Biofisica da Circulacao

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Biofísica da circulação 
Simone Garcia Macambira 
UFBA 
2014 
Evolução 
Seres unicelulares Seres pluricelulares 
Células isoladas 
Difusão sem circulação 
Células reunidas 
(tecidos) 
Difusão com circulação 
Organismos complexos 
Aparelho 
cardiovascular 
Homeortemia 
Trocas gasosas 
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 
Evolução 
 Requerimentos 
• Meio extracelular amplo 
 
• Proximidade MExtc-MIntc 
 
• Sangue contínuo 
 
• Fluxo sanguíneo intenso e lento 
 
• Baixa pressão periférica 
Estabilidde de composição 
Facilidade de intercâmbio 
Renovação de nutrientes 
Tempo adequado a trocas 
Integridade celular 
Sistema cardiovscular 
Organização 
• Coração bomba central 
 
• Artérias – vias centrífugas 
 
• Capilares – zonas de trocas 
 
• Veias – vias centrípetas 
 
• Vasos linfáticos - auxiliares 
Problemas 
Sistema cardiovscular 
Sangue ejetado em pequenos 
volumes pulsáteis nas artérias. 
Grande distância: 
Células - Coração 
↑Fluxo 
↑Velocidade 
↑Pressão 
Soluções 
Dicotomização progressiva da 
árvore vascular 
▼ 
Área de secção transversa 
▼ 
Velocidade do fluxo sanguíneo. 
Afinamento da parede vascular: 
Artérias 
▼ 
Capilares 
Arteríolas: 
↑Resitência vascular periférica 
> Queda de pressão ↑∆P 
< distância de difusão 
Difusão rápida 
↓ Pulsatilidade →Fluxo contínuo 
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 
ORGANIZAÇÃO MORFO-
FUNCIONAL DA CIRCULAÇÃO 
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 
Um dos motivos para isto ser 
importante na clínica 
• 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 
Registro de pressão na 
estenose aórtica 
Conversão de energia potencial em energia cinética. 
Perda de energia pelo atrito. 
Circulação Coronariana 
Apex 
LV anterior wall 
Anterior 2/3 V septum 
LV lalteral wall 
RV 
LV postero-basal wall 
Posterior 1/3 of V septum 
Fluxo, pressão e resistência 
Pressão – força sobre unidade de superfície 
 
Onda pressórica 
Flutuação periódica da força 
da coluna de sangue sobre a 
superfície vascular. 
Ciclo: 2 picos de pressão Fluxo pulsátil 
Leito vascular – propriedades 
elásticas não lineares 
Impedância 
Q = ∆P/R 
Poiseuille 
Século XIX – Comportamento dos líquidos em 
movimento 
 
Determinantes físicos do fluxo sanguíneo? 
 
• Líquidos newtonianos com fluxos laminares 
não pulsáteis em tubos rígidos de calibre 
constante. 
Ausência de variação do fluxo ao longo do tempo 
Relação entre Fluxo e Pressão 
P = h r g 
Fluxo é diretamente proporcional à diferença de pressão dos dois 
lados do sistema. 
Q a Pi- Po 
Relação entre Fluxo e Comprimento do tubo : 
Fluxo é inversamente proporcional ao tamanho 
do tubo. 
Q a 1 / L 
Relação entre Fluxo e Raio do tubo : 
Fluxo é diretamente proporcional ao raio do tubo 
(à quarta potência). 
Q a r 4 
Relação entre Fluxo e Viscosidade do Líquido : 
Fluxo é inversamente proporcional à viscosidade 
do líquido. 
Q a 1 /h 
Propriedade do fluido 
determinante do fluxo 
h - tensão de cisalhamento/taxa de cisalhamento 
Fluidos newtonianos e não 
newtonianos 
Tensão de cisalhamento: Ƭ=F/A 
Taxa de cisalhamento:du/dy = U/Y 
F= força 
A = área 
U = velocidade do fluido 
Y = dsitância total 
Constante para fluidos newtonianos 
Não constante para fluidos não newtonianos 
Taxa de cisalhamento 
Velocidade que uma camada de líquido 
em relação às outras adjacentes. 
Propriedades do Sangue: 
Policitemia Vera 
Viscosidade do sangue varia em função do 
hematócrito e do diâmetro do vaso. 
Policitemia Vera 
(PV) 
Um dos motivos para isto ser 
importante na clínica 
Eritrocitose acompanhada de leucocitose e trombocitose 
1ária – defeitos nas células tronco – elevação da massa de eritrócitos circulantes (RCM) 
1ária – PV 
2ária – estímulos fisiológicos ou patológicos - hipóxia, anemia, hemólise , sangramento 
intenso, inflamação, cirurgia + estado inflamatório), hipoesplenismo e deficiência de ferro. 
3:100.000 – juventude e idosos - 65 anos 
Trombose, cefaléia, transtorno visual, confusão mental prurido pós-banho, função 
plaquetária normal. 
Com tratamento – doença crônica e progressiva 
Quimioterápico - leucocitose e trombocitose 
Anti-inflamatórios não-esteroidais - Aspirina. 
Hidroxiuréia 
 
LEI DE POISEUILLE 
Q= π ∆P r4/8 ηl 
 
• ∆P = 8ηl Q/πr4 
• ∆P = P1- P2 
• Q = fluxo 
• Resistênica hidráulica: 
 
R= ∆P /Q 
R=8ηl Q/πr4 X1/Q 
R= 8ηl/ πr4 
Dimensões do tubo 
Características do fluido 
Resistência 
R = 
8 h L 
p r4 
Resistência 
vascular 
Grau de constrição 
do músculo liso 
vascular 
Pressão interna 
vascular 
Calibre 
do 
vaso 
↑ Pressão transmural ►↑ calibre vascular ►↓ resistência 
Alterações na resistência vascular 
Sítio de maior queda de pressão interna: arteríolas 
↓calibre 
↑↑ resistência 
RELAÇÃO VOLUME x PRESSÃO : COMPLACÊNCIA 
• Volume de sangue: 
– Artérias: 25% 
– Capilares: 5% 
– Veias: 75% 
Contração cardíaca 
Pressão nas paredes arteriais 
Fluxo circulatório 
Distensibilidade Complacência X 
Fluxo Laminar Fluxo Turbulento 
NR = 
r.D.Vmed 
h 
NÚMERO DE REYNOLDS 
Nr = ρDv/η 
• ρ = densidade 
• D = diâmetro do vaso 
• v = velocidade média 
• η = viscosidade 
 
• Nr< 2000 fluxo laminar 
 
• Nr> 3000 fluxo turbilhonar 
↑Diâmetro vascular 
↑Velocidade 
↓Viscosidade 
Turbulência 
Variações abruptas de 
 dimensão vascular 
Irregularidades da parede 
vascular 
Fluxo 
Turbulento 
Anemias ( h) 
Estenoses ( calibre) 
Um dos motivos para isto ser 
importante na clínica 
Irregularidades da 
parede vascular Ruídos 
↓Viscosidade 
↑Débito cardíaco 
Trombos 
Cirurgia de valva cardíaca 
Prótese valvar 
Sopro cardíaco funcional 
Sopro cardíaco estrutural 
Obrigada