Harry Alberto Moreno Torres
Hidrostática Médica Presión arteria y presión venosa Mediante la aplicación de la hidrostática al estudio del organismo, se llaga a la concl conclus usión ión,, de que que el conju conjunto nto de tuber tuberías ías que que confo conform rman an nuest nuestro ro apara aparato to cardiovascular, son el mejor ejemplo para determinar las aplicaciones donde se requiere aplicar la física. El aparato cardiovascular consta de tres tipos de tuberías o vasos sanguíneos: arterias, capilares y venas. Las arterias poseen la mayor velocidad y presión, mientras que en las venas y sobre todos los capilares, ocurrir todo lo contrario Presión Arterial En medicina, la presión se mide mediante un instrumento llamado esfigmomanómetro o tensiómetro; los existen de muchos tipos, pero el más exacto es el de mercurio. La presión siempre será la misma a una determinada profundidad en cualquier dirección, la forma del recipiente donde se contenga el liquido tampoco altera el valor de la presión, esto es conocido como el principio de Pascal, esta presión puede calcularse mediante la ecuación : P= h d g. En medicina, se considera a la presión atmosférica como el punto de referencia, siendo así las presiones mayores “positivas” y las menores “negativas”. La postura es un factor muy importante a considerar cuando se calcula la presión, lo más más recom recomen endab dable le es reali realiza zarr la medic medición ión de la presi presión ón,, con con la perso persona na recostada bocas arriba, ya que así todos sus vasos sanguíneos estarán a un nivel 0. Cuando la persona está de pie, la presión hidrostática aumenta, causada por la columna columna de sangre sangre de los vasos sanguíneos sanguíneos que se encuent encuentran ran a diferent diferentes es alturas del cuerpo. Cuando se mide la presión arterial con el esfigmomanómet esfigmomanómetro ro en una persona que se encuentra verticalmente, esta se debe colocar a la altura del corazón, por lo que deberá aplicarse en el brazo a dicha altura, al igual que los “manguitos”. Tipos de presión arterial
Se sabe que la presión arterial es la fuerza que ejerce la sangre sobre las paredes arteriales y que existen dos momentos fisiológicos importantes, uno cuando ocurren las contracciones, osea que el corazón impulsa la sangre por las arterias; y otro cuando esta fuerza entra en reposo del corazón. En esta situación, la presión dependerá del volumen sanguíneo y del estado de la pared arterial. De esta manera se denominan dos tipos de presión arterial: •
Presión arterial sistólica (PAS)- Depende de los momentos fisiológicos de contracción del corazón, su valor aproximado es de 120 mm Hg. También es llamado presión máxima por ser el valor más alto que se puede medir.
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Presión arterial diastólica (PAD)- Solo depende del volumen sanguíneo y del estado de las paredes arteriales, se establece solo durante el intervalo que el corazón “descansa”. Su valor aproximado es de 80 mm Hg, también es llamado presión mínima.
Debido a que existen intervalos entre los momentos de sístole y diástole, es posible determinar un promedio, denominado como: Presión arterial media (PAM)- Es la presión arterial promedio que transita la sangre y se calcula mediante la siguiente ecuación: PAM= PAD + (PAS – PAD)/3 Promedio de pulo (PP)- También denomina presión diferencial se caluma restando PAD a PAS.
Medición de la presión arterial Existen dos métodos para medir la presión arterial: el directo y el indirecto: •
Método directo – Se realiza acoplando una arteria a un tubo manómetro que contenga mercurio, mediante la ayuda de una aguja catéter.
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Método indirecto – Este método se utiliza con mayor frecuencia que el anterior, y se realiza mediante un esfigmomanómetro. Este proceso consiste en aplicar una presión mediante una manga neumática al redor del brazo. La presión ejercida en los vasos sanguíneos del brazo se transmite hasta llegar a la arteria branquial. Es en este momento, cuando la circulación en la arteria disminuye al mínimo, y se procede a auscultar con un estetoscopio la región cercana al codo.
Una vez determinada una presión mayor a la sistólica, se desinfla la manga gradualmente, hasta que se pueda escuchar un ruido denominado ruido de Korotkov, que marcara la presencia de la presión sistólica. En el momento que este ruido desaparezca se podrá determinar la presencia de la presión diastólica o mínima. Presión Venosa Recordando que en la venas la presión arterial es mínima y la velocidad de la sangre también, nos cuestionamos si existe realmente presión en la venas. Indudablemente existe presión en las venas, pero esta presenta valores mínimos, debido a que en las arterias se presentan las mayores presiones, originado por la captación de sangre proveniente le los capilares, estos últimos presentan inclusive una presión menor. Los valores de la presión venos son diferentes, dependiendo del lugar donde se perciba esta presión. El cuerpo activa ciertos mecanismos para facilitar el retorno venoso hacia el corazón, estos factores son:
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Válvulas venosas bicúspides o de Galeno
Son válvulas unidireccionales que permiten el flujo sanguíneo solo hacia el corazón y se encuentran en las venas de las extremidades, el deterioro de estas venas se denomina varices.
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El masaje o “bomba muscular”
La sangre que se encuentra “atrapada” en las venas de los miembros inferiores, puede movilizarse mediante el movimiento muscular isotónico, originado por el ejercicio.
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La presión negativa del tórax
Esta presión se debe a que los pulmones se encuentran permanentemente “inflados”. Durante el proceso de inhalación, la presión se hace más negativa y por eso el aire ingresa, mientras que en la exhalación, el pulmón regresa a si “inflado” normal. Todo esto implica que el tórax siempre tiene presión negativa y al inhalar aumenta aun más, esto ayuda a que la sangre venosa retorne desde los miembros inferiores hacia el corazón.
Hidrodinámica Médica Conceptos Importantes: Liquido ideal: no posee viscosidad. Liquido real: posee viscosidad, osea que ejerce resistencia al desplazarse. Trayectoria: es el recorrido que genera una partícula de un liquido en movimiento, si la velocidad es constante este es un flujo estacionario. Flujo o caudal: en medicina, este término se utiliza para los fenómenos de transporte atreves de las membranas, y representa la relación entre el volumen de líquido que atraviesa una sección de tubo en un determinado tiempo.
Hemodinámica Arterial El sistema arterial es una red compleja de tubos elásticos, que después de recibir la sangre procedente del corazón, obtiene un flujo continuo en arteriolas y capilares. La hemodinámica estudia el flujo de la sangre en el sistema circulatorio, basándose en la dinámica de fluidos. La circulación de la sangre en el sistema arterial posee ciertas características, como la de ser un flujo real, no newtoniano (el coeficiente de viscosidad se mantiene constante, aplicable en agua pero no en el sistema arterial), en régimen pulsatical en las grandes arterias, osea que mantiene un caracteres pulsátil sincrónico con la contracción cardiaca, y prácticamente estacionario (que se mueve en un régimen permanente) y laminar (líneas de flujo uniformes) en arteriolas y capilares. Este flujo es susceptible a desarrollar turbulencia en las bifurcaciones. Liquido ideal y real Este concepto se refiere a un fluido imaginario que no ofrece resistencia al desplazamiento, desplazándose a velocidad constante. Se dice que este es un movimiento de Bernoulli. Los líquidos reales, son lo contrario, tienen cierta viscosidad y sus líneas de flujo se desplazan a velocidades diferentes. La viscosidad, es definida como la fuerza necesaria para desplazar un líquido a cierta velocidad. Fv η = S ∆ V / ∆ h El movimiento obtenido se dice que es laminar y el régimen correspondiente de Poiseuille. La resistencia del flujo por efecto de la viscosidad es mayor en los extremos del fluido y menor en el centro. Onda de pulso Las contracciones cardiacas generan ondas de presión que son transmitidas a los largo de las arterias, la velocidad de esta onda pulsátil es de 5 m/s. Se puede deducir su longitud de onda mediante la ecuación:
λ = V / u = (5 m/s) / (0.8 m/s) = 6.25 m Donde λ = longitud de onda (m); V= velocidad; u= frecuencia.
La velocidad de propagación de la onda de pulso depende de la presión arterial, del radio de la arteria y el espesor de la pared. Estos factores se integran en el modulo de elasticidad de Peterson (Ep), que se define como el aumento de presión necesario para conseguir un incremento del radio del 100%. Ep= ∆ p (r / ∆ r) Ep= modulo de elasticidad (N/m 2); r= radio (m); p= presión (N/m 2) Su expresión inversa recibe el nombre de compliance (C) y es una medida que representa la capacidad de elasticidad en las paredes arteriales. C= ∆ r / r ∆ p La velocidad con que se transmite la onda aumenta a medida que disminuye la elasticidad de las arterias (compliance). Las ondas de pulso son capaces de movilizar la columna sanguínea en el interior de un árbol arterial. La propagación de la sondas de pulso desde el corazón a la periferia se somete a una serie de componente que hacen que la onda pulsátil quede reducida a una oscilación de escasa amplitud a la salida de las arteriolas, desapareciendo en el segmento venoso post – capilar. Turbulencia. Numero de Reynolds Es estado laminar se mantiene estable solo a ciertos límites de velocidades, al cruzar estos límites, las líneas de flujo se entrecruzan formando remolinos, en este caso se dice que el régimen es turbulento. El punto intermedio en el cual se produce el cambio de estado laminar a turbulento, se define como numero de Reynolds. NR= q v D / n Donde NR= Numero de Reynolds (adimensional); q= densidad (kg/m 3); velocidad (m/s); n= viscosidad (decapoise kg/m s). Se considera que el NR necesario para alcanzar una velocidad critica es de 2000, lo cual solo tiene lugar durante el sístole o contracción de la aorta. Hemodinámica de la estenosis arterial La estenosis en un término utilizado para referirse a la estrechez de un orificio o conducto, tanto de origen adquirido como congénito.
La disminución brusca del calibre de las arterias vasculares se manifiesta en el incremento de las pérdidas de energía por efecto de la viscosidad y un aumento de velocidad en el interior de la estenosis. También se pierde energía cinética, de mayor importancia en la entrada y salida de la misma. Perdidas cinéticas. Teorema de Bernoulli. Derivado de las leyes de Newton y el teorema de Bernouilli, se establece que el movimiento de un liquido incomprensible y sin rozamiento, la suma de la presión hidrostática y la presión cinética es constante en todos los puntos de la conducción, a la suma de estas dos presiones se le conoce como presión hidrostática. P + p g h + ½ p v2 = cte Donde P= presión transmitida por la contracción cardiaca (N/m 2); p= densidad de la sangre; g= aceleración de la gravedad; h= altura de la columna de sangre respecto a la aurícula derecha; v= velocidad de la sangre. Es posible predecir la diferencia de presiones a través de válvulas cardiacas y en estenosis arteriales. Asumiendo que el paciente esta recostado, suprimiendo el componente de la presión.
∆ P= ½ p (V 2 – V1) La presión en el individuo en posición horizontal es máxima a nivel de la aorta y a partir de ella va disminuyendo progresivamente hacia el sector venoso. Hemos de recordar que este teorema está diseñado para líquidos ideales. Para adaptarlo al sistema arterial, es necesario introducir dos nuevos factores: la presión estática de llenado que en condiciones normales es de 7 mm Hg; y las pérdidas de energía como consecuencia del rozamiento, disipadas bajo forma de calor. Perdidas de energía por viscosidad. Ley de Poiseuille Las pérdidas de energía por viscosidad están relacionas con las pérdidas de presión con el gasto, a través de la formula: Q= (P1 – P2) π r 4 / 8 n L Donde Q= flujo (m3/s); P= presión (N/m2); r= radio (m); n= coeficiente de viscosidad (decapoise kg/m s); L= longitud (m).
Esta ecuación permite afirmar que la caída de presión en tubos rígidos con fluido laminar, es proporcional a la longitud de la misma y al gasto o caudal que circula por ella. La ecuación de Poiseuille puede expresarse de forma simplificada: Q= ∆ P / R Donde R= resistencia periférica, osea la caída de presión en la conducción en función del flujo expresado en mm Hg/s cm 3. Por ecuación de Poiseuille, sabemos que las perdidas por viscosidad son inversamente proporcionales a la cuarta potencia del radio. Las perdidas cinéticas son proporcionales al cuadrado de la velocidad. Estos datos apoyan el concepto de estenosis crítica, como el grado de estenosis a partir del cual se produce una caída de la presión y el flujo. Experimentalmente, no se aprecian cambios importantes en la presión o el flujo hasta que el área del vaso se reduce en más de 75%. Hemodinámica de los aneurismas La rotura de los vasos sanguíneos (aneurisma) se produce cuando la tensión tangencial (fuerza de estiramiento de la pared por efecto de la presión en su interior) supera el límite de elasticidad de la pared arterial. La tensión tangencial es estructuras cilíndricas con cierto espesor de pared viene dada por la formula: T= P (r i / d) Donde T= tensión (N/m 2); P= presión (N/m 2); r i = radio interno (m); d= espesor de pared (m). La rotura de un aneurisma es más probable cuando aumenta la presión en su interior (hipertensión arterial).
Hemodinamica Venosa La función del sistema venoso es la de asegurar un flujo de retorno cardiópeto. La principal misión de la circulación venosa es la del drenaje del CO 2 y de mas catabolitos originsfod por el metabolismo celuar, hacia el corazón. El sistema venoso superficial también posee una importan función en la termoregulacion. En condiciones de frio se produce una constriccion capilar, disminuyendo el flujo y permitiendo conservar la temeratura. En condidiones de calor exesivo se produce una dilatación arterio – venosa, los cuales determinan el aumento sanguíneo de la región cutánea, facilitando la perdida de calor a través de la piel. Vias Venosas Son las encargadas de conducir el flujo de retorno venoso. A nivel de las extremidades inferiores se dividen en dos grupos: Sistema venoso porfundo Sistenma venoso superficial - Este tiene una distreibucion reticular. Ambos sistemas presentan puntos de unión. Las vías venosas presentan válvulas que permiten un sentido cardiópata unidireccional, dichas válvulas realizan el fraccionamiento de la columna de presión en diástole. Bombas venosas Bomba cardíaca (BC). El ventrículo izquierdo impuklsa sangre hacia las ramificaciones arteriales a presión elevada. Al atravesar la unidad microcirulatoria, la sangre pierde energía, llegando con una baja presión al territorio venoso, a esta baja presión se le conoce como presión residual. Bomba tóraco – abdominal (BTA). Loas cambios de presión en el torax y la cavidad abdominal producidos por los movimeintos respiratorios, determinan que en posscion de recostado boca arriba, durante la inspiración se produce una succion de sangre venosa hacia la cavidad torácica, durante la espiración se producirá una fuerte disminución del flujo venosos hacia el corazón. Bomba válvulo – muscular (BVM). Esta es una unidad formada por los musculos, las venas y las válvulas constituyendo una bomba sístole – diastólica. La contracción de los musculos de la pantorrilla produce un vaciamiento rápido del sistema venoso.
Durante la relajación de dichos musculos, las válvulas venosoas produciran el fraccionamiento de la columna de presión. La bomba valvulo – muscular genera un gradiente de presión suplementaria durante el, sístole. Esta bomba se activa solo durante el ejerccio físico de los musculos de la pantorriila. La BVM es de poca importancia cuando el paciente se encuentra recostado, debido a que en esta posición la fuerza de la gravedad es poco relevante. Sin embargo, el paciente al estar de pie, la BVM es impresindible para asegurar un correwcto drenaje venoso, debido a que la bomba cardiaca y la toraco – abdominal son insuficientes para constrarrestar adecuadamente la acción de la gravedad. Presiones venosas Presion venosa total (PVT) es la suma de las presiones del inerior del sistema venoso, etas son: La presión hidrostática (PH) en un punto de la columna liquida es proporcional a la altura de la columna del liquido subyacente. Su valor es máximo a nivel del pie en un sujeto erguido y casi nula cuando esta acostado. Fraccioamiento dinamico de la presión hidrostática (FDPH) resulta el cierre alternativo de las válvulas de entrada en serie y de salida el diástole de la bomba BVM de los miembros inferiores. La presión residual (PR) es la presión transmitida al asitema venoso por la presión arterial por la bomba cardiaca a partir del ventreiculo izquierdo. La PR es un presión motriz que se descompone en 2 partes: Presión dinámica (PD), que es la energía de la presión motriz liberada en el movimiento cierculagtorio. Presion estatica (PE), que es la energía de la precion motriz no liberada. Para una misma presión residuak, la presión estatica aumenta y la presión dinámica disminuye cuando la resistencia al movimiento circulatorio aumenta y viceversa. El gradiente de presión (GP), es la diferencia de presión venosa total (PVT) entre dos puntos del sistema venoso. La presión lateral (PL), es la presión ejerdicda contra la pared interna de venas y capilares. Es la suma de la presión hidrostática y de la presión estatica PEV.
La presión externa venosa (PEV) es la presión ejercida contra la pared externa de venas y capilares. Es la suma de: Presión tisular Presión atmosfericsa Presión transmurla (PTM) es la diferencia entre la presión lateral PL y la presión externa venosa PEV. Flujo venoso Flujo anterógrado: corresponde al flujo que fisiológicamente recorre una vena. Flujo retrógrado: es aquel flujo de sentido contrario al fisiológico. Reflujo: es un flujo que avanza en sentido contrario al normal. Competencia venosa: función de las válvulas correcta. Incompetencia cvenosa: insuficiencioa valvular venosa.
