Sistemas Circulatorio y Respiratorio

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1 OpenStax-CNX module: m Sistemas Circulatorio y Respiratorio Cnx Bio Español Based on Circulatory and Respiratory Systems by OpenStax College This work is produced by OpenStax-CNX and licensed under the Creative Commons Attribution License 4.0 Al nal de esta sección serás capaz de: Abstract Describir el paso del aire del ambiente a los pulmones. Describir la función del sistema circulatorio. Describir el ciclo cardiaco. Explicar cómo uye la sangre a través del cuerpo. Los animales requieren de mecanismos para transportar los nutrientes a través de su cuerpo y para deshacerse de los desechos; el sistema circulatorio humano tiene una compleja red de vasos sanguíneos que alcanza todas las partes del cuerpo. Esta extensa red abastece de oxígeno y nutrientes a células, tejidos y órganos, y elimina el dióxido de carbono y los desechos. Las diferencias de presión dentro del sistema circulatorio producen el movimiento de la sangre. El intercambio de gases entre los tejidos y la sangre es la función esencial del sistema circulatorio; en los humanos, otros mamíferos y las aves, la sangre absorbe el oxígeno y libera dióxido de carbono en los pulmones. Los sistemas circulatorio y respiratorio, cuya función es obtener oxígeno y liberar dióxido de carbono, trabajan en tándem. 1 El Sistema Respiratorio Cuando los humanos no están ejercitándose, respiran en promedio 15 veces por minuto, esto se traduce en aproximadamente 900 respiraciones por hora o respiraciones por día. Con cada inhalación el aire llena los pulmones, y con cada exhalación éste sale rápidamente. El aire hace algo más que inar y desinar los pulmones en la cavidad torácica; éste contiene oxígeno que cruza los tejidos pulmonares, entra al torrente sanguíneo y viaja a los órganos y tejidos, donde se lleva a cabo el intercambio de oxígeno por dióxido de carbono, que es un desecho celular. El dióxido de carbono sale de las células, entra al torrente sanguíneo, viaja de regreso a los pulmones y sale del organismo por medio de la exhalación. Version 1.1: May 28, :25 am

2 OpenStax-CNX module: m Inhala y mantén la respiración, espera unos segundos y exhala; la respiración es un proceso tanto voluntario como involuntario, su frecuencia y la cantidad de aire que se inhala o exhala están reguladas por el centro respiratorio en el cerebro y responde a señales recibidas que indican el contenido de dióxido de carbono en la sangre. Sin embargo, es posible invalidar esta regulación automática para actividades como hablar, cantar y nadar bajo el agua. Durante la inhalación el diafragma desciende creando una presión negativa alrededor de los pulmones, por lo que estos empiezan a inarse, jalando aire del ambiente. El aire entra al cuerpo a través de la cavidad nasal localizada justo dentro de la nariz Figure 1, conforme el aire pasa a través de la cavidad nasal, éste se calienta a la temperatura corporal y se humidica por las membranas mucosas. Este proceso ayuda a equilibrar el aire con las condiciones del cuerpo, reduciendo cualquier daño que el aire frío y seco pudiera causar. El material particulado que ota en el aire es removido por los vellos, mocos y cilios de los pasajes nasales; además durante el proceso de inhalación el sentido del olfato muestrea el aire químicamente. El aire pasa desde la cavidad nasal, a través de la faringe y la laringe, hacia la tráqueafigure 1, cuya función principal es canalizar el aire inhalado hacia los pulmones y sacarlo del cuerpo a través de la exhalación. La tráquea humana es un cilindro de aproximadamente cm de longitud, localizado en la parte frontal del esófago; se extiende desde la faringe hacia la cavidad torácica y a los pulmones. La tráquea está formada por anillos incompletos de cartílago y músculo liso; el cartílago le proporciona fuerza y soporte para mantener abierto el pasaje, también está cubierta con células ciliadas que secretan moco; éste atrapa las partículas que se hayan inhalado y los cilios las mueven hacia la faringe. La parte nal de la tráquea se bifurca en los bronquios que entran a los pulmones derecho e izquierdo, el aire entra a estos últimos a través de los bronquios primarios, que se dividen y ramican conforme se separan y distribuyen a través de los pulmones, creando bronquios con diámetros cada vez más pequeños hasta convertirse en bronquiolos (los bronquiolos nales son los bronquiolos respiratorios). Al igual que la tráquea los bronquios y bronquiolos están constituidos por cartílago y músculo liso y están inervados por nervios pertenecientes a los sistemas nerviosos simpático y parasimpático, que controlan las contracciones musculares (parasimpático) o la relajación (simpático), dependiendo de las señales. Al nal de cada bronquiolo respiratorio se encuentran unidos los ductos alveolares y, a su vez, al nal de cada ducto se localizan los sacos alveolares, cada uno de los cuales contiene de 20 a 30 alveolos, estos poseen una pared delgada y parecen pequeñas burbujas dentro de sacos; el intercambio de gases se lleva a cabo únicamente en los alveolos, que están en contacto directo con los capilares del sistema circulatorio. Este contacto íntimo asegura que el oxígeno se difunda de los alveolos a la sangre y que el dióxido de carbono se difunda de la sangre a los alveolos, para su exhalación. El arreglo anatómico de los capilares y alveolos enfatiza la relación estructural y funcional entre los sistemas respiratorio y circulatorio; se estima que la supercie de los alveolos en los pulmones es de aproximadamente 100 m 2, esta supercie corresponde a la mitad de una cancha de tenis. La naturaleza delgada de las paredes de las células alveolares y la gran supercie aseguran que los gases se difundan fácilmente a través de las células. :

3 OpenStax-CNX module: m Figure 1: El aire entra al sistema respiratorio a través de la cavidad nasal, y pasa a través de la faringe y la tráquea hacia los pulmones. (crédito: modicado del trabajo de NCI) ¾Cuál de los siguientes enunciados sobre el sistema respiratorio humano es falso? a.cuando inhalamos el aire viaja de la faringe a la tráquea. b.los bronquiolos se ramican en bronquios. c.los ductos alveolares conectan los sacos alveolares. d.el intercambio de gases entre los pulmones y la sangre se lleva a cabo en los alveolos.

4 OpenStax-CNX module: m : Para una revisión del sistema respiratorio ve el siguiente video: El Sistema Circulatorio El sistema circulatorio está constituido por una red de vasos (arterias, venas y capilares) y una bomba, el corazón. Todos los organismos vertebrados poseen un sistema circulatorio cerrado, en el cual la sangre está separada de otro compartimiento de uido extracelular, el uido intersticial que baña las células. La sangre circula dentro de los vasos sanguíneos, en una sola dirección desde el corazón, alrededor de una de las dos rutas circulatorias, regresando nuevamente a éste. Los invertebrados tienen un sistema circulatorio abierto, en el cual los uidos circulatorios bañan directamente los órganos internos, aunque estos puedan moverse con el bombeo del corazón. 1

5 OpenStax-CNX module: m El Corazón El corazón es un músculo complejo que consta de dos bombas: una que bombea sangre, a través de la circulación pulmonar, hacia los pulmones, y la otra que bombea sangre hacia el resto de los tejidos del cuerpo y el corazón mismo, circulación sistémica. El corazón es asimétrico, su lado izquierdo es más grande que su lado derecho, esta diferencia en tamaño está relacionada con la diferencia en tamaño de los circuitos pulmonar y sistémico Figure 2. En los humanos el corazón es aproximadamente del tamaño de un puño cerrado y está dividido en cuatro cámaras: dos aurículas o atrios y dos ventrículos. Tanto el lado derecho como el izquierdo poseen un atrio y un ventrículo; el atrio derecho recibe la sangre no oxigenada proveniente del sistema circulatorio sistémico, por medio de dos venas principales: la vena cava superior, que drena la sangre que viene de la cabeza y de los brazos; y la vena cava inferior, que drena sangre que viene de los órganos inferiores y las piernas. La sangre no oxigenada entra al ventrículo derecho a través de la válvula tricúspide, la cual evita que la sangre se regrese; una vez que el ventrículo se llena, éste se contrae y bombea la sangre hacia los pulmones para su oxigenación. El atrio izquierdo recibe la sangre oxigenada proveniente de los pulmones, ésta pasa por la válvula bicúspide hacia el ventrículo izquierdo, donde es bombeada hacia la aorta. Ésta es la arteria principal en el cuerpo, y se encarga de llevar la sangre oxigenada hacia los órganos y músculos del cuerpo; este patrón de bombeo se conoce como circulación doble y está presente en todos los mamíferos Figure 2. : Figure 2: El corazón está dividido en cuatro cámaras: dos atrios y dos ventrículos; cada cámara está separada por válvulas de un sentido. El lado derecho del corazón recibe sangre no oxigenada proveniente del cuerpo y la bombea a los pulmones, mientras que el lado izquierdo bombea sangre al resto del cuerpo. ¾Cuál de los siguientes enunciados acerca del sistema circulatorio es falso? a.la sangre en la vena pulmonar no está oxigenada. b.la sangre en la vena cava inferior no está oxigenada.

6 OpenStax-CNX module: m c.la sangre en la arteria pulmonar no está oxigenada. d.la sangre en la aorta está oxigenada. 4 El Ciclo Cardiaco El objetivo principal del corazón es bombear sangre a través del cuerpo, en una secuencia repetitiva llamada ciclo cardiaco; este ciclo está coordinado por señales electroquímicas que provocan que el músculo del corazón se contraiga y relaje, induciendo el ujo sanguíneo a través de éste. En cada ciclo cardiaco, una secuencia de contracciones empuja la sangre fuera del corazón, bombeándola a través del cuerpo, a este proceso le sigue la fase de relajación, momento en el cual el corazón se llena nuevamente de sangre; estas dos fases se conocen como sístole (contracción) y diástole (relajación) Figure 3. La señal para que se efectúe la contracción se inicia en un punto fuera del atrio derecho, esta señal electroquímica viaja a lo largo del atrio, provocando su contracción y enviando la sangre, a través de las válvulas, hacia los ventrículos. Estas válvulas se cierran, como resultado de la contracción de los ventrículos, provocando un sonido muy peculiar. En este momento la señal electroquímica viaja hacia abajo de las paredes del corazón, a través de un punto entre el atrio derecho y el ventrículo derecho, produciendo la contracción de los ventrículos; esta contracción mueve la sangre hacia la aorta y las arterias pulmonares. Cuando las válvulas se cierran y se relajan los ventrículos, la sangre drena hacia el corazón, causando otro sonido peculiar. Figure 3: En cada ciclo cardiaco la sangre se bombea del corazón hacia todo el cuerpo, por medio de una serie de contracciones (sístoles) y relajaciones (diástoles). (a) Durante la diástole cardiaca la sangre uye hacia el corazón, mientras las cámaras están relajadas; (b) los ventrículos permanecen relajados mientras que la sístole del atrio empuja la sangre hacia los ventrículos; (c) cuando el atrio se relaja nuevamente, la sístole ventricular empuja la sangre fuera del corazón.

7 OpenStax-CNX module: m El bombeo del corazón es el resultado de la función de las células del músculo cardiaco, los cardiomiocitos, células estriadas muy particulares, parecidas a las del músculo esquelético, pero que bombean rítmica e involuntariamente como las células del músculo liso; el músculo cardiaco también posee, de forma exclusiva, células adyacentes conectadas por discos intercalados, estas conexiones permiten que la señal eléctrica viaje directamente hacia las células musculares vecinas. Los impulsos eléctricos en el corazón producen corrientes eléctricas que uyen a través del cuerpo y que se pueden medir colocando electrodos sobre la piel; la información obtenida de esta forma se puede visualizar en un electrocardiograma (ECG), que es el registro de los impulsos eléctricos producidos por el músculo cardiaco. : Haz clic en la siguiente liga para observar al corazón en acción:

8 OpenStax-CNX module: m Vasos Sanguíneos La sangre proveniente del corazón es acarreada a través del cuerpo por un sistema complejo de vasos sanguíneos Figure 4. Las arterias expulsan la sangre del corazón; la aorta es la principal arteria del sistema circulatorio, ésta se ramica en diferentes arterias que llevan la sangre a órganos y extremidades. La aorta y las arterias cercanas al corazón poseen paredes muy resistentes, pero elásticas, que responden a las diferencias de presión provocadas por los latidos del corazón y las suavizan. Las arterias que están más alejadas del corazón poseen más tejido muscular y sus paredes se pueden constreñir para cambiar la tasa de ujo sanguíneo. Las arterias principales divergen en arterias menores y éstas a su vez en vasos más pequeños conocidos como arteriolas, mismas que llegan a las partes más profundas de los músculos y órganos del cuerpo. Las arteriolas divergen en redes capilares que contienen decenas o centenas de capilares (tubos con diámetros muy estrechos que caben en un glóbulo rojo) que se ramican entre las células del cuerpo. Estos son los sitios donde se lleva a cabo, a nivel celular, el intercambio de nutrientes, desechos y oxígeno con los tejidos. Los capilares convergen en las vénulas, que conectan a las venas menores que nalmente se conectan a las venas mayores. Las venas son vasos sanguíneos que acarrean hacia el corazón la sangre rica en dióxido de carbono; a diferencia de las arterias, éstas no poseen paredes tan gruesas, ya que la presión que soportan es menor, y presentan a todo lo largo válvulas que impiden que la sangre regrese; las venas principales drenan sangre de los mismos órganos y extremidades que suplen las arterias principales.

9 OpenStax-CNX module: m Figure 4: La arterias del cuerpo (en color rojo) inician en el arco aórtico y se ramican para proveer de sangre oxigenada a los músculos y órganos del cuerpo. Las venas (en azul) regresan la sangre al corazón. Las arterias pulmonares son azules para reejar el hecho de que éstas acarrean sangre sin oxígeno, y las venas pulmonares están en rojo para reejar el hecho de que transportan sangre oxigenada. (crédito:

10 OpenStax-CNX module: m Section Summary El sistema respiratorio en animales está diseñado para facilitar el intercambio gaseoso. En los mamíferos, el aire se calienta y humidica en la cavidad nasal. De esta cavidad el aire viaja hacia la faringe y la laringe, a través de la tráquea, hasta llegar a los pulmones. En estos el aire pasa a través de las ramicaciones de los bronquios, hasta alcanzar los bronquiolos, que se abren y extienden en ductos alveolares, sacos alveolares y alveolos. La supercie de intercambio gaseoso es muy grande debido a que en el pulmón hay una gran cantidad de sacos alveolares y alveolos. El sistema circulatorio en mamíferos es un sistema cerrado con doble circulación que pasa a través de los pulmones y el cuerpo; consta de una red de vasos que contienen sangre que circula debido a las diferencias de presión generada por el corazón. El corazón posee dos bombas que mueven la sangre a través de la circulación sistémica y pulmonar. Los cardiomiocitos son los encargados del bombeo del corazón, son células musculares estriadas, como el músculo esquelético, que producen movimientos involuntarios de bombeo rítmico, como el músculo liso. La señal para la contracción se inicia en la pared del atrio derecho. La señal electroquímica hace que el atrio se contraiga al unísono; posteriormente la señal produce la contracción de los ventrículos. La sangre se transporta desde el corazón y a través del cuerpo por una red muy compleja de vasos sanguíneos; las arterias llevan la sangre del corazón a los diferentes órganos, y las venas las llevan de regreso al corazón. 7 PREGUNTAS DE CONEXIÓN ARTÍSTICA Exercise 1 (Solution on p. 12.) Figure 1 ¾Cuál de los siguientes enunciados acerca del sistema respiratorio humano es falso? a. Cuando inhalamos, el aire viaja de la faringe a la tráquea. b. Los bronquiolos se ramican en bronquios. c. Los ductos alveolares conectan con los sacos alveolares. d. El intercambio gaseoso entre los pulmones y la sangre se lleva a cabo en los alveolos. Exercise 2 (Solution on p. 12.) Figure 2 ¾Cuál de los siguientes enunciados acerca del sistema circulatorio es falso? a. La sangre en la vena pulmonar carece de oxígeno. b. La sangre en la vena cava inferior carece de oxígeno. c. La sangre en la arteria pulmonar carece de oxígeno. d. La sangre en la aorta está oxigenada. 8 PREGUNTAS DE REVISIÓN Exercise 3 (Solution on p. 12.) El sistema respiratorio. a. suministra de oxígeno a los tejidos del cuerpo b. suministra oxígeno y dióxido de carbono a los tejidos del cuerpo c. establece el número de inhalaciones por minuto d. suministra dióxido de carbono al cuerpo Exercise 4 (Solution on p. 12.) ¾Cuál es el orden del ujo de aire durante la inhalación? a. cavidad nasal, tráquea, laringe, bronquios, bronquiolos, alveolos

11 OpenStax-CNX module: m b. cavidad nasal, laringe, tráquea, bronquios, bronquiolos, alveolos c. cavidad nasal, laringe, tráquea, bronquiolos, bronquios, alveolos d. cavidad nasal, tráquea, laringe, bronquios, bronquiolos alveolos Exercise 5 (Solution on p. 12.) ¾A dónde manda sangre el ventrículo derecho? a. a la cabeza b. a la parte superior del cuerpo c. a los pulmones d. a la parte inferior del cuerpo Exercise 6 (Solution on p. 12.) 15. El corazón, durante la fase sistólica del ciclo cardiaco,. a. se contrae b. se relaja c. se contrae y relaja d. se llena de sangre Exercise 7 (Solution on p. 12.) ¾Cuál es la diferencia entre arterias y venas? a. Las arterias tienen paredes más gruesas que se acomodan a los cambios de presión desde el corazón. b. Las arterias transportan sangre. c. Las arterias tienen paredes más delgadas y válvulas, además de que transportan sangre por acción del músculo esquelético. d. Las arterias tienen paredes delgadas y se usan en el intercambio gaseoso. 9 PREGUNTAS DE PENSAMIENTO CRÍTICO Exercise 8 (Solution on p. 12.) Describe la función y localización de los siguientes elementos: bronquio principal, tráquea, alveolos. Exercise 9 (Solution on p. 12.) ¾Cómo es que la estructura de los alveolos maximiza el intercambio gaseoso? Exercise 10 (Solution on p. 12.) Describe el ciclo cardiaco.

12 OpenStax-CNX module: m Solutions to Exercises in this Module to Exercise (p. 10) Figure 1 B to Exercise (p. 10) Figure 2 A to Exercise (p. 10) A to Exercise (p. 10) B to Exercise (p. 11) C to Exercise (p. 11) A to Exercise (p. 11) A to Exercise (p. 11) El bronquio principal es el conducto en los pulmones que canaliza el aire a los pasajes donde se lleva a cabo el intercambio gaseoso. El bronquio principal se une al pulmón al nal de la tráquea donde se bifurca. La tráquea es la estructura cartilaginosa que se extiende desde la faringe hasta los pulmones. Los alveolos son el sitio de intercambio gaseoso; están localizados en la región terminal de los pulmones y están unidos a los sacos alveolares, los cuales derivan de los ductos alveolares y los bronquiolos respiratorios y bronquios terminales. to Exercise (p. 11) Los alveolos con su estructura en forma de saco incrementan la supercie. Además están formados de células con paredes delgadas. Estas características permiten una fácil difusión de los gases por la célula. to Exercise (p. 11) El corazón recibe una señal eléctrica que dispara la contracción del músculo cardíaco en el atrio. La señal se interrumpe antes de pasar a los ventrículos para que la sangre se bombee a todo el cuerpo. Esta es la fase sistólica. El corazón se relaja en la diástole y se llena nuevamente con sangre. Glossary Denition 1: alveolo estructura terminal del pulmón donde se lleva a cabo el intercambio gaseoso Denition 2: aorta arteria principal que lleva la sangre del corazón al resto del sistema circulatorio Denition 3: arteria vaso sanguíneo que lleva la sangre desde el corazón Denition 4: atrio cámara del corazón que recibe la sangre de las venas Denition 5: bronquio primario región del conducto aéreo dentro del pulmón que se une a la tráquea y se bifurca para formar los bronquios Denition 6: bronquiolos conductos que se extienden desde los bronquios al saco alveolar Denition 7: bronquios ramicaciones de la tráquea formadas por tejido cartilaginoso, a través de los cuales el aire que respiramos se conduce hacia los alveolos, donde se lleva a cabo el intercambio gaseoso

13 OpenStax-CNX module: m Denition 8: capilar el más pequeño de los vasos sanguíneos que permite el paso de un solo glóbulo rojo y en donde se lleva a cabo la oxigenación y el intercambio de nutrientes Denition 9: cavidad nasal apertura que comunica con el exterior el sistema respiratorio Denition 10: ciclo cardiaco secuencia de eventos producidos por señales eléctricas que hacen que el corazón se contraiga y se relaje, provocando que éste se llene y vacíe de sangre Denition 11: circulación pulmonar ujo de sangre lejos del corazón y a través de los pulmones, donde una vez que ocurre la oxigenación la sangre regresa al corazón Denition 12: circulación sistémica ujo de sangre que se aleja del corazón hacia el cerebro, hígado, riñones, estómago y otros órganos, extremidades y músculos del cuerpo, y que regresa nuevamente al corazón Denition 13: diafragma músculo esquelético localizado debajo de los pulmones y que los encierra en el tórax Denition 14: diástole fase de relajación del ciclo cardiaco en la que el corazón está relajado y los ventrículos están llenos de sangre Denition 15: electrocardiograma (ECG) registro de los impulsos eléctricos del músculo cardiaco Denition 16: faringe la gargantat Denition 17: laringe caja adaptada para la emisión de voz, localizada en la garganta Denition 18: sistema circulatorio abierto sistema circulatorio en donde la sangre se mezcla con el uido intersticial en la cavidad del cuerpo y baña los órganos directamente Denition 19: sistema circulatorio cerrado sistema que separa la sangre de los uidos intersticiales y que forma parte del sistema circulatorio Denition 20: sístole fase de contracción del ciclo cardiaco donde el ventrículo bombea sangre a las arterias Denition 21: tráquea tubo cartilaginoso que transporta aire de la garganta a los pulmones Denition 22: válvula bicúspide apertura de una vía, entre el atrio y el ventrículo, del lado izquierdo del corazón Denition 23: válvula tricúspide apertura de una vía, en el lado derecho del corazón, entre el atrio y el ventrículo Denition 24: vena vaso sanguíneo que lleva la sangre de regreso al corazón Denition 25: vena cava inferior vena principal del cuerpo que regresa la sangre de la parte inferior del cuerpo al atrio derecho Denition 26: vena cava superior vena principal del cuerpo que regresa sangre de la parte superior del cuerpo al atrio derecho Denition 27: ventrículo cámara del corazón que bombea sangre a las arterias