Teórica 11. Hemodinámica.pdf
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HEMODINAMICA SISTEMA CIRCULATORIO arteria pulmonar circulación pulmonar vena pulmonar vena pulmonar arteria pulmonar aorta vena cava circulación sistémica aorta vena cava capilares sangre oxigenada sangre deoxigenada Corazón: dos bombas simultáneas en serie 5 l/min cabeza y cuello Sangre desoxigenada Sangre oxigenada torax hígado sistema diegetivo Riñones extremidades inferiores Compartimentos vasculares secuencia en serie: arteria-arteriola-capilares-vénulas-vena vena arteria capilares vénula arteriola Vasos que siguen una configuración en serie y en paralelo Compartimentos en paralelo Compartimentos en serie ARTERIAS ARTERIOLAS CAPILARES VÉNULAS VENAS Rtotal = R1 + R2 + R3 + ……… Rn Si R1 = R2 = …= Rn = Ri 1/Rtot = N/Ri Rtot = Ri/N ¿que define el movimiento de un fluido en un vaso? Asumiendo que el vaso es un cilindro de paredes rígidas Caudal = P / R [Caudal] ml/min [P] mm Hg [R] mm Hg. min. ml-1 La resistencia depende de: • las propiedades geométricas del vaso • las propiedades del fluido para un tubo cilíndrico: R = (8 . η . l) / r4 ΔP = h . g . δ Orientación del gradiente de presión ΔP/ ΔX 1) Presión impulsora de caudal (driving pressure): Entre dos puntos de un tubo (x1 y x2). 2) Presión transmural: Es en sentido radial al vaso (entre r1 y r2). 3) Presión hidrostática (entre h2 y h1) Caudal en el sistema circulatorio Caudal = P / R aorta vena cava El corazón mnatiene un ΔP constante, El flujo varía, según las necesidades metabólicas, variando R. Gasto cardíaco Gasto cardíaco desde el punto de vista vascular gasto cardíaco = volumen de sangre/min gasto cardíaco = presión arterial media resistencia periférica total presión sistolica: 120 mm Hg; presión diastólica: 80 mm Hg; presión arterial media: 95 mm Hg Esto puede pensarse como una variación de Poiseuille: C = ΔP/R Resistencia vascular Caudal = P / R R= 8L r4 η= Viscosidad (shear stress) 8L R= 4 r η= F/A Δv/Δx (shear rate) Viscosidad es la propiedad física (intensiva) de los líquidos de oponerse a su deformación. O también, la resistencia que oponen los fluidos a la variación de la velocidad de sus líneas de corriente. Shear stress o tensión tangencial o tensión de corte o de cizalla Shear stress o tensión tangencial o tensión de corte o de cizalla Shear stress o tensión tangencial o tensión de corte o de cizalla Capa fija Si un fluido se deforma por la acción de una fuerza, aparecen fuerzas tangenciales de igual dirección a la primera pero, de sentido contrario que se oponen al movimiento. Estas fuerzas tangenciales (resistencia) son inversamente proporcionales a la velocidad. Viscosidad La fricción entre las capas causa la desaceleración de las capas sucesivas F shear stress (tensión o esfuerzo de cizalla) A F/A η= Δv/Δx v Vectores de velocidad shear rate (gradiente de velocidades, en y) [] dina sec/cm2 = Poise FLUJO LAMINAR Perfil de velocidades en el vaso capas concéntricas de velocidad decreciente del centro a la pared Estudio del perfil de velocidades de los eritrocitos en el flujo sanguíneo marcandolos con un colorante fluorescente Bishop, J. J. et al. Am J Physiol Heart Circ Physiol 280: H222-H236 2001 Transiluminación (campo claro) epiluminación diI epiluminación fluoresceina Superposición de 6 imágenes tomadas cada 5 ms 1 punto cada 5 msec Perfil de velocidades de los eritrocitos en el vaso Para que se cumpla Poiseuille en la forma: Debe cumplirse: (1) tubo cilíndrico, rígido, recto, con radio constante, y sin brazos. (2) fluido incompresible (3) la velocidad de la lámina contra la pared del tubo debe ser IGUAL a CERO (4) flujo laminar (5) η constante respecto del radio, del shear stress y de gradientes de velocidad (es decir que η no debe variar con la velocidad (no confundir con Caudal)) La condición (1) se cumple para un vaso único . La (2) y la (3) se cumplen. La otras dos se analizarán a continuación. Flujo laminar vs turbulento El flujo se mantiene laminar para velocidades moderadas. Cuando el fluido supera un cierto valor crítico de velocidad, el flujo se vuelve turbulento, y el Caudal ya no sigue la ley de Poisseuille (el Caudal será menor que el esperado para una dada ΔP). El punto crítico está determinado por el número de Reynolds El flujo de sangre se vuelve turbulento cuando Re supera aproximadamente 2000 Si la velocidad (v) aumenta para un dado vaso, se favorecerá el flujo turbulento Flujo laminar vs turbulento Velocidad de la sangre El caudal se mantiene constate a los largo de todo el sistema circulatorio Otro principio importante de la hidrodinámica es el principio de continuidad PUNTO DE REFERENCIA C = Vol = A . ΔX = A . vel Δt Δt ΔX Por lo tanto cuando cambia la sección de un vaso, variará la velocidad del fluído. Por ejemplo, si se reduce la sección, aumentará la velocidad porque el caudal debe permanecer constante, y viceversa. Esto es por el principio de conservación de masa. ¿Dónde el flujo se vuelve turbulento? - cayado de la aorta (arco aórtico) - estenosis de una arteria - Anemia: favorece el flujo turbulento porque baja la viscosidad. Viscosidad de la sangre F/A Δv/Δx El agua y el plasma son FLUIDOS NEWTONIANOS: la relación del shear stress sobre el shear rate es constante (se relacionan según una recta con origen en cero y pendiente η). La SANGRE es un fluido NO-NEWTONIANO es decir que sigue una relación F / A no linear. Δv/Δx Se necesita una fuerza (F/A) mayor que cero para comenzar a generar movimiento Por lo tanto existe un SHEAR STRESS UMBRAL Viscosidad de la sangre La viscosidad de la sangre depende de varios factores: Hematocrito Fibrinógeno Radio de los vasos Velocidad del flujo Temperatura Viscosidad de la sangre La viscosidad depende de: •Hematocrito •Fibrinógeno Viscosidad de la sangre La viscosidad depende del hematocrito Viscosidad de la sangre La viscosidad depende de: . Radio de los vasos Viscosidad de la sangre A radios > 1 mm la viscosidad es independiente del radio A radios < 1mm la viscosidad disminuye abruptamente al disminuir el radio: EFECTO FAHRAEUS-LINDQVIST En los vasos de radio pequeños la viscosidad dinámica es menor que en vasos de radio mayor. Viscosidad de la sangre Efecto Fahraeus-Lindqvist Tiene 3 causas: (1) Los glóbulos rojos se concentran más en el centro del vaso: efecto de spin (2) En vasos de radio muy pequeño no se cumple el concepto de líneas de corriente infinitesimales. Situación límite: el radio de 1 G.R. coincide con el del vaso. plasma libre de células (3) Vasos mas pequeño que un G.R.: estos se deforman y se comprimen en el centro, tomando forma bala La sangre es un fluido no-Newtoniano La viscosidad depende de: •La velocidad del flujo Viscosidad de la sangre La viscosidad depende de la velocidad del flujo Caudal (ml/s) 140 120 100 80 60 40 20 0 ΔP A bajo caudal la resistencia aparente aumenta ORIGENES DE LA PRESION EN LA CIRCULACIÓN El corazón genera ΔP para contrarrestar R La presión y el flujo oscilan en c/latido En grandes arterias: entre un valor máximo sistólico (120 mm Hg) y uno mínimo diastólico (80 mm Hg) La presión media es de aproximadamente 95 mm Hg SISTEMICO PULMONAR ORIGENES DE LA PRESION EN LA CIRCULACIÓN La mayor caida de presión ocurre a nivel de las arteriolas ¿A que se debe? Máxima P Resistencia vascular Caudal = P / R P = C * R El caudal se mantiene constante. Entonces: La mayor caída de presión se producirá a la altura del sistema que genere la mayor resistencia Resistencia vascular La resistencia de un vaso depende del su geometría: Aumenta con la longitud Disminuye con su sección (radio) Sin embargo debemos considerar el complejo entramado de los vasos a medida que el sistema se arboriza 8L R= 4 r Resistencia vascular Resistencia en serie R1 R2 R3 RT = R1 + R2 +R3 Compartimentos en serie Arterias arteriolas capilares vénulas venas Resistencia vascular Resistencia en paralelo R1 R2 R3 1 RT 1 1 1 + + = R1 R2 R3 1/RT = N / Ri RT = Ri / N Compartimentos en paralelo GT = G1 + G2 + G3 = ∑Gi Resistencia vascular aorta arterias pequeñas Nro elementos 1 8 x 103 20 x 106 10,000 x 106 Radio interno 1000 mm 0.5 mm 0.015 mm 0.003 mm Área unitaria 4 cm2 8x10-3 cm2 0.7x10-6 cm2 0.3x10-6 cm2 Área total 4 cm2 63 cm2 141 cm2 2827 cm2 arteriola Capilares (abiertos) Resistencia vascular aorta arterias pequeñas Nro elementos 1 8 x 103 20 x 106 10,000 x 106 Radio interno 10 mm 0.5 mm 0.015 mm 0.003 mm Área unitaria 4 cm2 8x10-3 cm2 7x10-6 cm2 0.3x10-6 cm2 Área total 4 cm2 63 cm2 141 cm2 2827 cm2 arteriola capilares Resistencia vascular Área total (cm2) aorta arterias pequeñas Nro elementos 1 8 x 103 20 x 106 10,000 x 106 Radio interno 10 mm 0.5 mm 0.015 mm 0.003 mm Área unitaria 4 cm2 8x10-3 cm2 7x10-6 cm2 0.3x10-6 cm2 Área total 4 cm2 63 cm2 141 cm2 2827 cm2 arteriola capilares La mayor caída de presión se da a nivel del compartimento de las arteriolas 8L R= r4 caudal = P / R P = caudal *R RT = Ri/N Internal radius (ri) Individual resistance (dyne · s/cm5) Number of units (N) Total resistance (dyne · s/cm5) ARTERIOLAS 15 µm ∼15 × 107 20 × 106 7 CAPILARES 3 µm ∼3000 × 107 10,000 × 106 3 Resistencia vascular La mayor caida de presión se da en el compartimento de las arteriolas arteriola capilares 7 dyne · s/cm5 3 dyne · s/cm5 Part > Pcap Área total (cm2) Velocidad (cm/s) Presión (mm Hg) Vena cava venas venulas arteria aorta (caudal = cte) arteriola capilares P = caudal *R Velocidad de circulación Área total (cm2) Velocidad (cm/s) x A caudal = P / R C = Vol / tiempo C = área . x/tiempo = área . vel El caudal se mantiene constante a lo largo de todo el sistema, por lo tanto a mayor sección total menor velocidad mejor intercambio Vasos Sanguíneos ARTERIAS SISTEMA DE DISTRIBUCION CAPILARES SISTEMA DE DIFUSION Y FILTRACION VENAS SISTEMA DE RECOLECCION. VASOS SANGUÍNEOS: RIGIDEZ VS ELASTICIDAD Y CONTRACTILIDAD 4 estructuras fundamentales: ENDOTELIO, FIBRAS MUSCULARES LISAS, FIBRAS ELÁSTICAS Y COLÁGENO. Vasos sanguíneos arteria vena capilar válvulas endotelio músculo liso t. conectivo sistema venoso reservorio de sangre 50% volumen sistema arterial reservorio de presión Vasos sanguíneos compliance = V / P Retorno venoso SISTEMICO PULMONAR Corazón capilares venas corazón Arterias venulas derecho arteriolas corazón izquierdo Entre arterias y venas hay gran ΔP Pero en las venas el ΔP remanente es muy bajo. ¿Cómo hacemos para hacer llegar la sangre desde las venas de las extermidades inferiores hasta el corazón??? Las venas, a diferencia de las arterias cuenta con válvulas El retorno venoso es asistido por la contracción muscular Músculo liso filamento contractil cuerpos densos Músculo liso La contracción del músculo liso produce vasoconstricción; y la relajación produce vasodilatación. La contracción del músculo liso puede darse por: •Despolarización supraumbral •Despolarización subumbral •Aumento de [Ca2+]intracelular mediado por agonistas Duración de la contracción Acople excitación contracción en el músculo liso 1. Despolarización de la fibra 2. Entrada de Ca++ (puede ser desde el extracelular o fuentes intracelulares) 3. Ca++ se une a calmodulina (relacionada con troponina C) 4. Ca++ -calmodulina activa la quinasa de la cadena liviana de la miosina (MLCK) 5. Fosforilación de MLC 6. Aumenta la actividad ATPasa de la cabeza de la miosina 7. La miosina interactúa con la actina 8. Contracción fin