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Monitoria de Fisiologia - Famed UFC Sobral 1 UNIVERSIDADE FEDERAL DO CEARÁ FACULDADE DE MEDICINA DE SOBRAL Monitores(as): Thays Araújo Freire Thayná Araújo Freire Professor: Ronaldo Graça F I S I O L O G I A S i s t e m a C a r d i o v a s c u l a r Sobral, Ceará 2015 O CORAÇÃO COMO BOMBA O coração é formado por duas bombas separadas: o coração direito, que bombeia sangue para os pulmões, fornecendo o sangue que vai participar das trocas gasosas, e o coração esquerdo, que bombeia sangue para os órgãos periféricos. Cada um desses corações é composto por duas bombas distintas, os átrios (que são bombas de escorva para os ventrículos) e os ventrículos ( que fornecem a força principal). Figura 1. Circulação Pulmonar e Circulação Sistêmica. Fisiologia do Músculo Cardíaco O coração é composto de dois tipos de músculo: o miocárdio, a parte contrátil, e as fibras de tecido nervoso especializadas, a parte autoexcitável. Excitabilidade Automatismo Contratibilidade Condutibilidade Miocárdio Sim Não Sim Sim Fibras nervosas Sim Sim Não Sim Monitoria de Fisiologia - Famed UFC Sobral 2 O miocárdio funciona como um sincício, cujas células estão conectadas pelos discos intercalares, e suas junções comunicantes (GAP junctions) permitem a difusão dos íons, propagando o potencial de ação rapidamente pelo músculo. O sincício atrial é separado do sincício ventricular por tecido fibroso, que não conduz potenciais de ação. O impulso nervoso precisa, então, passar pelos feixes de condução atrioventriculares para chegar aos ventrículos, o que dispara a contração atrial antes da contração ventricular. O ciclo cardíaco O conjunto de eventos que ocorre entre o início de um batimento e o início do próximo é chamado de ciclo cardíaco. Cada ciclo é iniciado pela geração espontânea de um potencial de ação no nodo sinusal, que está na parede lateral superior do átrio direito, próximo à abertura da veia cava superior (VCS). O potencial se difunde rapidamente por ambos os átrios e através do feixe atrioventricular (A-V) para os ventrículos, com retardo de 0,1 segundo. Esse retardo permite que os átrios bombeiem sangue para os ventrículos antes destes se contraírem. Entretanto, a contração dos átrios bombeia apenas 20% de sangue para os ventrículos, enquanto 80% flui diretamente mesmo antes da contração atrial. Por isso, os átrios são chamados de bombas de escorva, melhorando a eficácia do bombeamento ventricular em no máximo 20%. Fases do ciclo cardíaco Durante as fases do ciclo, é a diferença de pressão entre as câmaras cardíacas que promove o movimento do sangue, uma vez que as valvas tricúspide, bicúspide e semilunares abrem e fecham passivamente. Isto é, elas se fecham quando um gradiente de pressão retrógrada forçam o sangue de volta, e se abrem quando um gradiente de pressão anterógrada leva o sangue adiante. Os músculos papilares contraem-se juntamente com as paredes dos ventrículos, mas ao contrário do seria esperado não ajudam as valvas a se fechar. Em vez disso, eles puxam as extremidades das valvas em direção aos ventrículos, para evitar que elas sejam muito abauladas para trás, em direção aos átrios, durante a contração ventricular. 1. Contração ventricular isovolumétrica Pintraventricular > Pintra-atrial Fechamento das valvas A-V, ainda sem abertura das valvas semilunares; Pintraventricular aumentando até atingir a Paórtica ou a Paa. pulmonares. 2. Período de ejeção Pintraventricular > Psemilunar Abertura das valvas semilunares; Volume e Pintraventricular diminuem, até a Pintraventricular tornar-se menor do que Paórtica ou a Paa. pulmonares; Fechamento das valvas semilunares. 3. Relaxamento ventricular isovolumétrico Valvas A-V e semilunares fechadas; Pintraventricular caindo até se aproximar da Pintra-atrial; 4. Período de enchimento ventricular rápido A Pintra-atrial está levemente maior que a Pintraventricular, promovendo a abertura das valvas A-V; O sangue flui rapidamente para os ventrículos; Valvas semilunares fechadas. 5. Período de enchimento ventricular lento (diastase) Pequena quantidade de sangue flui lentamente para o ventrículo diretamente das veias; O volume ventricular aumenta lentamente com pouco aumento da pressão; Valvas semilunares continuam fechadas. 6. Contração atrial A contração bombeia 20% de sangue; Valvas A-V abertas e semilunares fechadas. Obs.: Pré-carga: é medida como o volume diastólico final , ou seja, é a quantidade de sangue que enche o ventrículo, assim quanto maior o enchimento, maior será a quantidade de sangue ejetado e a pré-carga será aumentada. Monitoria de Fisiologia - Famed UFC Sobral 3 O diagrama volume-pressão do ciclo cardíaco para o ventrículo esquerdo é dividido em 4 fases: fase 1 - período do enchimento (d): a pressão ventricular esquerda cai abaixo da do átrio esquerdo, a válvula mitral se abre e o átrio se esvazia para dentro do ventrículo. Fase II - período de contração isovolumétrica: após o fechamento da válvula mitral, a contração isovolumétrica (a) continua até que a pressão ventricular ultrapasse a pós-carga (e). Fase III - período de ejeção (b): após a abertura da válvula aórtica, a pressão primeiro sobe e depois cai durante a ejeção. Fase IV - período de relaxamento (c): as válvulas aórticas fecham depois do período de ejeção e a pressão ventricular cai abaixo da pressão diastólica. O relaxamento começa sob condições isovolumétricas. Mecanismo de Frank-Starling – Regulação intrínseca do bombeamento É o retorno venoso, ou seja, o volume de sangue que chega ao átrio direito pelas veias, que determina a maior parte da quantidade de sangue bombeada para circulação sistêmica. Assim, vale destacar que o coração é capaz de se adaptar a volumes crescentes de afluxo sanguíneo, o que caracteriza o mecanismo de Frank- Starling. Quanto mais o miocárdio for distendido durante o enchimento, maior será a força da contração e maior será a quantidade de sangue bombeada para a aorta, fazendo com que, dentro de limites fisiológicos, o coração bombeie todo o sangue que a ele retorna pelas veias. EXCITABILIDADE CARDÍACA O tecido condutor especializado do coração é composto por: - nodo sinusal (ou nodo sinoatrial), no qual o impulso rítmico normal é gerado; - vias internodais, que conduzem o impulso até o nodo atrioventricular; - nodo A-V, no qual o impulso é retardo antes de passar para os ventrículos; - feixe A-V, que conduz o impulso para os ventrículos; - feixe de His e ramos direito e esquerdo das fibras de Purkinje, que distribuem o impulso pelas câmaras ventriculares. O miocárdio apresenta 3 tipos de canais iônicos nas suas membranas, que deflagram as variações das voltagens do potencial de ação: - Canais rápidos de Na+ : responsáveis pelo rápido aumento de potencial de ação. - Canais lentos de Na+/Ca2+: responsáveis pelo “platô”. - Canais de K+ : responsáveis pela despolarização e retorno do potencial de repouso da membrana. Figura 2. Ciclo cardíaco Pós-carga: deve ser entendidacomo sendo a dificuldade enfrentada pelo ventrículo, durante o processo de ejeção. Quanto maior a pressão arterial, maior é a pós-carga, ou seja, mais difícil é a ejeção. Na verdade, o fator que mais interfere na pós-carga é a resistência vascular periférica, porém como não se pode medir a resistência vascular periférica, utiliza-se, como parâmetro para avaliar a resistência oferecida à pós-carga, a pressão arterial. Obs.: As fibras vagais estão dispersas, em grande parte, pelos átrios e muito pouco nos ventrículos, onde realmente ocorre a geração da força de contração. Isso explica o fato de a estimulação parassimpática reduzir principalmente a frequência (cronotropismo) e não diminuir de modo acentuado a força de contração (inotropismo). Figura 3. Potencial de ação do miocárdio Figura 3. Pré-carga aumentada (à esquerda) e pós-carga aumentada (à direita) Monitoria de Fisiologia - Famed UFC Sobral 4 Obs.: Arritmias são ritmos cardíacos anormais provocados por alterações elétricas. A taquicardia é a frequência cardíaca aumentada, definida no adulto como acima de 100 batimentos por minuto (bpm), geralmente por aumento da temperatura corporal, estimulação simpática e cardiopatias. Já a bradicardia significa a frequência cardíaca diminuída, em geral definida como menos de 60 bpm, e é comum em atletas ou devido à estimulação vagal. O nodo sinusal está na parede póstero-lateral, próximo à abertura da VCS e tem capacidade de autoexcitação, que é determinada pelo vazamento inerente de íons Na+ e Ca2+ nessas fibras. Em certas condições anormais, outras partes do coração, que não o nodo sinusal, apresentam excitação intrínseca rítmica, especialmente as fibras do nodo A-V e as de Purkinje, o que é referido como marcapasso ectópico. ELETROCARDIOGRAMA NORMAL Quando o impulso passa através do coração, uma corrente elétrica também se propaga do coração para os tecidos adjacentes que o circundam e pequena parte da corrente se propaga até a superfície corporal. Se eletrodos forem colocados sobre a pele, em lados opostos do coração, será possível registrar os potenciais elétricos gerados por essa corrente, que é o princípio do eletrocardiograma. Esse registro é formado por ondas de despolarização e por ondas de repolarização. A primeira onda corresponde a onda P, e esta representa a despolarização atrial. A primeira metade dessa onda representa a contração do átrio direito e a segunda, do átrio esquerdo. A repolarização atrial não é representada no ECG, porque acontece no momento da inscrição do complexo QRS, sendo encoberta por ele. O intervalo P-R é medido desde o início da onda P até o incício do complexo QRS e representa o tempo que o impulso elétrico gasta para, após sair dos limites do nó sinusal, viajar pela musculatura atrial, atingir e ultrapassar a junção A-V, o feixe de His e as fibras de Purkinje, até alcançar o miocárdio ventricular. O complexo QRS representa a despolarização ventricular. Alterações morfológicas dos QRS permitem identificar as hipertrofias ventriculares e os bloqueios de ramos. A onda T representa a repolarização ventricular. O intervalo Q-T é medido desde o início do complexo QRS até o final da onda T e representa a medida aproximada da despolarização e repolarização ventricular. Obs.: O platô é o período de breve equilíbrio entre o influxo de cálcio e o efluxo de potássio, o que cria o chamado PERÍODO REFRATÁRIO, durante o qual não pode haver outro potencial. O período refratário longo no músculo cardíaco garante tempo suficiente para o relaxamento (e enchimento) em cada contração cardíaca. 1 – Vazamento de Na + e K + 2 – Abertura dos canais de Ca 2+ 3 – Abertura dos canais de K + Figura 5. Traçado de ECG normal. 0 – Canais rápidos de Na + abrem 1 – Canais rápidos de Na + fecham 2 – Canais lentos Na + /Ca 2+ se abrem e canais de K + fecham-se rapidamente 3 – Canais lentos de Na + /Ca 2+ se fecham e canais de K + abrem-se lentamente 4 – Potencial de repouso Figura 5. Potencial de ação do nodo sinusal. 2 1 3 Figura 4. Potencial de ação no miocárdio. Monitoria de Fisiologia - Famed UFC Sobral 5 PA = DC x RVP CIRCULAÇÃO A função do sistema circulatório é suprir as necessidades dos tecidos corporais, transportar nutrientes e hormônios, remover produtos do metabolismo e manter a homeostase dos líquidos corporais. As necessidades dos tecidos controlam a intensidade do fluxo sanguíneo, que é gerado pelo débito cardíaco e pela pressão arterial a partir do coração e da circulação. A pressão sanguínea representa a força exercida pelo sangue contra qualquer unidade de área da parede vascular e pode ser calculada pela fórmula: Onde DC é o debito cardíaco, definido como a quantidade de sangue bombeado pelo coração, a cada minuto, para a A. aorta, sendo, portanto, a quantidade de sangue que flui pela circulação sistêmica. E RVP é a resistência vascular periférica, que é o impedimento ao fluxo sanguíneo no vaso, o que depende das características dos vasos, principalmente dos vasos arteriais. Além disso, RVP depende da viscosidade do sangue, do comprimento do vaso e do raio elevado à quarta potência. Vale destacar que artérias, arteríolas, capilares, vênulas e veias estão dispostos em série, por isso o fluxo é o mesmo e a resistência total ao fluxo sanguíneo é a soma das resistências de cada vaso. Esses vasos ramificam-se para formar circuitos paralelos que irrigam os órgãos e tecidos do corpo. Essa disposição em paralelo é importante porque permite que cada tecido regule seu fluxo próprio de modo independente dos outros tecidos, possibilitando o recrutamento de sangue em situações de emergência. Cérebro Coronárias Renais Aorta V. Cava TGI Mm. Esqueléticos Pele O fluxo sanguíneo por esses vasos pode ser definido como laminar. Quando o sangue flui de forma estável por um vaso longo e uniforme, ele se organiza em linhas de corrente, com camadas de sangue equidistantes da parede do vaso e a porção mais central do sangue permanece no centro do vaso. Função dos sistemas arterial e venoso Todos os vasos sanguíneos são distensíveis, isto é, quando a pressão aumenta, eles são capazes de se dilatar e, como consequência, diminuir sua resistência. As veias são os vasos mais distensíveis e por isso têm função de reservatório para o armazenamento de grande quantidade de sangue extra, que possa ser utilizado, quando for necessário, em qualquer parte da circulação. Outra característica dos vasos é a complacência. Complacência é uma grandeza empregada para expressar a razão entre a variação do volume e a variação de pressão, e complacência vascular pode ser definida como a quantidade total de sangue que pode ser armazenada em uma determinada região da Figura 6. ECG normal. Figura 7. Resistência em paralelo dos vasos sanguíneos. Monitoria de Fisiologia - Famed UFC Sobral 6 Obs.: Veias varicosas: Se as válvulas do sistema venoso se tornam incompetentes, o sangue, que deveria passar das veias superficiais para as veias profundas e então participar do retornor venoso, fica estagnado nas veias superficiais e elas se tornam distendidas e protrusas por causa da alta pressão. circulação para cada milímetro de mercúrio de aumento da pressão.Se os vasos não fossem distensíveis e complacentes, só existiria fluxo sanguíneo durante a sístole. Contudo, essa característica dos vasos permite que o fluxo sanguíneo tecidual seja essencialmente contínuo, com pulsações muito pequenas. Além de funcionarem como reservatório sanguíneo, as veias perfiéricas também podem funcionar como uma bomba venosa, impulsionando sangue de volta ao coração (retorno venoso) e regulando o débito cardíaco. Cada vez que as pernas são movimentadas, a contração muscular comprime as veias. Como as válvulas estão dispostas em um único sentido, o sangue é direcionado de volta ao coração. Microcirculação É a mudança no diâmetro das arteríolas que controla o fluxo sanguíneo para as regiões teciduais. Há uma contração intermitente das metaríolas e dos esfíncteres pré-capilares que determinam o fenômeno de vasomotilidade, o qual depende principalmente da concentração de oxigênio. A transferência de substâncias entre o plasma e o líquido intersticial ocorre principalmente por difusão, devido à diferença de concentração dessas substâncias entre o sangue e os tecidos. Já o movimento de líquido é determinado por pressões osmóticas hidrostáticas e coloidais (Forças de Starling). São elas: a) Pressão hidrostática capilar = tende a forçar o líquido para fora do capilar “empurra”; b) Pressão hidrostática do líquido intersticial = tende a forçar o líquido para dentro do capilar se for positiva e para fora se for negativa; c) Pressão coloidosmótica capilar = determinada pela concentração proteica, tende a provocar osmose do líquido para dentro do capilar “puxa”; d) Pressão coloidosmótica intersticial = determinada pela concentração proteica, tende a provocar osmose do líquido para fora do capilar. É o somatório dessas forças que determina se ocorrerá fitração de líquido pelos capilares ou absorção. Controle da pressão arterial A pressão pode ser regulada por mecanismos divididos em três grupos, de acordo com o tempo de resposta: a) Controle rápido; b) Controle intermediário; c) Controle a longo prazo. Os principais mecanismos estão descritos a seguir. 1. Controle rápido da PA 1.1 Controle nervoso O controle nervoso da PA é feito quase inteiramente por meio do sistema nervoso autônomo, principalmente pelo seu componente simpático. Isso porque, todos os vasos, exceto capilares, esfíncteres pré-capilares e metaríolas, são inervados por fibras simpáticas. Já o sistema parassimpático desempenha apenas um papel secundário na regulação da circulação, com efeito mais importante no controle da frequência cardíaca pelas fibras vagais. Assim, as principais ações autônomas são vasoconstritoras e cardioaceleradoras e são estimuladas simultaneamente para causar rápidos aumentos da PA. Ao mesmo tempo, ocorre inibição recíproca de sinais inibitórios vagais para o coração, para produzir, a um só tempo, três alterações: Constrição das artíolas sistêmicas ( RVP); Constrição venosa ( retorno venoso); Cronotropismo e inotropismo positivos. 1.2 Reflexo barorreceptor Barorreceptores são receptores de estiramento, localizados em pontos específicos das paredes de grandes artérias (na a. carótida interna, pouco acima da bifurcação carotídea, em uma área chamada seio carotídeo, e na parede do arco aórtico). Eles detectam aumento da PA, sendo mais sensíveias a variações bruscas de pressão, e transmitem sinais para o SNC, que responde estimulando centros vagais e inibindo a estimulação simpática. Monitoria de Fisiologia - Famed UFC Sobral 7 Obs.: Reflexo de Bainbrigde Reflexo nervoso que causa aumento adicional da frenquência cardíaca quando há estiramento atrial. 1.3 Reflexo quimiorreceptor Quimiorreceptores são células sensíveis à falta de oxigênio e ao excesso de dióxido de carbono e de íons hidrogênio. Estão localizados em corpos carotídeos, localizados na bifurcação de cada artéria carótida comum e adjacentes à aorta. Assim como os barorreceptores também excitam fibras nervosas, mas passam a ser importantes apenas em pressões mais baixas, para evitar maiores quedas da PA. 1.4 Reflexos Atriais O estiramento dos átrios provoca três efeitos, com o fim de diminuir a PA: a) Dilatação reflexa significativa das arteríolas renais, aumentando a filtração glomerular; b) Transmissão de sinais para o hipotálamo, diminuindo a secreção de ADH (vasopressina ou hormônio antidiurético). c) Liberação PNA (peptídeo natriurético atrial), que age principalmente nos rins, suprimindo liberação de renina e aldosterona. Controle Intermediário da PA Sistema Renina-Angiotensina-Aldosterona (SRAA) A renina é uma enzima liberadas pelas células justaglomerulares dos rins quando a PA cai a níveis muito baixos. O SRAA precisa de aproximadamente 20 minutos para ser ativado. Quando ativado, a renina age enzimaticamente sobre uma proteína plasmática, o angiotensinogênio, liberando um peptídeo chamado angiotensina I, que tem apenas ligeira propriedade vasocontritora. Segundos após a formação de angiotensina I, esta é convertida em angiotensina II, esta sim uma potente vasoconstritora que persiste no sangue por apenas um ou dois minutos. A angiotensina II tem dois efeitos principais: Vasoconstrição intensa ( RVP nas arteríolas e retorno venoso); Diminuição da excreção de água e sal pelos rins (seja de forma direta, seja por estimular a liberação de aldosterona, cuja função é elevar a reabsorção de sódio, promovendo retenção de água). Controle a longo prazo da PA Mecanismo Rins-Líquidos Corporais A regulação da PA a longo prazo está intimamente relacionada à homeostasia do volume dos líquidos corporais, determinada pelo balanço entre a ingestão e a eliminação de líquidos. Figura 8. Sistema Renina-Angiotensina-Aldosterona Monitoria de Fisiologia - Famed UFC Sobral 8 EXERCÍCIO Comando Central Respostas locais SNA Simpático Metabólitos vasodilatadores Contratilidade FC e DC Constrição das arteríolas Constrição das veias Dilatação das arteríolas do M. esquelético Aumento do fluxo sanguíneo para os músculos em movimento O sistema rim-líquidos corporais atua de modo simples: quando há aumento de líquido extracelular, a PA e o volume sanguíneo se elevam e isso excerce efeito direto sobre os rins, que atuam promovendo a eliminação do excesso de líquido extracelular a fim de normalizar a PA. O contrário também é verdadeiro. Uma característica especial desse sistema é a sua atuação segundo o príncipio da “resposta por feedback infinito”. Isso significa que, se a PA se elevar, o corpo passa a perder líquido, a fim de que o volume sanguíneo e a PA diminuam. Esse balanço negativo de líquido não cessa até que a PA caia e atinja precisamente um ponto de equilíbrio. Assim, se a PA cair abaixo desse ponto, a retenção de água e sal passa a ser maior que o débito e o volume de líquido corporal aumenta junto com o volume sanguíneo, fazendo com que a PA se eleve até precisamente esse ponto de equilíbrio. É esse retorno sempre exatamente ao ponto de equilíbrio que define o princípio da resposta por feedback infinito. Outra característica interessante de observar é que alterações da resistência periférica total não afetam o nível da PA a longo prazo se a função renal não for alterada. O que explica esse fato é que o aumento da resistência nos vasossanguíneos em qualquer parte do corpo, exceto nos rins, não é capaz de alterar o ponto de equilíbrio do controle da pressão, que é ditada apenas pelos vasos renais. Assim, no caso de PA elevada, os rins respondem a esse aumento provocando diurese e natriurese de pressão. ALTERAÇÕES NO EXERCÍCIO O exercício físico provoca uma série de respostas fisiológicas nos sistemas corporais e, em especial, no sistema cardiovascular. Os efeitos fisiológicos do exercício físico podem ser classificados em agudos imediatos, agudos tardios e crônicos. Os efeitos agudos são os que acontecem em associação direta com a sessão de exercício; os efeitos agudos imediatos são os que ocorrem nos períodos peri e pós-imediato do exercício físico, como elevação da frequência cardíaca, da ventilação pulmonar e sudorese; já os efeitos agudos tardios acontecem ao longo das primeiras 24 ou 72 horas que se seguem a uma sessão de exercício e podem ser identificados na discreta redução dos níveis tensionais, especialmente nos hipertensos, na expansão do volume plasmático, na melhora da função endotelial e na potencialização da ação e aumento da sensibilidade insulínica na musculatura esquelética. Por último, os efeitos crônicos, que levam a adaptações, resultam da exposição frequente e regular às sessões de exercícios e representam aspectos morfofuncionais que diferenciam um indivíduo fisicamente treinado de outro sedentário, tendo como exemplos típicos a bradicardia relativa de repouso, a hipertrofia muscular, a hipertrofia ventricular esquerda fisiológica e o aumento do consumo máximo de oxigênio. O exercício também é capaz de promover a angiogênese, aumentando o fluxo sanguíneo para os músculos esqueléticos e para o músculo cardíaco. Bibliografia Guyton A. C.; Hall J. E. Tratado de Fisiologia Médica. 12ª Ed. 2011. Elsevier. Costanzo, L. S. Fisiologia. 4ª Ed. 2010. Elsevier. Figura 9. Alterações durante o exercício.
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