02. Principios del flujo sanguíneo

El término hemodinámica se refiere a los principios que gobiernan el flujo sanguíneo en el sistema circulatorio. Estos principios básicos de la física, llamados ley de Ohm, son los mismos que se aplican al desplazamiento de los fluidos en general. Los conceptos de flujo, presión, resistencia y capacitancia que se aplican al flujo sanguíneo en el sistema cardiovascular se emplearán en los capítulos siguientes para describir los cambios hemodinámicos que ocurren en los trastornos del sistema cardiovascular.

Relaciones entre flujo sanguíneo, presión y resistencia

Los factores más importantes que controlan el flujo de la sangre en el sistema circulatorio son la presión, la resistencia y el flujo.

La ley de Ohm señala que la corriente (I) equivale a la diferencia de voltaje (ΔV) dividida entre la resistencia (R). Cuando esto se vincula con el flujo sanguíneo, la diferencia de voltaje es la diferencia de presión o el gradiente de presión (ΔP), la resistencia es la resistencia al flujo (R) y la corriente es el flujo sanguíneo (F).

El flujo sanguíneo (F) por un vaso o una serie de vasos sanguíneos depende de la diferencia de presión (P1 − P2) entre los 2 extremos del vaso y la resistencia (R) que debe vencer la sangre al desplazarse por el vaso (F = ΔP/R). En el sistema cardiovascular, el flujo sanguíneo está representado por el gasto cardíaco. La resistencia es la oposición al flujo causada por la fricción entre la sangre en movimiento y la pared vascular estacionaria.

En la circulación periférica, la resistencia colectiva de todos los vasos en esa parte de la circulación se conoce como resistencia vascular periférica (RVP) o, a veces, resistencia vascular sistémica.

Las relaciones del flujo, presión y resistencia también pueden aplicarse a menor escala para determinar el flujo sanguíneo y la resistencia al flujo de un solo órgano, como el riñón. La presión en la arteria renal, la presión de la vena renal y la resistencia vascular renal determinan el flujo sanguíneo en el riñón.

Resistencia al flujo

Los vasos sanguíneos y la sangre misma imponen resistencia al flujo. El médico francés Poiseuille derivó una ecuación que ayuda a comprender la relación entre la resistencia, el diámetro (radio) vascular y la viscosidad sanguínea que influyen en el flujo sanguíneo.

La ecuación F = ΔP (presión) × π × r (radio)⁴/8 × L (longitud) × h (viscosidad) se amplía a partir de la ecuación previa, F = ΔP/R, al relacionar el flujo con varios determinantes de la resistencia: el radio del vaso y la viscosidad sanguínea. La longitud de los vasos no suele cambiar y 8 es una constante.

Como el flujo tiene una relación directa con el radio elevado a la cuarta potencia, los cambios pequeños en el radio vascularproducen grandes cambios en el flujo a un órgano o tejido. Por ejemplo, si la presión permanece constante, la velocidad del flujo es 16 veces mayor en un vaso con radio de 2 mm (2 × 2 × 2 × 2) que en uno con 1 mm de radio.

La resistencia total que ofrecen los vasos sanguíneos también depende de que estén dispuestos en serie, de manera que la sangre fluya de manera secuencial de uno a otro, o que se encuentren en paralelo, en cuyo caso el flujo sanguíneo total se distribuye al mismo tiempo entre los vasos paralelos. Esta última disposición permite que cada tejido regule su propio flujo sanguíneo, por lo que la resistencia es baja.

La viscosidad es la resistencia al flujo causada por la fricción de las moléculas en un líquido. La viscosidad de un líquido depende mucho de su densidad. Mientras más partículas haya en una solución, mayores son las fuerzas de fricción que se desarrollan entre las moléculas. A diferencia del agua, la sangre es un líquido no homogéneo que contiene células, plaquetas, glóbulos de grasa y proteínas plasmáticas que aumentan su viscosidad. Los eritrocitos, que constituyen del 40% al 45% de los elementos formes de la sangre, determinan la viscosidad de la misma. El hematócrito se mide para conocer la proporción de eritrocitos en la sangre. Por ejemplo, si una persona tiene un hematócrito de 38, significa que el 38% del volumen sanguíneo está representado por los eritrocitos.

Si el hematócrito se eleva, la viscosidad se incrementa y viceversa. Además, en condiciones especiales, la temperatura modifica la viscosidad; ésta aumenta en un 2% por cada 1 °C de descenso en la temperatura corporal. Este hecho ayuda a explicar el flujo sanguíneo lento que se observa en las personas con hipotermia.

Velocidad y superficie transversal

La velocidad es una medición de distancia. Se refiere al ritmo de desplazamiento de una partícula de líquido con respecto al tiempo (centímetros por segundo).

El flujo es una medición de volumen. Se refiere al desplazamiento de un volumen del líquido con respecto al tiempo (mililitros por segundo). Está determinado por el área transversal de un vaso y la velocidad del líquido. El mismo volumen de flujo sanguíneo debe pasar por cada segmento del sistema circulatorio cada minuto, lo que permite un flujo continuo; la velocidad es inversamente proporcional al área transversal del vaso (v = F/A).

Por ejemplo, mientras más pequeña sea la superficie transversa, es mayor la velocidad del flujo. Este fenómeno puede compararse con los automóviles que avanzan de un segmento de autopista de 2 carriles a uno con un solo carril. Para mantener el movimiento al ritmo original, los automóviles deberían duplicar su velocidad en la sección de un carril de la autopista. Lo mismo ocurre con el flujo sanguíneo en el sistema circulatorio.

La velocidad lineal del flujo sanguíneo en el sistema circulatorio varía mucho, desde 30 cm/s a 35 cm/s en la aorta hasta 0,2 mm/s a 0,3 mm/s en los capilares. Esto se debe a que, aunque un capilar individual es muy pequeño, el área transversa total de todos los capilares sistémicos rebasa el área transversal de otras partes de la circulación. Como resultado de esta gran superficie, el movimiento más lento de la sangre proporciona tiempo para el intercambio de nutrimentos, gases y metabolitos entre los tejidos y la sangre.

Flujo laminar frente a flujo turbulento

Lo ideal es que el flujo sanguíneo sea laminar o hidrodinámico. Esto significa que los componentes sanguíneos están dispuestos en capas, de manera que el plasma queda adyacente a la superficie endotelial lisa y resbaladiza del vaso sanguíneo, y los elementos sanguíneos, incluidas las plaquetas, están en el centro o eje de la corriente sanguínea. Esto también se conoce como perfil de velocidad parabólico de flujo laminar. Las moléculas que tocan la pared vascular se desplazan con más lentitud por la adherencia a la pared. Esta disposición reduce la fricción al permitir que las capas sanguíneas se deslicen con suavidad una sobre otra. Las capas medias se mueven con más rapidez, tienen el flujo más rápido.

En ciertas condiciones, el flujo sanguíneo cambia de laminar a turbulento (o desordenado). En el flujo turbulento, la corriente laminar se interrumpe y las partículas del líquido se mezclan en sentido radial (transversal) y axial (longitudinal). Como se desperdicia energía en la propulsión de la sangre en sentido radial y axial, se requiere más energía (presión) para impulsar el flujo turbulento que el laminar. El flujo turbulento tiene varias causas, como la velocidad elevada del flujo, el cambio en el diámetro vascular, obstrucción en un vaso y baja viscosidad sanguínea.

La tendencia a la creación de turbulencia aumenta en proporción directa a la velocidad de flujo. La viscosidad baja permite que la sangre se mueva con mayor rapidez y explica la presencia transitoria de soplos cardíacos en algunas personas con anemia grave (es decir, descenso del hematócrito). La turbulencia a menudo se acompaña de vibraciones de la sangre y las estructuras circundantes. Algunas de estas vibraciones están en el intervalo audible y pueden percibirse con un estetoscopio. Por ejemplo, un soplo cardíaco se genera por el flujo turbulento a través de una válvula cardíaca anómala que es demasiado estrecha, demasiado rígida o demasiado laxa. Este flujo turbulento causa una vibración llamada soplo.

Tensión de la pared, radio y presión

En un vaso sanguíneo, la tensión de la pared es la fuerza de la pared vascular que se opone a la presión de distensión dentro del vaso.

El astrónomo y matemático francés Pierre de Laplace describió la relación entre la tensión de la pared, la presión y el radio de un vaso o esfera. Esta relación, que se conoce como Ley de Laplace, puede expresarse por la ecuación P = T/r, en la que T es la tensión de la pared, P es la presión intraluminal y r es el radio del vaso. Por consiguiente, la presión interna expande el vaso hasta que queda equilibrada con la tensión de la pared vascular.

Mientras menor es el radio, es mayor la presión necesaria para equilibrar la tensión de la pared. La ley de Laplace también puede emplearse para expresar el efecto del radio del vaso en la tensión de la pared (T = P × r). Esta correlación puede compararse con un globo parcialmente inflado. Como la presión es la misma en todo el globo, la tensión en la parte del globo con menor radio es menor que la tensión en la sección con mayor radio. Lo mismo se aplica para un aneurisma arterial, en el que la tensión y el riesgo de ruptura aumentan conforme crece el aneurisma.

Más tarde, la ley de Laplace se amplió para incluir el grosor de la pared (T = P × radio/grosor de la pared). La tensión de la pared mantiene una relación inversa con el grosor de la pared, de forma que mientras más gruesa es la pared del vaso, es menor la tensión y viceversa. En la hipertensión, las paredes de los vasos sanguíneos se hipertrofian y se vuelven más gruesas, lo que reduce la tensión y minimiza la tirantez de la pared.

La ley de Laplace también puede aplicarse a la presión necesaria para mantener la permeabilidad de los vasos sanguíneos pequeños. Siempre que el grosor de la pared de un vaso permanezca constante, se requiere más presión para rebasar la tensión de la pared y mantener el vaso abierto conforme disminuye su radio.

La presión crítica de cierre se refiere al punto en el que los vasos se colapsan, por lo que la sangre ya no puede fluir por ellos. Por ejemplo, en el shock circulatorio existe disminución del volumen sanguíneo y del radio vascular, además de caída de la presión arterial. Como resultado, muchos de los vasos pequeños se colapsan cuando la presión arterial disminuye al punto en que ya no puede rebasar la tensión de la pared. El colapso de las venas periféricas a menudo dificulta insertar los catéteres venosos necesarios para reponer el líquido y la sangre.

Distensibilidad y adaptabilidad

La distensibilidad se refiere a la cantidad total de sangre que puede almacenarse en una porción determinada de la circulación por cada milímetro de mercurio (mm Hg) de aumento en la presión. La distensibilidad es el aumento de volumen dividido entre el aumento en la presión. En otras palabras, la capacidad de un vaso para distenderse y aumentar el volumen con el incremento en la presión secuantifica como distensibilidad.

Los más distensibles de todos los vasos son las venas, que pueden aumentar su volumen con sólo ligeros cambios en la presión. Esto permite que las venas funcionen como reservorio para almacenar grandes cantidades de sangre que pueden devolverse a la circulación cuando sea necesario. La distensibilidad de una vena es casi 24 veces mayor que la de la arteria correspondiente, ya que es 8 veces más distensible y su volumen es 3 veces mayor.