Aula Biofísica Cardio-Circulatória UNEB

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Biofísicda Circulatória - Marcos Viana 1 
BIOFÍSICA DA CIRCULAÇÃO 
Prof. Marcos Viana Bomfim 
Depto Ciências da Vida 
UNEB – Campus I – Salvador 
E-mail: mvbomfim@yahoo.com.br 
 
Hemodinâmica X Cardiodinâmica 
Introdução: 
 
• Sistema Circulatório: 
 - Matéria e Energia 
• Sistema Circulatório: coração, vasos 
 sangüíneos, sangue, e sist. neuro-endócrino. 
• Campos eletromagnético e 
 gravitacional (sístole x diástole) 
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Cardiodinâmica 
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4 
Cardiodinâmica 
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O Campo Eletromagnético e a Circulação 
• Vetores elétricos 
multidirecionais  
eixo ou vetor 
elétrico cardíaco; 
• Potencial de ação 
cardíaco - registrado 
em várias partes do 
corpo; 
Cardiodinâmica 
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• ECG: 
 Eletrodo explorador 
 X 
 Eletrodo de referência 
 
• Dipolo Elétrico: 
 - + 
 
 - linhas isopotenciais 
 ddp = Ea - Er 
Cardiodinâmica 
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Cardiodinâmica 
O Campo Gravitacional e a Circulação 
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Cardiodinâmica 
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Coração Artificial 
Cardiodinâmica 
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• Mecânica Circulatória: 
• Parâmetros físicos + fatores geométricos 
• Sistema Circulatório: 
 Fechado e em Regime Estacionário 
 - Anatomicamente: 
 Circulação Sistêmica e Pulmonar 
 - Funcionalmente: 
 4 setores 
 Princípio da Continuidade anatômica e 
 fluxional 
Hemodinâmica 
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Hemodinâmica 
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• Volume sistólico ventricular: 
 83 ml 
• Circulações sistêmica e 
Pulmonar - área total 
seccional aumenta e diminui 
• Circ. Sistêmica Venosa - 
baixo O2 e alto CO2 
• Circ. Pulmonar Venosa - alto 
O2 e baixo CO2 
• Pressão artéria pulmonar: 
 15 mm Hg 
Hemodinâmica 
* 5 l sangue: ¼ circ. pulm, ¾ circ. Sistêmica (5 litros) 
= 1,2 l circ. Pulm. + 3,5 l circ. sist. + 250 ml coração 
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a. Regime Estacionário 
 (fluído entra = fluído sai) 
 
b. Fluxo 
 (F= f1 = f2 = f3) 
Propriedades do Fluxo em 
Regime Estacionário 
Hemodinâmica 
Segmentos concêntricos de diâmetros variáveis 
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c. Velocidade 
 diâmetro velocidade 
 
 Ec (v1 > v2 > v3) 
 Pressão lateral (Ep) 
Ep + Ec  constante 
 
Ep1 < Ep2 < Ep3 
Ec1 > Ec2 > Ec3 
 
Propriedades do Fluxo em 
Regime Estacionário 
Hemodinâmica 
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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) 
Propriedades do Fluxo em 
Regime Estacionário (RE) 
Hemodinâmica 
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Problema: Um sistema em 
RE, o fluxo é de 100 
ml/min. Se os 
segmentos A, B e C 
possuem áreas de 10, 
20 e 100 cm2, quais 
são as velocidades 
nesses 3 segmentos?
 
f = v x A => v = f / A 
Propriedades do Fluxo em 
Regime Estacionário (RE) 
Hemodinâmica 
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Fluxo Estacionário em Biologia 
 Condições do Fluxo x Fisiopatologia 
Circulatória 
1. Quebra do Regime Estacionário (RE) 
- Edema de pulmão (qdade de sangue que entra 
 pequena circulação é maior do que quantidade 
que sai, 
 isso afoga o paciente em plasma): 
- Aumento da resistência à circulação – Estase 
sangüínea 
- Falha da bomba cardíaca - Estase sangüínea 
 
Terapêutica: restabelecer RE 
Hemodinâmica 
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Um paciente tem um desvio de 1% no RE, durante 10 minutos. 
Qual o volume de transudato que é retido no pulmão 
supondo uma F.C. de 90 bpm e um débito de 81 ml a 
cada batimento. 
Hemodinâmica 
Volume = 0,81 ml x 90 bpm x 10 min = 729 ml (aproximadamente) 
Este volume de plasma acumulado no pulmão é fatal!! 
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- Estase hepática, esplênica: 
engurgitamento - pronto atendimento. 
 
- Hemorragias: crônica ou aguda 
  restabelecer RE; 
 
- Hemorragias arteriais:  Plat   Ep 
  Ec na parte seccionada  maior 
perda de volume sangüíneo. 
Hemodinâmica 
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 Sabendo-se que f = v x A e que: 
A área dos segmentos vasculares é variável 
O fluxo é obrigatoriamente constante [f = 85 a 90 ml / s] (RE), 
então: 
A velocidade de circulação varia (aorta, capilares e veia cava) 
Hemodinâmica 
Relação entre Velocidade de Circulação e o Diâmetro dos Vasos - 
Constância de Fluxo 
Fonte: Heneine, I. F. Biofísica Básica , São Paulo: Atheneu, 2000. 
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Pressão 
mmHg 
Pressão 
Pascal 
Velocidade 
cm/s 
E pot 
Joule/litro 
Ec 
Joule/litro 
Etot 
Joule 
/litro 
Aorta* 100 13.000 200 13 1 14 
Aorta** 100 13.000 100 13 0,5 13,5 
Capilar 35 4.500 0,03 4,5 1,5 x 10-4 4,5 
Veia Cava 0 0 40 0 0,2 0,2 
Art. 
Pulmonar 
15 2.000 80 2 0,4 2,4 
Veia 
Pulmonar 
0 0 30 0 0,15 0,15 
Hemodinâmica 
Pressão, Velocidade, Energia Potencial e Energia Cinética ao Longo 
da Grande Circulação 
Fonte: Silva, M. R. Fisiopatologia Circulatória , São Paulo: Atheneu, 2000. 
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 Curto-circuito entre 
compartimentos circulatórios 
 
Fístula interatrial: mantém RE, 
mas a peq. circulação fica c/ 
sobrecarga de x + y ml de 
sangue 
 
Permanece o Regime Estacionário e o 
animal pode se manter vivo por 
tempo razoável. 
Hemodinâmica 
Fístula Arteriovenosa - Comunicação 
Interventricular e Interatrial 
 
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Energética de Fluxos em Regime Estacionário 
 
• Equação de Bernouilli. 
• Trabalho bomba hidráulica movimenta sistema líquido tubos (RE) 
• ET = EP + EC + EA + EG 
Hemodinâmica 
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Na equação de fluxo a EG é 
desprezada pois não altera o 
resultado 
 
ET = EP + EC + EA = constante 
 
Em um vaso sangüíneo com ramos 
laterais a EC não pode diminuir. 
Hemodinâmica 
Relação entre Energética do 
Fluxo e Pressão Lateral 
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 Tendência da Ec diminuir por 
 Eat  EP interfere na forma 
 de pressão lateral. 
Artérias laterais próximas possuem maior pressão que as 
distais. 
Hemodinâmica 
 Eat é compensada pela EP de 
modo a manter EC e o fluxo 
constantes. 
 Pressão que cai ao longo do 
 vaso, é equilibrada em parte 
 pela dicotomização das artérias 
 em segmentos de áreas cada vez 
 maiores  Pressão Lateral. 
 Assim, a velocidade diminui e a 
 pressão lateral aumenta. 
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 Pressão nas arteríolas é 
 significativa: 
 - Entrada capilares: 35 mmHg. 
 - Sistema capilar para as veias 
 (inverso) - Veia cava: 4 mmHg. 
Hemodinâmica 
 Discreta da Pressão árvore 
 arterial : de 100 para 90 mmHg 
 (artérias distantes); 
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Anomalias do Fluxo - Gradiente de Queda da Ep em Estenoses e Aneurismas 
 
Estenose = estreitamento da luz do vaso. Velocidade aumenta e EP diminui. 
Aterosclerose = Placa de ateroma (gordura e cálcio) -  lúmen do vaso: 
isquemia e infarto. 
Hemodinâmica 
Aneurisma = dilatação da luz do vaso.  Velocidade e  EP. 
 Exacerba dilatação  rompimento  hemorragia  morte. 
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Infarto do Miocárdio 
Interrupção do Fluxo 
Espasmo Coronariano 
Hemodinâmica 
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Cateterismo (Angioplastia por stent) 
Hemodinâmica 
Não pode ser usada em: 
• Pessoas com mais de 80 anos; 
• Doenças hemorrágicas; 
• Cirurgia nos últimos 6 meses; 
• Acidente vascular encefálico nos últimos dois anos. 
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Relação entre Onda de Pulso e Velocidade de Circulação 
 
Pulso é a propagação da energia mecânica da contração cardíaca através 
do sangue. 
Corrente sangüínea é o deslocamento da matéria (massa de sangue), 
medida pelo movimento de hemácias. (Velocidade 6 x menor que o 
pulso). 
Hemodinâmica 
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Energética da Sístole e Diástole 
 
Sístole: contração, esvaziamento. 
Átrios ejetam  ventrículos  
artérias. Máxima Pressão (Ep) 
e Velocidade (Ec). 
 Ep está armazenada através 
deformação elástica artérias. 
 
Diástole: relaxamento, enchimento. 
Entrada sangue cavidades. 
 Ep armazenada nas artérias 
(durante a sístole) garante 
pressão lateral e corrente 
sangüínea (Ec) em menor nível, 
mas suficiente para manter RE. 
Hemodinâmica 
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Hipertensão de Origem Vascular 
 
Valores médios (120 x 80 mm Hg) 
Vaso esclerosado necessita pressão maior p/ dilatação diâmetro 
equivalente. 
Hemodinâmica 
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Pressão nos Capilares: 
Forças Envolvidas 
• Capilares: Trocas 
metabólicas com os 
tecidos. Poros que 
permitem difusão. 
• Leito capilar: velocidade 
de circulação lenta. 
• Entrada capilar: Posm - 
Phid = 13 mmHg a favor 
da expulsão de fluidos 
para CEC. 
• Saída capilar: Posm - 
Phid = 13 mmHg a favor 
da penetração de fluidos 
no capilar. 
Hemodinâmica 
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Kwashiorkor 
Hemodinâmica 
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Condições normais a resultante das forças tem que ser nula 
Fluido que sai > fluido que entra = edema 
 
Causas do Edema: 
• Diminuição da Posm intracapilar - hipoproteinemia - escape de 
fluido para CEC. 
• Alterações na Pressão Hidrostática: dilatação arteriolar ou 
constrição venular. Aumento da pressão venosa - aumento da 
Phid 
• Alterações na Permeabilidade do Capilar - histamina, bradicinina 
- vazamento de macromoléculas, especialmente albumina para o 
CEC. Diminui a Posm intracapilar. 
Hemodinâmica 
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Reologia (reos, corrente – logos, estudo) 
Estudo do fluxo e suas deformações. 
Hemodinâmica 
Fluxo Laminar e Turbilhonar e seu Relacionamento com a 
Circulação Sangüínea 
 
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• Variando velocidade de escoamento - 
varia tipo de fluxo. Velocidade limite 
= velocidade crítica (Vc). 
• Fluxo laminar é silencioso. Fluxo 
turbilhonar é ruidoso. => Pressão 
arterial, clínica e investigação 
médica. 
Hemodinâmica 
Fluxo Laminar e Turbilhonar e seu Relacionamento com a 
Circulação Sangüínea 
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• Número Reynolds é um valor 
adimensional que permite calcular a Vc, 
indicando o limite entre fluxo laminar e 
turbilhonar. 
• Re = 2000; Vc - Vel. Crítica; 
 d - densidade do fluido; 
 r - raio do condutor; 
  - viscosidade do meio 
 
Hemodinâmica 
Número de Reynolds e Velocidade Crítica 
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Problema: Calcular Vc para a aorta. 
Os valores são d = 1,06 x 103 Kg.m-3, 
 r = 1,25 x 10-2 m e  = 2,8 x 10-3 Pa.s 
 
•Velocidade normal do sangue na 
aorta é 25 a 37 cm.s-1 
  Fluxo Laminar. 
Hemodinâmica 
Número de Reynolds e Velocidade Crítica 
Fluxo Turbilhonar 
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• A velocidade das camadas é maior no centro do tubo, 
diminuindo gradualmente para a periferia. 
• Velocidade mais lenta => maior acúmulo de elementos 
figurados. 
• Cuidados na colheita de amostras em vasos calibrosos. 
Hemodinâmica 
Distribuição das Camadas de Fluido 
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• Método simples e valioso. 
• Pressão externa aplicada 
colaba as paredes da artéria. 
• Fluxo turbilhonar - ruído 
rascante. 
Hemodinâmica 
Medida da Pressão Arterial 
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• Circulação Normal  Silêncio (fluxo laminar). 
• Sopro Circulatório  Ruído (fluxo turbilhonar: V > 37 cm.s-1) 
• Estenose valvar - lesões inflamatórias ou degenerativas que 
deixam cicatrizes estenosantes. 
• Redução da viscosidade sangüínea - sopro audível no tórax. 
• Comunicação interventricular. 
• Fístula arterio-venosa - comunicação artéria e veia. 
Hemodinâmica 
Sopros Circulatórios 
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• Wredemann (1856) 
• Equação do fluxo de um fluido em condutor 
• F - fluxo; P - pressão; r - raio do tubo; 
 L - comprimento do tubo ;  – viscosidade. 
Hemodinâmica 
Fatores Físicos que Condicionam o Fluxo 
 - Lei de Poiseuille (1842) – 
 
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- Se o sistema precisa de mais 
fluxo:  pressão. 
 Explicação de casos 
fisiopatológicos: choque 
circulatório, hipotensão 
ortostática, etc. 
- Problema: Qual a queda de 
pressão entre dois pontos 
distantes 10 cm da aorta? 
Fluxo = 85 ml/s, r = 1,25 cm; 
 = 2,8 x 10-3 Pa.s 
Hemodinâmica 
Fatores Físicos que Condicionam o Fluxo: Pressão 
2,5 Pa = 0,02 mm Hg 
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• Um dos fatores geométricos mais importantes: relação não linear 
(r4) e diretamente proporcional. 
• Aumento de 20% de raio: 
 F = (1,2)4 - (1,0)4 = 2,1 - 1,0 = 1,1 ou 110% 
• O fluxo total pode aumentar até 600% por combinação de aumento 
de freqüência cardíaca, pressão de ejeção e vasodilatação. 
Hemodinâmica 
Fatores Físicos que Condicionam o Fluxo: Raio 
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• Circulação aberta não pode 
acontecer no sistema 
circulatório animal. 
• Influência insignificante 
Hemodinâmica 
Fatores Físicos que Condicionam o Fluxo: Comprimento 
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• Diminuição da Viscosidade: anemias profundas - 
velocidade crítica excedida - aparece sopro 
audível em vária partes do tórax. 
• Aumento de Viscosidade: Policitemia vera 
(aumento número de eritrócitos) ou 
macroglobulinemia (aumento de macroglobulinas) 
=> Diminuição do fluxo. 
• Efeito Fåhraeus-Lindqvist. 
 
Hemodinâmica 
Fatores Físicos que Condicionam o Fluxo: Viscosidade 
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Resistência Periférica - Lei de Ohm 
 
 Pressão = Resistência x Fluxo 
 
P = R x F 
 
Problema: Na hipertensão, valores de P podem chegar a 
220 mm Hg. Qual deverá ser a resistência 
periférica para um fluxo de 85 ml/s? 
(Pressão em nível capilar = 35 mm Hg) 
 R = (220- 35) / 85  2,2 unidades R 
 
 Resistência periférica aumentada: 
 gênese da hipertensão vascular. 
Hemodinâmica 
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Relação entre Pressão e Tensão - Lei de Laplace 
 
• Pressão = Força / Área 
• Tensão = Força / Raio 
• Quanto menor o raio maior a tensão. 
• Início do enchimento de balão é mais difícil que o 
fim. 
Hemodinâmica 
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Relação entre Pressão e Tensão - Lei de Laplace 
 
• Lei de Laplace: 
• P - pressão exercida na cavidade, T - tensão exercida nas 
paredes da cavidade. 
• Nos aneurismas o rompimento acontece onde o raio é de maior 
curvatura. 
Hemodinâmica 
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O Campo Gravitacional e a Circulação 
Equação de Bernouilli: 
 - Acima do coração o campo G é contra a circulação 
 arterial e a favor da venosa. 
Hemodinâmica 
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Problema: Qual a contribuição do campo G para a 
pressão sangüínea arterial da cabeça, a 40 cm 
acima do coração? 
- Pressão arterial* no coração = 95 mmHg 
- 1 cm de altura de sangue  0,75 mmHg 
 
P = 95 - (40 x 0,75) = 95 - 30 = 45 mmHg 
 
30 mmHg:  35% do total  baixa de 
pressão  síncope. 
* Pressão arterial Média 
Hemodinâmica 
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Tubos Rígidos e Elásticos no Campo G 
 
• O fluxo cessa no tubo rígido mas continua por 
instantes no tubo elástico - Complacência 
• Acumulo de Ep nas paredes devolvida como Ec. 
Hemodinâmica 
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"Quando você possui um sonho e 
se empenha em concretizá-lo ele 
já se tornou realidade." 
 
 (Sarah Kilimanjaro) 
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Dúvidas??? 
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REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 
1. DURÁN, J. E. R. Biofísica: Fundamentos e Aplicações. São Paulo: Prentice Hall, 
318p., 2003. 
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Harbra, 1992. 
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12.STEIN, E. Análise Rápida dos Eletrocardiogramas: Um Guia de Estudos. 3 ed. 
São Paulo: Manole, 2001.