Biofisica da Circulação

Prévia do material em texto

Ana Beatriz Lira, Medicina, UFBA 
Resumo baseado no Berne 
 
Biofisica da Circulação 
VISÃO GERAL DA CIRCULAÇÃO 
O sistema circulatório transporta e distribui substâncias essenciais, bem como remove subprodutos 
metabólicos. Esse sistema participa também, em mecanismos homeostáticos, como regulação da temperatura 
corporal, manutenção do balanço de fluidos e ajuste do fornecimento de O2 e nutrientes sob vários estados 
fisiológicos. 
O CORAÇÃO 
O coração é composto por duas bombas em série: uma propele sangue pelos pulmões, para as trocas de O2 e 
CO2 (a circulação pulmonar) e a outra propele sangue para todos os outros tecidos do corpo (a circulação 
sistêmica). 
Embora o coração trabalhe de forma intermitente, o fluxo contínuo para os tecidos corporais (periferia) ocorre 
graças à distensão da aorta e de suas ramificações, durante a contração ventricular (sístole) e pela retração 
elástica das paredes de grandes artérias, promovendo propulsão adicional ao sangue, durante o relaxamento 
ventricular (diástole). 
O CIRCUITO CARDIOVASCULAR 
A distribuição do sangue circulante pelas diferentes regiões do corpo é determinada pela força da contração 
do ventrículo esquerdo e pelo estado contrátil dos vasos de resistência (arteríolas) nessas regiões. A disposição 
dos canais circulatórios em série e em paralelo apresenta implicações importantes em termos de resistência, 
fluxo e pressão nos vasos sanguíneos. 
VASOS SANGUÍNEOS 
A aorta é estrutura predominantemente 
Elástica e de maior calibre, mas as artérias periféricas 
são de menor calibre e tornam-se mais musculares, 
até que, nas arteríolas, a camada muscular 
predomina. 
Nas grandes artérias a resistência ao atrito 
é relativamente pequena e as pressões são um pouco 
menores do que na aorta. As pequenas artérias 
possuem mais resistência e ocorre perda da pressão 
no segmento terminal desses vasos. O fluxo que 
antes era pulsátil passa a ser contínuo devido a 
resistência ao atrito das arteríolas e pequenas 
artérias. Ajustes no grau de contração desses 
pequenos vasos permitem a regulação do fluxo 
sanguíneo pelos tecidos e ajudam a controlar a 
pressão arterial. 
 
A secção transversal da rede de capilares é 
maior que de uma artéria. Como resultado, o fluxo 
sanguíneo fica mais lento nos capilares. A baixa 
velocidade do fluxo e a pequena espessura dos 
capilares formam condições ideais para a troca de 
substâncias. 
 
Ao retornar para o coração, o número de vasos diminui, o calibre aumenta e a composição das 
paredes muda. A área de secção transversal diminui e o fluxo sanguíneo aumento. A pressão nesses vasos cai 
progressivamente até atingir o átrio direito. 
 
 
 
 
Ana Beatriz Lira, Medicina, UFBA 
Resumo baseado no Berne 
 
PROPRIEDADE DOS VASOS E HEMODINÂMICA 
VELOCIDADE DA CORRENTE SANGUÍNEA 
A velocidade (v) é a distância percorrida por partícula do fluido em relação ao tempo, é expressa em unidade 
de distância linear por unidade de tempo. 
O fluxo (Q) é a intensidade do deslocamento de um volume do fluido por unidade de tempo. É expresso 
em unidade de volume por unidade de tempo. 
Em um tubo rígido, a velocidade (v) e o fluxo (Q) são relacionados entre si pela área de secção transversal (A) 
do tubo: 
 
 
As velocidades relativas nos vários componentes do sistema circulatório estão relacionadas apenas às áreas de 
secção transversa respectivas. Portanto, considera-se o fluxo constante. 
RELAÇÃO ENTRE VELOCIDADE E PRESSÃO 
A energia total em um sistema hidráulico consiste em três componentes: 
✓ Pressão (pressão total = pressão estática (lateral) + pressão dinâmica) 
✓ Gravidade (considera-se o tubo horizontal, negligenciando a gravidade) 
✓ Velocidade 
As pressões totais, em diferentes segmentos, serão iguais, considerando que a energia perdida pela 
viscosidade é negligenciável (esse fluido é um “fluido ideal”) 
O efeito da velocidade sobre o componente dinâmico (Pdin) pode ser estimado como: 
 
 
Em que  é a densidade do fluido (1g/cm3), v é a velocidade do fluido. 
[Como a densidade é considerada constante nessa explicação, basicamente a pressão dinâmica varia 
diretamente com o quadrado da velocidade] 
Na maioria dos locais arteriais o componente dinâmico será uma fração negligenciável da pressão total. 
Entretanto, nos locais de constrição arterial ou obstrução, a alta velocidade de fluxo é associada à grande 
energia cinética e, portanto, o componente dinâmico da pressão pode aumentar significativamente. 
Este exemplo ajuda a explicar como ocorrem as variações da pressão do vaso que é estreitado por 
aterosclerose ou espasmo da parede do vaso sanguíneo. Assim, em secções estreitas do tubo o componente 
dinâmico aumenta significativamente porque a velocidade do fluxo é associada uma grande energia cinética. 
LEI DE POISEUILLE 
 
A lei de Poiseuille se aplica ao fluxo laminar estável (vulgo não pulsátil) dos fluidos newtonianos (viscosidade 
constante) por tubos cilíndricos rígidos. Apesar das diferenças presentes no sistema vascular (i. e., o fluxo é 
pulsátil, os vasos não são cilindros rígidos e o sangue não é um fluido newtoniano, a lei de Poiseuille fornece 
insights valiosos sobre os fatores determinantes do fluxo sanguíneo, pelo sistema vascular. 
 
Lei de Poiseuille descreve o fluxo dos fluidos por tubos cilíndricos, em termos de fluxo, pressão, dimensões do 
tubo e viscosidade do líquido. 
 
onde 
Q = fluxo 
Ana Beatriz Lira, Medicina, UFBA 
Resumo baseado no Berne 
 
Pi – Po = gradiente de pressão de entrada (i) do tubo e 
saída (o) 
r = raio do tubo 
l = comprimento do tubo 
 = viscosidade do fluido 
 
Essa equação toda é pra dizer que o fluxo pelo tubo aumentará quando o gradiente de pressão aumentar, e 
diminuirá quando a viscosidade do fluido ou o comprimento do tubo aumentar. O raio do tubo é fator crítico 
na determinação do fluxo, porque é aumentado para a quarta potência. 
RESISTÊNCIA AO FLUXO 
Na mecânica dos fluidos a resistência hidráulica, R, pode ser definida como a proporção da queda da pressão, 
Pi – Po, pelo o fluxo, Q. 
 
Aplicando a Lei de Poiseuille, conclui-se que resistência ao fluxo depende, apenas, das dimensões do tubo e 
das características do fluido: 
 
[ou seja, tudo isso pra falar que a resistência do fluxo é inversamente proporcional a quarta potencia do raio 
do tudo] 
 
Ocorrem variações da resistência vascular quando o calibre dos vasos 
muda. O fator mais importante que leva à variação do calibre do vaso 
é a contração das células do músculo liso circular na parede do vaso. 
As variações da pressão interna também alteram o calibre dos vasos 
sanguíneos e, assim, alteram a resistência ao fluxo sanguíneo por 
esses vasos. Os vasos sanguíneos são tubos elásticos. Portanto, quanto 
maior a pressão transmural (i. e., diferença entre pressão interna e 
externa) através da parede de um vaso maior o calibre do vaso e 
menor sua resistência hidráulica. 
 
Apesar de a resistência do fluxo ser inversamente proporcional a 
quarta potencia do raio do tubo. A resistência do fluxo nas arteríolas 
é maior do que nos capilares (o que seria um paradoxo já que os 
capilares tem menor raio deveriam tem maior pressão). A explicação 
simples é que existem mais capilares que arteríolas na circulação 
sistêmica, e a resistência total nos muitos capilares dispostos em 
paralelo é muito menor que a resistência total pelas poucas arteríolas 
dispostas em paralelo. Além disso, as arteríolas têm uma camada 
espessa de fibras circulares de músculo liso que podem variar o raio 
do lúmen. 
 
Resistência dos Vasos em Série 
✓ A queda de pressão total no sistema é a soma das 
quedas em cada resistência hidráulica em série; 
✓ O fluxo é igual em todas as resistências; 
✓ A resistência total é igual a soma das resistências 
individuais. 
 
 
 
 
 
AnaBeatriz Lira, Medicina, UFBA 
Resumo baseado no Berne 
 
 
Resistência dos Vasos em Paralelo. 
✓ A queda de pressão é igual para todas as 
resistências; 
✓ O fluxo total é a soma dos fluxos individuais; 
✓ A resistência do fluxo hidráulico segue a lógica 
da resistência elétrica. 
 
 
 
 
 
 
 
FLUXO LAMINAR E FLUXO TURBULENTO 
 
Em um mesmo tubo, é necessária maior pressão para deslocar um fluido em fluxo turbulento do que em um 
fluxo laminar. Assim, para produzir um dado fluxo a bomba, como o coração, deve trabalhar consideravelmente 
mais se existir turbulência. 
 
A existência de um fluxo turbulento ou laminar no tubo sob certas condições pode ser prevista com base 
em um número sem dimensões, chamado de número de Reynold (NR). Esse número representa a proporção 
entre a inércia e as forças viscosas. 
 
Onde  = densidade do fluido, D = diâmetro do tubo, v =velocidade média e  = viscosidade 
Nr >= 2000 o fluxo é laminar 
Nr entre 2000 e 3000 fluxo transicional 
Nr >= a 3000 fluxo é turbulento 
 
Altas densidades do fluido, grandes diâmetros de tubos, velocidades altas de fluxo e baixa viscosidade do 
fluido predispõem à turbulência. Além desses fatores, variações abruptas nas dimensões do tubo ou 
irregularidades nas paredes do tubo podem produzir turbulência. 
 
Ana Beatriz Lira, Medicina, UFBA 
Resumo baseado no Berne 
 
 
 
NA CLÍNICA 
 
Na anemia severa, os murmúrios cardíacos funcionais (murmúrios não são causados por anormalidades 
estruturais) são frequentemente detectáveis. A base física para tais murmúrios reside em 
✓ viscosidade reduzida do sangue na anemia 
✓ altas velocidades do fluxo 
✓ débito cardíaco alto 
 
Os coágulos sanguíneos, ou trombos, têm maior probabilidade de se desenvolver com fluxo turbulento 
do que laminar. Um problema com o uso de válvulas artificiais, no tratamento cirúrgico da doença 
cardíaca valvar, é que o trombo pode ocorrer em associação com uma valva protética. O trombo pode 
ser desalojado e ocluir um vaso sanguíneo crucial. É importante projetar tais válvulas para evitar a 
turbulência. 
ESTRESSE DE CISALHAMENTO SOBRE A PAREDE DO VASO 
Como o sangue flui pelo vaso, ele exerce força sobre a parede do vaso paralela à parede. Essa força é 
chamada de estresse de cisalhamento (). O estresse de cisalhamento é diretamente proporcional à 
intensidade do fluxo e à viscosidade do fluido: 
 
 
 
PROPRIEDADE DO SANGUE 
Como o sangue é uma suspensão, a viscosidade aparente do sangue varia como função do 
hematócrito(proporção entre o volume de células sanguíneas vermelhas do sangue e o volume de todo o 
sangue). A viscosidade do plasma é de 1,2 a 1,3 vezes a da água. 
 
Para qualquer proporção do hematócrito a viscosidade aparente do sangue, relativa à da água, depende das 
dimensões do tubo usado na estimativa da viscosidade.A infl uência do diâmetro do tubo sobre a viscosidade 
aparente é explicada, em parte, pela variação que ocorre na composição do sangue quando ele fl ui por tubos 
muito estreitos. Medidas mostram que as células vermelhas trafegam mais rápido que o plasma por esses leitos 
vasculares. O plasma tende a sair dos capilares, enquanto os hematócritos permanecem na corrente axial. 
Ana Beatriz Lira, Medicina, UFBA 
Resumo baseado no Berne 
 
 
Não tinha isso no Berne, esse é o slide da Prof