Biofísica do sistema circulatório

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22/04/2010
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Biofísica do Sistema Biofísica do Sistema 
CirculatórioCirculatório
Disciplina de Biofísica
Constituição do Sistema Constituição do Sistema 
CirculatórioCirculatório
CoraçãoCoração
O coração atua como uma bomba.
Os vasos que saem do coração, conduzindo o
sangue para os tecidos são artérias.
Os vasos que conduzem o sangue dos tecidos de
volta ao coração são as veias.
Bomba CardíacaBomba Cardíaca
Câmaras cardíacas
•Átrios: influxo
•Ventrículos: efluxo
Valvas
•Atrioventriculares
•Arteriais
Vasos Sanguíneos do CoraçãoVasos Sanguíneos do Coração
Principais vasos sanguíneos que saem do coração ou
desembocam nele:
– Veia cava superior e veia cava inferior — são duas veias
grandes e grossas que chegam ao coração pelo lado direito e
desembocam no átrio direito. Elas recebem sangue venoso de
todo o corpo, através de diversos ramos: veia renal (rins), veia
hepática (fígado), etc.
– Veias pulmonares — são quatro veias de calibre médio. Chegam
ao coração pelo lado esquerdo, trazendo sangue arterial dos
pulmões ao átrio esquerdo.
– Artéria pulmonar — é um vaso que sai do ventrículo direito e se
ramifica em duas. Transporta sangue venoso do coração para os
pulmões.
– Artéria aorta — é um vaso grande e grosso. Sai do ventrículo
esquerdo e leva sangue arterial à todo o corpo. A partir do
coração, se ramifica e se espalha por todos os órgãos do corpo.
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Vasos Sanguíneos do CoraçãoVasos Sanguíneos do Coração
Valvas CardíacasValvas Cardíacas
O átrio direito se comunica com o ventrículo direito
através da valva tricúspide, que possui três
membranas
O átrio esquerdo se comunica com o ventrículo
esquerdo por meio da valva mitral ou bicúspide, que
possui somente duas membranas
As valvas permitem a passagem do sangue apenas
em um sentido
Valvas CardíacasValvas Cardíacas
Tricúspide
Valvas CardíacasValvas Cardíacas
Valvas ArteriaisValvas Arteriais
Na origem da artéria aorta existe a válvula aórtica
Na origem da artéria pulmonar válvula pulmonar
Assim, o sangue não pode mais retornar aos
ventrículos depois que deles saiu
Valvas Arteriais Valvas Arteriais –– Valva AórticaValva Aórtica
Válvula aórtica fechada
Válvula aórtica aberta
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Valvas Arteriais Valvas Arteriais –– Valva PulmonarValva Pulmonar
Válvula
Pulmonar
Vasos SanguíneosVasos Sanguíneos
Valvas VenosasValvas Venosas
Dobras da camada intima em forma de meia lua
Impedem o refluxo do sangue
São mais numerosas nos membros inferiores
As válvulas venosas, a contração do músculo
esquelético que circunda as veias e a diferença de
pressão entre as veias e o átrio, levam o sangue de
volta para o coração (contra a força da gravidade)
Valvas VenosasValvas Venosas
Valvas VenosasValvas Venosas Sístole e DiástoleSístole e Diástole
Sístole: é a contração dos ventrículos, e nela ocorre o
esvaziamento ventricular.
Diástole: é o relaxamento dos ventrículos e nela os
ventrículos recebem sangue dos átrios.
A sístole determina uma pressão no sistema arterial chamada
de pressão sistólica (máxima), que é de mais ou menos
120 mmHg.
Na diástole (pressão diastólica ou mínima) a pressão é de
mais ou menos 80mmHg.
Em condições normais (normotensão arterial), a pressão
arterial deve ser de 120 por 80mmHg. Claro que esses
valores são variáveis de pessoa para pessoa de acordo com
outras características individuais.
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Sístole e Sístole e 
DiástoleDiástole
Diástole
Sístole
Sístole e DiástoleSístole e Diástole
Tipos de CirculaçãoTipos de Circulação
Pequena Circulação ou Circulação Pulmonar:
– é o percurso do sangue do ventrículo direito até os
pulmões (hematose), através da artéria pulmonar, e
dos pulmões até o átrio esquerdo, através das veias
pulmonares.
Grande Circulação ou Circulação Sistêmica:
– é o percurso do sangue do ventrículo esquerdo até
todo o organismo através da artéria aorta e de seus
ramos, e dos diversos órgãos até o átrio direito,
através das veias cavas.
Pequena e Grande CirculaçãoPequena e Grande Circulação
Pequena e Grande CirculaçãoPequena e Grande Circulação
Vasos SanguíneosVasos Sanguíneos
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SangueSangue
Funções nutritiva, respiratória, excretora e de
defesa do organismo
Volume de cerca de 5,5 litros no adulto
Sangue, como qualquer outro fluido, pode exercer
pressão nas paredes que o contém
Fluxo SanguíneoFluxo Sanguíneo
Fluxo: volume de fluido que passa em um
determinado ponto do vaso por unidade de tempo
O fluxo sanguíneo global deve atender à demanda
metabólica do organismo, que no repouso é da
ordem de 5 litros/min.
Escoamento LaminarEscoamento Laminar
Idealmente no sistema cardiovascular o fluxo de
sangue é laminar.
Escoamento laminar é o escoamento no qual o
fluido diminui sua velocidade de um valor máximo
no centro do tubo até chegar a zero nas suas
paredes
Células
Endoteliais
Plasma Hemácias e
Plaquetas
Fluxo LaminarFluxo Laminar
Fluxo LaminarFluxo Laminar Escoamento TurbulentoEscoamento Turbulento
Um fluido está em regime turbulento quando a velocidade no
decorrer do tempo: mudanças em direção, sentido e
magnitude.
Condições para o fluido entrar em regime turbulento:
– A velocidade do fluido deve ser superior a certo valor (valor
crítico) � quando este valor é superado, o escoamento passa
de laminar para turbulento
– Para velocidades abaixo do valor crítico do fluido, também pode
haver escoamento turbulento se houver protuberâncias no
tubo
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Escoamento TurbulentoEscoamento Turbulento
Nos vasos sanguíneos pode haver protuberâncias
formadas pelo acúmulo de colesterol nas paredes
dos vasos
Fluxo TurbulentoFluxo Turbulento
Fluxos Laminar e TurbulentoFluxos Laminar e Turbulento Débito CardíacoDébito Cardíaco
Débito Cardíaco: quantidade de sangue bombeada
pelo coração por unidade de tempo
É expresso em litros/minuto
É igual à frequência cardíaca multiplicada pelo
volume sistólico.
DC = FC . VS
DC: débito cardíaco
FC: frequência cardíaca
VS: volume sistólico
Débito CardíacoDébito Cardíaco
Se a frequência cardíaca é de 70 batimentos por minuto e a
cada batimento 70 mililitros (mL) de sangue são ejetados, o
débito cardíaco é de 4.900 ml/minuto ou 4,9 L/min.
Este valor é típico para um adulto médio em repouso
Durante exercícios extremos, o débito cardíaco pode atingir
30 L/min
DC = FC . VS
DC = 70 . 70
DC = 4900 mL/min ou DC = 4,9 L/min
Retorno VenosoRetorno Venoso
É a quantidade de sangue que flui das veias para o
átrio direito a cada minuto.
Débito Cardíaco = Retorno Venoso
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Relação de FrankRelação de Frank--StarlingStarling
O volume ejetado pelo ventrículo é determinado
pelo volume diastólico final
Débito Cardíaco = Retorno Venoso
DÉB
ITO
 C
AR
DÍACO
R
ET
O
R
N
O
 
VE
N
O
SO
Resistência ao Fluxo SanguíneoResistência ao Fluxo Sanguíneo
Os vasos sanguíneos e o próprio sangue compõem
a resistência ao fluxo sanguíneo.
Fatores que influenciam a resistência ao fluxo
sanguíneo:
– Viscosidade do sangue
– Comprimento do vaso
– Raio do vaso
ViscosidadeViscosidade
Se um fluido é mais viscoso significa que ele adere
melhor a uma superfície
Óleo de máquina leve tem uma viscosidade cerca
de cem vezes maior que o da água para a mesma
temperatura abaixo de 400ºC � mais difícil remover
óleo de uma superfície do que água
ViscosidadeViscosidade
A viscosidade tem o mesmo papel na mecânica dos fluidos
que o atrito na mecânica dos sólidos � no escoamento
também há transformação de energia cinética em energia
térmica
Conseqüência: queda de pressão no sentido do escoamento
Esta queda se deve a uma resistência de arraste, pela
aderência do fluido ao tubo fazendo com que no tubo a
velocidade decresça de valor do centro até as bordasViscosidadeViscosidade
Quanto maior a viscosidade, maior a resistência �
menor o fluxo
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ViscosidadeViscosidade
Viscosidade do Fluido
Quanto menor a viscosidade, menor a resistência ao
escoamento
Comprimento do TuboComprimento do Tubo
Quanto maior o comprimento do tubo, maior a
resistência � menor o fluxo
Comprimento do VasoComprimento do Vaso
Quanto menor o comprimento do tubo, menor
será a resistência ao escoamento
Maior Resistência
Menor Resistência
Raio do TuboRaio do Tubo
Quanto menor o raio, maior a resistência � menor
o fluxo
Resistência ao Fluxo SanguíneoResistência ao Fluxo Sanguíneo
A resistência ao fluxo sanguíneo é descrita pela
Equação de Poiseuille:
Arteríolas: maiores determinantes da resistência
periférica
RPT = 8ηηηηl
pipipipir4
RPT: resistência periférica total
η: viscosidade
l: comprimento do vaso
r: raio do vaso
Resistência ao Fluxo SanguíneoResistência ao Fluxo Sanguíneo
Quanto maior a viscosidade do sangue, maior a RPT e
quanto menor a viscosidade do sangue, menor a RPT
(diretamente proporcionais).
Quanto maior o comprimento do vaso, maior a RPT e
quanto menor o comprimento do vaso, menor a RPT
(diretamente proporcionais).
Quanto maior o raio do vaso, menor a RPT e quanto
menor o comprimento do vaso, maior a RPT
(inversamente proporcionais).
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ArteríolasArteríolas
A vasodilatação das arteríolas – uma expansão do
calibre arteriolar acima do nível tônico – diminui a
resistência e aumenta o fluxo sanguíneo.
A vasoconstrição – estreitamento do vaso –
aumenta a resistência e, consequentemente,
diminui o fluxo.
Diferença de Pressão (Diferença de Pressão (∆∆∆∆∆∆∆∆P)P)
Pressões no sistema cardiovascular:
– as pressões não são iguais em todo o sistema
– para o sangue fluir deve existir uma força propulsora,
que é a diferença de pressão
Lei da PressãoLei da Pressão
- Lei da pressão: é máxima nas artérias, cai
bruscamente nos capilares, diminui mais nas veias,
e é mínima nos átrios.
Pressão nos Vasos SanguíneosPressão nos Vasos Sanguíneos
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Elasticidade Arterial Armazena Elasticidade Arterial Armazena 
Pressão e Mantém o FluxoPressão e Mantém o Fluxo Fluxo SanguíneoFluxo Sanguíneo
Sangue no Sistema CirculatórioSangue no Sistema Circulatório
Circulação Pulmonar – 16%
Coração –4%
Artérias – 13%
Arteríolas e Capilares – 7%
Veias e
Vênulas 
64%
Pressão ArterialPressão Arterial
Pressão: força/área
Pressão arterial: força exercida pelo sangue na
parede das artérias
P = F
A
A Primeira Medida da Pressão A Primeira Medida da Pressão 
ArterialArterial
Stephen Hales (1733)
Mediu a PA de um
cavalo ao introduzir
uma cânula no interior
de uma artéria ligada a
um tubo de vidro de 3m
de comprimento.
Pode verificar que o
sangue atingiu a altura
de 2,4 m acima do
nível de seu coração
Pressão Arterial MédiaPressão Arterial Média
A pressão arterial média depende do débito
cardíaco e da resistência periférica total
PAM = DC . RPT 
PAM: pressão arterial média
DC: débito cardíaco
RPT: resistência periférica total
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Pressão Arterial MédiaPressão Arterial Média
PAM = DC . RPT 
DC = FC . VS
DC: débito cardíaco
FC: frequência cardíaca
VS: volume sistólico
RPT = 8ηηηηl
pipipipir4
RPT: resistência periférica total
η: viscosidade
l: comprimento do vaso
r: raio do vaso
Pressão SistólicaPressão Sistólica
Pressão sistólica:
– é a pressão arterial mais alta que pode ser medida
durante um ciclo cardíaco.
– é a pressão na artéria após o sangue ter sido ejetado
pelo ventrículo esquerdo
– dura 1/3 do ciclo cardíaco
– no repouso é de cerca de 120 mmHg
Pressão Sistólica e DiastólicaPressão Sistólica e Diastólica
Pressão diastólica:
– é a mais baixa pressão arterial que pode ser medida
durante um ciclo cardíaco
– é a pressão na artéria durante o relaxamento do
ventrículo
– dura 2/3 do ciclo cardíaco
– no repouso é de cerca de 80 mmHg
Pressão de PulsoPressão de Pulso
Pressão de pulso: é a diferença entre as
pressões sistólica e diastólica. Pode ser usada
com indicador do débito sistólico.
Pressão de Pulso = PS - PD 
PD: pressão diastólica
PS: pressão sistólica
Pressão de PulsoPressão de Pulso Pressão Arterial MédiaPressão Arterial Média
Pressão arterial média: é a média das pressões
durante o ciclo cardíaco.
PAM = PD + 1/3(PS-PD) 
PAM: pressão arterial média
PD: pressão diastólica
PS: pressão sistólica
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Pressão Arterial MédiaPressão Arterial Média
Exemplo:
PAM = PD + 1/3(PS-PD)
PAM = 80 + 1/3 (120 – 80) 
PAM = 93 mmHg
PAM: pressão arterial média
PD: pressão diastólica
PS: pressão sistólica
Métodos de Medida da Pressão Métodos de Medida da Pressão 
ArterialArterial
Método direto: inserção
de um cateter nos
vasos ou na cavidade
do coração, conectado
a um transdutor
calibrado
Método indireto: método
auscultatório, com
utilização de um
esfigmomanômetro
Medida da Pressão ArterialMedida da Pressão Arterial
Medida Indireta
EsfigmomanômetroEsfigmomanômetro
Aparelho que mede a pressão sanguínea
Há uma coluna de mercúrio com uma das extremidades
ligada a uma bolsa que pode ser inflada por uma pequena
bomba de borracha
A bolsa é colocada no braço esquerdo e à altura do coração
(artéria braquial), a fim de garantir que as pressões medidas
sejam as mais próximas à da aorta
A bolsa envolve o braço e é inflada pela bomba � produz-se
uma pressão externa maior que a interna
Deste modo, o fluxo da artéria braquial ou de outra do braço
é bloqueada
EsfigmomanômetroEsfigmomanômetro
O próximo passo é liberar gradualmente o ar da bolsa ao
mesmo tempo que se utiliza o estetoscópio para ouvir a volta
das pulsações, fato percebido por sons � sons de Korotkoff
O primeiro som surge quando a pressão do ar na bolsa for
igual a pressão sistólica (pressão máxima do sangue), e
portanto o sangue volta a escoar pela artéria braquial
Quando o som se torna inaudível, mede-se a pressão
diastólica (menor pressão sanguínea) � desobstrução total
do fluxo sanguíneo
Pressão ArterialPressão Arterial
Em geral, em pessoas jovens, a pressão arterial na
sístole é de 120 mmHg, enquanto na diástole é de
80 mmHg
Com o passar da idade há um aumento na pressão
arterial. Este aumento ocorre em parte pelo
acúmulo de substância nos vasos sanguíneos, o
que faz com que o raio diminua:
– se o raio diminui, há um aumento da resistência, o
que produz uma elevação na pressão para manter o
fluxo constante (cerca de 5 L/min)
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AteroscleroseAterosclerose
Aterosclerose: doença caracterizada pelo
espessamento da parede das artérias tornando-as
mais rígidas e menos complacentes:
- pressão diastólica inalterada
- aumento da pressão de pulso
- aumento da pressão arterial média
AteroscleroseAterosclerose
Alteração da Pressão com a IdadeAlteração da Pressão com a Idade
Estenose AórticaEstenose Aórtica
Estenose aórtica: abertura incompleta da válvula
aórtica
Se a válvula aórtica sofrer uma estenose, o sangue
a ser ejetado pelo ventrículo esquerdo será menor:
- � débito sistólico
- � pressão sistólica
- � pressão de pulso
- � pressão arterial média
Doença na válvula
� saída de sangue
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Regulação da Pressão ArterialRegulação da Pressão Arterial
Curto Prazo:
– Controle Neural (Reflexo Baroceptor)
Médio e Longo Prazo:
– Controle hormonal (Sistema renina-angiotensina-
aldosterona)
Efeitos do Sistema Nervoso Efeitos do Sistema Nervoso 
Simpático e Parassimpático na Simpático e Parassimpático na 
Pressão ArterialPressão Arterial
Efeito da Adrenalina no CoraçãoEfeito da Adrenalina no Coração Efeitos Gerais da AdrenalinaEfeitos Gerais da Adrenalina
Reflexo Baroceptor Reflexo Baroceptor –– Queda da PAQueda da PAReflexo Baroceptor Reflexo Baroceptor –– Queda da PAQueda da PA
Reflexo baroceptor � atividade simpática e �
parassimpática:
– � FC � � DC
– � raio dos vasos � � RPT
PAM = DC . RPT 
DC = FC . VS
RPT = 8ηηηηl
pipipipir4
Reflexo Baroceptor promove 
nesse caso um aumento da PA
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Sistema Sistema 
ReninaRenina--
AngiotensinaAngiotensina--
AldosteronaAldosterona
Queda da PA em Ambientes Queda da PA em Ambientes 
QuentesQuentes
Corpo deve perder calor � vasodilatação periférica
Aumenta raio dos vasos � � resistência periférica
total � � PA
Hemorragia: ���� VS ���� ���� DC ���� ���� PA
Locais de ação das principais classes de drogas anti-hipertensivas
Receptores ββββ cardíacos 
Terminais nervosos simpáticos 
Músculo liso vascular 
Ganglios simpáticos 
Receptores b das células 
Justaglomerulares que liberam renina 
Enzima
conversora 
Centro vasomotor 
Túbulos renais 
Receptores αααα vasculares 
Receptores de ANG-II 
DiuréticosDiuréticos
Atuam no rim promovendo um aumento do fluxo
urinário
– � retenção de sódio � menor reabsorção de água
por osmose
– � edema tissular
– � acumulação de fluidos
� volume sanguíneo � � VS � � DC � � PA
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ββββββββ--bloqueadoresbloqueadores
� atividade do SN Simpático sobre o coração �
�FC � �DC � �PA
� secreção de renina � � volume sanguíneo �
�VS � �DC � �PA
Vasodilatadores DiretosVasodilatadores Diretos
Relaxam músculo liso dos vasos � aumentam raio
dos vasos � diminui resistência periférica total �
diminui PA