hemodinamica

Fisiología Cardiovascular

Tema 5: Hemodinamica

• LEY DE DARCY:

Q = (P1 – P2)

R Q (Flujo) = gasto cardíaco (GC) = Lt/m

P1 = presión arterial media (aorta) = 100 mmHg

P2 = presión venosa central (PVC) (aurícula dcha) = 0

R = resistencia periférica total (RPT)

Hemodinámica Relación entre flujo sanguíneo,

presión y resistencia periferica

Esta ley permite ver que el flujo depende de una diferencia de presiones en el sistema circulatorio. El inicio daria la P1 (aorta) y la presion final (2) (auricula derecha). La resistencia se opone

HEMODINÁMICA

GC = Pa - PVC = 100 mmHg

Resistencia 1 URP

PVC = 0

GC = Pa / resistencia

Pa = GC x resistencia

La presión sobre el flujo dan la unidad

de resistencia periferica(URP)

El URP aumenta con la resistencia

HEMODINÁMICA

Resistencia = Presión

Flujo

Resistencia = 100 mm Hg =1

100 ml/seg

Flujo = volumen / tiempo (100 ml/seg)

Velocidad = distancia / tiempo (80 cm/seg)

Flujo no es lo mismo que velocidad!

HEMODINÁMICA

Velocidad media (vm) = Flujo (GC) área transversal

* El área de sección transversal es mayor

cuanto mayor es la ramificación vascular

* La velocidad decrece en la microcirculación

Circulación sistémica

Diámetro Diámetro

HEMODINÁMICA

Teoría de Bernouille ( formas de energía

que afectan el flujo sanguíneo )

1. Energía de Presión

2. Energía potencial

3. Energía cinética

Energía Mecánica y su relación con Flujo Sanguíneo

No solo la diferencia de presiones interviene para que haya flujo

HEMODINÁMICA

Teoría de Bernouille : “El flujo entre 2 puntos A y B es proporcional

a la diferencia de energía mecánica del líquido entre los puntos A y B

Hidráulica Básica.- El flujo está gobernado por el gradiente total de energía

mecánica (ET). Cuando el área (A) se estrecha, la velocidad (v) aumenta,

convirtiendo la energía de presión (EP) en energía cinética (EK). Cuando (A)

aumenta, la EK se convierte en EP. El flujo progresa de un tubo estrecho a

uno de mayor diámetro contra la gradiente de presión porque es manejado

por la ET.

HEMODINÁMICA

El concepto de energía mecánica se aplica para interpretar el flujo de los líquidos, y corresponde a la suma de :

Energía de presión + energía potencial + energía cinética

HEMODINÁMICA

Energía de presión: presión x volumen (Q =PxV)

Energía potencial: “capacidad de una masa de trabajar en un campo gravitacional en virtud de la diferencia de altura sobre un nivel de referencia tal como el corazón” = masa del fluido (densidad (p) . volumen (V)

x altura (h) x fuerza gravitacional (g)

HEMODINÁMICA

Energía cinética: la energía que puede generar y almacenar una masa en movimiento.

La energía cinética aumenta en proporción

al cuadrado de la velocidad (v2)

= pV . v2

2

p: presión V: volumen v: velocidad

HEMODINÁMICA

Sumando los tres tipos de energía tenemos:

“Energía Mecánica por unidad de volumen es igual a la suma de energía potencial + gravitacional + cinética”

P + pgh + pv2 / 2

P = presión p = densidad g = gravedad

h = altura v = velocidad

HEMODINÁMICA

• La energía de presión se convierte en

energía cinética y viceversa

En conclusión:

“El flujo progresa debido a la gradiente

de energía total (mecánica) y no sólo por la gradiente de presión”

HEMODINÁMICA

La ley de Darcy solo nos explica la fisiología vascular simple.

La Teorìa de Bernouille aclara problemas tales como:

1. ¿ Porqué el flujo va desde aorta (95 mmHg) hasta los pies (180 mm Hg en estaciòn de pie) a pesar de esta gradiente negativa de presión ?

Explicación: la aorta tiene adicionalmente 90 mm Hg de energía gravitacional potencial que sumado a 95 mm Hg de presión media le provee de una energía total de 185 mm Hg ( > en 5 mm Hg que en los pies).

1. Flujo laminar

2. Flujo turbulento

3. Flujo en fila india

Tipos de flujo en vasos sanguíneos

Vasos normales

Ventriculos

Capilar

En un estado normal, no se deberia escuchar ruidos de la circulación en un flujo normal.

Flujo laminar

Flujo en fila India

La sangre fluye suavemente en capas paralelas.

La velocidad de las capas es creciente de la periferia al centro.

FLUJO LAMINAR

La velocidad de la lámina en contacto con la pared es practicamente 0 debido a cohesión molecular.

Mayor velocidad

El perfil de avance es una curva parabólica.

Las capas de sangre se deslizan una al lado de la otra determinando una orientación en paralelo de los glóbulos rojos en el sentido de dirección del flujo.

FLUJO LAMINAR

La velocidad aumenta hacia el centro del tubo. Los GR son desplazados hacia el centro. Una capa de plasma adyacente a la pared es pobre en GR (2-4 um).

+ velocidad

- velocidad

- velocidad

Efecto sobre el endotelio :

• El deslizamiento de una lámina tiene un efecto

de “arrastre” sobre la mas periférica.

• A este efecto se denomina estrés de deslizamiento (shear stress).

• Su magnitud depende de :

a) Velocidad de deslizamiento

b) Viscosidad del fluido

Estrés de Deslizamiento (shear stress)

Frotamiento que ocurre sobre el endotelio cuando la sangre se desliza en los vasos sanguíneos

HEMODINÁMICA

Estrés de Deslizamiento (ED)

Efecto sobre el endotelio :

Viscosidad = estrés de deslizamiento

velocidad de deslizamiento

• ED controla la secreción de sustancias vasoactivas y factores anticoagulantes.

• Clínicamente: factor causal de disección de pared arterial si la adherencia del endotelio es debil

• Reduciendo el GC y PA se reduce el ED.

HEMODINÁMICA

FLUJO TURBULENTO

• La brusca variación de presión en un tubo rígido determina que se pierda la relación Q/P (Darcy).

• El flujo está ahora en relación a raíz cuadrada

de la presión.

• Se pierde el flujo laminar.

• Se crean remolinos en el trayecto.

• Parte de la energía de presión se convierte en energía calórica.

Relación flujo / presión para un fluido en un tubo rígido. La ley de Darcy, representada por la curva ascendente, altera su velocidad cuando se desarrolla un flujo turbulento

HEMODINÁMICA

FLUJO TURBULENTO

Número de Reynolds

Condiciones que producen turbulencia cuando no

varía la uniformidad del tubo :

• Alta velocidad del fluido (v)

• Gran diámetro del tubo (D)

• Densidad elevada del fluído (p)

• Viscosidad del fluido (n): neutraliza turbulencia

HEMODINÁMICA

Número de Reynolds = v . D . p

n V = velocidad del fluido

D = diámetro vascular

P = densidad del fluído

n = viscosidad del fluído

Valor igual a 2000 (crítico)

En vasos sanguíneos el valor es < 2000 :

1. Flujo es pulsátil,

2. Vasos no son rígidos

3. No son uniformes

HEMODINÁMICA

• Flujo turbulento ocurre en los ventrículos.

• Mezcla el contenido de gases de la sangre.

• Turbulencia ocurre en la raíz de la aorta,

valor : 4,600

N° Reynolds = 70 cm/seg . 2.5 cm . 1.06 g(cm3

4 milipascales (0.04 g cm-1

HEMODINÁMICA

FLUJO EN FILA INDIA • Característico de los hematíes.

• El diámetro del GR (8u) es inferior al del capilar (5u).

• Los GR ingresan al capilar deformados.

• Fluyen formando verdaderas pilas de GR.

• No hay fricción de deslizamiento.

• No se adhieren a la pared capilar que posee un mucopolisacárido cargado negativamente y la superficie

del GR está cargada negativamente, cargas del mismo signo se rechazan.

HEMODINÁMICA

RESISTENCIA VASCULAR

• Referido a la resistencia al flujo sanguíneo en un sistema de tubos (arteriolas).

• La resistencia al flujo laminar se origina

exclusivamente por la fricción entre láminas adyacentes (viscosidad sanguínea).

• La fricción entre el fluído y la pared del

tubo es igual a cero.

HEMODINÁMICA

RESISTENCIA VASCULAR

• La resistencia es influenciada por la geometría

del tubo.

• El diámetro del tubo afecta el grado de deslizamiento de las láminas concéntricas.

• Si un flujo es forzado a través un tubo de calibre estrecho, la velocidad aumenta.

• En esta situación, incrementa la fricción.

V media = flujo área de sección transversal

HEMODINÁMICA

LEY DE POISEUILLE (1840)

Vm = 3.1416 . r4 gradiente de presión

8n l

Resistencia = 8n . l

3.1416 . r4

n = viscosidad l = longitud del tubo r = radio del tubo

HEMODINÁMICA

LEY DE POISEUILLE

• Combinando la Ley de Poiseuille con la Ley de Darcy (Q=P/R) y considerando que la

conductancia es la recíproca de la resistencia

Conductividad = 1 / R

• Esta ley describe el flujo en un solo tubo

• Para tubos en serie, R total es la + de c/tubo

Resistencia Total = R1 + R2 + R3 + Rn

HEMODINÁMICA

• Para tubos en paralelo (capilares), la presión de entrada (P1) produce un flujo mayor porque se suma la capacidad de conducir (mayor número).

• Si consideramos “n” tubos de igual conductancia (K)

• La resistencia será = 1 / n K

• La R total sistémica se ubica en las arteriolas y arterias muy delgadas

HEMODINÁMICA

Importancia del radio arteriolar (I)

• Pequeños cambios en el radio = grandes variaciones de la resistencia (4ta potencia).

• Radio de aorta = 1 cm

• Radio arteriolar = 100 micras (100 um)

(R aumenta cien millones de veces).

• Capilares = 5-6 micras, sin embargo la R es menor que en arteriolas.

HEMODINÁMICA

Importancia del radio arteriolar (II)

Resistencia es < en capilares debido a :

1. Gran número de capilares en paralelo

2. Trayecto corto (0.5 mm)

3. Flujo sanguíneo en fila india

HEMODINÁMICA

Importancia del radio arteriolar (III) • El diámetro arteriolar está controlado activamente

por la tensión de la musculatura lisa.

• Las arteriolas regulan el flujo tisular y la presión arterial.

• Una de 16% del radio = 50% del flujo

tisular (si la viscosidad no cambia)

HEMODINÁMICA

Tensión de pared. Vasoconstricción y vasodilatación

Ley de Laplace:

* Vasos sanguíneos son distensibles

* Su diámetro depende de:

1. Presión sanguínea (distensión).

2. Presión circundante (compresión).

3. Tensión de pared que balancea la

diferencia de presión transmural.

Mecánica de la pared de un vaso sanguíneo: La presión interna (Pi) actuando sobre un área (2ri) tiende a separar las dos mitades del vaso. A ello se opone la presión externa (Po) y la tensión de la pared en cada lado del cilindro (T). La tensión es la suma de la fuerza activa ejercida por la CML (Ta) y la fuerza pasiva de los elementos elásticos de la pared vascular.

HEMODINÁMICA (2)

• De acuerdo a la ley de Laplace, lo básico es:

• ¿ qué magnitud de tensión de pared se

requiere para contrarrestar una diferencia

de presión?

• Depende de

- radio del vaso (a > diámetro > tensión)

- esta ley es aplicable al corazón

HEMODINÁMICA Viscosidad de la Sangre

Newton la definía como:

• “un defecto de lubricación”

• “una falla en el deslizamiento del fluído”

Es una medida de la fricción interna dentro de un líquido en movimiento, análoga a la fricción que ocurre entre dos superficies sólidas en movimiento

• Viscosidad = estrés de deslizamiento (shear stress) (P1-P2)

veloc. de deslizamiento (shear rate)

• Shear stress: “fuerza de deslizamiento aplicada por unidad de área de contacto entre dos láminas” y

depende de la gradiente de presión axial (P1-P2)

• Shear rate: es el cambio de velocidad por unidad de distancia radial (endotelio hasta el centro del vaso)


• La viscosidad de un fluido se mide en un viscómetro y en relación con la viscosidad del agua.

• Comparando el tiempo que recorre el fluido una distancia entre dos marcas en un tubo capilar, con el tiempo que recorre el agua a la misma gradiente de presión.

• Agua y plasma (líquidos Newtonianos) su viscosidad no se afecta con el radio del tubo, ni varía la velocidad de deslizamiento.

• La sangre tiene propiedades diferentes debido a que contiene glóbulos rojos.


• La viscosidad del agua disminuye con el incremento de la temperatura (a 37º C la viscosidad del agua es el 69% de lo que sería a 20ºC).

• En el plasma: la albúmina y globulinas la viscosidad en 70% = 1.2 mPs ( 37ºC)

• Mieloma múltiple = de globulinas la viscosidad.

• A baja temperatura (frio) mayor incremento de viscosidad produce necrosis de los dedos.


HEMATOCRITO Y ENFERMEDAD (1)

• Hematocrito : volumen de hematíes expresado

en % de volumen sanguíneo.

• Varía con el sexo, edad, nivel del mar, etc.

• Hematíes aumentan la fricción de láminas entre

sí incrementando la viscosidad.

• Con un hematocrito de 47% la viscosidad de la sangre es 4 veces la del agua.



• La gran flexibilidad de los GR es un factor que atenúa la viscosidad de la sangre.

• Si los GR son “endurecidos” con glutaraldehido

la viscosidad se eleva a 100.

• El del hematocrito capacidad de transporte de oxígeno pero también incrementa la viscosidad lo que disminuye el flujo tisular, eleva PA y trabajo cardíaco.



Policitemia:

• Por mecanismo de adaptación (altura) ó enfermedad el hematocrito puede llegar a 70%.

• Los GR están “empaquetados” y deformados

duplicando la viscosidad y elevando la resistencia

al flujo produciendo HTA y lentitud del flujo sanguíneo (trombosis cerebral y cardíaca).




Anemia:

• Ocurre lo contrario : disminución de viscosidad

y resistencia periférica.

• Para conservar estable la PA el gasto cardíaco

(GC) debe aumentar.

• Si es prolongado = ICC de elevado GC.


VISCOSIDAD NO NEWTONIANA

Efecto del diámetro del vaso:

• “La viscosidad de la sangre en circulación periférica es la mitad de la que se mide en el medidor de viscosidad” porqué? :

• En tubos < de 1 mm la viscosidad decrece.

• En arteriolas (30-40 um) v = 2.5

• En capilares (6 um) v = 1.2 (plasma)

• Esto favorece el flujo en la microcirculación

(Efecto Fahraeus-Lindqvist)

VISCOSIDAD NO NEWTONIANA

Efecto Fahraeus-Lindqvist

La reducción de viscosidad en un tubo de diámetro reducido es función de:

• En los capilares los GR circulan en fila india.

• En arteriolas, la capa periférica de plasma no ejerce

fricción y el poco volumen de GR en el centro posee

gran velocidad ( < fricción de deslizamiento).

• La concentración de GR (hematocrito) disminuye en

tubos estrechos (24%)

Viscosidad de la sangre medida en viscómetro de vidrio (círculos abiertos), comparada con la viscosidad in vivo en un vaso sanguíneo de la extremidad del perro (círculos cerrados). Efecto Fahraeus - Lindqvist

hemodinamica

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