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5/17/2018 Conceptos importantes en circulaci n y respiraci n - slidepdf.com
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Conceptos importantes en circulación y respiración
Figura 1. La difusión es el proceso
limitante en la obtención
de recursos por las
células.
Este proceso es muy lento
a grandes distancias, pero
rápido en distancias
cortas. La función de la
circulación es “acercar”
las moléculas (en este
caso de oxígeno a las
células) y la hace por dos
procesos de transporte
masivo y dos procesos
difusivos.
El primer proceso masivo
es movilizar el aire hasta
los alveolos. Luego hay difusión hacia la sangre.
Posteriormente un
transporte masivo de la
sangre hacia los tejidos y
luego un segundo proceso
difusivo hasta las células.
Hay una caída de la
presión parcial de oxígeno
en el trayecto, que se ha
denominado “cascada del
oxígeno”.
Es interesante comparar las materias que se mueven en estos dos tipos de transporte. La
Tabla 1 resume las propiedades del aire y del agua.
El movilizar aire es más fácil que movilizar agua. El aire en menos denso, menos viscoso,
contiene más oxígeno y este difunde más rápido en aire que en agua (recordar que el
tiempo requerido es proporcional al cuadrado de la distancia a recorrer. Por esta razón las
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células nunca son muy grandes, y si lo son están deformadas a fin de dejar una distancia
pequeña a recorrer).
Tabla1
Figura 2 Esta figura compara las velocidades de
transmisión de información en la
circulación (con un gasto cardiaco de 5
L/min la sangre circula por todo el cuerpo
en 1 minuto) con la velocidad de
transmisión nerviosa.
Una molécula de oxígeno que difunde
tarda 5,4 ms en recorrer el diámetro de un
eritrocito, y demoraría 50 años en llegar
desde la calota al talón (este cálculo se
debe al famoso fisiólogo A. V. Hill).
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En la Tabla 2 se muestran las presiones parciales y composición de los distintos medios en
los que procede la cascada del oxígeno. Tabla 2
Los fluidos como aire y agua pueden moverse en régimen laminar, turbulento o mixto. La
forma en que lo hacen está determinada por el número de Reynolds, en el cual :
..
Re: número de Reynolds (adimensional)
D: diámetro del tubo (cm)
v: velocidad media del fluido (cm/s)
ρ: densidad del fluido (gr/cm3)
η: viscosidad dinámica (poise)
La transición entre régimen laminar y régimen turbulento ocurre cuando Re = 2000.
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La sangre tiene una viscosidad de cerca de 0.03 poise y una densidad cercana a 1 gr/cm3.
Si la aorta tiene 2,2 cm de diámetro y el gasto cardiaco es de 5 L/min, Re resulta cercano a
150 y la sangre fluye en régimen laminar.
Este conocimiento es importante para medir la presión arterial (¿Cómo se hace?) y para
obtener información útil en el examen clínico (¿Cómo?).
Figura 3
En un apunte complementario anterior se describió la ecuación de Hagen‐Poiseuille, en la
cual:
∙
∆
En la que es el caudal (volumen por unidad de tiempo); el radio; la viscosidad, y ∆
la
gradiente de presión.
Si se examina la Tabla 1, se verá que la solubilidad del oxígeno es baja en agua y menor
todavía en una solución salina. La inmensa mayoría de los animales relativamente grandes
utilizan moléculas con gran afinidad por el oxígeno, en nuestro caso la hemoglobina
encerrada en corpúsculos (eritrocitos). Esto determina que la viscosidad de la sangre no
sea constante y dependa del diámetro del tubo en que se mueve. Este es el efecto
Fahreus‐Lindquist.
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Figura 4 El agua y el plasma se
comportan como fluidos
newtonianos (su
viscosidad no depende
del diámetro del tubo en
que se mueven). La
sangre es un liquido no
newtoniano. Los
eritrocitos se deforman y
tienden a pasar por el centro del tubo, mientras
las paredes de este
quedan mojadas por la
parte líquida de la sangre.
Analice el efecto que
tendrá el cambio de
hematocrito (% de
volumen de eritrocitos
en la sangre total)sobre la viscosidad de
la sangre, su densidad
y su proyección de
acuerdo al número de
Reynolds y la ecuación
de Hagen-Poiseuille.
El adecuado transporte de sangre a los tejidos puede ser alterado por una variedad de
factores externos e internos. Así, en determinados ambientes la presión parcial de
oxígeno puede ser baja (Figura 5), lo que altera las presiones parciales de oxígeno en toda
la cascada (Figura 6).
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Figura 5
Figura 6
Dentro de los factores endógenos está la disponibilidad del trasportador (Figura 7,
distintas concentraciones de hemoglobina) y las condiciones del medio interno (Figura 8,
como temperatura, presión parcial de CO2 y acidez).
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Figura 7
Figura 8
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Puede también mencionarse obstrucción a la irrigación determinado territorio (isquemia),
inutilización del transportador (envenenamiento con monóxido carbónico) y por último
que el oxígeno no pueda ser utilizado (envenenamiento con cianuro) o que la respiración no conduzca a la síntesis de ATP (desacoplamiento respiración‐fosforilación). Distintas
patologías pueden actuar por estos mecanismos.
La mutua dependencia entre la respiración y circulación queda manifiesta en el curso
paralelo que siguen el gasto cardiaco y en consumo de oxígeno cuando se realiza ejercicio
(Figura 9). Sin recurrir a un exceso de imaginación esta situación puede proyectarse a la
patología. (Los invito encarecidamente a hacerlo a partir de lo ya expuesto).
Figura 9
En la Tabla 3 se resume una variedad de sensaciones respiratorias que se manifiestan en
distintas patologías. Sería conveniente que identifique los mecanismos
involucrados utilizando los conceptos expuestos.
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Tabla 3
En la Tabla 4 se exponen condiciones y mecanismos de disnea. Explíquelas en función a
lo expuesto. Puede utilizar también el material entregado para explicar EPOC.
Obviamente el corazón será determinante en transporta la sangre adecuadamente. En la
Figura 10 se repasan los conceptos de pre‐carga y post‐carga y sus alteraciones. La falla
cardiaca puede conducir a alteraciones más allá del circuito corazón‐pulmón, como se
expone en la Figura 11.
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Tabla 4
Figura 10
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Figura 11
Si hay aumento en la resistencia de los circuitos (sistémico o pulmonar) ocurrirá
hipertrofia del ventrículo afectado. La figura 12 revisa los conceptos de pre y post carga.
Aquí aparecen dos factores que influyen en la aplicación de la ley de Laplace para la
tensión del ventrículo: el espesor de la pared y la geometría ventricular.
Para una estructura esférica la ecuación es:
∆
2
T: tensión
∆: diferencia de presión
r: radio
El ventrículo es más bien ovalado, por la cual habría que considerar dos radios de
curvatura (r1 y r2), y la ecuación pasa a ser:
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∆ 1 2
Y para un tubo cilíndrico:
∆P r
Si se considera ahora el espesor de la pared (w), la ecuación queda como:
∆ 1 2
Figura 12
Un ventrículo hipertrófico aumentaría su tensión por aumento de los radios, mientras el
espesor tendería a disminuir la tensión. Sin embargo, el aumento de espesor tendría como
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efecto la mayor dificultad de irrigación (y difusión del oxígeno) de la pared ventricular. La
extracción de oxígeno por el corazón es muy alta, mientras la reserva en la mioglobina es
muy baja, por lo cual la solución para un aumento del consumo es el aumento del flujo coronario.
La Figura 13 ilustra las relaciones entre la oferta de oxígeno (MDO2) y la demanda
(consumo de oxígeno miocárdico, MVO2) en condiciones normales (A) y en isquemia (B)
Figura 13
La alteración del tamaño de los ventrículos tiene otras consecuencias, que pueden ser
estudiadas por medio de la curva de Frank‐Starling. Las unidades funcionales de la
contracción son los sarcómeros. Actualmente se conoce bien los mecanismos de la
contracción muscular (especialmente del músculo esquelético), como se resume en la
Figura 14.
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Figura 14
La posición relativa de cada uno de las fibras se ilustra en la Figura 15
Figura 15
Sin embargo, el músculo esquelético y el cardiaco difieren en el rango de excursión
(aparentemente la curva de Frank‐Starling se proyectó desde el conocimiento de músculo
esquelético o se trabajó con tiras de músculo cardiaco). Las diferencias se ilustran en la
Figura 16.
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Figura 16
En condiciones normales tanto el músculo esquelético como el cardiaco se encuentran en
una longitud cercana a aquella en que se obtiene el desarrollo máximo de fuerza.
Un corazón hipertrófico trabaja “fuera de rango”, como se muestra en la Figura 17.
A continuación se ilustra una variedad de alteraciones cardiacas y sus consecuencias:
En la Figura 18, falla del corazón izquierdo.
En la Figura 19, falla del corazón derecho
En la Figura 20, estenosis mitral
En la Figura 21, regurgitación mitral
En la Figura 22, estenosis aórtica
En la Figura 23, regurgitación aórtica
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Figura 17
Figura 18: Falla del corazón izquierdo
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Figura 19: Falla del corazón derecho
Figura 20: Estenosis mitral
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Figura 21: Regurgitación mitral
Figura 22: Estenosis aórtica
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Figura 23: Regurgitación aórtica
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