FISIOLOGIA CARDIOVASCULAR

Robson A. S. Santos

HEMODINÂMICA DA CIRCULAÇÃOHEMODINÂMICA DA CIRCULAÇÃO

PERIFÉRICAPERIFÉRICA

In 1627, William Harvey was able to confirm his observation that the blood circulates throughout the body, which he inferred from the structure of the venal valves. The following year, in Exercitatio Anatomica, he published these conclusions as well as a description of the heart as a mechanical pump

In 1651, Harvey published the concept that all living things originate from eggs.  Harvey believed that in principle organisms could be spontaneously generated, and that the process was one of the self-generation of a complicated machine.

In 1661, Marcello Malpighi, in De pulmonibus, reported his observation of blood movement through the capillaries.  He is also noted for his studied of the glands.

In 1733, Hales measured blood pressure.

In 1738, Daniel Bernoulli, in Hydrodynamica, asserted the principle that as the speed of a moving fluid increases, the pressure within the fluid decreases. In the process of determining this, he invented the 'molecular theory of gases,' now known as the 'kinetic theory of gases,' which introduced the notion that the gas particles were moving around rapidly and that a gas's temperature is a function of the average speed of its particles.

PRINCIPAIS FUNÇÕES DO PRINCIPAIS FUNÇÕES DO SISTEMA CIRCULATÓRIOSISTEMA CIRCULATÓRIO

Transporte e distribuição de substâncias Transporte e distribuição de substâncias essenciais para os tecidos.essenciais para os tecidos.

Remoção de produtos do metabolismo.Remoção de produtos do metabolismo. Ajustar o suprimento de oxigênio e Ajustar o suprimento de oxigênio e

nutrientes em diferentes estados fisiológicos nutrientes em diferentes estados fisiológicos Regulação da temperatura corporalRegulação da temperatura corporal Comunicação humoralComunicação humoral

BOMBA

DISTRIBUIDORESTÚBULOS VASOS

DE TROCA

COLETORES

TÚBULOS

O CIRCUÍTO

Pressure Drop in the Vascular Pressure Drop in the Vascular SystemSystem

LARGE ARTERIES

SMALL ARTERIES

ARTERIOLES

CAPILLARIESVENULES &VEINS

ME

AN

PR

ES

SU

RE

INSIDE DIAMETERSMALL LARGELARGE

ELASTIC TISSUE

MUSCLE

Distribuição do Sangue no Distribuição do Sangue no Sistema CirculatorioSistema Circulatorio

67% VEIAS SIST. /VENULAS67% VEIAS SIST. /VENULAS 5% CAPILARES SISTÊMICOS5% CAPILARES SISTÊMICOS 11% ARTÉRIAS SISTÊMICAS11% ARTÉRIAS SISTÊMICAS 5% VEIAS PULMONARES5% VEIAS PULMONARES 3% ARTÉRIAS PULMONARES3% ARTÉRIAS PULMONARES 4% CAPILARES PULMONARES4% CAPILARES PULMONARES 5% ÁTRIOS/VENTRICULOS5% ÁTRIOS/VENTRICULOS

Organização do Sistema Organização do Sistema CirculatórioCirculatório

CIRCUITOS EM SÉRIE

E EM PARALELO

HEMODINÂMICAHEMODINÂMICA

VELOCIDADE,FLUXO,PRESSÃOVELOCIDADE,FLUXO,PRESSÃO FLUXO LAMINAR FLUXO LAMINAR LEI DE POISEUILLELEI DE POISEUILLE RESISTÊNCIA(SERIE-PARALELO)RESISTÊNCIA(SERIE-PARALELO) FLUXO TURBILHONAR E NÚMERO FLUXO TURBILHONAR E NÚMERO

DE REYNOLDDE REYNOLD

PRESSÃO HIDROSTÁTICAPRESSÃO HIDROSTÁTICA

136cm

0

0100

200

P = p x g x h

P = Pressão mmHgp = densidadeg = gravidadeh = altura

0100

200

0

100mmHg

0100

200

0100

200

136cm

CONCEITOS IMPORTANTESCONCEITOS IMPORTANTES

VELOCIDADE = DISTÂNCIA / TEMPO V = D / T

FLUXO = VOLUME / TEMPO Q = VL / T

VELOCIDADE -FLUXO- ÁREA

V = Q / A

ENERGIA DE UM FLUÍDO ESTÁTICO VS ENERGIA DE UM FLUÍDO ESTÁTICO VS EM MOVIMENTOEM MOVIMENTO

ENERGIA TOTAL= POTENTIAL + CINÉTICA ET = EP + EC

FLUÍDO EM REPOUSO (HIDROSTÁTICA )

FLUÍDO EM MOVIMENTO (HYDROSTÁTICA + HIDRODINÂMICA)

VELOCIDADE E PRESSÃOVELOCIDADE E PRESSÃO

0

0100

200

ÁREA DE SECÇÃO TRANSVERSAL ÁREA DE SECÇÃO TRANSVERSAL E VELOCIDADEE VELOCIDADE

Q=10ml/s

A= 2cm2 10cm2 1cm2

V= 5cm/s 1cm/s 10cm/s

V = Q / A

a b c

LEI DE POISEUILLELEI DE POISEUILLEFluxo em Tubos Cilíndricos Fluxo em Tubos Cilíndricos RigídosRigídos

(FLUXO)Q =(FLUXO)Q = (Pi - Po) r (Pi - Po) r

DIFERENÇADE PRESSÃO RAIO

88ηηL L

VISCOSIDADE

4

COMPRIMENTO

POISEUILLE’S LAWPOISEUILLE’S LAW GOVERNING FLUID GOVERNING FLUID FLOW(Q) THROUGH CYLINDRIC TUBESFLOW(Q) THROUGH CYLINDRIC TUBES

RESISTÊNCIA AO FLUXO NO RESISTÊNCIA AO FLUXO NO SISTEMA CARDIOVASCULARSISTEMA CARDIOVASCULAR

CONCEITOS BÁSICOS

Rt = R1 + R2 + R3…………. RESISTÊNCIAS EM SÉRIE

1/Rt = 1/R1 + 1/R2 + 1/R3…. RESISTÊNCIAS EM PARALELO

SÉRIE PARALELOR1 R2 R3

R1

R3R2

RESISTÊNCIA AO FLUXO NO RESISTÊNCIA AO FLUXO NO SISTEMA CARDIOVASCULARSISTEMA CARDIOVASCULAR

O QUE REALMENTE OCORRE NO SCV?

ARTÉRIAS

ARTERÍOLAS

CAPILARES

BAIXA R ALTA R BAIXA R

Teorema de Bernoulli para um fluxo constante em um leito fechado.

A soma da Energia de Pressão, Energia Cinética e Energia

Potencial em um determinado ponto do leito vascular é

igual a soma dessas Energias em um outro ponto do mesmo

leito vascular.                                                                 

FLUXO LAMINAR VS FLUXO TURBILHONARFLUXO LAMINAR VS FLUXO TURBILHONARO Número de REYNOLDO Número de REYNOLD

FLUXOLAMINAR

FLUXOTURBILHONAR

Nr = pDv/ np = densidade

D = diâmetro

v = velocidade

n = viscosidadelaminar = 2000 ou inferiorlaminar = 2000 ou inferior

SISTEMA ARTERIALSISTEMA ARTERIAL

COMPLACÊNCIA COMPLACÊNCIA

PRESSÃO ARTERIAL PRESSÃO ARTERIAL

PRESSÃO DE PULSOPRESSÃO DE PULSO

MEDIDA DE PRESSÃOMEDIDA DE PRESSÃO

THE END

THE CONCEPT OF THE HYDRAULIC THE CONCEPT OF THE HYDRAULIC FILTERFILTER

SYSTOLE DIASTOLE

COMPLIANT

RIGID

EFFECTS OF PUMPING THROUGH A EFFECTS OF PUMPING THROUGH A RIGID VS A COMPLIANT DUCTRIGID VS A COMPLIANT DUCT

O2

CO

NS

UM

PT

ION

(m

lO2/

100g

/bea

t)

0.1

0

STROKE VOLUME (ml)5 15

NATIVE AORTA

PLASTIC TUBING

STATIC P-V RELATIONSHIP STATIC P-V RELATIONSHIP IN THE AORTAIN THE AORTA

% I

NC

RE

AS

E I

N V

OL

UM

E

PRESSURE (mmHg)

ELASTIC MODULUS OR ELASTIC MODULUS OR ELASTANCEELASTANCE

Ep = P / D/D

Ep= ELASTIC MODULUS D= MAX. CHANGE IN AORTIC DIAMETER. D= MEAN AORTIC DIAM.

ELASTANCE COMPLIANCE

P V PV

EP IS INVERSELY PROPORTIONAL TO C

MEAN ARTERIAL PRESSURE (MAP)

CARDIAC OUTPUT PERIPHERAL RESISTANCE

REMEMBER OHMS LAW?

INSTANTANEOUSINCREASE

STEADY STATEINCREASE

EFFECT OF COMPLIANCE ON MAPEFFECT OF COMPLIANCE ON MAP

Pa = Qh - Qr / Ca

Qh- inflow (CO)Qr- outflowCa- CompliancePa- MAP

AR

TE

RIA

L P

RE

SS

UR

E (

mm

Hg)

TIME

SMALL Ca

LARGE Ca

INCREASE CARDIAC OUTPUT

PULSE PRESSURE

STROKE VOLUME COMPLIANCE

V4

VB

V3

V2VAV1

P1 PA P2 PP33 PB P4

VOLUME

PRESSURE

PULSE PRESSUREEFFECTS OF:

COMPLIANCE TOTAL PERIPHERAL RESISTANCE

TPR

VASCULAR FUNCTION CURVE

HOW CARDIAC OUTPUT REGULATESCENTRAL VENOUS PRESSURE

CARDIAC FUNCTION CURVE

HOW CENTRAL VENOUS PRESSURE (PRELOAD)REGULATES CARDIAC OUTPUT

COUPLING OF THE HEART AND BLOOD VESSELS

VASCULAR FUNCTION CURVEHOW CHANGES IN CARDIAC OUTPUT INDUCECHANGES IN CENTRAL VENOUS PRESSURE?

CE

NT

RA

L V

EN

OU

R P

RE

SS

UR

E (

mm

Hg)

-1

8

CARDIAC OUTPUT (L/min)

0 8

VASCULAR FUNCTIONCURVE

Pmc

B

A

HOW BLOOD VOLUME AND VENOMOTOR TONE CHANGE THE VASCULAR FUNCTIONCURVE?

CE

NT

RA

L V

EN

OU

R P

RE

SS

UR

E (

mm

Hg)

-1

8

0 8

VASCULAR FUNCTIONCURVE

CARDIAC OUTPUT (L/min)

TRANSFUSION

NORMAL

HEMORRHAGE

TOTAL PERIPHERAL RESISTANCEAND THE VASCULAR FUNCTION CURVE.

CE

NT

RA

L V

EN

OU

R P

RE

SS

UR

E (

mm

Hg)

-1

8

0 8

VASCULAR FUNCTIONCURVE

CARDIAC OUTPUT (L/min)

NORMAL

VASODILATION

VA

SOCO

NSTRICTIO

N

THE CARDIAC FUNCTION CURVE

CENTRAL VENOUS PRESSURE (mmHg)

CA

RD

IAC

OU

TP

UT

(L

/min

)

EFFECTS OF SYMPATHETIC STIMULATIONON THE CARDIAC FUNCTION CURVE

CA

RD

IAC

OU

TP

UT

(L

/min

)

CENTRAL VENOUS PRESSURE (mmHg)

HOW BLOOD VOLUME AND PERIPHERALRESISTANCE CHANGE THE CARDIAC FUNCTION CURVE?

CA

RD

IAC

OU

TP

UT

(L

/min

)

CENTRAL VENOUS PRESSURE (mmHg)

VOLUME RESISTANCE

THE CARDIAC FUNCTION CURVE IN HEART FAILURE

CENTRAL VENOUS PRESSURE (mmHg)

CA

RD

IAC

OU

TP

UT

(L

/min

)

HEART - BLOOD VESSELSHEART - BLOOD VESSELSCOUPLINGCOUPLING

PUMP ARTERIESVEINS

Qh 5L/min

Qr5L/min

PERIPHERAL R= Pa - Pv / Qr

R = 20mmHg/L/min

MPA=102mmHgCPV=2mmHg=Pv

COMPLIANCESCv = 19CaCv>>>>Ca

MORMAL FUNCTION

Pa

CARDIAC ARREST!CARDIAC ARREST!INMEDIATE EFFECTINMEDIATE EFFECT

PUMP ARTERIESVEINS

Qh 0L/min

Qr5L/min

CPV=2mmHg=Pv

Pa

FLOW STOPS HERE

FLOW CONTINUES HRETRANSFER ART-->VEINS

R = 20mmHg/L/minQr= Pa - Pv/20

Qr CONTINUES AS LONG ASA PRESSURE GRADIENT IS SUSTAINED

CARDIAC ARRESTCARDIAC ARRESTSTEADY STATESTEADY STATE

PUMP ARTERIESVEINS

Qh 0L/min

Qr0L/min

Pv = 7mmHg = MEAN CIRCULATORY PRESSURE OR Pmc

Pa = 7mmHg

FLOW STOPPED

FLOW STOPPED

Qr = 0 ( NO Pa - Pv DIFFERENCE)

95mmHg

5mmHg

WE START PUMPING!WE START PUMPING!INMEDIATE EFFECTINMEDIATE EFFECT

PUMP ARTERIESVEINS

Qh 1L/min

Qr0L/min

Pv = 7mmHg

Pa = 7mmHg

FLOW STARTS

NO FLOW HERE YET

SOME VENOUS BLOOD

FLOW RETURNS AT Qr AT FLOW RETURNS AT Qr AT THE NEW QhTHE NEW Qh

PUMP ARTERIESVEINS

Qh 1L/min

Qr1L/min

Pv = 6mmHg

Pa = 26mmHg

FLOW STARTS

R = 20mmHg

Qr = Pa - Pv / 20 = 1L/min