Vasos Sanguíneos
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Vasos Sanguíneos Sistema Circulatorio Estructura y Composición Propiedades Mecánicas Ejemplos Sistema Circulatorio Sistema Circulatorio Función de los Vasos Sanguíneos 6 mmHg 15 mmHg 5 mmHg Transporte de la sangre a través del cuerpo - Alta presión: 100mmHg - Baja presión: 10mmHg 100 mmHg 10 mmHg 25 mmHg 1 mmHg = 133 Pa Sistema Circulatorio Arterias - Alta Presión - Pulsatilidad - Resistencia Mecánica - Elasticidad Sistema Circulatorio Efecto Windkessel Otto Frank 1899 Qin Qout Qin Qout Sistema Circulatorio Efecto Windkessel C Qin Qout R P, V flexibilidad: continuidad: flujo: dV =C dP dV dV dP dQout = (Qin – Qout) = = C R dt dP dt dt P = R Qout Sistema Circulatorio Efecto Windkessel C Qin Qout R P, V Qin – Qout = C R Qin = cte P = R Qout dQout dt C R dQout + Qout = Qin dt Qout = Qin + K e –t CR P = R (Qin + K e –t C R) Sistema Circulatorio Efecto Windkessel Qin Qmax Qout Qmin Qmin t0 t0 < t < t0 +T , Qin = Qin : t0 +T t0 +2T Qout = Qin + (Qmin – – (t-t0) Qin) e C R t = t0 , Qout = Qmin – (t-t0-2T) t0 +T < t < t0 +2T , Qin = 0 : t = t0 + 2T , Qout = Qmin 1– e–T/CR Qmin = Qin T/CR e – e–T/CR Qout = Qmin e CR eT/CR –1 Qmax = Qin T/CR e – e–T/CR 1– e–T/CR Qmin /Qmax = T/CR e –1 Sistema Circulatorio Efecto Windkessel Aorta Ascendente P = R Qout = RQ ECG P~ e 150 PRESSURE (mmHg) – (t-t0-2T) e CR –t CR 140 AORTIC PRESSURE 100 WINDKESSEL 120 50 100 VELOCITY (cm/s) 80 0 0.8 1.0 1.2 1.4 1.6 1.8 TIME (s) -50 0.8 1.0 1.2 1.4 TIME(s) 1.6 1.8 C R ≈ 2s T ≈ 0.5 s 1– e–T/CR Qmin /Qmax = T/CR ≈ 0.7 e –1 = Pmin /Pmax Sistema Circulatorio Venas - Baja Presión - Flujo continuo - Válvulas - Bombeo Muscular Respiratorio Estructura y Composición Estructura y Composición Estructura Capas histológicas – Íntima: células endoteliales – Media: fibras + músculo liso – Adventicia: fibras + vasos Estructura y Composición Estructura de las Venas – Íntima: delgada, válvulas – Media: láminas elásticas ausentes delgada – Adventicia: gruesa conexión con tejidos adyacentes Estructura y Composición Estructura de las Arterias – Íntima: Endotelio/Subendotelio – Media: lámina elástica interna fibras elásticas + músculo liso lámina elástica externa – Adventicia: tejido conectivo vasos Estructura y Composición Estructura de las Arterias Especialización – Arterias Elásticas – Arterias Musculares – Arteriolas Estructura y Composición Tensiones p t σ L – Equilibrio: σ2Lt=pDL σ=p D 2t D σ (kPa) = 80 30 σ p 15 13 30 50 15 Estructura y Composición Componentes de la Pared Aorta – Elastina – Colágeno – Músculo Liso Estructura y Composición Componentes de la Pared – Colágeno Resistente: > 900 MPa , E≈ 0.5GPa ( fibrillas de 100 a 900nm) Estructura y Composición Componentes de la Pared – Elastina -Muy deformable -Elastómero Estructura y Composición Componentes de la Pared Colágeno/Elastina –Arterias elásticas : < 1 –Arterias Musculares : > 1 –Venas : >> 1 Propiedades Propiedades Procedimientos Experimentales In-Vitro In-Vivo Medidas In Vivo No Invasivas Mínimamente Invasivas (–) Control Invasivas (+) – Situación Real – Rango fisiológico (arterias 60-140mmHg, venas < 20mmHg) – Débil control de las condiciones de contorno (térmicas, mecánicas, biológicas, químicas) – Problemas éticos y legales Propiedades Medidas In Vitro Presión-Diámetro – Cercano a la realidad – Necesita post-proceso Uniaxial – Tensión-Deformación – Preparación de muestras Propiedades Efecto de la Orientación Aorta ascendente F A F σ = F/A λ = L/L0 Rango Fisiológico Propiedades Efecto de la Temperatura Rango Fisiológico p D p Rango Fisiológico Propiedades Coeficiente de Dilatación Rango Fisiológico Propiedades Efecto de la Activación Muscular p D p Propiedades Efecto de la Patología Aorta ascendente Normal F A Bicúspide Rangos Fisiológicos F σ = F/A λ = L/L0 Marfán Ejemplos Aneurismas Aórticos – Fusiforme – Asintomático – Criterios de Intervención Diámetro 50–55 mm (ascendente) 60–70 mm (descendente) Crecimiento 5–10 mm/año Disección Ejemplos Aneurismas p t – Equilibrio: σ-λ L – Cons. Volumen: D σ σ2Lt=pDL – Deformación: 2t D D t t= 0 0 D p=σ π D t = π D0 t0 λ= D D0 p σ 2 t0 σ p= D0 λ2 D = λ D0 p D D0 1 λ (= L/L0) D Ejemplos Aneurismas Estabilidad: líneas iso-”p” ? pc σ p2 p1 2 t0 σ p= D0 λ2 D0 p λ2 σ= 2 t0 ? pc p2 p1 1 λ p3 p2 σ D p1 p3 p2 p1 1 λ D Ejemplos Aneurismas σ pc p2 p1 1 λ pc p2 p1 DMin DMin DMax DMax Ejemplos Angioplastia – DStent/DArteria ~1.1 – Alta presión (>10 atm.) despliegue del stent remodelación – ¿ Efecto sobre la pared ? riesgo de rotura efecto sobre las estructuras Ejemplos Modelización F A F σ = F/A λ = L/L0 Delfino → σ = C1 (λ2 – 1/λ) exp[C2 (λ2 + 2/λ – 3)] Ejemplos Modelización Ensayo P-D del arco aórtico Ejemplos Angioplastia – Simulación de diferentes Stents/procesos – Evaluación del estado tensional de la pared Conclusión Comp. Mecánico – Mecanismos – Parámetros – Modelos Comp. Biológico Funcionamiento: Mejora – Comprensión – Evaluación y Cuantificación Tratamientos: Mejora – Diseño – Evaluación
