Unidad 2
Biofisica de los fluidos : Hemodinamica y
Respiracion
Hemodinámica, Viscosidad sanguínea y perfiles de flujo, La Ley de
Poiseuille.
La hemodinámica.- es
aquella parte de la biofísica que se encarga del estudio de la dinámica de la
sangre en el interior de las estructuras sanguíneas como arterias, venas,
vénulas, arteriolas y capilares así como también la mecánica del corazón
propiamente dicha mediante la introducción de catéteres finos a través de las
arterias de la ingle o del brazo.
Un fluido se desplaza en el interior de un
tubo cuando la presión en el inicio es superior a la existente al final del
tubo, moviéndose desde una zona de mayor presión a una de menor presión. El
flujo o caudal depende directamente del gradiente o diferencia de presión entre
esos dos puntos e inversamente de la resistencia, en una relación similar a la
de Ohm para los circuitos eléctricos.
Q (flujo o caudal) =
∆ P (P1 - P2) / R (resistencia)
La resistencia
depende de las dimensiones del tubo y de la naturaleza del fluido, y mide las
fuerzas de rozamiento o fricción entre las propias moléculas del fluido y entre
éstas y las moléculas de la pared del tubo.La velocidad con la que circula la sangre en el interior de un tubo es
directamente proporcional al flujo e inversamente proporcional al área
transversal del tubo.
Tipos de flujo
Flujo
laminar
En condiciones
fisiológicas el tipo de flujo mayoritario es el denominado flujo en capas o
laminar. El fluido se desplaza en láminas coaxiales o cilíndricas en las que
todas las partículas se mueven sin excepción paralelamente al eje vascular. Se
origina un perfil parabólico de velocidades con un valor máximo en el eje o
centro geométrico del tubo.
En el caso del
sistema vascular los elementos celulares que se encuentran en sangre son
desplazados tanto más fuertemente hacia el centro cuanto mayor sea su tamaño.
Flujo turbulento.
En determinadas
condiciones el flujo puede presentar remolinos, se dice que es turbulento. En
esta forma de flujo el perfil de velocidades se aplana y la relación lineal
entre el gradiente de presión y el flujo se pierde porque debido a los
remolinos se pierde presión.
En la
circulación sanguínea en regiones con curvaturas pronunciadas, en regiones
estrechadas o en bifurcaciones, con valores por encima de 400, aparecen
remolinos locales en las capas limítrofes de la corriente. Cuando se llega a
2000-2400 el flujo es totalmente turbulento. Aunque la aparición de
turbulencias no es deseable por el riesgo que tienen de 2 producir coágulos
sanguíneos, se pueden utilizar como procedimientos diagnósticos, ya que
mientras el flujo laminar es silencioso, el turbulento genera ruidos audibles a
través de un estetoscopio.
Ley de Poiseuille.
En flujos laminares que se
desarrollan en tubos cilíndricos, se pueden deducir las relaciones entre la
intensidad del flujo, el gradiente de presión y la resistencia o fuerzas de
fricción que actúan sobre las capas de envoltura. La Ley de Poiseuille (o de Hagen-Poiseuille)
es una ecuación hemodinámica fundamental en la que se establece:
La ecuación de Poiseuille está formulada para
flujos laminares de fluidos homogéneos con viscosidad constante, sin embargo,
en los vasos sanguíneos estas condiciones no siempre se cumplen; si la
velocidad del flujo es alta o si el gradiente de presión es elevado, se pueden
generar remolinos o turbulencias que modifican el patrón del flujo. Al
producirse turbulencias se necesitarán gradientes de presión mayores para
mantener el mismo flujo.
Resistencias vasculares
La resistencia
cardio-vascular es la oposición al flujo de la sangre debido a la fricción
entre la sangre y las paredes de los vasos sanguíneos. La resistencia
cardiovascular depende de: 1) el tamaño de la luz del vaso sanguíneo, 2) la
viscosidad de la sangre y 3) el largo total del vaso sanguíneo.
Tamaño de la luz: Cuanto más pequeña la luz en un vaso
sanguíneo, mayor la resistencia al flujo sanguíneo. La resistencia es
inversamente proporcional a la cuarta potencia del diámetro de la luz del vaso
sanguíneo.
Viscosidad de la sangre
La viscosidad de la sangre depende principalmente de
la relación entre los glóbulos rojos y el volumen del líquido plasmático, y en
menor medida de la concentración de proteínas en el plasma. A mayor viscosidad
de la sangre, mayor resistencia. Cualquier situación que incremente la
viscosidad de la sangre, como la deshidratación o la policitemia (número de
glóbulos rojos inusualmente alto), incrementa entonces la presión arterial. La
depleción de proteínas plasmáticas o de glóbulos rojos, debido a anemia o hemorragia,
disminuye la viscosidad y entonces disminuye la presión sanguínea.
El
largo total del vaso sanguíneo. La resistencia al flujo sanguíneo a través
de un vaso es directamente proporcional al largo de éste. A mayor longitud del
vaso sanguíneo, mayor resistencia. Las personas obesas a menudo tienen
hipertensión (presión arterial elevada) porque el vaso sanguíneo adicional en
su tejido adiposo incrementa la longitud total del árbol vascular. Éstos
desarrollan un estimado de 650 Km adicionales de vasos sanguíneos por cada
kilogramo de grasa.
Circulación sanguínea.
El cuerpo de un adulto contiene
cerca de 40 L de agua; de ellos, 25 están en las células, 12 entre ellas (como
plasma intersticial) y 3 en la sangre (como plasma sanguíneo). Dos litros de
agua celular corresponden a los glóbulos sanguíneos. El volumen de sangre de un
adulto es, por tanto, de unos 5 L. Pero esos 5 L no son bombeados en un sistema
rígido y cerrado. Los vasos varían constantemente de volumen y una parte de
ellos tiene fugas
El flujo sanguíneo
Es el volumen de sangre que fluye a través de
cualquier tejido en un determinado período de tiempo (en mL/min). El flujo
sanguíneo total es el gasto cardíaco o volumen minuto cardíaco: el volumen
de sangre que circula a través de los vasos sanguíneos sistémicos (o
pulmonares) cada minuto. Hay que recordar que el gasto cardíaco depende de la
frecuencia cardíaca y del volumen sistólico: Gasto cardíaco = frecuencia
cardíaca X volumen sistólico. La distribución del gasto cardíaco entre las vías
circulatorias que irrigan los diversos tejidos corporales depende de dos
factores más:
1) la diferencia de presión que conduce al flujo
sanguíneo a través de un tejido y
2) la resistencia al flujo sanguíneo en los vasos
sanguíneos específicos. La sangre fluye de regiones de mayor presión a regiones
de menor presión: a mayor diferencia de presión mayor flujo sanguíneo. Pero a
mayor resistencia, menor flujo sanguíneo.
Velocidad
del flujo sanguíneo
Antes se mencionó que
el flujo sanguíneo es el volumen de sangre que fluye a través de un tejido en
un determinado período de tiempo (en mL/min). La velocidad del flujo sanguíneo
(en cm/seg) se relaciona en forma inversa con el área de sección transversal.
La velocidad es menor donde el área de sección transversal es mayor. Cada vez
que una arteria se bifurca, el área de sección transversal total de todas sus
divisiones es mayor que el área de sección transversal del vaso original, por
lo tanto el flujo sanguíneo se torna cada vez más lento a medida que la sangre
se mueve alejándose del corazón, y alcanza la mayor lentitud en los capilares.
Presión en el sistema circulatorio.
El aparato
circulatorio o sistema circulatorio es la estructura
anatómica compuesta por el sistema cardiovascular que conduce y
hace circular la sangre, y por el sistema linfático que conduce
la linfa unidireccionalmente hacia el corazón. En el ser humano,
el sistema cardiovascular está formado por el corazón, los vasos
sanguíneos (arterias, venas y capilares) y la sangre, y el
sistema linfático que está compuesto por los vasos linfáticos,
los ganglios, los órganos linfáticos (el bazo y el timo),
la médula ósea , los tejidos linfáticos (como la amígdala y
las placas de Peyer) y la linfa.
Un adulto promedio
contiene cincuenta y cinco cuartos de galón (aproximadamente 4.7 a 5.7 litros)
de sangre, lo que representa aproximadamente el 7 % de su peso corporal
total. La sangre se compone de plasma, glóbulos rojos, glóbulos
blancos y plaquetas. También el sistema digestivo funciona
con el circulatorio para proporcionar los nutrientes que el sistema
necesita para mantener el bombeo del corazón.
El corazón es
el órgano muscular principal del aparato circulatorio que funciona como una bomba aspirante e impelente,
impulsando la sangre a todo el cuerpo
El corazón impulsa la
sangre mediante los movimientos de sístole (auricular y ventricular)
y diástole.
Se denomina sístole a la contracción
del corazón (ya sea de una aurícula o de un ventrículo) para expulsar la sangre
hacia los tejidos.
Se denomina diástole a la relajación del
corazón para recibir la sangre procedente de los tejidos.
Un ciclo
cardíaco está formado por una fase de relajación y llenado ventricular
(diástole) seguida de una fase contracción y vaciado ventricular (sístole).
Cuando se utiliza un estetoscopio, se pueden distinguir dos ruidos:
· El primero corresponde a la
contracción de los ventrículos con el consecuente cierre de las válvulas
auriculoventriculares (mitral y tricúspide)
· El segundo corresponde a la
relajación de los ventrículos con el consecuente retorno de sangre hacia los
ventrículos y cierre de la válvula pulmonar y aórtica.
La circulación pulmonar
El sistema circulatorio
pulmonar es la parte del sistema cardiovascular en el que la sangre pobre en oxígeno
se bombea desde el corazón, a través de la arteria pulmonar, a los
pulmones y vuelve, oxigenada, al corazón a través de la vena pulmonar.
La sangre privada de
oxígeno procedente de la vena cava superior e inferior, entra en la
aurícula derecha del corazón y fluye a través de la válvula tricúspide (válvula
atrio ventricular derecha) y entra en el ventrículo derecho, desde el cual se
bombea a través de la válvula semilunar pulmonar en la arteria pulmonar hacia
los pulmones. El intercambio de gases se produce en los pulmones, mediante el
cual se libera CO2 de la sangre, y se absorbe el oxígeno. La vena
pulmonar devuelve la sangre ya oxigenada a la aurícula izquierda.
La circulación sistémica
La circulación sistémica
es la circulación de la sangre a todas las partes del cuerpo, excepto los
pulmones. Es la parte del sistema cardiovascular que transporta la sangre
oxigenada desde el corazón a través de la aorta desde el ventrículo
izquierdo donde la sangre se ha depositado previamente a partir de la circulación
pulmonar, al resto del cuerpo, y devuelve la sangre pobre en oxígeno al
corazón. La circulación sistémica es, en términos de distancia, mucho más larga
que la circulación pulmonar, ya que recorre cada parte del cuerpo.
La presión sanguínea
Es la presión ejercida por la sangre circulante sobre las paredes de los vasos sanguíneos, y constituye uno de
los principales signos vitales.
La presión de la sangre disminuye a medida que la
sangre se mueve a través de arterias, arteriolas, vasos capilares, y venas; el término presión
sanguínea generalmente se
refiere a la presión arterial, es
decir, la presión en las arterias más grandes, es comúnmente medida por medio
de un esfigmomanómetro. Los
valores de la presión sanguínea se expresan en milímetros del mercurio (mmHg), a pesar de que muchos
dispositivos de presión vascular modernos ya no usan mercurio
Aunque a la presión
sanguínea se la confunde con la presión arterial, se puede distinguir dos tipos
de presión sanguínea:
· Presión venosa
· Presión
arterial: Tiene dos componentes o medidas de presión
arterial que son:
Presión sistólica o la
alta.
Presión diastólica o la
baja
Regulación
de la respiración.
La
función principal y reguladora del sistema respiratorio es mantener las
presiones normales de oxígeno y dióxido de carbono, así como la concentración
de iones H+ o
hidrogeniones, lo cual se consigue adecuando la ventilación pulmonar a las
necesidades metabólicas orgánicas de consumo y producción de ambos gases,
respectivamente.
Las funciones homeostáticas y conductuales
del aparato respiratorio están reguladas por el sistema nervioso central (SNC),
donde se origina el ritmo respiratorio básico.
La respiración rítmica basal, está regulada
por los centros respiratorios nerviosos situados en el encéfalo que recogen
información proveniente del aparato respiratorio y de otras partes del
organismo, para dar lugar a una respuesta a través de los órganos efectores o
musculatura respiratoria que determinará la profundidad de la respiración, o
volumen corriente, y la frecuencia. La corteza cerebral también participa
cuando se interviene de forma voluntaria en el proceso respiratorio
La contracción de los músculos
respiratorios se debe a impulsos nerviosos originados en las motoneuronas
correspondientes de la médula espinal.
La
inervación de dichos músculos es recíproca, es decir, tanto la contracción como
el incremento del tono son concomitantes con la relajación de sus antagonistas.
En otras palabras, la contracción de los músculos inspiratorios determina
simultáneamente la disminución del tono de los espiratorios y viceversa.
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