Aula 6 - Biofísica da Circulação Sanguínea

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Circulação Sanguínea
Professora MSc Gabriela Meira
▶ Sistema Circulatório - Comunicador de Matéria e Energia . 
▶ Transporta continuamente metabólitos diversos.
▶ Exercer ininterrupto de energia potencial e cinética sobre as partes do 
organismo.
Introdução
▶ Coração – Bomba cardíaca
▶ Vasos sanguíneos – Formam rede contínua, unida pelo coração
▶ Sangue, - Fluido parte células, parte líquido
▶ Sistema de controle – Sistema Nervoso Autônomo Simpático e Parassimpático.
Componentes do Sistema
▶ Metabolismo molecular das células dos marca-passos atriais (1).
▶ Dispara PA
▶ Propaga-se através dos feixes nervosos (2)
▶ Despolarização do PA seguida de contração muscular (3)
▶ Ejeção de sangue no sistema (4)
▶ 1 e 2 – Campo eletromagnético
▶ 3 e 4 – Campo gravitacional
Funcionamento
Campo Eletromagnético
•As ondas se dirigem em várias direções
•Soma vetorial da atividade elétrica – Eixo elétrico ou Vetor Elétrico do 
Coração
▶ Galvanômetros – Registram PA do coração em várias partes do corpo
▶ Equipamento fabricado antes da era Eletrônica para registrar potenciais.
▶ Registro da atividade cardíaca – Eletrocardiograma (ECG)
Galvanômetro
Princípios Biofísicos que Prevalecem na 
Tomada do ECG
▶ Eletródio ativo (Ea) e Eletródio referência (Er) – Determina potenciais e 
correntes biológicas.
▶ Dipolo (+ e -) - energia se distribui em linhas isopotênciais.
▶ Colocando um voltímetro: dp = Ea – Er mV
Potencial dp
Eletrocardiograma - ECG
Método Clássico de Einthoven
Ea Er
DI = Vl - Vr Braço esquerdo – Braço direito
DII = Vf - Vr (pé esquerdo – braço direito)
DIII = Vf - Vl Pé esquerdo – braço esquerdo
•Derivação - Cada modo de ligar os eletródios.
• Somando DI + DIII = DII.
•Cada derivação é registrada separadamente.
•Perna direita usada como terra para evitar campos Em externos.
•Modo de registro bipolar – Cada eletródio registra seu potencial e há a soma 
algébrica.
Método Unipolar de Wilson
•Er ligado à terminal central com potencial zero
•Os três pontos são ligados entre si com resistência de 5000Ω, diminuindo 
o potencial no ponto T para 0.
•Ea é colocado onde se quer medir.
•Wilson introduziu medidas precordiais V1 e V6.
•Ea é colocado em várias partes do Torax.
Derivações Precordiais
▶ Substituiu as derivações do método de Wilson.
▶ Derivações Vr, VL e Vf.
▶ Central terminal T obtida com duas resistências, cancelando-se a resistência 
correspondente ao membro a ser medido.
▶ aVr – Vr aumentada; aVl – Vl aumentada; aVf – Vf aumentada.
▶ V1 a V6 não precisam de derivação aumentada porque já tem potenciais altos.
▶ O registro habitual é: DI, DII, DIII, aVr, aVl, aVf, V1, V2, V3, V4, V5 e V6.
▶ Os registradores modernos têm essas ampliações de dp feitas eletronicamente.
Registro Unipolar Aumentado
▶ Represente ddp em mV em função do tempo.
▶ Vertical : 0,1mV
▶ Horizontal : 40ms
▶ Onda P, complexo QRS, onda T e eventualmente onda U.
Traçado Básico do ECG
Ondas de ECG
Onda U – Repolarização lenta dos 
músculos papilares (músculos que 
abrem as valvas bi e tricúspide)
O Eixo Elétrico do Coração ou 
Vetor Cardíaco
▶ Representa a resultante de várias ondas de despolarização do sincício 
miocárdico, especialmente da massa ventricular.
▶ A soma dos vetores no complexo QRS, nas derivações uni e bipolares, dá 
algumas informações sobre a hipertrofia do miocárdio, e outros dados de 
interesse clínico.
▶ O coração está colocado no centro de um triângulo equilátero, e seu vetor se 
projeta no plano compreendido pelo triângulo.
▶ Projetando-se os vetores DI, DII e DIII, no cruzamento das linhas se forma o 
eixo elétrico (Ee).
Método do Triângulo de Einthoven
▶ Como usar o triângulo de Einthoven como sistema de coordenadas é pouco 
prático, este é transformado em sistema cartesiano, pelo deslocamento do 
triângulo.
▶ Os lados do triângulo são empurrados.
▶ Tirar o ECG;
▶ Somar os pulsos principais do complexo QRS em DI, DII e DIII;
▶ Lançar os valores no sistema de coordenadas, respeitando a polaridade.
▶ Os valores normais estão de -30° a +110° para uns e 0° a +90° para outros.
O Processo é Simples:
▶ O biotipo morfológico se acompanha de valores normais aproximadamente 
característicos.
▶ Em pessoas baixas o Ee se aproxima de 0°, em altas de +90° e normais tem 
posição intermediária.
Biotipo
▶ Princípio estatístico baseado na distribuição dos seis vetores (DI, DII, DIII, aVR, 
aVL e aVF).
▶ Sistema de coordenadas anterior acrescido de derivações unipolares 
aumentadas.
Métodos das Derivações Clássicas e 
Unipolares
▶ Determinar a polaridade de cada derivação, sendo necessário medir o 
comprimento dos vetores;
▶ Traçar, de acordo com a polaridade, um arco de círculo que comece na 
derivação e termina nas duas derivações perpendiculares (ângulo reto);
▶ Após traçar os seis arcos de círculo, verificar quais derivações são cortadas 
pelo maior número de arcos, onde estará o Ee.
O Procedimento é o Seguinte:
▶ Esse método se simplifica quando, ao se fazer o traçado, nota-se que uma 
derivação qualquer possui pulsos isodifásicos (igual nas duas fases).
▶ Nesse caso o eixo elétrico é perpendicular à derivação isodifásica.
Campo Gravitacional e a Circulação
Fisiologia do Coração
Sistema Circulatório e Pressão
Pressão Grande e Pequena Circulação
▶ Regime Estácionário - O fluído que entra é igual ao que sai.
▶ Fluxo - A quantidade de líquido que passa é a mesma em cada segmento. F = 
f1 = f2 = f3
▶ Energética – A velocidade de circulação diminui à medida que o diâmetro 
aumenta. v1>v2>v3
▶ A pressão lateral aumenta, porque a soma Ep + Ec é aproximadamente 
constante, e a Energia potencial (Ep) cresce às custas da Energia cinética (Ec). 
▶ Na realidade, parte da Ec é consumida pelo atritio, e a Ep não aumenta tanto 
Ep1<Ep2<Ep3
Conceitos
▶ A equação do fluxo é a mesma de qualquer outro condutor: f = v x A
▶ Exemplo: Em um sistema em regime estacionário, o fluxo é de 100ml. Min-¹. se 
os segmentos A, B e C possuem áreas de 10, 20 e 100 cm², qual é a velocidade 
nesses três segmentos?
Fluxo
▶ Fluxo: 100ml.min^-1
▶ Áreas: 10, 20 e 100 cm^2
▶ Considerando: 
Resposta
▶ Quais são as relações entre as condições do fluxo 
estacionário e a fisiopatologia circulatória?
Fluxo Estacionário em Biologia
▶ Uma das mais graves emergências circulatórias.
▶ A quantidade de sangue que entra é maior que a que sai.
▶ Pode ocorrer por aumento da resistência à circulação, por falha do coração.
▶ O acúmulo de sangue (estase) impede as trocas gasosas e tende a sair pelos 
alvéolos, “afogando” o paciente no próprio plasma.
▶ Calcula-se que uma estase de 1% por 10 minutos é fatal.
Quebra do Regime Estacionário – Edema 
Pulmonar
▶ Um paciente tem um desvio de 1% no RE, durante 10 minutos. Calcule a 
quantidade de fluido que fica no pulmão, considerando a normalidade de 
90BPM:
Exemplo
▶ Supondo um débito de 81ml a cada batida, 1% é 0,8 ml, aproximadamente, o 
fluido acumulado em 10 minutos será:
▶ Volume = 0,8 ml x 90BPM x 10min = 700mL
Resposta
▶ É necessário estancar o sangramento e repor o volume dependendo da 
situação.
▶ Os sangramentos arteriais são mais perigosos que os venosos.
Quebra do Regime Estacionário – Hemorragias
▶ Energia total (Et) = Energia potencial (Ep) + Energia cinética (Ec) + Energia 
dissipada no atrito (Ed) + Energia posicional devido à ação do campo G (Eg)
Energética dos Fluxos Estacionários
▶ O componente Eg será desprezado nesse caso por não alterar o resultado. A 
equação fica: Et = Ep+Ec+Ed = constante.
▶ A soma das energias é constante.
Relação entre Energética do Fluxo e 
Pressão Lateral
▶ A Ec, representa a velocidade do fluxo, e não pode diminuir no regime 
estacionário.
▶ Ela se gasta em parte para vencer a Ed e se repõe às custas da Ep, que causa 
pressão lateral. Assim, a pressão cai ao longo do vaso.
▶ É por esse motivo que artérias laterais distais possuem menor pressão de 
irrigaçãoque as proximais. Efeito este contrabalanceado pela divisão das 
artérias em segmentos de áreas cada vez maiores.
▶ Estenose é um estreitamento da luz do vaso e o aneurisma é uma dilatação.
▶ Na parte estenosada o sangue circula com maior velocidade.
▶ No aneurisma a velocidade é menor.
▶ Há maior frequência de infarto em regiões onde há artérias esclerosadas, pois 
na aterosclerose (deposição de gordura e cálcio na luz do vaso), há estenose.
Anomalias de Fluxo
▶ Onda de pulso – Energia da contração cardíaca que se propaga pelo sangue 
(Energia mecânica).
▶ Corrente sanguínea – Deslocamento da massa de sangue medida pelo 
movimento das hemácias (Matéria).
▶ Onda de pulso se propaga com velocidade de 4 a 6 vezes maior que a corrente 
sanguínea.
Pulso e Corrente Sanguínea
▶ Sístole – Contração com esvaziamento do coração. os átrios ejetam sangue nos 
ventrículos, e esses nas artérias aorta e pulmonar.
▶ Diástole – relaxamento com entrada de sangue nas cavidades cardíacas, e 
fechamento das válvulas arteriais.
Energética da Sístole e Diástole
▶ A contração do ventrículo lançou a massa de sangue com Energia cinética (Ec) 
que se divide em dois componentes:
▶ Um, como Ec acelera o sangue e dilata a artéria e o outro como Ep, se 
armazena na artéria.
Representação do Ventrículo Esquerdo 
Antes da Sístole
▶ Quando a sístole termina, começa a diástole, a válvula aórtica se fecha, a Ec da 
contração está gasta.
▶ Então a Ep armazenada na artéria se forma parcialmente em Ec. Ficam 
novamente dois componentes:
▶ Um com Ec, mantém a corrente sanguínea. Outro, como Ep, mantém a pressão 
lateral.
▶ O estado estacionário no capilar é importante.
▶ Se o fluido que sai é maior do que o fluido que entra, imediatamente, a água é 
retida no Compartimento Extracelular (CEC).
▶ Pode ser causado por:
Edema
▶ É a pressão que deve ser aplicada sobre uma membrana semipermeável para 
evitar que o solvente a atravesse, ou seja, é a força contrária à osmose.
▶ Diminuição da Posm intracapilar, por hipoproteinemia. A resultante osmótica na 
entrada do capilar diminui e há escape de fluido para o CEC.
▶ Na saída do capilar, a entrada de fluido é também prejudicada, acentuando a 
retenção de fluido no CEC.
▶ Aumento de sais no CEC. Quando, por razões de insuficiência cardíaca, ou 
renal, há retenção de sais, a Posm do CEC aumenta, com consequente 
retenção de fluido nesse compartimento.
Alterações na Pressão Osmótica
▶ É a pressão que ocorre no interior dos líquidos, sendo exercida pelo seu próprio peso.
▶ Dilatação arteriolar ou constrição venular, ambos com aumento da Phid e consequente 
aumento do vetor de saída e diminuição do vetor de entrada de fluido.
▶ Aumento da pressão venosa, onde a passagem do sangue pelos capilares exige 
aumento da Phid, e a situação das forças é maior na saída e menor na entrada de 
fluido.
▶ Ação do campo gravitacional.
Alterações na Pressão Hidrostática
▶ Substâncias como histamina, bradicinina e cininas, aumentam a permeabilidade 
do capilar e permite o vazamento de macromoléculas, em especial a albumina, 
para o CEC.
▶ Com a queda da Posm intracapilar, fluido se acumula nesse espaço.
▶ Tal edema acompanha os estados inflamatórios.
Alterações na Permeabilidade do Capilar
Fluxo Laminar, Fluxo Turbilhonar e 
seu Relacionamento com a Circulação 
Sanguínea
▶ No fluxo laminar a entropia é adequada ao processo, não havendo desperdício 
de energia cinética, e o fluxo é proporcional à velocidade linear do sangue.
▶ No fluxo turbilhonar, a entropia é exagerada, porque a parte da Ec é gasta em 
vencer um atrito interno maior, causado pelo choque de fluidos em movimento 
turbilhonar, e a velocidade linear do fluido é menor.
▶ Laminar – silencioso
▶ Turbilhonar – ruidoso.
Termodinâmica
▶ Número de Reynolds – Valor adimensional que indica o limite entre o fluxo 
laminar e turbilhonar.
▶ Em condutores retilíneos, é Re é cerca de 2000 no SI.
Número de Reynolds e Velocidade Crítica
Exemplo
Resposta
▶ A medida indireta da PA consiste em comprimir uma artéria através de um 
manguito de ar ligado a um nanômetro.
▶ Quando a pressão externa aplicada colaba as paredes da artéria, o fluxo cessa 
completamente, e nada se escuta no estetoscópio.
▶ Em seguida o manguito é descomprimido gradualmente.
▶ Quando a pressão sanguínea é suficiente para forçar u jato de sangue através 
da parte estreitada, esse jato passa rapidamente com fluxo turbilhonar, e se 
ouve um ruído, é a pressão sistólica.
Medida de Pressão Arterial
▶ Continua-se a descompressão gradual.
▶ Quando o escoamento volta ao laminar, o ruído desaparece e a pressão é a 
diastólica.
▶ De modo geral a circulação sanguínea é laminar, ou seja, silenciosa.
▶ A presença de fluxo turbilhonar é conhecido como sopro circulatório.
▶ Normal – Atividade física intensa
▶ Patológico – diminuição da viscosidade do sangue por ex.
Sopros Circulatórios
Fatores Físicos que Condicionam o Fluxo – 
Lei de Poiseuille
Exemplo
Resposta
▶ Um dos fatores mecânicos mais importantes para o controle do fluxo na 
circulação.
▶ Como o raio está elevado a 4ª potência, uma diminuta variação corresponde a 
grande variação do fluxo.
Raio
▶ O fluxo é inversamente proporcional ao comprimento.
Comprimento do Tubo
▶ Diminuição da viscosidade – Aumento da velocidade.
Anemia profunda – Sopro
▶ Aumento da viscosidade – Diminuição da velocidade
▶ Policitemia vera – Aumento do número de hemácias
Viscosidade
▶ Pressão (p) = Resistência (R) x Fluxo (F) 
Resistência Periférica
▶ Pressão = força/área
▶ Tensão = força/raio
▶ Quanto maior é a área, menor é a pressão e quanto maior é o raio, menor é a 
tensão.
▶ A lei de laplace tem equações que dependem da forma do continente:
▶ P é a pressão exercida na cavidade e T a tensão exercida pelas paredes da 
cavidade.
Relação entre Pressão e Tensão – Lei de 
Laplace
▶ A tensão é mantida por fibras musculares (coração) ou elásticas (vasos 
sanguíneos).
▶ A comparação entre as formulas para esferas e cilindros mostra que, para um 
ventrículo de 3 cm e uma aorta de 1cm de raio, a tensão no ventrículo tem que 
ser 6 vezes maior que na aorta, para manter a mesma pressão.
Campo Gravitacional e a Circulação
▶ A contribuição quantitativa do campo G é 0,78 mmHg.
▶ Considerando que a cada 1 cm de altura do campo G, a coluna de sangue pesa 
0,78 mmHg
▶ Exemplo 1 – Qual a contribuição do capo G para a pressão sanguínea arterial 
na cabeça, a 40 cm acima do coração? Sabendo que a pressão arterial no 
coração é cerca de 95 mmHg e o vetor G é negativo.
▶ Resposta: 40 x 0,78 = 30 mmHg. 95-30 = 65 mmHg.
▶ Exemplo2 – A pressão venosa na cabeça é cerca de 5 mmHg. Qual o efeito do 
campo G?
▶ Resposta: P = 5 – (40 x 0,78) = 5 – 31 = -26 mmHg. (pressão negativa).
▶ Exemplo 3 – Qual é a contribuição do campo G para a pressão arterial no pé de 
um indivíduo, em posição ereta? A distância coração – pé é cerca de 90mmHg.
▶ Resposta : P = 90 + (120 x 0,78) = 90 + 90 = 184 mmHg.
1. Quais são as partes fundamentais do sistema cardiovascular?
2. Qual é a série de eventos do ciclo cardiaco?
3. Se o eletródio ativo é colocado sobre o tórax, quais as derivações podem ser 
medidas?
4. O que ocorre para a formação das ondas P, QRS e T?
5. Qual a diferença entre onda de pulso e corrente sanguínea:
6. Descrever sístole e diástole:
7. Se naquele vaso sanguíneo for determinado o fluxo sanguíneo de 80ml.min^-1 com 
velocidade de 10cm.min^-1, qual o tamanho da área analisada?
8. Por que há maior incidencia de infarto tissular em regiões irrigadas por artérias 
estenosadas?
9. Qual a diferença entre onda de pulso e corrente sanguínea?
10. Descreva a energética do fluso na sístole e diástole:
11. Descreva algumas causas de edema:
12. Diferencie fluxo laminar e turbulento:
Atividade
13. Descrever a tomada da pressão arterial usando o esfigmomanômetro e o 
estetoscópio:
14. Qual é a alteraçãode fluxo que provoca o aparecimento do sopro?