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Biofísica da
Circulação
Comparação Evolutiva
Invertebrados
Nos animais mais simples não ocorre um
sistema circulatorio, já que seu sistema é
feito por difusao (celula á celula)

 Exemplo:
  • Filo Poríferos
  • Filo Cnidários.
  • Filo Platelmintos e Nematelmintos
Poríferos
    Circulação de água pelo átrio
Cnidários
   Cavidade gastrovascular
Platelmintos
    Cavidade digestiva ramificada
    (cavidade gastrovascular).
Sistema Circulatório lacunar ou aberto
  O líquido (hemolinfa) bombeado por um vaso dorsal e cai
  em lacunas corporais. E depois retorna devagar ao
  coração, que novamente o bombeia para os tecidos.
  Ocorre: em artrópodes e em moluscos (exceção
  Cefalopodes ).
  Fator limitante ao tamanho dos animais.
O Sistema Cardiovascular
É formado pelo coração e pelos vasos sanguíneos.
O coração é a bomba propulsora do sangue e os
vasos sanguíneos são as vias de transporte.
Vertebrados
          Circulação fechada
O sangue nunca abandona os vasos.
O líquido circulante fica constantemente em
movimento, a circulação é rápida.
 Sangue pode alcançar grandes distâncias.
O tamanho dos animais pode ser maior.
Ocorre: em anelídeos, cefalópodes e em todos os
vertebrados.
E pode ser :
• Simples
• Dupla (incompleta ou completa)
Circulação fechada simples

Só existe um tipo de sangue, o venoso.
Ocorre em vertebrados de respiração branquial –
os peixes.
O sangue realiza trocas gasosas nas brânquias e
retorna ao coração.
Circulação fechada dupla

Neste tipo de circulação há dois tipos de sangue: o
sangue venoso e o sangue arterial, pois há circulação
pulmonar e circulação sistêmica.

Pode ser dividida em :
   • completa
   • incompleta
Circulação dupla incompleta

Quando há mistura dos dois tipos de sangue porque
o coração possui menos de quatro câmaras ou a
separação destas é incompleta.
Ocorre nos anfíbios e répteis
Circulação dupla completa
Quando não ocorre a mistura dos dois tipos de
sangue, ela é dita completa.
Ocorre : nas aves e mamíferos.
Anatomia do Coração
       Humano
Tamanho: aproximadamente do tamanho do
punho

Peso: 400g

Localização: entre os pulmões, superfície
superior do diafragma, anterior a coluna
vertebral e posterior ao esterno.
Epicárdio: camada externa do coração (delgada
lâmina de tecido seroso)
Miocárdio: camada média e a mais espessa do
coração (composto de músculo estriado cardíaco)
Endocárdio: camada mais interna do coração
(composto por epitélio pavimentoso simples sobre
uma camada de tecido conjuntivo)
Ciclo da Sístole e Diástole
Campo Eletromagnético
Eletrocardiograma
Equipamentos:
• Eletrodos;
• Amplificador;
• Registrador.
Sequência de ativação do eletrocardiograma
Onda P
Onda P é originada a partir da despolarização dos
átrios.
Uma onda P excessivamente alta e/ou alargada é
característica de hipertrofia atrial.
Segmento PR
Intervalo entre o início da onda P e do complexo
QRS, indica a velocidade de condução entre os átrios e
ventrículos.
O espaço entre a onda P e o complexo QRS é provocado
pela dificuldade imposta pelo tecido fibroso entre o
átrio e o ventrículo.
Complexo QRS
Despolarização ventricular.
Segmento ST
Início da repolarização ventricular.
Onda T
Repolarização ventricular
Sua inversão indica processo isquêmico
Onda U
Repolarização atrial.
Muitas vezes ela não é registrada por ser
concomitante a despolarização dos ventrículos.
Eletrocardiograma
Curiosidade
John Deering (Voluntário em experimento de
monitoramento cardíaco durante fuzilamento)
Campo gravitacional e a circulação

                     “ A circulação
                    sanguínea é um
                sistema fechado, com
                o volume circulatório
                       em regime
                     estacionário”
Nota-se que acima
do coração o campo
G é contra a                  A-G
circulação arterial e
                        V+G
a favor da venosa.

Abaixo do coração
inverte a relação: o
campo G é a favor a
circulação arterial e         A+G
a contra a venosa.
                        V-G
Sistema fechado

Regime estacionário

Sistema de bomba hidráulica e vasos condutores
Estado ou Regime Estacionário (RE)


                     Manutenção do
                     fluxo: volume que sai
                     é igual ao que entra
                     na pequena e grande
                     circulação.
A quantidade de sangue movimentada a cada
impulso do coração é a mesma, na grande e na
pequena circulação.

O volume de sangue ejetado do coração
a cada sístole é cerca de 165 ml.

Volume sanguíneo de 5L:
• ¼ na pequena circulação
  ou pulmonar (3,5 L)
• ¾ na grande circulação
  ou sistêmica (1,25 L)
Propriedades de um Fluxo em Regime Estacionário

  Regime estacionário: o fluido que entra é igual ao que sai
                     ENTRA = SAI
Fluxo: a quantidade de líquido é a mesma em
qualquer segmento.
O fluxo total é igual ao parcial
                   F = f1 = f2 = f3
Energética: a velocidade de circulação diminui á
medida que o diâmetro aumento.
A Energia cinética ↓.
                   V1> V2> V3
Energia potencial (Ep): a Ep cresce às custas da
energia cinética (Ec), pois essa diminui devido ao
atrito.
                  Ep1 < Ep2 < Ep3
Equação do Fluxo (RE)




                                      F=VXA
• Fluxo = velocidade X Área
• Fluxo – a quantidade de líquido total é igual a cada fluxo parcial
Relação entre a velocidade e o diâmetro dos vasos:
                 Constância do Fluxo
             Parâmetro Circulatório da Aorta, Capilares e Cava.
                     Valores Médios e Aproximados
                      Aorta             Capilares             Cava
Diâmetro              2,0 cm              8µm                2,4 cm
Número                  1               2 bilhões                 1
Área                  3,0 cm2           2.200 cm2           4,5 cm2
Velocidade           28cm.s-1           0,04cm.s-1          19cm.s-1
Fluxo                28 x 3,0          0,04 x 2.200         19 x 4,5
                    = 84 ml.s-1        = 88 ml.s-1         = 86 ml.s-1

  Variações da área são acompanhadas de variações de velocidade, o
fluxo permanece constante. ( fluxo sanguíneo é cerca de 85 a 90ml.s-1)
Quebra do Regime Estacionário
Edema Pulmonar: a quantidade de sangue que entra
na pequena circulação é maior que a quantidade que
sai.
Hemorragia: Alteração no fluxo e pressão
Energética de Fluxos em Regime Estacionário
   A energia total (ET) do fluido é calculada por 4
   termos, que compõe a equação de Bernouilli.

               ET = EP + EC + ED + EG

Onde:
ET = energia total
                                              EP
EP = energia potencial
EC = energia cinética                              EC
                                        ED
ED = energia dissipada (atrito)
EG = energia gravitacional                    EG
Relação entre Energética do Fluxo
        e Pressão Lateral
Anomalias do Fluxo

     Estenose
(estreitamento)




  Aneurisma
 (dilatação)
Onda de Pulso e Velocidade de Circulação
 “A onda de pulso é a
 energia da contração
 cardíaca que se
 propaga pelo sangue”
Onda de pulso ≠ Corrente sanguínea
 “A corrente sanguínea
 é o deslocamento da
 massa de sangue,
 medida pelo
 movimento de
 hemácias. É matéria”
Energética da Sístole e da Diástole




Sístole – Contração com              Diástole – Relaxamento com
esvaziamento do coração.             entrada de sangue nas
Os átrios ejetam sangue nos          cavidades cardíacas, e
ventrículos, e esses nas artérias    fechamento das válvulas
aorta (coração esquerdo) e artéria   arteriais.
pulmonar (coração direito).

  Em nenhum momento o ciclo: o fluxo se
  interrompe e nem a pressão se anula
Tipos de Fluxo
Laminar: velocidade constante e silencioso,
entropia adequada. O líquido é escoado
lentamente, dispondo-se em camadas
concêntricas.




Turbilhonar: sons audíveis e velocidade
crítica, entropia exagerada. O escoamento é
rápido, distribuindo-se de forma irregular.
Experimento

  vista superior




   vista lateral
Número de Reynolds e Velocidade crítica
  O número de Reynolds é um valor que indica o limite entre
  o fluxo laminar e o fluxo turbilhonar:
    • Em condutores retilíneos, o valor é de 2.000 no SI
    • Consegui calcular a Velocidade Crítica


            Re = Vc.d.r
                   η
  Velocidade do sangue da aorta, em repouso = entre 25 a
  37 cm.s-1, fluxo é laminar.
  Se a velocidade do sangue da aorta passar de37 cm.s-
  1, o fluxo é turbilhonar, e consequente ruído.
Lei de Poiseuille
  Fatores que condicionam o fluxo
A equação se aplica em outros fluídos e condutores

                F = π ∆P r4
                    8 ∆L η

∆P = Diferença de pressão
∆L = Comprimento do vaso.
η = Viscosidade do sangue.
r = raio do vaso.
∆P = Diferença de pressão ( ↑P, ↑ F) e ( ↓P, ↓ F)




η = Viscosidade do sangue ( ↑ η, ↓ F) e ( ↓η, ↑ F)
Resistência Periférica

                   R=P
                     F


r = raio do vaso ( ↑ r, ↓ F) e ( ↓r, ↑ F)
Lei de Laplace
          Relação entre pressão e tensão
    Equação de Laplace

P = 2 T (Coração)
          R


P = T (Vasos)
      R             - Pressão = Força/Área

                    - Tensão = Força/ Raio
Hipertensão
Pressão acima dos valores esperados
Vários tipos
 • Arteriosclerose
Pressão nos capilares
           forças envolvidas
Capilares: única parte do sistema cardiovascular
acessível a trocas metabólicas com os tecidos
Alterações na pressão osmótica
Diminuição da pressão osmótica intracapilar por
hipoproteinemia
• Consequência: escape de fluido para o CEC
Aumento de sais no CEC
• Consequência: retenção de líquido
Alterações na pressão hidrostática
Dilatação arteriolar ou constrição venular
• Consequência: aumento do vetor de saída e
   diminuição do vetor de entrada do fluido

Aumento da pressão venosa
• Consequência: maior saída e menor entrada de
  fluido

Ação do campo gravitacional
Alterações na
    permeabilidade do capilar

Há substâncias que aumentam a permeabilidade do
capilar, permitindo o vazamento de macromoléculas

• Especialmente albumina
Patologias
Anemia
Deficiência ou uma anomalia da hemoglobina
Hemoglobina: proteína da hemácia (eritrócito) que
transporta oxigênio

Concentrações adequadas segundo a OMS:
 13 g/dL para homens
 12 g/dL para mulheres
 11 g/dL para gestantes e crianças
Há 4 tipos principais de anemia
    Deficiência de uma ou mais substâncias essenciais
        • Anemia ferropriva
    Rápida destruição dos eritrócitos (hemólise)
        • Anemia hemolítica
    Incapacidade da medula óssea de produção
        • Anemia aplástica
    Anomalias herdadas da produção de hemoglobina
        • Anemia falciforme


   Hemácia normal / Hemácia falciforme
Estenose
   Pode ser valvular ou vascular
   Estreitamento de um vaso ou de um orifício
   de uma válvula
   Alteração de fluxo




Estenose mitral         Estenose arterial – artéria femoral
Aterosclerose
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adiposas nas paredes das artérias
Origina um estreitamento
Aneurisma
Variação brusca do
diâmetro de um vaso ou
cavidade cardíaca
Rotura
Trombos
É uma coagulação de sangue no interior do vaso
sanguíneo
Trombose: formação ou desenvolvimento de um
trombo
Vasos superficiais ou profundos
AVC
Restrição de irrigação sanguínea ao
cérebro, causando lesão celular e danos nas
funções neurológicas
As causas mais comuns são os trombos, a embolia
e a hemorragia.
Diagnóstico:
• Tomografia computadorizada
• Ressonância magnética
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  • 3. Invertebrados Nos animais mais simples não ocorre um sistema circulatorio, já que seu sistema é feito por difusao (celula á celula) Exemplo: • Filo Poríferos • Filo Cnidários. • Filo Platelmintos e Nematelmintos
  • 4. Poríferos Circulação de água pelo átrio
  • 5. Cnidários Cavidade gastrovascular
  • 6. Platelmintos Cavidade digestiva ramificada (cavidade gastrovascular).
  • 7. Sistema Circulatório lacunar ou aberto O líquido (hemolinfa) bombeado por um vaso dorsal e cai em lacunas corporais. E depois retorna devagar ao coração, que novamente o bombeia para os tecidos. Ocorre: em artrópodes e em moluscos (exceção Cefalopodes ). Fator limitante ao tamanho dos animais.
  • 8. O Sistema Cardiovascular É formado pelo coração e pelos vasos sanguíneos. O coração é a bomba propulsora do sangue e os vasos sanguíneos são as vias de transporte.
  • 9. Vertebrados Circulação fechada O sangue nunca abandona os vasos. O líquido circulante fica constantemente em movimento, a circulação é rápida. Sangue pode alcançar grandes distâncias. O tamanho dos animais pode ser maior. Ocorre: em anelídeos, cefalópodes e em todos os vertebrados.
  • 10. E pode ser : • Simples • Dupla (incompleta ou completa)
  • 11. Circulação fechada simples Só existe um tipo de sangue, o venoso. Ocorre em vertebrados de respiração branquial – os peixes. O sangue realiza trocas gasosas nas brânquias e retorna ao coração.
  • 12. Circulação fechada dupla Neste tipo de circulação há dois tipos de sangue: o sangue venoso e o sangue arterial, pois há circulação pulmonar e circulação sistêmica. Pode ser dividida em : • completa • incompleta
  • 13. Circulação dupla incompleta Quando há mistura dos dois tipos de sangue porque o coração possui menos de quatro câmaras ou a separação destas é incompleta. Ocorre nos anfíbios e répteis
  • 14. Circulação dupla completa Quando não ocorre a mistura dos dois tipos de sangue, ela é dita completa. Ocorre : nas aves e mamíferos.
  • 15. Anatomia do Coração Humano Tamanho: aproximadamente do tamanho do punho Peso: 400g Localização: entre os pulmões, superfície superior do diafragma, anterior a coluna vertebral e posterior ao esterno.
  • 16.
  • 17. Epicárdio: camada externa do coração (delgada lâmina de tecido seroso) Miocárdio: camada média e a mais espessa do coração (composto de músculo estriado cardíaco) Endocárdio: camada mais interna do coração (composto por epitélio pavimentoso simples sobre uma camada de tecido conjuntivo)
  • 18.
  • 19.
  • 20. Ciclo da Sístole e Diástole
  • 23. Sequência de ativação do eletrocardiograma
  • 24. Onda P Onda P é originada a partir da despolarização dos átrios. Uma onda P excessivamente alta e/ou alargada é característica de hipertrofia atrial.
  • 25. Segmento PR Intervalo entre o início da onda P e do complexo QRS, indica a velocidade de condução entre os átrios e ventrículos. O espaço entre a onda P e o complexo QRS é provocado pela dificuldade imposta pelo tecido fibroso entre o átrio e o ventrículo.
  • 27. Segmento ST Início da repolarização ventricular.
  • 28. Onda T Repolarização ventricular Sua inversão indica processo isquêmico
  • 29. Onda U Repolarização atrial. Muitas vezes ela não é registrada por ser concomitante a despolarização dos ventrículos.
  • 31.
  • 32. Curiosidade John Deering (Voluntário em experimento de monitoramento cardíaco durante fuzilamento)
  • 33. Campo gravitacional e a circulação “ A circulação sanguínea é um sistema fechado, com o volume circulatório em regime estacionário”
  • 34. Nota-se que acima do coração o campo G é contra a A-G circulação arterial e V+G a favor da venosa. Abaixo do coração inverte a relação: o campo G é a favor a circulação arterial e A+G a contra a venosa. V-G
  • 35. Sistema fechado Regime estacionário Sistema de bomba hidráulica e vasos condutores
  • 36. Estado ou Regime Estacionário (RE) Manutenção do fluxo: volume que sai é igual ao que entra na pequena e grande circulação.
  • 37. A quantidade de sangue movimentada a cada impulso do coração é a mesma, na grande e na pequena circulação. O volume de sangue ejetado do coração a cada sístole é cerca de 165 ml. Volume sanguíneo de 5L: • ¼ na pequena circulação ou pulmonar (3,5 L) • ¾ na grande circulação ou sistêmica (1,25 L)
  • 38.
  • 39. Propriedades de um Fluxo em Regime Estacionário Regime estacionário: o fluido que entra é igual ao que sai ENTRA = SAI
  • 40. Fluxo: a quantidade de líquido é a mesma em qualquer segmento. O fluxo total é igual ao parcial F = f1 = f2 = f3
  • 41. Energética: a velocidade de circulação diminui á medida que o diâmetro aumento. A Energia cinética ↓. V1> V2> V3
  • 42. Energia potencial (Ep): a Ep cresce às custas da energia cinética (Ec), pois essa diminui devido ao atrito. Ep1 < Ep2 < Ep3
  • 43. Equação do Fluxo (RE) F=VXA • Fluxo = velocidade X Área • Fluxo – a quantidade de líquido total é igual a cada fluxo parcial
  • 44. Relação entre a velocidade e o diâmetro dos vasos: Constância do Fluxo Parâmetro Circulatório da Aorta, Capilares e Cava. Valores Médios e Aproximados Aorta Capilares Cava Diâmetro 2,0 cm 8µm 2,4 cm Número 1 2 bilhões 1 Área 3,0 cm2 2.200 cm2 4,5 cm2 Velocidade 28cm.s-1 0,04cm.s-1 19cm.s-1 Fluxo 28 x 3,0 0,04 x 2.200 19 x 4,5 = 84 ml.s-1 = 88 ml.s-1 = 86 ml.s-1 Variações da área são acompanhadas de variações de velocidade, o fluxo permanece constante. ( fluxo sanguíneo é cerca de 85 a 90ml.s-1)
  • 45. Quebra do Regime Estacionário Edema Pulmonar: a quantidade de sangue que entra na pequena circulação é maior que a quantidade que sai. Hemorragia: Alteração no fluxo e pressão
  • 46. Energética de Fluxos em Regime Estacionário A energia total (ET) do fluido é calculada por 4 termos, que compõe a equação de Bernouilli. ET = EP + EC + ED + EG Onde: ET = energia total EP EP = energia potencial EC = energia cinética EC ED ED = energia dissipada (atrito) EG = energia gravitacional EG
  • 47. Relação entre Energética do Fluxo e Pressão Lateral
  • 48. Anomalias do Fluxo Estenose (estreitamento) Aneurisma (dilatação)
  • 49. Onda de Pulso e Velocidade de Circulação “A onda de pulso é a energia da contração cardíaca que se propaga pelo sangue” Onda de pulso ≠ Corrente sanguínea “A corrente sanguínea é o deslocamento da massa de sangue, medida pelo movimento de hemácias. É matéria”
  • 50. Energética da Sístole e da Diástole Sístole – Contração com Diástole – Relaxamento com esvaziamento do coração. entrada de sangue nas Os átrios ejetam sangue nos cavidades cardíacas, e ventrículos, e esses nas artérias fechamento das válvulas aorta (coração esquerdo) e artéria arteriais. pulmonar (coração direito). Em nenhum momento o ciclo: o fluxo se interrompe e nem a pressão se anula
  • 51. Tipos de Fluxo Laminar: velocidade constante e silencioso, entropia adequada. O líquido é escoado lentamente, dispondo-se em camadas concêntricas. Turbilhonar: sons audíveis e velocidade crítica, entropia exagerada. O escoamento é rápido, distribuindo-se de forma irregular.
  • 52. Experimento vista superior vista lateral
  • 53. Número de Reynolds e Velocidade crítica O número de Reynolds é um valor que indica o limite entre o fluxo laminar e o fluxo turbilhonar: • Em condutores retilíneos, o valor é de 2.000 no SI • Consegui calcular a Velocidade Crítica Re = Vc.d.r η Velocidade do sangue da aorta, em repouso = entre 25 a 37 cm.s-1, fluxo é laminar. Se a velocidade do sangue da aorta passar de37 cm.s- 1, o fluxo é turbilhonar, e consequente ruído.
  • 54. Lei de Poiseuille Fatores que condicionam o fluxo A equação se aplica em outros fluídos e condutores F = π ∆P r4 8 ∆L η ∆P = Diferença de pressão ∆L = Comprimento do vaso. η = Viscosidade do sangue. r = raio do vaso.
  • 55. ∆P = Diferença de pressão ( ↑P, ↑ F) e ( ↓P, ↓ F) η = Viscosidade do sangue ( ↑ η, ↓ F) e ( ↓η, ↑ F) Resistência Periférica R=P F r = raio do vaso ( ↑ r, ↓ F) e ( ↓r, ↑ F)
  • 56. Lei de Laplace Relação entre pressão e tensão Equação de Laplace P = 2 T (Coração) R P = T (Vasos) R - Pressão = Força/Área - Tensão = Força/ Raio
  • 57. Hipertensão Pressão acima dos valores esperados Vários tipos • Arteriosclerose
  • 58. Pressão nos capilares forças envolvidas Capilares: única parte do sistema cardiovascular acessível a trocas metabólicas com os tecidos
  • 59.
  • 60. Alterações na pressão osmótica Diminuição da pressão osmótica intracapilar por hipoproteinemia • Consequência: escape de fluido para o CEC Aumento de sais no CEC • Consequência: retenção de líquido
  • 61. Alterações na pressão hidrostática Dilatação arteriolar ou constrição venular • Consequência: aumento do vetor de saída e diminuição do vetor de entrada do fluido Aumento da pressão venosa • Consequência: maior saída e menor entrada de fluido Ação do campo gravitacional
  • 62. Alterações na permeabilidade do capilar Há substâncias que aumentam a permeabilidade do capilar, permitindo o vazamento de macromoléculas • Especialmente albumina
  • 64. Anemia Deficiência ou uma anomalia da hemoglobina Hemoglobina: proteína da hemácia (eritrócito) que transporta oxigênio Concentrações adequadas segundo a OMS: 13 g/dL para homens 12 g/dL para mulheres 11 g/dL para gestantes e crianças
  • 65. Há 4 tipos principais de anemia Deficiência de uma ou mais substâncias essenciais • Anemia ferropriva Rápida destruição dos eritrócitos (hemólise) • Anemia hemolítica Incapacidade da medula óssea de produção • Anemia aplástica Anomalias herdadas da produção de hemoglobina • Anemia falciforme Hemácia normal / Hemácia falciforme
  • 66. Estenose Pode ser valvular ou vascular Estreitamento de um vaso ou de um orifício de uma válvula Alteração de fluxo Estenose mitral Estenose arterial – artéria femoral
  • 67. Aterosclerose Acumulo de colesterol e outras substâncias adiposas nas paredes das artérias Origina um estreitamento
  • 68. Aneurisma Variação brusca do diâmetro de um vaso ou cavidade cardíaca Rotura
  • 69. Trombos É uma coagulação de sangue no interior do vaso sanguíneo Trombose: formação ou desenvolvimento de um trombo Vasos superficiais ou profundos
  • 70. AVC Restrição de irrigação sanguínea ao cérebro, causando lesão celular e danos nas funções neurológicas As causas mais comuns são os trombos, a embolia e a hemorragia.
  • 71. Diagnóstico: • Tomografia computadorizada • Ressonância magnética • Angiografia
  • 72. Infarto do miocárdio Falta de irrigação sanguínea a uma parte do músculo cardíaco Bloqueio de uma artéria coronária Diagnóstico: • Eletrocardiograma • Amostras de sangue