Biofísica da circulação

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BIOFÍSICA DA CIRCULAÇÃO
Revisão e inter-relação entre diferentes variáveis do sistema cardiovascular.
Débito cardíaco: Volume de sangue ejetado pelos ventrículos em um minuto. Deve ser mantido sempre em níveis constantes porque é esse valor que vai ser responsável pela adequada perfusão de todos os órgãos e tecidos. É um parâmetro oriundo do débito sistólico (que é o volume de sangue ejetado pelo ventrículo em um batimento) e pelo número de vezes que o coração bate e um minuto (freqüência cardíaca), então, se houver alterações na freqüência cardíaca ou no débito sistólico, se altera também o débito cardíaco
A freqüência cardíaca é controlada pelo SNA (simpático e parassimpático)
O coração tem capacidade de gerar potencial de ação, o mecanismo de condução está sob influência do sistema nervoso autônomo. Isso porque o parassimpático e simpático inervam o nodo sinusal e nodo atrioventricular, o simpático inerva os ventrículos.
O sangue do débito cardíaco, que vai percorrer todo o nosso corpo está percorrendo em um sistema de vasos e esses vasos vão impor maior ou menor resistência a essa passagem (resistência vascular periférica). Os vasos regulam essa resistência de acordo com o órgão que estão irrigando.
A resistência vascular periférica aliada ao débito cardíaco vai dar origem ao parâmetro chamado pressão arterial (parâmetro referencial para se avaliar a desempenho cardiovascular, é o produto da resistência vascular periférica pelo débito cardíaco). Se o débito cardíaco é aumentado, a pressão arterial também aumenta. Se a resistência vascular periférica é muito aumentada, a pressão arterial também deve ser aumentada, porque se a resistência a passagem do sangue é aumentada, o coração trabalha mais, para vencer essa resistência.
Biofísica da circulação
Wiilian Harvey descobriu a nossa circulação sanguínea. Ele viu que o nosso sistema vascular se assemelha a sistema em forma de tubos. Nos tubos (vasos) circulam sangue, com características, regulação e densidade próprias.
Distribuição do volume de sangue: 
Nota-se que a porcentagem da distribuição do volume de sangue no corpo.
9% na circulação pulmonar, 13% nas artérias, 7% nas arteríolas e capilares e 64% nas veias, vênulas e seios venosos. Então a maior parte do volume de sangue no nosso corpo está nas veias. Existe uma razão para isso: 
Fluxo de Sangue nos órgãos: 
Fluxo é a quantidade de sangue que se passa num determinado lugar durante um minuto. O fluxo total do nosso corpo é o débito cardíaco
O débito cardíaco gira em torno de 5L/min, o sangue oriundo dele é distribuído pelo ventrículo esquerdo. Note na imagem a distribuição aproximada de quanto sangue os órgãos recebem por minuto. Deve-se lembrar que essa distribuição varia de acordo com a necessidade do indivíduo. Então, depois do almoço o valor do sistema gastrointestinal pode aumentar, enquanto o do músculo pode diminuir, assim como pode ocorrer o inverso durante uma atividade física. Há uma quantidade basal para cada órgão, que a partir dessa taxa, que o fluxo pode variar.
Essa variação do fluxo pode variar devido à estrutura dos nossos vasos sanguíneos.
Estrutura dos vasos sanguíneos:
É necessário saber a composição do vaso e sãs variações para se saber sua dinâmica. Os vasos em geral possuem 3 camadas: túnica íntima, túnica média e túnica adventícia.
Nota-se na terceira fila as composições dos vasos, sendo avaliada de cima para baixo: Endotélio, fibras elásticas, musculatura lisa e fibras colágenas.
Artérias Elásticas: A artéria aorta é uma artéria elástica, pois em sua composição encontra-se uma demasiada quantidade de elastina. Isso confere à ela uma característica de se distender e voltar ao normal quando não estiver recebendo a força para ser distendida. Isso é chamado de retração elástica.
Artérias Musculares: São vasos de calibre médio. Nota-se nela uma grande quantidade de elastina (que a permite se distender), mas, sobretudo, de músculo liso. Então ela possui alta capacidade de contração, maior que a capacidade de contração do que a aorta
Vasos de resistência (arteríolas): São artérias de pequeno calibre. Possuem como característica alta quantidade de músculo liso. Não possui a capacidade retrátil que as artérias elásticas e musculares possuem, mas têm grande capacidade contrátil e, por conta disso, as arteríolas são o ponto que vão oferecer a maior resistência à passagem de sangue. Elas não ficam sempre contraídas, porque (lembrando que a pressão arterial é o produto do débito cardíaco pela resistência vascular periférica) isso aumentaria a resistência vascular periférica, o coração deverá bombear com mais força e a pressão arterial irá subir. Isso demonstra o problema da hipertensão, que é geralmente causado pela contração excessiva.
Vasos de trocas (capilares): São constituídos por uma única camada de células, para facilitar a difusão na hora da troca. É a região de troca de substancias entre os tecidos e os vasos. Todos os órgãos possuem uma extensa rede de tecidos e capilares onde ocorre a difusão simples (não precisa de gasto de energia e é a favor do gradiente de concentração) dos nutrientes. Se uma célula possui pressão parcial de oxigênio baixa e ao sangue possui uma pressão parcial de oxigênio alta, pelo gradiente de concentração, o oxigênio vai se difundir para a célula.
O sangue, após a troca, volta ao coração através da veias e vênulas
Vasos de capacitância: possuem esse nome por possuírem grande capacidade de agüentar os grandes volumes. Estão inclusos nesses vasos, as veias e as vênulas.
-Vênulas: Possuem pequena quantidade de elastina e de músculo liso, mas uma maior quantidade de fibras colágenas que serve para dar resistência e suporte à estrutura. Nesse caso, embora eles possuam capacidade de agüentar maior volume, não se mexe a pressão, porque esses vasos apresentam baixa quantidade de musculatura lisa, oferecendo assim menos resistência.
-Veias: Possuem as mesmas características das vênulas, porém com grande quantidade de musculatura lisa. Isso é importante para regular o volume, porque, numa condição de atividade física, onde se necessita do aumento do aporte de sangue para os músculos, e esse aporte de sangue vêm do sistema venoso, então há a contração da musculatura lisa das veias, jogando maior quantidade de sangue para o coração, aumentando a pré-carga (quantidade de sangue que chega), que somado ao aumento da freqüência dos batimentos cardíacos, suprirá a demanda de sangue da musculatura.
O lado arterial é o lado do sistema vascular responsável pela distribuição do sangue e o lado venoso é responsável pelo armazenamento do sangue.
Fluxo Sanguíneo:
É definido como a diferença de pressão pela resistência vascular.
O fluxo de sangue é determinado por dois fatores:
 1. Diferença de pressão entre as artérias que a região em questão e as veias que a drenam. Essa diferença de pressão é designada como pressão de perfusão. O lado arterial tem uma pressão maior e o venoso possui uma menor, isso permite o fluxo sanguíneo e o sentido dele. Quando se aumenta e diferença de pressão, o fluxo sanguíneo é aumentado 
 2. Resistência oferecida pelos vasos sanguíneos ao fluxo de sangue é denominada se resistência vascular. Se a resistência à passagem de sangue for muito alta, o fluxo pode ficar comprometido, pois isso impede a chegada de sangue. Quando se aumenta a resistência vascular, se diminui o fluxo.
 Fluxo sanguíneo = Pressão de perfusão/resistência vascular 
Fluxo sanguíneo tem como unidade de medida, volume pelo tempo (ml/min). Então, é o volume (sangue) por unidade de tempo
Diferença de Pressão (Primeiro parâmetro):
 É determinada pela diferença de pressçao que existe do lado arterial (artéria aorta que chega a 120) para o lado venoso (que não passa de 20 a 30). Se as veias oferecessem resistência, não haveria diferença de pressão. E o sentido do fluxo é sempre é da maior pressão para menor pressão
Resistência vascular (segundo parâmetro): 
Nota-se que a resistência vascular é regulada pelos seguintes parâmetros:
resistência, viscosidade do sangue(é um constante, pois não muda em todo o seu trajeto), comprimento do vaso sanguíneo (também não muda, e juntamente com a viscosidade do sangue, não representam grandes influencias na resistência) e comprimento do vaso sanguíneo, elevado à quarta potência (apresenta grande influência na resistência)
Resistência diretamente proporcional a viscosidade do sangue () 
Resistência diretamente proporcional ao comprimento (I)
Resistência inversamente proporcional a quarta potência do raio (r4 )
Equação de Poiseuille
Influência do diâmetro vascular sobre o fluxo
A pressão de perfusão é mantida a mesma (em torno de 100mmHg) para ter certeza que a variação do fluxo que se observa, não é causada pela variação das pressões nos vasos, mas sim, que foi oriunda do diâmetro.
Observa-se que quando o diâmetro é dobrado, o fluxo aumenta elevado a 4º potencia.
Então, o maior determinante para a resistência é o diâmetro do vaso.
As arteríolas que variam muito o seu tamanho, então se as arteríolas aumentam o diâmetro, o fluxo vai aumentar a quarta potencia.
A resistência pode ser periférica, total ou em um só órgão.
A resistência de toda vasculatura sistêmica e pode ser determinada pela relação entre fluxo, pressão e resistência. 
-R= diferença de pressão (aorta e cava)/fluxo (débito cardíaco)
 Também pode se aplicada em menor escala para a determinação da resistência de um só órgão. 
-R= diferença de pressão (artéria renal e veia renal)/ fluxo (sanguíneo renal)
Então pode-se saber a resistência do fluxo sanguíneo global e também a resistência somente de um órgão
 O nosso organismo possui dois tipos de resistência: 
Resistência em série:
Resistência em série:
Uma dá seqüência à outra (artéria dá origem a arteríola, que dá origem a capilar, que dá origem à vênula...)
O somatório de todas as resistências de cada um desses segmentos dá a chamada resistência total.
A resistência total de um leito vascular é determinada, em grande parte, pela resistência arteriolar porque a sua capacidade de variação de leito é maior.
Resistência em paralelo:
Partindo da aorta, há a distribuição para outros locais, como cérebro, rim, músculo, pele...
Nesse caso, as resistências vão ser menores porque partindo da aorta a resistência vai se diluir. Então a resistência total vai ser menor do que qualquer resistência individual.
Tipos de fluxo sanguíneo: 
Podem ser laminar ou turbilhonar.
Fluxo laminar: As células sanguíneas vão de uma forma organizada. Algumas células possuem velocidade menor por estarem em contato com a parede vascular ou muito próximo. As que se situam no centro do vaso possuem velocidade máxima. É conhecido com um fluxo silencioso.
Fluxo turbilhonar: Quando o fluxo é mais “embolado” ou difuso, Este produz sons. Pode ser encontrado em locais de bifurcação, no arco aórtico. Num fluxo turbilhonar, se diz que há um maior aumento do estresse de cisalhamento, estes pontos são os mais possíveis de se haver lesão no endotélio e surgimento de placas ateromatosas.
Fluxo sanguíneo turbulento:
 O sangue sanguíneo é geralmente laminar e caso haja algum trombo ou ateroma, esse fluxo torna-se turbilhonar e depois de um certo percurso ele volta a ser laminar.
O número de Reynold é utilizado para prever se o fluxo será laminar ou turbulento. Quanto maior o número de Reynold (Re) maior a probabilidade de turbulência. O número de Reynold leva em conta a densidade, diâmetro, velocidade e viscosidade.
Efeito do diâmetro sobre a velocidade do fluxo:
v= Velocidade
Q= Fluxo
A= Área
Nota-se que quando o fluxo é mantido, o diâmetro exerce grande influência sobre a velocidade (distância que o volume vai percorrer em um determinado tempo). Percebe-se que quando se aumenta o diâmetro do vaso, a velocidade diminui.
Aumenta o diâmetro do vaso, a velocidade diminui, e o fluxo aumenta.
Efeito do diâmetro na velocidade do fluxo sanguíneo do organismo:
 Nota-se que a área da artéria aorta comparada com a área de todos os capilares é menor.
Então, se a medida que a área aumenta, a velocidade do fluxo diminui, significa que a velocidade de sangue quando sai da artéria aorta é maior e a medida que esse sangue passa a outros segmentos ela diminui. Isso é importante fisiologicamente, pois é necessária menor velocidade nos capilares para que se ocorra maior troca de nutrientes e retiradas de metabólitos tóxicos. Nos capilares, passa uma célula de cada vez 
Relação Área de Secção e Volume Sanguíneo
Nota-se que a área de secção transversa nos capilares é muito grande e o volume nos capilares vai ser menor. Nota-se também um grande volume sanguíneo na veia por conta da distribuição.
Na correlação entre os parâmetros: Pressão sanguínea, área de secção transversa, resistência vascular e velocidade do sangue, percebem-se. A diferença da pressão entre os vasos, isso se relaciona também à área de secção transversa que vai aumentando a medida que os vasos vão se bifurcando.
nota-se também que a velocidade do sangue é maior na aorta e a medida que se bifurca é maior e a resistência é maior nas arteríolas