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Fisiologia Cardiovascular
A aplicação prática da circulação ex- tracorpórea inclui uma série de procedi- mentos repetitivos que podem parecer sim- ples e mecânicos. Não existe, contudo, uma conduta padronizada de perfusão, aplicável a todos os pacientes, indepen- dente de suas características próprias, como idade, peso, volemia e hematócrito, estado geral, grau de comprometimento cardiovascular e dos demais sistemas orgâ- nicos, para citar apenas algumas. Ao con- trário, os procedimentos são planejados e conduzidos, de acordo com o diagnóstico, as características e as necessidades especí- ficas de cada paciente. A prática da circulação extracorpórea, na realidade, pode ser compreendida como a simulação mecânica de princípios da fi- siologia do ser humano, especialmente os princípios relacionados à circulação, res- piração e balanços hidro-eletrolítico e áci- do-base. A circulação extracorpórea determina uma fisiologia especial para o organismo humano, em virtude das características da bomba propulsora, das relações entre o san- gue e o oxigenador durante as trocas gaso- sas e das relações entre o fluxo arterial e a microcirculação, na nutrição dos tecidos. A comparação dos fenômenos da cir-
culação extracorpórea com os que ocorrem no organismo intacto permite a compreen- são da fisiologia do ser humano durante a perfusão e a resposta do organismo à cir- culação extracorpórea. No presente capítulo e nos capítulos 4 a 7, serão revistos os principais aspectos da fisiologia cardiovascular, respiratória, re- nal, do sangue, da água e dos eletrolitos. Serão também revistas as suas alterações durante a circulação extracorpórea. A função adequada dos tecidos do or- ganismo depende da qualidade da função celular. Esta, por sua vez, depende de con- dições ótimas do meio ambiente no qual as células vivem, o líquido extracelular. As condições ótimas do meio ambiente celu- lar incluem as concentrações de materiais nutritivos, hormônios e dejetos do meta- bolismo, a tensão dos gases respiratórios e a temperatura. Um meio ambiente ótimo para a atividade celular somente pode ser mantido por um fluxo sanguíneo ininter- rupto para os tecidos, função primordial do sistema circulatório, no qual o coração ser- ve como única fonte de energia propulso- ra do sangue. O organismo humano é percorrido pela corrente sanguínea com a finalidade de nutrir os seus diversos tecidos. Essa tarefa
FUNDAMENTOS DA CIRCULAÇÃO EXTRACORPÓREA
é executada pelo conjunto de elementos que constituem o sistema cardiovascular: coração, artérias, veias, capilares e vasos linfáticos. A energia utilizada para a circulação do sangue é fornecida pela contração da massa muscular do coração. Os dois tron- cos arteriais que recebem o sangue impul- sionado pelos ventrículos, aorta e artéria pulmonar, subdividem-se em ramos, à me- dida que se afastam do coração. Ao se aproximar dos tecidos que vão irrigar, seu calibre está bastante reduzido. Os ramos de menor calibre, as arteríolas, terminam numa fina rede vascular, composta pelos capilares, que irrigam todos os tecidos. Nos pulmões as paredes dos capilares são atra- vessadas pelos gases. Nos demais tecidos do organismo os capilares recolhem o gás carbônico e outros dejetos do metabolismo e cedem oxigênio, aminoácidos, lipídios, glicose, e os demais elementos necessários à função celular. Os elementos nutritivos, ao deixar a corrente circulatória, penetram nos líquidos dos tecidos. Parte desse líqui- do é recolhida pelos capilares linfáticos. As funções essenciais do sistema circu- latório são, na realidade, exercidas pelos capilares, servindo os demais elementos do sistema, como propulsores e condutores do sangue aos tecidos do organismo.
A BOMBA CARDÍACA
O coração está localizado no interior do tórax, ocupando uma posição aproxi- madamente central entre os dois pulmões, no espaço chamado mediastino; possui a forma cônica, com a ponta ou ápice volta- da para baixo, para a frente e para a esquer-
da. A sua base é formada pelos dois átrios e pelos grandes vasos. O coração é a bomba propulsora ideal para o aparelho circulatório, capaz de im- pulsionar volumes variados de sangue, com mecanismos autônomos de controle, capazes de responder à estímulos de natu- reza química e física, que podem regular o seu débito, de acordo com as necessidades dos tecidos do organismo. O coração adul- to se contrái e relaxa cerca de 115.000 ve- zes por dia, impulsionando aproximada- mente 7.500 litros de sangue pelo corpo. O coração é uma bomba muscular ôca, pulsátil, dividida em quatro câmaras. As câmaras superiores são os átrios e as inferi- ores são os ventrículos. Os átrios, de paredes mais finas, rece- bem o sangue que flui das veias; são câma- ras receptoras ou câmaras de acesso aos ventrículos. Também bombeiam fraca- mente o sangue para auxiliar o enchimen- to ventricular. O átrio direito recebe as vei-
Fig.3.1. Esquema do interior do coração, mostrando as quatro cavidades cardíacas, os vasos que desembocam e emergem nas câmaras atriais e ventriculares, as válvulas e o sentido do fluxo sanguíneo.
FUNDAMENTOS DA CIRCULAÇÃO EXTRACORPÓREA
vula mitral, o ventrículo esquerdo, a vál- vula aórtica e a aorta. O coração, no interior do mediastino, está protegido por uma membrana fibrosa fina, lisa e reluzente formada por duas ca- madas ou folhetos, o pericárdio. O folheto visceral do pericárdio adere intimamente ao coração e reveste toda a sua superfície; é chamado de epicárdio, por ser a camada mais superficial e externa do coração. O outro folheto é o pericárdio parietal, que adere às estruturas que circundam o cora- ção, constituindo um saco fibroso, o saco pericárdico, que contém o coração. O saco pericárdico contém um pequeno volume de líquido que lubrifica os seus folhetos, chamado líquido pericárdico. A parede do coração é formada por três camadas, epicárdio, miocárdio e endocár- dio. O epicárdio, já descrito como a lâmi- na fibrosa de revestimento, é a camada mais externa ou superficial do coração. O en- docárdio é a camada de revestimento in- terno do coração, constituida por um teci- do mais liso e elástico, chamado tecido endotelial, que também recobre as válvu- las e se continua com o revestimento endotelial dos vasos sanguíneos. Essa ca- mada de revestimento interno tem propri- edades particulares e é a única camada de tecido que tem contato com o sangue. En- tre o epicárdio e o endocárdio, situa-se a camada muscular que constitui o músculo cardíaco propriamente dito, o miocárdio, responsável pela função contrátil do cora- ção. O epicárdio e o endocárdio atrial e ventricular são iguais. O miocárdio atrial é mais fino e contém menos massa muscu- lar que o miocárdio ventricular. O miocár-
dio ventricular é mais espesso e constituido por várias camadas musculares que se cru- zam em diferentes direções, o que aumen- ta a potência da sua contração. As células musculares do miocárdio tem estrutura especial. Não são inteiramen- te semelhantes ao músculo liso ou ao mús- culo estriado do organismo. As membra- nas das células miocárdicas se fundem, per- mitindo a livre passagem de íons e a livre propagação de potenciais elétricos, de uma célula para outra. Este tipo de agrupamen- to celular é chamado sincício. O músculo cardíaco, portanto, tem estrutura sincicial. O coração é composto de dois sincícios distintos: o sincício atrial e o sincício ventri- cular. Estes dois sincícios são separados um do outro pelo denso tecido conjuntivo-fi- broso que circunda os anéis das válvulas átrio-ventriculares e ventrículo-arteriais, o chamado esqueleto fibroso do coração. Os sincícios atrial e ventricular obede- cem ao princípio do tudo ou nada, que rege a função contrátil do miocárdio. Isto sig- nifica que a estimulação de uma única fi- bra muscular atrial excita toda a massa muscular atrial, o mesmo ocorrendo com os ventrículos, se uma única fibra ventri- cular for estimulada. A única comunicação entre ambos os sincícios, se faz através de um feixe de cé- lulas miocárdicas especiais, de elevada condutividade elétrica, denominado feixe de condução, de cuja função depende a ori- gem e a transmissão do estímulo elétrico que produz a contração do miocárdio.
EXCITAÇÃO E CONDUÇÃO ELÉTRICA
O estímulo elétrico para a contração
CAPÍTULO 3 – FISIOLOGIA CARDIOVASCULAR
do miocárdio se origina em um pequeno agrupamento de células especiais localiza- do na junção da veia cava superior com o átrio direito, na região chamada seio veno- so. Esse conjunto de células é o nódulo sinusal. As células do nódulo sinusal atra- vés de reações químicas no seu interior ge- ram o impulso elétrico que se propaga pe- los átrios e produz a contração do miocár- dio atrial. O estímulo elétrico se propaga pelos átrios, em ondas e através de vias pre- ferenciais chamadas vias internodais. O estímulo das vias internodais é captado em um outro nódulo, localizado junto ao anel da válvula tricúspide, próximo ao orifício do seio coronário, chamado nódulo átrio- ventricular, ou simplesmente nódulo A-V. Deste nódulo A-V, parte um curto feixe das células especiais, o feixe átrio-ventricular ou feixe de Hiss, que atravessa o esqueleto fibroso e se divide em dois ramos, direito e esquerdo. O ramo esquerdo, por sua vez se subdivide em outros dois feixes, um ante- rior e um posterior. Os feixes principais, direito e esquerdo vão se ramificando, como uma árvore, no interior da massa mi- ocárdica, constituindo um emaranhado de células condutoras, chamado rede de Purkinje (Fig. 3.2). As células do nódulo sinusal, por me- canismos químicos, geram o próprio impul- so elétrico, a intervalos regulares, o que garante a automaticidade e a ritmicidade da estimulação cardíaca. O estímulo gera- do no nódulo sinusal, se propaga pelos átri- os e alcança o nódulo A-V e o feixe de Hiss, onde sofre um pequeno retardo. Do feixe de Hiss, o estímulo rapidamente alcança os feixes direito e esquerdo e as fibras termi-
nais de Purkinje, que por sua vez, estimu- lam o miocárdio ventricular. No adulto, o nódulo sinusal produz aproximadamente 80 impulsos elétricos por minuto, constituindo-se no marca- passo do próprio coração. O nódulo sinusal, o nódulo átrio-ventri- cular e o feixe de Purkinje recebem termina- ções nervosa simpáticas e parassimpáticas. Quando há estimulação simpática, liberam- se as catecolaminas adrenalina e noradrena- lina, que produzem aumento da freqüência dos impulsos elétricos do nódulo sinusal. A estimulação parassimpática ou vagal, se faz através da acetilcolina e tem o efeito oposto, reduzindo a freqüência dos impulsos. Na eventualidade de secção das fibras nervosas simpáticas e parassimpáticas, cessa a influ- ência nervosa sôbre o coração, que, contu- do, mantém a automaticidade e ritmicidade pelo nódulo sinusal, conforme se observa nos corações transplantados.
Fig.3.2. Feixe de condução do coração. O esquema mostra o nódulo sinusal, as vias de condução internodal, o nódulo A-V, feixe de Hiss, ramo direito, as duas divisões do ramo esquerdo e as fibras de Purkinje.
CAPÍTULO 3 – FISIOLOGIA CARDIOVASCULAR
a sístole atrial. A seguir, durante a diástole atrial, ocorrem sucessivamente a sístole e a diástole ventricular. O sangue flui de modo contínuo, das grandes veias para os átrios e, cerca de 70% desse volume flui diretamente dos átrios para os ventrículos. A contração dos átri- os produz um enchimento ventricular adi- cional de 30%. Os átrios funcionam como bombas de ativação, que aumentam a efi- cácia do bombeamento ventricular. Durante a sístole ventricular, o sangue se acumula nos átrios, porque as válvulas átrio-ventriculares estão fechadas. Ao ter- minar a sístole ventricular, a pressão nos átrios faz com que as válvulas átrio-ventri- culares se abram, permitindo que os ven- trículos se encham rapidamente. Este pe- ríodo é seguido por um outro curto perío- do de enchimento mais lento dos ventrículos, com o sangue que continuou a fluir para os átrios durante o período an- terior. Na fase final do enchimento ou diástole ventricular, ocorre a sístole atrial. Ao se iniciar a contração ou sístole ventricular, a pressão no interior do ven- trículo se eleva muito rapidamente, pelo retesamento das suas fibras, fechando as válvulas átrio-ventriculares. Logo após uma pequena fração de segundo, o ventrí- culo ganha pressão suficiente para abrir as válvulas semilunares (aórtica ou pulmo- nar) e iniciar a ejeção do sangue para as grandes artérias. Cerca de 60% do volume de sangue do ventrículo é ejetado nessa primeira fase da sístole ventricular e os 40% restantes, logo a seguir, um pouco mais lentamente. Ao final da sístole pouco sangue passa às grandes artérias. A pres-
são ventricular começa a cair rapidamen- te pelo início do relaxamento da muscula- tura miocárdica, o que fecha as válvulas aórtica e pulmonar. A continuação do re- laxamento ou diástole ventricular, logo a seguir permite a abertura das válvulas átrio-ventriculares e se inicia um novo pe- ríodo de enchimento ventricular. A figura 3.3 A e B, ilustra o comportamento das curvas de pressão intra-atrial, ventricular e aórtica, durante o ciclo cardíaco.
DÉBITO CARDÍACO E ÍNDICE CARDÍACO
Durante a diástole ocorre o enchimen- to ventricular que, ao final, atinge um vo- lume de aproximadamente 120ml, chama- do volume diastólico final. À medida que a sístole ventricular ejeta sangue para as gran- des artérias, o volume ventricular cái, sen- do de aproximadamente 50ml ao final da sístole (volume sistólico final). A diferença entre o volume diastólico final e o volume sistólico final é chamada de volume de ejeção ou volume sistólico e corresponde ao volume de sangue impulsionado a cada batimento cardíaco. Em um adulto, o vo- lume sistólico médio é de cerca de 70ml de sangue. O volume sistólico varia com os indivíduos, sendo menor nas crianças. No coração normal, é o mesmo para ambos os ventrículos. Quando o coração se contrái com mais força o volume sistólico final pode cair para apenas 20ml. Quando grandes quantida- des de sangue fluem para os ventrículos durante a diástole, o volume diastólico fi- nal pode atingir a 200ml. Em ambas as cir- cunstâncias, o volume de ejeção ou volu- me sistólico estará aumentado e, portan-
FUNDAMENTOS DA CIRCULAÇÃO EXTRACORPÓREA
to, estará aumentado o débito do ventrí- culo, a cada batimento. O débito cardíaco sistêmico corres- ponde à quantidade de sangue lançada pelo ventrículo esquerdo na aorta, a cada minuto. Esta é a forma habitual de expres- sar a função de bomba do coração. Em cada batimento, o volume ejetado pelo ventrículo esquerdo na aorta é a dife- rença entre o volume diastólico final (VDF) e o volume sistólico final (VSF). O débito cardíaco (DC) será igual àquela di- ferença multiplicada pelo número de batimentos a cada minuto (freqüência car- díaca, FC). O débito cardíaco, pode ser expresso pela seguinte equação:
DC = (VDF - VSF) x FC em que: DC = débito cardíaco, VDF = volume diastólico final, VSF = volume sistólico final e, FC = freqüência cardíaca.
O volume sistólico de um adulto mé- dio é de aproximadamente 70ml e a freqü- ência cardíaca é de 80 batimentos por mi- nuto. O débito cardíaco desse indivíduo será de 70 x 80 = 5.600ml/min. (5,6 litros/ minuto). O débito cardíaco é habitualmente ex- presso em litros por minuto (l/min.). Se, em uma criança, por exemplo, o volume diastólico final é de 60ml, o volume sistólico final é de 25ml e a freqüência cardíaca é de 100 batimentos por minuto, o seu débi- to cardíaco será:
DC = (60 - 25) x 100 = 35 x 100 = 3. ml/min ou 3,5 l/min.
O débito cardíaco na criança é inferi- or ao débito calculado para os adultos, o que nos mostra a dificuldade de comparar o débito cardíaco de diferentes indivídu- os, em face das variações de seu peso e massa corporal, dos quais dependem os volumes diastólico e sistólico finais. Para permitir a comparação do débito cardíaco entre diferentes indivíduos, usa-se dividir o valor do débito cardíaco pela super- fície corpórea (SC), expressa em metros qua- drados. Esse novo indicador da função de bomba do coração tem maior significado que o anterior e é chamado de Índice Cardíaco (IC). Se a superfície corpórea do adulto do exemplo anterior é de 1,8 m^2 e a superfície corpórea da criança é de 1,1 m^2 , teremos os seguintes índices da função ventricular:
IC = DC/SC = 5,6/1,8 = 3,1 l/min/m^2 IC = DC/SC = 3,5/1,1 = 3,1 l/min/m^2
O índice cardíaco de ambos os indiví- duos é o mesmo, de 3,1 litros de sangue por minuto, por cada metro quadrado de su- perfície corporal. O índice cardíaco é o indicador mais importante da função do sistema cardio- vascular, porque expressa a quantidade de sangue que o coração impulsiona a cada minuto, para o transporte dos elementos essenciais à função celular em todos os te- cidos do organismo. O índice cardíaco va- ria com a idade. Nas crianças, é de 2,5 l/ min/m^2 , desde o nascimento, para atingir pouco mais de 4 l/min/m^2 aos 10 anos de idade. Na velhice, o índice declina, alcan- çando os 2,4 l/min/m^2 , em torno dos oi- tenta anos. O índice cardíaco normal, para
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pórea são do tipo de deslocamento positi- vo, que aspiram o sangue no orifício de en- trada e o conduzem ao orifício de saída. Essas bombas geram um fluxo contínuo e linear. Ao contrário da bomba cardíaca, não geram pressão de impulsão, como a pres- são sistólica. Os mecanismos orgânicos re- guladores do débito cardíaco não são efe- tivos com a bomba mecânica, que é ajus- tada para fornecer um débito fixo e estável, calculado conforme as necessidades meta- bólicas do indivíduo, nas condições da ope- ração a ser realizada. Por essa razão a pres- são arterial durante a perfusão, a pressão intravascular média é mais baixa que a pres- são gerada pela bomba cardíaca pulsátil, e representa a interação do fluxo da bomba arterial com a resistência vascular perifé- rica do paciente.
CIRCULAÇÃO PERIFÉRICA E MICROCIRCULAÇÃO O sistema circulatório é um grande sis- tema fechado constituido por vasos que conduzem o sangue dos ventrículos aos te- cidos, e destes de volta ao átrios. Está divi- dido em dois circuitos: 1. a circulação pul- monar ou pequena circulação, que trans- porta o sangue do coração direito para as trocas gasosas respiratórias e será estuda- da no capítulo referente à fisiologia respi- ratória, e 2. a circulação periférica ou sis- têmica, responsável pelo transporte do sangue a todos os tecidos para a oferta de oxigênio e demais nutrientes. Existem dois tipos de vasos na circula- ção: os vasos sanguíneos e os vasos linfáticos. Os vasos sanguíneos são de três tipos prin- cipais: artérias, veias e capilares.
As artérias são os vasos encarregados de transportar o sangue bombeado pelo coração para os tecidos. As artérias perifé- ricas nascem da aorta e se dirigem ao crâ- nio, ao tórax e membros superiores, abdo- me e membros inferiores. Das artérias prin- cipais, nascem outras artérias que se dirigem às diferentes regiões ou órgãos, onde continuam a se ramificar, como os ramos de uma árvore, até distribuir ramos para todos os pontos do organismo. As ar- térias distais, os menores ramos da imensa rede arterial, são as arteríolas. As arteríolas se conectam à rede de capilares do organis- mo, que tem contato com pràticamente todas as células. Na extremidade oposta os capilares vão se agrupando em vênulas, cujo conjunto vai formando as veias, que acompanham regularmente o trajeto das artérias, em sentido inverso, até se reuni- rem nas grandes veias cava superior e infe- rior, que drenam todo o sangue recebido na rede capilar, de volta ao átrio direito. As paredes das artérias e das veias são formadas por três camadas (Fig. 3.4). A camada externa, constituida por tecido conjuntivo e algumas fibras elásticas, é cha- mada adventícia. Esta camada serve de
Fig.3.4. Desenho representativo da estrutura da parede dos vasos, com as suas três camadas e os vasa-vasorum, nutridores do próprio vaso.
CAPÍTULO 3 – FISIOLOGIA CARDIOVASCULAR
suporte para os vasos. Quando uma arté- ria é seccionada, a camada adventícia tende a mantê-la aberta. A adventícia das veias é mais fina e menos resistente e quando seccionadas, as veias tendem a colapsar sua paredes. A camada média, constituída prin- cipalmente por fibras musculares e elásti- cas, é muito mais espessa nas artérias do que nas veias. É responsável pela contra- ção e relaxamento dos vasos. A sístole car- díaca força o sangue para o interior das artérias e a estrutura muscular das suas paredes permite a sua expansão, para aco- modar o volume adicional impulsionado. A contração das artérias, em seguida, au- xilia a impulsão do sangue pelo sistema ar- terial. A camada mais interna, a íntima é constituída pelo endotélio, cuja função é predominantemente anti-trombogênica. No revestimento interno das veias, o endotélio forma cúspides, a intervalos, que funcionam como válvulas que auxiliam o direcionamento do sangue para o coração direito. As camadas íntima e média dos vasos recolhem o oxigênio e outros elemen- tos para a sua própria nutrição por difusão do sangue no seu interior. A camada ad- ventícia possui pequenos vasos, artérias, veias e capilares, responsáveis pela nutri- ção do próprio vaso, chamados “vasa- vasorum”, que significa vasos dos vasos. Os capilares formam uma extensa e difusa rede que penetra na intimidade de todos os tecidos do organismo. São constituidos por uma única camada de cé- lulas, o endotélio, em continuidade com o endotélio das arteríolas e das vênulas. O endotélio dos capilares é permeavel ao oxi- gênio, dióxido de carbono, glicose e diver-
sos íons. Embora de tamanho diminuto, os capilares são os verdadeiros responsáveis pelas funções nutritivas do sistema cardi- ovascular. É através o seu endotélio que se processam todas as trocas nutritivas que mantém o meio ambiente celular em con- dições adequadas de funcionamento. As artérias são os vasos de distribuição de sangue ao sistema capilar. O sistema de distribuição se caracteriza por ser de baixo volume e alta pressão. Os vasos de resis- tência são as arteríolas que, com os esfincteres pré-capilares se constituem na principal resistência ao fluxo de sangue. Os capilares tem o comprimento apro- ximado de 1 milímetro e um diâmetro mé- dio de 8 a 12 milésimos de milímetro (mícron). Existem aproximadamente 5 a 10 bilhões de capilares em um adulto mé- dio, correspondendo a uma área de 500 a 700 m^2. Se todo o sistema capilar do orga- nismo pudesse ser disposto em linha reta, alcançaria uma extensão de aproximada- mente 136.000 Km. Estima-se que em ape- nas 1 cm^2 de tecido muscular existem cer- ca de 250.000 capilares. Esta ampla distri- buição da rede capilar faz com que cada célula do organismo tenha um capilar à menos de 20 ou 30 microns de distância. As vênulas e veias constituem os va- sos de capacitância ou reservatório. O sis- tema de capacitância é tipicamente um sis- tema de grandes volumes e baixas pressões. Os vasos linfáticos constituem, junta- mente com os gânglios, o sistema linfático que é um sistema accessório do sistema cir- culatório, através do qual circula a linfa, um líquido aquoso, rico em proteinas e gor- duras. Mais da metade da linfa do organis-
CAPÍTULO 3 – FISIOLOGIA CARDIOVASCULAR
os leitos vasculares é controlada pelas va- riações do diâmetro das arteríolas. Esta for- ma de controle depende da manutenção de uma pressão adequada dentro do siste- ma arterial. A pressão intra-arterial deve ser mantida acima de um valor crítico, de 40 a 60mmHg para permitir a perfusão dos leitos vasculares de órgãos vitais, como o cérebro, o miocárdio e os rins. Quando um líquido circula no interior de um tubo, existe uma força perpendicu- lar à direção do fluxo do líquido, chamada pressão. A oposição àquela força é a resis- tência. O fluxo do líquido no interior do tubo depende da relação entre a pressão e a resistência, ou seja: Q=P/R, em que Q= fluxo, P= pressão e R= resistência. A mes- ma equação nos mostra que P=Q x R, ou seja, a pressão é o produto do fluxo pela resistência, ou ainda que R=P/Q, ou, em outras palavras, a resistência representa a relação entre a pressão e o fluxo. A resistência à circulação do volume de sangue ejetado pela contração cardía- ca, é um dos fatores determinantes da pres- são arterial. A pressão no interior de um um vaso sanguíneo, por analogia com as forças hi- dráulicas, depende do fluxo de sangue e da resistência oferecida à sua progressão den- tro do vaso. Como vimos, a pressão pode ser expressa da seguinte forma: Pressão (P) = Fluxo (Q) x Resistência (R). Esta equa- ção demonstra que a pressão é diretamen- te proporcional ao fluxo e à resistência. Se o fluxo permanecer constante e reduzirmos a resistência, a pressão se reduz. Se a resis- tência permanecer constante e reduzirmos o fluxo, a pressão também se reduz. Esta
relação governa a dinâmica dos líquidos no interior de tubos inelásticos. Embora os vasos sanguíneos não sejam semelhantes aos tubos rígidos, o compor- tamento do sangue no seu interior segue as mesmas relações, para a perfusão dos órgãos pelo sistema circulatório. Dessa for- ma, a vasodilatação produz a redução da resistência arteriolar ao fluxo de sangue, reduzindo a pressão de perfusão enquanto a queda do débito cardíaco, ao reduzir o fluxo no interior dos vasos, também pro- duz queda da pressão. As relações entre a pressão, o fluxo e a resistência, durante a circulação extracor- pórea são as mesmas. A bomba propulsora da circulação extracorpórea gera fluxo li- near, não pulsátil, ao contrário da bomba cardíaca. Dessa forma, as pressões exercidas pelos mesmos fluxos são menores, na cir- culação extracorpórea, e dependem fun- damentalmente da resistência arteriolar. A pressão, durante a circulação extracorpó- rea é um valor que pode ser modificado facilmente pela manipulação da resistên- cia arteriolar ou do fluxo arterial. As dro- gas vasoconstritoras aumentam a resistên- cia arteriolar, enquanto os vasodilatadores a reduzem.
RESISTÊNCIA VASCULAR
E VISCOSIDADE
Os líquidos circulam no interior dos tubos em lâminas concêntricas, das quais as mais externas, em contato com a pare- de progridem mais lentamente. Este tipo de fluxo é conhecido como fluxo laminar. A maior ou menor facilidade com que as lâminas de líquido se deslocam, uma em
FUNDAMENTOS DA CIRCULAÇÃO EXTRACORPÓREA
relação às outras, depende da viscosidade do líquido (Fig. 3.6). A viscosidade é uma propriedade que depende da composição molecular dos líquidos. Um líquido de vis- cosidade baixa como a água, se desloca mais facilmente em um tubo, do que um líquido de maior viscosidade, como o óleo ou o sangue. Se considerarmos a viscosidade da água como 1, a viscosidade do plasma será de 1,8, enquanto a viscosidade do sangue com o hematócrito normal de 40% será de 3. Quanto maior a percentagem de células vermelhas no sangue, tanto maior será a sua viscosidade. Quando o hematócrito se eleva para 60 ou 70%, como ocorre nas cardiopatias cianóticas, a viscosidade san- guínea se eleva significativamente, alcan- çando 10 vêzes o valor da viscosidade da água (Fig. 3.7). A quantidade de proteinas do plasma também afeta a viscosidade, po- rém, em menor grau que a quantidade de hemácias. A grande redução da viscosida- de, produzida pela hemodiluição, é uma das causas da pressão arterial média baixa, que acompanha a circulação extracorpórea. No aparelho circulatório, em condi- ções normais, a viscosidade do sangue não se altera substancialmente, em curtos pe- ríodos, exceto quando há grandes hemor-
ragias. Na hemodiluição da circulação ex- tracorpórea, contudo, as alterações da vis- cosidade são produzidas agudamente e são bastante significativas. Uma vez equilibra- do o perfusato, entretanto, a viscosidade se mantém relativamente constante até o final do procedimento. Quando a viscosi- dade permanece constante, pequenas al- terações no calibre das arteríolas podem determinar grandes alterações na resistên- cia arteriolar e, em conseqüência, determi- nar alterações na pressão arterial. A razão disso é que a resistência ao fluxo é inversa- mente proporcional à quarta potência do raio do tubo e é diretamente proporcional à viscosidade do líquido e ao comprimen- to do tubo. Estas relações podem ser ex- pressas na equação: R= ηx l/r 4 em que R= resistência, η= viscosidade, l= compri- mento e r= raio do tubo. Durante a perfusão, como vimos, a vis- cosidade permanece relativamente cons-
Fig.3.6. Esquema que representa as diversas lâminas de um líquido em fluxo laminar no interior de um vaso, submetido à pressão P. A viscosidade do líquido determina a facilidade com que as lâminas deslisam umas sobre as outras.
Fig.3.7. Gráfico demonstrativo da viscosidade do sangue em relação ao hematócrito. A viscosidade do sangue aumenta à medida que o hematócrito se eleva. Representa ainda a viscosidade do plasma e da água, para comparação.
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para reduzir a pressão arterial e sim, usar vasodilatadores para aumentar o diâmetro das arteríolas e reduzir a resistência vascular periférica. Esta medida normali- za o metabolismo tissular, independente da administração de alcalinizantes, como o bicarbonato.
TROCAS TRANSCAPILARES
A função mais importante do sistema circulatório, a permuta de nutrientes e dejetos celulares, entre o sangue circulante e os tecidos, se processa nos capilares. A organização capilar do organismo na microcirculação favorece as trocas entre os capilares e as células, havendo sempre um vaso capilar em proximidade à cada célu- la. A parede capilar apresenta poros ou canalículos que são atravessados pela mai- oria dos íons e moléculas hidrosolúveis. Outras substâncias lipossolúveis atraves- sam diretamente a célula endotelial, por dissolução na sua membrana, sem atraves- sar os poros. A maior parte das trocas, con- tudo, ocorre pelo fenômeno da difusão. O plasma sanguíneo trocas substâncias com o líquido extracelular. Este, troca as subs- tâncias com as células através a membra- na celular. O plasma, portanto, regula o meio em que as células vivem, oferecendo condições mais adequadas ao seu funcio- namento (Fig. 3.8). A autoregulação do fluxo de sangue nos capilares é fundamental para as trocas com os tecidos. O sangue não flui num rítmo contínuo através dos capilares. Os esfincteres pré-capilares e as metarteríolas se contraem e se relaxam alternadamente, em ciclos de 5 a 10 vêzes por minuto. O
fator mais importante para determinar o grau de abertura e fechamento das metarteríolas e esfincteres pré-capilares é a concentração de oxigênio nos tecidos. Quando a concentração de oxigênio é bai- xa, os esfincteres permanecem abertos mais tempo, aumentando o afluxo de sangue. Quanto maior for a utilização de oxigênio pelos tecidos, maior será a quantidade de sangue que flui pelos capilares. O movimento de líquidos através as paredes dos capilares é determinado pelas forças hidrostáticas e osmóticas, nos dois lados da membrana capilar. Existem quatro forças que determinam o movimento de líquidos através a mem- brana capilar (Fig. 3.9):
- A pressão capilar ou pressão hidrostática, que tende a fazer o líqui- do sair do capilar para o interstício.
- A pressão do líquido intersticial que tende a fazer o líquido penetrar através da membrana capilar, quando é positi- va e a fazê-lo sair, quando é negativa.
- A pressão coloidosmótica do plas- ma, que tende a atrair líquido para o
Fig.3.8. Esquema da difusão de líquidos entre o capilar sanguíneo, o capilar linfático e o espaço intersticial.
CAPÍTULO 3 – FISIOLOGIA CARDIOVASCULAR
interior dos capilares.
- A pressão coloidosmótica do líqui- do intersticial, que tende a atrair líqui- do do interior dos capilares. A pressão capilar ou pressão hidrostática é a diferença de pressão entre o extremo arteriolar e o extremo venular do capilar. O extremo arteriolar do capilar tem uma pres- são aproximada de 25 mmHg, enquanto no extremo venular a pressão é de aproxima- damente 10 mmHg. O capilar venoso tem uma permeabilidade maior que o extremo arteriolar. A pressão hidrostática tende a produzir filtração do plasma para o líquido intersticial, no extremo arteriolar e tende a produzir absorção de líquido do interstício para o capilar, no extremo venoso. A pressão do líquido intersticial é de difícil avaliação, pela sua composição, parte sob a forma de gel e parte líquida propria- mente dita. Estima-se que esta pressão seja negativa, em torno de -6,3 mmHg. Essa negatividade tende a fazer uma “aspiração” do líquido intracapilar para o interstício. A pressão coloido-osmótica ou pres- são oncótica do plasma depende funda- mentalmente das proteinas, que não se di- fundem para dentro do interstício, a não
ser em pequenas quantidades, logo remo- vidas pelos canais linfáticos. A concentra- ção de proteinas no plasma é quatro vêzes maior do que no líquido intersticial, ou seja, 7,3g% no plasma e 2g% no interstício. Ape- nas as substâncias que não conseguem pas- sar através dos poros de uma membrana semi-permeável exercem pressão osmótica. A pressão osmótica total é aproximada- mente 50% maior que a exercida pelas pro- teinas. As proteinas por sua carga elétrica negativa, atraem cations, principalmente o sódio, para o equilíbrio elétrico das suas moléculas. As partículas dos cátions fazem aumentar a pressão coloido-osmótica to- tal, que se torna mais significativa, quanto maior for a quantidade de proteinas. Este é o chamado efeito Donnan na pressão coloido-osmótica ou pressão oncótica. O valor normal para a pressão oncótica das proteinas do plasma é de aproximada- mente 28 mmHg, dos quais 19 mmHg correspondem às proteinas e 9mmHg são gerados pelos cations mantidos no plasma pelo efeito Donnan. A albumina é reponsável por cerca de 75% da pressão oncótica do plasma e os demais 25% correspondem às globulinas, sendo a con- tribuição do fibrinogênio muito pequena. A contribuição relativa das proteinas plasmáticas, conforme sua concentração está representada na tabela 3.1.
Fig.3.9. O desenho representa as forças que tendem a movimentar os líquidos para dentro e para fora dos capilares, nas trocas com o líquido intersticial, através das membranas capilares.
Tabela 3.1 Comparação da pressão oncótica exercida pela albumina e demais proteinas do plasma.
CAPÍTULO 3 – FISIOLOGIA CARDIOVASCULAR
pressão coloidosmótica do plasma. A in- trodução de substâncias coloidais acelulares para hemodiluição, visa especìficamente, atenuar aqueles efeitos indesejáveis da he- modiluição com cristaloides.
CIRCULAÇÃO CEREBRAL
O arco aórtico é o segmento da aorta que dá origem às artérias braquiocefálicas, encarregadas de levar o sangue ao crânio e aos membros superiores. Estas artérias pe- netram no interior do crânio e constituem uma arcada vascular, cuja forma lembra o desenho de um polígono e, por essa razão, a arcada é denominada polígono de Willis. As quatro artérias que penetram no crânio para formar a arcada poligonal são as duas artérias carótidas internas, direita e es- querda, e as duas artérias vertebrais, direi- ta e esquerda (Figura 3.10). As duas artérias vertebrais se unem na base do crânio para formar a artéria basilar. Esta, por sua vez, fornece as duas artérias cerebrais posteriores, direita e esquerda. As artérias cerebrais posteriores fornecem os ramos comunicantes posteriores. Cada uma das artérias carótidas internas, ao al- cançar a base do crânio, fornece uma arté- ria comunicante anterior e uma artéria ce- rebral média. As artérias comunicantes anteriores e as comunicantes posteriores unem as artérias carótidas e as artérias ver- tebrais em uma estrutura arterial contínua, o polígono de Willis, de onde emergem os ramos que irrigam o cérebro. Essa estrutu- ra poligonal de múltiplas origens assegura várias vias para o sangue arterial alcançar o cérebro. Em virtude destas múltiplas vias, uma ou mais das artérias braquiocefálicas
(carótidas e vertebrais) podem ser ocluidas sem que ocorra dano ao tecido cerebral, devido à compensação do fluxo pelas de- mais artérias do polígono. O cérebro e as demais porções que cons- tituem o sistema nervoso central ocupam o funcionamento de mais de 100 bilhões de neurônios. As células do cérebro são extre- mamente dependentes do contínuo forneci- mento de oxigênio e outros nutrientes, para a manutenção da sua integridade estrutural e funcional. Ao contrário de outros órgãos, o cérebro depende de um metabolismo exclu- sivamente aeróbio para produzir a energia que possibilita o seu funcionamento. Por essa ra-
Fig 3.10. Representa o polígono de Willis. As quatro artérias (carótidas internas) e vertebrais penetram no crânio e formam uma estrutura poligonal que intercomunica as regiões anterior e posterior. 1. polígono de Willis; 2. artéria carótida interna; 3. artéria vertebral;
- artéria basilar; 5. artéria cerebral anterior; 6. artéria cerebral média; 7. artéria cerebral posterior; 8. artéria comunicante anterior e 9. artéria comunicante posterior.
FUNDAMENTOS DA CIRCULAÇÃO EXTRACORPÓREA
zão, a circulação cerebral se sustenta através de múltiplas fontes, todas capazes de suprir o sangue necessário ao adequado funcionamen- to celular do tecido cerebral. A distribuição da circulação arteriolar e capilar que irriga o tecido cerebral é se- melhante ao que foi descrito para os de- mais órgãos. Após percorrer o vasto siste- ma capilar, o sangue alcança o sistema de veias do cérebro, de paredes muito delga- das, bastante elásticas, com amplas e re- dundantes anastomoses e totalmente des- providas de válvulas. As veias do cérebro estão distribuídas em três sistemas principais: as veias super- ficiais ou corticais, que acompanham as principais regiões dos hemisférios cerebrais; as veias dos núcleos centrais e as veias da base do crânio. As veias superficiais dre- nam em dois seios venosos, o seio longitu- dinal superior e o seio longitudinal inferi- or. Outras veias superficiais alcançam a base do crânio onde formam o seio cavernoso. As veias dos núcleos centrais formam dois troncos volumosos (veias de Galeno), que fundem-se em um único tronco venoso, enquanto que as veias da base do crânio (veias basilares), acompanham aproxima- damente a distribuição das artérias do polígono de Willis e unem-se em outras duas veias calibrosas (fig 3.11). Os siste- mas venosos cerebrais anastomosam-se amplamente, formando uma rede de gran- de capacidade e baixa resistência, até se constituir nos seios laterais, verdadeiros lagos venosos que se continuam com a veia jugular interna de cada lado do crânio. As veias jugulares internas drenam o sangue do cérebro para a veia cava superior.
CIRCULAÇÃO DA MEDULA
A circulação arterial da medula espi- nhal provém de ramos originados nas ar- térias vertebrais, na aorta descendente (ar- térias intercostais) e na aorta abdominal (artérias lombares). A arquitetura da irri- gação medular é variável entre os indiví- duos, ora predominando a origem verte- bral ora predominando a origem intercos- tal da irrigação. Na maioria dos indivíduos a medula é irrigada por três artérias principais, que correm paralelas ao seu eixo longitudinal; uma artéria medular anterior e duas arté- rias medulares posteriores. Cerca de 75% da área transversal da medula são irrigados pela artéria medular anterior. A artéria medular anterior é formada pelos ramos medulares direito e esquerdo que se originam das artérias vertebrais, antes da sua fusão em artéria basilar, na base do crânio. À medida que a artéria
Fig 3.11. Representa os sistemas venosos do retorno cerebral. Há três sistemas principais que se comunicam amplamente e acompanham aproximadamente a distribuição das artérias do polígono de Willis. Os seios venosos unem-se e terminam por desembocar nas veias jugulares internas direita e esquerda. O sistema venoso intracraniano não possui válvulas.
