Visión general de la circulación; biofísica de la
presión, el flujo y la resistencia
Funciones de la circulación; transpote de:
Nutrientes
hacia los tejidos del organismo
Productos de desecho
Hormonas de
una parte del organismo a otra
La velocidad del flujo sanguíneo en muchos de los tejidos se controla principalmente en respuesta a su necesidad de nutrientes.
El corazón y los vasos sanguíneos están controlados, a su vez, de forma que proporcionan el gasto
cardíaco y la presión arterial necesarios para garantizar el flujo sanguíneo necesario.
Características físicas de la circulación
La circulación se divide en :
Circulación pulmonar
Circulación sistémica
Componentes funcionales de la circulación:
ARTERIAS:
Transportar la sangre con una presión alta hacia los tejidos.
Cuenta con paredes vasculares fuertes y unos flujos sanguíneos
importantes con una velocidad alta.
ARTERIOLAS:
Ramas pequeñas del sistema arteria, que controlan los
conductos a través de los cuales se libera la sangre en los capilares.
Gracias a sus paredes musculares pueden contraerse y constreñir los vasos o relajarse y dilatarlos.
CAPILARES:
Intercambio de líquidos, nutrientes, electrólitos,
hormonas y otras sustancias en la sangre y en el líquido intersticial.
Para esta función cuentan con paredes capilares finas y varios poros diminutos.
VENULAS:
Recogen la sangre de los capilares
VENAS:
Transporte de sangre que vuelve desde las vénulas al
corazón; sirven como una reserva importante de sangre extra y sus paredes son finas debido a la baja presión del sistema venoso
- 84% de todo el volumen de sangre del organismo se encuentra en la circulación sistémica
- 13% en las arterias
- 7% en las arteriolas y capilares
- 16% en el corazón y los pulmones
- 7% en el corazón
- 9% vasos pulmonares
Superficies transversales y velocidades del flujo sanguíneo
Las venas tienen una superficie transversal mayor que las arterias dándole la capacidad de reserva de sangre en el sistema venoso, es así como la velocidad del flujo sanguíneo (v) es inversamente proporcional a la
superficie transversal vascular (A).
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.
Es asi como el flujo sanguíneo al atravesar 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 superior e inferior, donde se vacía en la aurícula derecha del corazón.
En su recorrido el flujo llega a los capilares sanguíneos con una presión de 35 mmHg cerca de los extremos arteriolares y al llegar a los extremos venosos baja hasta 10 mmHg.
Siendo en los lechos capilares una presión media de 17 mmHg suficientemente baja para que se fuguen diminutas cantidades de plasma y una presión suficiente para que se filtren los nutrientes por los poros de los células capilares hacia los tejidos.
La presión sistólica arterial pulmonar alcanza un promedio de 25 mmHg, y la diastólica, de 8 mmHg, con una presión arterial pulmonar media de solo 16 mmHg.
La media de la presión capilar pulmonar alcanza un promedio de solo 7 mmHg.
El flujo sanguíneo por minuto a través de los pulmones es el mismo que en la circulación sistémica. Las bajas presiones del sistema pulmonar coinciden con las necesidades de los pulmones, ya que lo único que se necesita es la exposición de la sangre en los capilares pulmonares al oxígeno y otros gases en los alvéolos pulmonares.
Principios básicos de la función circulatoria
Tres principios básicos que subyacen en todas las funciones del sistema.
- El flujo sanguíneo en la mayoría de los tejidos está controlado según la necesidad tisular; la microvasculatura de cada tejido vigila continuamente las necesidades de su territorio, así como la disponibilidad de oxígeno y de otros nutrientes y la acumulación de dióxido de carbono y de otros residuos, y, a su vez, estos microvasos actúan directamente sobre los vasos sanguíneos locales, dilatándolos y contrayéndolos, para controlar el flujo sanguíneo local con precisión hasta el nivel requerido para la actividad tisular. El control nervioso de la circulación desde el sistema nervioso central y las hormonas también colaboran en el control del flujo sanguíneo tisular.
- El gasto cardíaco es la suma de todos los flujos locales de los tejidos. Cuando el flujo sanguíneo atraviesa un tejido, inmediatamente vuelve al corazón a través de las venas y el corazón responde automáticamente a este aumento del flujo aferente de sangre bombeándolo inmediatamente hacia las arterias.
- La regulación de la presión arterial es generalmente independiente del control del flujo sanguíneo local o del control del gasto cardíaco. El sistema circulatorio está dotado de un extenso sistema de control de la presión arterial. «SE REGULA MEDIANTE»:
Aumentan la fuerza de bomba del corazón
Contracción de los grandes reservorios venosos para aportar más sangre al corazón; y constricción generalizada de las arteriolas de muchos tejidos.
Segregan hormonas que controlan la presión como al regular el volumen de sangre.
Interrelaciones entre la presión, el flujo y la
resistencia
El flujo sanguíneo que atraviesa un vaso sanguíneo está determinado por dos factores:
«GRADIENTE DE CONCENTRACIÓN «
Diferencia de presión de la sangre entre los dos extremos de un vaso; que empuja la sangre a través del vaso.
«RESISTENCIA VASCULAR «
Impedimentos que el flujo
sanguíneo encuentra en el vaso.
En consecuencia de la fricción entre el flujo de sangre y el endotelio intravascular en todo el interior del
vaso.
El flujo sanguíneo es directamente proporcional a la diferencia de presión, pero inversamente proporcional a la resistencia.
Flujo sanguíneo:
La cantidad de sangre que atraviesa un punto dado de la circulación en un período de tiempo determinado, se expresa en mililitros por minuto.
El flujo sanguíneo global de toda la circulación de un adulto en reposo es de unos 5.000 ml/min, cantidad que se considera igual al gasto cardíaco porque es la cantidad de sangre que bombea el corazón en la aorta en cada minuto.
Métodos de medición del flujo sanguíneo:
A través de dispositivos mecánicos y electromecánicos en serie, dentro de un vaso sanguíneo llamados flujometros
Permite medir experimentalmente el flujo sanguíneo sin abrir el vaso.
Se coloca un vaso sanguíneo entre los polos de un potente imán y se
colocan los electrodos a ambos lados del vaso, perpendiculares a las líneas de fuerza magnéticas.
Cuando el flujo sanguíneo atraviesa el vaso se genera entre los electrodos un voltaje eléctrico
proporcional a la velocidad del flujo sanguíneo y este voltaje se registra usando un voltímetro o un
aparato de registro electrónico apropiado.
Se monta un cristal piezoeléctrico diminuto en el extremo de la pared del dispositivo. Cuando este
cristal recibe la energía de un aparato eléctrico apropiado transmite una frecuencia de varios cientos
de miles de ciclos por segundo distalmente sobre la sangre circulante.
Flujo de sangre laminar en los vasos:
«FLUJO 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.
«FLUJO TURBULENTO«
El flujo sanguíneo que transcurre en todas las direcciones del vaso y se mezcla continuamente
en su interior
Perfil de velocidad parabólica durante el flujo laminar
Cuando se produce el flujo laminar, la velocidad del flujo en el centro del vaso es bastante mayor que la velocidad cerca de los bordes exteriores.
La causa de este perfil parabólico es la siguiente: las moléculas de líquido que tocan la pared se mueven lentamente por su adherencia a la pared del vaso.
Por tanto, el líquido de la parte central del vaso se puede mover rápidamente porque hay muchas capas de moléculas deslizantes entre la zona central del vaso y su pared, es decir, cada capa que se sitúa más hacia el centro fluye progresivamente con más rapidez que las capas más externas.
Flujo de sangre turbulento en algunas situaciones:
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 puede volverse turbulento o desordenado en lugar de aerodinámico; atraviesa el vaso en dirección transversal y también longitudinal, formando espirales que se denominan corrientes en torbellino.
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.
Presión sanguínea:
Fuerza ejercida por la sangre contra una unidad de superficie de la pared del vaso; se mide casi siempre en milímetros de mercurio (mmHg)
Métodos de alta fidelidad para medir la presión sanguínea
El mercurio del manómetro tiene tal inercia que no es capaz de subir y bajar con rapidez, por lo que
este aparato, que es excelente para registrar presiones en equilibrio, no puede responder a los cambios de presión que se producen más deprisa que un ciclo cada 2-3 s.
Tres transductores de presión
eléctricos
De uso habitual para convertir la presión sanguínea o los cambios rápidos de la presión en
señales eléctricas que después se recogerán en una registradora eléctrica de alta velocidad.
Resistencia al flujo sanguíneo:
Unidades de resistencia:
La resistencia es el impedimento al flujo sanguíneo en un vaso, pero no se puede medir por mediosdirectos.
Se dice que la resistencia es de una unidad de resistencia periférica, abreviada habitualmente como PRU.
Resistencia vascular periférica total y resistencia vascular 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.
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 PRU.
La conductancia es la medición del flujo sanguíneo a través de un vaso para dar una diferencia de presión dada. Esta medida se expresa en milímetros por segundo por milímetro de mercurio depresión, pero también se puede expresar en litros por segundo por milímetro de mercurio o en cualquier otra unidad del flujo sanguíneo y presión.
Ley de Poiseuille
La causa del gran aumento de la conductancia cuando aumenta el diámetro puede encontrarse.
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, del que ya hemos hablado en este capítulo. Es decir, la sangre del anillo que toca la pared del vaso apenas se mueve porque está adherida al endotelio vascular. El anillo de sangre siguiente hacia el centro del vaso se desliza sobre el primero y, por tanto, fluye con mayor rapidez, al igual que los anillos tercero, cuarto, quinto y sexto, que también fluyen con velocidades crecientes. Es decir, la sangre que está cerca de la pared de los vasos fluye lentamente, mientras que la que está en el centro del vaso fluye mucho más rápidamente.
Importancia de la «ley de la cuarta potencia» del diámetro del vaso para determinar la resistencia arteriolar
En la circulación sistémica, aproximadamente dos tercios de toda la resistencia sistémica al flujo sanguíneo se debe a la resistencia arteriolar en las pequeñas arteriolas. Los diámetros internos de las arteriolas varían desde tan solo 4 μm hasta 25, aunque sus fuertes paredes vasculares permiten cambios enormes de los diámetros internos, a menudo hasta en cuatro veces.
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.
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.
El flujo sanguíneo a través de cada tejido es una fracción del flujo sanguíneo total (gasto cardíaco) y se determina por la resistencia (recíproca de la conductancia) al flujo sanguíneo en el tejido, así como por el gradiente de presión. Por tanto, la amputación de una extremidad o la extirpación quirúrgica de un riñón también eliminan un circuito paralelo y reducen la conductancia vascular total y el flujo sanguíneo total (es decir, el gasto cardíaco), a la vez que aumentan la resistencia vascular periférica total.
Efecto del hematocrito y de la viscosidad de la sangre sobre la resistencia vascular y el flujo sanguíneo
Cuanto mayor sea la viscosidad, menor será el flujo en un vaso si todos los demás factores se mantienen constantes.
Hematocrito: proporción de sangre compuesta por eritrocitos
El hematocrito de un hombre adulto alcanza un promedio de 42,
mientras que en las mujeres es de 38. Estos valores son muy variables, dependiendo de si la persona tiene anemia, del grado de actividad corporal y de la altitud en la que reside la persona.
El hematocrito se determina centrifugando la sangre en un tubo calibrado, permitiendo la lectura directa del porcentaje de células.
El aumento del hematocrito incrementa mucho la viscosidad de la sangre:
La viscosidad de la sangre aumenta drásticamente a medida que lo hace el hematocrito.
La viscosidad de la sangre total con un hematocrito normal es de 3 a 4, lo que
significa que se necesita tres veces más presión para obligar a la sangre total a atravesar un vaso que si fuera agua.
Otros factores que afectan a la viscosidad de la sangre son la concentración y el tipo de las proteínas plasmáticas, pero estos efectos son mucho menores que el efecto del hematocrito.
Efectos de la presión sobre la resistencia vascular y el flujo sanguíneo tisular.
El incremento de la presión arterial debería provocar un incremento
proporcional del flujo sanguíneo en los distintos tejidos del organismo, aunque el efecto de la presión arterial sobre el flujo sanguíneo en muchos tejidos suele ser bastante menor de lo que se podría esperar.
La razón de este incremento es que el aumento de la
presión arterial no solo aumenta la fuerza que impulsa la sangre a través de los vasos, sino que también inicia incrementos compensatorios en la resistencia vascular en un tiempo de unos segundos a través de la activación de los mecanismos locales de control.
Los cambios del flujo sanguíneo se pueden provocar mediante la
estimulación simpática, que constriñe los vasos sanguíneos periféricos. Análogamente, los vasoconstrictores hormonales, como noradrenalina, angiotensina II, vasopresina o endotelina, también pueden reducir el flujo sanguíneo, al menos de forma transitoria.
El motivo de la relativa constancia del flujo sanguíneo es que los mecanismos
autorreguladores locales de cada tejido terminan por superar la mayoría de los efectos de los vasoconstrictores para proporcionar un flujo sanguíneo que resulta apropiado para las necesidades del tejido.
Relación presión-flujo en los lechos vasculares pasivos
En vasos sanguíneos aislados o en tejidos que no muestran autorregulación, los cambios en la presión arterial pueden tener efectos importantes en el flujo sanguíneo. De hecho, el efecto de la
presión en el flujo sanguíneo puede ser mayor que lo predicho por la ley de Poiseuille.
El motivo es que el aumento de la presión arterial no solo incrementa la fuerza que impulsa la sangre a través de los vasos sino que además distiende los vasos elásticos, para reducir en la práctica la resistencia vascular.
La estimulación simpática y otros vasoconstrictores pueden alterar la relación de flujo-presión.
Así, la inhibición de la actividad simpática dilata mucho los vasos
y aumenta el flujo sanguíneo al doble o más. Por el contrario, una estimulación simpática potente contrae los vasos tanto que, en ocasiones, el flujo sanguíneo disminuye casi a cero durante unos segundos, a pesar de que la presión arterial sea alta.
AVCE 