Hemodinamia

La hemodinamia es el estudio de los principios físicos (presión, resistencia, volumen y propiedades de los vasos) que determinan el flujo de la sangre a través del sistema circulatorio.

La característica distintiva del sistema circulatorio es que está completamente cerrado, o sea, no intercambia nada con el exterior, manteniendo un volumen sanguíneo constante, que debe estar en equilibrio con el líquido extracelular e intersticial.

En cualquier momento dado, la mayor parte de la sangre (64% aprox.) se encuentra en la circulación sistémica venosa.

El porcentaje de la sangre que hace intercambio en un momento dado no supera el 10% (o sea, de 6 L, 600 mL están haciendo intercambio gaseoso).

La irrigación de todos los órganos no alcanza al 5% del volumen sanguíneo, por lo que los órganos están vivos por 300 mL de sangre, aunque lo que importa en realidad es el flujo (volumen/unidad de tiempo).

Las variables que afectan al sistema venoso (presión, volumen, resistencia) influyen en la sangre que llega al ventrículo derecho.

Las variables que influyen en la salida de la sangre desde el ventrículo izquierdo a través del sistema arterial van a influir en la función cardíaca y en la perfusión de los órganos.

El 100% de la sangre que sale del corazón se distribuye en los órganos, pero no de forma igualitaria. En el reposo (250 mL/min) una gran cantidad va al sistema digestivo en reposo, así como al riñón (que se lleva el 20% de la sangre eyectada por el corazón). El cerebro gasta menos que el riñón y el sistema digestivo. Los músculos, que son la mayor parte de la masa del cuerpo, solo ocupan un 15% del gasto cardíaco.

Esquema del aparato circulatorio que muestra el porcentaje de gasto cardíaco
usado por los distintos órganos (Cmglee, Wikimedia Commons. CC BY-SA 3.0)

Al hacer ejercicio, el corazón debe irrigarse más para permitir una mayor fuerza contráctil y también debe eyectar más sangre, por lo que el flujo aumenta a 1-1,2 L/min, casi triplicando el uso de oxígeno.

El cerebro en reposo y en ejercicio requiere siempre del mismo flujo, que siempre le da un superavit de oxígeno, porque nunca debiera quedarse sin oxígeno. Esto es posible gracias a especializaciones del sistema circulatorio para el cerebro.

Las variaciones en actividad de los distintos componentes del cuerpo requiere de mecanismos que se dividen en:

• Gasto cardíaco = Flujo (vol/unidad de tiempo) que sale del corazón.
• Resistancia vascular: Cambio de forma de los vasos sanguíneos a través de vasodilatación/constricción que influyen en el flujo.
  • Depende de propiedades del flujo sanguíneo y propiedades físicas modificables de los propios vasos sanguíneos.

Distribución arterial:

1. Vasos organizados en paralelo. Permite que se corte la irrigación en un sector sin que se pierda en el otro (división en zonas). Este tipo de organización existe entre los distintos órganos y a la vez dentro de ellos.

Arterias del cerebelo (Petit B, Wikimedia Commons, CC BY-SA 4.0)

2. Vasos organizados en serie, o sea, el paso de un vaso de alto calibre a uno de menor calibre, y así consecutivamente (por ejemplo, en el riñón).

Vasos del riñón (original de Holly Fischer. Wikimedia Commons, CC BY-SA 3.0)

Un primer modelo de estudio de los vasos es considerarlos como tuberías rígidas (simplificado), que pueden cambiar de calibre; y también considerar a la sangre como un fluido simple, homogéneo, de viscosidad constante (como un fluido newtoniano).

• Velocidad de un fluido (V): Distancia que atraviesa la partícula del líquido por unidad de tiempo, lineal (cm/s).
• Flujo de un fluído (Q): velocidad de desplazamiento de un volumen de líquido por unidad de tiempo (cm³/s).
  • Flujo = Velocidad lineal x área del tubo (sección transversal), ó Q=V*a
  • La velocidad es proporcionalmente inversa al área bajo un flujo constante.
  • Por ejemplo: la velocidad de la sangre en la aorta es de 20 cm/s, mientras que en los lechos capilares es de 0,03 cm/s. Estos valores se multiplican por el área total de los vasos que corresponden a su nivel.

Es difícil medir la velocidad de la sangre de un paciente, por lo que se le relaciona con la presión, que es directamente proporcional a la velocidad de la sangre al cuadrado (un pequeño cambio de velocidad influye en un cambio de presión de mayor magnitud).

En los capilares, el área que vale es la sumatoria de ellos, para que el modelo funcione, si no, el área individual de los capilares tendría que ser mayor al de la aorta para que su flujo se mantuviese.

Relación de la velocidad, presión y área.

Pdyn= ρ * v² / 2, donde ρ = densidad.

A flujo (Q) constante, P varía inversamente a la sección transversal (A).

Aplicación clínica: Un cambio de calibre patológico puede deberse a la formación de una placa de ateroma, que hace que el área disminuya, lo que se conoce como estenosis y que puede llegar a ocluir al vaso sanguíneo. El aumento de presión constante puede llegar a dañar el vaso sanguíneo con una ruptura.

Estenosis de arteria carótida interna (Blausen.com, 2014. CC BY 3.0)

El 80% de la sangre está sometida a baja presión y solo un 15% a presión alta.

¿Qué pasa con la presión al ir del corazón a los capilares y colver al corazón?
La presión es alta al iniciar, peor va disminuyendo conforme se acerca a los capilares, legando a su mínimo. En las venas la presión no aumenta.

Relación presión y flujo

Ley de Poiseuille-Hagen:

• Suposiciones:

1. Los líquidos, incluida la sangre, son incompresibles.
2. Sistema de tuberías recto, rígido, cilíndrico, sin ramificaciones y de radio constante.
3. Flujo laminar: el fluido se mueve en capas individuales.
4. Fluido newtoniano (viscosidad constante).
5. Flujo constante y estacionario (funciona de esa manera porque, a pesar de que se libera de forma pulsátil, es constante por la elasticidad de los vasos).

Circulación de un fluído en una cañería ideal de Poiseuille.

Y se expresa con la siguiente ecuación matemática:

Donde Re es el número de Reynolds (explicado en el siguiente tema).

Se debe recordar que, en realidad, la sangre es un fluido complejo, cuyas propiedades están influidas por la matriz y los elementos figurados, lo que influye a que se mueva en capas (viscosidad o ր).

En los vasos de diámetro mayor a 0,3 mm, la viscosidad sanguínea relativa es más o menos constante, pero cuando el radio es pequeño, la viscosidad se hace cada vez menor (ya que cada vez caben menos eritrocitos por unidad de área).

Efecto del hematocrito sobre la viscosidad sanguínea:

• Hematocrito bajo → aumento de la viscosidad (eritrocitos pegajosos).
• Hematocrito alto → aumento de la viscosidad (deformación de las células).

Tasa de deslizamiento (shear rate): Gradiente de velocidad en ambos planos (los distintos planos pueden moverse a velocidades distintas). Depende del volumen, del área de la capa a mover, la cantidad de espacio en que voy a mover esta área dentro de una tasa lineal. Se relaciona con la cantidad de presión que se aplica para mover las capas más rápido o más lento una respecto de la otra.

Shear stress (fuerza de roce): Las capas rozan entre sí debido a su viscosidad. Si la viscosidad es mayor, aumenta el roce entre capas y, por lo tanto, aumenta el shear stress, por lo que hay que aumentar la presión para mover las capas.

donde:

τ = shear stress;

μ = viscosidad dinámica del fluído;

u = velocidad del flujo en el límite;

y = altura sobre el límite.

Debido al roce, la capa más central siempre va más rápido que las capas de las orillas, lo que conviene y facilita el intercambio en los capilares, que se produce a través de sus paredes.