PHYSIOLOGY OF CARDIOVASCULAR SYSTEM

Regulation of the Coronary Blood Flow 

1)

Autoregulation:  

      When BP is elevated, BF initially rises – then returns toward the control level and vice  
       versa.  Functioning mechanism in the range 70-170 mmHg. 
       

Explanation:

        Myogenic hypothesis:  the response is due to altered stretch  of the smooth muscle in the   
        wall of CA. 
 
2) Neural:  ANS 
 
    a) The sympathetic nerve fibres – NE – alpha adrenergic receptors – vasoconstriction. 
     b) The parasympathetic n. vagus – Ach – mild vasodilatation. 
 
3) Humoral: 
    a) Oxygen – extraction of O

2

 in coronary bed is nearly complete. 

        Dif. a-v

O2

 = 12 Vol. % - the highest in the body. 

        A decrease in PaO

2

 – vasodilation (adenosine) 

 
     b) An increase in PaCO

2

 and decrease in pH – vasodilatation 

 
     Vasodilators: 
     - Adrenaline (epinephrine) – (beta 2 receptors) 
     - Adenosine – a metabolic product of ATP breakdown 
     - Prostaglandins: Prostacyclin (PGI

2

) and PGE

2

      - Calcium antagonists ( e.g. Verapamil) 

      -  NO -

EDRF – endothelial derived relaxing factor – a substance released by endothelial   

          cells – in response to increasing BF 

           Nitroglycerine 

 
     Vasoconstrictors 
     - Noradrenaline (norepinephrine) 
     - Vasopressin 
     - Angiotensin II. 
     - Ergonovine – used for provocation f coronary spasm in dg. of   insufficiency coronary  
        bed. 
 
Inadequate coronary BF and coronary heart diseases 
 
1-st situation: coronary arteries are narrowed but not completely occluded. Coronary BF is 
adequate to supply the resting metabolic needs of the myocardium but when O

2

 demands are 

increased (exercise) – the blood  supply becomes insufficient = ischemia – with a clinical 
syndrome – angina pectoris. 

2-nd situation: Abrupt obstruction of a coronary artery produces within 1-2 min loss of 
contraction in the involved region. If sustained beyond 40 min – it produces necrosis =  
acute myocardial infarction. 
 
 
 
 

Cerebral Circulation 

 
Anatomy: 
Arterial inflow through 2 internal carotids + 2 vertebrals. Circle of Willis. 
Venous drainage by way of the deep veins and dural sinuses – into internal 
jugular veins. 
Capillaries: 
Number of capillaries of the brain gray matter is about  4x  as great as that of 
white matter. Capillaries are supported on alal sides by „glial feet“ – providing  
physical support to prevent overstretching of the capillaries in case of high 
pressure and to prevent transudation of fluid into the brain – against brain edema. 
Difficult penetration – the blood – brain barrier 

(except of some areas of the 

hypothalamus, the pineal gland and the area postrema). 
 
Function of the B-B barrier 
Barrier is highly permeable to H

2

O, CO

2

, O

2

 and lipid soluble substances (alcohol, 

anesthetics). 
Slightly permeable to the electrolytes (Na

+

, Cl

-

, K

+

) 

Totally impermeable to plasma proteins and large organic molecules. 
Importance: The BB barrier – maintains the constancy of the environment of the 
 

         neurons in CNS. 

- protects of the brain from toxins in the blood 

- prevents neurotransmitters against the escape into the circulation 

Ontogeny: BB barrier develops postnatal (jaundiced newborns – penetration of the bile pigments 
into CNS – kernicterus). 
Clinical implication: Application of the drugs (ATB) penetrating in  the BB barrier for treatment 
of cerebral diseases. 
 
Cerebral Blood Flow 
CBF = Adults: 750 ml/min = 54 ml/min/100 g of brain w.  = approx. 15% of CO 
 

Children: 105 ml/min/100 g 

A decrease of CBF to „adult value“ in puabertal age (sex hormones) 

 
BF in various parts of the brain: 
 

BF in gray matter is about 6 times that in white matter. 

A marked fluctuation in regional BF with changes in activity (the movements – motor   

             area, the speech –  sensory + motor area). 
 
Regulation of CBF 
Monro-Kellie doctrine: The sum of the volume of blood (75 ml),   cerebrospinal fluid (75 ml) 
and brain (1400 g) in the cranium must be relatively constant. 
 
1) Autoregulation: 
     The intracranial pressure (ICP – CSF pressure) = 10 mm Hg.   When ICP > 33 mm Hg – CBF 
is reduced – ischemia – stimulation  of the vasomotor and cardioinhibitory centers – 
hypertension,  bradycardia = Cushing reflex – helps to maintain CBF and to preserve 

O

2

 for 

brain and coronary circulation. 
The myogenic autoregulation – in the range 65 – 140 mm Hg. 
 
 

2) Humoral regulation: 
Increase in PaCO

2 

decreases in PaO

2

, pH – vasodilatation 

Cerebral tissue PO

2

 – normal 35-40 mm Hg at PO

2 

below 20 mm Hg – coma in  5 – 10 s. 

Inhalation of CO

2

 – increase in CBF by 75% 

Inhalation  of  O

2

 – decrease in CBF by 15 % 

 
3)  Nervous regulation: 
Sympathetic innervation from the superior cervical sympathetic ganglia. 
Vasoconstriction. During streuous exercise – prevention againsthigh pressure and cerebral stroke 
(a vascular hemorrhage intothe brain). 
 Parasympathetic innervation: n. facialis. Vasodilatation. Mild importance. 
 

Circulation in  Skeletal Muscles 

 
Flow – during rest 3-4 ml/min/100g 
          - during exercise – the increase more than 20-fold 
 
Regulation 
1) Local: 
     Mechanical: Muscle contractions → the decrease in BF (the importance  rhythmic   
                         contractions).  Between contractions – BF is increased. 
     Temperature: the increase - vasodilation 

2) Humoral: 
 

    Vasodilators: Hypoxia, hypercapnia, lactic acid, K

+

  ,acetylcholine, epinephrine 

    Vasoconstrictor: Norepinephrine 

3) Nervous control of muscle blood flow 
 

    - Sympathetic NA system – vasoconstriction 

    - Special – Sympathetic cholinergic system – vasodilation (activation before the  

                                                                                                   start of  muscular exercise) 
 
 

The  Skin  Circulation 

 
Anatomy: Blood vessels in the fatty subcutaneous tissue.- 
 

Important for the thermoregulation: 

- venous plexus supplied by inflow of blood from the skin 

   capillaries 

- arteriovenous anastomoses (in hands, feet, ears) 

 
The Skin Blood Flow 
F = 250 ml/min = 1-3 ml/min/100 g = 5% of CO – at  rest 
F = 150 ml/min/100 g – in response to thermal stimuli 
        Blood is shunted through the anastomoses. 
 
Higher skin BF causes the conduction of the heat from the core to the skin – higher radiation of 
the heat. 
Flow of blood to the skin is a most effective heat transfer from the body core to the skin. 
 

Regulation of the skin BF 
Autoregulation 
Nervous: Sympathetic nerves: The increase of the sympathetic nerve traffic – 
 

    - vasoconstriction and vice versa. Vasoconstrictory tone. 

Local axon reflexes: 
    Impulses initiated in sensory nerves (by injury) are relayed antidromically down by other    
    branches of the sensory nerve  fiber. The only one situation – antidromic conduction. 
 
Humoral: - Histamine and H-like substances –  H

1

 – receptors – vasodilatatioin 

     - Bradykinin – sweat glands – kalikrein – effects on plasma  proteins – bradykinin –  

                                                                                                                 vasodilatation 
 

     - Serotonin, NE – vasoconstriction 

 
Tests of the skin vascular reactibility 
A) White reaction: the mechanical stimulation (pointed object is drawn lightly over the skin) – 
a pale line – due to contractions of the  precapillary sphincters (in 10-15 s). 
 
B) Tripple response: the skin attacked more strongly 
 

1) Red reaction (in 10 s) – capillary dilatation 

2) Swelling (local edema) increased permeability of the capillaries – histamine, H-  

                                                                                                                              substances 
 

3) Difuse reddening around the injury – arterial dilatation – axon  reflexes. 

Pulmonary Circulation 

Morphology: 
Circulation in series to the systemic circulation. The pulmonary vessels are 
short and have large diameter.The walls are thin and distensible. 
 
Physiology 
 

Flow: CO RV – 5.5 l/min; Velocity – 40 cm/s; 

BF – is much more pulsatile than is systemic circulation   (low arteriolar resistance) 

 
Ventilation/Perfusion Ratio 
Differences in various parts of the lungs. 
 

 Pressure: PA = 25/10 mm Hg. Mean = 15 mm Hg. 
 

       Pulmonary capillary pressure = 7-10 mm Hg. 

 
Resistance: low – 2-3 mm/l/min 
 

Volume of blood: 1 l  of the blood in pulmonary bed – only about 75-100 ml is in the pulmonary 
capillaries. SV = 70 ml – all the capillary blood is replaced at each heart beat. 
The increase of the volume after deep inspirium, in horizontal position. Reservoir function. 
 
Distribution of blood flow in pulmonary circulation 
The hydrostatic pressure of the blood within the pulmonary capillaries influences BF in different 
regions of the lungs. At the top of the lungs is little flow – in the lowest point in the lungs is max.