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. El flujo o caudal depende directamente del gradiente o
diferencia de presión entre esos dos puntos e inversamente de la resistencia,
en una relación similar a la de Ohm para los circuitos eléctricos.
La resistencia depende de las dimensiones del tubo y de la
naturaleza del fluido, y mide las fuerzas de rozamiento o fricción entre las
propias moléculas del fluido y entre éstas y las moléculas de la pared del
tubo.
La velocidad con la que circula la sangre en el interior de
un tubo es directamente proporcional al flujo e inversamente proporcional al
área transversal del tubo.
Q (flujo o caudal) = ΔP (P1 –
P2) / R (resistencia)
El flujo o caudal (volumen/minuto) se define también como el
volumen circulante por un segmento transversal del circuito en la unidad de
tiempo:
5.1 Tipos de flujo
5.2 Resistencias vasculares
5.3 Relaciones entre el flujo, la presión y la resistencia. Ley de Poiseuille
5.4 Propiedades de la pared vascular
5.5 Relaciones entre las variables hemodinámicas
5.2 Resistencias vasculares
5.3 Relaciones entre el flujo, la presión y la resistencia. Ley de Poiseuille
5.4 Propiedades de la pared vascular
5.5 Relaciones entre las variables hemodinámicas
5.1.1 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 caso del sistema vascular los elementos celulares que
se encuentran en sangre son desplazados tanto más fuertemente hacia el centro
cuanto mayor sea su tamaño.
5.1.2 Flujo turbulento
En determinadas condiciones el flujo puede presentar
remolinos, se dice que es turbulento. En esta forma de flujo el perfil de
velocidades se aplana y la relación lineal entre el gradiente de presión y el
flujo se pierde porque debido a los remolinos se pierde presión.
Para determinar si el flujo es laminar o turbulento se
utiliza el número de Reynolds (NR), un número adimensional que depende de:
r, radio (m) velocidad media (m/s), densidad (g/cc) y
la viscosidad (Pa.s).
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.
La resistencia no puede medirse directamente por ser una
magnitud compuesta, pudiendo obtenerse de la ecuación inicial al establecer un
gradiente de presión entre dos puntos y medir el flujo que se establece:
(mmHg. min/ml, URP → unidad de resistencia periférica
hemodinámica).
Su magnitud depende de las dimensiones del tubo por donde
circula el fluido, de su viscosidad y del tipo de flujo o corriente que se
realice.
5.2.1 Tipos de resistencia
La resistencia periférica total es la suma de las
resistencias vasculares. Los vasos sanguíneos en el sistema vascular
constituyen una red en la que determinados segmentos se sitúan en serie y otros
en paralelo. La resistencia varía dependiendo de la colocación de los vasos.
5.2.2 Viscosidad
Uno de los factores que determina la resistencia al
movimiento de los fluidos son las fuerzas de rozamiento entre las partes
contiguas del fluido, las fuerzas de viscosidad.
La viscosidad (η) se define como la propiedad de los fluidos,
principalmente de los líquidos, de oponer resistencia al desplazamiento
tangencial de capas de moléculas. Según Newton, resulta del cociente entre la
tensión de propulsión (τ) o fuerza de cizalladura y el gradiente de velocidad
(Δν) entre las distintas capas de líquidos.
Las unidades de η son Pascales/seg.
Los fluidos newtonianos u homogéneos son los que muestran una
viscosidad constante, como el agua, o las soluciones de electrolitos; por el
contrario, los fluidos no newtonianos, o heterogéneos, presentan una viscosidad
variable, es el caso de la sangre que se modifica dependiendo de las
dimensiones del tubo y del tipo de flujo. Cuando la velocidad de la sangre se
incrementa la viscosidad disminuye.
Así ha de tenerse en cuenta que la sangre no presenta una
viscosidad constante. Al estar formada por células y plasma, las primeras son
las responsables principales de la viscosidad sanguínea, y tanto el hematocrito
como la velocidad del flujo y el diámetro del vaso modifican la viscosidad de
la sangre. A altas velocidades, la viscosidad disminuye al situarse las células
preferentemente en el eje central del vaso.
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.
La Ley de Poiseuille (o de Hagen-Poiseuille) es una ecuación
hemodinámica fundamental en la que se establece:
8 es el factor que resulta de la integración del perfil de la
velocidad.
Debido a que la longitud de los vasos y la viscosidad son
relativamente constantes, el flujo viene determinado básicamente por el
gradiente de presión y por el radio. De la ecuación representada, destaca el
hecho de que el radio al estar elevado a la cuarta potencia, se constituye como
el factor más importante. Si suponemos un vaso con un flujo de 1 ml/seg al
aumentar el diámetro dos veces el flujo pasa a ser de 16 ml/seg, y si el
diámetro aumenta cuatro veces el flujo pasará a ser 256 ml/seg . Por esta
relación se puede justificar el papel preponderante que los cambios en el radio
del conducto juegan en la regulación del flujo sanguíneo.
La ecuación de Poiseuille está formulada para flujos
laminares de fluidos homogéneos con viscosidad constante, sin embargo, 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. Al producirse
turbulencias se necesitarán gradientes de presión mayores para mantener el
mismo flujo.
La
pared de los vasos sanguíneos está formada por una capa de células
epiteliales, el endotelio, y cantidades variables de colágeno, elastina y
fibras musculares lisas. La capacidad de deformación y recuperación de un vaso
es un factor importante en la hemodinámica.
A través de la pared vascular se mide una diferencia de
presión entre el interior y el exterior, denominada presión transmural. La
presión intravascular se debe a la contracción cardíaca, así como a la
distensión elástica de la pared. La presión exterior es la presión hidrostática
de los líquidos intersticiales y presenta un valor próximo a cero. Si la
presión exterior es superior a la del interior, el vaso se colapsará.
La presión transmural (según la ley de Laplace para cilindros
huecos de extremos abiertos) dependerá del radio del cilindro "r";
del espesor de la pared "e"; y de la tensión parietal T o fuerza por
unidad de longitud.
Esta tensión parietal puede despejarse de la ecuación
anterior,
Siendo Pi – Po la presión transmural (Pt), o
diferencia de presión entre el interior del vaso y el exterior; r el
radio del vaso y, e, el espesor de la pared vascular. La tensión parietal
se mide en N/m. Así a igual presión, la tensión parietal será tanto mayor
cuánto mayor sea el radio y cuánto más delgada sea la pared.
5.4.1 Relación presión-volumen o estudio de la
complianza
Las propiedades elásticas o de distensibilidad de los vasos
sanguíneos dependen, tanto del número, como de la relación entre las fibras
elásticas y colágenas que forman parte de su pared. Si se compara a la altura
del mismo segmento vascular sistémico, las arterias son de 6 a 10 veces menos
distensibles que las venas.
La capacidad de deformación y recuperación de un vaso puede
medirse como la relación entre los cambios de volumen y presión en el interior
del mismo. Esta propiedad se conoce con el nombre de elastanza (ΔP/ΔV) o bien
su inverso, la complianza (ΔV/ΔP). Cuando un vaso posee una pared fácilmente
deformable su su complianza grande. Las arterias son vasos de complianza media
a presiones fisiológicas; sin embargo, a presiones elevadas se vuelven rígidos
y con complianzas cada vez menores.
Las venas son vasos que aunque menos deformables que las
arterias presentan una gran capacidad a presiones bajas de acomodar volúmenes
crecientes de sangre. Esto es debido a su morfología, ya que al pasar de
secciones elípticas a secciones circulares incrementan su volumen., de ahí que
sean descritos como vasos de capacitancia. En el rango de volúmenes y presiones
fisiológicos del sistema vascular, las venas sistémicas son unas diez veces más
distensibles que las arterias.
El volumen de sangre situado en cada uno de los segmentos del
árbol circulatorio no es equitativo. De los aproximadamente 5 litros de sangre
del aparato circulatorio, en situación de pie, un 84 % se sitúa en el circuito
mayor, un 9 % en el circuito menor y un 7 % en el corazón. De la sangre alojada
en la circulación mayor el 75% se sitúa en el sistema venoso, descrito ya como
sistema de capacitancia o reservorio.
La velocidad de la sangre depende del área total transversal
de cada sección analizada. Así en aorta y grandes arterias, aunque el flujo es
pulsátil la velocidad es alta (20cm/s), va disminuyendo a nivel de las
arteriolas alcanzando su valor más bajo en los capilares (0,03 cm/s), este
valor permite que haya tiempo suficiente para los intercambios que han de
realizarse en esta sección. En las venas se alcanzan velocidades menores que en
el mismo segmento arterial debido a que la sección transversal venosa siempre
es mayor que la arterial.
El principal segmento vascular donde se observa un mayor descenso
de la presión corresponde al segmento arteriolar, ya que es en este punto donde
se miden los mayores valores de resistencia.
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