiente. Las moléculas de oxígeno se difunden desde la sangre materna hacia los capilares vellosos de la placenta debido al gradiente de concentración. Una vez que el oxígeno se difunde hacia los capilares vellosos, se une a la hemoglobina en la sangre fetal, lo que hace que la sangre fetal se oxigene. La sangre oxigenada de la placenta regresa al feto a través de la vena umbilical, uno de los tres vasos sanguíneos presentes en el cordón umbilical. La vena umbilical transporta sangre oxigenada y rica en nutrientes desde la placenta hasta el hígado fetal. Una porción de la sangre oxigenada de la vena umbilical pasa por alto el hígado fetal a través de un vaso sanguíneo corto llamado conducto venoso. El conducto venoso dirige esta sangre oxigenada a la vena cava inferior, que transporta sangre a la aurícula derecha del corazón fetal.

En el corazón fetal, hay una abertura temporal entre las aurículas derecha e izquierda llamada agujero oval. Esta abertura permite que una porción de la sangre oxigenada de la aurícula derecha pase directamente a la aurícula izquierda. Al evitar los pulmones fetales no funcionales, el agujero oval ayuda a dirigir la sangre oxigenada al resto del cuerpo de manera más eficiente. La sangre oxigenada que fluye hacia el ventrículo derecho se bombea hacia la arteria pulmonar. Sin embargo, dado que los pulmones fetales no son funcionales, una derivación llamada conducto arterioso desvía esta sangre oxigenada de la circulación pulmonar y directamente hacia la aorta descendente, que suministra sangre oxigenada a la parte inferior del cuerpo. La sangre desoxigenada de los órganos y tejidos fetales se recoge en las dos arterias umbilicales, que la llevan de regreso a la placenta para su reoxigenación y eliminación de productos de desecho.

¿Qué cambios deben tener lugar en el nacimiento para pasar con éxito de la dependencia de la placenta al aire respirable? El primer cambio importante se refiere a los pulmones, que permanecen colapsados ​​e inactivos hasta el nacimiento. La primera respiración que toma un bebé después del parto desencadena una serie de cambios fisiológicos en los pulmones, que conducen a la inflación de los alvéolos y al inicio de la función respiratoria. A medida que el bebé pasa por el canal del parto, se aprieta el pecho. Este cambio de presión y compresión del tórax ayudan a expulsar parte del líquido presente en las vías respiratorias y los pulmones. A medida que el bebé emerge al mundo exterior, se producen cambios significativos en el nivel de dióxido de carbono y oxígeno en su torrente sanguíneo. Durante el parto, el bebé sigue recibiendo oxígeno de la placenta de la madre. Sin embargo, después del nacimiento, la circulación placentaria se interrumpe, lo que provoca una disminución del suministro de oxígeno. Esta disminución de los niveles de oxígeno y la acumulación de dióxido de carbono en el torrente sanguíneo son detectadas por quimiorreceptores especializados en el cuerpo del bebé. A medida que el bebé entra en contacto con el aire frío y el medio ambiente, su piel y sus terminaciones nerviosas se estimulan, lo que genera respuestas reflejas, como jadear y respirar por primera vez. Los receptores de estiramiento en los pulmones envían señales al tronco del encéfalo, que, a su vez, inhibe los centros respiratorios que controlan la respiración. Este reflejo previene la expansión excesiva de los pulmones y mantiene la función pulmonar adecuada. Si estos receptores de estiramiento fallan, el resultado puede ser una inflación excesiva de los alvéolos durante la inhalación, lo que resulta en ruptura y colapso alveolar.

A medida que los pulmones se expanden, el líquido pulmonar fetal es expulsado y absorbido o expulsado de las vías respiratorias del bebé. Después del nacimiento, el líquido pulmonar fetal se elimina gradualmente de los pulmones y, con la ayuda del surfactante, los pulmones comienzan a realizar la función esencial del intercambio de gases. La transición del estado pulmonar fetal no funcional al estado pulmonar adulto completamente funcional es uno de los cambios fisiológicos más cruciales que ocurren durante el proceso del nacimiento.

Como se mencionó anteriormente, existe una abertura temporal entre las aurículas derecha e izquierda llamada agujero oval, que permite que una porción de la sangre oxigenada de la aurícula derecha pase directamente a la aurícula izquierda, sin pasar por los pulmones fetales no funcionales. Cuando el bebé respira por primera vez, la expansión pulmonar y el aumento de la oxigenación de la sangre provocan cambios en la dinámica de la presión del corazón. El aumento de sangre oxigenada que regresa de los pulmones a la aurícula izquierda aumenta la presión de la aurícula izquierda, mientras que el flujo reducido de sangre desoxigenada desde el cuerpo a la aurícula derecha disminuye la presión de la aurícula derecha. Estos cambios de presión hacen que el colgajo de tejido flexible que cubre el agujero oval, conocido como septum primum, cierre la abertura. El septum primum se fusiona con el septum secundum, una estructura rígida similar a una membrana, que sella eficazmente el agujero oval y crea una partición sólida entre las dos aurículas. Esta separación evita la mezcla de sangre oxigenada y desoxigenada, asegurando que toda la sangre fluya a través de la circulación pulmonar para ser oxigenada por los pulmones.

Como se describió anteriormente, el conducto arterioso es un vaso sanguíneo corto que conecta la arteria pulmonar con la aorta descendente, sin pasar por los pulmones fetales no funcionales. Esta derivación permite que una porción de la sangre que sale del ventrículo derecho fluya directamente hacia la circulación sistémica. Después del nacimiento, cuando el bebé respira por primera vez y los pulmones se expanden, los niveles de oxígeno en el torrente sanguíneo aumentan significativamente. El aumento de los niveles de oxígeno provoca la constricción y eventual cierre del conducto arterioso. Dentro de las 12 a 24 horas posteriores al nacimiento, el conducto arterioso sufre un proceso llamado cierre funcional, donde el músculo liso de la pared del vaso se contrae y cierra el conducto. Durante las siguientes dos o tres semanas, el conducto arterioso se cierra permanentemente mediante fibrosis y finalmente se convierte en un ligamento llamado ligamento arterioso.

En la siguiente figura se ilustra la ubicación del agujero oval y del conducto arterioso, y su estado en el corazón del feto y del recién nacido, respectivamente.

Estos cambios en los pulmones, las válvulas y las estructuras vasculares durante el proceso del nacimiento son críticos para la transición exitosa del bebé al mundo exterior y el establecimiento de un sistema circulatorio completamente funcional y sin derivaciones. Al cerrar eficazmente el agujero oval y el conducto arterioso, el corazón y el sistema circulatorio del bebé están listos para asumir las funciones de intercambio eficiente de gases a través de los pulmones y el suministro de sangre oxigenada a todos los órganos y tejidos, apoyando la vida independiente del bebé fuera del útero. .

El médico Dr. David Galloway comenta:

Más allá de la asombrosa fisiología, llegamos a un segundo enigma. Es evidente que un sistema como este tiene que funcionar directamente desde el principio. Si algún componente importante fallara por cualquier motivo, anomalía anatómica, error bioquímico o fallo de señalización, no sólo se pondrían en peligro los diversos cambios, sino que también se vería seriamente amenazada la supervivencia misma del recién nacido. La sorprendente verdad es que miles de bebés navegan por este peligroso territorio, cada minuto de cada día. Entonces, dada nuestra comprensión actual del origen de los sistemas complejos en biología, ¿cómo podría haberse desarrollado una disposición tan exquisita?2

Ésta es una buena pregunta, y parece bastante inverosímil que un sistema así pudiera haber surgido mediante un proceso gradual de prueba y error como el previsto por la teoría evolutiva neodarwiniana. Por otro lado, sistemas complejos donde múltiples cosas tienen que trabajar juntas simultáneamente es precisamente lo que podríamos esperar bajo el supuesto de diseño.