Ingeniería Cardiovascular: Sistema Vascular

Ingeniería Cardiovascular: Anatomía y Fisiología

• Ingeniería Cardiovascular se centra en el estudio de la anatomía y fisiología del sistema cardiovascular.

Componentes del Sistema Cardiovascular (Vascular)

• El sistema cardiovascular está compuesto por macrovasos y microvasos.
• Los macrovasos incluyen la aorta, arterias, venas y vena cava, con diámetros que varían de 4 mm a 30 mm, y espesores de pared de 0.5 mm a 2 mm.
• Los microvasos incluyen arteriolas terminales, capilares y vénulas, con diámetros que varían de 8 μm a 30 μm, y espesores de pared de 0.5 μm a 7 μm.
• La contracción original es pulsátil, pero el flujo en capilares y venas es casi constante debido a la elasticidad de las grandes arterias.
• La presión del pulso se calcula como la diferencia entre la presión sistólica y la presión diastólica.
• Los vasos sanguíneos tienen diferentes diámetros internos: aorta (2.5 cm), arterias (0.4 cm), arteriolas (30 μm), capilares (5 μm), vénulas (70 μm), venas (0.5 cm) y venas cavae (3 cm).
• El espesor de la pared varía: aorta (2 mm), arterias (1 mm), arteriolas (20 μm), capilares (1 μm), vénulas (7 μm), venas (0.5 mm) y venas cavae (1.5 mm).
• Hay cantidades muy variables de cada tipo de vaso: aorta (1), arterias (160), arteriolas (5 x 10^7), capilares (10^10), vénulas (10^8), venas (200) y venas cavae (2).
• El área transversal total de los vasos varía: aorta (4.5 cm²), arterias (20 cm²), arteriolas (400 cm²), capilares (4500 cm²), vénulas (4000 cm²), venas (40 cm²) y venas cavae (18 cm²).

Arterias

• Las arterias tienen una pared muscular gruesa.
• Contienen fibras de colágeno y elastina, lo que les proporciona elasticidad.
• Reciben sangre en sístole y la impulsan en diástole.
• Funcionan como vasos de conducto.
• La arteria coronaria derecha (RCA) irriga el ventrículo derecho y la parte inferior del ventrículo izquierdo.
• El tronco de la arteria coronaria izquierda (LMCA) se divide en la descendente anterior (LAD) y la circunfleja (LCX), irrigando el ventrículo izquierdo.

Arteriolas

• Las arteriolas tienen un diámetro mucho menor que las arterias.
• Son menos elásticas.
• Tienen una pared relativamente más gruesa.
• Poseen una gran área transversal.
• Funcionan como vasos de resistencia.

Capilares

• Los capilares son los vasos más pequeños.
• Tienen un diámetro muy pequeño.
• Su pared tiene solo una célula de ancho.
• Poseen una gran área transversal.
• Son vasos de intercambio.

Vénulas y Venas

• Las vénulas y venas tienen una pared muscular delgada.
• Pueden regular su diámetro.
• Son altamente distensibles y fácilmente colapsables.
• Son vasos de capacitancia.

Vasos y sus Funciones

• Los vasos de conducto son las arterias.
• Los vasos de resistencia son las arteriolas.
• Los vasos de intercambio son los capilares.
• Los vasos de capacitancia son las venas y vénulas.

Resistencia de Circuitos Vasculares

• La resistencia en serie calcula la resistencia total sumando cada resistencia individual: R_s = R_1 + R_2 + R_3.
• En resistencia en paralelo, la presión a través de cada vaso es la misma, pero el flujo varía según la resistencia de cada rama.

Bases Físicas del Flujo Sanguíneo

• La ley de Poiseuille describe la resistencia al flujo sanguíneo en un vaso.
• La resistencia (R) se calcula como R = (8Lη) / (πr^4), donde L es la longitud del vaso, η es la viscosidad de la sangre, y r es el radio del vaso.
• La viscosidad de la sangre es afectada por el plasma con un 55% del total de la sangre, capa leucocitaria (<1%) y eritrocitos (45%).
• La densidad de la sangre es 1055 g/cm³.
• El flujo se determina por la diferencia de presión dividida por la resistencia, donde Q = ΔP / R.

Vasoconstricción Simpática

• La vasoconstricción simpática es un proceso que involucra: estimulación del sistema simpático, activación de los centros vasomotores, liberación de neurotransmisores (norepinefrina), unión de norepinefrina a receptores alfa-1 adrenérgicos y aumento de la resistencia vascular periférica.

Factores que Modulan el Flujo Sanguíneo

• Estrés o Respuesta de "Lucha o Huida": Activa el sistema nervioso simpático, aumentando la presión arterial y redirigiendo el flujo sanguíneo a músculos y cerebro.
• Ejercicio Físico Intenso: Aumenta la necesidad de oxígeno y nutrientes, lo que resulta en un aumento de la presión arterial y redistribución del flujo sanguíneo hacia los músculos y el corazón.
• Hipotensión (Presión Arterial Baja): El cuerpo responde elevando la presión arterial para asegurar la perfusión de órganos vitales.
• Hemorragias o Pérdida de Volumen: Se activa la vasoconstricción para mantener la presión arterial, conservando el volumen sanguíneo y manteniendo la perfusión de órganos.
• Infecciones o Shock Séptico: El cuerpo activa la vasoconstricción para mejorar la perfusión de órganos vitales, aumentando la presión arterial para mejorar la perfusión a los órganos esenciales.

¿Qué es un Fluido?

• Un fluido es una sustancia que se deforma continuamente cuando se somete a un esfuerzo cortante, sin importar su magnitud.

Propiedades de un Fluido

• Velocidad (Velocity)
• Presión (Pressure)
• Flujo (Flow)
• Viscosidad (Viscosity)
• Densidad (Density)
• Vórtice (Vortex)
• Puntos estancados (Stagnated points)
• Zonas de recirculación (Recirculation zones)
• Flujo secundario (Secondary flow)
• Esfuerzo cortante (Shearing Stress)
• Turbulencia (Turbulence)