organização morfofuncional do sistema cardiovascular

Sistema Cardiovascular
Organização Morfofuncional
ORGANIZAÇÃO MORFOFUNCIONAL DO SISTEMA
CARDIOVASCULAR
Introdução
Cada seguimento do sistema circulatório tem uma estrutura histológica própria, e seu
papel no processo geral da circulação é diferente.
Termos tais como meio interno, dinâmica e gradiente são fundamentais em Fisiologia.
Se existe gradiente existe fluxo, ou seja, comunicação entre dois ambientes.
Existem fluxos macroscópicos e microscópicos. Os fluxos macroscópicos estão
relacionados ao conceito de volume. Ao se tratar de fluxos tais como o fluxo do ar, a
grandeza relacionada é o gradiente de pressão entre dois meios. Como exemplo, só poderá
ocorrer a inspiração quando houver gradiente, ou seja, quando a pressão interna dos pulmões
for menor que a pressão externa do ambiente.
Microscopicamente, não se tem fluxo de massas, mas fluxo de moléculas. O fluxo
de moléculas pode ser promovido pelos gradientes químico e elétrico. Uma molécula no
estado gasoso tem como gradiente associado a pressão parcial, que mede o grau de atividade
de um determinado gás.
Num organismo unicelular, para que haja fluxo de oxigênio para dentro da célula é
necessário que este seja consumido. Com o consumo, há a diminuição da pressão parcial do
oxigênio no interior da célula, fato que irá promover um fluxo de entrada, caso a pressão
parcial deste gás no meio externo, seja maior.
Para eliminar gás carbônico, o processo é o mesmo, ou seja, com a queima do
oxigênio, tem-se como resultado a produção de gás carbônico, que passa então a ter uma
pressão parcial maior no interior da célula, fato que gera um fluxo de saída do gás, caso, no
ambiente externo, a pressão seja menor que no meio interno.
O papel do sistema respiratório
Um dos papéis fundamentais do sistema respiratório é colocar o sangue em amplo
contato com o meio externo. A área de contato no meio interno com o meio externo se dá a
partir da superfície alvéolo capilar. Um homem de 70 kg tem cerca de 70 m² de área de
contato pulmonar, fato, por exemplo, explorado pelos procedimentos de anestesia inalatória,
1
Sistema Cardiovascular
Organização Morfofuncional
pois há uma vasta área de contato entre o anestésico e o sangue, o que proporciona uma
anestesia rápida e eficiente. Da mesma forma, para se retirar o paciente deste estado de
anestesia respiratória, basta interromper a inalação, que este volta rapidamente ao estado
normal.
O sistema circulatório promovendo a integração de sistemas
O sistema circulatório tem um importante papel na integração dos demais
sistemas e na comunicação das células com o meio externo. O sistema respiratório capta
oxigênio para a respiração celular, em associação com o sistema digestivo, que atua na
captação de nutrientes que são conduzidos às células. Ele serve ao sistema excretor como via
de condução dos resíduos metabólicos, dentre uma série de outras funções, evidenciando a
sua capacidade de comunicação e integração dos demais sistemas no organismo.
Antes de se discutir os detalhes do funcionamento do sistema circulatório, é importante
compreender a função de cada uma de suas partes.
As artérias têm como função transportar o sangue para os tecidos, sob alta
pressão. É por esta razão que as paredes das artérias apresentam grande resistência e
elasticidade.
As arteríolas atuam como válvulas controladoras, através das quais o sangue é
liberado para os capilares sanguíneos. Elas apresentam uma parede muscular que permite
fechar completamente o seu diâmetro ou dilatá-lo várias vezes, tendo por isso a possibilidade
de regular o fluxo sanguíneo para as áreas por elas irrigadas.
A função dos capilares é a realização das trocas de líquidos, gases, nutrientes,
excretas, eletrólitos, e todas as demais substâncias presentes no plasma e no líquido
intersticial. As paredes dos capilares são extremamente delgadas e providas de poros
permeáveis à água e outras pequenas substâncias moleculares.
As vênulas coletam o sangue dos capilares, encaminhando-o para veias de
calibres maiores.
As veias atuam como conduto para o transporte de sangue de volta ao coração,
atuando também como um importante reservatório de sangue.
Volume de sangue nas diferentes partes da circulação
Veias
64%
2
Sistema Cardiovascular
Organização Morfofuncional
Artérias
13%
Arteríolas e capilares sistêmicos
7%
Coração
7%
Vasos pulmonares
9%
Um sistema fisiologicamente fechado
O sistema circulatório é um sistema fechado, do ponto de vista fisiológico, ou seja,
o seu conteúdo não aumenta ou diminui de forma livre. Num sistema fechado, quando
ocorre alguma perturbação em algum ponto deste sistema, esta perturbação repercute por toda
a sua extensão. Sendo assim, caso ocorra um aumento de pressão dentro deste sistema, este
aumento será sentido em todos os pontos do mesmo.
A organização serial e paralela do sistema circulatório
O sistema circulatório conta com sistemas em série e sistemas em paralelo. A
característica básica dos sistemas em série é a continuidade dos processos, fato evidenciado,
por exemplo, na relação entre a circulação sistêmica e a circulação pulmonar. Caso um
indivíduo desenvolva um trombo em uma veia do membro inferior, por exemplo, e este
trombo venha a se desprender formando um êmbolo, ele jamais poderá afetar o cérebro, pois
ele, obrigatoriamente, terá que passar antes pela circulação pulmonar, onde será retido pela
capilarização deste órgão, podendo causar uma embolia pulmonar. Numa embolia, pode
ocorrer a necrose ou infarto do órgão afetado, uma vez que pode ocorrer uma interrupção do
fluxo sanguíneo.
Quando um indivíduo apresenta uma fibrilação no átrio esquerdo, que se caracteriza
por uma desorganização elétrica e mecânica da musculatura dos átrios, os átrios não realizam
suas funções de contração rítmica. Com a fibrilação, pode ocorrer uma relativa parada da
circulação em determinadas áreas deste átrio, permitindo a formação de trombos. Caso este
trombo se desprenda, formando então, um êmbolo, o indivíduo corre o risco de desenvolver
uma embolia em algum órgão da circulação sistêmica, porém, neste caso, nunca no pulmão,
devido às circulações sistêmica e pulmonar estarem em série.
O sistema porta tem como característica ser uma circulação que irriga um órgão, após
uma capilarização. É o que ocorre na capilarização da circulação entérica, onde tudo o que é
recolhido pelo trato gastrintestinal é antes processado pelo fígado, numa circulação em série.
3
Sistema Cardiovascular
Organização Morfofuncional
O débito cardíaco
• O conceito de débito cardíaco
• O conceito de velocidade do fluxo
• O controle do fluxo sanguíneo
O conceito de débito cardíaco
O conceito de débito refere-se à quantidade de sangue ejetado pelos ventrículos
por unidade de tempo. O conceito de débito cardíaco não é o mesmo que volemia. Entendese por volemia o volume de sangue circulante. O débito cardíaco não é uma medida de
volume, mas sim uma medida de fluxo em relação ao tempo medido em minutos.
Considerando que o sistema circulatório é um sistema fechado, o débito cardíaco do
lado esquerdo do coração não pode ser diferente do lado direito.
O conceito de velocidade do fluxo
Quando há um estreitamento da aorta, e o ventrículo esquerdo está bombeando o
sangue num débito de 5 litros por minuto, teremos também, no ponto de estreitamento, um
débito de 5 litros por minuto. Neste caso, a velocidade do fluxo será muito maior no
estreitamento, do que numa porção da aorta onde o diâmetro for maior. Sendo assim, a
4
Sistema Cardiovascular
Organização Morfofuncional
velocidade do fluxo é diretamente proporcional à magnitude do fluxo, dividido pela área da
seção transversa do vaso, ou seja, para que, numa mesma área de seção transversa, passe
mais sangue por minuto, é necessário aumentar a sua velocidade.
Sabendo-se que a aorta tem um diâmetro macroscópico e um capilar sanguíneo, um diâmetro
microscópico, pela relação anteriormente apresentada, a velocidade deveria ser muito maior
no capilar; no entanto, deve-se considerar que a capilarização consiste em um sistema
paralelo, e não serial. Sendo assim, o diâmetro da aorta deve ser comparado, não com o
diâmetro de um único capilar, mas com o somatório de mais de 20 gerações de subdivisões de
vasos, fazendo com se exceda, bastante, o diâmetro da aorta, justificando, portanto, a
diminuição da velocidade do fluxo, no nível dos capilares sanguíneos.
O controle do fluxo sanguíneo
Quando os tecidos encontram-se em atividade, eles necessitam de um fluxo sangüíneo
muito maior do que suas necessidades no estado de repouso. Porém, ocasionalmente, esta
demanda pode chegar a valores até 30 vezes maiores que os níveis basais. A questão é que o
coração não é capaz de atender sozinho a esta demanda, pois ele consegue aumentar o débito
cardíaco em cerca de 4 a 7 vezes apenas. Desta forma, é necessário um controle sistêmico,
para que demandas teciduais específicas sejam atendidas, pois o coração não é capaz de
aumentar o fluxo sanguíneo genericamente, a ponto de suprir demandas particulares. Desta
maneira, microvasos monitoram as necessidades de oxigênio, nutrientes, o acúmulo de
dióxido de carbono, dentre uma série de outros parâmetros, controlando o diâmetro dos vasos
que irrigam os tecidos, condicionando, assim, o fluxo sanguíneo local, de acordo com as
necessidades específicas de cada tecido.
O conceito de resistência ao fluxo
A resistência é definida como sendo inversamente proporcional à quarta potência
do raio da circunferência do vaso. Desta forma, o principal determinante à resistência ao
fluxo é o espaço disponível para a passagem do sangue. Este conceito é fundamental, pois se
o raio é diminuído pela metade, a resistência é aumentada 16 vezes. Sendo assim, pequenas
variações nos diâmetros dos vasos se configuram em alterações importantes na resistência ao
fluxo sanguíneo. Durante o exercício, há uma grande dilatação dos vasos sanguíneos que
irrigam a musculatura esquelética e, em contrapartida, uma vasoconstrição nos vasos que
5
Sistema Cardiovascular
Organização Morfofuncional
irrigam as vísceras abdominais, aumentando a resistência nestes últimos vasos.
Quando a pressão é a mesma, porém, há uma variação na resistência em virtude de
diferenças no diâmetro dos vasos: o fluxo será muito maior naquele vaso onde a resistência é
pequena. Ao se comparar leitos vasculares em paralelo, todos os vasos encontram-se
submetidos à mesma pressão; logo, aquele que apresentar maior resistência terá um fluxo
menor. Desta forma, o controle do diâmetro vascular é o principal mecanismo de controle
do fluxo sanguíneo corporal, pois, modificando-se o calibre dos vasos, é possível modular o
fluxo do sangue para qualquer parte do corpo.
Se todos os vasos sistêmicos fossem colocados lado a lado, agrupados pelos seus tipos,
suas áreas de secção transversa seriam:
Áreas da secção transversa e velocidades do fluxo sanguíneo
Vaso
Área de secção transversa cm²
Aorta
2,5
Pequenas artérias
20
Arteríolas
40
Capilares
2.500
Vênulas
250
Pequenas veias
80
Veias cavas
8
Como mostra a tabela acima, as áreas de secção transversa das veias são muito
maiores que as das artérias, explicando o comportamento do sistema venoso de atuar
como um reservatório de sangue.
Como o mesmo volume de sangue deve fluir através de cada segmento da circulação,
a cada unidade de tempo, a velocidade do fluxo sanguíneo é inversamente proporcional à área
da secção transversa vascular. A área total de secção transversa do leito capilar é muito
grande, a despeito do fato de a área de seção transversa de cada capilar ser menor do que a de
cada arteríola. Como resultado, a velocidade do fluxo sangüíneo torna-se muito lenta nos
capilares, de forma análoga ao decréscimo na velocidade do fluxo nas regiões mais largas de
um rio.
6
Sistema Cardiovascular
Organização Morfofuncional
O conceito de pressão arterial
• A relação que define o conceito de pressão arterial
• A pressão arterial e os demais parâmetros do sistema
• As pressões nas várias porções do sistema circulatório
A relação que define o conceito de pressão arterial
A relação que define a pressão arterial é o produto do fluxo sanguíneo pela
resistência. Considerando-se a circulação como um todo, o fluxo total é denominado débito
cardíaco, enquanto a resistência é denominada de resistência vascular periférica total.
Quando se compara a pressão arterial global do organismo, a um modelo representado por
uma mangueira de jardim, a pressão é determinada pela proporção de água que entra e aquela
que sai da mangueira. Para se aumentar a pressão dentro deste sistema, de forma aguda,
diminui-se o diâmetro de abertura da mangueira, aumentando-se, conseqüentemente, a
resistência. Outra manobra consiste em se aumentar o fluxo total de água dentro da
mangueira, que, no paralelo com o sistema circulatório, equivale a aumentar o débito
cardíaco. Mesmo sem aumentar a resistência vascular periférica, é possível aumentar a
pressão, com o aumento do débito cardíaco. Este é o mecanismo evidenciado num quadro de
7
Sistema Cardiovascular
Organização Morfofuncional
hipertensão arterial em jovens, quando se tem uma hipertensão hipercinética.
A hipertensão pode ser causada, não apenas pelo aumento da resistência vascular
periférica, mas também pela possibilidade de um aumento do débito cardíaco.
A pressão arterial e os demais parâmetros do sistema
Considerando-se um sistema em paralelo, como ocorre durante o exercício físico, há
uma vasodilatação ao nível da musculatura em atividade, e uma vasoconstrição renal. Como
se sabe, a pressão é a mesma em todo o sistema, e, como no sistema muscular o diâmetro dos
vasos é muito maior e a resistência menor, o fluxo sanguíneo nos vasos que irrigam a
musculatura será maior. Quando há uma elevação do débito cardíaco, como ocorre durante o
exercício, a resistência vascular periférica total diminui muito, pois, no tecido muscular, há
uma vasodilatação considerável. A pressão arterial, durante o exercício aumenta, pois há
um aumento proporcionalmente maior do débito cardíaco, em relação à diminuição
experimentada pela resistência vascular periférica total.
Desta forma, não se pode afirmar que a pressão arterial de um indivíduo estará
elevada, apenas levando-se em consideração uma elevação da resistência vascular periférica,
como também não se pode afirmar que a pressão arterial vai estar elevada, apenas levando-se
em consideração o débito cardíaco.
As pressões nas várias porções do sistema circulatório
Como o coração bombeia o sangue continuamente para a aorta, sua pressão média é
elevada, com média de 100 mmHg. Além deste fato, o bombeamento do coração é pulsátil,
fazendo com que a pressão na aorta varie entre 120 mmHg (pressão sistólica) e 80 mmHg
(pressão diastólica).
À medida que o sangue flui através da circulação sistêmica, a pressão cai
gradativamente até chegar a 0 mmHg, no nível das veias cavas.
Os capilares sistêmicos apresentam uma variação na pressão entre 35 mmHg (próximo
das terminações arteriolares) e 10 mmHg (próximo das terminações venosas), com uma média
de cerca de 17 mmHg.
As artérias pulmonares, apesar de receberem pressão pulsátil tal qual a aorta,
apresentam uma pressão sistólica de cerca de 25 mmHg e uma pressão diastólica de 8 mmHg,
com uma média de pressão arterial e capilar de apenas 7 mmHg. As baixas pressões do
8
Sistema Cardiovascular
Organização Morfofuncional
sistema pulmonar evidenciam a função deste órgão, que é a de expor o sangue para que se
possa processar as trocas gasosas.
A organização histológica vascular
Um vaso sangüíneo apresenta
três camadas: a camada adventícia, a
túnica média, composta de músculo liso
e tecido conjuntivo, e a camada íntima
que é basicamente um endotélio com
uma membrana basal. O que vai
diferenciar um segmento do outro, é a
proporção de cada uma destas camadas
histológicas da parede de cada tipo de
vaso.
As grandes artérias possuem uma
camada elástica muito bem desenvolvida,
principalmente no que se refere ao tecido
elástico.
As
arteríolas
têm
grande
desenvolvimento da túnica média, no que se refere à musculatura lisa. Os capilares são,
basicamente, vasos desprovidos de camada média e adventícia. Nas veias, vamos ter uma
proporção quase que idêntica entre a camada de músculo liso e de fibras elásticas. Desta
forma, as grandes artérias são, basicamente, vasos elásticos, as arteríolas são,
basicamente, vasos musculares, os capilares são vasos endoteliais, enquanto as veias
apresentam um equilíbrio entre a quantidade de músculo liso e fibras elásticas.
O padrão de arranjo histológico dos vasos do sistema circulatório faz com que as
grandes artérias funcionem como elementos complementares a ação contrátil do coração, pois
este é um órgão intermitente, ou seja, ele apresenta uma fase de contração e uma fase de
relaxamento. As artérias apresentam uma grande capacidade de armazenamento de energia
potencial elástica, devido à grande proporção de fibras elásticas em suas paredes.
O fluxo de sangue dentro dos ventrículos é um fluxo intermitente, onde a pressão no
momento da sístole é elevada (150 mmHg) e logo no momento seguinte, ou seja, na diástole,
a pressão cai a zero. Dependendo do volume ejetado a cada sístole, cerca de um terço deste
9
Sistema Cardiovascular
Organização Morfofuncional
volume é armazenado sob a forma de energia potencial elástica nas paredes das grandes
artérias, enquanto os dois terços restantes seguem para a circulação periférica. A energia
potencial armazenada nas fibras elásticas das paredes das grandes artérias vai se transformar
em energia cinética, mantendo o fluxo periférico, mesmo durante a diástole ventricular, ou
seja, é mantida a pressão dentro das artérias mesmo durante o relaxamento dos ventrículos.
Desta forma, as artérias funcionam como um coração acessório, mantendo pressão
diastólica diferente de zero, mesmo quando o ventrículo está relaxado.
A complacência vascular
Enquanto as artérias encontrarem-se elásticas e sadias, o trabalho do coração é
extremamente facilitado. Contudo, com o avançar da idade, as grandes artérias vão perdendo
complacência arterial. A complacência é uma grandeza empregada para expressar a
razão entre a variação do volume e a variação de pressão. A complacência mede a
facilidade de expansão de um sistema tridimensional quando submetido à pressão. Desta
forma, ao se submeter dois sistemas tridimensionais à mesma variação de pressão, aquele que
apresentar o maior aumento de volume, será aquele dito mais complacente.
Na medida em que um indivíduo
envelhece, a sua complacência arterial
diminui, ou seja, quando submetidas à
pressão sistólica, as artérias de grande
calibre dilatam-se menos, oferecendo
uma maior resistência ao trabalho do
ventrículo.
Sendo
assim,
nestas
condições, durante a sístole, o coração
deve gerar uma pressão maior, fazendo
com que a pressão arterial deste
indivíduo,
com
uma
baixa
complacência arterial, seja divergente,
ou seja, ele vai apresentar uma pressão sistólica alta e uma pressão diastólica baixa. Isto
porque há uma menor acomodação arterial, devido ao enrijecimento de suas paredes.
10
Sistema Cardiovascular
Organização Morfofuncional
Relações entre fluxo, pressão e resistência vascular
• A Lei de Ohm definindo a hemodinâmica da circulação
• A relação entre fluxo sanguíneo e débito cardíaco
• A pressão sanguínea
• O conceito de resistência vascular
A Lei de Ohm definindo a hemodinâmica da circulação
O fluxo ao longo de um vaso é definido por dois fatores: o gradiente de pressão
entre as extremidades deste vaso, e a resistência ao fluxo. A lei de Ohm é a relação física
que traduz o conceito de fluxo, pois a intensidade de corrente ("i") é a razão entre a diferença
de potencial ("U") e a resistência elétrica ("R").
Lei de Ohm
Q
fluxo
ΔP
diferença de pressão ente duas extremidades de um
vaso
R
resistência
Fórmulas Relação fisiológica
Q = ΔP/R
Relação física - Eletricidade
i = U/R
Sendo assim, o fluxo é diretamente proporcional à diferença de pressão entre as
duas extremidades de um vaso, porém, inversamente proporcional à resistência. A
diferença de pressão entre as duas extremidades não é a pressão absoluta no vaso, pois se a
pressão nas extremidades fossem iguais, não haveria fluxo.
A relação entre fluxo sanguíneo e débito cardíaco
Fluxo sanguíneo significa, simplesmente, a quantidade de sangue que passa por
uma secção transversal de um vaso, por unidade de tempo. Normalmente, o fluxo
sanguíneo é medido em milímetros por minuto ou litros por minuto. Em um adulto, em
condições normais e no estado de repouso, o fluxo é de cerca de 5.000 ml/min. Como esta é a
quantidade de sangue bombeada pelo coração a cada minuto, este valor traduz também o
11
Sistema Cardiovascular
Organização Morfofuncional
débito cardíaco.
A pressão sanguínea
A física clássica define a pressão de um líquido como sendo a força exercida pelo
líquido, sobre qualquer unidade de área da parede do recipiente que o contém. No caso do
sangue, a parede do recipiente nada mais é que a parede do vaso sanguíneo.
Como o manômetro de mercúrio tem sido utilizado como padrão para medidas desta
natureza, a pressão sanguínea também é medida em milímetros de mercúrio.
O conceito de resistência vascular
Resistência vascular é qualquer impedimento proporcionado por um vaso ao
fluxo nele contido. A medida da resistência somente pode ser aferida levando-se em
consideração a intensidade do fluxo, e a diferença de pressão ente as extremidades de um
vaso, ou seja, a resistência não admite um valor direto, apenas relativo.
O fluxo sanguíneo através de todo o sistema circulatório é equivalente ao débito
cardíaco, ou seja, é igual ao bombeamento do sangue pelo coração, que no homem adulto
equivale a 100 ml/s. Como a diferença de pressão entre as artérias sistêmicas e as veias
sistêmicas é de aproximadamente de 100 mmHg, pode-se chegar à conclusão que a resistência
periférica total de um indivíduo adulto é de 1 URP (unidade de resistência periférica).
Como exemplo, no sistema pulmonar, a pressão arterial média é de cerca de 16
mmHg, enquanto a pressão atrial esquerda é de cerca de 2 mmHg. Sendo assim, a diferença
de pressão neste sistema é de aproximadamente 14 mmHg. Considerando que o débito
cardíaco normal de um indivíduo encontra-se na faixa de 100 ml/s, pode-se concluir que a
resistência vascular pulmonar é de aproximadamente 0,14 URP, ou seja, quase sete vezes
menor que a resistência da circulação sistêmica.
12