Biofísica da circulação

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Hemodinâmica
Prof: VICTOR DIOGENES AMARAL DA SILVA
UNIVERSIDADE FEDERAL DA BAHIA
Departamento de Bioquímica e Biofísica
Disciplina: Biofísica I
Evolução 
Seres unicelulares Seres pluricelulares
Difusão sem circulação
✓Arquitetura do sistema cardiovascular – necessidade de trocas rápidas de O2, CO2,
nutrientes e metabólitos.
✓↑↑Volume de sangue / volume de células = composição constante a despeito das
trocas
✓↑↑[O2] = rápida difusão  Hemoglobina
Difusão com circulação
Biofísica da Circulação
Sistema Circulatório
• Comunicador de matéria e energia - exerce
Energia Potencial (EP) e Energia Cinética
todo o tempo, sobre as diversas partes do
organismo.
• Formado por: coração, vasos sangüíneos,
sangue e sistema de controle.
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Eventos para o funcionamento do sistema 
circulatório
• Estágios no campo eletromagnéticos 
1- Metabolismo das células do marca-passo atrial, que 
dispara um potencial de ação.
2- Propagação do potencial de ação através de feixes 
nervosos do coração.
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Eventos para o funcionamento do sistema 
circulatório
• Estágios no campo gravitacional (controle e 
ejeção).
1- Contração muscular
2- Ejeção de sangue no sistema de vasos. 
5
Sistema cardiovascular
Organização
• Coração - bomba central
• Artérias e arteríolas – vias
centrífugas
• Capilares – zonas de trocas
• Veias e vênulas – vias
centrípetas
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9 - Átrio Direito 
10 - Ventrículo Direito 
11 - Átrio Esquerdo 
12 - Ventrículo Esquerdo 
13 - Músculos Papilares 
14 - Cordoalhas Tendíneas 
15 - Válvula Tricúspide 
16 - Válvula Mitral 
17 - Válvula Pulmonar Fonte: www.unifesp.br 
Anatomicamente 
Circulação Sistêmica e Pulmonar
• Funcionalmente: 
– 4 setores
– (A) Circulação pulmonar arterial - baixo
O2 e alto CO2
– (B) Circulação pulmonar venosa - alto
O2 e baixo CO2
– (C) Circulação sistêmica arterial - alto O2
e baixo CO2
– Circulação sistêmica venosa - baixo O2
e alto CO2
– Continuidade anatômica e fluxional
– Volume circulatório estacionário
– 83 mL ejetado em cada ventrículo, por
batida.
– Aproximadamente 165 mL ejetado pelo
coração, por batida.
Circulação e o Campo Gravitacional
Variação da área total seccional
X
Fluxo em Regime estacionário
– Circulação sistêmica e pulmonar. Área total seccional aumenta e diminui
– Aumenta da aorta até os capilares sistêmicos
– Diminui dos capilares até a veia cava
ORGANIZAÇÃO MORFO-
FUNCIONAL DA CIRCULAÇÃO
Propriedades do Fluxo em Regime 
Estacionário (RE)
Equação de Bernouilli – princípio da conservação de
energia para um fluido em linha corrente.
Componentes:
1- Cinética (velocidade)
2- Potencial gravitacional (altura)
3 – Energia de fluxo (fluxo)
Energética de Fluxos em Regime Estacionário
Equação de Bernouilli
Fonte: Heneine
• Trabalho realizado por bomba hidráulica, movimenta sistema
líquido em tubos (RE)
• A energia total do fluido é: ET = EP + EC + ED + EG
• EP = P.V EC = ½ mv
2 ED = µc.f.L EG = d.g.h
Primeiro desafio
Distinguir velocidade e fluxo:
• Velocidade = deslocamento/tempo → cm/seg
• Fluxo = volume/tempo → cm3/seg
Velocidade – V
Fluxo - Q
Conceitos: Velocidade e Fluxo
1 cm 5 cm
(Q) cm3/s = (V)cm/s x (A) cm2
Área de secção
transversa
Fluxo
Velocidade
Q constante em todos os segmentos circulatórios.
V é o parâmetro variável.
Velocidade X Área
Fluxo (Q) constante a despeito das 
variações na área de secção transversa (A).
▼
Ajustes na velocidade linear (V)
CAPILARES 
(GRANDE ÁREA)
VELOCIDADE BAIXA
V a 1
A
AUMENTO TROCA 
ENTRE SANGUE E 
TECIDOS.
ÁREA DO VASO E VELOCIDADE DO SANGUE
Velocidade vs Pressão
Pressão lateral ou estática
Componente dinâmico
Pd
ρ=1g/cm3
V=100cm/s
Pressão total
Pd = 5000dynes/cm2 = 3,8mmHg
1330dynes/cm2 = 1mmHg
Pd = 20.000dynes/cm2
Pd = 15mmHg
- Pd
1. Relação entre Energética do Fluxo e Pressão Lateral
– Artérias laterais proximais possuem maior pressão que as distais.
– A Pressão que cai ao longo do vaso, é equilibrada em parte pela divisão das
artérias em segmentos de áreas cada vez maiores => Pressão Lateral.
– Assim, a velocidade diminui e a pressão lateral aumenta
Energética de Fluxos em Regime Estacionário
Equação de Bernouilli
1. Relação entre Energética do Fluxo e 
Pressão Lateral
– Pressão da árvore arterial cai pouco: de 100 para 90 mm Hg -
artérias distantes.
– Queda pressão nas arteríolas é maior: chega na entrada
capilares com 35 mm Hg.
– Do sistema capilar para as veias ocorre o contrário - Veia
cava com 4mm Hg.
Energética de Fluxos em Regime Estacionário
Equação de Bernouilli
Propriedades do Fluxo em Regime 
Estacionário (RE)
• Segmentos concêntricos de diâmetros variáveis
1. Estado ou Regime Estacionário (fluido entrada = fluido saída)
2. Fluxo: mesma quantidade nos 3 segmentos
(F= f1 = f2 = f3)
3. Velocidade (Energia Cinética): diâmetro aumenta -
velocidade diminui (Ec)
(v1 >v2 >v3)
4. Pressão lateral [velocidade diminui - pressão lateral aumenta]
– Ep + Ec = constante (aproximadamente)
– EP1 < EP2 < EP3
5. Equação do Fluxo em RE
– Fluxo = Velocidade x Área ( f = v x a )
– Em RE =>F= f1 = f2 = f3 (F = v1 A1 =v2 A2 =v3 A3 = vn An)
Relação entre Velocidade de Circulação e o 
Diâmetro dos Vasos - Constância de Fluxo
• Sabendo-se que f = v x A e que:
– A área dos segmentos vasculares é variável
– Fluxo é obrigatoriamente constante [f = 85 a 90 mL/s] (RE), então:
• A velocidade de circulação varia (aorta, capilares e veia cava)
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Parâmetros Circulatórios da Aorta, Capilares e Cava. Valores médios e aproximados
Aorta Capilares Cava
Diâmetro 2,0 cm 8 µm 2,4 cm
Número 1 2 bilhões 1
Área 3,0 cm² 2.200 cm² 4,5 cm²
Velocidade 28 cm/s 0,04 cm/s 19 cm/s
Fluxo 28 x 3,0 = 84 mL/s 0,04 x 2.200 = 88 
mL/s
19 x 4,5 = 
86mL/s
Fluxo Estacionário na saúde humana
Quebra de regime estacionário
Quebra do Regime Estacionário (RE)
1. Hemorragia
• Hemorragia arterial e venosa.
• Aguda é uma condição grave (estancar 
sangramento, repor líquido perdido)
• Crônica (restabelecimento da volemia). 
Quebra do Regime Estacionário (RE)
2. Edema pulmonar (quantidade de sangue que
entra na pequena circulação, maior do que quantidade
que sai, isso afoga o paciente em plasma):
- Possíveis causas:
– Aumento da resistência à circulação
– Falha da bomba cardíaca
▪ Alterações em capilares
Pressão nos Capilares - Forças Envolvidas
– Capilares: única parte sistema cardiovascular para trocas
metabólicas com os tecidos. Pulsam e têm poros que permitem
trocas de moléculas pequenas
– Leito capilar tem velocidade de circulação lenta
Conceitos:
Pressão osmótica = força contrária à osmose
Pressão hidrostática = é a pressão que ocorre no interior dos líquidos, sendo exercida
pelo peso do próprio líquido
– Entrada capilar: Posm - Phid = 13 mmHg a favor da expulsão de
fluidos para MEC
– Saída capilar: Posm - Phid = 13 mmHg a favor da penetração de
fluidos no capilar
– Em condições normais a resultante das forças tem que ser nula.
– Fluido que sai > fluido que entra = edema (retenção de líquidos
nos tecidos).
Pressão nos Capilares - Forças Envolvidas
Saldo de 13 mm Hg entrada
Saldo de 13 mm Hg saída
• Causas do Edema:
– Alterações na Pressão Osmótica:
-  Posm intracapilar - hipoproteinemia - escape de fluido para o meio extracelular
(MEC).
- Aumento de sais MEC, por insuficiência renal ou cardíaca, retenção de fluidos.
– Alterações na Pressão Hidrostática:
- dilatação arteriolar ou constrição venular;
-  da pressão venosa -  da Phid;
- Ação do campo gravitacional
– Alterações na Permeabilidade do Capilar - histamina, bradicinina - vazamento
de macromoléculas, especialmente albumina para o MEC.  da Posm intracapilar.
Pressão nos Capilares - Forças Envolvidas
3. Fístula Arteriovenosa 
Comunicação Interventricular e Interatrial
• Comunicação anômala, curto-
circuito entre compartimentos
circulatórios
• Fístula interatrial: mantém RE,
mas a pequena circulação fica
com sobrecarga de x + y mL de
sangue
• Permaneceo Regime
Estacionário e o indivíduo pode
se manter vivo por tempo
razoável
Fonte: Heneine
Anomalias do Fluxo –
1. Gradiente de Queda da Ep em Estenoses
– Estenose = estreitamento da luz do vaso. Velocidade aumenta e EP
diminui.
– No seguimento pós-estenose, embora a velocidade seja normal, a
pressão é menor, porque mais Ec foi gasta para vencer a estenose.
Fonte: Celso Neves
http://celsoneves.sites.uol.com.br/estenosecarot.jpg
http://celsoneves.sites.uol.com.br/embolizcarot.jpg
– Aterosclerose = Placa de ateroma (gordura e cálcio) - reduz o lúmen do
vaso.
– Causas múltiplas: síndrome metabólica estrutural (hipertensão); excesso
de colesterol (LDL); inflamação
– Aumento da velocidade e redução da pressão lateral.
– A queda da pressão lateral prejudica a nutrição do tecido, podendo
causar isquemia (deficiência de sangue) e infarto (necrose dos tecidos).
Anomalias do Fluxo
2. Gradiente de Queda da Ep em Aterosclerose
Fonte: Brasil Escola
Anomalias do Fluxo - Ep em Aneurismas
– Na região do aneurisma: a velocidade é menor, o que acarreta em
aumento da Ep.
– Torna-se um ciclo vicioso, porque o aumento da Ep, tende a
aumentar a dilatação do aneurisma – rompimento – hemorragia -
morte
Fonte: Celso Neves
Hipertensão de Origem Vascular
– Pressão acima valores médios (120 x 80 mm Hg)
Não confundir arteriosclerose com aterosclerose!
Arteriosclerose: doença degenerativa da artéria devida à destruição das fibras
musculares lisas e das fibras elásticas que a constituem, levando a um
endurecimento da parede arterial, que pode ser produzido por hipertensão
arterial de longa duração ou pelo aumento da idade.
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
• HENEINE, Ibrahim F., Biofísica Básica, Editora Atheneu, 1995.
• Margarida Aires, Fisiologia, Editora Guanabara, 4ª Ed. 2014
• BERNE, R.M. e LEVY, M.N. Fisiologia. Rio de Janeiro. Ed. Guanabara Koogan
S.A. 1990.
• Vídeo complementar:• https://www.youtube.com/watch?v=xfY62pY04KU&feature=youtu.be
Fluxo Estacionário na saúde humana
• Condições do Fluxo x Fisiopatologia Circulatória
1. Quebra do Regime Estacionário (RE)
• Hemorragia
• Edema pulmonar (quantidade de sangue que
entra na pequena circulação, maior do que
quantidade que sai, isso afoga o paciente em
plasma):
▪ Possíveis causas:
– Aumento da resistência à circulação
– Falha da bomba cardíaca
▪ Terapêutica: restabelecer regime estacionário
Fístula Arteriovenosa 
Comunicação Interventricular e Interatrial
• Comunicação anômala, curto-
circuito entre compartimentos
circulatórios
• Fístula interatrial: mantém RE,
mas a pequena circulação fica
com sobrecarga de x + y mL de
sangue
• Permanece o Regime
Estacionário e o indivíduo pode
se manter vivo por tempo
razoável
Fonte: Heneine
Angina pectoris e pressão lateral
• Orientação da sonda de pressão.
• Estenose – componente dinâmico relevante
↑ Velocidade do fluxo
↑Energia cinética
↓Pressão lateral
En. Potencial
▼
En. Cinética
Alteração no fluxo coronariano
▼
Reversão do fluxo
Angina pectoris
Esforço físico
2. Anomalias do Fluxo - Gradiente de Queda da Ep
em Estenoses
– Estenose = estreitamento da luz do vaso. Velocidade aumenta e EP
diminui.
– No seguimento pós-estenose, embora a velocidade seja normal, a
pressão é menor, porque mais Ec foi gasta para vencer a estenose.
Energética de Fluxos em Regime Estacionário
Equação de Bernouilli
Fonte: Celso Neves
Aterosclerose = Placa de ateroma (gordura e
cálcio) - reduz o lúmen do vaso.
Aumento da velocidade e redução da pressão
lateral.
A queda da pressão lateral prejudica a
nutrição do tecido, podendo causar isquemia
(deficiência de sangue) e infarto (necrose dos
tecidos).
http://celsoneves.sites.uol.com.br/estenosecarot.jpg
http://celsoneves.sites.uol.com.br/embolizcarot.jpg
3. Anomalias do Fluxo - Gradiente de Queda da Ep em
Aneurismas
– Na região do aneurisma: a velocidade é menor, o que acarreta em aumento
da Ep.
– Torna-se um ciclo vicioso, porque o aumento da Ep, tende a aumentar a
dilatação do aneurisma – rompimento – hemorragia - morte
Energética de Fluxos em Regime Estacionário
Equação de Bernouilli
Fonte: Celso Neves
3. Energética da Sístole e Diástole
– Sístole: contração, esvaziamento. Átrios ejetam sangue para
ventrículos. Ventrículos ejetam sangue para as artérias.
Sangue arterial acelerado pela massa sangüínea ejetada =>
Máxima Pressão (EP) e Velocidade (EC). Válvula aórtica
fecha. EP está armazenada através deformação elástica
artérias.
– Diástole: relaxamento, entrada do sangue nas cavidades e
fechamento das válvulas arteriais. EP armazenada nas
artérias (durante a sístole) garante pressão lateral e corrente
sangüínea (EC) em menor nível, mas suficiente para
manter RE.
Energética de Fluxos em Regime Estacionário
Equação de Bernouilli
4. Hipertensão de Origem Vascular
– Pressão acima valores médios (120 x 80 mm Hg)
5. Pressão nos Capilares - Forças Envolvidas
– Capilares: única parte sistema cardiovascular para trocas
metabólicas com os tecidos. Pulsam e têm poros que
permitem trocas de moléculas pequenas
– Leito capilar tem velocidade de circulação lenta
– Entrada capilar: Posm - Phid = 13 mmHg a favor da expulsão de
fluidos para MEC
– Saída capilar: Posm - Phid = 13 mmHg a favor da penetração de
fluidos no capilar
– Condições normais a resultante das forças tem que ser nula.
– Fluido que sai > fluido que entra = edema (retenção de
líquidos).
Pressão nos Capilares - Forças Envolvidas
• Causas do Edema:
–  Posm intracapilar - hipoproteinemia - escape de fluido para o meio
extracelular (MEC).
– Aumento de sais MEC, por insuficiência renal ou cardíaca,
retenção de fluidos.
– Alterações na Pressão Hidrostática: dilatação arteriolar ou
constrição venular,  da pressão venosa -  da Phid, ação do campo
gravitacional
– Alterações na Permeabilidade do Capilar - histamina, bradicinina -
vazamento de macromoléculas, especialmente albumina para o
MEC.  da Posm intracapilar.
6. Pressão nos Capilares - Forças Envolvidas
REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS
• BERNE, R.M. e LEVY, M.N. Fisiologia. Rio de Janeiro. Ed. Guanabara Koogan
S.A. 1990.
• HENEINE, Ibrahim F., Biofísica Básica, Editora Atheneu, 1995.
• HOUSSAY, B., Fisiologia Humana. Rio de Janeiro - RJ, Editora Guanabara
Koogan, 1980.
• JAMES, T.N. et alii. Cardiac abnormalities demonstrated postmortem in
four cases of accidental electrocution and their potential significance
relative to nonfatal electrical injuries of the heart, in: Am. Heart. J; 120 (1);
P. 143. Jul. 1990.
• LEÃO, Moacir de A. C., Princípios de Biofísica, Rio de Janeiro - RJ, Ed.
Guanabara Koogan, 2a. Edição, 1982.
• OKUNO, Emico et alii, Física para Ciências Biológicas e Biomédicas, São Paulo
- SP, Ed. Harbra, 1992.
• WAGNER, G. S., Eletrocardiografia Prática. Rio de Janeiro - RJ, Editora
Guanabara Koogan, 1996.
• Imagem: Reprodução/ internet
• https://planetabiologia.com/reino-monera-as-bacterias-e-cianobacterias-
caracteristicas/
• https://www.estudopratico.com.br/homo-sapiens-sapiens/
https://planetabiologia.com/reino-monera-as-bacterias-e-cianobacterias-caracteristicas/