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Estudo dirigido d e sistema cardiovascular e respiratório SISTEMA CARDIOVASCULAR Coração Figura 1.: Anatomia do coração. Guyton, A. e Hall, J. Tratado de Fisiologia Médica. 9.ed. 1997. Propriedades Funcionais do Coração O coração caracteriza-se por apresentar quatro propriedades funcionais: Automatismo, Condutilidade, Excitabilidade,Contratilidade ¤ Automatismo ou Batmotropismo (Batmo= limiar): As fibras miocárdicas são capazes de gerar dentro de si mesmas o estímulo para a sua contração. Isto é devido à presença de potenciais marca-passo (instabilidade rítmica no potencial de membrana) nas fibras do nodo sinoatrial (SA), considerado o marca-passo natural (intrínseco) do coração. Além do nodo AS, o nodo atrioventricular (AV), o feixe de Hiss e a rede de Purkinje também possuem capacidade de se tornarem marca-passos (focos de atividade ectópica), porém o ritmo gerado pela sua atividade é mais lento que o do nodo SA. O marca-passo de ritmo mais acelerado sempre domina sobre os demais. Figura 2.: Condução do potencial de ação ao longo do coração. Adaptada de Hansen e Koeppen, Fisiologia Humana de Netter, 2003. ¤ Condutilidade ou Dromotropismo (Dromo= correr): O estímulo é propagado pôr todas as células através de junções espaçadas (GAP - sinapses elétricas), especialmente entre os átrios. Do nodo atrioventricular para os ventrículos, o impulso é conduzido também pelo sistema de condução formado pelo Feixe de Hiss e pela Rede de Purkinje. ¤ Excitabilidade ou Cronotropismo (Crono= tempo, ritmo): O ritmo cardíaco pode ser afetado pôr hormônios (adrenalina, tiroxina,...) e pela ação do sistema nervoso autônomo (SNA): Estimulação simpática (exercício) > taquicardia Estimulação parassimpática (refeições) > bradicardia ¤ Contratilidade ou Inotropismo (Ino= fibra): O coração é um órgão contráctil. Em resposta a um potencial de ação, ocorre a contração. Quando comparamos o músculo cardíaco com o esquelético, verificamos que o potencial de ação da fibra cardíaca é bem mais lento (cerca de 200ms), tornando-o concomitante com a contração. Assim, não pode ocorrer a somação dos potenciais como no músculo esquelético. Animal – Mecanismos e Adaptações, 2002. Músculo Cardíaco Ao olharmos uma lâmina de músculo cardíaco no microscópio óptico, vemos que, assim como o músculo esquelético, o cardíaco também é estriado, pois os filamentos estão organizados em sarcômeros. Porém, em termos funcionais, as fibras cardíacas assemelham-se mais às lisas, pois também produzem potenciais marca - passo e são inervadas pelo sistema autônomo. Finalmente, o músculo cardíaco, possui algumas características que não são encontradas nos demais tipos de músculo: Discos intercalares e desmossomos: reforçam a união entre as células. Fibras ramificadas. A contração do músculo cardíaco será estudada em mais detalhes no capítulo do sistema cardiovascular. Ciclo Cardíaco A contratilidade cardíaca é rítmica e a contração dos átrios e dos ventrículos é seqüencial. Um ciclo completo de atividade é denominado ciclo cardíaco. Os termos sístole e diástole são utilizados em substituição à contração e relaxamento, respectivamente. Quando estudamos o ciclo cardíaco, este está dividido conforme o que está acontecendo nos ventrículos por ser a contração destes a força motriz que efetivamente bombeia o sangue para a circulação. Diástole Inicial: todas válvulas fechadas. Os ventrículos estão relaxados. Ë denominada fase de relaxamento isovolumétrico (iso= igual, volumétrico= volume). Diástole Média: as válvulas atrioventriculares se abrem. Começa a entrar sangue nos ventrículos. Diástole Final: os átrios contraem para terminar de encher os ventrículos. Sístole Inicial: as válvulas atrioventriculares fecham. Os ventrículos começam a contrair. Denominada fase de contração isovolumétrica. Sístole Final: quando a pressão nos ventrículos torna-se maior que nas artérias, as válvulas aórtica e pulmonar se abrem, iniciando a fase de ejeção ventricular. Figura.3: Ciclo cardíaco. Adaptada de Randall e cols., Fisiologia Animal – Mecanismos e Adaptações, 2002. Débito Cardíaco Definição: Volume de sangue ejetado de cada ventrículo, a cada minuto. É a quantidade de sangue que entra em cada circulação a cada minuto. O débito cardíaco do ventrículo esquerdo (circulação sistêmica) é igual do ventrículo direito (circulação pulmonar). Depende de dois fatores: Frequência Cardíaca (FC): número de batimentos por minuto; Débito Sistólico (DS): volume de sangue ejetado em cada contração ventricular: Valores normais: Adulto jovem: no repouso 5 a 6 L/min, em exercício (30 a 35L/min) Mulheres: 10% menor Em condições estáveis, 15% do DC vai para o cérebro, 25% para o sistema renal, 25% para o sistema gastrointestinal, 25% para o sistema músculo-esquelético, 5% para a pele e 5% para a rede coronária. Variações Fisiológicas: Aumentam: exercício, ansiedade, final de gravidez, refeição farta, elevação na temperatura. Diminuem: mudança de postura. Variações patológicas: Aumentam: febre, anemia, hipertireoidismo, avitaminose B1,... Diminuem: hipotireoidismo, hipotensão postural, miocardiopatias, arritmias cardíacas, insuficiência cardíaca,... Vasos Sangüíneos ¤ Artérias Função: levar sangue oxigenado do coração para os órgãos. Exceção: artérias pulmonares, pois transportam sangue venoso do coração para os pulmões. Características principais: tem uma parede espessa, com muito músculo liso e tecido elástico, apresentando grande resistência ao fluxo sangüíneo. Qualquer alteração no seu diâmetro interfere na pressão sangüínea, por isso são consideradas como reservatórios de pressão. ¤ Arteríolas Função: regulam a resistência ao fluxo sangüíneo nos diversos órgãos e sistemas do corpo. Características principais: proporcionalmente, as arteríolas possuem a maior camada de músculo liso em suas paredes e a sua contração pode alterar rapidamente o seu calibre, alterando o fluxo sangüíneo: Constricção: diminui o fluxo sangüíneo Dilatação: aumenta o fluxo sangüíneo A contração destes músculos pode ser afetada pelo sistema simpático, hormônios vasoativos e fatores locais. ¤ Capilares Função: trocas de substâncias (gases respiratórios, nutrientes, catabólitos, hormônios, íons,...) entre o sangue e as células. Características principais: Suas paredes são muito finas, não possuem músculo. O fluxo sangüíneo é controlado por esfíncteres pré-capilares no final das arteríolas. Seu diâmetro é muito pequeno, permitindo apenas a passagem de uma hemácea por vez. O sangue flui em velocidade lenta a fim de dar tempo para ocorrerem as trocas de materiais. Possuem poros e fenestras para a passagem das substâncias hidrossolúveis. As substâncias lipossolúveis atravessam pela membrana plasmática das células endoteliais. ¤ Vênulas Função: coletar o sangue que sai dos capilares. Características principais: proporcionalmente, seu lúmen é maior que o de uma arteríola, mas possuem menos músculo liso. Apesar disto, a sua contração também pode contribuir para a pressão na rede capilar. ¤ Veias Função: trazer o sangue de volta para o coração. Características principais: contém cerca de 60% do volume de sangue corporal, servindo como um reservatório de volume de sangue, pois podem acomodar grandes mudanças no volume sangüíneo sem alterar a pressão. As suas paredes são mais distensíveis que as das artérias porque não possuem tecido elástico. Leis da Circulação ¤ Lei da Pressão: “A pressão é máxima nas artérias (segmentos de maior resistência), cai bruscamente nos capilares e segue diminuindo gradativamente ao longo das veias até ser mínima nos átrios”. ¤ Lei da velocidade: “A velocidade é inversamente proporcional ao leito vascular: diminui quando se afasta do coração, é mínima nos capilares e aumenta nas veias”. ¤ Lei do Caudal: “Por qualquer secção transversal do sistema circulatório passa, em intervalos de tempo iguais, a mesma quantidade de sangue”. Isto é importante para permitir o equilíbrio hemodinâmico, evitando acúmulose faltas. Pressão Sangüínea Definição: é a pressão que o sangue exerce contra a parede dos vasos. Como a pressão nas veias é muito baixa (lei da pressão), é mais conhecida como “pressão arterial”. É a pressão efetiva que impulsiona o sangue ao longo de toda a circulação sistêmica. Depende de dois fatores: Débito Cardíaco (DC) Resistência Periférica (RP): pressão exercida pelas paredes dos vasos contra o fluxo sangüíneo. Vasoconstricção: diminui o FS, aumenta a RP, aumenta a PA; Vasodilatação: aumenta o FS, diminui a RP, diminui a PA. Porém, a pressão nas artérias não é constante, variando conforme a contração (sístole) ou relaxamento (diástole) do ventrículo esquerdo, apresentando seu valor máximo durante a sístole (pressão sistólica) e mínimo durante a diástole (pressão diastólica). Pressão de pulso: é a diferença entre as pressões sistólica e diastólica. Ppulso= PS – PD Pressão média: é a média das pressões durante um ciclo cardíaco. PAmédia= PD + (Ppulso/3) Figura 5.: Efeito da resistência periférica sobre a pressão sanguínea. Controle da Circulação Controle Nervoso É feito de forma reflexa, envolvendo a participação de receptores sensoriais, fibras nervosas aferentes e eferentes e centros controladores no S.N.C.: ¤ Receptores Baroreceptores Arteriais ( Localizados no arco da aorta e na bifurcação das car’tidas. Enviam impulsos nervosos quando ocorrem alterações na pressão arterial. Quimioreceptores Centrais (na área lateral do Bulbo encefálico) e Periféricos (no arco da aorta e na bifurcação das carótidas) ( reagem a variações nos níveis de CO2 e H+ no líquor e de O2 no sangue, respectivamente. Termoreceptores ( Localizados na pele. Enviam sinais para o centro da temperatura, no hipotálamo. ¤ Centro Cardiovascular > Bulbo Encefálico: comanda os reflexos dos baroreceptores e dos quimioreceptores. ¤ Hipotálamo > Termoregulação. ¤ Fibras Eferentes: Nervos Simpáticos Coração (receptor adrenérgico β1) ( Os nervos simpáticos fazem sinapses com o nodo sinoatrial, o nodo atrioventricular e com as fibras contrácteis dos ventrículos, aumentando a ritmicidade cardíaca (taquicardia) e a forca de contração. Vasos sanguíneos: Trato gastrointestinal ( constricção (receptores α1) Demais locais ( vasodilatação (receptores β2) Nervos Parassimpáticos Coração ( Os nervos parassimpáticos fazem sinapses com o nodo sinoatrial e o nodo atrioventricular, diminuindo a ritmicidade cardíaca (bradicardia). Vasos sanguíneos: não possuem inervação parassimpática. ¤ Efetores ( Coração e músculos dos vasos sanguíneos. ¤ Principais Reflexos Reflexo dos Baroreceptores Termoregulação no Frio Termoregulação no Calor Figura 6: Reflexo dos Baroreceptores. Controle Hormonal da Pressão Sangüínea ¤ Sistema Renina – Angiotensina – Aldosterona Quando a pressão arterial diminui, a pressão de perfusão renal também diminui. Isto estimula as células justaglomerulares renais, que secretam uma enzima chamada renina. Esta enzima entra na circulação e age sobre uma proteína sintetizada pelo fígado chamada Angiotensinogênio, tranformando - a em Angiotensina I. Esta, por sua vez, é convertida a Angiotensina II por uma enzima secretada pelos pulmões, a enzima conversora de angiotensina (ECA). A angiotensina II possui 2 efeitos principais: Estimula o córtex adrenal a secretar aldosterona. E esta aumenta a secreção renal de K+ e a reabsorção de Na+. O aumento na reabsorção de Na+ causa aumento na reabsorção de água. Em conseqüência, a volemia (volume de água no sangue) aumenta, promovendo elevação na pressão arterial; Tem ação vasoconstritora, o que também aumenta a pressão arterial. ¤ Peptídeo Natriurético Atrial (ANP) Quando a pressão arterial está elevada, os miócitos atriais secretam o ANP, que age sobre os rins causando natriurese: excreção de água e Na+. Devido à excreção de Na+, aumenta a excreção de água, diminuindo a volemia e, em conseqüência, a pressão arterial. SISTEMA RESPIRATÓRIO Anatomia : Vias de Condução (Nariz, Faringe, Laringe, Traquéia, Brônquios, Bronquíolos Primários e secundários. Zona Respiratória: Bronquíolos terciários (terminais, respiratórios), Sacos alveolares, Alvéolos Etapas da Respiração Respiração Mecânica / Ventilação/ Movimentos Respiratórios: Inspiração e Expiração: A contração dos músculos respiratórios cria diferenças de pressão que impulsionam o ar para dentro e para fora dos pulmões Respiração Externa/ 1ª Troca Gasosa: trocas gasosas entre os alvéolos e os capilares pulmonares: O2 vai do alvéolo para o capilar pulmonar enquanto o CO2 vai do capilar pulmonar para o alvéolo Respiração Interna/ 2ª Troca Gasosa: trocas gasosas entre os capilares periféricos e as células de todos os tecidos: O2 vai do capilar periférico para as células, enquanto o CO2 vai das células para os capilares periféricos Respiração Celular/ Glicólise / Respiração Aeróbia: Conjunto de reações bioquímicas realizadas pelas mitocôndrias em todas as células: Glicose + O2 >>> CO2 + H2O + 38ATP Funções das Vias Aéreas Além de conduzir o ar até a zona respiratória, são funções das vias aéreas: Filtração do ar Aquecimento do ar (ao longo de sua passagem pelos seios nasais). Umedecimento do ar: a produção de muco por glândulas mucosas, principalmente no nariz, diminui o atrito entre o ar e as paredes das vias de condução e, posteriormente, dos alvéolos. Olfação: na concha nasal superior encontra-se o epitélio olfativo, constituído de células quimioreceptoras ciliadas que identificam a presença de moléculas odoríferas. Estas células transmitem sinais que são interpretados como “cheiros” pelo córtex cerebral. Fonação (produção de som pela vibração das pregas vocais). Resistência ao fluxo de ar: A presença de músculo liso ao redor dos tubos causa sua contração ou distensão, o que aumenta (broncoconstricção) ou diminui (broncodilatação) a resistência a passagem de ar. Essas alterações são controladas por vias autônomas: a ativação simpática causa dilatação (receptores B2) e a parassimpática causa constricção. Ventilação ¤ Inspiração Normal: Contraem-se os músculos inspiratórios principais: intercostais externos (abrem a caixa torácica) e o diafragma (puxa a caixa torácica para baixo). A contração destes músculos torna a pressão pulmonar menor que a pressão atmosférica, o que gera a entrada do ar. ¤ Expiração Normal: É um movimento passivo porque não ocorre contração de músculos, apenas o relaxamento dos músculos inspiratórios, o que aumenta a pressão intrapulmonar, forçando a saída do ar. ¤ Inspiração Forçada: Além dos músculos inspiratórios principais, contraem-se os músculos inspiratórios acessórios: escalenos, denteado anterior e esternocleidomastóideos, que elevam a caixa torácica, aumentando ainda mais o seu comprimento. ¤ Expiração Forçada: Ocorre a contração dos músculos expiratórios: intercostais internos e os abdominais, aumentando ainda mais a pressão sobre os pulmões. ¤ Volumes e Capacidades Pulmonares O volume de ar movimentado durante a respiração pode variar conforme o nível de atividade da pessoa, sua estatura, idade, sexo e ao longo do dia. Os diferentes volumes pulmonares podem ser medidos através de um aparelho chamado Espirômetro. - Volumes Pulmonares Básicos: Volume Corrente (VC): volume de ar movimentado em uma respiração normal (± 500mL). Volume de Reserva Inspiratória (VRI): volume extra de ar movimentado durante uma inspiração forçada (±3100mL). Volume de Reserva Expiratória (VRE): volume extra de ar movimentado durante uma expiração forçada (±1200mL). Volume Residual (VR): volume de ar que permanece nos pulmões após uma expiração forçada (± 1200mL). - Capacidades Pulmonares: Capacidade Inspiratória: volume máximo de ar que a pessoa consegue inspirar. É calculada pela fórmula: CI= VC + VRI= 3800mL Capacidade Residual Funcional: volume de ar que permanece nos pulmões após uma expiração normal. É calculada pela fórmula: CRF= VR + VRE = 2400mL Capacidade Vital: volume máximo de ar que uma pessoa consegue mover durante uma inspiraçãoe uma expiração forçada. É calculada pela fórmula: CV= VR + VRI + VRE= 4800mL Capacidade Pulmonar Total: volume máximo de ar dentro dos pulmões. É calculada pela fórmula: CPT= VC + VR + VRI + VRE= 8000mL - Outros Volumes Funcionais: Volume do espaço morto anatômico: é o volume de ar efetivamente encontrado na zona condutora (±150mL). Volume de ar que realmente chega na zona respiratória (VCr): VCr = VC – 150mL= 350mL; ou 70% do VC Volume Minuto: volume corrente multiplicado pela freqüência respiratória: VM= VC x FR (movimentos respiratórios/ minuto) VM= 500 x 12 = 6000mL Trocas Gasosas De acordo com suas características físicas, os gases sempre se deslocam passivamente (difusão simples) conforme seu gradiente de pressão, ou seja, do local de maior para o local de menor pressão. Pressões parciais dos gases respiratórios ao longo da circulação: Sangue arterial: pO2 = 100mmHg e pCO2 = 40mmHg Sangue venoso: pO2 = 40mmHg e pCO2 = 45mmHg Figura 1.: Difusão dos Gases ao longo do organismo. Adaptado de Tortora, G. O Corpo Humano: Fundamentos de Anatomia e Fisiologia. Ed. Artmed, 2000. Transporte de Gases no Sangue ¤ Transporte de CO2: O CO2 pode ser transportado de três formas: 7%: CO2 livre no plasma; 23%: nas hemáceas, associado à hemoglobina > Carbaminohemoglobina; 70%: HCO3- no plasma > Tampão plasmático: Dentro da hemácea: CO2 + H2O H2CO3 HCO3- + H+ Enzima Anidrase Carbônica Elevação na pCO2 plasmático (Hipercapnia) > aumentam os níveis de H+ > Acidose respiratória Redução na pCO2 plasmático (Hipocapnia) > reduzem os níveis de H+ > Alcalose respiratória ¤ Transporte de O2 O O2 poderá ser transportado de duas formas: - 2%: O2 livre no plasma - 98%: ligado à hemoglobina > Oxihemoglobina A curva de saturação hemoglobina – O2 (HbO2) descreve a alteração na afinidade da Hb pelo O2 ao longo da circulação. A afinidade entre a hemoglobina e o O2 depende de vários fatores, principalmente o pH; a temperatura e a pCO2. Alterações nestes parâmetros poderão causar desvios na curva: Quando a curva desloca para a direita, a afinidade entre a hemoglobina e o O2 diminui, sendo liberado mais O2 para os tecidos; Quando a curva desloca para a esquerda, a afinidade entre a hemoglobina e o O2 aumenta, sendo liberado menos O2 para os tecidos. Figura 2: Alterações na curva de dissociação HbO2. Adaptada de Costanzo, L. Fisiologia, Ed. Elsevier, 2004. Controle da Respiração O controle nervoso da respiração é feito de forma reflexa, envolvendo a participação de receptores sensoriais, fibras nervosas aferentes e eferentes e centros controladores no S.N.C.: ¤ Receptores - Quimioreceptores Centrais (na área lateral do Bulbo encefálico) > reagem a variações nos níveis de CO2 e H+ no líquor. - Quimioreceptores periféricos (no arco da aorta e na bifurcação das carótidas) > reagem a variações na pressão de O2 plasmática. - Receptores Pulmonares: de Estiramento > são estimulados pelo estiramento pulmonar; de Substâncias Irritantes > são estimulantes pela presença de partículas estranhas nos pulmões; Receptores J (Justacapilares) > envolvidos nas reações alérgicas e inflamatórias. - Receptores Musculares e Articulares > responsáveis pelas alterações respiratórias durante o exercício; - Baroreceptores Arteriais > responsáveis pelas alterações respiratórias devidas a alterações na pressão arterial. ¤ Centro Respiratório - Centro Inspiratório: É o principal, é considerado o marca-passo da respiração. Seus neurônios possuem atividade intrínseca rítmica, gerando sinais estimulatórios para a musculatura inspiratória (diafragma e intercostais externos). - Centro Expiratório: Entra em ação em uma expiração forçada, produzindo potenciais de ação que estimulam a contração dos músculos expiratórios (intercostais internos e abdominais). - Centro Pneumotáxico: Diminui a ritmicidade do centro inspiratório, encurtando a inspiração. - Centro Apnêustico: Aumenta a ritmicidade do centro inspiratório, prolongando a inspiração. ¤ Córtex ( Controle consciente da respiração. ¤ Hipotálamo e Sistema Límbico ( Influência Emocional sobre a respiração. ¤ Efetores ( Músculos Respiratórios Efeito do CO2 Sobre a Respiração: Em condições normais, o principal controlador da ventilação é a PCO2 no sangue arterial: Os principais receptores envolvidos são os quimioreceptores centrais. A capacidade ventilatória em resposta ao CO2 pode ser afetada por fatores como o sono, idade, genéticos, raciais e individuais. Atletas e mergulhadores possuem menor sensibilidade ao CO2. Figura 3.: Reflexo dos Quimioreceptores Centrais Efeito do O2: Sempre que diminui O2,, ocorre hiperventilação. A sensibilidade ao O2 varia individualmente. No dia a dia seu efeito é mínimo, mas quando se viaja para altas altitudes (hipóxia) a ventilação aumenta gradualmente. Este efeito é mediado pelos quimioreceptores periféricos. Figura 4: Reflexo dos Quimioreceptores Periféricos. Figura 8.9: Reflexo dos Baroreceptores e Respiração. DC = FC x DS= (no de batimentos / min) x (litros) ( 5L/min PA= DC x RP ou PA= FC x DS x RP
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