UNIDAD 2: BIOFISICA DE LOS FLUIDOS, HEMODINAMICA Y RESPIRACION

UNIDAD 2

BIOFISICA DE LOS FLUIDOS, HEMODINAMICA Y RESPIRACIÓN

Viscosidad sanguínea y perfiles de flujo

A pesar de que la sangre es levemente más pesada que el agua, es muchísimo más gruesa/viscosa. La viscosidad de la sangre es una medida de la resistencia al flujo es entre 3,5 a 5,5 veces la del agua. La viscosidad del plasma es cerca de 1,5 a 1,8 veces la del agua.

La viscosidad de la sangre se incrementa a medida de la cantidad de células disueltas en ella aumenta, así como cuando aumenta la cantidad de proteínas. Una sangre más viscosa es más resistente al movimiento, lo cual implica que se requiere una mayor presión sanguínea para que esta se mueva a través de los vasos sanguíneos.

Perfiles de flujo

Aporta nutrientes, principalmente glucosa, oxígeno y aminoácidos. Retira productos de desecho. Mantiene la temperatura cerebral. La temperatura de la sangre que entra en el cerebro es el determinante principal de la temperatura cerebral.

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.

CONTINUIDAD

Cuando un fluido fluye por un conducto de diámetro variable, su velocidad cambia debido a que la sección transversal varía de una sección del conducto a otra.

En todo fluido incomprensible, con flujo estacionario (en régimen laminar), la velocidad de un punto cualquiera de un conducto es inversamente proporcional a la superficie, en ese punto, de la sección transversal de la misma.

LEY DE POISEVILLE

La ecuación de Poiseville 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. 

HEMODINAMICA

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. Esta técnica conocida como cateterismo cardíaco permite conocer con exactitud el estado de los vasos sanguíneos de todo el cuerpo y del corazón. 

PRESION EN EL SISTEMA CIRCULATORIO

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, las arterias que forman los vasos sanguíneos que toman la sangre que sale desde el corazón.

PRESION SANGUINEA

La presión arterial varía durante el ciclo cardíaco de forma semejante a una función sinusoidal lo cual permite distinguir una presión sistólica que es definida como el máximo de la curva de presión en las arterias y que ocurre cerca del principio del ciclo cardíaco durante la sístole o contracción ventricular; la presión arterial diastólica es el valor mínimo de la curva de presión (en la fase de diástole o relajación ventricular del ciclo cardíaco).

TENSION ARTERIAL Y FLUJO SANGUINEO

La tensión arterial se mide con dos cifras. 120/80; donde 120 es la cifra superior mide la fuerza de la sangre en las arterias cuando el corazón se contrae (late). Se la denomina presión sistólica, 80 es la cifra inferior mide la fuerza de la sangre en las arterias mientras el corazón esta relajado (llenándose con sangre entre medio de los latidos) se la denomina presión diastólica. La presión arterial menor o igual a 120/80 es ideal. Paara las personas con diabetes o enfermedad renal, la presión arterial menor a 130/80 es buena. Menor a 120/80 es ideal. 

Tipo de presión arterial	Medida (mmHg)	Qué significa la medida para usted
Normal	Menor a 120/80 Hable con su médica si tiene diabetes o enfermedad renal	Incluso un leve aumento en cualquier de las cifras incrementa el riesgo de enfermedad cardíaca y derrame cerebral
Prehipertensión	120/80 a 140/90	Puede provocar presión arterial más alta. Pregunte a su médico las medidas que puede tomar para disminuir la presión arterial
Presión arterial alta (Hipertensión)	140/90 y más alta	Consulte a su médico si su presión arterial es siempre alta.

FLUJO SANGUINEO

El flujo sanguíneo es la cantidad de sangre que atraviesa la sección de un punto dado de la circulación en un período determinado. Normalmente se expresa en mililitros por minuto o litros por minuto. 

El flujo sanguíneo es el parámetro más relevante de la función cardiovascular ya que ésta consiste, esencialmente, en aportar un flujo de sangre a los tejidos que permita:

·         El transporte de los nutrientes (principios inmediatos y oxígeno) y la recogida de los productos del metabolismo celular (metabolitos y dióxido de carbono).

·         El transporte de los compuestos químicos que actúan como mensajeros y elementos de control del organismo (hormonas, enzimas, precursores, elementos de la coagulación, etc.) a sus lugares de actuación.

·         El transporte y distribución del calor que participa en los mecanismos de control de la temperatura corporal.

·         El transporte de elementos celulares generalmente relacionados con las funciones inmunológicas (pero también, en algunos casos, el transporte de elementos patógenos como bacterias, virus y células cancerosas).

·         De manera artificial lo utilizamos para transportar sustancias o para extraer sangre mediante el cateterismo de un vaso arterial o venoso lo que permite realizar diversos tipos de medidas (entre otras las del propio flujo sanguíneo) y la administración de fármacos y fluidos.

MECANICA CIRCULATORIA: SISTOLE, DIASTOLE Y PULSO

SISTOLE

La contracción de las aurículas hace pasar la sangre a los ventrículos a través de las válvulas auriculo-ventriculares. Mediante la sístole ventricular aumenta la presión interventricular lo que causa la coaptación de las válvulas auriculo-ventriculares e impiden que la sangre se devuelva a las aurículas y que, por lo tanto, salga por las arterias, ya sea a los pulmones o al resto del cuerpo.

DIASTOLE

Es el período en el que el corazón se relaja después de una contracción, llamado período de sístole, en preparación para el llenado con sangre circulatoria.

En la diástole ventricular los ventrículos se relajan, y en la diástole auricular las aurículas están relajadas. Juntas se las conoce como la diástole cardíaca y constituyen, aproximadamente, la mitad de la duración del ciclo cardíaco, es decir, unos 0,5 segundos. 

PULSO

En medicina, el pulso de una persona es la pulsación provocada por la expansión de sus arterias como consecuencia de la circulación de sangre bombeada por el corazón. Se obtiene por lo general en partes del cuerpo donde las arterias se encuentran más próximas a la piel, como en las muñecas o el cuello e incluso en la sien.

Puntos de pulso comunes

• ·         Pulso radial, situado en la cara anterior y lateral de las muñecas. (arteria radial).
• ·         Pulso ulnar, en el lado de la muñeca más cercano al meñique (arteria ulnar).
• ·         Pulso carotídeo, en el cuello (arteria carótida). 
• ·         Pulso braquial, entre el bíceps y el tríceps.
• ·         Pulso femoral, en el muslo (arteria femoral).
• ·         Pulso poplíteo, bajo la rodilla en la fosa poplítea.
• ·         Pulso dorsal del pie o pedio, en el empeine del pie (arteria dorsal del pie).
• ·         Pulso tibial posterior (arteria tibial posterior).
• ·         Pulso temporal, situado sobre la sien directamente frente a la oreja.
• ·         Pulso facial. (Arteria facial).

LEYES DE LA VELOCIDAD Y DE LA PRESION

A) 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.

B) LEY DE LA. PRESION:

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.

C) 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.

VOLUMEN MINUTO CIRCULACION Y CIRCULACION SISTEMICA, PULMONAR Y FETAL

VOLUMEN MINUTO

VOLUMEN / TIEMPO = V/T. Aunque es habitual hablar gasto cardiaco en litros por minuto. 5 L/min para el gasto cardíaco es también una cifra fácil de recordar, pero que sólo debe usarse como válida para un sujeto adulto en reposo ya que durante un ejercicio intenso puede aumentar hasta cinco veces su valor basal.

La aorta no es el único sitio donde se puede medir el gasto cardíaco. Si pasan 5 L/min por la aorta, ese será el caudal de la vena cava inferior y la vena cava superior sumados. Ese será también el caudal de la arteria pulmonar y el caudal de todas las venas pulmonares. 

CIRCULACION SISTEMICA

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.

CIRCULACION 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.

CIRCULACION FETAL

Durante el embarazo, el sistema circulatorio fetal no funciona como lo hace después del nacimiento:

• ·         El feto se encuentra conectado por el cordón umbilical a la placenta, órgano que se desarrolla e implanta en el útero de la madre durante el embarazo.
• ·         A través de los vasos sanguíneos del cordón umbilical, el feto recibe de la madre la nutrición, el oxígeno y las funciones vitales indispensables para su desarrollo mediante la placenta.
• ·         Los productos de desecho y el dióxido de carbono del feto se envían al sistema circulatorio de la madre a través del cordón umbilical y la placenta para su eliminación.

CORAZONES ARTIFICIALES

La creación de un sustituto mecánico del corazón o "corazón artificial" es, junto con el "trasplante de corazón", uno de los grandes objetivos de la cardiocirugía moderna. Los únicos corazones artificiales que hasta este momento han hallado aplicación clínica son los corazones artificiales parciales, es decir unos mecanismos que no se proponen sustituir total y definitivamente la acción contráctil del músculo cardíaco, sino permitir una mejor curación del corazón (afectado por un infarto o por una grave insuficiencia ventricular izquierda), dejándole descansar.

CORAZÓN ARTIFICIAL PARCIAL

El método de aplicación de este mecanismo de asistencia al ventrículo izquierdo en el interior del tórax del paciente es distinto en cada caso. En uno, en efecto, se aplica "en serie" en relación a la acción del ventrículo izquierdo, con objeto de derivar sangre desde la aurícula izquierda, y de conducirla a la aorta descendente.
El otro modelo se aplica en cambio "en paralelo" a la acción del ventrículo izquierdo, derivando la sangre de la aorta ascendente y conduciéndola hasta la descendente.

En un tercer modelo, la bomba está constituida no por un tubo, sino por una esfera dividida en dos secciones por una membrana elástica que, movida por la presión de un fluido externo, determina el movimiento de progresión pulsatoria de la sangre. En todos los casos se sincroniza la acción del corazón artificial parcial con la del corazón del paciente mediante un mecanismo electrónico que utiliza una onda especial del electrocardiograma para regir la bomba de presión externa.

CORAZÓN ARTIFICIAL PERMANENTE

El primer corazón artificial permanente fue implantado el 1 de diciembre de 1982 por el doctor DeVries, en la Universidad de Utah. El paciente era un dentista de 61 años —el doctor Barney Clark—, que padecía una miocardiopatía dilatativa y una neumopatía obstructiva. 

APARATO RESPIRATORIO

El sistema respiratorio comprende los siguientes órganos: fosas nasales, faringe, laringe, tráquea, bronquios y pulmones. Los cuatro primeros forman la vía respiratoria, cuya función es la conducción del aire. Los pulmones son los órganos donde se cumple el intercambio gaseoso. 

El aparato respiratorio se divide en dos partes desde el punto de vista funcional

·         Sistema de conducción o vías aéreas.

·         Sistema de intercambio o superficie alveolar.

El aire entra al cuerpo primero a través de la boca o la nariz, se desplaza rápidamente por la faringe (garganta) pasa a través de la laringe, entra a la tráquea, que se divide en bronquios derecho e izquierdo en los pulmones y luego se divide aún más en ramas cada vez más pequeñas llamadas bronquiolos. Los bronquiolos más pequeños terminan en pequeños sacos de aire llamados alvéolos, los cuales se inflan durante la inhalación y se desinflan durante la exhalación.

INTERCAMBIO DE GASES

El intercambio de gases es la provisión de oxigeno de los pulmones al torrente sanguíneo y la eliminación de dióxido de carbono del torrente sanguíneo a los pulmones. Esto tiene lugar en los pulmones entre los alvéolos y una red de pequeños vasos sanguíneos llamados capilares, los cuales están localizados en las paredes de los alvéolos.

MECANISMOS QUE LLEVAN AL COLAPSO PULMONAR

Depende de dos factores:

•        Las fibras elásticas del parénquima pulmonar.
•        La tensión superficial de los líquidos que cubren a los alveolos.

Provoca una tendencia continua de estos a colapsarse dado que estos mecanismos suceden en todo los espacios aéreos de los pulmones, el efecto neto de los mismos en producir una fuerza elástica contráctil en la totalidad de los pulmones es igual fuerza elástica de tensión superficial.

MECANISMOS QUE SE OPONEN AL COLAPSO PULMONAR

 Depende de dos factores:

·                      La presión intrapleural negativa ayuda a mantener los pulmones distendidos.

·                     La sustancia tensioactiva o surfactante disminuye la tensión superficial de los líquidos que rodean a los alveolos. La sustancia tencioactiva es una mezcla bifásica de proteínas fosfolípidos e iones; dipalmitoil-lectina (apoproteiina surfactante e iones de calcio), producido por el epitelio alveolo de las células tipo II. Previene el edema pulmonar.

VOLÚMENES Y CAPACIDADES PULMONARES

Capacidad pulmonar

Las capacidades pulmonares se refieren a los distintos volúmenes de aire característicos en la respiración humana. Un pulmón humano puede almacenar alrededor de 5 litros de aire en su interior, pero una cantidad significativamente menor es la que se inhala y exhala durante la respiración.

• Capacidad inspiratoria (CI): Es la cantidad de aire que una persona puede respirar comenzando en el nivel de una espiración normal y distendiendo al máximo sus pulmones (3.500 ml aproximadamente). CI = VC + VRI
• Capacidad residual funcional (CRF): Es la cantidad de aire que queda en los pulmones tras una espiración normal (2.300 ml aproximadamente). CRF = VRE + VR
• Capacidad vital (CV): Es la cantidad de aire que es posible expulsar de los pulmones después de haber inspirado completamente. Son alrededor de 4,6 litros. CV = VRI + VC + VRE
• Capacidad pulmonar total (CPT): Es el volumen de aire que hay en el aparato respiratorio, después de una inhalación máxima voluntaria. Corresponde a aproximadamente a 6 litros de aire. Es el máximo volumen al que pueden expandirse los pulmones con el máximo esfuerzo posible (aproximadamente 5.800 ml). CPT = VC + VRI + VRE + VR.

Valores constantes

• Volumen corriente: 500 ml
• Volumen de reserva inspiratorio: 3.000 ml (con esfuerzo inspiratorio)
• Volumen de reserva espiratorio: 1.000 ml (con esfuerzo espiratorio)
• Volumen residual: 1.200 ml
• Capacidad vital: volumen de reserva inspiratorio (3.000 ml) + volumen de reserva espiratoria (1.000 ml) + volumen circulante (500 ml) = 4.500 ml
• Capacidad inspiratoria: volumen circulante (500 ml) + volumen de reserva inspiratoria (3.000 ml) = 3.500 ml
• Capacidad espiratoria: volumen residual (1.200 ml) + volumen de reserva espiratoria (1.000 ml) = 2.200 ml
• Capacidad pulmonar total: capacidad vital (4.500 ml) + volumen residual (1.200 ml) = 5.700 ml

VOLUMEN RESIDUAL

Es el remanente en los pulmones por que proporciona aire al alveolo para airear la sangre y entre en dos respiraciones, caso contrario se produciría un cambio de contracción de CO2 con la espiración y la inspiración.

FORMAS EN QUE SE TRANSPORTA EL CO2

La sangre transporta los gases respiratorios por todo el organismo. El O2 se transporta desde los pulmones hasta todos los tejidos del organismo, mientras que el CO2 producido por las células responsables del metabolismo se transporta hasta los pulmones para que sea eliminado del organismo. 

UNIDAD RESPIRATORIA, MEMBRANA RESPIRATORIA, REGULACION DE LA RESPIRACION

 El ciclo respiratorio consta de dos fases la inspiración y la espiración.

Durante la inspiración el aire procedente del exterior penetra por las vías respiratorias superiores e inferiores hasta llegar a las últimas divisiones que son los alveolos. Existen alrededor de 300 millones de alveolos lo cual representa alrededor de 150 millones por cada pulmón.

La unidad funcional respiratoria consta de 3 partes:

1.- Alveolo.

2.-Capilares.

3.- Espacio intersticial.

MEMBRANA RESPIRATORIA

Es el conjunto de estructuras que deben cruzar los gases entre el alveolo y el capilar pulmonar. Está compuesta por 6 ítems que son los siguientes yendo desde el alveolo hacia el capilar:

1. Una mono capa de líquido que cubre la superficie interior del alveolo y que contiene el surfactante (dipalmitoillecitina).

2. El epitelio alveolar, formada por neumocitos tipo 1 y neumocitos tipo 2

Este último sintetiza el surfactante.

3. La membrana basal alveolar.

4. El espacio intersticial entre alveolo y capilar pulmonar.

Contiene una delgada capa de líquido. Drena vía capilares linfáticos – conducto torácico – vena cava superior – aurícula derecha.

5. membrana basal capilar.

6. endotelio capilar.

REGULACION DE LA RESPIRACION

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.

CENTROS RESPIRATORIOS

A nivel central, la respiración está controlada por diversas zonas del tronco del encéfalo que se conocen con el nombre de centros respiratorios y que son:

1.       Centros bulbares.

  2.       Centro apnéustico.

     3.       Centro neumotáxico.

                                                    4.       Centros superiores. 

VITALOMETRIA

Sirve para medir ciertos volúmenes y capacidades tales como:

o   Volúmenes de ventilación pulmonar.

o   Volúmenes de reserva inspiratoria.

o   Volúmenes de reserva espiratoria.