Bases hidrodinámicas del ciclo cardíaco

Bases hidrodinámicas del ciclo cardíaco

Introducción

A lo largo del tiempo, la relación entre la física y la medicina parecía imposible, pero con las decadas, se fueron creando ramas en las cuales se pudo ver más a detalle sobre la conexión entre estas dos ciencias. Tanto es así que existe una sub-especialidad dentro de la cardiología que se llama Hemodinámica que esta basada en la Hidrodinámica.  La Hidrodinámica es el área de la físicia que estudia el comportamiento de los líquidos en movimiento para ello considera la velocidad, la presión, el flujo y el gasto líquido.  En este caso, se relacionará las bases de la Hidrodinámica con el ciclo cardiaco por lo que, el líquido mencionado es la sangre. El ciclo cardíaco es la secuencia de sucesos fisiológicos que se repiten en cada latido. El ciclo cardíaco es un proceso durante el cual se producen cambios sucesivos de volumen y presión en el corazón durante la actividad cardíaca, el miocardio se contrae como respuesta a la actividad eléctrica que se produce dentro del sistema conductor del corazón El periodo de contracción durante el que se bombea la sangre se llama sístole, el periodo de relajación durante el cual se llenan las cavidades con sangre se llama diástole. En el siguiente trabajo se verá la relación entre el ciclo cardíaco y las bases de la hidrodinámica.

Desarrollo

La relación entre la hidrodinámica y el ciclo cardíaco es más compleja de lo que parece, tal vez sea complicado creer que el sistema circulatorio se rige por leyes y principios. La Hidrodinámica estudia a los fluidos en movimiento, existen dos fluidos importantes que se deben tomar en cuenta a la hora de aplicar las fórmulas de la Hidrodinámica.

1. Los Fluidos ideales

Los fluidos ideales no ofrecen resistencia al desplazamiento. Un fluido de esta naturaleza una vez puesto en movimiento en un tubo, circula en forma permanente, sin necesidad de ninguna fuerza externa, pues no existe rozamiento que lo detenga. Además, tienen las siguientes características:

• No viscosos: Se desprecia la fricción interna entre las distintas partes del fluido.
• Flujo estacionario: La velocidad del fluido en un punto es constante con el tiempo
• Fluido incomprensible: La densidad del fluido permanece constante con el tiempo
• Flujo irrotacional: No presenta torbellinos, es decir, no hay momento angular del fluido respecto de cualquier punto.

Existen dos principios que son de suma importancia para este tipo de fluidos.

1. Ecuación de continuidad

La ecuación de la continuidad es la relación que existe entre el área y la velocidad que tiene un fluido en un lugar determinado y que nos dice que el caudal de un fluido es constante a lo largo de un circuito hidráulico. Donde dicho resultado se conoce como la ecuación de continuidad un fluido ideal.

A1V1=A2V2

Por otro lado, la cantidad Av se conoce como caudal promedio Q y representa el volumen del fluido que pasa por un punto en el tubo por unidad de tiempo.

Q = V/T = Av

1. Ecuación de Bernoulli

La ecuación de Bernoulli es una correlación de las ecuaciones de conservación para demostrar una relación entre la velocidad y presión del fluido.

p1 + ρgh1 + 1/2 ρv12 = p2 + ρgh2 + 1/2 ρv22

Cabe recalcar que solo es aplicable rigurosamente para líquidos ideales, a temperatura constante y en régimen estacionario. Para líquidos reales como la sangre, si bien no se puede aplicar estrictamente, sirve para orientar la interpretación de algunos fenómenos y, en la mayoría de los casos, obtener valores muy aproximados a los reales.

1. Los fluidos reales

Son los que ofrecen resistencia al desplazamiento, es decir, tienen viscosidad. Y para vencer estas fuerzas de resistencia se necesita una diferencia de presión (una fuerza), por lo que en realidad la presión no es constante. En este caso estos fluidos son lo que más hablaremos ya que, la sangre es un fluido real.

1. Viscosidad

Esta propiedad es una de las más importantes en el estudio de los fluidos y se pone de manifiesto cuando los fluidos están en movimiento. La viscosidad de un fluido se define como su resistencia al corte. Se puede decir que es equivalente a la fricción entre dos sólidos en movimiento relativo.

1. Viscosidad sanguínea

La viscosidad sanguínea se determina principalmente por el hematocrito (proporción volumétrica de los eritrocitos, que normalmente se encuentra en el rango de 0.45 a 0.55). 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.[pic 1]

1. La Ley de Poiseuille

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:

[pic 2]

(8 es el factor que resulta de la integración del perfil de la velocidad)

Esta redistribución deja claro que la resistencia del flujo sanguíneo se relaciona directamente con la longitud de un vaso sanguíneo y la viscosidad de la sangre, pero se relaciona inversamente con la cuarta potencia del radio, de modo que, cuanto más pequeño es el diámetro de un vaso sanguíneo, mayor es la resistencia. La ecuación de Poiseuille está formulada para flujos laminares de fluidos homogéneos con viscosidad constante, no obstante, en los vasos sanguíneos estas condiciones no continuamente se cumplen; si la rapidez del flujo es alta o si el gradiente de presión es alto, tienen la posibilidad de crear remolinos o turbulencias que modifican el jefe del flujo. Al producirse turbulencias se necesitarán gradientes de presión más grandes para conservar el mismo flujo.

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