Circulación y Respiración: Transporte Interno e Intercambio

Dr. Fernando J. Bird-Picó
BIOL 3052
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Circulación y Respiración: Transporte Interno e Intercambio de Gases
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Nutrientes y oxígeno tienen que ser transportados
organismos pequeños = difusión
organismos más grandes= sistema circulatorio
1) sangre- fluido
2) corazón- bomba
3) vasos sanguíneos- tubería
Cerrado- sangre pasa por ramificaciones de vasos sanguíneos.
Abierto- vaso vacía en cavidad corporal, bañando células y órganos.
Funciones:
1- Transporte de nutrientes, O a las células, y excrementos metabólicos y CO fuera de ellas.
2- Transportar hormonas a sitios de acción.
3- Balance de líquidos.
4- Balance de temperatura.
5- Sistema de defensa = homogéneo.
Invertebrados sin sistema circulatorio:
Esponjas, cnidarios, ctenoforos, gusanos planos y nemátodos.
Todos por difusión.
Cnidarios = cavidad gastrovascular = digestivo y circulatorio.
Gusanos planos = intestino ramificado.
Nemátodos y pseudocelomados = líquido circula materiales.
Invertebrados con sistema circulatorio abierto:
Moluscos (excepto cefalópodos) y artrópodos.
en los moluscos hay corazón = 3 cámaras
2 atrios = recibe sangre de branquias
1 ventrículo = a bombea sangre oxigenada al cuerpo.
vacían al hemoceloma = cavidad, de ahí los vasos recogen la sangre y la lleva a las
branquias.
hemocianina = pigmento de la sangre de invertebrados, a base de cobre = Ox = azul.
Insectos = sangre entra a la cavidad pericardial a través de ostios son válvulas.
Invertebrados con sistemas cerrado:
Gusanos segmentados y cefalópodos = más eficiente
pepino de mar = más desarrollados
Vertebrados
Todos con corazón muscular que bombea sangre a un sistema circulatorio cerrado.
arterias = lleva sangre fuera del corazón; se ramifica en arteriolas y capilares arteriales.
venas = llevan sangre al corazón; se ramifica en vénulas y capilares venosos.
Sangre:
1Plasma -
55% de sangre ; que a su vez es 90% agua, 7% proteínas y el resto es sales y
gases disueltos; intercambio de materiales en capilares.
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2-
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proteínas = fibrinógeno = envuelta en proceso de coagulación.
suero = plasma sin proteínas de coagulación.
globulinas = la gamaglobulina tiene anticuerpos que proveen inmunidad =
sarampión y hepatitis infecciosa.
albúmina (del suero)= balance de fluidos, deficiencia de proteínas en la dieta
produce Kwashiorkor: edema en los tejidos.
Eritrocitos : Todos con núcleos, excepto en mamíferos; son bicóncavos en éstos. Son
producidos en médula ósea; su vida es de 120 días, se recicla en el hígado y bazo.
anemia = deficiencia de hemoglobina
policitemia = número de eritrocitos aumenta = sangre más viscosa.
3-
Leucocitos: Especializados para el sistema de defensa: bacterias etc. Forma de amebas ; en
contra del flujo sanguíneo y a través de las paredes del sistema circulatorio. Cinco clases
diferentes:
1Granulares : formados en la médula ósea roja.
A- neutrófilos principal fagocitante digiere bacterias y células muertas;
limpian infección.
B- eosinófilos aumenta en número durante reacciones alérgicas.
C- basófilos - aumenta en número durante reacciones alérgicas y libera histamina.
Tiene heparina = anticoagulante.
2No granulares :
A- linfocitos - producen anticuerpos.
B- monocitos los más grandes en tamaño; completa desarrollo en los
tejidos. Se convierte en macrófagos.
leucemiacrecimiento de estas células sin madurar; lleva anemia y
coagulación imperfecta = hemorragias.
plaquetas - trombocitos en otros vertebrados = con núcleo; en los
mamíferos son plaquetas sin núcleo. Formado de porciones
de citoplasma con su membrana, de células grandes
(megacariocitos)
Las plaquetas tienen que ver con la hemostasis: control de sangrado. Los vasos sanguíneos, al
lacerarse, se contrae. Las plaquetas se adhieren a la parte áspera lacerada, y libera ADP que atrae
mas plaquetas: forman el coágulo temporero:
PROTROMBINA
(PROTEÍNA HECHA EN EL HÍGADO, HACE FALTA VITAMINA K)
|
(Ca2++, FACTORES COAGULANTES Y)
(COMPUESTOS LIBERADOS POR PLAQUETAS)
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V
FIBRINÓGENO SOLUBLE ----- (TROMBINA) --- FIBRINÓGENO INSOLUBLE
(ENZIMA QUE CATALIZA REACCIÓN)
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Los vertebrados poseen todos un corazón muscular que bombea sangre a un sistema circulatorio
cerrado. Los vasos sanguíneos se componen de arterias, venas, y capilares que unen ambos sistemas.
Arterias: Compuestas de 4 capas de tejido: endotelio, muscular circular, elástica, y adventicia. La
arteria puede expandir su volumen para acomodar cambios en la presión. Las arteriolas son de
menor diámetro, y poseen mas superficie de área expuesta a los tejidos: los metabolitos la pueden
afectar. Un estímulo nervioso al músculo de la arteriola puede controlar la circulación:
vasoconstricción y vasodilatación.
Capilares: Una célula de grosor: a través de esta ocurren el intercambio de nutrientes y gases. La
actividad muscular normal hace que se lleva a cabo esta circulación, pero a veces la
microcirculación está controlada por los esfínteres precapilares. La presión sanguínea es mas baja
en este lugar. Encontramos en este tejido mucho fluido intersticial, que es el plasma que baña el
tejido y proviene de los capilares.
Venas: Paredes menos gruesas y elásticas, cuando se vacían se colapsan (la arteria no). La presión
de sangre que regresa es baja, a veces posee válvulas (cúspides) para prevenir el reflujo de sangre.
Corazón
Vemos el desarrollo evolutivo desde peces hasta mamíferos.
cordados:
carecen de columna vertebral; los mas primitivos se cree que tenían un tubo
contráctil: en forma de peristalsis se movía la sangre.
Peces: corazón con cámaras.
**
**
seno venoso (cuerpo)--> atrio ----> ventrículo ---> cono arterioso
--------------V-------------- -------------V-------------Recogen
Bombean
**
seno venoso: todavía tiene secuencia peristáltica: esa secuencia se mantiene en todos los
vertebrados.
**
sangre del corazón a las branquias y de ahí, con oxígeno, al resto del cuerpo: la limitación es
que esa sangre con oxígeno tiene la presión baja.
Anfibios:
la vena pulmonar es un avance, pero al costo de mezclar sangre oxigenada con
sangre sin oxigenar. El atrio está dividido en 2 cámaras:
seno venoso ------> atrio derecho
\
\ ventrículo
/
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sangre pulmonar-->atrio izquierdo/
|
|
V
cono arterioso
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**
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este cono arterioso está separado por un septo, que separa parcialmente la sangre.
Este cambio hace que la circulación en el cuerpo lleve 2 pasos distintos:
1pulmonar: del corazón al pulmón y corazón.
2sistémica: del corazón al resto del cuerpo.
Reptiles:
septo o tabique separa parcialmente el ventrículo, se puede separar el bombeo de
sangre mejor. En los cocodrilos esa separación es completa (4 cámaras).
**
no hay cono arterioso; sino la separación de éste en las arterias que salen del
corazón.
Aves y Mamíferos: ya el tabique en el ventrículo es completo. Poseen 4 cámaras: doble bomba,
en la cual el lado izquierdo bombea sangre oxigenada al cuerpo; el lado derecho bombea
sangre venosa a los pulmones.
**
seno venoso: ya no es una cámara como tal, sino que el remanente del mismo
forma el marcapasos y se encuentra en la pared del atrio derecho:
se le llama el nodo sinoatrial.
venas del cuerpo
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v
atrio derecho
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v
ventrículo derecho
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v
arteria pulmonar
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v
capilares pulmonares (O2)
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v
vena pulmonar
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v
atrio izquierdo
|
v
ventrículo izquierdo
|
v
aorta
|
v
cuerpo
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CORAZÓN HUMANO: envuelto en un saco e tejido conectivo llamado el pericardio: dentro del
mismo es la cavidad pericardial, que posee líquido que reduce la fricción. [ver dibujo en libro]
válvulas:
sostenidas en su lugar por fibras (chordae tendinae) que se unen a músculos
papilares en la pared del ventrículo.
válvulas semilunares: entre el corazón y salida del mismo.
1aórtica: ventrículo izquierdo y aorta
2pulmonar: ventrículo derecho y arteria pulmonar.
El corazón es muscular, sostenido en un armazón de fibras de colágeno. Las células del músculo
cardíaco unidas por discos intercalados: son "gap junctions" para la comunicación del potencial de
acción, hace que todas las fibras se contraigan a la misma vez.
Contracción:
**
iniciada por el marcapasos: en el nudo sinoatrial en la pared posterior del atrio derecho,
cerca de la vena cava superior.
**
Fibras del nudo sinoatrial se difunden al atrio derecho e izquierdo para difundir ese
potencial de acción: se contraen ambos atrios a la misma vez.
**
Partes de esas fibras van al nudo atrioventricular: son más delgadas y propagan ese
potencial mas lentamente, lo que le permite a los atrios vaciar su contenido en los ventrículos
antes de que estos se contraigan.
**
Del nudo atrioventricular se difunde el potencial de acción a las fibras de Purkinje, que
forman el haz atrioventricular, también llamado el haz de Hiss, que se ramifica a cada
ventrículo: contrae todo la parte ventricular.
**
Una contracción completa del corazón se le denomina el ciclo cardíaco. Se compone de
sístole: ciclo de contracción, y diástole: ciclo de relajamiento.
ELECTROCARDIOGRAMA
P:
contracción del atrio
QRS: contracción del ventrículo y relajación
de los atrios
T:
relajación del ventrículo
**
**
**
**
"lup": cerrar de válvulas mitral y tricúspides cuando ventrículos comienzan a contraerse.
"dup":cerrar de válvulas aórticas y pulmonar al finalizar la contracción de ventrículos.
murmullos: válvulas defectuosas, hay reflujo de sangre a los ventrículos durante la diástole.
Ley de Starling: a mayor volumen de sangre que entra al corazón por las venas, mas
sangre que bombeará el corazón.
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Control el Corazón:
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centro cardíaco en la médula del cerebro
**
parasimpático: acetilcolina: decrece tasa de contracción.
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simpático: norepinefrina: aumenta tasa de contracción.
**
la epinefrina (o adrenalina) de las glándulas adrenales aumenta la tasa de contracción.
Presión sanguínea: ejercida sobre las paredes internas de los vasos sanguíneos, ocasionando
resistencia periferal: la fricción y viscosidad de la sangre.
**
hipertensión: hay resistencia, el corazón trabaja más.
Ca, K, Vita-A, y Vita-C= ¿Ayuda?
**
hay baroreceptores en paredes de algunas arterias y el corazón, los cuales detectan cambios
en la presión sanguínea. Estimulan al centro vasomotor en la médula, para mantener la
presión estable.
HORMONAS:
**
angiotensina: es un vasoconstrictor, que es estimulado por la renina (del riñón): a menor
presión, se libera renina del riñón y estimula la activa la angiotensina: hay
vasoconstricción.
**
Riñón: balance osmótico.
**
Circulación:
1Pulmonar
2Sistémica
3Coronaria: aorta--> arterias coronarias---> corazón.
Sistema Linfático:
**
Absorbe el líquido de los tejidos del cuerpo y los regresa al sistema circulatorio.
**
Absorbe lípidos en los lacteales.
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Defensa inmune
**
Vasos linfáticos llevan linfa: No necesita de bomba, pues los movimientos de los músculos
es suficiente. Posee válvulas unidireccionales.
**
tejidos linfáticos: nudos y nódulos; las amígdalas, adenoides, bazo y el timo.
**
**
líquido intersticial (que tenía o tiene glucosa, amino ácidos, nutrientes, oxígeno, sales, etc.)
entra a capilares linfáticos y de ahí a los conductos linfáticos: estos vacían en los nódulos,
donde se filtra la linfa de bacterias y otras partículas.
Si se obstruye en nudo ocurre edema: la filariasis, es causada por un nemátodo que
ocasiona la elefantiasis.
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Sistema Respiratorio
respiración: el intercambio gaseoso entre el organismo y su medio ambiente. Los gases entran
y salen de las células por difusión. Ese oxígeno va a formar parte de esa mezcla de gases en la
atmósfera, o se encuentra disuelto en el agua. La ventilación es el acto de mover de forma activa
el agua o aire conteniendo oxígeno por las estructuras respiratorias para que se lleve a cabo el
intercambio de gases.
oxígeno:
aceptador final de los electrones en el proceso de oxidación, para producir ATP.
Esto es un proceso continuo, para mantener viva a la célula, de forma tal que hay que suministrar
el oxígeno a la célula constantemente.
Se difunde en el aire mil veces más rápido que en los tejidos.
**
Protozoarios, Poriferos, Cnidarios y Platyhelminthes no hace falta un sistema
respiratorio porque adquieren el oxígeno disuelto en el agua directamente
**
a medida que el organismo aumenta en tamaño y complejidad, la difusión del oxígeno se
hace más lenta que la necesaria para los procesos de vida: evolucionan estructuras
respiratorias especializadas tales como superficie del cuerpo, tubos traqueales, branquias
y
pulmones.
SUPERFICIE DEL CUERPO: moluscos nudibranquios, casi todos los anélidos, artrópodos
pequeños, algunos vertebrados. Los terrestres poseen superficie del cuerpo humedecida por
mucosidad; dicha superficie es altamente vascularizada. En estos organismos notamos una gran
tasa (proporción) de superficie : volumen y un metabolismo relativamente bajo.
TUBOS TRAQUEALES: insectos, algunos ácaros, algunas arañas, diplópodos y quilópodos. El
aire entra por los tubos traqueales a través de los espiráculos
AIRE: tiene más oxígeno que el agua, por lo tanto la difusión es más rápida. El organismo gasta
menos energía, ya que el aire es menos viscoso que el agua.
AVES: son más activas, poseen tasa metabólica alta.
**
extensiones de los pulmones llamadas sacos aéreos, que penetran los huesos largos de las
extremidades. Poseen parabronquios: en lugar de alvéolos, el flujo de aire es en una sola
dirección y en contra de la circulación sanguínea.
** REPOSO: respira por el movimiento de costillas
** VUELO: contracción de los músculos exprime sacos aéreos y fuerza la circulación de aire.
MAMÍFEROS:
es más complejo; poseen más superficie de exposición para que ocurra el
intercambio de gases.
NARINAS --> CAVIDAD NASAL --> FARINGE --> LARINGE (VOZ) -->TRAQUEA ==>
BRONQUIOS (SOSTENIDOS POR CARTÍLAGOS EN FORMA DE "C") ==>
BRONQUIOLOS ==>
ALVÉOLOS (AQUÍ OCURRE EL INTERCAMBIO DE GASES).
** diafragma: músculo especializado en el piso de la cavidad torácica
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PIGMENTOS:
ayudan a transportar el oxígeno más eficientemente
**
hemoglobina: típico de los vertebrados; está confinada a los glóbulos rojos. Aumenta
capacidad de transporte. globina con grupo porfirina
**
hemocianinas: en los moluscos y artrópodos. Contiene cobre: al reaccionar con
oxígeno, se torna azul; sin oxígeno es incolora. Dispersas en la sangre; no están
confinadas a células específicas.
**
clorocruorina: en algunos anélidos poliquetos; relacionados a la hemoglobina.
**
hemeritrina: sipuncúlidos y algunos anélidos.
HUMANOS:
NARINAS:
externas, abren a la cavidad nasal. El septo nasal (cartilaginoso) separa la cavidad
nasal en 2 cavidades.
cornetes (conchae): 3 proyecciones en cada cavidad; lateral, aumenta área de superficie.
epitelio olfatorio: en el cielo de la cavidad nasal; terminales nerviosas del bulbo olfatorio.
epitelio ciliado y células de moco: atrapan polvo y contaminantes, protegen al sistema
respiratorio de infecciones y polvo.
**
la cavidad nasal está unida a senos faciales, que se encuentran en el hueso (debajo y
encima de órbitas): producen mucosidad, en las reacciones alérgicas se dilatan y tapan.
De las narinas internas, el aire pasa a la faringe, y de ahí a la laringe (manzana de Adán): cuerdas
vocales.
EPIGLOTIS: aleta de tejido que tapa laringe al tragar. Si este mecanismo falla, la tos se encarga
de expulsar material al exterior.
De la laringe pasa a la tráquea y bronquios: estas estructuras poseen paredes de cartílago en
forma de "C" que evita que la misma se colapse al bajar la presión de aire.
TRAQUEA y BRONQUIOS: poseen epitelio ciliado, que mueve mucosidad hacia la faringe.
Los bronquios se ramifican en bronquiolos, que terminan en alvéolos.
ALVÉOLOS: aquí ocurre el intercambio de gases. El espesor es de una célula, cubiertos
internamente por capa de surfactante: lipoproteína que baña los alvéolos y facilita dilatación de
los mismos y acelera difusión de gases.
Macrófagos: fagocitan partículas de carbón y se acumulan en nudos linfáticos del pulmón:
negros.
CAVIDAD TORÁCICA: encontramos los pulmones en la misma.
Pleura:
capa de epitelio que envuelve al pulmón.
cavidad pleural:
entre cavidad torácica y la pleura, cuando se acumula líquido en esta
cavidad se desarrolla condición llamada pleuresía.
RESPIRACIÓN - Ventilación
Es un proceso puramente mecánico, que consta de inhalación y exhalación de aire. Normalmente
ocurre 12 veces por minutos.
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INHALACIÓN:
Los músculos costales se contraen y mueven las costillas hacia arriba y
afuera: también se contrae el diafragma y se hace menos convexo---> la pleura mueve pulmón
hacia afuera. Aumenta la capacidad de aire y baja la presión interna dentro de la cavidad
torácica por unos 2-3 mmHg.
EXHALACIÓN:
Los músculos costales y el diafragma se relajan y vuelven a su posición
normal: más presión de aire en el interior de la cavidad torácica que fuerza al aire a salir de los
pulmones.
CAPACIDAD VITAL:
Cantidad total de aire que la persona puede exhalar luego de haber
llenado los pulmones a capacidad máxima.
VOLUMEN MAREAL:
Cantidad de aire que es movida de adentro hacia afuera de los
pulmones en cada movimiento respiratorio. Es de aproximadamente 500 ml.
**
**
Los pulmones nunca se vacían completamente: se pueden colapsar
El aire exhalado todavía tiene 14% de oxígeno (en vez de 21% que hay en la atmósfera);
pero también tiene 5.6% de dióxido de carbono (comparado a 0.04% del mismo en la
atmósfera). Este aire todavía es bueno para resucitar.
**
En los alvéolos ocurre la difusión de O2 y CO2.
**
Ley de Dalton: la presión parcial de los gases es la suma de las presiones individuales de
los mismos.
presión barométrica: 760 mm Hg. El oxígeno: 21% en la atmósfera, de forma tal que posee una
presión parcial de 160 mm Hg.
SANGRE:
pasa rápido por los alvéolos, no se satura a equilibrio con el oxígeno. La presión
parcial de oxígeno en los alvéolos es de 100 mm Hg; en los tejidos es de 0-40 mm Hg. Se
difunde de la sangre a los tejidos. La sangre regresa al pulmón con una presión parcial de
oxígeno de 40 mm Hg.
HEMOGLOBINA: TRANSPORTA 97% DEL oxígeno, el restante 3% se transporta disuelto
en el plasma. Las moléculas de hemoglobina se componen de 2 cadenas alfa y dos cadenas beta,
las cuales están unidas a 4 anillos de porfirina: cada uno con un átomo de Hierro (Fe++).
% de saturación de hemoglobina: a medida que la [O2] aumenta, aumenta el % de
hemoglobina combinada con O2.
** más alto en los capilares pulmonares; más bajo en los capilares del tejido.
CO2 + H2O (plasma)----> H2CO3 (ácido carbónico)
**
al formarse el ácido carbónico, baja el pH (se hace ácido) y se disocia la oxihemoglobina.
El ácido láctico ejerce el mismo efecto en el músculo esqueletal.
**
parte del CO2 se une con hemoglobina y causa la liberación del O2
(carboxihemoglobina).
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Hb4 + O2 <----> Hb4O2
Hb4O2 + O2 <----> Hb4O4
Hb4O4 + O2 <----> Hb4O6
Hb4O6 + O2 <----> Hb4O8
** la combinación de la primera subunidad con el O2 aumenta la afinidad de la segunda, etc.
** a capacidad máxima, transporta 60 veces más oxígeno que un volumen igual de plasma.
DIOXIDO DE CARBONO (CO2): En el plasma sanguíneo se disuelve un poco, el resto pasa a
los eritrocitos: la anhidrasa carbónica lo convierte en ácido carbónico (H2CO3) que se
descompone en el ión bicarbonato (-HCO3) y un protón (H+). 500 veces más rápido; sucede la
misma reacción en reverso en los pulmones. Facilita el transporte de CO2 en el torrente
sanguíneo:
70% CO2: ión bicarbonato; 23% CO2: hemoglobina; 7% CO2: disuelto en el plasma.
REGULACIÓN:
la médula cerebral y el pons: centro respiratorio que controla la
inspiración y expiración por grupos de neuronas diferentes.
PONS: grupo de neuronas forma el centro pneumotáxico.
**
**
**
**
**
la inhalación es activa; la exhalación es pasiva: es cuestión de activar e inhibir esa
activación.
La concentración de CO2 es un factor importante para controlar la respiración. Los
cuerpos carótidos (quimiorreceptores) rastrean la concentración de O2 en la sangre que va
hacia el cerebro.
Impulso nervioso (1) del centro inhalador en la médula estimula la contracción del
diafragma y músculos intercostales; (2) pasa al centro pneumotáxico y luego al centro
exhalador en la médula (3) de donde estimula la relajación de músculos (4) y corto
circuito del centro inhalador (5).
nervio vago: rastrea el reflejo de estiramiento del pulmón: para no explotarlos!!
voluntariamente se puede aguantar la respiración por cierto tiempo.
Hiperventilación: inhalaciones y exhalaciones repetidas y fuertes, que hacen que la [CO2]
drásticamente y tarda más tiempo antes de que el impulso para poder inhalar nuevamente sea
necesario. Si esto perdura por mucho tiempo, ocurren mareos e inconsciencia. Esto nos indica
que hace falta el CO2 para mantener balance en la presión arterial.
CASOS ESPECIALES
ALTAS ELEVACIONES: la presión barométrica decrece, y por lo tanto la presión parcial de
los gases en esa atmósfera será reducida.
BUCEO EN ALTAS PROFUNDIDADES: solubiliza el nitrógeno en el torrente sanguíneo, al
subir a la superficie sin dar tiempo a limpiar el sistema de ese nitrógeno, se forman burbujas de
gas nitrógeno en diferentes partes del cuerpo, sobre todo en las articulaciones y sistema nervioso.
18 de abril de 2016 (no incluye referencias a páginas de la nueva edición)