Biofsica da Circulação

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Biofísica da 
Circulação
Prof. Dr. Fabiano G. Novaes
Invertebrados
Nos animais mais simples não ocorre um sistema circulatório, já que seu sistema é feito por difusão (célula a célula)
	Exemplo:
Filo Poríferos
Filo Cnidários. 
Filo Platelmintos e Nematelmintos
Poríferos
Circulação de água pelo átrio
Cnidários
Cavidade gastrovascular
Platelmintos
Cavidade digestiva ramificada (cavidade gastrovascular).
Sistema Circulatório lacunar ou aberto
O líquido (hemolinfa) bombeado por um vaso dorsal e cai em lacunas corporais. E depois retorna devagar ao coração, que novamente o bombeia para os tecidos.
Ocorre: em artrópodes e em moluscos (exceção Cefalopodes ).
Fator limitante ao tamanho dos animais.
O Sistema Cardiovascular
É formado pelo coração e pelos vasos sanguíneos.
O coração é a bomba propulsora do sangue e os vasos sanguíneos são as vias de transporte.
Vertebrados
Circulação fechada
O sangue nunca abandona os vasos.
O líquido circulante fica constantemente em movimento, a circulação é rápida.
 Sangue pode alcançar grandes distâncias.
O tamanho dos animais pode ser maior.
Ocorre: em anelídeos, cefalópodes e em todos os vertebrados.
 E pode ser :
Simples
Dupla (incompleta ou completa)
Circulação fechada simples
Só existe um tipo de sangue, o venoso.
Ocorre em vertebrados de respiração branquial – os peixes. 
O sangue realiza trocas gasosas nas brânquias e retorna ao coração.
Circulação fechada dupla
Neste tipo de circulação há dois tipos de sangue: o sangue venoso e o sangue arterial, pois há circulação pulmonar e circulação sistêmica.
Pode ser dividida em :
	completa
	incompleta
Circulação dupla incompleta
Quando há mistura dos dois tipos de sangue porque o coração possui menos de quatro câmaras ou a separação destas é incompleta.
Ocorre nos anfíbios e répteis
Circulação dupla completa
Quando não ocorre a mistura dos dois tipos de sangue, ela é dita completa.
Ocorre : nas aves e mamíferos.
Anatomia do Coração Humano
Tamanho: aproximadamente do tamanho do punho
Peso: 400g
Localização: entre os pulmões, superfície superior do diafragma, anterior a coluna vertebral e posterior ao esterno.
Epicárdio: camada externa do coração (delgada lâmina de tecido seroso)‏
Miocárdio: camada média e a mais espessa do coração (composto de músculo estriado cardíaco)‏
Endocárdio: camada mais interna do coração (composto por epitélio pavimentoso simples sobre uma camada de tecido conjuntivo)‏
Ciclo da Sístole e Diástole
Campo Eletromagnético
Eletrocardiograma
 Equipamentos:
Eletrodos;
Amplificador;
Registrador.
Sequência de ativação do eletrocardiograma
Onda P
Onda P é originada a partir da despolarização dos átrios.
Uma onda P excessivamente alta e/ou alargada é característica de hipertrofia atrial.
Segmento PR
Intervalo entre o início da onda P e do complexo QRS, indica a velocidade de condução entre os átrios e ventrículos.
O espaço entre a onda P e o complexo QRS é provocado pela dificuldade imposta pelo tecido fibroso entre o átrio e o ventrículo.
Complexo QRS
Despolarização ventricular.
Segmento ST
Início da repolarização ventricular.
Onda T
Repolarização ventricular
Sua inversão indica processo isquêmico
Onda U
Repolarização atrial.
Muitas vezes ela não é registrada por ser concomitante a despolarização dos ventrículos.
Eletrocardiograma
Curiosidade
John Deering (Voluntário em experimento de monitoramento cardíaco durante fuzilamento)
Campo gravitacional e a circulação
“ A circulação sanguínea é um sistema fechado, com o volume circulatório em regime estacionário”
Nota-se que acima do coração o campo G é contra a circulação arterial e a favor da venosa.
Abaixo do coração inverte a relação: o campo G é a favor a circulação arterial e a contra a venosa.
 V-G 
 A+G 
V+G
 A-G 
Sistema fechado
Regime estacionário
Sistema de bomba hidráulica e vasos condutores
Manutenção do fluxo: volume que sai é igual ao que entra na pequena e grande circulação.
Estado ou Regime Estacionário (RE)
A quantidade de sangue movimentada a cada impulso do coração é a mesma, na grande e na pequena circulação.
O volume de sangue ejetado do coração
	a cada sístole é cerca de 165 ml.
Volume sanguíneo de 5L:
¼ na pequena circulação 
	ou pulmonar (3,5 L)
¾ na grande circulação 
	ou sistêmica (1,25 L)
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Propriedades de um Fluxo em Regime Estacionário
 Regime estacionário: o fluido que entra é igual ao que sai 
ENTRA = SAI
Fluxo: a quantidade de líquido é a mesma em qualquer segmento. 
O fluxo total é igual ao parcial
F = f1 = f2 = f3
Energética: a velocidade de circulação diminui á medida que o diâmetro aumento. 
A Energia cinética ↓. 
V1> V2> V3
Energia potencial (Ep): a Ep cresce às custas da energia cinética (Ec), pois essa diminui devido ao atrito.
 Ep1 < Ep2 < Ep3
 
Equação do Fluxo (RE)
 F = V X A 
Fluxo = velocidade X Área
Fluxo – a quantidade de líquido total é igual a cada fluxo parcial
Relação entre a velocidade e o diâmetro dos vasos: Constância do Fluxo 
Parâmetro Circulatório da Aorta, Capilares e Cava. 
Valores Médios e Aproximados
Aorta
Capilares
Cava
Diâmetro
2,0 cm
8µm
2,4 cm
Número
1
2 bilhões
1
Área
3,0 cm2
2.200 cm2
4,5 cm2
Velocidade
28cm.s-1
0,04cm.s-1
19cm.s-1
Fluxo
28 x3,0
= 84ml.s-1
0,04 x 2.200
=88ml.s-1
19 x4,5
= 86ml.s-1
Variações da área são acompanhadas de variações de velocidade, o fluxo permanece constante. ( fluxo sanguíneo é cerca de 85 a 90ml.s-1)
Quebra do Regime Estacionário
Edema Pulmonar: a quantidade de sangue que entra na pequena circulação é maior que a quantidade que sai.
Hemorragia: Alteração no fluxo e pressão
Energética de Fluxos em Regime Estacionário
A energia total (ET) do fluido é calculada por 4 termos, que compõe a equação de Bernouilli.
 ET = EP + EC + ED + EG
Onde: 
ET = 	energia total
EP = energia potencial
EC = energia cinética
ED = energia dissipada (atrito)
EG = energia gravitacional
EC
EP
EG
ED
Relação entre Energética do Fluxo 
e Pressão Lateral
Anomalias do Fluxo
Estenose 
(estreitamento)
Aneurisma 
 (dilatação)
Onda de Pulso e Velocidade de Circulação
“A onda de pulso é a energia da contração cardíaca que se propaga pelo sangue”
“A corrente sanguínea é o deslocamento da massa de sangue, medida pelo movimento de hemácias. É matéria”
Onda de pulso ≠ Corrente sanguínea
Energética da Sístole e da Diástole
Em nenhum momento o ciclo: o fluxo se interrompe e nem a pressão se anula
Sístole – Contração com
esvaziamento do coração.
Os átrios ejetam sangue nos ventrículos, e esses nas artérias 
aorta (coração esquerdo) e artéria pulmonar (coração direito).
Diástole – Relaxamento com entrada de sangue nas 
cavidades cardíacas, e fechamento das válvulas
arteriais.
Tipos de Fluxo
Laminar: velocidade constante e silencioso, entropia adequada. O líquido é escoado lentamente, dispondo-se em camadas concêntricas.
Turbilhonar: sons audíveis e velocidade crítica, entropia exagerada. O escoamento é rápido, distribuindo-se de forma irregular.
Experimento
vista superior
vista lateral
Número de Reynolds e Velocidade crítica
O número de Reynolds é um valor que indica o limite entre o fluxo laminar e o fluxo turbilhonar:
Em condutores retilíneos, o valor é de 2.000 no SI
Consegui calcular a Velocidade Crítica
Re = Vc.d.r
 η
Velocidade do sangue da aorta, em repouso = entre 25 a 37 cm.s-1, fluxo é laminar. 
Se a velocidade do sangue da aorta passar de37 cm.s-1, o fluxo é turbilhonar, e consequente ruído.
A equação se aplica em outros fluídos e condutores
∆P = Diferença de pressão
∆L = Comprimento do vaso. 
η = Viscosidade do sangue. 
r = raio do vaso.
Lei de Poiseuille
 Fatores que condicionam o fluxo 
F = π ∆P r4
 8 ∆L η
∆P = Diferença de pressão ( ↑P, ↑ F) e ( ↓P, ↓ F)
η = Viscosidade do sangue ( ↑ η, ↓ F) e ( ↓η, ↑ F)
Resistência Periférica
 
 r = raio do vaso ( ↑ r, ↓ F) e ( ↓r, ↑ F)
 R = P
 F 
Lei de Laplace
Relação entre pressão e tensão
Equação de Laplace
 P = 2 T (Coração)‏
 R
 P = T (Vasos)
 R
 - Pressão = Força/Área
 - Tensão = Força/ Raio
Pressão acima dos valores esperados
Vários tipos
Arteriosclerose
Hipertensão
Capilares: única parte do sistema cardiovascular acessível a trocas metabólicas com os tecidos
Pressão nos capilares
forças envolvidas
Diminuição da pressão osmótica intracapilar por hipoproteinemia
Consequência: escape de fluido para o CEC
Aumento de sais no CEC
Consequência: retenção de líquido 
Alterações na pressão osmótica
Dilatação arteriolar ou constrição venular
Consequência: aumento do vetor de saída e diminuição do vetor de entrada do fluido
Aumento da pressão venosa
Consequência: maior saída e menor entrada de fluido
Ação do campo gravitacional
Alterações na pressão hidrostática
Há substâncias que aumentam a permeabilidade do capilar, permitindo o vazamento de macromoléculas
Especialmente albumina
Alterações na 
permeabilidade do capilar
Patologias
Deficiência ou uma anomalia da hemoglobina
Hemoglobina: proteína da hemácia (eritrócito) que transporta oxigênio
Concentrações adequadas segundo a OMS:
		13 g/dL para homens
		12 g/dL para mulheres
		11 g/dL para gestantes e crianças
Anemia
Há 4 tipos principais de anemia
Deficiência de uma ou mais substâncias essenciais
Anemia ferropriva
Rápida destruição dos eritrócitos (hemólise)
Anemia hemolítica
Incapacidade da medula óssea de produção
Anemia aplástica
Anomalias herdadas da produção de hemoglobina
Anemia falciforme
Hemácia normal / Hemácia falciforme
Pode ser valvular ou vascular
Estreitamento de um vaso ou de um orifício de uma válvula
Alteração de fluxo
Estenose
Estenose mitral
Estenose arterial – artéria femoral
Acumulo de colesterol e outras substâncias adiposas nas paredes das artérias
Origina um estreitamento
Aterosclerose
Variação brusca do diâmetro de um vaso ou cavidade cardíaca 
Rotura
Aneurisma
É uma coagulação de sangue no interior do vaso sanguíneo
Trombose: formação ou desenvolvimento de um trombo
Vasos superficiais ou profundos 
Trombos
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Restrição de irrigação sanguínea ao cérebro, causando lesão celular e danos nas funções neurológicas
As causas mais comuns são os trombos, a embolia e a hemorragia.
AVC
Diagnóstico:
Tomografia computadorizada
Ressonância magnética
Angiografia
Falta de irrigação sanguínea a uma parte do músculo cardíaco 
Bloqueio de uma artéria coronária
Diagnóstico:
Eletrocardiograma
Amostras de sangue
Infarto do miocárdio