Biofísica do sistema cardiovascular

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Biofísica do sistema cardiovascular
Parâmetros da mecânica circulatória:
Energia potencial
Energia cinética
Energia gravitacional
Atrito
Pressão
Viscosidade
Fatores geométricos
Estamos considerados tubos rígidos, inelásticos, líquidos newtonianos, etc. A energia potencial é a pressão lateral, porque se expressa em relação à energia cinética como uma compensando a outra na reação de Bernoulli. A energia gravitacional e atrito vão ser desconsiderados na maioria dos casos. 
Propriedades de um fluxo em regime estacionário (RE): 
1. Estado ou Regime Estacionário: nos três segmentos do tubo, o fluido que entra é igual ao que sai;
2. Fluxo: a quantidade de líquido que passa é a mesma nos três segmentos. O fluxo total é igual a cada fluxo parcial:
F = f1 = f2 = f3 (o fluxo se mantem, pois ele é velocidade por área, então a vazão é a mesma
3. Energética: a velocidade da circulação diminui à medida que o diâmetro aumenta, isto é, a Energia Cinética diminui:
V1 > V2 > V3
4. Pressão lateral ou energia potencial: aumenta, porque a soma Ep+ Ec é aproximadamente constante, e a Ep cresce às custas da Ec. Na realidade, parte da Ec é consumida pelo atrito, e a Ep aumenta:
Ep1 < Ep2 < Ep3 
↓ raio ↑energia cinética (a velocidade com que o fluido percorre o comprimento), às custas da perca de pressão sobre a parede do vaso.. Numa artéria estenosada, há menor passagem de nutriente, pois a pressão lateral é compensada pela energia cinética. F = V1 x A1 = V2 x A2 = V3 x A3...
Na dilatação do vaso, a energia cinética diminui às custas de uma maior pressão lateral (energia potencial) sobre as paredes dos vasos. Estamos falando da pressão da massa de fluido em movimento sobre a parede do vaso. Então há dois tipos de pressão: a pressão transmural (pressão lateral) e a diferença de pressão. Ou seja, numa dilatação, a diferença de pressão diminui, mas a pressão sobre a parede do vaso aumenta. A área pode diminuir ou aumentar, mas o fluxo se mantem cste, uma vez que é produto da área pela velocidade (sempre acontece uma compensação – menor área, maior velocidade X maior área, menor velocidade. Essa compensação gera uma constante). Por exemplo, a velocidade nos capilares é diferente da aorta, mas a área compensa(FLUXO= VxA). Isso muda em condições patológicas, como edema e hemorragia. No edema a quantidade de liquido que chega é maior (fica retido). Na hemorragia a quantidade de liquido é perdida. 
A reação de Bernoulli tem significado no infarto, pois há estreitamento do vaso. Equação de Bernouilli: ET = EP+ EC+ ED+ EG 
 
Equação de Bernouilli: se eu tenho um vaso, e há uma estenose(estreitamento da luz do vaso), a energia se conserva, porque a área de secção A1 é maior do que a A2, porem a velocidade em A1 é menor do que em A2. Portanto, o fluxo 1 é igual ao fluxo 2, dado que é o produto da velocidade pela área. Após a estenose o fluxo é mantido mas a pressão cai devido a energia cinética perdida por conta de turbulência.
 No aneurisma a velocidade é menor, aumentando a energia potencial, esse aumento acarreta num circulo vicioso pois tende a aumentar o aneurisma.
Etotal = Ecinética1 + Epotencial1 + Egravitacional1 = Ecinética2 + Epotencial2 + Egravitacional2
Há, ainda, a energia dissipada, mas ela é desconsiderada. A gravitacional também vai ser desconsiderada:
A energia cinética não pode diminuir no regime estacionário.
Ela se gasta em parte para vencer a energia de dissipação do atrito.
Se repões às custas da energia potencial.
Isso causa a pressão lateral. 
Relação entre Energética do Fluxo e Pressão Lateral -bifurcações
-Do seguimento (1) a (3), as áreas totaisA1, A2 e A3 vão aumentando gradativamente (apesar de cada vaso individualmente ter uma área de secção transversal menor).
-Isso resulta na diminuição da velocidade da circulação e consequente aumento da pressão lateral.
-A pressão da árvore arterial cai pouco, de 100 para 90 mmHg. 
Variação da valva tricúspide = 4 X Vtricúspide² (EQUAÇÃO FINAL)
Epotencial = Pressão X Volume
Ecinética = ½ mv²
Paciente com suspeita de hipertensão arterial pulmonar. A diferença de pressão é medida através um eco doppler, que calcula a velocidade, aplicada na equação de Bernoulli: a velocidade é elevada ao quadrado e depois multiplicada por 4, obtendo-se a diferença de pressão, que é a pressão que chega na valva tricúspide. E pressão obtida deve ser somada à (pressão na altura da jugular + 5). Se essa soma der maior que 30mmHg, há hipertensão arterial pulmonar. 
Pressão venosa central (CVP): altura da jugular + 5
Pressão sistólica da artéria pulmonar (PASP) = diferença de pressão + CVP(pressão venosa central)
Por exemplo, a velocidade deu 3m/s². Pela equação de bernoulli, tem-se 36mmHg. A pressão na altura da jugular deu 10cmH2O. Somado a 5 é igual a 15cmH2O (11mmHg). Então 36mmHg + 11mmHg = 47mmHg. É maior que 30mmHg, então há hipertensão. 
Na hipertensão, parte do sangue retorna para o ventrículo (regurgitação da valva). 
No aneurisma (dilatação), a velocidade de fluido diminui (a energia cinética diminui). Com a pressão transmural/lateral, ocorre o contrario. Agora, a diferença de pressão no raio aumentado, diminui. Considerando fluxo laminar, esse aneurisma tende à ruptura, pois aumenta a pressão lateral. Quando passas o local de aneurisma, os valores voltam ao normal (como eram antes do aneurisma). Então, se a pressão for medida pós-estenose, o médico pode pensar que o individuo tá saudável. 
No infarto, o vaso estreita-se. Da mesma forma, os valores de pressão e velocidade ficam normais antes e após a estenose, devido ao principio de conservação de energia. 
Edema Pulmonar: a quantidade de sangue entra na pequena circulação é maior que a que sai (estase sanguínea). Causas: Aumento da resistência ou Falha da bomba cardíaca
Hemorragias: nas arteriais a perda de sangue é mais rápida que nas venosas devido a pressão lateral (Ep) do sangue, que se converte em Ec na parte seccionada. Nas veias a Ep é mínima.
Aterosclerose consiste na deposição de gorduras e cálcio, entre outras substâncias, no lúmen de artérias, que ficam estenosadas. Há aumento da velocidade da circulação e diminuição da pressão lateral, o que compromete a nutrição dos tecidos.
Isquemia–deficiência de sangue
Infarto–necrose dos tecidos
Energética da Sístole e Diástole
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. 
Pulso: A medida do pulso fornece informações valiosas sobre o funcionamento do sistema circulatório: Frequência cardíaca; Presença de arritmias; Intensidade
Diferença de Pulso e Corrente Sanguínea
A onda de pulso é a energia de contração cardíaca que se propaga pelo sangue. É Energia Mecânica.
Corrente sanguínea é o deslocamento da massa de sangue, medida pelo movimento de hemácias. É Matéria.
A onda de pulso se propaga com velocidade 4 a 6 vezes maior que a corrente sanguínea, e é palpável. A corrente sanguínea não é perceptível ao tato, e necessita de métodos especiais para ser percebida.
Equação de Poiseuille – vale apenas para quando o fluxo é laminar
Quanto maior o comprimento do tubo e mais viscoso o fluido, menor o fluxo. Isso pode provocar uma hipóxia. Quanto maior o raio e a diferença de pressão, maior o fluxo. 
Quanto menor o raio, menor a pressão do fluido sobre a parede do vaso (equação de Bernoulli), mas maior a diferença de pressão (equação de Poiseuille). 
 Um paciente com placa ateromatosa na luz do vaso fez com que o raio saísse de 1cm para 0,8cm. Assim, houve redução de 20%. Assim, o decréscimo de fluxo foi (0,8 à quarta) – (1 à quarta) = 0,4 – 1 = - 0,6. Ou seja, quando o raio diminui 20%, o fluxo reduz em 60% no referido ponto, havendo risco de infarto. 
Síndrome de hiperviscosidade: complicação da macroglobulinemia de Wladenstrom e mieloma múltipla. Muitas proteínas(fibrinogênio e imunoglobulinas) circulantes. Se aumenta a viscosidade, diminui o fluxo. O tratamento de dá através da plasmaferese e quimioterapia. 
Leucostase: uma complicação da leucemia. Muitas células brancas do sangue (aumenta a viscosidade – fluxo reduz). O tratamento é a quimioterapia. Os sintomas da elevada viscosidade incluem dor de cabeça, visão borrada, confusão mental, sonolência, hemorragia da mucosa e ataxia. 
Número de Reynolds (RE) = Vcrítica X d X R / viscosidade 
Se eu aumento a velocidade critica, maior o risco de turbulência. Do mesmo modo, quanto mais denso ele for, quanto maior for o raio e quanto menos viscoso for o fluido, o risco de turbulência aumenta. 
Situações clinicas que levam ao ruído: aumento da velocidade (na sepse, hipertireoidismo e exercício físico) + diminuição do raio (doença valvular, arteriosclerose e vasculite) + diminuição da viscosidade (anemia). Qual a repercussão de uma doença valvular ou de uma arteriosclerose (pergunta de prova)?.
Lei de Laplace: a pressão, na medida que um raio aumenta, às custas da diminuição da tensão, diminui. Ou seja: P = 2T/R. Se a tensão diminui, a pressão aumenta e o raio diminui. Isso ocorre com o aveolo pulmonar – o surfactante faz com que haja diminuição da tensão, provocando aumento de volume (é uma situação que ta mais para biofísica do sistema respiratório). Nos alvéolos pulmonares, a condição se chama atelectasia. O ar se expande de uma bexiga menor para uma maior porque a tensão, e, consequentemente, a pressão na bexiga menor é maior do que na bexiga maior. À medida que a expansão ocorre, chega-se num ponto em que a tensão começa a aumentar ao invés de diminuir, ficando muito grande e provocando aumento da pressão. Por isso, quando a bexiga da perto de estourar, o ar vai da maior para menor. 
Consequencias do surfactante pulmonar: redução do colapso do alvéolo não inflado (atalectasia) + maior distribuição da ventilação do alvéolo + melhora da complacência pulmonar (variação de volume pela variação de pressão).
Quando a pressão interna supera a tensão da parede, há o rompimento das fibras.