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FISICA DE LA CIRCULACION

Funciones de la sangre:-mantener el medio interno de los pluricelulares-transporte de gases, nutrientes, metabolitos (tóxicos u hormonas),células, calor, fuerza

Sólo en organismos pequeños la DIFUSION alcanza (> 1 mm)

INSECTOS gases tubos, pero sangre para transportar más rápido otras sustancias

DIFUSION superficie

Fo2= Vo2 r2

6 K

Fo2= concentr. O2 en la superf.

Vo2= vel. de consumo de o2/gr/min

K= const de difusión

Ej: r = 1 cm

VO2= 0,001 ml de O2 gr-1 min-1 (tasa baja invertebrados)

K= 11x 10-6 cm2 atm-1 min-1 (tejidos animales)

P gas debería ser 15 atm.

Ej: r= 1mm (protozoos) Pgas= 0,15 atm P agua aireada 0,21 atm de O2

LIQUIDOS CIRCULANTES transporte masivo y rápido: depende de 1 o + bombas, así como canales y conductos

BOMBA músculo

Peristástilca

(invertebrados)

cámaras y válvulas

(vertebrados)

Tubo colapsable por tejidos circundantes

(piernas vertebrados)Taller. Dras. Ramos y Sangorrín 2

En el transcurso del proceso evolutivo aparecieron animales con una mayor complejidad estructural y un mayor tamaño, y con mayores necesidades energéticas. Entre esos animales, fueron favorecidos los que adquirieron órganos especializados en la captación de oxígeno -como las branquias y pulmones- y un tejido fluido -en el caso de los vertebrados, la sangre- capaz de transportarlo hasta las células.

Mayores Tasas Metabólicas corazones iguales

más frecuencia cardíaca

cuerpos más pequeños

Ej: elefante, masa= 3000 kg, pulsaciones por min= 25

musaraña, masa= 3 gr, pulsaciones por min= 600 (10 ciclos por segundo!!!)

La frecuencia aumenta aun más en actividad:

VUELO de colibríes y pequeños murciélagos, pulsaciones por min= 1200

• Tamaño de la bomba, el corazón, es siempre un porcentaje constante de la masa corporal

• El aumento de la velocidad de bombeo (frecuencia cardiaca) en los mamíferos de tamaño pequeño aumenta en una proporción exacta a la necesidad de oxígeno.

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Circulación en vertebrados no es uniforme, pasaje tierra más complejo

Peces y mamíferos separación gradual de una bomba a

representan dos extremos dos bombas

PECES la sangre es bombeada por el corazón a través de las branquias, de donde es transportada a los tejidos

MAMIFEROS la sangre es bombeada a través de los pulmones y luego es devuelta al corazón antes de ser llevada a los tejidos por una segunda bomba.

La disposición que presentan los mamíferos y aves permite una mayor presión sanguínea en los tejidos que en los pulmones. Además tiene dos consecuencias:

1- el volumen de sangre que fluye

en las dos direcciones debe

ser el mismo.

2- las dos mitades del corazón se contraen

simultáneamenteTaller. Dras. Ramos y Sangorrín 4

a) el corazón tiene sólo una aurícula (A) y un ventrículo (V). La sangre oxigenada en los capilares de las branquias va directamente a los capilares sistémicos sin regresar antes al corazón. b) la única aurícula estádividida en dos cámaras separadas. La sangre rica en oxígeno procedente de los pulmones entra en una aurícula, y la sangre pobremente oxigenada que viene de los tejidos entra en la otra. El ventrículo, aunque carece de una división estructural, presenta poca mezcla de sangre. c) el corazón está formado por tres cámaras, dos aurículas y un ventrículo. El ventrículo está parcialmente dividido y el corazón funciona como si tuviera cuatro cámaras, con una mezcla entre las sangres mínima. d) tanto la aurícula como el ventrículo están divididos en dos cámaras separadas; de hecho, hay “dos corazones”,uno que bombea la sangre pobremente oxigenada hacia los pulmones y el otro que bombea la sangre rica en oxígeno hacia los tejidos del cuerpo.

Los corazones más simples, como los anélidos, son simplemente engrosamientos musculares de los vasos sanguíneos. En el curso de la evolución de los vertebrados, el corazón experimentó algunos cambios que resultaron en adaptaciones estructurales

El corazón es un órgano esencialmente formado por tejido muscular y por lo tanto, puede contraerse. Cuando el corazón se contrae, la cavidad que encierra reduce su volumen y, en consecuencia, aumenta la presión de la sangre en su interior, que tiende a salir. Las células musculares del corazón deben contraerse ordenadamente y con una cierta rapidez ante un estímulo.

Un sistema circulatorio abierto: el de los artrópodos. Consiste en un sistema de vasos conectados con un corazón. Desde los vasos, la sangre se vuelca en los tejidos y se forman "lagunas" abiertas desde las cuales retorna luego al corazón a través de aberturas valvulares.

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Un sistema circulatorio cerrado:el de los anélidos. La sangre circula por dentro del sistema de vasos que corren a lo largo de su cuerpo alargado y que se ramifican en vasos menores y capilares.

Es movilizada por cinco pares de "corazones" -áreas musculares de los vasos sanguíneos- que bombean la sangre.

Existen, además, válvulas que impiden que la sangre retroceda y por lo tanto su recorrido es unidireccional.

Este tipo de sistema se encuentra en invertebrados como los erizos de mar y los pulpos, y en todos los vertebrados.

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SISTEMA CIRCULATORIO

En los vertebrados, la sangre circula a través de un circuito cerrado de vasos sanguíneos: arterias, arteriolas, capilares, vénulas y venas. Esta red alcanza a cada célula del cuerpo. La función principal del sistema circulatorio es llevada a cabo en los capilares, donde se intercambian sustancias entre la sangre y el fluido intersticial que rodea a las células individuales del cuerpo.

La sangre fluye a través del organismo por el sistema vascular gracias a la existencia de un órgano capaz de generar la fuerza necesaria para impulsarla: el corazón.

AURICULA Y VENTRICULO DERECHO FUERZAN LA CIRCULACION PULMONAL

AURICULA Y VENTRICULO IZQUIERDO FUERZAN CIRCULACION RESTO CUERPO

C/contracción c/compartimiento bombea 80 ml circuito completo 1 min

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La sangre es vertida desde el corazón en las arterias grandes, por las que viaja hasta llegar a arterias ramificadas más pequeñas; luego pasa a arterias aun más pequeñas -las arteriolas- y, finalmente, a redes de vasos mucho más pequeños, los capilares Desde los capilares, la sangre pasa nuevamente a venas pequeñas de mayor diámetro -las vénulas-, luego a venas más grandes y, a través de ellas, retorna al corazón.

Las arterias tienen paredes gruesas, duras y elásticas, que pueden soportar la alta presión de la sangre cuando ésta abandona el corazón. Los capilares tienen paredes formadas sólo por una capa de células.

El intercambio de gases, nutrientes y residuos del metabolismo entre la sangre y las células del cuerpo se produce a través de estas delgadas membranas capilares.

La sangre de los capilares entra a las vénulas, que se juntan formando las venas. Las venas tienen una luz mayor que las arterias, y siempre tienen las paredes más delgadas, más fácilmente dilatables, así se minimiza la resistencia al flujo de sangre en su retorno al corazón. Taller. Dras. Ramos y Sangorrín 9

Los glóbulos rojos, 5 millones por milímetro cúbico de líquido, en la mujer ese número es de 4,5 millones, en un recién nacido es de 5,6 millones. La superficie de los hematíes en el cuerpo es casi 1500 veces mayor que el propio cuerpo, facilitando así con esa extensión el intercambio gaseoso, entre los glóbulos y el plasma.Tienen la forma de pequeños discos con una depresión en el centro, son perfectamente elásticos, pudiendo deformarse transitoriamente para poder pasar por los pequeños capilares (esta es una de las grandes diferencias con los líquidos Newtonianos).

En la sangre miden aproximadamente unos 8 micrones (µ mts)

La apertura o cierre de las válvulas del corazón depende de la diferencia de las presiones sanguíneas entre las cámaras y no de un trabajo “activo”, no hay gasto de energía.

Contracción ventricular (sístole)

Presión se eleva en la cámara y genera la apertura de la válvula ubicada entre la cámara ventricular y la arteria aorta.

Relajación ventricular (diástole)

El flujo sanguíneo es bloqueado por la válvula cerrada de la aorta, dado la diferencias de presiones.

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TRABAJO DEL CORAZON (E)

IMPULSO para impulsar la sangre a todo el cuerpoA A= sección del tubo

P P= fuerza aplicada (presión constante)

L= distancia desplazada

L Trabajo = fuerza x distancia

Fuerza = presión x área E= F x L= P x A x L

Vol= A x L E = P x V

Q(caudal) = Vol/ tiempo

Potencia= W= Trabajo en el tiempo = P x QEj: la Potencia es de 1,07 J/seg = 1 watt, cuando la presión promedio = 100 mmHgy 80 ml de sangre son bombeados por seg.

Frecuencia de las pulsaciones 60 por minTaller. Dras. Ramos y Sangorrín 12

La PRESION no se ejerce de forma continua 1/3 del tiempo el corazón descansa

LA POTENCIA RESULTA TRES VECES SUPERIOR

Wd= Pd Vd Wc= Pc Vc Wd= Pd Vd = Pc Vc

t t t 1/3 t

d= discontinua c= continua Wd = 3 Wc

Dato anatómico: los capilares son muy pequeños, diámetro promedio 20 µ

En el músculo hay 190 capilares por mm2 de sección, que resultan en 190 km de capilares en 1 Kg de tejido, con una superficie de 12 m2

Muchos de estos capilares están cerrados en reposo, durante el ejercicio se abren esfínteres para aumentar la circulación.

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La Ley de Poiselle nos permite deducir que si la presión es nula, no hay flujo sanguíneo.

Además, la resistencia R depende, por una parte, de la viscosidad (µ) de la sangre y, por otra, del radio (r) de los vasos :

R = 8 x l x µ / π x r4

Si consideramos la longitud del sistema cardiovascular (l) y la viscosidad de la sangre (µ) como constantes, se puede deducir que:

pequeñas variaciones en el radio provocan grandes cambios en R

CORAZON: trabaja y descansa, para mantener el flujo constante:

1- Elasticidad de las paredes arteriales (almacenan energía cinética) provoca una onda de pulso.

2- Limitación (por vasoconstricción) del volumen de conductos utilizado (resistencia vascular)

Vol. sangre < Vol. total sistemaTaller. Dras. Ramos y Sangorrín 14

Tabla de presionesEn la aorta y en las grandes arterias, las paredes arteriales deben soportar grandes presiones y velocidades. En los capilares, en cambio, las presiones y velocidades son bajas, lo que permite que se equilibren las concentraciones de solutos entre el plasma y el espacio intersticial.

Cuando la sangre fluye a través del circuito vascular, su presión cae gradualmente como consecuencia de la amortiguación causada por el retroceso de las paredes arteriales elásticas y por la resistencia de las arteriolas y capilares. La presión es más elevada en la aorta y en otras arterias sistémicas grandes, mucho menor en las venas.

Las venas, con sus paredes delgadas y sus diámetros relativamente grandes, ofrecen poca resistencia al flujo, haciendo posible el movimiento de retorno de la sangre al corazón, a pesar de su baja presión. Las válvulas de las venas evitan el reflujo.

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Presión sanguínea

Las contracciones de los ventrículos del corazón impulsan la sangre al interior de las arterias con fuerza considerable. La presión sanguínea es una medida de la fuerza por unidad de área con que la sangre empuja las paredes de los vasos sanguíneos.

La presión sanguínea no sólo depende del volumen de sangre impulsada por min., que genera un flujo de sangre en el sistema vascular, sino también de la resistencia que el sistema opone al paso de la sangre. Esta resistencia está gobernada, en gran medida, por el radio de las arteriolas, elemento clave en la regulación de la presión arterial.

La presión se genera por la acción de bombeo del corazón y cambia con la frecuencia y la fuerza de contracción. La elasticidad de las paredes arteriales y la resistencia que el sistema opone al paso de la sangre son algunos de los factores que desempeñan también papeles importantes para determinar la presión sanguínea.

Contracción ventricular (sístole)= 120 mmHg Presión maxRelajación ventricular (diástole)= 80 mmHg Presión min

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Presión arterial y venosa del hombre cuando adopta distintas posturas

Los valores indican los distintos puntos con relación a la presión de la aurícula derecha del corazón.

La presión venosa en el pie de un hombre es análoga a la de un tubo en U (aumenta con la altura)

Alta presión sistema venoso

distiende en las venas

Contracciones músculos piernas + válvulas

Permiten sangre venosa regrese al corazón

CABEZA

Alta presión arterial

Jirafa = sístole 260 mmHg

2 mt arriba del corazón

Hombre = sístole 100 mmHg

Cada vez que se ramifica un vaso importante, el número de ramas aumenta y el diámetro disminuye, en consecuencia aumenta la sección transversal conjunta.

Geometría de los vasos sanguíneos de un perro

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Variaciones de las áreas, velocidades y presión

Los valores están referidos al instante de máxima presión (sístole) del ciclo cardíaco

La velocidad varia en el sistema, es inversamente proporcional al área atravesada

El caudal es el mismo Q= Vel. A

Aorta r = 1 cm velocidad = 30 cm/sg

Capilares r = 0,004 mm velocidad = 0,5 cm/sgTaller. Dras. Ramos y Sangorrín 19

RELACION ENTRE LA AREA TRANSVERSAL Y LA VELOCIDAD DE FLUJO

A- v = 6 pelotas /seg

B- v= 2 pelotas /seg igual caudal en todas

C- v= 3 pelotas /seg

Q= Vel. A

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La baja velocidad de flujo en los capilares es el resultado de la gran área transversal de los capilares más que por el reducido diámetro de los capilares

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RESISTENCIA ELASTICA DE LOS CAPILARES. PRESION TRANSVERSAL

Paredes capilares muy delgadas 1 micron rápida difusión

¿cómo resisten estas delgadas paredes la presión de la sangre? ¿están al límite de la rotura?

presión sangre > presión tejidos

Si se hiciera un corte de 1 cm,la sangre saldría por efectode la diferencia de presiones

Mantener cerrado, fuerza tangencial T = tensión elásticaT= r . P para radios pequeños las tensiones también son pequeñas.

ANEURISMAS= dilatación de la pared, mayor diámetro, mayor tensión, ruptura paredes capilares, hemorragia Taller. Dras. Ramos y Sangorrín 22

Tensión máxima (de ruptura) que puede soportar una hoja de papel higénico = 50.000 dinas/cm, en comparación tensiones capilares chicas

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