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40.1: Visión general del sistema circulatorio

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    Habilidades para Desarrollar

    • Describir un sistema circulatorio abierto y cerrado
    • Describir el líquido intersticial y la hemolinfa
    • Comparar y contrastar la organización y evolución del sistema circulatorio vertebrado.

    En todos los animales, excepto algunos tipos simples, el sistema circulatorio se utiliza para transportar nutrientes y gases a través del cuerpo. La difusión simple permite un intercambio de agua, nutrientes, desechos y gases en animales primitivos que tienen solo unas pocas capas celulares de espesor; sin embargo, el flujo a granel es el único método por el cual se accede a todo el cuerpo de organismos más grandes y complejos.

    Arquitectura del Sistema Circulatorio

    El sistema circulatorio es efectivamente una red de vasos cilíndricos: las arterias, venas y capilares que emanan de una bomba, el corazón. En todos los organismos vertebrados, así como en algunos invertebrados, se trata de un sistema de bucle cerrado, en el que la sangre no está libre en una cavidad. En un sistema circulatorio cerrado, la sangre está contenida dentro de los vasos sanguíneos y circula unidireccionalmente desde el corazón alrededor de la vía circulatoria sistémica, luego regresa nuevamente al corazón, como se ilustra en la Figura a.\(\PageIndex{1}\) A diferencia de un sistema cerrado, los artrópodos, incluyendo insectos, crustáceos y la mayoría de los moluscos—tienen un sistema circulatorio abierto, como se ilustra en la Figura\(\PageIndex{1}\) b. En un sistema circulatorio abierto, la sangre no está encerrada en los vasos sanguíneos sino que se bombea a una cavidad llamada hemocoel y se llama hemolinfa debido a que la sangre se mezcla con el líquido intersticial. A medida que el corazón late y el animal se mueve, la hemolinfa circula alrededor de los órganos dentro de la cavidad corporal y luego vuelve a entrar en los corazones a través de aberturas llamadas ostia. Este movimiento permite el intercambio de gases y nutrientes. Un sistema circulatorio abierto no utiliza tanta energía como un sistema cerrado para operar o mantener; sin embargo, existe un compromiso con la cantidad de sangre que puede trasladarse a órganos y tejidos metabólicamente activos que requieren altos niveles de oxígeno. De hecho, una razón por la que los insectos con alas de hasta dos pies de ancho (70 cm) no están alrededor hoy en día es probablemente porque fueron superados por la llegada de aves hace 150 millones de años. Se cree que las aves, que tienen un sistema circulatorio cerrado, se han movido de manera más ágil, lo que les permite obtener alimento más rápido y posiblemente aprovecharse de los insectos.

    La ilustración A muestra el sistema circulatorio cerrado de una lombriz de tierra. Los vasos sanguíneos dorsales y ventrales discurren a lo largo de la parte superior e inferior del intestino, respectivamente. Los vasos sanguíneos dorsal y ventral están conectados por corazones anulares. Los corazones también están asociados con el vaso sanguíneo dorsal. Estos corazones bombean sangre hacia adelante, y los corazones anulares bombean sangre hacia el vaso ventral, que devuelve la sangre a la parte posterior del cuerpo. La ilustración B muestra el sistema circulatorio abierto de una abeja. El vaso sanguíneo dorsal, que contiene múltiples corazones, corre a lo largo de la parte superior de la abeja. La sangre sale del vaso sanguíneo dorsal a través de una abertura en la cabeza, hacia la cavidad corporal. La sangre vuelve a entrar a los vasos sanguíneos a través de aberturas en los corazones llamadas ostia.
    Figura\(\PageIndex{1}\): En (a) sistemas circulatorios cerrados, el corazón bombea sangre a través de vasos que están separados del líquido intersticial del cuerpo. La mayoría de los vertebrados y algunos invertebrados, como esta lombriz de tierra anélida, tienen un sistema circulatorio cerrado. En (b) los sistemas circulatorios abiertos, se bombea un líquido llamado hemolinfa a través de un vaso sanguíneo que desemboca en la cavidad corporal. La hemolinfa regresa al vaso sanguíneo a través de aberturas llamadas ostia. Los artrópodos como esta abeja y la mayoría de los moluscos tienen sistemas circulatorios abiertos.

    Variación del Sistema Circulatorio en Animales

    El sistema circulatorio varía desde sistemas simples en invertebrados hasta sistemas más complejos en vertebrados. Los animales más simples, como las esponjas (Porifera) y los rotíferos (Rotifera), no necesitan un sistema circulatorio porque la difusión permite un intercambio adecuado de agua, nutrientes y desechos, así como gases disueltos, como se muestra en la Figura\(\PageIndex{2}\) a Organismos que son más complejos pero que aún tienen solo dos capas de las células en su plan corporal, como las jaleas (Cnidaria) y las gelatinas tipo peine (Ctenophora) también utilizan difusión a través de su epidermis e internamente a través del compartimento gastrovascular. Tanto sus tejidos internos como externos son bañados en un ambiente acuoso e intercambian fluidos por difusión en ambos lados, como se ilustra en la Figura\(\PageIndex{2}\) b. El intercambio de fluidos es asistido por la pulsación del cuerpo de medusa.

    La ilustración A muestra una sección transversal de una esponja, que tiene un cuerpo delgado, similar a un jarrón bañado por dentro y por fuera por líquido. La ilustración B muestra una medusa en forma de campana.
    Figura\(\PageIndex{2}\): Los animales simples que consisten en una sola capa celular como la (a) esponja o solo unas pocas capas celulares como la (b) medusa no tienen sistema circulatorio. En cambio, los gases, los nutrientes y los desechos se intercambian por difusión.

    Para organismos más complejos, la difusión no es eficiente para ciclar gases, nutrientes y desechos de manera efectiva a través del cuerpo; por lo tanto, evolucionaron sistemas circulatorios más complejos. La mayoría de los artrópodos y muchos moluscos tienen sistemas circulatorios abiertos. En un sistema abierto, un corazón latiente alargado empuja la hemolinfa a través del cuerpo y las contracciones musculares ayudan a mover los líquidos. Los crustáceos más grandes y complejos, incluidas las langostas, han desarrollado vasos arteriales para empujar la sangre a través de sus cuerpos, y los moluscos más activos, como los calamares, han desarrollado un sistema circulatorio cerrado y son capaces de moverse rápidamente para atrapar presas. Los sistemas circulatorios cerrados son una característica de los vertebrados; sin embargo, existen diferencias significativas en la estructura del corazón y la circulación de la sangre entre los diferentes grupos de vertebrados debido a la adaptación durante la evolución y las diferencias asociadas en la anatomía. La figura\(\PageIndex{3}\) ilustra los sistemas circulatorios básicos de algunos vertebrados: peces, anfibios, reptiles y mamíferos.

    La ilustración A muestra el sistema circulatorio de los peces, los cuales tienen un corazón de dos cámaras con una aurícula y un ventrículo. La sangre en la circulación sistémica fluye desde el cuerpo hacia la aurícula, luego hacia el ventrículo. La sangre que sale del corazón entra en la circulación branquial, donde los gases son intercambiados por los capilares branquiales. De las branquias la sangre vuelve a entrar en la circulación sistémica, donde los gases en el cuerpo son intercambiados por los capilares corporales. La ilustración B muestra el sistema circulatorio de los anfibios, los cuales tienen un corazón de tres cámaras con dos aurículas y un ventrículo. La sangre en circulación sistémica ingresa al corazón, fluye hacia la aurícula derecha, luego hacia el ventrículo. La sangre que sale del ventrículo ingresa a la circulación pulmonar y cutánea. Los capilares en el pulmón y la piel intercambian gases, oxigenando la sangre. Desde los pulmones y la piel la sangre vuelve a entrar al corazón a través de la aurícula izquierda. La sangre fluye hacia el ventrículo, donde se mezcla con la sangre de la circulación sistémica. La sangre sale del ventrículo y entra en circulación sistémica. La ilustración C muestra el sistema circulatorio de los reptiles, los cuales tienen un corazón de cuatro cámaras. El ventrículo derecho e izquierdo están separados por un tabique, pero no hay tabique que separe la aurícula derecha e izquierda, por lo que hay cierta mezcla de sangre entre estas dos cámaras. La sangre de la circulación sistémica ingresa a la aurícula derecha, luego fluye desde el ventrículo derecho y entra en la circulación pulmonar, donde la sangre se oxigena en los pulmones. Desde los pulmones, la sangre regresa al corazón a través de la aurícula izquierda. Debido a que la aurícula izquierda y derecha no están separadas, se produce cierta mezcla de sangre oxigenada y desoxigenada. La sangre se bombea al ventrículo izquierdo, luego al cuerpo. La ilustración D muestra el sistema circulatorio de los mamíferos, los cuales tienen un corazón de cuatro cámaras. La circulación es similar a la de los reptiles, pero las cuatro cámaras están completamente separadas entre sí, lo que mejora la eficiencia.
    Figura\(\PageIndex{3}\): (a) Los peces tienen los sistemas circulatorios más simples de los vertebrados: la sangre fluye unidireccionalmente desde el corazón de dos cámaras a través de las branquias y luego el resto del cuerpo. b) Los anfibios tienen dos vías circulatorias: una para oxigenar la sangre a través de los pulmones y la piel, y la otra para llevar oxígeno al resto del cuerpo. La sangre se bombea desde un corazón de tres cámaras con dos aurículas y un solo ventrículo. c) Los reptiles también tienen dos vías circulatorias; sin embargo, la sangre sólo se oxigena a través de los pulmones. El corazón tiene tres cámaras, pero los ventrículos están parcialmente separados por lo que se produce cierta mezcla de sangre oxigenada y desoxigenada excepto en cocodrilos y aves. d) Los mamíferos y aves tienen el corazón más eficiente con cuatro cámaras que separan completamente la sangre oxigenada y desoxigenada; bombea únicamente sangre oxigenada a través del cuerpo y sangre desoxigenada a los pulmones.

    Como se ilustra en la Figura\(\PageIndex{3}\), los peces tienen un solo circuito para el flujo sanguíneo y un corazón de dos cámaras que tiene solo una sola aurícula y un solo ventrículo. La aurícula recoge la sangre que ha regresado del cuerpo y el ventrículo bombea la sangre a las branquias donde se produce el intercambio de gases y la sangre se vuelve a oxigenar; esto se llama circulación branquial. Luego, la sangre continúa por el resto del cuerpo antes de regresar a la aurícula; esto se llama circulación sistémica. Este flujo unidireccional de sangre produce un gradiente de sangre oxigenada a desoxigenada alrededor del circuito sistémico del pez. El resultado es un límite en la cantidad de oxígeno que puede llegar a algunos de los órganos y tejidos del cuerpo, reduciendo la capacidad metabólica general de los peces.

    En anfibios, reptiles, aves y mamíferos, el flujo sanguíneo se dirige en dos circuitos: uno a través de los pulmones y de regreso al corazón, lo que se llama circulación pulmonar, y el otro a través del resto del cuerpo y sus órganos incluyendo el cerebro (circulación sistémica). En los anfibios, el intercambio de gases también ocurre a través de la piel durante la circulación pulmonar y se conoce como circulación pulmocutánea.

    Como se muestra en la Figura\(\PageIndex{3}\) b, los anfibios tienen un corazón de tres cámaras que tiene dos aurículas y un ventrículo en lugar del corazón de dos cámaras de peces. Las dos aurículas (cámaras superiores del corazón) reciben sangre de los dos circuitos diferentes (los pulmones y los sistemas), y luego hay cierta mezcla de la sangre en el ventrículo del corazón (cámara inferior del corazón), lo que reduce la eficiencia de la oxigenación. La ventaja de esta disposición es que la alta presión en los vasos empuja la sangre hacia los pulmones y el cuerpo. La mezcla es mitigada por una cresta dentro del ventrículo que desvía la sangre rica en oxígeno a través del sistema circulatorio sistémico y la sangre desoxigenada hacia el circuito pulmocutáneo. Por esta razón, a menudo se describe a los anfibios como de doble circulación.

    La mayoría de los reptiles también tienen un corazón de tres cámaras similar al corazón de anfibios que dirige la sangre a los circuitos pulmonar y sistémico, como se muestra en la Figura\(\PageIndex{3}\) c. El ventrículo se divide de manera más efectiva por un tabique parcial, lo que resulta en una menor mezcla de sangre oxigenada y desoxigenada. Algunos reptiles (caimanes y cocodrilos) son los animales más primitivos para exhibir un corazón de cuatro cámaras. Los cocodrilos tienen un mecanismo circulatorio único donde el corazón desvía la sangre de los pulmones hacia el estómago y otros órganos durante largos períodos de inmersión, por ejemplo, mientras el animal espera presas o permanece bajo el agua esperando que la presa se pudra. Una adaptación incluye dos arterias principales que salen de la misma parte del corazón: una lleva sangre a los pulmones y la otra proporciona una ruta alternativa al estómago y otras partes del cuerpo. Otras dos adaptaciones incluyen un orificio en el corazón entre los dos ventrículos, llamado foramen de Panizza, que permite que la sangre se mueva de un lado del corazón al otro, y tejido conectivo especializado que ralentiza el flujo sanguíneo a los pulmones. En conjunto, estas adaptaciones han hecho de cocodrilos y caimanes uno de los grupos de animales más exitosos evolutivamente en la tierra.

    En mamíferos y aves, el corazón también se divide en cuatro cámaras: dos aurículas y dos ventrículos, como se ilustra en la Figura 40.1.3d. La sangre oxigenada se separa de la sangre desoxigenada, lo que mejora la eficiencia de la doble circulación y probablemente sea necesaria para el estilo de vida de sangre caliente de mamíferos y aves. El corazón de cuatro cámaras de aves y mamíferos evolucionó independientemente de un corazón de tres cámaras. La evolución independiente del mismo rasgo biológico o similar se conoce como evolución convergente.

    Resumen

    En la mayoría de los animales, el sistema circulatorio se utiliza para transportar sangre a través del cuerpo. Algunos animales primitivos utilizan la difusión para el intercambio de agua, nutrientes y gases. Sin embargo, los organismos complejos utilizan el sistema circulatorio para transportar gases, nutrientes y desechos a través del cuerpo. Los sistemas circulatorios pueden estar abiertos (mezclados con el líquido intersticial) o cerrados (separados del líquido intersticial). Los sistemas circulatorios cerrados son una característica de los vertebrados; sin embargo, existen diferencias significativas en la estructura del corazón y la circulación de la sangre entre los diferentes grupos de vertebrados debido a las adaptaciones durante la evolución y las diferencias asociadas en la anatomía. Los peces tienen un corazón de dos cámaras con circulación unidireccional. Los anfibios tienen un corazón de tres cámaras, que tiene algo de mezcla de la sangre, y tienen doble circulación. La mayoría de los reptiles no aviares tienen un corazón de tres cámaras, pero tienen poca mezcla de sangre; tienen doble circulación. Los mamíferos y las aves tienen un corazón de cuatro cámaras sin mezcla de sangre y doble circulación.

    Glosario

    atrio
    (plural: aurículas) cámara del corazón que recibe sangre de las venas y envía sangre a los ventrículos
    sistema circulatorio cerrado
    sistema en el que la sangre se separa del líquido intersticial corporal y contenida en los vasos sanguíneos
    doble circulación
    flujo de sangre en dos circuitos: el circuito pulmonar a través de los pulmones y el circuito sistémico a través de los órganos y el cuerpo
    Circulación branquial
    sistema circulatorio que es específico de animales con branquias para intercambio de gases; la sangre fluye a través de las branquias para oxigenación
    hemocoel
    cavidad en la que se bombea sangre en un sistema circulatorio abierto
    hemolinfa
    mezcla de sangre y líquido intersticial que se encuentra en insectos y otros artrópodos así como en la mayoría de los moluscos
    líquido intersticial
    fluido entre las células
    sistema circulatorio abierto
    sistema en el que la sangre se mezcla con líquido intersticial y cubre directamente los órganos
    ostium
    (plural: ostia) orificios entre los vasos sanguíneos que permiten el movimiento de la hemolinfa a través del cuerpo de insectos, artrópodos y moluscos con sistemas circulatorios abiertos
    circulación pulmocutánea
    sistema circulatorio en anfibios; el flujo de sangre a los pulmones y la piel húmeda para intercambio de gases
    circulación pulmonar
    flujo de sangre lejos del corazón a través de los pulmones donde ocurre la oxigenación y luego regresa al corazón nuevamente
    circulación sistémica
    flujo de sangre desde el corazón hacia el cerebro, hígado, riñones, estómago y otros órganos, las extremidades y los músculos del cuerpo, y luego el retorno de esta sangre al corazón
    circulación unidireccional
    flujo de sangre en un solo circuito; ocurre en peces donde la sangre fluye a través de las branquias, luego pasa por los órganos y el resto del cuerpo, antes de regresar al corazón
    ventrículo
    (corazón) cámara inferior grande del corazón que bombea sangre a las arterias

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