1. Healthcare

11/5/14 Control integrado del sistema cardiovascular El control del sistema cardiovascular involucra interacciones complejas entre muchas variables y sistemas 1 11/5/14 La regulación del sistema cardiovascular depende de la acción integrada de muchos subsistemas de control y de controles no cardiovasculares Control integrado del sistema cardiovascular 1. Reflejo ortostáBco 2. Hemorragia 3. Ejercicio Esico 4. Lucha o huída -­‐ Estrés 2 11/5/14 Homeostasis “La constancia del medio interno es la condición para la vida libre e independiente… Todos los mecanismos vitales, por más variados que parezcan, siempre ;enen un propósito: mantener las condiciones estables dentro del medio interno.” Claude Bernard Leçons sur les phénomènes de la vie communs aux animaux et aux végétaux (1878/79) “Un sistema homeostá;co es un sistema abierto que man;ene su estructura y función por medio de múl;ples equilibrios dinámicos controlados rigurosamente por mecanismos regulatorios interdependientes.” Walter Cannon (1933) Alostasia Mantener la constancia (el equilibrio) a través del cambio. 3 11/5/14 Control integrado del sistema cardiovascular 1.  Reflejo ortostá:co 2. Hemorragia 3. Ejercicio Esico 4. Lucha o huída -­‐ Estrés Reflejo ortostá:co 4 11/5/14 Reflejo ortostá:co ¿Cómo se impide la acumulación de sangre y se manBene la presión en la aurícula derecha? 1. En posición supina la distribución de la sangre no es uniforme. 5 11/5/14 ¿Cómo se impide la acumulación de sangre y se manBene la presión en la aurícula derecha? 1.  En posición supina la distribución de la sangre no es uniforme. 2.  Las venas Benen disBnta elasBcidad. ¿Cómo se impide la acumulación de sangre y se manBene la presión en la aurícula derecha? 1.  En posición supina la distribución de la sangre no es uniforme. 2.  Las venas Benen disBnta elasBcidad. 3.  La acBvidad de los músculos actúa como una bomba que mejora el retorno venoso. 6 11/5/14 ¿Cómo se impide la acumulación de sangre y se manBene la presión en la aurícula derecha? 1.  En posición supina la distribución de la sangre no es uniforme. 2.  Las venas Benen disBnta elasBcidad. 3.  La acBvidad de los músculos actúa como una bomba que mejora el retorno venoso. 4.  Reflejos autonómicos. Supino Parado Anatómicos Fisiológicos Supino ! Retorno venoso ! Volúmen sistólico La redistribución del flujo sanguíneo por cambio de postura causa una respuesta simpáBca. Ortostasis ! Flujo sanguíneo en la caróBda y seno aórBco ! acBvidad baroR " AcBvidad simpáBca 7 11/5/14 La redistribución del flujo sanguíneo por cambio de postura causa una respuesta simpáBca. recostado verBcal 1er min verBcal por 60 min Presión sanguínea Frecuencia cardíaca Respiración AcBvidad simpáBca en el nervio peroneo Fu et al 2006 Ortostasis ! Flujo sanguíneo en la caróBda y seno aórBco (parcial -­‐) ! acBvidad baroR " AcBvidad simpáBca " ritmo cardíaco " contracBbilidad cardíaca " resistencia periférica "  PAM PAM = CO * ⇑ RPT 8 11/5/14 Efecto de la temperatura Hemorragia 9 11/5/14 ! 30% volumen de sangre ! Retorno venoso ! Volumen sistólico !  Gasto cardíaco GC=VS*FC=PAM/RPT ! Presión arterial Luego de una hemorragia, diversos reflejos cardiovasculares restauran la presión arterial media Los reflejos se originan a parBr de la acBvidad de cuatro grupos principales de receptores: 1.  Los baroreceptores de alta presión. 2.  Los baroreceptores de baja presión. 3.  Los quimioreceptores periféricos. 4.  Los quimioreceptores centrales. 10 11/5/14 Hemorragia ! Retorno venoso ! Volumen sanguíneo central ! Volumen sistólico ! Volumen auricular !  Gasto cardíaco ! Presión arterial ! AcBvidad de baroR de alta presión ! AcBvidad de baroR de baja presión Arcos aór;cos y senos caro[deos Receptores de es;ramiento auriculares ! Flujo sanguíneo regional ! PO2 " PCO2 ! pH ! pH en cerebro " AcBvidad de quimioR periféricos " AcBvidad de quimioR centrales Cuerpos aór;cos y caro[deos (células glomus) " Tono simpáBco Hemorragia (-­‐) ! Retorno venoso ! Volumen sanguíneo central ! Flujo sanguíneo regional ! Presión arterial (-­‐) " Tono simpáBco " Frecuencia cardíaca, contracBbilidad cardíaca " Gasto cardíaco GC = SV * HR " PAM PAM = GC * RPT 11 11/5/14 Hemorragia (-­‐) ! Retorno venoso ! Volumen sanguíneo central ! Flujo sanguíneo regional (-­‐) ! Presión arterial (-­‐) " Tono simpáBco " Frecuencia cardíaca, contracBbilidad cardíaca " Gasto cardíaco Vasoconstricción de arteriolas en piel, músculos y vísceras. " Resistencia periférica " Absorción líquido intersBcial " PAM PAM = GC * RPT ! Presión arterial Vasoconstricción arteriolas (-­‐) x Presión líquido intersBcial > presión capilar Absorción de líquido intersBcial en capilares 12 11/5/14 Hemorragia (-­‐) ! Retorno venoso ! Volumen sanguíneo central ! Flujo sanguíneo regional (-­‐) ! Presión arterial (-­‐) " Tono simpáBco " Frecuencia cardíaca, contracBbilidad cardíaca Vasoconstricción de arteriolas en piel, músculos y vísceras. " Resistencia periférica " Gasto cardíaco " Absorción líquido intersBcial " Absorción agua intesBno " PAM PAM = GC * RPT Hemorragia (-­‐) ! Retorno venoso ! Volumen sanguíneo central ! Presión arterial ! Flujo sanguíneo regional (-­‐) (-­‐) " Tono simpáBco " Frecuencia cardíaca, contracBbilidad cardíaca " Gasto cardíaco Vasoconstricción de arteriolas en piel, músculos y vísceras. " Resistencia periférica " Absorción líquido intersBcial " Absorción agua intesBno ! Flujo renal " PAM PAM = GC * RPT 13 11/5/14 Hemorragia (-­‐) ! Retorno venoso ! Volumen sanguíneo central ! Presión arterial ! Flujo sanguíneo regional (-­‐) (-­‐) " Tono simpáBco " Frecuencia cardíaca, contracBbilidad cardíaca " Gasto cardíaco Vasoconstricción de arteriolas en piel, músculos y vísceras. Vasoconstricción de venas " Resistencia periférica " Absorción líquido intersBcial " Absorción agua intesBno ! Flujo renal " PAM PAM = GC * RPT Hemorragia (-­‐) ! Retorno venoso ! Volumen sanguíneo central ! Presión arterial ! Flujo sanguíneo regional (-­‐) (-­‐) Células granulares del aparato yuxtaglomerular " Tono simpáBco " Frecuencia cardíaca, contracBbilidad cardíaca " Gasto cardíaco Vasoconstricción de arteriolas en piel, músculos y vísceras. Vasoconstricción de venas " Renina " Angiotensina II " Resistencia periférica " PAM " Absorción líquido intersBcial " Absorción agua intesBno ! Flujo renal PAM = GC * RPT Todo esto ocurre en segundos o minutos.
14 11/5/14 Luego de controlado lo urgente, ¿cómo se compensa la causa principal: la pérdida de un volumen de sangre? ! Volumen circulante ! Tasa de filtrado glomerular ! Presión arterial ! AcBvidad de baroR Aparato juxtaglomerular " Renina " sed " Angiotensina II " vasopresina " Aldosterona " Reabsorción de Na+ " Reabsorción de agua " Incorporación de agua ! Excreción de agua " Volumen circulante En horas a días.
¿Y cómo se completa la sangre? ! Flujo renal ! Hematocrito ! [Proteínas plasmáBcas] EritropoyeBna " Producción de eritrocitos Médula ósea Hígado " Síntesis de proteínas plasmáBcas En días a semanas.
15 11/5/14 Ac:vidad Física A medida que aumenta el esfuerzo Esico aumenta el número de unidades motoras reclutadas, y la frecuencia de disparo de cada motoneurona, con el consecuente aumento en la contracción muscular. 16 11/5/14 Fuentes de energía para el trabajo muscular 2
1
2
4
3
Anaeróbico C6H12O6 + 2 ADP + 2 Pi -­‐> 2 C3H5O3-­‐ + 2 ATP + 2 H+ + calor Aeróbico C6H12O6 + 6 O2 + 30 ADP + 30 Pi -­‐> 6 CO2 + 6 H2O + 30 ATP + calor Los músculos sólo convierten un 25% de la energía almacenada en trabajo mecánico, el resto se convierte en calor. 17 11/5/14 volumen del plasma osmolaridad del plasma ! volemia " renina-­‐ang II-­‐ aldosterona [Na+] del plasma " vasopresina " reabsorción de H2O y sales vasopresina renina El aumento en el consumo de oxígeno es proporcional al nivel de ejercicio Esico, hasta alcanzar la capacidad máxima de consumo. Consumo de O2 en función del Bempo de ejercicio para diferentes niveles de esfuerzo Consumo de O2 máximo en función del esfuerzo 18 11/5/14 Cuando VO2 alcanza su valor máximo aumenta la producción anaeróbica de energía con la consecuente producción de ácido lácBco. El consumo de oxígeno está altamente acoplado al ejercicio Bsico VO2 = CO (CaO2 -­‐ CvO2) VO2 volumen de O2 consumido por el músculo CO, cardiac output = frecuencia cardíaca * volumen sistólico = presión arterial / resistencia total CaO2, contenido arterial CvO2, contenido venoso VO2 basal = 0.20 L O2/min VO2 max = 3 L O2/min (6 L O2/min en atletas de elite) 1. La captación de O2 por los pulmones depende de la venBlación. VBdal * Frecuencia respiratoria 2. El delivery de O2 a los músculos depende del flujo sanguíneo y del contenido de O2. 3. La extracción de O2 de la sangre por los músculos depende del delivery de O2 y del gradiente de PO2 entre la sangre y el músculo. 19 11/5/14 30 1. La captación de O2 por los pulmones depende de la venBlación. Frecuencia ven:latoria Frecuencia venBlatoria 25 20 15 10 5 ! PO2 ! pH "PCO2 0 Horizontal Reposo 1.4 " Act. quimioR " Act. Bulbo raquídeo " Contracción músculos respiratorios " Frecuencia de contracción Ejercicio I Ejercicio II Recuperación I Volumen :dal Recuperación II Volumen Bdal 1.2 1 0.8 0.6 0.4 0.2 0 Horizontal Reposo Ejercicio I Ejercicio II Recuperación I Recuperación II Datos TP ejercicio 2013 3. La extracción de O2 de la sangre por los músculos depende del delivery de O2 y del gradiente de PO2 entre la sangre y el músculo. Saturación de Hb arterial venosa Contenido de oxígeno ml/100 ml sangre Durante el ejercicio, el aumento del gradiente de PO2 en alveolo -­‐ sangre venosa sangre -­‐ tejido aumenta la absorción de O2. Stubenitsky et al 98 20 11/5/14 3. La extracción de O2 de la sangre por los músculos depende del delivery de O2 y del gradiente de PO2 entre la sangre y el músculo. Blood pH
7.45
7.40
7.35
pH
7.30
7.25
7.20
7.15
7.10
7.05
4
5
6
7
8
9
10 11 12
13 14 15
Treadmill Speed (mph)
Durante el ejercicio baja el pH -­‐> Efecto Bohr (aumenta la disociación de la Hb del O2). 2. El delivery de O2 a los músculos depende del flujo sanguíneo y del contenido de O2 Durante el ejercicio Esico aumenta el gasto cardíaco en relación con el gasto energéBco 21 11/5/14 El gasto cardíaco aumenta con el gasto energéBco durante el ejercicio Esico CO = PAM / RPT = FC * SV corazón derecho pulmón cerebro corazón RETORNO VENOSO sistema digesBvo sistema excretor musculatura piel GASTO CARDIACO: corazón izquierdo reposo ejercicio 20%
5% 5%
8% 25%
5% 20%
2% 20%
80% 10%
5 L /min
25 L /min A nivel vascular: En el ejercicio aumenta la conductancia (disminuye la resistencia) de los vasos que irrigan a los músculos esqueléBcos. exercise 22 11/5/14 A nivel vascular: CO = PAM / RPT = FC * SV Hiperemia ac:va La resistencia total periférica disminuye con el ejercicio, debido a la gran vasodilatación en los músculos acBvos. Esta vasodilatación supera a la vasoconstricción visceral. 2 5 TPR 2 0 1 5 1 0 5 0 0 5 0 1 0 0 1 5 0 2 0 0 2 5 0 3 0 0 3 5 0 4 0 0 T r e a d m i l l s p e e d ( m /m i n ) A nivel vascular: CONTROL LOCAL DE LA RESISTENCIA DE LOS CAPILARES BIOMECANICOS HUMORALES METABOLICOS •  Reflejo miogénico •  Shear stress •  NO •  Endotelina •  Prostaciclina •  O2, CO2 •  Adenosina •  Lactato •  H + •  K+ •  Temperatura 23 11/5/14 Receptores adrenérgicos α2
α1
β1
-­‐ + β2
+ + fosfolipasa C adenilato ciclasa adenilato ciclasa adenilato ciclasa ⇑ IP3 + DAG ⇓AMPc ⇑AMPc ⇑AMPc NE > E NE > E A nivel vascular: músculo liso Regulación autónoma de la vasculatura SISTEMA SIMPÁTICO adrenal E >> NE NE = E NE α1 vasoconstricción E β2 vasodilatación vasculatura músculo esqueléBco y cardíaco Bloquea receptores β-­‐adrenérgicos 24 11/5/14 CO = PAM / RPT = FC * SV La presión arterial media aumenta con el ejercicio, empujada por un aumento en la presión sistólica A nivel cardíaco: CO = PAM / RPT = FC * SV Con el ejercicio aumenta el retorno venoso, y con ello el volumen sistólico final. AV 25 11/5/14 A nivel cardíaco: CO = PAM / RPT = FC * SV Efecto del sistema simpáBco sobre el miocardio. agonista β1 A nivel cardíaco: CO = PAM / RPT = FC * SV gasto cardíaco efecto inotrópico efecto cronotópico volumen sistólico frecuencia cardíaca 26 11/5/14 Resumiendo, para asegurar la provisión de O2 durante la ac:vidad Bsica… AcBvidad Esica corteza hipotálamo "  retorno venoso " AcBvidad simpáBca "  volumen sistólico " metabolismo muscular Vasodilatación en músculos acBvos " "" Ritmo cardíaco Vasoconstricción visceral " Presión arterial media " gasto cardíaco CO = ⇑PAM / ⇓RPT Respuesta de lucha o huída Walter Cannon (1915) 27 11/5/14 Respuesta adapta:va frente a un predador: lucha o huída • Aumenta la transpiración. • Aumenta la atención. • Se dilatan las pupilas y se agudizan los senBdos. • Se contrae el bazo, para aumentar el número de glóbulos rojos y plaquetas (disminuye el Bempo de coagulación). La corteza acBva al hipotálamo, que acBva el sistema simpáBco Aumenta el flujo sanguíneo hacia los músculos Aumentan la frecuencia cardíaca, la venBlatoria y la presión arterial Se inhibe la secreción de insulina, aumentan glucólisis y lipólisis. Se inhiben otras funciones no esenciales por el momento, como la digesBón, la reproducción y el sistema inmunológico. Respuesta de lucha o huída La respuesta endocrina del hipotálamo: 1.  Liberación de vasopresina por parte de las neuronas magnocelulares -­‐> reducción en la producción de orina. 2.  Liberación de CRH por parte de la neuronas parvocelulares, acBvando el eje HPA. 28 11/5/14 Respuesta de lucha o huída La respuesta del hipotálamo a través del sistema nervioso autónomo: 1.  Núcleros autonómicos en el bulbo raquídeo. 2.  Proyecciones directas a la columna espinal intermediolateral. Estresor Hans Selye (1907-­‐1982) Walter Cannon (1871-­‐1945) Adenohipófisis (pituitaria anterior) Sistema nervioso simpáBco Corteza adrenal Médula adrenal GlucocorBcoides Epinefrina 29 11/5/14 Respuesta a estrés Hans Selye Estresor Hans Selye (1907-­‐1982) Walter Cannon (1871-­‐1945) Adenohipófisis (pituitaria anterior) Sistema nervioso simpáBco Corteza adrenal Médula adrenal GlucocorBcoides Epinefrina 30 11/5/14 Descubrimiento de la adrenalina -­‐ Los factores emocionales acBvan el sistema simpáBco, ¿parBcipa también la glándula adrenal? Ringer Adrenalectomía Cannon & de la Paz (1911) Adrenalectomía Cannon (1914) Adrenalina -­‐  Disminuye la digesBón. -­‐  Redistribuye la circulación del abdomen a los pulmones, el corazón, los miembros y el sistema nervioso central. -­‐  Aumenta el gasto cardíaco. -­‐  Aumenta el contenido de azúcar en sangre. 31 11/5/14 Estresor Hans Selye (1907-­‐1982) Walter Cannon (1871-­‐1945) Adenohipófisis (pituitaria anterior) Sistema nervioso simpáBco Corteza adrenal Médula adrenal GlucocorBcoides Norepinefrina y epinefrina Hans Selye Extracto de ovario de rata. Úlceras pépBcas. Glándulas adrenales grandes. Timo chico. ¿Nueva hormona? ¿Estrés? 32 11/5/14 La respuesta normal a factores de estrés, cuando se repite, puede resultar en enfermedades. McEwen (1998) 33