Presentación de PowerPoint...Superficies transversales y velocidades del flujo sanguíneo. •Si...

Visión general de la circulación; biofísicade la presión, el flujo y la resistencia

ESTADOS DE LA MATERIA:

SÓLIDO

LÍQUIDO

GASEOSO

Transmite fuerzas tangenciales

Forma propia

No transmite fuerzas tangenciales

No tiene forma propia, pero sí

forma limitada

No transmite fuerzas tangenciales

No tiene forma propia y ocupan

todo el volumen del contenedor

FLÚIDOS

Los Estados de la Materia están caracterizados por el tipo de

interacciones moleculares

Funciones

• Transporta nutrientes hacia los tejidos del organismo

• Transporta los productos de desecho

• Transportar las hormonas de una parte del organismo a otra

• Mantener un entorno apropiado en todos los líquidos tisulares del organismo para lograr la supervivencia y funcionalidad óptima de las células

Características físicas de la circulación

• La circulación está divida en circulación sistémica y circulación pulmonar.

Circulación Esquemática

Pulmones Tejidos

Lado izq. del corazón

Lado der. del corazón

A V

V A

Venas pulmonares

Arteria pulmonar

Aorta

Venas cavas sup. e inf.

Válvula mitral

Válvula sigmoidea pulmonar

Válvula sigmoidea aórtica

Válvula tricúspide

Componentes funcionales de la circulación

• La función de las arterias consiste en transportar la sangre con una presión alta hacia los tejidos, motivo por el cual las arterias tienen unas paredes vasculares fuertes y unos flujos sanguíneos importantes con una velocidad alta.

• Las arteriolas son las últimas ramas pequeñas del sistema arterial y actúan controlando los conductos a través de los cuales se libera la sangre en los capilares.

• La función de los capilares consiste en el intercambio de líquidos, nutrientes, electrólitos, hormonas y otras sustancias en la sangre y en el líquido intersticial.

Componentes funcionales de la circulación

• Las vénulas recogen la sangre de los capilares y después se reúnen gradualmente formando venas de tamaño progresivamente mayor.

• Las venas funcionan como conductos para el transporte de sangre que vuelve desde las vénulas al corazón;

• Como la presión del sistema venoso esmuy baja, las paredes de las venas son finas

Volúmenes de sangre en los distintos componentes de la circulación.

• 84% del volumen de sangre se encuentra en la circulación sistémica

• 16% en el corazón y los pulmones.

• 84% que está en la circulación sistémica, el 64% está en las venas, el 13% en las arterias y el 7% en las arteriolas y capilares sistémicos.

• El corazón contiene el 7% de la sangre y losvasos pulmonares, el 9%.

PRESIÓN EN UN LÍQUIDO EN REPOSO

FUERZA

PRESIÓN =

ÁREA

En el SI la unidad de Presión es el PASCAL (Pa) = 1 N/m2

En el sistema CGS la unidad de Presión es el Bar = 1 dina/cm2

Cuando se ejerce una presión sobre la superficie de un líquido,

esta se transmite con igual intensidad en todas las direcciones.

PRINCIPIO DE PASCAL:

Superficies transversales y velocidades del flujosanguíneo.

• Si todos los vasos sistémicos de cada tipo se pusieran uno al lado del otro, la superficie transversal total aproximada para un ser humano medio sería la siguiente:

• Obsérvese en particular la superficie transversal mucho mayor de las venas que de las arterias, con una media cuatro veces mayor en las primeras, lo que explica la gran capacidad de reserva de sangre

• Como debe pasar el mismo volumen de flujo sanguí-neo (F) a través de cada segmento de la circulación en cada minuto, la velocidad del flujo sanguíneo (v) es inversamente proporcional a la superficie transversal vascular (A).

Presión

• La presión sanguínea es la fuerza ejercida por la sangre contra cualquier unidad de área de la pared vascular.

• La presión en el sistema cardiovascular se expresa en milímetros de Hg por encima de la presión atmosférica

• 1mm de Hg = 1.36 cm de H2O

Presión de Perfusión

• El Flujo Sanguíneo a través de un órgano o cualquier red vascular es posible por la Presión de Perfusión (= Gradiente de Presión) que normalmente es representado como la diferencia entre las presionesarterial y venosa a través del órgano.

• Presión de Perfusión Cerebral–presión Arterial Media – Presión Venosa Central o ICP (= PresiónIntraCranial, un poco más alta)

• Presión de Perfusión Coronaria–Presión Diastólica - LVEDP(=Left Ventricular End-Diastolic Pressure)

Presiones en las distintas porciones de la circulación.

• Como el corazón bombea la sangre continuamente hacia la aorta, la presión media en este vaso es alta, con una media en torno a los 100 mmHg. Además, como el bombeo cardíaco es pulsátil, la presión arterial alterna entre una presión sistólica de 120 mmHg y una diastólica de 80 mmHg

• A medida que el flujo sanguíneo atraviesa la circulación sistémica la presión media va cayendo progresivamente hasta llegar casi a 0 mmHg en el momento en el que alcanza la terminación de las venas cava, donde se vacía en la aurícula derecha del corazón.

Principios básicos de la función circulatoria

• La velocidad del flujo sanguíneo en cada tejido del organismo casi siempre se controla con precisión en relación con la necesidad del tejido.

• Depende de: disponibilidad de oxígeno, nutrientes, acumulación de dióxido de carbono, control nervioso de la circulación desde el sistema nervioso central y las hormonas

• La regulación de la presión arterial es generalmente independiente del control del flujo sanguíneo local o del control del gasto cardíaco.

• El gasto cardíaco se controla principalmente por la suma de todos los flujos tisulares locales.

Interrelaciones entre la presión, el flujo y la resistencia

• Determinantes: • Diferencia de presión de la sangre entre los dos extremos de un vaso,

también denominado «gradiente de presión» en el vaso, que es la fuerza que empuja la sangre a través del vaso

• Impedimentos que el flujo sanguíneo encuentra en el vaso, que se conoce como resistencia vascular.

Interrelaciones entre la presión, el flujo y la resistencia

• P1 representa la presión en el origen del vaso; en el otro extremo, la presión es P2.

• La resistencia es consecuencia de la fricción entre el flujo de sangre y el endotelio intravascular en todo el interior del vaso.

• El flujo a través del vaso se puede calcular con la fórmula siguiente, que se conoce como ley de Ohm :

• F es el flujo sanguíneo, AP es la diferencia de presión (Pt - P2) entre los dos extremos del vaso y R es la resistencia.

• En esta fórmula se afirma que el flujo sanguíneo es directamente proporcional a la diferencia de presión, pero inversamente proporcional a la resistencia.

Flujo sanguíneo

• El flujo sanguíneo es, sencillamente, la cantidad de sangre que atraviesa un punto dado de la circulación en un período de tiempo determinado.

Esquemáticamente, reconocemos 3 tipos de flujo:

1) FLUJO LAMINAR

2) FLUJO TRANSICIONAL

3) FLUJO TURBULENTO

Flujo de sangre laminar

• Cuando el flujo sanguíneo se mantiene en equilibrio a través de un vaso sanguíneo largo y liso, el flujo se produce de forma aerodinámica, manteniéndose cada capa de sangre a la misma distancia de la pared del vaso. Además, la porción de sangre más central se mantiene en el centro del vaso. Este tipo de flujo se conoce como flujo laminar

Flujo de sangre turbulento

• Flujo turbulento, que es el flujo sanguíneo que transcurre en todas las direcciones del vaso y se mezcla continuamente en su interior

• Cuando la velocidad del flujo sanguíneo es demasiado grande, cuando atraviesa una obstrucción en un vaso, hace un giro brusco o pasa sobre una superficie rugosa


• El flujo turbulento tiende a aumentar en proporción directa a la velocidad del flujo sanguíneo, al diámetro del vaso sanguíneo y a la densidad de la sangre y es inversamente proporcional a la viscosidad de la sangre, de acuerdo a la ecuación siguiente:

• V x D x PRe = -----------

T

• Re es el número de Reynolds, una medida que da idea de la tendencia a producirse turbulencias, (v es la velocidad media del flujo sanguíneo (en centímetros/segundo), d es el diámetro del vaso (en centímetros), p es la densidad y n es la viscosidad (en poise)

vDNR

FUERZAS INERCIALES

FUERZAS VISCOSAS

Número de Reynolds

En fluidos simples, el Número de Reynolds permite predecir el

régimen de flujo. Según algunos autores:

Re 2000 FUJO LAMINAR

2000 Re 4000 FLUJO DE TRANSICIÓN

Re 4000 FLUJO TURBULENTO

En la sangre, se considera que el NR para alcanzar la velocidad

crítica es de 2000

Básicamente, en el aparato circulatorio el flujo sanguíneo es laminar.

Sin embargo, en ciertas circunstancias ocurren, normal o

patológicamente, algunas turbulencias.

El flujo turbulento aumenta dramáticamente la resistencia, por

lo que se necesitan mayores gradientes de Presión para

mantener el flujo.

Flujo

Presión de perfusión (P)

Flujo

turbulento

Flujo

laminar

N crítico de Reynolds


• Condiciones apropiadas para que haya turbulencias:• Velocidad elevada del flujo sanguíneo

• Naturaleza pulsátil del mismo

• El cambio brusco del diámetro del vaso

• Diámetro del vaso de gran calibre

Flujo

laminar

Flujo

turbulento

Perfil de velocidades

Resistencia al flujo sanguíneo

• Unidades de resistencia. La resistencia es el impedimento al flujo sanguíneo en un vaso

• La resistencia debe calcularse a partir de las determinaciones del flujo sanguíneo y de la diferencia de presión entre dos puntos del vaso.

• Si la diferencia de presión entre los dos puntos es de 1 mmHg y el flujo es de 1 ml/s, se dice que la resistencia es de una unidas de resistencia periférica, abreviada habitualmente como PRU

• Expresión de la resistencia en unidades CCS. En ocasiones: se usa una unidad física básica en CGS (centímetros, gramos, segundos) para expresar la resistencia

Resistencia vascular periférica tota l y resistenciavascular pulmonar total.

• La velocidad del flujo sanguíneo a través de todo el sistema circulatorio es igual a la velocidad de la sangre que bombea el corazón, es decir, es igual al gasto cardíaco.

• En un ser humano adulto es aproximadamente igual a 100ml/s. La diferencia de presión entre las arterias sistémicas y las venas sistémicas es de unos 100 mmHg.

• Por tanto, la resistencia de toda la circulación sistémica, que se denomina resistencia periférica total, es de 100/100 o 1 unidad de resistencia periférica (PRU).

«Conductancia» de la sangre en un vaso y su relación con la resistencia.

• La conductancia es la medición del flujo sanguíneo a través de un vaso para dar una diferencia de presión dada. Se expresa en milímetros por segundo por milímetro de mercurio de presión

• Es evidente que la conductancia es el recíproco exacto dela resistencia según la ecuación:• Conductancia = 1/resistencia

• Cambios m uy pequeños en el diámetro de un vaso cambian muchísimo la conductancia.

«Conductancia» de la sangre en un vaso y su relación con la resistencia.

• la conductancia del vaso aumenta en proporción a la cuarta potencia del diámetro.

Ley de Poiseuille

• Los anillos concéntricos del interior de los vasos indican que la velocidad del flujo de cada anillo es diferente de la que hay en anillos adyacentes como consecuencia del flujo laminar

• La sangre del anillo que toca la pared del vaso apenas se mueve porque está adherida al endotelio vascular.

• El anillo siguiente de sangre hacia el centro del vaso se desliza sobre el primer anillo y, por tanto, fluye con mayor rapidez, al igual que los anillos tercero, cuarto, quinto y sexto, que también fluyen con velocidades crecientes.

Ley de Poiseuille

• Al integrar las velocidades de todos los anillos concéntricos de la sangre en movimiento y multiplicarlos por las superficies de los anillos se puede obtener la fórmula siguiente, que representa la ley de Poiseuille

• F = π∆Pr/8nl

• F es la velocidad del flujo sanguíneo, AP es la diferencia de presión entre los extremos del vaso, r es el radio del vaso, 1 es la longitud del vaso y r es la viscosidad de la sangre

Ley de Poiseuille

l8

rPPQ

4

oi

Válida sólo para fluidos newtonianos (=viscosidad constante) en régimen laminar

Q = G (gasto)

Importancia de la «ley de la cuarta potencia»del diámetro del vaso para determinar la resistencia arteriolar.• Se puede ver que este incremento en cuatro veces

del diámetro del vaso aumenta el flujo hasta en 256 veces, es decir

• Hace que sea posible que las arteriolas, que responden con sólo pequeños cambios del diámetro a las señales nerviosas o a las señales químicas de los tejidos locales, hagan desaparecer casi completamente el flujo sanguíneo hacia el tejido o vayan al otro extremo, provocando un inmenso incremento del flujo.

El flujo es directamente proporcional a la cuarta potencia del radio del tubo

4rG

El flujo es directamente proporcional a la cuarta potencia del radio del tubo

La reducción del radio a la mitad aumenta la resistencia 16 veces y reduce el flujo a 1/16

La duplicación del radio lleva a

que el flujo se multiplique por 16

El flujo es inversamente proporcional a la longitud del tubo

Resistencia al flujo sanguíneo en circuitos vasculares en serie y en paralelo.

• La sangre que bombea el corazón fluye desde la parte de presión alta de la circulación sistémica (es decir, la aorta) hacia el lado de baja presión (es decir, la vena cava) a través de muchos miles de vasos sanguíneos dispuestos en serie y en paralelo.

• Las arterias, arteriolas, capilares, vénulas y venas se disponen colectivamente en serie. Cuando esto sucede, el flujo de cada vaso sanguíneo es el mismo y la resistencia total al flujo sanguíneo (R total) es igual a la suma de la resistencia de cada vaso

• R total = R1 + R2 + R3 + R4Es decir, la resistencia vascular periférica total es igual a la suma de resistencias de las arterias, arteriolas, capilares, vénulas y venas


• Los vasos sanguíneos emiten numerosas ramas que forman circuitos paralelos que aportan la sangre a los distintos órganos y tejidos del organismo.

• Esta distribución paralela permite que cada tejido regule su propio flujo sanguíneo en mayor grado,independientemente del flujo de los demás tejidos.

• La resistencia total al flujo sanguíneo se expresa como:

Resistencias en paralelo

Cabeza

Brazos

TGIHígado

Piernas

Riñones

321t R

1

R

1

R

1

R

1


• La conductancia total (Ctotal) del flujo sanguíneo es la suma de la conductancia de cada vía paralela:• Ctotal = C-, + C2 + C3 + C4

• Mientras más viscoso sea el líquido que trate de fluir a través de un tubo, mayor

será la fricción y en consecuencia, mayor será la resistencia.

• El factor más importante que determina la viscosidad de la sangre es el

hematocrito. La viscosidad de la sangre normal es 3,5-4 veces la del agua. Sin

embargo, cuando el hematócrito cae a la mitad de lo normal, la viscosidad de la

sangre es solamente 2 veces la del agua y cuando el hematocrito aumenta a 75%

la viscosidad de la sangre puede aumentar hasta llegar a 20 veces la del agua.

VISCOSIDAD

Viscosidad

relativa

Hematócrito (%)

sangre

El flujo es inversamente proporcional a la viscosidad del fluido

1G

El flujo es inversamente proporcional a la viscosidad del fluido

SangrePlasma

ANOMALÍAS DE LA VISCOSIDAD DE LA SANGRE !!

GASTO

GASTO, FLUJO o CAUDAL de líquido en un tubo es el cociente

entre el Volumen (V) que atraviesa una Sección cualquiera y el

Intervalo de Tiempo (t) que tarda en hacerlo.

V

G =

t

GASTO MEDIO GASTO INSTANTÁNEO

(régimen estacionario) (Régimen pulsátil)

Gasto

visc

VA

R

PPG

Metabolismo cardíaco


• El metabolismo del corazón adulto utiliza ácidos grasos preferentemente sobre los carbohidratos para la obtención de energía

• Existe una tasa mínima de oxidación de glucosa para alimentar el ciclo de ácido cítrico con piruvato que pasa a acetil CoA o a oxaloacetato.


• La utilización de carbohidratos y ácidos grasos está regulada por las tasas de consumo y producción de componentes de alta energía en el músculo cardíaco.

• En el corazón bien oxigenado cuando se incrementa su actividad, el consumo de ácidos grasos y/o de glucosa se acelera, aunque los ácidos grasos continúan siendo el principal sustrato oxidativo.


• El metabolismo de ácidos grasos es el mayor productor de ATP en el corazón, esta vía, a pesar de que requiere aproximadamente 11% más oxígeno, produce una cantidad equivalente de ATP a la obtenida por la oxidación de glucosa con tres veces menos moléculas.

• La presencia y sobre todo el metabolismo de los ácidos grasos de cadena larga inhiben el transporte de glucosa.

• La presencia de altos niveles de ácidos grasos inhibe el complejo de la piruvato deshidrogenasa y la tasa de oxidación de glucosa es menor de modo que la glucólisis que ocurre genera lactato en lugar de piruvato


• El transporte de glucosa a través de la membrana de las células musculares se encuentra mediado por dos miembros de la familia de proteínas transportadoras de glucosa conocidas como Gluts, específicamente el GLUT 1 y el 4

• Factores que incrementan el transporte de glucosa en el músculo cardíaco:• actividad metabólica y funcional de la célula• disponibilidad de sustratos• presencia de insulina• ejercicio.


• Se ha observado, que la capacidad del corazón para generar tensión disminuye en ausencia de glucosa.

• Los miocitos cardíacos aislados también utilizan de preferencia ácidos grasos y lactato como combustible para obtener la energía metabólica, aunque pueden consumir glucosa en condiciones particulares.


• En el músculo cardíaco, así como el metabolismo de ácidos grasos inhibe la glucólisis, el metabolismo de carbohidratos disminuye la oxidación de ácidos grasos, inhibiendo a la carnitinpalmitoil transferasa (CPT-1), que transporta a los ácidos grasos al interior de la mitocondria.

• Los niveles elevados de acetil CoA producidos tanto, por la misma degradación de ácidos grasos (retroalimentación negativa), como los producidos por el metabolismo de carbohidratos (regulación) no atraviesan la membrana mitocondrial


• para salir al citosol y participar en la biosíntesis de los ácidos grasos requieren de mecanismos de transporte. Uno de ellos es el de la acetil carnitina, donde la acetil CoA sale al citosol como acetil carnitina para aumentar los niveles de malonil CoA e inhibir a la CPT-1 y por lo tanto la entrada de ácidos grasos a la mitocondria para su oxidación

Cambio en el metabolismo cardíacodurante la hipoxia y la isquemia

• Hipoxia• Es durante la hipoxia que el metabolismo cardíaco cambia de ser

dependiente de ácidos grasos a carbohidratos para optimizar la obtención de energía.

• La oxidación de carbohidratos y ácidos grasos disminuye, mientras que laglucólisis para producir ATP aumenta y el glucógeno se convierten en la mayor fuente de ATP

Cambio en el metabolismo cardíacodurante la hipoxia y la isquemia• El aporte de glucosa por sangre baja por la disminución o falta de

flujo sanguíneo, así que la mayor parte de la glucosa para la glucólisis se origina del glucógeno intracelular.

• Esa disminución del flujo, a su vez, detiene la liberación de productos finales del metabolismo del corazón, provocando acumulación de lactato y protones, lo cual conlleva a la acidosis celular.

Cambio en el metabolismo cardíacodurante la hipoxia y la isquemia• Existen varios factores que controlan la glucólisis durante la hipoxia:

• Control por nucleótidos de adenina: El ATP se rompe a AMP y fosfato y ambos estimulan la actividad de la fosfofructocinasa y de la fosforilasa B, incrementando el metabolismo de carbohidratos

• Control por hidrogeniones y NADH: Durante la glucólisis se forman iones hidrógeno y el NADH y la utilización de éstos por vías mitocondriales se ve inhibido por la hipoxia, cuando la conversión de piruvato a lactato utiliza protones y NADH.

Cambio en el metabolismo cardíacodurante la hipoxia y la isquemia• Control por la disminución de la respiración por ácidos grasos:

• La oxidación de los ácidos grasos puede inhibir la glucólisis durante elmetabolismo oxidativo a nivel de la actividad de la fosfofructocinasa y este proceso acumula citrato. Durante la hipoxia los ácidos grasos no pueden ser metabolizados para ceder citrato de modo que el flujo glucolítico no se inhibe.

Cambio en el metabolismo cardíacodurante la hipoxia y la isquemia• En el corazón hipóxico también disminuye el consumo de oxígeno y las

concentraciones de nucleótidos de adenosina y de potasio en las mitocondrias.

• La disminución en los procesos fosforilativos por estos cambios, reduce la actividad del ciclo de Krebs.

• La capacidad fosforilante de la mitocondria cae dramáticamente bloqueando el transporte de electrones. El daño mitocondrial es decisivo para determinar la reversibilidad del daño cardíaco

Cambio en el metabolismo cardíacodurante la hipoxia y la isquemia• La hipoxia produce una inhibición reversible de la citocromo oxidasa y

estos cambios en la cinética de la actividad de dicha enzima pudieran provocar alteraciones en el estado de óxido-reducción de la mitocondria confiriendo así la sensibilidad al oxígeno

• La hipoxia también modifica la concentración intracelular de iones. Cuando bajan las reservas de ATP se bloquea la ATPasa de sodio-potasio yse empieza a acumular sodio en el interior lo que despolariza a la célula.

Cambio en el metabolismo cardíacodurante la hipoxia y la isquemia• También se ven afectadas las ATPasas de calcio de la membrana, no

permitiendo la salida del calcio fuera de la célula, así como la del retículo endoplásmico, el cual recaptura el calcio del citosol a este organelo, subiendo los niveles de este ion dentro de la célula.

• En estas condiciones, como se contrae la célula, se empieza a acumular sodio y calcio, situación que lleva a la muerte celular

• Un paciente se intoxica con un inhibidor selectivo y exclusivo de la piruvato deshidrogenasa (inhibe únicamente a la piruvato deshidrogenasa) y entre otros, presenta alteraciones de la funcionalidad del miocardio en algunas situaciones. Indique cuál de las opciones corresponde a la alteración metabólica más sobresaliente provocada por esta deficiencia.

a. Una inhibición de la degradación de ácidos grasos.b. Una inhibición de la carboxilación del piruvato.c. Una inhibición de la transformación de piruvato en lactato.d. Una inhibición de la oxidación completa de los carbonos de la glucosa.e. Una inhibición de la síntesis de glucógeno.

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