UNIDAD 3. VISCOSIDAD SANGUÍNEA Y PERFILES DE FLUJO

A pesar de que la sangre es levemente más pesada que el agua, es muchísimo más gruesa/viscosa. La viscosidad de la sangre es una medida de la resistencia al flujo es entre 3,5 a 5,5 veces la del agua. La viscosidad del plasma es ceca de 1,5 a 1m8 veces la del agua.

La viscosidad de la sangre se incrementa a medida de la cantidad de células disueltas en ella aumenta, así como cuando aumenta la cantidad de proteínas. Una sangre más viscosa es más resistente al movimiento, lo cual implica que se requiere una mayor presión sanguínea para que esta se mueva a través de los vasos sanguíneos.

Adicionalmente, una alta viscosidad sanguínea es un factor que predispone a coagulaciones no controladas. En las personas sanas, un incremento en la viscosidad sanguínea causada por una producción de células sanguíneas de tipo defensivo y a la deshidratación causada por la fiebre por enfermedades leves como la gripe es fácilmente tolerable. (loza, 2016)

Un fluido se desplaza en el interior de un tubo cuando la presión en el inicio es superior a la existente al final del tubo, moviéndose desde una zona de mayor presión a una de menor presión.

Tipos de flujo:

Flujo laminar: En condiciones fisiológicas el tipo de flujo mayoritario es el denominado flujo en capas o laminar, El fluido se desplaza en láminas coaxiales o cilíndricas en las que todas las partículas se mueven sin excepción paralelamente al eje vascular. Se origina un perfil parabólico de velocidades con un valor máximo en el eje o centro geométrico del tubo. En el sistema vascular los elementos celulares que se encuentran en sangre son desplazados tanto más o fuertemente hacia el centro cuanto mayor sea su tamaño.

Flujo turbulento. En la circulación sanguínea en regiones con curvaturas pronunciadas, en regiones estrechadas o en bifurcaciones, con valores por encima de 400, aparecen remolinos locales en las capas limítrofes de la corriente. Cuando se llega a 2000- 2400 el flujo es totalmente turbulento. Aunque la aparición de turbulencias no es deseable por el riesgo que tienen de producir coágulos sanguíneos, se pueden utilizar como procedimientos diagnósticos, ya que mientras el flujo laminar es silencioso, el turbulento genera ruidos audibles a través de un estetoscopio.

Continuidad

Ecuación de continuidad

Cuando un fluido fluye por un conducto de diámetro variable, su velocidad cambia debido a que la sección transversal varía de una sección del conducto a otra.

En todo fluido incompresible, con flujo estacionario (en régimen laminar), la velocidad de un punto cualquiera de un conducto es inversamente proporcional a la superficie, en ese punto, de la sección transversal de la misma. (Cantabria, 2017)

Ley de Stokes

Ley de Stokes. La Ley de Stokes se refiere a la fuerza de fricción experimentada por objetos esféricos moviéndose en el seno de un fluido viscoso en un régimen laminar de bajos números de Reynolds. Fue derivada en 1851 por George Gabriel Stokes. En general la ley de Stokes es válida en el movimiento de partículas esféricas pequeñas moviéndose a velocidades bajas.

Para los objetos muy pequeños domina la fuerza de rozamiento. La ley de Stokes nos da dicha fuerza para una esfera: Fr= 6πηvr, donde r es el radio de la esfera. Cuando una disolución precipita, la velocidad de sedimentación está determinada por la ley de Stokes y vale:

v=(2r2(ρ0−ρ)g)/9η

Conociendo las densidades de la esfera, el líquido y la velocidad de caída se puede calcular la viscosidad a partir de la fórmula de la ley de Stokes. Para mejorar la precisión del experimento se utilizan varias bolas. La técnica es usada en la industria para verificar la viscosidad de los productos, en caso como la glicerina La ley de Stokes también es importante para la compresión del movimiento de microorganismos en un fluido, así como los procesos de sedimentación debido a la gravedad de pequeñas partículas y organismos en medios acuáticos. (Muñoz, 2012)

Ley de Poisville

En flujos laminares que se desarrollan en tubos cilíndricos, se pueden deducir las relaciones entre la intensidad del flujo, el gradiente de presión y la resistencia o fuerzas de fricción que actúan sobre las capas de envoltura.

Debido a la longitud de los vasos y la viscosidad son relativamente constante, el flujo viene determinado básicamente por el gradiente de presión y por el radio.

Está formulada para flujos homogéneos con viscosidad constante, sin embrago, en los vasos sanguíneos estas condiciones no siempre se cumplen; si la velocidad del flujo es alta o si el gradiente de presión es elevado, se pueden generar remolinos o turbulencias que modifican el patrón del flujo. (Cantabria, 2017)

Principio de Pascal

Es una ley enunciada por el físico y matemático francés Blaise Pascal (1623–1662) que se resume en la frase:

La presión ejercida sobre un fluido poco compresible y en equilibrio dentro de un recipiente de paredes indeformables se transmite con igual intensidad en todas las direcciones y en todos los puntos del fluido.

El principio de Pascal puede comprobarse utilizando una esfera hueca, perforada en diferentes lugares y provista de un émbolo. Al llenar la esfera con agua y ejercer presión sobre ella mediante el émbolo, se observa que el agua sale por todos los agujeros con la misma velocidad y por lo tanto con la misma presión.

La prensa hidráulica es una máquina compleja que permite amplificar las fuerzas y constituye el fundamento de elevadores, prensas hidráulicas, frenos y muchos otros dispositivos hidráulicos.

La prensa hidráulica constituye la aplicación fundamental del principio de Pascal y también un dispositivo que permite entender mejor su significado. Consiste, en esencia, en dos cilindros de diferente sección comunicados entre sí, y cuyo interior está completamente lleno de un líquido que puede ser agua o aceite. Dos émbolos de secciones diferentes se ajustan, respectivamente, en cada uno de los dos cilindros, de modo que estén en contacto con el líquido. Cuando sobre el émbolo de menor sección A1 se ejerce una fuerza F1 la presión p1 que se origina en el líquido en contacto con él se transmite íntegramente y de forma casi instantánea a todo el resto del líquido. Por el principio de Pascal esta presión será igual a la presión p2 que ejerce el fluido en la sección A2 (Ordoñez, 2014)

Principio de Arquímedes

El principio de Arquímedes afirma que todo cuerpo sumergido en un fluido experimenta un empuje vertical y hacia arriba igual al peso de fluido desalojado.

El estudio de las fuerzas sobre una porción de fluido en equilibrio con el resto del fluido.

La sustitución de dicha porción de fluido por un cuerpo sólido de la misma forma y dimensiones.

Consideremos, en primer lugar, las fuerzas sobre una porción de fluido en equilibrio con el resto de fluido. La fuerza que ejerce la presión del fluido sobre la superficie de separación es igual a p·dS, donde p solamente depende de la profundidad y dS es un elemento de superficie.

Puesto que la porción de fluido se encuentra en equilibrio, la resultante de las fuerzas debidas a la presión se debe anular con el peso de dicha porción de fluido. A esta resultante la denominamos empuje y su punto de aplicación es el centro de masa de la porción de fluido, denominado centro de empuje.

De este modo, para una porción de fluido en equilibrio con el resto, se cumple 

Empuje=peso=ρf·gV

El peso de la porción de fluido es igual al producto de la densidad del fluido ρf por la aceleración de la gravedad g y por el volumen de dicha porción V. (Mathias, 2015)

Hemodinámica

La hemodinámica es aquella parte de la biofísica que se encarga del estudio de la dinámica de la sangre en el interior de las estructuras sanguíneas como arterias, venas, vénulas, arteriolas y capilares así como también la mecánica del corazón propiamente dicha mediante la introducción de catéteres finos a través de las arterias de la ingle o del brazo. Esta técnica conocida como cateterismo cardíaco permite conocer con exactitud el estado de los vasos sanguíneos de todo el cuerpo y del corazón.

Participantes de la circulación sanguínea

• Arterias: las arterias están hechas de tres capas de tejido, uno muscular en el medio y una capa interna de tejido epitelial. 

• Capilares: los capilares irrigan los tejidos, permitiendo además el intercambio de gases dentro del tejido. Los capilares son muy delgados y frágiles, teniendo solo el espesor de una capa epitelial. 

• Venas: las venas transportan sangre a más baja presión que las arterias, no siendo tan fuerte como ellas. La sangre es entregada a las venas por los capilares después que el intercambio entre el oxígeno y el dióxido de carbono ha tenido lugar. Las venas transportan sangre rica en residuos de vuelta al corazón y a los pulmones. Las venas tienen en su interior válvulas que aseguran que la sangre con baja presión se mueva siempre en la dirección correcta, hacia el corazón, sin permitir que retroceda. La sangre rica en residuos retorna al corazón y luego todo el proceso se repite. 

• Corazón: es el órgano principal del aparato circulatorio. Es un músculo estriado hueco que actúa como una bomba aspirante e impelente, que aspira hacia las aurículas la sangre que circula por las venas, y la impulsa desde los ventrículos hacia las arterias. Tiene 4 cavidades, 2 aurículas y 2 ventrículos. (Bello, 2016)

Presión en el sistema circulatorio

Es la presión ejercida por la sangre circulante sobre las paredes de los vasos sanguíneos, y constituye uno de los principales signos vitales. La presión de la sangre disminuye a medida que la sangre se mueve a través de arterias, arteriolas, vasos capilares, y venas; el término presión sanguínea generalmente se refiere a la presión arterial, es decir, la presión en las arterias más grandes, las arterias que forman los vasos sanguíneos que toman la sangre que sale desde el corazón. La presión arterial es comúnmente medida por medio de un esfigmomanómetro, que usa la altura de una columna de mercurio para reflejar la presión de circulación (ver Medición no invasiva más abajo). Los valores de la presión sanguínea se expresan en milímetros del mercurio (mmHg), a pesar de que muchos dispositivos de presión vascular modernos ya no usan mercurio.

Presión sanguínea

La presión sanguínea es la tensión ejercida por la sangre que circula sobre las paredes de los vasos sanguíneos, y constituye uno de los principales signos vitales. La presión de la sangre disminuye a medida que la sangre se mueve a través de arterias, arteriolas, vasos capilares, y venas; el término presión sanguínea generalmente se refiere a la presión arterial, es decir, la presión en las arterias más grandes, las arterias que forman los vasos sanguíneos que toman la sangre desde el corazón. La presión arterial es comúnmente medida por medio de un esfigmomanómetro, que usa la altura de una columna de mercurio para reflejar la presión de circulación. Los valores de la presión sanguínea se expresan en milímetros del mercurio (mmHg), a pesar de que muchos dispositivos de presión vascular modernos ya no usan mercurio. Aunque a la presión sanguínea se la confunde con la presión arterial, se puede distinguir dos tipos de presión sanguínea:

Presión venosa

Presión arterial: Tiene dos componentes o medidas de presión arterial que son:

Presión sistólica o la alta.

Presión diastólica o la baja.

Tensión arterial y flujo sanguíneo

Es la presión que ejerce la sangre contra la pared de las arterias. Esta presión es imprescindible para que circule la sangre por los vasos sanguíneos y aporta el oxígeno y los nutrientes a todos los órganos del cuerpo para que puedan funcionar correctamente. Es un tipo de presión sanguínea.

El flujo sanguíneo es la cantidad de sangre que atraviesa la sección de un punto dado de la circulación en un período determinado. Normalmente se expresa en mililitros por minuto o litros por minuto, se abrevia "Q".

El análisis de los factores que determinan el flujo sanguíneo es relativamente complejo ya que es un flujo pulsátil, que discurre por un circuito cerrado de tubos distensibles con múltiples ramificaciones y de calibre variable. Además el fluido circulante, la sangre, es un fluido pseudoplástico con propiedades no lineales y compuesto de líquido (plasma) y elementos formes (hematíes, leucocitos, plaquetas y otros) (Bello, 2016)

Sístole, diástole y pulso.

Sístole

La contracción de las aurículas hace pasar la sangre a los ventrículos a través de las válvulas auriculo-ventriculares.

La sístole es la contracción del tejido muscular cardiaco auricular.

Esta contracción produce un aumento de la presión en la cavidad cardiaca auricular, con la consiguiente eyección del volumen sanguíneo contenido en ella.

Diástole

La diástole es el período en el que el corazón se relaja después de una contracción, llamado período de sístole, en preparación para el llenado con sangre circulatoria. En la diástole ventricular los ventrículos se relajan, y en la diástole auricular las aurículas están relajadas.

Juntas se las conoce como la diástole cardíaca y constituyen, aproximadamente, la mitad de la duración del ciclo cardíaco, es decir, unos 0,5 segundos.

Cuando la presión en el ventrículo izquierdo cae por debajo de la presión de la aurícula izquierda, la válvula mitral se abre, y el ventrículo izquierdo se llena con sangre que se había estado acumulando en la aurícula izquierda.

Pulso

Pulsación provocada por la expansión de sus arterias como consecuencia de la circulación de sangre bombeada por el corazón. Se obtiene por lo general en partes del cuerpo donde las arterias se encuentran más próximas a la piel, como en las muñecas o el cuello e incluso en la sien.

Medición del pulso

El pulso se mide manualmente con los dedos índice y medio; el pulso no se debe tomar con el dedo pulgar, ya que éste tiene pulso propio que puede interferir con la detección del pulso del paciente. Cuando se palpa la arteria carótida, la femoral o la braquial se tiene que ser muy cuidadoso, ya que no hay una superficie sólida como tal para poder detectarlo. La técnica consiste en situar los dedos cerca de una arteria y presionar suavemente contra una estructura interna firme, normalmente un hueso, para poder sentir el pulso.

Leyes de la velocidad y de la presión

LEY DE LA VELOCIDAD. A medida que las arterias se alejan y se van dividiendo, aumenta la superficie de sección del sistema vascular. De este modo, a medida que se aleja la sangre del corazón, va ocupando un lecho cada vez mayor, y tiene su amplitud máxima al nivel de los capilares. Podría representarse al sistema vascular por dos conos truncados que se miran por la base. De allí que la velocidad de la sangre disminuye a medida que se aleja del corazón, llega a un mínimo en los capilares y aumenta otra vez progresivamente en las venas.

LEY DE LA PRESION. La sangre circula en el sistema vascular debido a diferencias de presión. La periódica descarga de sangre por parte del corazón y la resistencia opuesta al curso de la sangre por el pequeño calibre de las arteriolas, crean en el sistema vascular una presión que es máxima en la aorta, cae bruscamente al nivel de las arteriolas y capilares y sigue, luego, cayendo paulatinamente al nivel de las venas para ser mínima al nivel de las aurículas.

Volumen minuto circulatorio y circulación sistémica, pulmonar y fetal.

El corazón, actuando como una bomba mecánica, impulsa la sangre por la aorta. El volumen de sangre que pasa en un minuto por la aorta es un flujo o caudal (Q)y como tal, se podrí medir en cualquiera de las unidades siguientes:

VOLUMEN / TIEMPO = V/T

Aunque es habitual hablar gasto cardiaco en litros por minuto. 5 L/min para el gasto cardíaco es también una cifra fácil de recordar, pero que sólo debe usarse como válida para un sujeto adulto en reposo ya que durante un ejercicio intenso puede aumentar hasta cinco veces su valor basal. 

La aorta no es el único sitio donde se puede medir el gasto cardíaco. Si pasan 5 L/min por la aorta, ese será el caudal de la vena cava inferior y la vena cava superior sumados. Ese será también el caudal de la arteria pulmonar y el caudal de todas las venas pulmonares. Obviamente, si del ventrículo izquierdo salen 5 L/min, por todos los capilares pasan 5 L/min. Lo que sí no hay duda es que es más sencillo medir el flujo en la aorta que, al mismo tiempo, en todos los capilares y es por eso que, cuando se habla de gasto cardíaco se refiere, por lo general, a una medida hecha a la salida del ventrículo izquierdo. (Ramón, 2015)