Biofísica del sistema circulatorio

martes, 26 de mayo de 2015

El Corazón

El corazón es uno de los órganos más importantes en el cuerpo humano y el principal órgano del sistema circulatorio, su principal función es la de distribuir la sangre oxigenada a los órganos y a los tejidos, también se encarga de recoger la sangre sin oxígeno para que pueda ser oxigenada en los pulmones (Thews, 1983).

Aunque hoy damos por sentado que el corazón impulsa la sangre hacia los vasos sanguíneos, el sistema circulatorio se desconoció durante muchos siglos, solo hasta principios del siglo XVII cuando Willian Hervey demostró que el corazón hace circular la sangre a través de vasos sanguíneos a las diferentes partes del cuerpo. En palabras de Harvey: “es totalmente necesario llegar a la conclusión de que la sangre en el cuerpo se encuentra impulsada en un circulo y es estado de movimiento” (Moyes, 2006).

Esquema del corazón y sus partes, tomada de Fernández, (s.f.), modificado por Carlos Aya.

VÍDEO SOBRE SU FUNCIONAMIENTO

Un corazón artificial para un bebé de ocho meses

El gran dilema en los trasplantes, es la falta es un corazón,. Hace falta un corazón pequeño, del tamaño de un bebe. Y los donantes niños son escasos. Así, para Benjamín, un bebé de ocho meses, se habría agotado el tiempo de espera si no hubiera sido porque en el Hospital Madrileño de La Paz decidieron implantarle un Berlin Heart, un dispositivo artificial que suple las funciones del corazón y alarga el tiempo de espera. Ahora, el corazón dañado de Benjamín solo es un receptáculo por donde pasa la sangre. El doctor Gutiérrez-Larraya, jefe del Servicio Cardíaco Pediátrico del Hospital La Paz, explica a la revista Quo en qué consiste el Berlin Heart, imprescindible para que Benjamín siga vivo: “Es una esfera en cuyo centro hay una membrana que absorbe y bombea la sangre. De esa esfera sale una cánula que va cosida al ventrículo izquierdo, y otra que va a la aorta del niño. Desde un ordenador se regula cómo se mueve esa membrana, y por tanto, la frecuencia cardíaca” (Revista Quo.es, 2010).

Esquema de la implantación de un Berlin Heart en un niño, tomada de www.shands.org/berlinheart consultada el 25 de mayo de 2015.

Procesos físicos

LEY DE POISEUILLE

Si se sustituyen los diversos factores que afectan la resistencia en las formulas precedentes, podemos obtener otra fórmula más que se conoce como ley de Poiseuille (Guyton, 1987)

Flujo sanguíneo = presión * (diámetro)⁴/ longitud * viscosidad

Esta fórmula expresa la capacidad de la sangre para fluir por cualquier vaso e indica que el flujo sanguíneo es directamente proporcional a la cuarta potencia del diámetro del vaso e inversamente proporcional a la longitud del vaso y a las viscosidad sanguínea (Guyton, 1987).

TEOREMA DE BERNUILLE

Bernuille, científico que experimento con tubos de vidrio midiendo las velocidades y flujos en vasos de distinto calibre. El propuso que un líquido “ideal” no sufre rozamiento contra las paredes de un tubo, es decir, que nada frena su fluir (Por supuesto que esto es teórico); continuando con la idea, este líquido ideal no pararía nunca de circular en un sistema cerrado de tuberías ya que la energía que posee no se pierde por el rozamiento. La energía de ese fluido tiene dos formas de expresión:

Como presión hidrodinámica: la presión que ejerce el líquido hacia delante al avanzar y como presión hidrostática, que es la presión ejercida contra las paredes del recipiente. Cuando un líquido circula muy rápido, este ejerce más presión hacia delante y menos hacia los costados (contra las paredes), a la inversa, cuando el líquido circula lento ejerce más presión sobre las paredes que hacia delante. La suma de estos componentes es constante según Bernoulli. ( www.bibliotecadigital.ilce.edu) tal como lo sugiere la siguiente imagen.

Diagrama del teorema de Bernuille, las flechas representan la dirección del fluido tomado de la dirección web www.bibliotecadigital.ilce.edu, consultada el 25 de mayo de 2015.

En que consiste...

Con qué se puede comparar el sistema circulatorio...

Debido a la ley de conservación de la masa, el flujo en cada uno de los segmentos de un sistema circulatorio debe ser igual. Como se muestra en la siguiente grafica el flujo total en el punto A y el punto B es el mismo. Son embargo, la cantidad de flujo en cada uno de los vasos sanguíneos paralelos en el punto B no tiene por qué ser igual. La proporción de flujo que pasa por cada vaso sanguíneo paralelo depende de las resistencias relativas de los vasos sanguíneos. Tal y como indica la ley de flujo global, la sangre tiende a tomar la vía con menos resistencia; fluirá más sangre a través de un vaso con menos resistencia; fluirá más sangre a través de un vaso sanguíneo con resistencia baja que atreves de uno con resistencia alta. Si conocemos el flujo y las resistencias totales de cada uno de los vasos en paralelo, podemos calcular la cantidad de flujo que pasa por cada vaso, utilizando la ley del flujo global. Los sistemas circulatorios son análogos a circuitos eléctricos con resistores colocados en serie como en paralelo la siguiente gráfica hace la comparación de lo anteriormente dicho (Berne, 2001).

Esquema de la analogía entre el sistema eléctrico y el sistema circulatorio, en la parte superior la resistencia en serie y en la parte inferior la serie en paralelo, tomada de Berne (2001).

El flujo sanguíneo

El flujo sanguíneo es el volumen de sangre que fluye a través de cualquier tejido por unidad de tiempo (ml/minuto). El flujo sanguíneo total es el gasto cardíaco. La distribución del gasto cardíaco entre las diferentes partes del cuerpo depende de la diferencia de presión entre dos puntos del sistema vascular y de la resistencia al flujo sanguíneo (Guyton, 1987).

Flujo sanguíneo = presión / resistencia

Presión= flujo sanguíneo * resistencia

Resistencia = presión/ flujo sanguíneo

La sangre fluye a través de numerosos vasos sanguíneos o conductos (venas, arteria, capilares) impulsada por la fuerza del corazón a todas las partes del cuerpo, con el fin de aportar oxígeno a todas las células que componen el ser vivo, de acuerdo con el tipo de sangre que transporta y sus partes pueden clasificarse como venas, vénulas; arterias, arteriolas; capilares (Guyton, 1987).

La energía necesaria para que el líquido viaje por el tubo debe vencer la fricción interna de una capa sobre otra. Si el líquido tiene una viscosidad h el flujo sigue siendo laminar, siempre y cuando el valor de la velocidad del fluido V por el diámetro del tubo d dividido entre el valor h no exceda de un valor crítico conocido como número de Reynold (Piña, 1998).

(Re=Vd/π)

Re es mayor que 2.000, la corriente laminar se rompe y se convierte en turbulenta, es decir, forma remolinos, chorros y vórtices. (Piña, 1998).

Representación del flujo turbulento a la izquierda y representación del flujo laminar a la derecha, las flechas representan el sentido que toman los fluidos dentro de los vasos sanguíneos, tomadas de Berne y Levy (2001).

Como se gráfica la presión sanguínea...

Durante la fase de recuperación del ciclo cardiaco o diástole, la presión típica es del orden de 80 mm de Hg (Thibodeau & Patton, 2008). La gráfica de presión se muestra en la siguiente figura.

Esquema que muestra cómo varía la presión en el sistema circulatorio. Nótese que la presión venosa es muy pequeña. Tomado de la pagina web www.childrenscentralcal.org/ESPANOL/HEALTHS/P06159/P06157/Pages/P0150.asp, consultada el 25 de mayo del 2015

Aprende Jugando

Para empezar es necesario comenzar a familiarizarse con algunos de los términos empleados para describir la biofísica del sistema circulatorio y que mejor que desarrollar una sopa de letras.

Diviértete y aprende!

Ingresa al siguiente Link y resuelve la sopa de letras.

http://deckerix.com/modulos/juegos/sopadeletras/jugar.php?idSopa=287975

Repaso de los temas vistos en sobre el sistema circulatorio en prezi

https://prezi.com/r7g1zfextqr1/copy-of-sistema-circulatorio/

Vasos sanguineos

Vasos Sanguíneos

Los vasos sanguíneos son cilindros de gran longitud y diámetro cambiante organizados en ramificaciones interconectadas en las que se diferencian tres tipos (arterias, venas y capilares) que tiene varias funciones sirven para llevar los alimentos, el oxígeno a las células, y para recoger los desechos metabólicos que se han de eliminar después por los riñones, en la orina, y por el aire exhalado en los pulmones, rico en dióxido de carbono (CO2). Formando un circuito continuo con el corazón que funciona siempre y cuando el animal este vivo. (Martorell, 2011; Biggs et al 2000).

Esquema de los distintos vasos sanguíneos con sus respectivas partes, tomada de Berne (2001).

Modelo lúdico para las clases

Células sanguíneas

¿Qué es la sangre?

La sangre es un liquido, bastante homogéneo, compuesto de gran variedad de sustancias orgánicas e inorgánicas, disueltas y en suspensión que fluye por un circuito cerrado, cuando lo hace en un circuito abierto se denomina liquido intersticial, este último no debe ser confundido con la sangre ya que no cuentan con los mismos componentes, tampoco con la linfa que circula paralelamente con otro sistema dentro de los vertebrados, esta linfa se origina de la sangre a partir de un proceso llamado ultrafiltración en el cual pierde parte de los componentes originales de la sangre como moléculas de “gran tamaño” (proteínas, células) (Moyes, 2006; Biggs et al 2000).

Las células sanguíneas

Todas la células sanguíneas se forman a partir de un único tipo de célula madre, esta puede diferenciarse para formar cualquier tipo de hemocito o célula sanguínea, la primera diferenciación forma las células madre mieloide y las células madre linfoides. La mayoría de los hemocitos se derivan de las células madre mieloides. Las células madre linfoides son las precursoras de los linfocitos. (Moyes ,2006) Este proceso se describe en mayor detalle con la siguiente imagen.

Esquema de la formación de las células sanguíneas a partir de la célula madre hematopoyética, tomada de (Moyes, 2006)

La Coagulación

Esquema de la intervención de las plaquetas en la coagulación sanguínea, tomada deeportfolioinessantoscvg.blogspot.com/2015/05/plaquetas-sanguineas-ou-trombocitos, modificada por Carlos Aya.