Biofísica da Circulação

Comparação Evolutiva

Invertebrados

Nos animais mais simples não ocorre um sistema circulatorio, já que seu sistema é feito por difusao (celula á celula)

Exemplo:

• Filo Poríferos• Filo Cnidários. • Filo Platelmintos e Nematelmintos

Poríferos

Circulação de água pelo átrio

Cnidários

Cavidade gastrovascular

Platelmintos

Cavidade digestiva ramificada (cavidade gastrovascular).

Sistema Circulatório lacunar ou aberto

O líquido (hemolinfa) bombeado por um vaso dorsal e cai em lacunas corporais. E depois retorna devagar ao coração, que novamente o bombeia para os tecidos.Ocorre: em artrópodes e em moluscos (exceção Cefalopodes ).Fator limitante ao tamanho dos animais.

O Sistema Cardiovascular

É formado pelo coração e pelos vasos sanguíneos.O coração é a bomba propulsora do sangue e os vasos sanguíneos são as vias de transporte.

VertebradosCirculação fechada

O sangue nunca abandona os vasos.O líquido circulante fica constantemente em movimento, a circulação é rápida. Sangue pode alcançar grandes distâncias.O tamanho dos animais pode ser maior.Ocorre: em anelídeos, cefalópodes e em todos os vertebrados.

E pode ser :• Simples• Dupla (incompleta ou completa)

Circulação fechada simples

Só existe um tipo de sangue, o venoso.Ocorre em vertebrados de respiração branquial – os peixes. O sangue realiza trocas gasosas nas brânquias e retorna ao coração.

Circulação fechada dupla

Neste tipo de circulação há dois tipos de sangue: o sangue venoso e o sangue arterial, pois há circulação pulmonar e circulação sistêmica.

Pode ser dividida em :• completa• incompleta

Circulação dupla incompleta

Quando há mistura dos dois tipos de sangue porque o coração possui menos de quatro câmaras ou a separação destas é incompleta.

Ocorre nos anfíbios e répteis

Circulação dupla completa

Quando não ocorre a mistura dos dois tipos de sangue, ela é dita completa.Ocorre : nas aves e mamíferos.

Anatomia do Coração Humano

Tamanho: aproximadamente do tamanho do punho

Peso: 400g

Localização: entre os pulmões, superfície superior do diafragma, anterior a coluna vertebral e posterior ao esterno.

Epicárdio: camada externa do coração (delgada lâmina de tecido seroso)

Miocárdio: camada média e a mais espessa do coração (composto de músculo estriado cardíaco)

Endocárdio: camada mais interna do coração (composto por epitélio pavimentoso simples sobre uma camada de tecido conjuntivo)

Ciclo da Sístole e Diástole

Campo Eletromagnético

Eletrocardiograma

Equipamentos:• Eletrodos;• Amplificador;• Registrador.

Sequência de ativação do eletrocardiograma

Onda POnda P é originada a partir da despolarização dos átrios.Uma onda P excessivamente alta e/ou alargada é característica de hipertrofia atrial.

Segmento PRIntervalo entre o início da onda P e do complexo QRS, indica a velocidade de condução entre os átrios e ventrículos.O espaço entre a onda P e o complexo QRS é provocado pela dificuldade imposta pelo tecido fibroso entre o átrio e o ventrículo.

Complexo QRS

Despolarização ventricular.

Segmento ST

Início da repolarização ventricular.

Onda T

Repolarização ventricularSua inversão indica processo isquêmico

Onda URepolarização atrial.Muitas vezes ela não é registrada por ser concomitante a despolarização dos ventrículos.

Eletrocardiograma

Curiosidade

John Deering (Voluntário em experimento de monitoramento cardíaco durante fuzilamento)

Campo gravitacional e a circulação

“ A circulação sanguínea é um

sistema fechado, com o volume circulatório

em regime estacionário”

Nota-se que acima do coração o campo G é contra a circulação arterial e a favor da venosa.

Abaixo do coração inverte a relação: o campo G é a favor a circulação arterial e a contra a venosa.

V-G

A+G

V+G

A-G

Sistema fechado

Regime estacionário

Sistema de bomba hidráulica e vasos condutores

Manutenção do fluxo: volume que sai é igual ao que entra na pequena e grande circulação.

Estado ou Regime Estacionário (RE)

A quantidade de sangue movimentada a cada impulso do coração é a mesma, na grande e na pequena circulação.

O volume de sangue ejetado do coraçãoa cada sístole é cerca de 165 ml.

Volume sanguíneo de 5L:• ¼ na pequena circulação

ou pulmonar (3,5 L)• ¾ na grande circulação

ou sistêmica (1,25 L)

Propriedades de um Fluxo em Regime Estacionário

Regime estacionário: o fluido que entra é igual ao que sai

ENTRA = SAI

Fluxo: a quantidade de líquido é a mesma em qualquer segmento.

O fluxo total é igual ao parcial

F = f1 = f2 = f3

Energética: a velocidade de circulação diminui á medida que o diâmetro aumento.

A Energia cinética ↓.

V1> V2> V3

Energia potencial (Ep): a Ep cresce às custas da energia cinética (Ec), pois essa diminui devido ao atrito.

Ep1 < Ep2 < Ep3

Equação do Fluxo (RE)

F = V X A

• Fluxo = velocidade X Área• Fluxo – a quantidade de líquido total é igual a cada fluxo parcial

Relação entre a velocidade e o diâmetro dos vasos: Constância do Fluxo

Parâmetro Circulatório da Aorta, Capilares e Cava. Valores Médios e Aproximados

Aorta Capilares Cava

Diâmetro 2,0 cm 8µm 2,4 cm

Número 1 2 bilhões 1

Área 3,0 cm2 2.200 cm2 4,5 cm2

Velocidade 28cm.s-1 0,04cm.s-1 19cm.s-1

Fluxo 28 x 3,0

= 84 ml.s-1

0,04 x 2.200

= 88 ml.s-1

19 x 4,5

= 86 ml.s-1

Variações da área são acompanhadas de variações de velocidade, o fluxo permanece constante. ( fluxo sanguíneo é cerca de 85 a 90ml.s-1)

Quebra do Regime Estacionário

Edema Pulmonar: a quantidade de sangue que entra na pequena circulação é maior que a quantidade que sai.Hemorragia: Alteração no fluxo e pressão

Energética de Fluxos em Regime EstacionárioA energia total (ET) do fluido é calculada por 4

termos, que compõe a equação de Bernouilli.

ET = EP + EC + ED + EG

Onde: ET = energia totalEP = energia potencialEC = energia cinéticaED = energia dissipada (atrito)EG = energia gravitacional

EC

EP

EG

ED

Relação entre Energética do Fluxo e Pressão Lateral

Anomalias do Fluxo

Estenose (estreitamento)

Aneurisma (dilatação)

Onda de Pulso e Velocidade de Circulação

“A onda de pulso é a energia da contração cardíaca que se propaga pelo sangue”

“A corrente sanguínea é o deslocamento da massa de sangue, medida pelo movimento de hemácias. É matéria”

Onda de pulso ≠ Corrente sanguínea

Energética da Sístole e da Diástole

Em nenhum momento o ciclo: o fluxo se interrompe e nem a pressão se anula

Sístole – Contração comesvaziamento 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 válvulasarteriais.

Tipos de FluxoLaminar: velocidade constante e silencioso, entropia adequada. O líquido é escoado lentamente, dispondo-se em camadas concêntricas.

Turbilhonar: sons audíveis e velocidade crítica, entropia exagerada. O escoamento é rápido, distribuindo-se de forma irregular.

Experimento

vista superior

vista lateral

Número de Reynolds e Velocidade crítica

O número de Reynolds é um valor que indica o limite entre o fluxo laminar e o fluxo turbilhonar:

• Em condutores retilíneos, o valor é de 2.000 no SI

• Consegui calcular a Velocidade Crítica

Re = Vc.d.r η

Velocidade do sangue da aorta, em repouso = entre 25 a 37 cm.s-1, fluxo é laminar.

Se a velocidade do sangue da aorta passar de37 cm.s-1, o fluxo é turbilhonar, e consequente ruído.

A equação se aplica em outros fluídos e condutores

∆P = Diferença de pressão ∆L = Comprimento do vaso. η = Viscosidade do sangue. r = raio do vaso.

Lei de Poiseuille Fatores que condicionam o fluxo

F = π ∆P r4

8 ∆L η

∆P = Diferença de pressão ( ↑P, ↑ F) e ( ↓P, ↓ F)

η = Viscosidade do sangue ( ↑ η, ↓ F) e ( ↓η, ↑ F)

Resistência Periférica

r = raio do vaso ( ↑ r, ↓ F) e ( ↓r, ↑ F)

R = P F

Lei de LaplaceRelação entre pressão e tensão

Equação de Laplace

P = 2 T (Coração)

R

P = T (Vasos)

R - Pressão = Força/Área

- Tensão = Força/ Raio

Pressão acima dos valores esperadosVários tipos• Arteriosclerose

Hipertensão

Capilares: única parte do sistema cardiovascular acessível a trocas metabólicas com os tecidos

Pressão nos capilaresforças envolvidas

Diminuição da pressão osmótica intracapilar por hipoproteinemia• Consequência: escape de fluido para o CEC

Aumento de sais no CEC• Consequência: retenção de líquido

Alterações na pressão osmótica

Dilatação arteriolar ou constrição venular• Consequência: aumento do vetor de saída e

diminuição do vetor de entrada do fluido

Aumento da pressão venosa• Consequência: maior saída e menor entrada de

fluido

Ação do campo gravitacional

Alterações na pressão hidrostática

Há substâncias que aumentam a permeabilidade do capilar, permitindo o vazamento de macromoléculas

• Especialmente albumina

Alterações na permeabilidade do capilar

Patologias

Deficiência ou uma anomalia da hemoglobinaHemoglobina: proteína da hemácia (eritrócito) que transporta oxigênio

Concentrações adequadas segundo a OMS:13 g/dL para homens12 g/dL para mulheres11 g/dL para gestantes e crianças

Anemia

Há 4 tipos principais de anemiaDeficiência de uma ou mais substâncias essenciais

• Anemia ferroprivaRápida destruição dos eritrócitos (hemólise)

• Anemia hemolíticaIncapacidade da medula óssea de produção

• Anemia aplásticaAnomalias herdadas da produção de hemoglobina

• Anemia falciforme

Hemácia normal / Hemácia falciforme

Pode ser valvular ou vascularEstreitamento de um vaso ou de um orifício de uma válvulaAlteração de fluxo

Estenose

Estenose mitral Estenose arterial – artéria femoral

Acumulo de colesterol e outras substâncias adiposas nas paredes das artériasOrigina um estreitamento

Aterosclerose

Variação brusca do diâmetro de um vaso ou cavidade cardíaca Rotura

Aneurisma

É uma coagulação de sangue no interior do vaso sanguíneoTrombose: formação ou desenvolvimento de um tromboVasos superficiais ou profundos

Trombos

Restrição de irrigação sanguínea ao cérebro, causando lesão celular e danos nas funções neurológicasAs causas mais comuns são os trombos, a embolia e a hemorragia.

AVC

Diagnóstico:• Tomografia computadorizada• Ressonância magnética• Angiografia

Falta de irrigação sanguínea a uma parte do músculo cardíaco Bloqueio de uma artéria coronáriaDiagnóstico:• Eletrocardiograma• Amostras de sangue

Infarto do miocárdio