I. Função Circulatória

1. Objetivos da movimentação de um líquido no corpo: a) vencer distâncias [animais grandes e/ou de alta Mr]b) Transporte de gasesc) Transporte de outros solutosd) Transporte de calore) Transmissão de força

2. Como o sangue se movimenta: princípios físicos básicos do movimento de fluidos em tubos; propriedades incomuns do sangue como fluido.

II.Princípios Gerais do Sistema Circulatório

1. Bombas:a)Princípio: capacidade de contração dos músculosb) Tipos: peristáltica – invertebrados câmara – com paredes contráteis (vertebrados) ou pressão externa (pernas do homem)-Fig 3.12. Canais: tubos elásticos (artérias, capilares, veias) sistema fechado vs sistema aberto [Tabela 3.1] - vertebrados - maioria dos artrópodes - cefalópodes - moluscos não cefalópodes - equinodermos - tunicados (arranjo incomum- bidirecional, sem válvulas)

Três Tipos de Bombas r

Tabela 3.1Características dos Sistemas Circulatórios

Sistemas Fechados Sistemas Abertos

Sistemas de alta pressão Sistemas de baixa pressão

Alta resistência periférica Baixa resistência periférica

Requer paredes elásticas Possibilidade de sustentar a pressão

Sangue levado diretamente p/ os órgãos

Similar aos sistemas fechados

Distribuição bem regulada Distribuição pouco regulada

Retorno rápido ao coração Retorno lento ao coração

Animais sem sistema circulatório

Certos animais como a planária não apresentam sistema circulatório. Os nutrientes, gases e excretas são transportados por difusão, célula a célula. É eficiente apenas para animais de dimensões reduzidas, com elevada relação S/V (Superfície/Volume). Isso é comum em poríferos, cnidários, platelmintos e nematelmintos

Planaria

Classe: Turbellaria

Filo: Platelmintos

Poríferos

SISTEMA DIGESTÓRIO: Não existe. Se alimentam de partículas alimentares suspensas na água através do batimento flagelado das células denominadas coanócitos, que criam uma corrente de água, trazendo nutrientes e gases.

SISTEMA CIRCULATÓRIO: Não existe.

• devido ao seu reduzido grau de diferenciação celular e • reduzido número de camadas celulares, todas as células estão muito próximas da cavidade gastrovascular.

Cnidários

Sistema circulatório Fechado

• o sangue nunca sai da rede de vasos sanguíneos composta por veias, artérias e capilares.• vertebrados (peixes, anfíbios, répteis, aves e mamíferos). Exceção: ciclostomados (peixe-bruxa e lampreia) • anelídeos e cefalópodes

Ligação com o sistema linfático

• A PS no sistema fechado força água, sais e outras substâncias dissolvidas para fora dos capilares.

• Para evitar acúmulo de fluido no tecido (e perda de volume sanguíneo) o sistema linfático capta excesso de fluido IT, devolvendo para o sistema circulatório (no homem, ~3L/dia).

Padrões de circulação dos vertebrados

Os sistemas das várias classes de vertebrados mostram vários estágios evolutivos, sendo que o do peixe é o mais simples, e o dos mamíferos e aves são os mais complexos.

1.Ciclóstomos 4. Anfíbios2.Peixes 5. Répteis3.Peixes pulmonados 6. Aves e mamíferos

Ciclostomados - lampréias

Ciclostomados - feiticeira

Peixes

• No peixe, o sistema circulatório é simples• o sangue sai do coração, circula pelas brânquias (onde o sangue é oxigenado), pelos capilares do corpo, voltando para o coração no final do ciclo.• Portanto, o coração do peixe é uma única bomba (composta de duas câmaras).

Sistema circulatório Simples

Sistema Circulatório Duplo

Anfíbios e Répteis

• Nos anfíbios e répteis, há sistema circulatório duplo, o que quer dizer que há dois ciclos pelo qual o sangue passa, um no qual o sangue é oxigenado e outro no qual ele é distribuído pelo corpo.

• No entanto, nem sempre o coração é totalmente separado em duas bombas.

Os anfíbios possuem um coração com três câmaras.

Aves e Mamíferos

• Apresentam sistema fechado duplo• O coração é claramente separado em duas bombas • coração com quatro câmaras.

Pressão Sanguínea

• A pressão sanguínea é mantida, mesmo quando o coração está em diástole, devido á resistência oferecida ao fluxo sanguíneo pela parede elástica das arteríolas, que faz aumentar a pressão nos vasos imediatamente anteriores, as artérias, pois o sangue entra mais rapidamente nestes vasos do que pode ser escoado. 

Pressão Sanguínea

• A pressão que o sangue exerce sobre as paredes dos vasos – pressão sanguínea – é máxima nas artérias, atingindo valores quase nulos nas veias cavas. • Na aorta verifica-se um valor máximo de pressão (120 mmHg), correspondente á sístole ventricular, e um valor mínimo (80 mmHg), correspondente á diástole ventricular. •

Circulação dos Invertebrados

• Anelídeos• Equinodermos• Artrópodes: - Insetos - Aracnídeos. - Crustáceos• Moluscos

Anelídeos

Sistema circulatório fechado.Há dois vasos principais: dorsal e ventral ligados entre si.Cinco pares de corações.Sangue com pigmentos respiratórios, principalmente hemoglobina

II. Princípios Gerais (cont.)

2. Capacidade do sistema de bombeamento vs suprimento adequado de oxigênio:

a) Qt de O2 = vol. sangue x teor de O2 [Fig 3.2- uma alta capacidade carreadora de O2 implica em baixo volume de sangue a ser bombeado]

b) Sem pigmento respiratório: somente O2dissolvido [0,5 a 1ml de O2/100 ml sangue] bombear 100-200ml de sangue a fim de liberar 1ml de O2

c) Com pigmento respiratório: 20ml O2/100 ml de sangue [mamíferos] 1ml O2 em 5ml de sangue a necessidade de bombeamento é 20 ou 40 X menor.

Figura 3.2 Capacidade Carreadora de O2

III. Circulação dos Vertebrados1. Compartimentos de água do corpo:a) 2/3 do corpo dos vertebrados = águab) Varia com o teor de gordura (10% água)c) 3 compartimentos (Fig.3.3) [IC = 45%;IT = 20 % e plasma = 5 %]d) Como medir esses volumes? Técnica da diluição do indicador: AT = EC + IC = plasma + IT + IC 3H2O inulina azul de Evans EC = plasma + IT IT = EC – plasma IC = AT – ECe) Tabela 3.2 – compartimentos de fluidos dos vertebradosf) Vol sangue = 5-10% Mb [peixes=2-3%Mb(?); elasmo e ciclóst= 6-

10%Mb; anfíb., répteis, aves e mamíf.= 5-10%]

Distribuição de água no corpo dos vertebrados r

Tabela 3.2 Compartimentos de fluidos corporais em Vertebrados

Animal Água Total(%) Água IC(%) Água EC(%) Vol. de sangue (ml)

Lampréia 76 52 24 8,5Cação 71 58 13 6,8Carpa 71 56 15 3,0Pargo 71 57 14 2,2Sapo boi 79 57 22 5,5Jacaré 73 58 15 5,1Cobra 69 52 17 6,0Pombo - - - 9,2Coruja - - - 6,4Cabra 76 49 27 9,9

IV. Coração e Débito cardíaco

1) Como o entrega mais O2 qdo há demanda de O2?

a) capacidade carreadora é a mesma em animais grandes e pequenos.b) Seria Mh maior? [Fig3.9] c) Seria Vs maior?d) Seria fh maior?e) mamíferos grandes e pequenos apresentam a mesma relação

Mh = 0,0059Mb0,98

f) Aves- Mh = 0,0082 Mb0,91- aves maiores tendem a ter Mh ligeiramente

menores do que aves menores.g) répteis- Mh = 0,5% Mb [apenas ligeiramente menores que o dos

mamíferos, mesmo com grande diferença de Mr]h) Anfíbios Mh = 0,46% Mb

i) Peixes Mh = 0,2% Mb j) Conclusão: as grandes diferenças de Mr não são refletidas na Mh

Relação do tamanho do coração com o tamanho corporal dos Mamíferos r

V. Freqüência Cardíaca e Débito Cardíaco

1) A fh é inversamente proporcional à Mb

fh = 241. Mb -0,25 → log fh = log 241 – 0,25 logMb

a) Inclinação negativa ↑Mb ↓fh

b) Inclinação = 0,25 → mesma inclinação da reta de regressão entre Mb e taxa metabólica específica → o aumento na fh nos mamíferos menores aumenta em proporção com a necessidade de O2.

2)Débito cardíaco (Qh)a)Definição: vol de sangue ejetado/tempob) Como determinar(Princípio de Fick e TDI) VO2 = Qh (CaO2 – CvO2)c) Como podemos aumentar o Qh Qh = fh x Vh

Tabela 3.3. Aumento do Qh durante exercício do pombo e da truta

Pombo voando(Mb= 0,44kg)

Repouso AtivoVO2 aumenta 10X

aumento

Fh (min -1) 115 670 5,8XVh (ml) 1,70 1,59 0,9XQh (ml.min-1) 195,5 1065 5,4XTruta nadando(Mb =0,9-1,5kg)

Repouso Ativa VO2 aumenta 8X

Aumento

Fh (min -1) 37,8 51,4 1,36XVh (ml) 0,46 1,03 2,24XQh (ml.min -1) 17,4 52,9 3,04X

Tabela 3.4 Distribuição do fluxo de sangue em um homem de 70kg em repouso (p e resistência)

Órgão Massa (kg)Fluxo de sangue

(Litro.min-1)Fluxo de sangue (Litro.kg-1.min-1)

Rins 0,3 1,20 4,00

Fígado 1,5 1,40 0,90

Coração 0,3 3,5 0,25 3,6 0,80

Cérebro 1,4 0,75 0,50

Pele 2,5 0,20 0,08

Músculo 29,0 0,90 2,0 0,03

Restante 35,0 0,90 0,03

Total 70,0 5,6

Sinais dos tecidos↑P↑diam↓resist. ↑fluxo

VI. Regulação da Fh

1) Ritmicidade do : capacidade inerente de se contrair sem estímulo externo.

Evidências: a) continua a bater fora do corpo; b) O do embrião das aves começa a bater antes de qsqr nervos o atingir; c) em cultura in vitro de células cardíacas o bate sem estímulo externo. 2) Localização do marca-passo nos mamíferos: nódulo SA no AD AE

retardo ventrículos [fatores: SNS e SNP] 3) Controle da Fh: a) impulsos nervosos (ramo do nervo vago-PS) (-)Fh nervo acelerador

(libera adrenalina) (+) Fh b) influências hormonais (NA) Glândula suprarrenais liberam NA (+)

Fh

VII. Controle do Vh

1) NA aumenta a força do maior volume de sangue em cada sístole.

2) ↑quantidade de sangue nos ventrículos no início de cada contração o se contrai com mais força e estiver mais distendido no início da contração ↑ Vh – Lei de Starling –

O Qh está sob o controle de 3 sistemas: sistema nervoso, sistema endócrino e o sistema da autorregulação (retorno venoso)

VIII. Os Vasos sangüíneos

1) Tubos com paredes elásticas com uma camada de músculo liso que os permite mudar de diâmetro.

2) Artérias: paredes relativamene espessas, fortes camadas de fibras elásticas e músculo liso.

3) Veias: paredes mais finas, fibras elásticas e músculo liso4) Capilares: uma única camada de células

IX.O Sistema Capilar

1) Grande número de capilares (e.g. 1 Bi no mesentério do cão)- 1mm2de músculo de cobaia em repouso possui 100 capilares abertos, no exercício > 3000.

2) Mamíferos de ↓Mb possuem maior densidade capilar3) Qdo a PS dos capilares > PC das proteínas (mamíferos > do

que a dos outros vertebrados) saída dos fluidos para o IT4) Qdo PS < PC proteínas entrada de fluidos nos capilares5) A PS dos capilares é bem variável- PSart > PSveias < PC das

proteínas fluido sai para fora do lado arterial e reentra no lado venoso

6) Normalmente a saída de fluidos > entrada excesso de fluidos fica na linfa ductos linfáticos maiores veias grandes

Tabela 3.5 Geometria dos vasos sangüíneos no mesentério do cão (↓diâm, ↑número, ↑área)

Vaso Diâm.(mm) Número Área, cm2

Comprim.,cm Vol.,ml

Aorta10 1 0,8 40

190Art grande3 40 3,0 20

Ramif.art1 2.400 5,0 5,0

Arteríolas0,02 4 x 107 125,0 0,2

Capilares0,008 1,2 x 109 600,0 0,1 60

Vênulas0,03 8 x 107,0 570,0 0,2

680Veias2 2,4 x 102 30,0 5,0

Veias grandes 6 40 11,0 20,0Veia cava 12,5 1 1,2 40,0

Figura 3.11 Distribuição do Volume Sanguíneo, pressão e velocidade (humanos)

Volume,ml Pressão, mmHg

Veloc.(cm.s-1)

Aorta 100 100 40

Arterias 300 100-40 40-10Arteríolas 50 40-30 10-0,1Capilares 250 30-12 < 0,1*

Vênulas 300 12-10 < 0,3Veias 2200 10-5 0,3-5Veia Cava 300 2 5-20

* Permite a difusão de gases e solutos para os tecidos

X. Circulação durante o exercício

Aumento da demanda de O2

1) Aumento do Qh (↑Fh e ↑Vh)2)Aumento da extração de

O2(vant.:↓ sobrecarga no)

3) Re-distribuição do sangue (Fig. 3.19)-

Homem, repouso

Exercício intenso,homem comum

Exerc intenso, atleta

Qh=5,5LMúsculos= 0,8-1,0L

Qh=25LMúsc=20L

Qh=35LMúsc= 31L

VO2=0,25L

Músc.= 0,05L

VO2=3,5L

Músc = 3,3L

VO2=6L

Músc = 5,8L

A Física do fluxo em tubos.Peculiaridades do sangue como fluido

Fluxo laminar (regular, única direção) versus fluxo turbulento (irregular e em várias direções). Passa de laminar p/ turbulento acima de uma veloc. Crítica.Descrição de um fluxo estável- Teorema de Bernouille:

Energia total do fluido = E= (pv) +( mgh) + (½mu2)E/vol = E’= p + gh + ½ u2 (= densidade)Tubo horizontal sem friçção (nenhuma variação em gh)

E’cte, p + ½ u2 = E’- gh = k (Se ↓u, então ↑p) Tubo horizontal, com fricção, diam constanteu cte (Fig.3.12, ↑resist ↓p- perda de E devido à fricção)Tubo horizontal, c/ fricção, diam variável u muda (Fig.3.13): fluido se move de um ponto c/ >E p/ um ponto de < E.

Fluxo em tubo horizontal, c/ fricção e diâmetro constante r

Fluxo em tubo horizontal, c/ fricção e diâmetro variável

Determinação da PA humana r

Fluido em tubo na forma de U

Fig.3.14- fluido permanece em repouso. Na base do tubo a p é > do que nos braços do tubo

[↓h ↓ gh ↑p ] Como esses princípios podem ser aplicados?Efeito da gravidade-Fig.3.15 e 3.16- p venosa no pé> p cabeça-retorno do sangue para a cabeça.Girafa- requer maior p no coração (260mHg)-2x a do homemsistema arterial excepcionalmente espesso + válvulas nas veias do pescoço.Cobra- situação oposta- PS bem menor do que a dos mamíferos (cobras que normalmente sobem em árvores possuem PS↑.

Figura 3.14-Fluido em tubo U r

O fluido permanece em repouso. Na base a p é maior do que nos braços devido ao efeito da gravidade sobre o fluido, porém o conteúdo de E/vol é o mesmo em todo o tubo (↑gh p↓).

Pressão Sangüínea em diferentes posições do homem

Pressão Sangüínea da girafa

• Com a cabeça estando numa posição tão alta, o coração enorme da girafa deve ser capaz de distribuir em quantidade suficiente o sangue oxigenado por 3 metros acima até o cérebro.• Isso seria um problema (PA muito alta) quando estivesse com a cabeça abaixada bebendo água, não fosse por um aparato único de paredes arteriais reforçadas, válvulas anti-acúmulo e de desvio, uma rede de pequenos vasos sanguíneos (a rete mirabile, ou “maravilhosa rede”) e sinais sensíveis à pressão, que mantém o fluxo de sangue adequado para o cérebro na pressão correta.

• o sangue não se acumula nas pernas e uma girafa não sangra de modo profuso quando sofre um corte na perna. • O segredo reside numa pele extremamente rígida e numa faixa interna de tecido fibroso que evita o acúmulo de sangue. • Esta combinação da pele tem sido estudada extensivamente pelos cientistas da NASA no seu desenvolvimento de roupas gravitacionais para astronautas. • Todas as artérias e veias nas pernas da girafa são muito internas.

Leis do fluxo: espessura da parede, tensão, viscosidade

Lei de Laplace- T = p.r Para a parede suportar a tensão, a espessura do vaso deve aumentar proporcionalmente [art maiores possuem paredes mais espessas, veias possuem paredes mais finas que as art, capilar com maior pressão pode ter apenas 1 camada de célula porque r é pequeno].Q = p/R Lei de Poiseuille Q = p. rr44. .

ll.8.8Se reduzir r o fluxo da água será reduzido pela (½)Se reduzir r o fluxo da água será reduzido pela (½)44

O sangue não se comporta como um fluido newtoniano. Sua O sangue não se comporta como um fluido newtoniano. Sua muda muda com o r. À medida que o r diminui, a com o r. À medida que o r diminui, a do sangue diminui e flui mais do sangue diminui e flui mais facilmente. Situação complicada para explicar o fluxo do sangue nos facilmente. Situação complicada para explicar o fluxo do sangue nos vasos, principalmente porque os vasos são elásticos e nunca têm r vasos, principalmente porque os vasos são elásticos e nunca têm r constante.constante.

Coagulação Sangüínea e Hemostasia

Mecanismos para evitar perda de sangue em vasos rompidos:Em vertebrados:1) redução do fluxo devido à redução de PS2)os vasos lesados se contraem e assim diminuem o fluxo.3) oclusão dos vasos no local da lesão com um tampão de proteína coagulada (fibrina em vertebrados) e células sangüüuíneas (mais importante)

Fibrinogênio (solúvel) fibrina (solúvel) protrombina trombina (cascata enzimática c/12 fatores-

desencadeados pelo contato do sangue com superfícies estranhas ou tecidos lesados)

Em invertebrados: aglutinação de corpúsculos sangüíneos + formação de rede celular

Coagulação verdadeira: artrópodes(?)