Mecánica cardiaca. El ciclo cardiaco.
Las sucesivas y alternadas contracciones y relajaciones permiten que el
corazón funcione como una bomba, impulsando la sangre desde las venas hacia las
arterias. Este patrón mecánico se denomina ciclo cardíaco, y consta de dos
fases principales: la diástole o fase de relajación; y la sístole o fase de
contracción.
Propiedades mecánicas de la fibra
cardiaca
Para que las fibras cardíacas inicien el proceso mecánico de la
contracción es necesario que la información eléctrica localizada a nivel de la
membrana se introduzca al citoplasma celular, que es el lugar donde se
encuentra la maquinaria contráctil; por ello, el primer fenómeno que ha de
estudiarse es el tránsito de esta información, denominado acoplamiento
excitación contracción.
Acoplamiento excitación-contracción
El acoplamiento, al igual que en el músculo esquelético, es un mecanismo
dependiente íntegramente del Ca++ presente en el sarcoplasma. La
despolarización sostenida durante la
fase de meseta en el potencial de acción cardíaco garantiza la entrada
de Ca++ necesario para la liberación del almacenado en el retículo.
Respuesta contráctil del músculo
cardíaco
La prolongada duración del potencial de acción tiene como consecuencia
que la fase contráctil coincida temporalmente con la membrana en situación de
despolarización. El pico de tensión se alcanza antes de la terminación del
periodo refractario absoluto, y cuando acaba el periodo refractario relativo,
el músculo se encuentra en la mitad de su relajación. Puede observarse, por lo
tanto, que hay un estrecho solapamiento entre los dos fenómenos. Debido a esta
característica no se puede generar un segundo potencial de acción hasta que el
primero no se haya acabado; y cuando esto sucede, también ha finalizado
prácticamente la actividad contráctil
Propiedades mecánicas
En la actividad normal del corazón, la distensión que presentan las
fibras musculares viene dada por el grado de llenado que tienen las cavidades
cardíacas, es decir por la cantidad de sangre que entra en el corazón
procedente de las venas (retorno venoso). A medida que se va cargando el
corazón con volúmenes mayores de sangre, las fibras presentarán un grado de
distensión mayor y responderán con una fuerza contráctil más alta, lo cual
permitirá realizar el bombeo de mayores volúmenes con mayor eficacia. Esta
propiedad garantiza que el corazón, en condiciones normales, bombea toda la
sangre que recibe.
Las células cardíacas tienen un metabolismo fuertemente aerobio, que les
garantiza un adecuado soporte de ATP. Para ello contienen muchas mitocondrias y
mioglobina, la cual les proporciona el color rojo. Si se compromete por
cualquier alteración el suministro de sangre u oxígeno a las fibras, su
capacidad de supervivencia es muy reducida y mueren.
Ciclo cardiaco
La característica más relevante en el comportamiento contráctil del
corazón es su función cíclica de bombeo, por ello los parámetros que mejor
miden esta actividad son los valores de presión y volumen; de ahí que la
descripción del ciclo cardíaco se realice mediante las medidas mencionadas a
nivel de las cavidades cardíacas y en los vasos sanguíneos de entrada y salida
del corazón.
El ciclo se desarrolla al mismo tiempo en las dos partes del corazón
(derecha e izquierda), aunque las presiones son mayores en el lado izquierdo.
La observación al mismo tiempo del
ECG permite correlacionar los cambios mecánicos con los acontecimientos
eléctricos que los preceden; y añadidamente demuestra la unidad de acción del
músculo auricular y ventricular.
El cierre y apertura de las válvulas cardiacas genera una serie de
vibraciones y de turbulencias en el flujo sanguíneo, que se propagan por los
tejidos y originan una serie de ruidos recogidos en un registro denominado fono
cardiograma. De forma sencilla, pueden ser percibidos con la ayuda de un
fonendoscopio. El 1º ruido, es producido por el cierre de las válvulas aurículoventriculares,
en el inicio de la sístole ventricular, y el 2º ruido, es originado por el
cierre de las válvulas semilunares, al inicio de la diástole ventricular. Este
2º ruido es menos sonoro que el 1º (de forma onomatopéyica suelen describirse
como "lub" el primer ruido y "dub" el segundo).
Fases del ciclo cardíaco
1. Fase final de la diástole
2. Fase de sístole
3. Fase inicial y media de la diástole
En un adulto normal la frecuencia cardíaca es de 70 ciclos/ minuto, lo
que supone menos de 1 segundo por ciclo. La duración media es de 0,8 segundos,
los cuales no se distribuyen equitativamente entre sístole y diástole, ya que
la diástole dura unos 0,5 segundos y la sístole 0,3 segundos.
EL SISTEMA CIRCULATORIO COMO SISTEMA DE TUBOS
El aparato circulatorio puede
constituir uno de los ejemplos más claros y más asombrosos de sistemas de flujo
por tuberías que se puede encontrar ya sea hecho por la naturaleza o por el
hombre.
Cada una de sus partes representa un
objeto que ya ha sido estudiado por la mecánica de fluidos y por la hidráulica,
a lo largo de la historia; tales objetos son bombas, válvulas, tuberías de
diámetros constantes, cambios de diámetros en tuberías, la viscosidad en el
fluido, la presión en una tubería, la velocidad del flujo, el caudal y el
volumen total.
Se pretende dar una breve descripción
de dicho aparato, enfocándolo desde la mecánica de fluidos y la hidráulica para
ayudar a afianzar ciertos conceptos que tal vez se pueden comprender con mayor
claridad cuando se tiene un ejemplo tan presente y tan real como es, en este
caso, el aparato circulatorio.
EL SISTEMA
El sistema circulatorio constituye un
circuito continuo, en el que el volumen impulsado por el corazón es el mismo
volumen que debe circular por cada una de las subdivisiones de la circulación.
Puede dividirse en dos partes principales que son el sistema de circulación
general y el de circulación pulmonar.
En el sistema de circulación pulmonar,
el corazón lleva la sangre pobre en oxígeno a los pulmones, donde puede
deshacerse de las toxinas que tenía y disolver nuevo oxígeno para distribuirlo
después al cuerpo; en esta circulación pulmonar también se encuentra el
recorrido que hace la sangre rica en oxígeno de vuelta al corazón. El sistema
de circulación general consiste en distribuir la sangre rica en oxígeno
haciendo un recorrido por todo el cuerpo y llegando finalmente, pobre en
oxígeno, de nuevo al corazón.
La sangre fluye casi sin resistencia en
todos los grandes vasos de la circulación, pero no en arteriolas y capilares.
Para que la sangre pueda atravesar los pequeños vasos en que se presenta
resistencia, el corazón manda sangre a las arterias a presión elevada (hasta
aproximadamente 120 torr).
LAS BOMBAS Y LAS VÁLVULAS DEL CORAZÓN
El corazón es el músculo que permite
que se dé la circulación de la sangre a lo largo de todo el sistema, ya que se
compone de unas bombas que se encargan de impulsar la sangre hacia las
arterias. Está formado en esencia por dos bombas que trabajan simultáneamente,
una a cada lado del corazón. La bomba que está en el lado derecho recibe sangre
pobre en oxígeno que viene de hacer un recorrido por todo el cuerpo, y se
encarga de impulsarla hacia los pulmones. La bomba del lado izquierdo del
corazón recibe sangre rica en oxígeno proveniente de los pulmones y la
distribuye por impulsión al resto del cuerpo. Cada lado del corazón se compone
de una aurícula que recibe sangre venosa, y un ventrículo que impulsa la sangre
a lo largo de las arterias.
El ciclo cardiaco tiene dos fases que
son diástole y sístole. Durante la diástole, el músculo se relaja permitiendo
la entrada de la sangre a las aurículas que al llenarse presentan altas
presiones; tales presiones obligan a las válvulas tricúspide y mitral a
abrirse, permitiendo así el paso de la sangre a los ventrículos que los llena
totalmente debido a una contracción total que se da en las aurículas. Durante
la sístole, las válvulas tricúspide y mitral se cierran, los ventrículos llenos
se contraen y obligan la apertura de las válvulas aórtica y pulmonar para permitir
la salida de la sangre al resto del cuerpo. Finalmente el corazón se relaja,
cierra las válvulas aórtica y pulmonar, y comienza una nueva diástole.
EL FLUIDO
La sangre es el fluido fundamental del
aparato circulatorio. Circula por las venas y las arterias del cuerpo humano y
ese movimiento de circulación se debe a la actividad coordinada del corazón,
los pulmones y las paredes de los vasos sanguíneos.
Tiene un olor
característico y una densidad relativa que oscila entre 1,056 y 1,066. En un
adulto sano la cantidad de sangre en el cuerpo es una onceava parte del peso
corporal, de 4,5 a 6 litros. Es un líquido viscoso que se compone de células
(glóbulos) y plasma. Más del 99% de las células son glóbulos rojos lo que
significa que los glóbulos blancos casi no tienen ningún papel en las
características físicas de la sangre.
HEMATOCRITO:
Es el porcentaje de
la sangre constituido por células y en un hombre normal en promedio es de 42,
en tanto que en una mujer tiene un valor promedio de 38. El valor del hematocrito
en la sangre se determina centrifugándola en un tubo calibrado que permite la
lectura directa del porcentaje de células. El hematocrito tiene un efecto
directo sobre la viscosidad de la sangre el que se explica a continuación.
La sangre es varias
veces más viscosa que el agua y eso dificulta más su paso por los vasos
pequeños; a mayor proporción de células en la sangre (hematocrito), mayor la
fricción entre capas sucesivas de sangre y es esta fricción la que rige la
viscosidad. Por lo tanto, cuando aumenta el hematocrito, aumenta la viscosidad
de la sangre. La viscosidad de la sangre completa para un hematocrito normal es
aproximadamente 3 veces la viscosidad del agua, pero cuando el hematocrito
aumenta hasta 60 ó 70, la viscosidad de la sangre puede llegar a ser 10 veces
la del agua y su circulación por los vasos se podrá retrasar considerablemente.
Otro factor que
afecta la viscosidad de la sangre es la concentración y los tipos de proteína
que hay en el plasma, pero estos efectos tienen mucha menor importancia que la
que tiene el hematocrito. La viscosidad del plasma sanguíneo es 1,5 veces la
del agua.
LA PRESIÓN
La presión sanguínea
representa la fuerza ejercida por la sangre contra cualquier área de la pared
vascular, se mide generalmente en torr (milímetros de mercurio) porque se ha
utilizado el manómetro diferencial. Sin embargo, el mercurio tiene tanta
inercia que no puede elevarse y bajar rápidamente. Por este motivo, el
manómetro de mercurio, aunque excelente para registrar presiones constantes, no
puede responder a cambios de presión que ocurran con rapidez mayor de
aproximadamente un ciclo cada dos o tres segundos. Se utilizan entonces
artefactos más especializados cuando se va a medir la presión sanguínea, como
son los transductores electrónicos de presión utilizados generalmente para
convertir la presión en signos electrónicos y registrarla con un dispositivo de
alta velocidad.
UNIONES ENTRE TUBERÍAS
La aorta al salir del
corazón se empieza a dividir en una serie de ramas principales que a su vez se
ramifican en otras más pequeñas para lograr llegar a todas las partes del
organismo mediante una complicada red de múltiples derivaciones. Las arterias
menores se dividen en una fina red de capilares que son vasos aún más pequeños
y tienen paredes muy delgadas. Así la sangre entra en contacto con con los
líquidos y tejidos del organismo. Después de permitir a la sangre interactuar
con las diversas células, los capilares se empiezan a unir para formar venas
pequeñas que a su vez se unen para formar venas mayores cada vez, hasta que
finalmente se reúnen en la vena cava superior e inferior que llega al corazón.
Este sistema de
ramificaciones y uniones se puede interpretar como un sistema de tubos en
paralelo que es uno de los objetos de estudio de la hidráulica.
DIÁMETROS VARIABLES
El diámetro de los
vasos sanguíneos, a diferencia de lo que ocurre en tubos metálicos o de vidrio,
aumenta al elevarse la presión interna porque tales vasos son distensibles.
La distensiblidad
vascular se expresa normalmente como el aumento fraccionario de volumen por
cada torr que se eleva la presión. Anatómicamente, las paredes de las arterias
son mucho más resistentes que las de las venas, por lo tanto, las venas son en
promedio unas seis a diez veces más distensibles que las arterias.
Tal vez las únicas
tuberías capaces de modificar su diámetro de acuerdo a la presión, son las que
conforman el aparato circulatorio y son tal vez el único elemento de dicho
sistema que el hombre no ha implementado en los sistemas que construye.
La mecánica de
fluidos y la hidráulica son ciencias indispensables para el hombre que aplican
en la mayoría de los campos, incluso en la medicina como se mostró
anteriormente, permitiendo al hombre comprender, analizar y en ciertos casos predecir
el comportamiento de ciertos sistemas como es en este caso el aparato
circulatorio.
LEYES DE LA
CIRCULACION SANGUINEA
A) LEY DE LA VELOCIDAD. A medida que las
arterias se alejan y se van dividiendo,
aumenta la superficie de sección del sistema vascular. En otras
palabras, al dividirse una arteria en
dos ramas, la suma de la superficie de sección de éstas es mayor que la
superficie de sección de la arteria
madre. De este modo, a medida que se aleja la sangre del corazón, va ocupando un lecho cada vez mayor, y tiene
su amplitud máxima al nivel de los capilares.
Podría representarse al sistema
vascular por dos conos truncados que se miran por la base. Es fácil darse cuenta que, como en los ríos,
la velocidad de la corriente será menor cuanto mayor sea la amplitud del lecho vascular. De allí
que la velocidad de la sangre disminuye a medida que se aleja del corazón, llega a un mínimo
en los capilares y aumenta otra vez
progresivamente en las venas.
De acuerdo con la del caudal y recordando que cuando mas grandes es
una sección menor es la velocidad (velocidad media = densidad sobre área)
Entonces la ley de la velocidad exige que en las secciones completas
de mayor área la velocidad sanguínea de cada uno de los vasos sea menor y
viceversa. La sección completa de mayor área son los capilares mientras la de
menor área es la aorta. La velocidad de la sangre va disminuyendo desde la
aorta en su orden atravesando de las arterias y capilares para luego aumentar
el diámetro hacia las venas.
B) LEY DE LA PRESION. La sangre circula en el sistema vascular debido a diferencias de presión. La periódica descarga de sangre
por parte del corazón y la resistencia opuesta al curso de la sangre por el pequeño calibre de las
arteriolas, crean en el sistema vascular una presión que es máxima en la aorta, cae bruscamente
al nivel de las arteriolas y capilares y sigue, luego, cayendo paulatinamente
al nivel de las venas para ser mínima al nivel de las aurículas.
C) LEY DEL CAUDAL. La cantidad de sangre que sale del
corazón por la aorta o la arteria
pulmonar en un minuto, es igual a la que le llega por las venas cavas
y pulmonares en el mismo espacio de
tiempo, y es igual también a la que pasa en la unidad de tiempo por cualquier sección completa del sistema circulatorio
(conjunto de capilares pulmonares,
conjunto de capilares del circuito aórtico).
La línea llena representa la presión
en los distintos segmentos del árbol vascular; el rayado la velocidad de la sangre. El espacio entre
las dos líneas punteadas es el lecho vascular.
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Ley de la presión de los líquidos: se define a la presión como una
magnitud que se mide por la
relación entre la fuerza que actúa en la
superficie y en el área de la superficie. Ahora, como toda magnitud física
debes conocer que la presión mantiene una línea de vector de fuerza que la
caracteriza por ser el resultado de la interacción entre los cuerpos
permitiéndole distribuirse tanto uniformemente como no uniforme en toda la
superficie. A través de la formula se pone de manifiesto la distribución de las
presiones en el grosor de diferentes arterias o en las bifurcaciones de la
mismas.
P = F/s
Al interpretarla podemos deducir que la
presión en el interior de un vaso sanguíneo es directamente proporcional a la
fuerza que se produce en el líquido e inversamente proporcional al área de
superficie. En la mediad que aumentes con alguna técnica fisioterapéutica la
luz arterial se producirá una caída de
la presión, en cambio en la medida que aumente la fuerza vectorial de la sangre
aumentara la presión.
LEY DE LAS PRESIONES
Presión media arterial es la presión por la cual el corazón expulsaría o exectaria la sangre si aumenta
(presión) se mantuviese siempre constante en la práctica se sabe que cada ciclo
cardiaco la presión que ejerce el corazón para expulsar la sangre varía desde
una mínima llamada presión diastólica, hasta la máxima presión sistólica.
La sangre liquida es un liquido lo cual necesita una diferencia de
presión para poder circular la presión sanguínea varia disminuyendo desde el
valor máximo en su orden del lecho venoso, es decir la entrada a la aurícula
derecha la presión es mínima. (“Mecánica
circulatoria. Sístole, diástole y pulso”, 2015)
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