UNIDAD II: BIOFÍSICA DE LOS FLUIDOS, HEMODINÁMICA Y RESPIRACIÓN
2.1 VISCOSIDAD SANGUÍNEA Y PERFILES
DE FLUJO
La viscosidad
de la sangre normal (μ) es de aproximadamente 3,5x10-2 P o de 3,5 x10-3 Pa-s (Pascal/seg)
[1 poise (ñ) = 1 dina/s/cm2 equivale a 10 pascales-seg (Pa-s)]; esto está
directamente relacionado con el hematocrito.
Relación entre viscosidad sanguínea y hematocrito
Cuanto mayor
la viscosidad de un fluido, más se suaviza el movimiento del mismo. A bajas velocidades,
éste fluye a lo largo de líneas regulares; este patrón de flujo se llama
laminar. La fricción viscosa produce una resistencia al flujo; para mantener un
flujo estable a través de un vaso se produce una caída de presión a lo largo
del mismo:
Q = ∆P/R
donde ∆P es
igual a P1-P2 (caída de presión a lo largo del sistema). O sea que:
R = P1-P2/Q
Es decir que la resistencia al flujo (R) es directamente proporcional a la
diferencia de presión e inversamente proporcional a la tasa volumétrica de
flujo (Q)
Este fenómeno es descripto por la
ley de Hagen-Poiseuille:
donde δ P:
P1-P2; r: radio del vaso; μ: viscosidad sanguínea; L: longitud del vaso.
Sabemos que
Q = V/t (V: volumen; t: tiempo; V = A . L/t). Como Q = A . v (A: área; v: velocidad);
luego: v = Q/A = Q/ π.r2
Reemplazando R en por:
Esto
demuestra que un pequeño cambio en el radio vascular produce grandes cambios en
la resistencia al flujo. Este concepto está claramente ligado al de
"estenosis crítica".
2.2 LEY DE POISEUILLE
Debido a que
esta ley física fue estudiada en condiciones de laboratorio en tubos rígidos,
¿cómo varía en un sistema circulatorio de flujo pulsátil, con arterias
elásticas, ramificadas y de diámetro decreciente?
La ley de Poiseuille asume:
1. viscosidad
constante, o sea relación lineal entre fricción viscosa y gradiente de
velocidad (líquido newtoniano);
2. flujo
laminar;
3. capa o
lámina externa adyacente a la pared (interfase líquido-pared) con velocidad 0
(fenómeno de no deslizamiento o no slippage);
4. flujo
estable;
5. tubos con
paredes paralelas de sección circular;
6. tubos no
rígidos, inelásticos.
2.3 PRESIÓN EN EL SISTEMA
CIRCULATORIO. PRESIÓN SANGUÍNEA
El corazón es prácticamente una doble bomba que
suministra la fuerza necesaria para que la sangre circule a través de los dos
sistemas circulatorios más importantes: la circulación pulmonar en los pulmones
y la circulación sistemática en el resto del cuerpo. La sangre primero circula
por los pulmones y posteriormente por el resto del cuerpo.
Comenzaremos la descripción del funcionamiento del
corazón considerando la sangre que sale al resto del cuerpo, por el lado
izquierdo del mismo. La sangre es bombeada por la contracción de los músculos
cardiacos del ventrículo izquierdo a una presión de casi 125 mm de Hg en un
sistema de arterias que son cada vez más pequeñas (arteriolas) y que
finalmente se convierten en una malla muy fina de vasos capilares. Es en ellos
donde la sangre suministra el O2 a las células y recoge el CO2 de ellas.
Después de pasar por toda la malla de vasos capilares,
la sangre se colecta en pequeñas venas (vénulas) que gradualmente se combinan
en venas cada vez más grandes hasta entrar al corazón por dos vías
principales, que son la vena cava superior y la vena cava inferior. La sangre
que llega al corazón pasa primeramente a un reservorio conocido como aurícula
derecha donde se almacena; una vez que se llena se lleva a cabo una contracción
leve (de 5 a 6 mm de Hg) y la sangre pasa al ventrículo derecho a través de la
válvula tricúspide que se ilustra en la figura.
2.3.1
MECÁNICA CIRCULATORIA
Las
sucesivas y alternadas contracciones y relajaciones permiten que el corazón
funcione como una bomba, impulsando la sangre desde las venas hacia las
arterias. Este patrón mecánico se denomina ciclo cardíaco, y consta de dos
fases principales: la diástole o fase de relajación; y la sístole o fase de
contracción.
Para que las fibras cardíacas inicien el proceso
mecánico de la contracción es necesario que la información eléctrica localizada
a nivel de la membrana se introduzca al citoplasma celular, que es el lugar
donde se encuentra la maquinaria contráctil; por ello, el primer fenómeno que
ha de estudiarse es el tránsito de esta información, denominado acoplamiento
excitación-contracción.
El
acoplamiento, al igual que en el músculo esquelético, es un mecanismo dependiente
íntegramente del Ca++ presente en el sarcoplasma . La despolarización sostenida
durante la fase de meseta en el potencial de acción cardíaco garantiza la
entrada de Ca++ necesario para la liberación del almacenado en el retículo.
CICLO CARDIACO
La característica más
relevante en el comportamiento contráctil del corazón es su función cíclica de
bombeo, por ello los parámetros que mejor miden esta actividad son los valores
de presión y volumen; de ahí que la descripción del ciclo cardíaco se realice
mediante las medidas mencionadas a nivel de las cavidades cardíacas y en los
vasos sanguíneos de entrada y salida del corazón.
El ciclo se
desarrolla al mismo tiempo en las dos partes del corazón (derecha e izquierda),
aunque las presiones son mayores en el lado izquierdo. La observación al mismo
tiempo del ECG permite correlacionar los cambios mecánicos con los
acontecimientos eléctricos que los preceden; y añadidamente demuestra la unidad
de acción del músculo auricular y ventricular.
2.3.2
SÍSTOLE, DIÁSTOLE Y PULSO
Las fases del ciclo
cardíaco son:
1. Fase final de la
diástole
2. Fase de sístole
3. Fase inicial y
media de la diástole
En un adulto normal
la frecuencia cardíaca es de 70 ciclos/ minuto, lo que supone menos de 1
segundo por ciclo. La duración media es de 0,8 segundos, los cuales no se
distribuyen equitativamente entre sístole y diástole, ya que la diástole dura
unos 0,5 segundos y la sístole 0,3 segundos.
Las presiones de las dos bombas del corazón no son
iguales: la presión máxima del ventrículo derecho llamada sístole es del
orden de 25 mm de Hg, los vasos sanguíneos de los pulmones presentan poca
resistencia al paso de la sangre. La presión que genera el ventrículo izquierdo
es del orden de 120 mm de Hg, mucho mayor que la anterior, ya que la sangre
debe viajar a todo el cuerpo. Durante la fase de recuperación del ciclo
cardiaco o diástole, la presión típica es del orden de 80 mm de Hg. La
gráfica de presión se muestra en la figura.
Gráfica que muestra cómo varía la presión en el
sistema circulatorio. Nótese que la presión venosa es muy pequeña.
PRESIÓN ARTERIAL
La presión o tensión arterial es la fuerza por unidad
de superficie ejercida por la sangre contra las paredes vasculares. Esta fuerza
de empuje es el único impulso con que la sangre ha de recorrer todo el circuito
vascular para poder retornar al corazón. La presión viene determinada por el
volumen de sangre que contiene el sistema arterial y por las propiedades de las
paredes, si varía cualquiera de los dos parámetros, la presión se verá
modificada.
El corazón envía
sangre de manera pulsátil a las arterias, en cada sístole entra un volumen de
sangre en la aorta que dará lugar a un incremento de presión, y en cada
diástole la presión disminuirá, estos cambios cíclicos generan una onda de
presión o pulso arterial. En esta onda, hay una porción ascendente que se
desarrolla durante la sístole ventricular, y una fase descendente, que se
inicia con una pequeña disminución de presión, volviendo a aumentar y generando
una muesca que se conoce con el nombre de incisura aórtica o incisura dicrótica,
producto del cierre de la válvula aórtica.
La diferencia
entre la presión arterial sistólica y la diastólica se denomina presión
diferencial o presión de pulso.
Presión de Pulso = PAS – PAD
TRANSMISIÓN
DE LA ONDA DE PULSO
La onda de presión
se transmite hacia los vasos periféricos a través de las elásticas paredes
arteriales y de la columna de sangre, incrementando su velocidad desde la aorta
torácica (5m/s) hasta las arterias terminales (20m/s); este incremento en la
velocidad de la onda de pulso se debe a la menor distensibilidad o mayor
rigidez de la pared arterial, según disminuye el calibre del vaso.
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2.4 LEYES DE LA CIRCULACIÓN
SANGUÍNEA
2.4.1 LEY DE LA VELOCIDAD
A medida que
las arterias se alejan y se van dividiendo, aumenta la superficie de sección
del sistema vascular. En otras palabras, al dividirse una arteria en dos ramas,
la suma de la superficie de sección de éstas es mayor que la superficie de
sección de la arteria madre. De este modo, a medida que se aleja la sangre del
corazón, va ocupando un lecho cada vez mayor, y tiene su amplitud máxima al
nivel de los capilares.
Podría
representarse al sistema vascular por dos conos truncados que se miran por la
base. Es fácil darse cuenta que, como en los ríos, la velocidad de la corriente
será menor cuanto mayor sea la amplitud del lecho vascular. De allí que la
velocidad de la sangre disminuye a medida que se aleja del corazón, llega a un
mínimo en los capilares y aumenta otra vez progresivamente en las venas.
2.4.2 LEY DE LA PRESIÓN
La sangre
circula en el sistema vascular debido a diferencias de presión. La periódica
descarga de sangre por parte del corazón y la resistencia opuesta al curso de
la sangre por el pequeño calibre de las arteriolas, crean en el sistema
vascular una presión que es máxima en la aorta, cae bruscamente al nivel de las
arteriolas y capilares y sigue, luego, cayendo paulatinamente al nivel de las
venas para ser mínima al nivel de las aurículas.
2.4.3 LEY DEL CAUDAL
La cantidad
de sangre que sale del corazón por la aorta o la arteria pulmonar en un minuto,
es igual a la que le llega por las venas cavas y pulmonares en el mismo espacio
de tiempo, y es igual también a la que pasa en la unidad de tiempo por
cualquier sección completa del sistema circulatorio (conjunto de capilares
pulmonares, conjunto de capilares del circuito aórtico).
La línea llena representa la presión en los distintos
segmentos del árbol vascular; el rayado la velocidad de la sangre. El espacio
entre las dos líneas punteadas es el lecho vascular
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2.5 VOLUMEN MINUTO CIRCULATORIO O GASTO CARDÍACO
Es la
cantidad de sangre que es impulsada a la aorta por el corazón en un minuto.
Factores que
afectan fisiológicamente el VM:
a)
Metabolismo
b) Ejercicio
c) Edad
d) Tamaño
del Organismo
Valor
normal: 5L/min.
Máximo que
puede llegar: 13L/min. (2 veces el Retorno Venoso)
Se define
gasto cardíaco o volumen minuto como la cantidad de sangre bombeada cada minuto
por cada ventrículo. De esta forma el flujo que circula por el circuito mayor o
menor corresponde a lo proyectado por el sistema de bombeo. Se calcula mediante
el producto del volumen sistólico, (volumen impulsado en cada latido cardíaco)
por la frecuencia cardiaca (número de latidos o ciclos cardíacos por minuto).
Para un individuo adulto medio, el gasto cardíaco se encuentra entre 5-6
litros/min, aunque puede variar dependiendo, por ejemplo, de la actividad que
se esté realizando.
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