Biofísica da Circulação2, Notas de estudo de Biofísica
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biofisica da circulação
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Microsoft PowerPoint - Biofísica da Circulação2

Biofísica da Circulação

Funções da circulação

• Transporte e distribuição de nutrientes aos tecidos

• Remoção dos produtos do metabolismo

• Regulação da temperatura corpórea

• Manutenção de fluidos e suprimento oxigenio sob os

vários estágios fisiológicos

• O sistema cardiovascular é composto por: – Uma bomba: Coração – Uma série de tubos coletores e de

distribuição-vasos sanguíneos – Um sistema de vasos finos –os capilares

O coração • Composto por duas bombas em série

1. Propele o sangue através dos pulmões, trocas de O2 e CO2 -(circulação pulmonar).

2. Propele o sangue para os demais os tecidos (circulação sistêmica).

• Fluxo unidirecional- arranjo apropriado das válvulas cardíacas.

• Ejeção cardíaca intermitente, mas o fluxo sanguíneo é contínuo para os tecidos – Distensão da aorta e ramos (sístole) e retração

elástica das paredes das grandes artérias (diástole).

O circuito cardiovascular Os vasos sanguíneos • O sangue move-se rapidamente pela aorta e seus

ramos arteriais e esses se estreitam e suas paredes se tornam mais finas á medida que se aproximam da periferia.

• Grandes artérias : resistência friccional é relativamente pequena e pressão pouco menores do que na aorta.

• Pequenas artérias: resistência moderada ao fluxo sanguíneo.

• Arteríolas: essa resistência atinge seu nível máximo- válvulas do sistema vascular.

• Assim, por essas razões observa-se uma queda de pressão maior nos segmentos terminais das pequenas artérias e arteríolas.

• O grau de contração da musculatura circular dos pequenos vasos (artérias e arteríolas) regulam o fluxo sanguíneo tecidos e auxiliam no controle da pressão arterial.

• Na arteríolas observa-se também mudança no padrão do fluxo sanguíneo de pulsátil para contínuo.

• O fluxo pulsátil é amortecido nos capilares pela combinação de dois fatores: distensibilidade das grandes artérias e resistência por atrito nas pequenas artérias e arteríolas.

• A área total de secção transversal do leito capilar é muito grande e a área de secção transversal de cada capilar é menor do que a de cada arteríola. assim a velocidade sanguínea se torna muito lenta nos capilares.

O sistema arterial • Principal função: distribuir sangue aos leitos capilares

por todo o corpo. • Condutos elásticos e terminais de alta resistência- são

características do sistema arterial que também são compartilhadas por certos sistemas mecânicos de fluidos chamados filtros hidraúlicos.

• Vantagem da filtração hidraúlica no sistema arterial:

– Converter o débito intermitente do coração em um fluxo estável nos capilares.

Sinopse do filtro hidraúlico complacência

Sinopse do filtro hidraúlico • A filtração hidráulica minimiza o trabalho do coração . • Bombear um fluxo intermitentemente é necessário mais

trabalho do que para bombeá-lo de maneira contínua.

• Exemplo:

W = ∫ t2t1 P.dV (1) Para fluxo estável: W=P.V (2)

• A filtração realizada pelos sistemas arteriais, sistêmico e pulmonar, é intermediária entre o sistema com condutos rígidos (fig.B) e o sistema com ductos infinitamente distensíveis (fig.C).

• trabalho adicional (intermitência do bombeamento) – aproximadamente de 35% para o ventrículo direito e de 10% para o ventrículo esquerdo .

• As maiores necessidades de energia cardíaca impostas por um sistema arterial rígido são demonstradas experimentalmente.

Experimento

• Um grupo de cães anestesiados, do débito bombeado pelo VE podia fluir pela aorta ou ser desviado para um tubo plástico ligado às artérias periféricas. Resistências periféricas totais idênticas.

Elasticidade arterial • Um modo de apreciar as propriedades elásticas da

parede arterial é considerar a relação: pressão–volume estática para a aorta.

• Para obter essa relação , aortas foram obtidas em autópsia de pessoas de diferente grupos etários. Todos os ramos da aorta foram ligados e volumes crescente de líquido foram injetados neste sistema elástico fechado.

• A cada aumento de volume a pressão interna foi medida .

• A complacência aórtica em qualquer ponto da linha é representada pela inclinação, dV/dP.

• Em indivíduos jovens a complacência é maior no intervalo de pressões (75 a 140 mmHg) que prevalece em pessoas saudáveis.

• Em pessoas idosas, para qualquer pressão acima de 80 mmHg, a complacência diminui com a idade. – Manifestação do aumento

da rigidez do sistema (arteriosclerose).

• Mudanças relacionadas à idade tem sido confirmadas por imagem de ultra-som.

• O aumento do diâmetro da aorta , produzido pela contração cardíaca, é menor em pessoas de idade avançada.

• Os efeitos da idade nos módulos elásticos da aorta em pacientes saudáveis.

• O módulo elástico, Ep, é definido como:

• Ep=∆P/(∆D/D) (3) • Onde:

– ∆P: pressão de pulso da aorta – D :diâmetro médio da aorta

durante o ciclo cardíaco – ∆D: mudança máxima no

diâmetro da aorta

• Mudança fracinal do diâmetro (∆D/D) da aorta reflete a mudança no volume aórtico qdo o VE ejeta sangue na aorta, em cada sístole.

• Ep : inversamente relacionada à complacência – Razão ∆V por ∆P

• Assim: – Aumento do módulo elástico com a idade – E o decréscimo da complacência com a idade

refletem o enrijecimento das paredes arteriais qdo os

indivíduos envelhecem.

Determinantes da pressão sanguínea arterial

• Esses determinantes não podem ser avaliados precisamente.

• Arbitrariamente dos determinantes da pressão sanguínea arterial serão divididos em fatores “físicos”e “fisiológicos”.

Pressão arterial média • A Pa, pode ser estimada de um

registro da pressão sanguínea arterial pela medida da área sob a curva sobre o intervalo de tempo.

• Alternativamente, Pa,pode ser obtida pelos valores medidos das pressões sistólica (Ps) e diastólica(Pd)

• Pa = Pd + (Ps - Pd )/3 (4)

• Pa depende de 2 fatores físicos: volume sanguíneo médio no sistema arterial e complacência.

• O volume, Va depende: – do influxo, Qh , do coração para as artérias do coração (débito

cardíaco) – e do fluxo de saída,Qr, das artérias através dos vasos de

resistência (fluxo periférico).

• Matematicamente: • d Va /dt= Qh – Qr (5)

• Se o influxo exceder o efluxo arterial, o volume aumenta, as paredes arteriais são estiradas e a pressão aumenta.

• O contrário acontece qdo o efluxo excede o influxo.

• Para qualquer valor da complacência arterial (Ca), a inclinação diminui gradualmente com o aumento de pressão e está próxima ao seu valor assintótico final (equilíbrio).

• O valor atingido pela pressão arterial no equilíbrio independe das características elásticas das paredes arteriais.

Resistência periférica • Mudanças na pressão arterial média acompanham

alterações na resistência periférica. • Ex. anterior: Qh= 5, Pa=100, e R=20 • Caso R= 40, nos instantes inciais a Pa permanece

inalterada • O Q r = Pa/ R = 2,5l/mim • Se Qh= 5 ,constante, Qh > Q r- Pa aumentará • Pa aumentará até atingir 200mmHg. • O Q r = 200/ 40 = 5l/mim = Qh

• A pressão arterial média permanecerá nesse novo nível de equilíbrio enquanto Qh e R não mudarem novamente.

Pressão de pulso arterial

• Definida como a diferença entre as pressões sistólica e diastólica.

• A pressão de pulso arterial é função de apenas um fator fisiológico, o débito sistólico. – mudança no volume sanguíneo arterial (f. físico) durante a

sístole ventricular + complacência arterial determina a pressão de pulso.

Débito sistólico

• O efeito de uma mudança no débito sistólico sobre a pressão de pulso pode ser analisado sob condições em que complacência arterial (Ca)permanece virtualmente constante.

• P1 pressão diastólica • P2 pressão sistólica

• A complacência arterial afeta a pressão de pulso.

• A complacência arterial diminuída impõe uma maior carga ao VE de pessoas idosas em comparação com pessoas jovens, mesmo se os débitos sistólicos, resistência periférica total e as pressões arteriais médias forem iguais nos dois indivíduos.

Curvas de pressão arterial periférica • Ejeção ventricular esquerda inicia uma onda de pressão que se

propaga pela aorta e suas ramificações. – Onda de pressão viaja mais rapidamente do que o sangue

• Essa onda de pressão é o “ pulso” – Detectado na palpação de uma artéria periférica.

• Velocidade da onda de pressão varia inversamente com a complacência arterial.

Medição da pressão sanguínea em humanos

• Diretamente: transdutores de pressão média – Agulhas ou cateteres introduzidos nas artérias periféricas.

• Indiretamente: esfigmomanômetro – Manguito não complacente que contem uma bolsa inflável. – Método da palpação:

• medida de pressão sanguínea feita no braço • Palpação da artéria radial do punho. • Pressão na bolsa excede o nível sistólito –pulso não percebido • Pressão na bolsa cai abaixo do nível sistólico-jato de sangue- pulso

• Método auscultatório:

Microcirculação

• Definida como a circulação de sangue através do menores vaso do corpo- arteríolas, capilares e vênulas.

• Arteríolas dão origem aos capilares e regulam o fluxo através dos capilares pela sua constrição ou dilatação.

Propriedades funcionais dos capilares

• Distribuição varia de tecido a tecido – Tecidos metabolicamente ativos ( cardíaco, muscular,

esquelético e glandular)- alta densidade – Tecidos menos ativos (subcutâneo, cartilaginoso)- baixa

densidade. • Apresentam diâmetro variável. • Fluxo sanguíneo depende principalmente do estado

contrátil das arteríolas. • Velocidade média do fluxo: 1mm/segundo

– variando de 0 a vários mm/s no mesmo vaso em um breve período.

– Essas oscilações podem ser aleatórias ou rítmicas (vasomotilidade).

• Alterações na pressão transmural (pressão intravascular - pressão extravascular)- influenciam o estado contrátil dos vasos pré-capilares.

• Fatores humorais e neuronais também afetam a vasomotilidade.

• Verdadeiros capilares são destituídos de músculo liso. – Incapazes de uma constrição ativa – Vasos endoteliais da parede do capilar - actina e miosina que

podem alterar a sua forma em resposta a estímulos químicos.

A lei de Laplace

• Devido aos seus lúmens estreitos os capilares de paredes finas podem tolerar pressões internas elevadas sem se romperem.

• Propriedade essa explicada pela lei de Laplace.

• Equação: T= Pr

• Onde: T= tensão na parede do vaso • P= pressão transmural • r= raio do vaso

• T- (força por unidade de comprimento de um vaso de paredes finas) tende a afastar as bordas de uma fenda longuitudinal no vaso se opondo à força de distensão (Pr).

• P- pressão transmural = pressão transluminal.

• A equação de Laplace pode ser aplicada a vasos de paredes espessas como a aorta.

• Para tal considera-se a espessura parietal da aorta: – Pr (pressão x raio)/ w (espessura da parede)

• A equação torna-se: σ (estresse parietal) =Pr/w

• σ- é a força por unidade de área dentro da parede do vaso.

• A pressão é convertida a dinas por centímetro quadrado, de acordo com a equação:

• P=hρg onde:

– h: altura de um coluna de Hg em cm. – Ρ: densidade do Hg em g/cm3

– g: acelaração da gravitacional em cm/s2

• Assim, com pressões aórtica e capilares normais, a tensão na aorta é cerca de 12000 vezes maior do que a do capilar.

• Além de explicar a capacidade dos capilares suportarem as grandes pressões internas, a partir desses cálculos podemos concluir que, conforme os vaso se dilatam, o estresse parietal aumenta se a pressão interna permanecer constante.

Forças hidrostáticas

• A pressão hidrostática (pressão sanguínea) dentro dos capilares não é constante. – Depende da pressão arterial e da pressão venosa, – Das resistências pré-capilares (arteríolas) e pós capilares

(vênulas)

• A pressão hidrostática é a principal força na filtração capilar.

• A pressão hidrostática capilar (Pc) varia de tc a tc. – Valores médios aproximados

• 32mmHg na extremidade arterial dos capilares • 15mmHg na extremidade venosa dos capilares no nível do coração

• A pressão no líquido intersticial (Pi) –fora dos capilares opõe-se à filtação capilar.

• Pc-Pi= força motriz para a filtração, normalmente, Pi=0

Forças osmóticas

• Pressão osmótica das proteínas plasmáticas ou oncótica (πp): Fator chave que restringe a perda de líquidos dos capilares.

• Pressão osmótica total do plasma: 6000 mmHg • Pressão oncótica: 25 mmHg

• Pressão oncótica real (π) é definida pela equação: π = σ RT(Ci –Co)

Onde: σ : coeficiente de reflexão R:constante dos gases T: temperatura absoluta

Ci e Co:concentração do soluto dentro e fora do capilar.

Balanço entre forças hidrostáticas e osmóticas • Starling (1896) : A relação entre as pressões hidrostática

e oncótica e o papel destas forças na regulação da passagem do liquido pelo endotélio capilar.

• Equação de Starling: • Qr= K[(Pc+ πi) – (Pi + πp)]

• Qr- movimento do líquido • Pc- pressão hidrostática no capilar • Pi- pressão hidrostática no liquido intersticial • πi-pressão oncótica plasmática • πp-pressão oncótica do liquido intersticial • K- constante de filtração para membrana capilar.

• Pressão capilar depende de vários fatores – Principal : estado contrátil do vaso pré capilar – Normalmente a pressão aterial, a pressão venosa, a resistência

pós capilar, pressões hidrostáticas e oncóticas do líquido intersticial e pressão oncótica plasmática são relativamente constantes.

• Em estado normal: filtração e absorção na parede capilar são equilibradas.

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