1 Fisiología del Sistema CirculatorioUniversidad Nacional del Santa Facultad de Ciencias Departamento Académico de Biología y Microbiología Fisiología del Sistema Circulatorio Blga. Eliana Zelada Mázmela Br. Carmen Yzásiga Barrera

2 Fisiología del Sistema CirculatorioDigestión Absorción Transporte Difusión, ciclosis Suministro Nutrientes Extracción desechos Lento, el nivel de sustrato es el que limita el metabolismo si por estos conceptos se movilizan a grandes distancias los productos finales 1 mm grosor Tamaño Sistema Circulatorio Actividad

3 Funciones del sistema CirculatorioTodos los animales deben ser capaces de circular gases, nutrientes, desechos, hormonas, iones, anticuerpos, energía La sangre es un tejido complejo que contiene muchos tipos especiales de células Actúa como vehículo para la mayoría de procesos homeostáticos y juega algún papel en prácticamente todas las funciones biológicas

4 Tipos de Mecanismos de TransporteIntracelular: Citoplasmático mediante el cual se suplementa la difusión Movimiento del medio externo: El agua les sirve como medio de transporte:Esponjas Tipos de Mecanismos de Transporte Movimientos por los músculos somáticos: Presente en los pseudocelomados: nemátodos músculo

5 Tipos de Mecanismos de TransporteConductos linfáticos: comunicación entre el espacio intercelular y el sistema vascular. Converge hacia las venas, pero antes forma una extensa red Movimiento de la hemolinfa en un sistema vascular abierto: Con hemocele que deriva de blastocele. Celoma reducido o ausente. Corazón bombea hemolinfa que va por arterias a espacios hemocélicos. De baja presión, con capacidad limitada para alterar v. No produce orina por ultrafiltración Movimiento de la sangre en un sistema vascular cerrado: De alta presión, producen orina por ultrafiltración: Vertebrados, oligoquetos, cefalòpodos Tipos de Mecanismos de Transporte

6 Compartamentación de Fluidos CorporalesIntracelular: 3 – 85 % del total de agua extracelular: Depende del plan corporal y de los procesos de embriogénesis. a) Invertebrados Menores: Carencia de espacios y canales vasculares. Un compartimiento: Fluido extracelular b) Filos Superiores: Tenemos: Un espacio: Cavidad primaria o blastocele (entre ectodermo y endodermo). Pueden tener sangre. Inicio de SV en platelmintos.

7 En artrópodos y moluscos hemocele lleno de hemolinfa por tener SCA Varios espacios: Ya pueden aparecer vasos linfáticos. Aparece mesodermo celoma (cavidad secundaria) mucho poco En artrópodos y moluscos hemocele lleno de hemolinfa por tener SCA En anélidos: celoma grande: sangre, fluido intersticial, celómico

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9 Distribución de agua corporalEspecie H2O cell H2O hemocele + celoma Comentario Cryptochiton , , Celoma small Aplysia , , idem Echinus , , Celoma grande Distribución de sangre en circulación Especie H2O cell Sangre Plasma Celoma Comentario fluido int Octopus , , , cel. Moderado Salmo , small , idem Cyprinus , , , , idem H. sapiens , , , , Cel. small

10 Fluidos Corporales SANGRE: Fluido total o parcial encerrado en vasosHEMOLINFA: Fluido que no se separa del fluido intersticial LINFA: Líquido perdido desde la sangre Volumen de Sangre: Tenemos: 7 – 10% . Espacio del fluido extracelular es 18 – 25 % 5 % 5 % 1,5 – 3,0 %

11 90,0 % del volumen de todo el cuerpoEn los que tienen SCA, el volumen de sangre, es igual al volumen extracelular total de los que tienen SCC 29,0 % post muda; 8 % intermuda 90,0 % del volumen de todo el cuerpo Un pequeño volumen de sangre es más importante que uno grande ya que la sangre vuelve a usarse con mayor frecuencia peces son más eficaces que crustáceos

12 Sistemas Circulatorios Cerrados y AbiertosSistema Circulatorio Cerrado: Cuando entre SA y SV hay una cama de capilares: anélidos, cefalópodos, vertebrados. En el caso de mamíferos tiene dos divisiones: Pulmonar y sistémico. La pulmonar involucra la circulación de sangre no oxigenada a partir del corazón a los pulmones, donde ocurre la oxigenación. La Sistémica envía sangre del corazón al resto del cuerpo.La sangre fluye por un sistema de capilares a los tejidos del cuerpo y retorna por el sistema venoso. La presión en el lado venoso es mucho más baja que la del lado arterial.Contiene mayor cantidad de sangre que el arterial, por ello se considera reservorio de sangre.

13 Every cell of the body is, at maximum, only two or three cells’ distance from a capillary. There is the ability for such animals to have incredible control over oxygen delivery to tissues. A unique characteristic to closed circulatory systems is that capability for a closed circulation to include the process of ultrafiltration in blood circulation. Since the lymphatic system is included as part of the circulatory system because of its circulation of excess fluid and large molecules, it decreases the pressure in tissues that extra fluid increases. One of the most important advantages of the setup of the closed circulatory system is that the systemic and pulmonary branches of the system can maintain their respective pressures.  Ventajas

14 Clasificación de los Sistemas Circulatorios CerradosSistema Circulatorio Simple y Completo: Cuando la sangre fluye una sola vez por el corazón y no hay mezcla de sangre arterial con venosa : Peces b) Sistema Circulatorio Doble y Completo: Cuando la sangre fluye dos veces por el corazón y y no hay mezcla de sangre arterial con venosa : Mamíferos, aves c) Sistema Circulatorio Doble e Incompleto:Cuando la sangre fluye dos veces por el corazón y hay mezcla de sangre arterial con venosa : Anfibios y reptiles. Peces pulmonados

15 Sistema Circulatorio Abierto: Cuando no existen capilares en el sistema, por lo tanto la sangre se mezcla con el líquido intersticial Se llama seno cuando el espacio que baña es grande y laguna cuando es pequeño. An open circulatory system is a system in el cual the heart pumps blood dentro del hemocele que se encuentra entre el ectodermo and endodermo. The fluid descrito is called hemolymph, or blood. Hemolymph flows dentro de sistemas interconectados que permiten que los tejidos receive nutrients, fluid and oxygen directly. In animals that have an open circulatory system, there is a high percentage of the body that is blood volume.

16 These animals have a tendency to have low blood pressure, with some exceptions. In some animals, the contractions of some species’ hearts or the muscles surrounding the heart can attain higher pressures. There is a limited capability for such animals to increase or decrease distribution and velocity of blood flow. There is not a lot of variability to oxygen uptake because changes in such are very slow.

17 Componentes del Sistema CirculatorioA) Bombas: Todo sistema que necesita mover una masa líquida, necesita un órgano impulsor. Este órgano para evitar el retroceso del fluido debe estar provisto de válvulas o debe comprimir el líquido en una onda continua progresiva. Desde el punto de vista morfológico, pueden ser: a) Cavitarios: Provistos de compartimientos o cámaras. Propio de vertebrados y moluscos. Puede tener una o dos vías, con dos, tres o cuatro cámaras.

18 b) Tubulares: Consisten en tubos contráctilesb) Tubulares: Consisten en tubos contráctiles. Pueden ser finas cavidades receptoras (aurículas) que rodean una porción del corazón o hallarse libre dentro de un gran seno pericárdico, suspendido en varios puntos o y con recepción de la sangre por orificios valvulados

19 c) Pulsátiles: Se contraen por ondas peristálticasc) Pulsátiles: Se contraen por ondas peristálticas. Es común en anélidos. Los vasos laterales comúnmente se denominan corazones, los que se contraen a intervalos diferentes, de modo que cada “corazón” tiene su propio ritmo; aunque los dos del mismo segmento se contraen a la vez

20 d) Ampulares accesorios: Son reforzadores que impulsan la sangre por los conductos periféricos. En el caso de los corazones branquiales de los cefalópodos consisten en tejido epitelial esponjoso rodeado de vasos de poco calibre. En el caso de peces, reptiles y anfibios hay corazones linfáticos que impulsan la linfa hacia el sistema venoso. Están compuestos de fibras estriadas anastosomadas , a veces con válvulas

21 Desde el punto de vista del origen del latido, los corazones pueden ser:Miogénicos:Son miogénicos los corazones de vertebrados y moluscos. En un pez o rana adulto, el latido se inicia en el seno venoso, mientras que en aves y mamíferos lo hace en el nodo senoauricular Neurogénico: Es el caso típico de los corazones de los crustáceos, donde por encima del corazón está el ganglio cardíaco, constituido por neuronas

22 B) Válvulas: Están presentes en casi todos los sistemas circulatorios y son necesarias para permitir que el flujo vaya en una sola dirección. C) Sistema Venoso: Denominado sistema reservorio, de baja presión. Con válvulas necesariamente para impedir el reflujo de la sangre. Además se ve ayudado por la musculatura somática. Vasos largos par reducir la fuerza que se necesita para el flujo

23 D) Sistema Arterial: Formado por grandes vasos, elásticos para soportar la presión producto de la contracción del corazón. Es el reservorio de presión. E) Capilares: Las arterias para poder dejar nutrientes a las células se dividen en vasos cada vez más pequeños, hasta los capilares, que cierran el circuito, ya que al fusionarse constituyen el sistema venoso. Son los vasos más pequeños, pero los más numerosos y son los de mayor funcionamiento en el sistema.

24 Presión en los diferentes vasos sanguíneos

25 Hemodinámica El sistema circulatorio usualmente consiste de una bomba que empuja el fluido a través de vasos distensibles, por lo que se requiere conocer las leyes básicas que rigen a los fluidos. Fluido: Sustancia que no puede permanecer quieta cuando se le aplica una fuerza. La sangre, que es el fluido que interesa, es un fluido no newtoniano, cuando se le aplica una fuerza ofrece resistencia

26 Presión: Fuerza ejercida por la sangre sobre cualquier punto de los vasos: Debe tenerse en cuenta: Que la presión es = en todas direcciones y por todo el volumen del circuito, a partir de un punto dado. Se considera que: La presión del fluido es igual en todas los puntos que descansan en el mismo plano. La presión se incrementa con la profundidad Se incrementa con la temperatura en los homotermos

27 La presión baja por la fricción de las paredes, sobre todo si son dilatables:120/80 mmHg aorta /10 mm Hg AP A la presión contribuyen: Resistencia grado de contracción o dilatación de arteriolas y capilares; diferencia de presión bomba, volumen de sangre Animales de posición horizontal, son más sensibles a cambios de presión por posición. Los poiquilotermos presentan presiones más bajas y circulación más lenta. Más elevada en teleósteos que en condrictios. En ambos, baja a nivel de branquias y tejidos

28 2 3 . En peces, el control de la presión es sólo por PS, la Pa baja si corazón se detiene por acción vagal . Ach contrae muchas arterias, en mamíferos es vasodilatador. Dilata las coronarias de mamíferos y branquiales de los peces.

29 Presiones Sanguíneas Animal Lugar Presión Sis/diasSalmón A. Ventral Lobina Aorta Angilla A. Ventral Squalus A. Ventral /16 Carcinus Seno esternal /13 Octopus aorta Limnaea hemocele ,1 Rana aorta /11 Ascaris pseudoceloma Gallina aorta Hombre A. Radial /80

30 b) Viscosidad: Fricción interna entre las capas de un fluido en movimiento. También se define como la tasa de stress de un gradiente de velocidad. Fricción interna + red cell - red cell vaso grande Vaso pequeño La viscosidad cambia con el hematocrito La viscosidad del plasma es de 1,8 respecto a la del agua,la adición de eritrocitos la incrementa a 3 y 4

31 > longitud del vaso > Rviscosidad es menor en vasos pequeños Efecto Faharaeus – Lindqvist. Este se invierte cuando los vasos bajan sus diámetros a 5 – 7 u , que está basado con el hecho que el eritrocito llena por completo el capilar. c) Resistencia: Es la dificultad que hay en el flujo de la sangre en un vaso > viscosidad > R > 0 del vaso < R > longitud del vaso > R

32 d) Flujo Sanguíneo: Volumen de sangre que pasa por un punto dado de la circulación en un tiempo dado. Se mide en ml o l /min. Varía inversamente con la viscosidad. El flujo puede ser: Laminar: Es silencioso, la sangre discurre en líneas de corriente de intensidad variable. Turbulento: Se caracteriza por los movimientos tridimensionales, aleatorios, de las partículas del fluido, superpuestos al movimiento promedio

33 2R El flujo turbulento se relaciona con el Nº de Reynolds: R = D V = densidad D = 0 vaso V = velocidad n = viscosidad n A mayor R, mayor turbulencia, la que puede presentarse en la aorta durante la sístole

34 Transporte de células sanguíneas en el flujo laminar y turbulento

35 La Ecuación de Poiseuille – Hagen: Presión y FlujoCuando el corazón bombea genera una presión, la que se disipa con el flujo de la sangre por los vasos y desciende aún más cuando pasa del lado arterial al venoso La relación entre la presión y el flujo se establece con la Ley de Poiseuille que establece que el caudal de un fluido Q, es directamente proporcional a la diferencia de P1 - P2 a lo largo de la longitud del vaso y su r4, e inversamente proporcional a la L del vaso y n del fluido:

36 Como quiera que los vasos sanguíneos constituyen un circuito cerrado, participan:(P1 - P2) ¶ r4 8 L n 0 al doble, el flujo lo hace 16 veces si P permanece = ½ el 0 la R lo hace 16 veces, disminuyendo el flujo Q es proporcional a r cambios pequeños en r tendrán efecto profundo en Q Q = Velocidad: Es inversamente proporcional al área de sección transversal total en un punto V = P . r2 Aorta tiene menor área transversal que capilares, tiene mayor velocidad 8 n L

37 Transmural: Diferencia de presión entre sangre y fluido intersticialFlujo Q :Representa el movimiento de la sangre a través del vaso. Circula con mucha rapidez en la aorta: 2 a 3 seg ya se reparte. El flujo depende de: P1 P2 P R Impulsa la sangre por el vaso: De perfusión Transmural: Diferencia de presión entre sangre y fluido intersticial Q = R = P = Q R P R Q

38 Como el flujo también varía con la resistenciaLa cantidad de sangre que fluye por un vaso en un punto dado es igual a la velocidad por área de sección transversalQ = V. ¶ r2 Luego se reemplaza el valor de V Q = (P1 - P2) ¶ r4 8 n L Flujo varía con la 4 potencia del r, es decir el flujo varía con el diámetro del vaso Como el flujo también varía con la resistencia R = P Q 1 P ¶ r4 8 n L P 8 n L P ¶ r4 La resistencia varía inversamente con el diámetro del vaso

39 TRANSPORTE a) Flujo en volumen: Movimiento del líquido a través de los vasos. Rapidez de tránsito aorta: 2-3 sec. Energía proveniente de la diferencia de presión de perfusión b) Difusión: permite paso de sustancias de vasos a fluido intersticial. Energía proveniente de diferencia de concentración y presión transmural. Generalmente por transporte pasivo. Rápida solo a distancias cortas. Cada neurona debe encontrarse a 100 micras de un capilar a 5 sec

40 Velocidades en los diferentes vasos

41 Infarto cerebral, al miocardioisquemia trombosis necrosis Infarto cerebral, al miocardio

42 Vasos Sanguíneos Los vasos sanguíneos presentan cuatro tipos de tejidos en su estructura , cuya proporción varía de acuerdo a la característica del vaso.

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46 Aorta Esfínter precapilar arteria arteriola Vena cava vena vénulaendotelio elastina músculo Vena cava colágeno vena vénula capilar endotelio elastina músculo colágeno

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50 Capa Interna : Formada por células endotelialesCapa Elástica: Con elastina, lo que permite extender dos veces su largo Capa Muscular Lisa: Son 4 capas: dos se contraen y dos se relajan. Con Pa espontáneos, pero influenciados por SN. No todas estas células reciben inervación, solamente el marcapaso. Se transmite por sinapsis eléctricas. Colágeno: Relativamente inextensible, 25 veces más fuerte que elastina No está bien entendido su control: SNS vasoconstrictor, sin embargo no todas responden. Arterias y arteriolas de la piel si lo hacen.

51 PROPIEDADES Elasticidad Recupera su forma Distensibilidad Medida de su dureza Elasticidad Retiene su nueva forma

52 Arterias En cualquier animal, la aorta es la arteria más grande, la que junto con el resto de arterias, realiza dos grandes funciones: Conducen la sangre proveniente del corazón, con poca resistencia al flujo sanguíneo. Son de dos tipos: elásticas y musculares Sirven de buffers a cambios bruscos de la presión sanguínea. Esto puede verse ya que durante la sístole, la contracción del músculo cardíaco no afecta mucho la presión sanguínea, debido a que una cantidad de sangre es almacenada en la aorta, gracias a la elasticidad de sus paredes.

53 Durante la diástole, cuando ya no hay contracción del músculo cardíaco,la energía potencial almacenada en las paredes de la aorta, empuja la sangre hacia la circulación sistémica, manteniendo de esa manera la presión.. Esta capacidad es conocida con el nombre de el Efecto de Windkessel Efecto de Windkessel

54 Sístole Diástole

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57 Capilares Estructuras endoteliales, no poseen músculo, entonces son incapaces de contraerse. Se pensaba que los pericitos (células que rodean a capilares tenían esta función). Cambios en el flujo sanguíneo a través de los capilares está controlado por acción vasomotora en arteriolas y esfínter precapilar.

58 c) Discontinuos: Con típicos sinusoides: hígado, bazo, médula marróna) Continuos: No presentan aberturas entre las células: músculo estriado, liso, cardíaco, SNC, b) Fenestrados: Presentan aberturas intracelulares:Endocrino glomérulo renal, páncreas exocrino, rete mirabilis vejiga natatoria, de ojo c) Discontinuos: Con típicos sinusoides: hígado, bazo, médula marrón

59 Blood capillary with fenestrated endothelium and a wide perivascular space. They are typical in circumventricular organs. L - lumen, blue arrow - endothelial pore, red arrow - basal lamina, P - perivascular space, F - fibrocyte. Inset: blood capillary with the wide perivascular space. Scale = 200 nm. (Rat, area postrema.)

60 La Microcirculación Entre arterias y venas de todo sistema circulatorio cerrado, existe la cama de capilares, que consiste en: arteriolas, capilares y vénulas; los que se encuentran en los lugares de control local de la circulación y es el lugar de intercambio gaseoso entre la sangre y el fluido extracelular. La denominada microcirculación, presenta poco tejido conectivo y está embuida en la matriz extracelular

61 Arteriolas: Poseen igual cantidad de músculo liso como las arterias y son los vasos responsables del control del flujo de sangre que irá a cada cama capilar Metarteriolas: Se denomina así, al vaso que tiene músculo liso a intervalos, de aquí los capilares son distribuidos. c) Esfínter precapilar: Es una investidura muscular encontrada en el punto donde los capilares se ramifican a partir de la metarteriola. Su contracción puede disminuir considerablemente el flujo de sangre a la cama capilar, independientemente del aporte sanguíneo a la arteriola. d) Capilares: Son tubos endoteliales, sin músculo liso. Si bien la cantidad de capilares es inmensa, sólo una pequeña fracción del total de la sangre de la circulación se encuentra en ellos, debido a su pequeño diámetro e) Vénulas: Se definen como el primer vaso postcapilar donde tejido muscular liso es encontrado

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63 Control del flujo en la cama capilar por la arteriola

64 Control del flujo sanguíneo en la cama capilar, por el esfínter precapilar

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66 Hipótesis de Starling

67 BOP25mm IFOP 5mm 10 -5 Pi Po ¶i ¶o Pf = K ( Pi - Po ) – (¶i -¶o)

68 Presiones capilares promedios en la ultrafiltración

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70 La ultrafiltración durante una vasodilatación

71 Causas del edema

72 Envío de fluido a los vasos linfáticos

73 ¿Qué se deja, qué se saca?

74 Ley de Fick de la DifusiónLa difusión representa la segunda manera de transporte en el sistema circulatorio. La velocidad del intercambio difusional, depende de las características de las paredes del capilar y de las sustancia que va a atravezar Pasan por los poros del capilar (1% del área total de un capilar) sustancias hidrosolubles: glucosa, electrolitos, agua, AA. Las sustancias liposolubles como O2, hormonas, CO2, AG, pueden además atravesar directamente las células endoteliales. No en cerebro: barrera cerebral sanguínea difusión facilitada

75 A = Area accesible para la difusión (liposolubles e hidrosolubles)La Ley de Fick es una simple explicación matemática de los factores físicos que afectan la velocidad de difusión V = DA (S)c – (S)i X S = Diferencia de concentración de la sustancia A = Area accesible para la difusión (liposolubles e hidrosolubles) X = Distancia sobre la cual ocurre la difusión > distancia velocidad más lenta < distancia > velocidad D = Coeficiente de difusión: con Tº, depende de la sustancia: CO2, 20 veces más que Oxígeno

76 ¡Estudien mucho!