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FISIOLOGIA. / CARDIOVASCULAR. / HEMODINÁMICA.
ASPECTOS HEMODINÁMICOS DEL SISTEMA VASCULAR
TABLA DE CONTENIDO
HEMODINÁMICA VASCULAR
NOS EXPLICA LOS PRINCIPIOS FÍSICOS QUE NOS PERMITEN ENTENDER COMO FLUYE LA SANGRE POR EL TORRENTE VASCULAR.
El sistema cardiovascular se diseñó evolutivamente para movilizar continuamente una parte del líquido extracelular (LEC) llamado sangre, con el objetivo de renovar continuamente el medio líquido inmediato o líquido intersticial (LIT) de las células, en los organismos pluricelulares. En este proceso evolutivo, este liquido extracelular, se dotó de más elementos funcionales, como los elementos formes, algunos de ellos células especializadas, con funciones importantes en la sangre.
Esta canalización o vascularización del LEC, plantea una serie de retos físicos que son explicados por la física de la dinámica de fluidos en un circuito cerrado con canales semirrígidos o hemodinámica de la sangre.
Los factores físicos implicados en este circuito son: el FLUJO de la sangre que a su vez depende del gradiente de presión ΔP y la resistencia hemodinámica RH. Estas dos variables vienen determinadas por diferentes factores que estudiaremos y a su vez, son objeto del sistema de regulación que controla dicho flujo.
A continuación analizaremos todos estos factores.
FLUJO
EL FLUJO SANGUÍNEO O INTENSIDAD DE CORRIENTE(F) O CAUDAL ES EL VOLUMEN DE SANGRE (V) QUE PASA A TRAVÉS DE LA SECCIÓN TRANSVERSAL DE UN VASO POR UNIDAD DE TIEMPO (t) (cc/min) (volumen minuto) (velocidad de volumen), o lo que es lo mismo, el producto de la superficie transversal del vaso por la velocidad del flujo (S·v) (figura 1).
Ya que por regla general en el circuito vascular predomina el régimen de flujo laminar, podemos aplicar la ley de Poiseuille , donde se relaciona el flujo o intensidad de la corriente sanguínea con el gradiente de presión generado entre la salida del ventrículo izquierdo (presión sistólica PS) y la aurícula derecha (PA) y la resistencia hemodinámica (RH) del circuito, de acuerdo a la siguiente ecuación: F = PS-PA / RH y así podemos relacionar el flujo con las características geométricas vasculares y las propiedades físico-químicas de la sangre. (Figura 2).
El flujo que sale de los ventrículos en cada ciclo cardíaco es de tipo todo o nada, es decir, alcanza un máximo durante la sístole y cae a mínimos durante la diástole, aunque su valor medio puede considerarse en unos 96 ml/s. (Figura 3).
En la aorta este flujo todo o nada se transforma en pulsátil. Aumenta tras la apertura de la válvula aórtica para alcanzar un máximo después del primer tercio del período de eyección, cayendo progresivamente durante el resto de dicho período. Cuando cesa la sístole y antes de cerrarse la válvula aórtica, la retracción elástica de la aorta ("efecto Windkessel") genera un flujo retrógrado con un valor negativo. Cerrada la válvula, la retracción elástica sigue durante la fase diastólica ventricular hasta alcanzar su posición elástica original, generándose un flujo de salida, que empuja el resto del volumen de sangre almacenado en la distensión hacia adelante.
Este efecto de distensión y retracción elástica subsiguiente se da en los árboles arteriales mayores obteniéndose en éstos un flujo de tipo pulsátil, con valores máximo y mínimo siempre por encima de cero y que aseguran el flujo en todo momento.
A medida que nos alejamos del corazón la amplitud del pulso de flujo disminuye. En las ramas arteriales más pequeñas y arteriolares, prácticamente el pulso a desaparecido para convertirse en un flujo uniforme, ya que en estas secciones arteriales ha disminuido considerablemente el componente distensible y elástico, es decir, es una región más rígida (por su componente contráctil) que obliga a que el flujo se haga uniforme.
En los capilares activos el flujo es uniforme y en la circulación venosa también, aunque en la región de las venas cavas se observa un modificación del mismo debido al reflejo retrógrado de la actividad auricular derecha.
Medida del flujo
El flujo puede medirse por medios directos e indirectos.
Flujómetros electromagnéticos.
Fundamento: El movimiento del flujo dentro de un campo magnético genera un voltáje proporcional a su velocidad.
Flujómetros Doppler:
Fundamento: Sistema que envía y recoge ondas ultrasónicas reflejadas en los elementos formes circulantes. La frecuencia de ondas reflejadas es proporcional a la velocidad del flujo.
Medidas plestimográficas:
Fundamento: Intoducción de la región a medir en una cámara plestimográfica. Los cambios de volumen regional se traducen en cambios de volumen en el plestimógrafo. Se ocluye el retorno venoso, produciéndose una tasa de incremento en el volumen de la zona a medir que es función del flujo arterial.
Medida indirecta del flujo por el principio de Fick:
Fundamento: La cantidad de sustancia que entra en una cámara de mezcla procedente de varias fuentes será igual a la cantidad de sustancia que sale.
VELOCIDAD DEL FLUJO
Por la ley de continuidad, en un sistema de tubos de diferentes diámetros como el vascular, el flujo es siempre constante en cualquier segmento transversal completo (como se ha visto anteriormente en la distribución vascular del flujo).
Significa que para un flujo constante la velocidad lineal de la corriente debe variar de forma inversamente proporcional al área del segmento transversal de la sección vascular considerada.
Como puede verse en la figura 4, la velocidad lineal del flujo va cayendo a medida que aumenta la superficie de la sección transversal, lo que además supone una ventaja, ya que en esta región que corresponde a la capilar, la menor velocidad favorece el intercambio capilar. En la tabla se ven algunos valores de velocidad. La velocidad del flujo (v): desplazamiento en la unidad de tiempo (cm/seg) se relaciona con Q según:
v = Q / A (A = p r2)
siendo A el área de sección transversal total por donde circula.
En la aorta la velocidad media es mayor (para un diámetro aórtico de unos 2,5 cm, la velocidad media del flujo es de unos 20 cm/s.) que en los capilares (área transversal de unos 4000 cm2 y velocidad media del flujo de unos 0,03 cm/s) porque en éstos la sección transversal es 2000 veces mayor que en la aorta. Mientras que en las cavas con un diámetro de unos 3,5 cm la velocidad media del flujo es de unos 15 cm/s.
Desde un punto de vista práctico más que la velocidad de la sangre en un punto es mejor conocer el tiempo de circulación entre dos puntos del circuito vascular.
El paso de flujo lento o laminar a flujo turbulento depende de un valor crítico de la velocidad y viene determinado por la resistencia según la siguiente relación:
NR= (r x diámetro x v) / h
siendo NR: nº de Reynols; r: densidad del líquido; d: diámetro del tubo; v: velocidad del flujo; h: viscosidad del líquido.
Si NR es > 3000 se produce turbulencia. Normalmente, dada la alta viscosidad sanguínea, este nº no suele llegar al valor crítico, salvo en la aorta ascendente durante la sístole ventricular donde la velocidad media es alta. Cuando se produce el flujo turbulento se generan ruidos que pueden ser escuchados con un estetoscopio (ruidos de Korotkoff).
PRESIÓN
La presión en cualquier punto del sistema vascular, es una fuerza ejercida de forma perpendicular sobre las paredes vasculares, que depende de la energía cardíaca, la gravedad y la energía cinética del fluído.(Figura 5).
Debido a las propiedades distensibles de los vasos, la presión se convierte en presión de distensión o tensión vascular. La presión y la tensión no son lo mismo y están relacionadas entre sí por la ley de Laplace de acuerdo a la siguiente ecuación:
T = P x r / 2e
Donde P es la presión, r el radio y e el espesor de la pared.
Según esta ecuación, la tensión T generada en un vaso por una presión P dada es directamente proporcional al radio del vaso e inversamente proporcional a dos veces su espesor. Esto significa que para dos vasos de igual espesor pero diferentes radios, el de menor radio soportará menor tensión que el de mayor radio. Y para vasos de igual radio pero diferentes espesores, el de mayor espesor soportará menor tensión ante una misma presión.
A pesar de esta diferencia conceptual entre presión y tensión importante a la hora de entender la rotura de un aneurisma, en adelante nos referiremos a ambos términos de forma indistinta.
La presión de distensión no es más que la diferencia entre la presión extravascular (Pe) y la intravascular (Pi), y por tanto, es una presión transmural, donde la presión extravascular, la que produce el tejido, suele ser pequeña, constante y poco determinante, excepto en órganos encapsulados.
La presión intravascular en cualquier punto del sistema vascular viene definida por tres sumandos (teorema de Bernouilli):
Pi = P + Ph + Pc
La presión cardíaca (P) o presión lateral del flujo o presión verdadera, o presión arterial en el sistema arterial o venosa en la venosa. Viene medida en dinas/cm2. Es la presión generada por el corazón durante la eyección sistólica. (Figura 6).
La presión hidrostática (Ph) (energía potencial) definida por rxgxh, cuyo valor depende de la posición relativa del punto de medida de la presión con respecto a un nivel de referencia o presión cero. En el hombre este nivel de referencia se ubica en el denominado plano hidrostático de indiferencia (plano vascular donde la presión no se modifica por el cambio de la postura, a unos 5 a 10 cm por debajo del diafragma), aunque para las arterias se considera al corazón como nivel de referencia, por ser éste el punto activo de presión (Ver Figura 7).
r es el valor de la densidad de la sangre.
g es el valor de la constante de la gravedad (980 m/s2)
h es la altura del punto de medida al corazón.
El valor de esta ecuación tomando el corazón como nivel de referencia y para una densidad sanguínea constante es de 0,77 mmHg/cm, positivo por debajo del plano cardíaco y negativo por encima del mismo.
En la posición supina el valor de esta ecuación puede considerarse despreciable.
La presión dinámica (energía cinética) (Pc) viene determinada por la velocidad del flujo (1/2 r v2). Este término en condiciones normales, solo afecta en un 5% al valor final de la presión intravascular sin embargo, en grandes gastos cardíacos su aportación puede ser de hasta un 15%.
RESISTENCIA
La resistencia hemodámica viene determinada por la ecuación:
RH = 8hL/pr4
Este parámetro representa la dificultad que la sangre tiene al paso por un vaso sanguíneo de radio r, longitud L y coeficiente de viscosidad h, de forma que es importante resaltar que, la resistencia hemodinámica es directamente proporcional a la viscosidad sanguínea y a la longitud del vaso e inversamente proporcional a la cuarta potencia del radio, siendo este último parámetro, al estar elevado a la cuarta potencia, quien realmente determina la resistencia hemodinámica, por lo que el sistema vivo lo utiliza como único medio de control de la misma, através de reguladores hormonales, nerviosos y locales que afectan al radio de los vasos de la circulación arterial menor, por ser ésta la que posee mayor componente muscular liso y menor diámetro.
En definitiva podemos considerar que la resistencia hemodinámica viene definida por dos factores: los obstáculos estructurales que se oponen al flujo (longitud y radio) y la viscosidad del líquido.
La resistencia no se puede estimar directamente, sino a partir del gradiente de presión (P1-P2) y el flujo sanguíneo del circuito (Q), según la ecuación:
R= (P1-P2)/Q
La resistencia se expresa normalmente en dinas seg/cc. Para evitar este tipo de unidades, en el sistema circulatorio se expresa en unidad de resistencia periférica (URP) o unidades R, relación entre la presión arterial media en mmHg y el gasto cardíaco medido en cc/s. Por tanto, podemos definir la unidad R como la resistencia que para un gasto de 1cc/s determina una caída de presión de 1mmHg a lo largo del sistema circulatorio.
Dentro del circuito vascular el principal elemento de resistencia lo presenta la circulación arterial y dentro de ésta los vasos de menor calibre que determinan la denominada resistencia periférica total. En el hombre, para un gradiente de presión en la circulación mayor de unos 50 mmHg y un GC de 90 cc/s (5400 cc/min), la resistencia periférica total sería de 0,5 URP. En la circulación menor o pulmonar, con un gradiente de presión de unos 8 mm Hg y el mismo GC, la resistencia es de 0,08 URP.
Como puede obervarse en la figura 8, la resistencia vascular se reparte de forma diferente en los distintos segmentos vasculares, siendo máxima la contribución de las arterias pequeñas y arteriolas, que teniendo una longitud muy pequeña, su pequeño radio es el responsable de esta importante contribución resistiva.
DISTRIBUCIÓN DEL VOLUMEN SANGUÍNEO
El volumen sanguíneo en el hombre arquetipo fisiológico es de 77 ml/Kg de p.c. ±10% y en la mujer arquetipo 65 ml/Kg de p.c. ±10% (la mujer tiene mayor contenido de grasa corporal). Esto valores indican un volumen total para el hombre de 5,4 litros de sangre y para la mujer de 4,5 litros. Valores que pueden modificarse frente a diferentes estados hormonales, ejercicio y el clima.
Debido a las diferentes propiedades en la distensibilidad de los vasos vasculares, el volumen total se reparte de forma diferente en los distintos segmentos vasculares como, puede verse en la figura. Observándose como la región venosa, con mayor compliancia, acumula el 75% del total.
Esta distribución del volumen se altera cuando el sujeto se pone de pie, ya que por efecto de la gravedad, el volumen sanguíneo tiende a acumularse en la región inferior del organismo, esta redistribución del volumen afecta a la presión en el sistema arterial que es menos distensible, mientas que en el venoso, más distensible, supone un incremento de su capacidad. No obstante, en el sistema arterial se produce un reajuste compensatorio por parte de la circulación arteriolar.
La capacitancia nos permite conocer el volumen total que se acumula en una región vascular como consecuencia de un incremento de presión.
La capacitancia será igual al producto de la compliancia por el volumen.
capacitancia = Ca x V
En función de esta variable, el sistema venoso presenta una capacitancia mucho mayor que el arterial, para secciones vasculares similares. Así la capacitancia venosa es 24 veces la capacitancia arterial correspondiente, debido a que la distensibilidad venosa es 8 veces la arterial y el volumen correspondiente 3 veces superior.
En la figura 9 se muestra la distribución del volumen sanguíneo a través del sistema circulatorio y se puede observar, cómo la circulación mayor almacena el 95% del volumen sanguíneo total y dentro de la circulación mayor, la venosa almacena el 75% de su volumen, convirtiéndose en un reservorio de volumen frente a posibles cambios de presión.
En la figura 10 se muestra como se reparte el volumen total sanguíneo en cada una de las regiones del sistema circulatorio.
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