O sangue e sua provisão de O2 são tão importantes ao corpo que o coração é o primeiro órgão principal a se desenvolver no embrião. Oito semanas depois da concepção o coração está trabalhando para fazer circular sangue para os tecidos do feto. Como o feto ainda não tem os pulmões funcionando, e não pode de nenhum modo adquirir ar, tem que obter o seu sangue oxigenado da sua mãe através do cordão umbilical. O coração fetal tem uma abertura que permite o sangue circular para os pulmões fluindo diretamente do átrio da esquerda para o átrio da direita. Como resultado, só são circulados aproximadamente 10% do sangue aos pulmões fetais. Após o nascimento a abertura entre os átrios direito e esquerdo efetivamente se fecha para enviar mais sangue para os pulmões. Pode levar meses para o fechamento se completar. Se fechamento não é adequado, no nascimento o sangue não será oxigenado corretamente e a criança será um " bebê " azul. Um coração com este defeito do tipo congênito pode agora ser corrigido com cirurgia.
As células do corpo agem como máquinas individuais. Para que elas funcionem elas têm que ter
(1) combustível de nossa comida para prover energia,
(2) O2 do ar que nós respiramos para combinar com a comida e liberar energia, e
(3) um modo para dispor dos subprodutos da combustão (principalmente CO2, H2O, e calor).
Já que o corpo tem muitos bilhões de células, um sistema de transporte elaborado é preciso para entregar o combustível e O2 às células e remover os subprodutos. O sangue executa esta função importante do corpo. Sangue representa aproximadamente 7% da massa do corpo ou aproximadamente 4,5 kg (volume de ~ 4,4 litros) em uma pessoa de 64 kg. O sangue, vasos sangüíneos, e o coração compõem o sistema cardiovascular (SCV). Este capítulo descreve os aspectos físicos do SCV.
8.1. COMPONENTES PRINCIPAIS DO SISTEMA CARDIOVASCULAR
O coração está mostrado na Fig. 8.1. Basicamente é uma bomba dupla (Fig. 8.2). que provê a força necessária para circular o sangue pelos dois sistemas circulatórios principais:
- a circulação pulmonar nos pulmões e
- a circulação sistêmica no resto do corpo
O sangue em um indivíduo normal circula por um sistema antes de ser bombeado pela outra seção do coração ao segundo sistema.
Vamos começar com o sangue no lado esquerdo do coração e seguir sua circulação através de uma volta completa. O sangue é bombeado por contração dos músculos de coração do ventrículo esquerdo a uma pressão de cerca de 17 kPa (125 mm Hg) para um sistema de artérias que se subdividem em artérias menores e menores (arteríolas) e finalmente em uma malha muito fina de vasos chamados de leito capilar. Durante os poucos segundos
que está na leito capilar o sangue provê O2 para as células e retira CO2 das mesmas.
Figura 8.1. O coração. (a) Note as paredes musculares mais fortes maiores no lado esquerdo onde a maioria do trabalho é feito. (b) A seção transversal mostra a forma circular do ventrículo esquerdo; esta forma eficientemente produz a pressão alta necessária para a circulação geral.
Depois de atravessar o leito capilar o sangue se junta em pequenas veias (vênulas) que gradualmente combinam-se em veias maiores e maiores antes de entrar no lado direito do coração por duas veias principais--a veia cava superior e a veia cava inferior. O sangue retornado é armazenado momentaneamente no reservatório (o átrio direito), e durante uma contração fraca de 0,8 kPa (5 a 6 mm Hg) o sangue flui para o ventrículo direito. Na próxima contração ventricular este sangue é bombeado a uma pressão de cerca de 3,3 kPa (25 mm Hg) pelas artérias pulmonares para o sistema capilar dos pulmões. Nos pulmões o sangue recebe mais O2 e um pouco do CO2 do sangue se difunde no ar nos pulmões para ser exalado. O sangue frescamente oxigenado então viaja pelas veias principais dos pulmões para o reservatório esquerdo do coração (átrio esquerdo); durante a contração atrial fraca de cerca de 1 kPa (7 a 8 mm Hg) o sangue flui para o ventrículo esquerdo. Na próxima contração ventricular este sangue é bombeado novamente do lado esquerdo do coração para a circulação geral. Desde que um adulto típico tem aproximadamente 4,5 litros de sangue e cada seção do coração bombeia aproximadamente 80 ml em cada contração, cerca de um minuto é necessário para os glóbulos vermelhos em média fazerem um ciclo completo no corpo.
Figura 8.2. O sistema circulatório pode ser pensado como um sistema de circulação em circuito fechado com duas bombas.As válvulas de uma direção mantém o fluxo para baixo através da bomba. As pressões em mmHg estão indicadas.
O coração tem um sistema de válvulas que, se funcionando corretamente, permite o sangue fluir somente na direção correta. Se estas válvulas ficam doentes e não abrem ou fecham apropriadamente o bombeamento do sangue fica ineficiente. Desenvolvimentos modernos em válvulas artificiais do coração permitiram a substituição de válvulas naturais por válvulas mecânicas. Também é possível implantar uma válvula de coração de uma pessoa falecida depois de ter sido esterilizada por uma grande quantidade radiação ionizante.
O volume de sangue não é dividido uniformemente entre as circulações pulmonares e sistêmicas. Em qualquer momento aproximadamente 80% do sangue estão na circulação sistêmica e 20% estão na circulação pulmonar. Do sangue na circulação sistêmica, aproximadamente 15% estão nas artérias, 10% estão nos capilares, e 75% estão nas veias. Na circulação pulmonar aproximadamente 7% do sangue estão no capilares pulmonares e o restante de 93% é quase igualmente dividido entre as artérias pulmonares e veias pulmonares.
Enquanto nós regularmente pensamos no sangue como vermelho claro, a maioria do sangue no corpo é vermelho escuro. O sangue venoso é desprovido de O2 e isso torna o sangue vermelho claro. A matiz azul para as veias em suas mãos é devida a pigmentação na pele. Quando você se corta, normalmente o sangue venoso flui para fora, pois as veias estão mais próximas da superfície, mas em uma fração de um segundo é oxigenado e parece vermelho claro.
A olho nu o sangue parece ser um líquido vermelho ligeiramente mais espesso que água. Quando examinado através de várias técnicas físicas é encontrado consistir de vários componentes diferentes. A cor vermelha é causada pelos glóbulos vermelhos (eritrócitos), discos planos de aproximadamente 7 mm (7 x 10-6 m) de diâmetro que representa aproximadamente 45% do volume do sangue. Há aproximadamente 5 x 106 eritrócitos/mm3 de sangue. Um fluido aproximadamente claro chamado plasma sangüíneo toma os outros 55%. A combinação de eritrócitos e plasma faz o sangue ter propriedades diferentes daquelas de um fluido como a água.
Além dos eritrócitos e plasma, há alguns componentes de sangue importantes, como as células de glóbulos brancos (leucócitos), que se apresentam em quantias pequenas. Leucócitos, que não são redondos, têm dimensões de 9 a 15 mm. Eles são parte do sistema imunológico e representam um papel importante no combate de doenças. Há aproximadamente 8000 leucócitos/mm3 de sangue. Quando há uma infeção no corpo o número de leucócitos aumenta (“a quantidade de brancos aumenta”). (Num tipo de câncer do sangue, a leucemia, há uma produção excessiva de leucócitos). Tipos diferentes de leucócitos respondem diferentemente a infeção, e os médicos comumente pedem uma contagem diferencial, quer dizer, uma contagem dos diferentes tipos de leucócitos.
O sangue também contém plaquetas. Plaquetas (1 a 4 mm de diâmetro) estão envolvidas na função de coagulação do sangue. Há aproximadamente 3 x105 plaquetas/mm3 de sangue.
O sangue age como o mecanismo de transporte para pequenas quantidades de hormônios que controlam os processos químicos no corpo. Certos eletrólitos
Figura 8.3 Contador de Coulter conta automaticamente células de sangue que foram diluídas em uma solução administrando. A coluna elevada de Hg produz uma pressão reduzida e puxa a solução pelo vaso capilar. Quando uma célula de sangue atravessa a pequena abertura momentaneamente isto aumenta a resistência entre os eletrodos. São contadas as pulsações ampliadas das células de sangue do lhe de tempo Hg toca o eletrodo de conta de começo até o Hg toca o eletrodo de conta de parada; assim são contados o células de sangue em um volume fixo de solução. A inserção é uma visão aumentada do vaso capilar; a cal de electri que são mostrados caminhos atuais como linhas colididas.
íons de metal) no sangue são cruciais ao funcionamento apropriado do corpo. Por exemplo, 100 ml de sangue regularmente contém aproximadamente 10 mg de cálcio. Se a quantidade de cálcio no sangue cai abaixo de 4 a 8 mg/100 ml, o sistema nervoso não pode funcionar normalmente e a morte através do tétano (espasmo de músculo) pode resultar
No passado uma contagem de células de sangue era normalmente feita diluindo o sangue por uma quantia conhecida, pondo uma gota numa lâmina de vidro sob um microscópio, e contando as células. Desde que este método é muito tedioso e a precisão é só aproximadamente 15%, um método mais fácil e mais preciso foi desenvolvido. O instrumento usado agora habitualmente em laboratórios clínicos grandes para contagens de eritrócitos é o contador de Coulter, inventado por Wallace H. Coulter nos anos cinqüenta. O princípio de operação está mostrado na Fig. 8.3. O sangue diluído é retirado de um vaso capilar pequeno; as células essencialmente passam uma de cada vez pelo capilar, e quando fazem isso elas passam entre dois eletrodo que medem a resistência elétrica do vaso capilar. Cada eritrócito faz a resistência mudar momentaneamente quando ele passa. A mudança em resistência aparece como um pulso elétrico que é contado em um circuito eletrônico. Contadores de Coulter removeram muito tédio na contagem de eritrócito (feito por engenheiros - médicos) e ao mesmo tempo melhorou a precisão da medida.
Infelizmente, contadores de Coulter não podem distinguir os tipos diferentes de leucócitos, ainda devem ser feitas contagens diferenciais com um microscópio.
Problema 8.1. Estime seu volume de sangue a partir de sua massa corporal.
Problema 8.2. Estime o volume de sangue que seu coração bombeia para a sua circulação sistêmica a cada dia
Problema 8.3 Que porcentagem de seu sangue está em sua circulação pulmonar?
Problema 8.4.. Se leucócitos (glóbulos brancos) tem um diâmetro médio de 12 m, que porcentagem do volume de sangue são glóbulos brancos?
Problema 8.5 Se uma plaqueta tem um diâmetro de cerca de 2 mm, que porcentagem do volume de sangue é plaqueta?
8.2. TROCA DE O2 E CO2 NO SISTEMA CAPILAR
No Capítulo 7 nós discutimos
o papel de difusão nos pulmões. Oxigênio e gases carbônicos também difundem-se
pelos tecidos. A distância mais provável, D, que uma molécula vai viajar depois
de colidir com N outras moléculas com uma distância média l
entre colisões é D =
. No tecido a densidade de moléculas é aproximadamente 1000
vezes maior que no ar; então, l é muito maior no ar que no tecido. Um valor típico para
l
na água, que pode servir como um modelo para o tecido, é aproximadamente 10-11
mm,
e uma molécula faz aproximadamente 1012 colisões/s. Assim após um
segundo na água a mais provável distância de difusão é aproximadamente 10-5
m ou cerca de um fator de 103 menor que no ar. Esta distância de
difusão muito pequena é a razão principal que o capilares no tecido deve ser
muito juntos. Num músculo ativo aproximadamente um vigésimo do volume é ocupado pelos capilares; no músculo do
coração aproximadamente toda célula está em contato com um capilar.
Se você cortar com um corte transversal um pedaço de músculo ativo e contar os capilares você que encontrará aproximadamente 190/mm2. O diâmetro médio dos capilares é aproximadamente 20 m, embora alguns são somente de 5 m m de diâmetro e os glóbulos vermelhos tenham que se distorcerem para atravessá-lo. Se nós assumimos que o capilares são distribuídos uniformemente em aproximadamente 190/mm2, então o comprimento total dos capilares em cada milímetro cúbico de músculo é aproximadamente 190 mm. Desde volume ocupado por 1 kg de músculo é aproximadamente 106 mm3, existem aproximadamente 190 km (ou mais de 100 milhas) de capilares! Tomando o diâmetro médio de um capilar como 20 mm, a área superficial do capilar em 1,0 kg de músculos é aproximadamente 12 m2 – aproximadamente a área do chão de um quarto residencial típico.
Nem todos os capilares estão levando sangue a qualquer momento. Nos músculos em repouso somente 2 a 5% do capilares estão funcionando. As pequenas artérias (arteríolas) que suprem os capilares têm bolsas circulares de músculos (esfíncter) que controlam o fluxo de sangue na rede de capilares (Fig. 8.4). Quando há uma demanda de sangue o esfíncter relaxa-se permitindo o músculo adquirir mais sangue e O2.
A lei de Starling de capilaridade descreve o fluxo de fluidos para dentro e para fora dos capilares. O movimento de fluido pela parede de capilar é o resultado de duas pressões: a pressão hidrostática, P, através a parede do capilar e a pressão osmótica,
Figura 8.4 - Uma seção pequena de uma leito capilar. Um músculo de esfíncter (S) controla o fluxo sangüíneo para dentro dos capilares.
A pressão de capilar varia de aproximadamente 3,3 kPa (25 mm Hg) onde o sangue flui de uma extremidade arterial para aproximadamente 1,3 kPa (10 mm Hg) onde o sangue deixa o vaso capilar para a extremidade venosa. A pressão de osmótica líquida é calculada para ser aproximadamente = 3 kPa (20 mm Hg) dentro do vaso capilar. Fluidos fluem para fora do vaso capilar na extremidade arterial e para dentro do vaso capilar na extremidade venosa. Se pressão capilar subir, por exemplo, devido a trauma, mais fluidos seriam forçados para os tecidos do capilares causando inchaço, ou edema dos tecidos. Para mais detalhes veja Capítulo 6.
8.3. TRABALHO FEITO PELO CORAÇÃO
Num adulto típico cada contração das forças musculares do coração força aproximadamente 80 ml (cerca de um terço de uma xícara) de sangue do ventrículo direito para os pulmões e um volume semelhante para a circulação sistêmica a partir do ventrículo esquerdo. No processo o coração realiza trabalho. Os volumes não são precisamente iguais para uma contração qualquer, mas durante um certo tempo eles bombeiam a mesma quantia.
As pressões nas duas bombas do coração não são as mesmas (Fig.. 8.5). No sistema de pulmonar a pressão é bastante baixa por causa da baixa resistência dos vasos sangüíneos dos pulmões. A pressão de pico (sístole), normalmente cerca de 3 kPa (25 mm Hg), é cerca de um quinto daquela da circulação de sistêmica. Afim de circular o sangue por uma cadeia sistêmica maior, o lado esquerdo do coração tem que produzir pressões que são tipicamente cerca de 16 kPa (120 mm Hg) no pico (sístole) de cada ciclo cardíaco. Durante a fase de repouso (diástole) do ciclo cardíaco a pressão é tipicamente cerca de 10,5 kPa (80 mm Hg). Note as maiores espessuras dos músculos no lado esquerdo do coração na Fig. 8.1(a). O músculo que dirige o ventrículo esquerdo é aproximadamente três vezes mais espesso que aquele do ventrículo direito. Além disso, a forma circular do ventrículo esquerdo é mais eficiente para produzir pressão alta que a forma elíptica que amolda o ventrículo direito (Fig.. 8. 1b).
Figura 8.5 – A pressão varia ao longo do sistema circulatório. Note a pressão baixa nas veias e a pressão relativamente baixa no sistema pulmonar.
Por razões que nós discutiremos na Seção 8.7, há uma pequena perda de pressão até o sangue alcançar as arteríolas e capilares. Quase toda queda de pressão ocorre através das arteríolas e na leito capilar do sistema circulatório (Fig. 8.5).
A potência, ou taxa na qual o trabalho é realizado, por uma bomba que trabalha a uma pressão constante P é igual ao produto da pressão pelo volume bombeado por unidade de tempo,
O coração de bombeamento acontece em menos que um terço do ciclo cardíaco e o músculo de coração repousa por dois terços do ciclo. Assim a potência durante a fase de bombeamento é mais de três vezes maior que o valor médio que nós calculamos.
O coração, como todas as outras máquinas, não é muito eficiente. De fato, é tipicamente menos que 10% eficiente, e o consumo de potência média do coração é calculado como sendo mais de 10 W. Por causa da pressão sangüínea mais baixa no sistema pulmonar do que a potência necessária lá é cerca de um quinto daquela necessária pela circulação geral. Durante trabalho intenso ou exercícios a pressão sangüínea pode subir até 50%, e o volume de sangue bombeado por minuto pode aumentar por um fator de 5, e pode conduzir a um aumento de 7,5 vezes no trabalho feito pelo coração por minuto. Nós discutimos o trabalho de corações aumentados na seção 8.10.
Problema 8.6 . Se a potência média consumida pelo coração é 10 W, qual é a porcentagem de uma dieta diária de 2500 kcal usada para operar o coração? (4,19 J = 1 cal)
8.4. PRESSÃO SANGÜÍNEA E SUA MEDIDA
Um das medidas clínicas mais comuns é a da pressão sangüínea. A primeira medida experimental conhecida da pressão sangüínea foi feita em 1733 pelo Reverendo Stephen Hales em Grande Britam. Ele corajosamente conectou um tubo de vidro vertical de 3 m numa artéria de um cavalo usando a traquéia de um ganso como uma conexão flexível e uma afiado pena de ganso para furar a artéria! Ele descobriu que o sangue subia a uma altura média de cerca de 2,4 m acima do coração.
Durante a cirurgia e em intensivos cuidados e vigilância, uma semelhante medida direta de pressão sangüínea freqüentemente é executada. A Figura 8.6 mostra que um catéter é colocado no braço; durante a cateterização do coração, o cateter é introduzido nas câmaras do coração. A cada pouco, a torneira é girada de modo que alguns mililitros de solução de limpeza passem pelo cateter, evitando assim a formação de um coágulo no declive. O líquido entra na parte superior do transdutor de pressão onde ele empurra para baixo o diafragma de metal. A resultante curvatura do diafragma move uma armação, ao redor da qual estão arames padrões sob tensão. No começo os arames estão todos sob tensão e o movimento descendente da armação aumenta a tensão T de dois arames. A tensão aumentada estira este arames, tornando-os mais esticados, e aumenta a sua resistência. Os outros dois arames sofrem compressão leve. A compressão afrouxa estes arames, tornando-os mais grossos, e diminui a sua resistência. Colocando arames esticados e comprimidos em braços oposto de uma ponte elétrica, uma voltagem de saída é obtida a qual opera um medidor ou exibe ondas que representam as variações de pressão em um visor ou registrador. Qualquer bolha de ar no sistema resultará em erros na forma da onda de pressão registrada.
Figura 8.6 medida de pressão sangüínea direta. Uma agulha oca é inserida no vaso sangüíneo, e um cateter (tubo de plástico oco) é enfiado pela agulha. O cateter transmite a pressão sangüínea ao transdutor de pressão. A pressão sangüínea inclina o diafragma e faz uma resistência de mudança para os quatro arames padrões de tensão. Os arames de T sofrem tensão e os arames de C sofrem compressão.
Figura 8.7 - Medida de pressão sangüínea que usa um esfigmomanômetro. O fluxo de sangue arterial para o braço é bloqueado por uma bolsa de ar inflada. Quando o ar é gradualmente liberado, o estetoscópio colocado em cima da artéria braquial é usado para ouvir os sons de Korotkoff. As pressões às quais os sons aparecem e mudam são notáveis na medida. (O " doutor " é um dos autores, JRC, e o " paciente " é o assistente editorial, Barbara Sandrik.)
Este método direto de medida de pressão sangüínea não é necessário para propósitos rotineiros desde que medidas de pressão sangüínea razoavelmente precisas podem ser feitos através de meios indiretos. O instrumento que é comumente usado é chamado um esfigmomanômetro . Consiste em uma bolsa de pressão e mede no braço superior e um estetoscópio colocado em cima da artéria braquial ao cotovelo (Fig.. 8.7). A bolsa de pressão é inflada rapidamente a uma pressão suficiente para parar o fluxo de sangue e o ar é liberado gradualmente. Quando a pressão na bolsa cai abaixo da pressão sangüínea sistólica, o fluxo turbulento de sangue que esguicha pela artéria causa sons que podem ser ouvidos no estetoscópio. Eles são chamados sons Korotkoff ou sons K. Esta pressão à qual os sons K são ouvidos primeiro indica o nível de pressão sistólica. Quando a pressão cai mais, os sons de K ficam mais altos e então começam a enfraquecer. O ponto ao qual o som K desaparece ou varia indica a pressão diastólica. As unidades na medida de pressão normalmente são mm Hg mas elas poderiam ser indicados facilmente em kPa [1 mm Hg = 0.1316 kPa]. Para indivíduos experimentados nesta técnica a reprodutibilidade (precisão) da medida de pressão sangüínea sistólica normalmente está dentro de ±0.3 kPa (±2 mm Hg). A reprodutibilidade da medida diastólicas não é tão boa, entretanto normalmente está dentro de ±0.7 kPa (±5 mm Hg). A precisão é dependente da obesidade dos pacientes e outros fatores.
A pressão no sistema circulatório varia ao longo do corpo. Até mesmo em artérias principais a pressão varia de um ponto a outro por causa de forças gravitacionais. A Figura 8.8a mostra esquematicamente medidas diretas de pressão sangüínea feitas em uma pessoa parada; são mostrados manômetros de tubo de vidro aberto conectados a artérias no pé, braço superior, e cabeça. Nesta situação o sangue sobe a essencialmente o mesmo nível em todos o três manômetros. A maior pressão P no pé é devido à força gravitacional
Figura 8.8. (a) Se capilares de vidro fossem conectados às artérias em diferentes localizações, o sangue subiria a o mesmo nível acima. (b) Se o corpo fosse acelerado para cima com 3 g, o sangue não alcançaria o cérebro e um “blackout” resultaria. Se o corpo estivesse na horizontal a pressão sangüínea serra aproximadamente a mesmo nos três pontos em vez de diferir por um fator de mais de três como mostrado aqui.
gh) produzido pela coluna de sangue (de altura h) entre o coração e pé somado à pressão do coração (r é a densidade do sangue). Semelhantemente, a pressão menor na cabeça é devido à elevação da cabeça acima do coração. Desde que mercúrio é cerca de 13 vezes mais denso que o sangue (rHg = 13,6 x 103 kg/m3, rsangue = 1,04 x 103 kg/cm3), uma coluna de mercúrio seria só um-décimos terceiro tão alto quanto uma determinada coluna de sangue. Quer dizer, se sua pressão sangüínea é 120/80 mm Hg (i.e., 120 mm Hg sistólica e 80 mm diastólica de Hg) seria 1560/1040 medida em milímetros de sangue. Se a pressão média a seu coração é 100 mm Hg, sangue em um tubo como aquele mostrado em Fig.. 8.8a subiria a uma altura média de 1300 mm ou 1,3 m sobre seu coração.
Se gravidade na terra de repente se tornasse três vezes maior, sangue só subiria cerca de 43 cm acima do coração e não alcançaria o cérebro de uma pessoa parada. Esta situação pode ser produzida artificialmente acelerando o corpo a a = 3 g em uma direção vertical (para cima) (Fig.. 8.8h). Também pode acontecer em um avião que levanta vôo e pode causar no piloto um “black out”. Estas condições também produzem poças de sangue nas pernas. Foram projetados meias elásticas especiais que comprimem as pernas para reduzir empoçamento.
Um método simples para medir a pressão venosa ao coração é observar as veias na parte de trás das mãos. Quando as mãos são mais baixas que o coração as veias se salientam por causa de pressão venosa aumentada: Quando as mãos são elevadas lentamente acima do nível do coração que um ponto é alcançado no qual as veias colapsam; isto indica uma pressão de 0 cm de sangue. A altura da veia da mão acima do coração dá a pressão venosa ao coração em centímetros de sangue. Pressão venosa regularmente calcula a média 8 a 16 cm H2O (ou sangue). Uma pressão em excesso de 16 cm H20 podem indicar falha congênita do coração (veja Seção 8.10).
Problema 8.7 Quanto a pressão sangüínea em seu cérebro aumenta quando você muda de uma posição de cabeça abaixada para a posição de cabeça erguida?
8.5. PRESSÃO PELA PAREDE DOS VASOS SANGÜÍNEOS (PRESSÃO TRANSMURAL)
Como indicado na Figura 8.5, a maior queda de pressão no sistema cardiovascular ocorre na região do arteríolas e capilares. Os capilares têm paredes muito finas (~1 mm) que permite a difusão fácil de O2 e CO2. Para entender por que eles não estouram temos que discutir a lei de Laplace, que nos fala "como a tensão na parede de um tubo está relacionada ao raio do tubo e a pressão dentro do tubo".
Considere um tubo longo de raio R que transporta sangue a pressão P (Fig. 8.9a). Nós podemos calcular a tensão T na parede. A pressão é uniforme na parede, mas nós podemos matematicamente dividir o tubo pela metade, como mostrado em Fig.. 8.9b. A força por unidade de comprimento que empurra para cima é 2Rp. Há uma força de tensão T por unidade de comprimento em cada extremidade que mantém a metade superior do tubo para a metade inferior. Considerando que a parede está em equilíbrio, a força que empurra as duas metades separadamente é igual às forças de tensão que os unem assim:
2 T = 2 R p ou T = R p
Assim para um raio muito pequeno (por exemplo, em um vaso capilar) a tensão correspondente é muito pequena.
A Tabela 8.1 dá algumas pressões típicas e tensões nos vasos sangüíneos. Por exemplo, a tensão na parede da aorta é cerca de 156 N/m enquanto a tensão em uma parede de capilar é somente cerca de 24 x 10-3 N/m. Por comparação, uma única camada de tecido de banheiro pode resistir uma tensão de cerca de 50 N/m (50.000 dinas/cm) antes de rasgar. (Às vezes parece ser mais forte às perfurações.) Esta tensão é aproximadamente 3000 vezes maior que aquela que faz o vaso capilar rasgar separadamente.
Problema 8.8 - Por que artérias com diâmetros pequenos podem ter paredes mais finas que artérias com diâmetros grandes levando sangue à mesma pressão?
Para um tubo longo de raio R com sangue a pressão P (a), nós podemos calcular a tensão nas paredes (b). A tensão é muito menor para os vasos muito pequenos, e assim as suas paredes finas não quebram.
| Pressão Média | ||||
| Raio | Tensão | |||
| mmHg | kPa | cm | N/m | |
| Aorta | 100 | 13 | 1,2 | 156,0 |
| Atéria Típica | 90 | 12 | 0,5 | 60,0 |
| Pequenos Capilares | 30 | 0,4 | 6x10-4 | 0,024 |
| Veia Pequena | 15 | 0,2 | 2x10-2 | 0,400 |
| Veia Cava | 10 | 0,13 | 1,5 | 20,0 |
8.6. O PRINCÍPIO de BERNOULLI APLICADO AO SISTEMA CARDIOVASCULAR
Você está provavelmente familiarizado com o princípio de Bernoulli embora você pudesse não dar crédito Bernoulli para isto. Sempre que há um fluxo rápido de um fluido como ar ou água, a pressão é reduzida na extremidade do fluido movendo-se mais rapidamente. Por exemplo, o fluxo rápido da água no chuveiro faz uma redução na pressão na redondeza do cortina do “box” puxando-a em direção à água. Semelhantemente, quando o vidro da janela de um carro em movimento é abaixado, a pressão reduzida causada pelo ar que se move rapidamente do lado de fora faz os objetos voarem para fora da janela.
O princípio de Bernoullli está baseado na lei de conservação de energia. A pressão em um fluido é uma forma de energia potencial Ep pois ela tem a habilidade para executar trabalho útil. Num fluido em movimento há energia cinética Ec devido ao movimento. Esta energia cinética pode ser expressa em energia por unidade de volume como joules por metro cúbico. Como 1 Joule (J) = 1 Nm, então 1 J/m3 = 1 (Nm)/m3 = 1 N/m2 (ou 1 Pa), a unidade para pressão no sistema de SI. Se fluido está fluindo pelo tubo sem atrito mostrado na Fig.. 8.10, o velocidade aumenta na seção estreita e o aumento na energia cinética Ec do fluido é obtida por uma redução da energia potencial da pressão no tubo. Quando a velocidade reduz novamente no lado distante da restrição a energia cinética é convertida de volta em energia potencial e a pressão aumenta novamente como indicado nos manômetros.
Nós agora calculamos a energia cinética média por unidade de volume para 10-3 kg (10-6 m3) de sangue quando deixa o coração. Desde que a velocidade média é aproximadamente 0,3 m/s (30 cm/s), a energia cinética desta massa de sangue é:
Figura 8.10. Quando a velocidade do fluido aumenta na seção estreita do tubo, parte da energia potencial (pressão) é convertida em energia cinética assim há uma pressão mais baixa P2 nesta seção. P2 é menor que P1 e P3.
Considerando que o volume envolvido é 10-6 m3, isto pode ser pensado de como uma energia por unidade de volume de 45 J/m3 de sangue que deixa o coração. Por esta razão no parágrafo prévio, esta densidade de energia é equivalente a uma pressão de 45 Pa, ou aproximadamente 0,4 mm Hg. Porém, durante exercício pesado a velocidade do sangue que é bombeado pelo coração pode ser cinco vezes seu valor médio durante o repouso. Durante o pico da batida do coração, o fator de energia cinética pode ter uma pressão equivalente de até 10 kPa (75 mm Hg) e pode representar 30% do trabalho total do coração.
8.7. QUÃO RÁPIDO FLUI SEU SANGUE ?
Quando o sangue move para longe do coração, as artérias se ramificam-se e ramificam-se muitas vezes para levar sangue para os vários tecidos. O vasos sangüíneos menores são o capilares. Como se discutiu previamente na Seção 8.2 eles são muito pequenos (~20 mm em diâmetro) e há milhões deles. Há tanto sangue transportado que a sua área de seção transversal total é equivalente a um tubo de quase 0,3 m de diâmetro! As áreas de seção transversais dos vasos no sistema circulatório são mostradas esquematicamente na Fig. 8.11.
Quando o sangue entra da aorta nas artérias menores e arteríolas com maior área total transversal a velocidade do sangue diminui muito como a velocidade de um rio diminui numa parte mais larga do leito. A Figura 8.l1 também mostra esquematicamente a velocidade de fluxo de sangue nas diferentes porções do sistema circulatório. Note-se que a velocidade do sangue está relacionada de um modo inverso à área de seção transversal total dos vasos que levam o sangue. A velocidade iguala a taxa de fluxo dividida pela área de seção transversal. A velocidade média na aorta é cerca de 0,3 m/s; a velocidade média em um vaso capilar somente cerca de 10-3 m/s (1 mm/s). É nos capilares que
Figura 8.11 - A curva tracejada mostra esquematicamente a mudança na área transversal do sistema circulatório. A velocidade de fluxo de sangue (linha sólida) decresce quando a área transversais total aumenta. A área transversal total é obtida somando as áreas de todas os vasos sangüíneos a uma determinada distância do coração. Note que a veia cava que devolve o sangue ao coração tem um área transversal muito maior que a aorta.
a troca de O2 e CO2 toma lugar, e esta baixa velocidade permite tempo para ocorrer a difusão dos gases.
Você indubitavelmente está atento às características de um líquido chamada viscosidade (h). O xarope que você esparrama em suas panquecas escorre com uma velocidade diferente daquela do creme que você pôs em seu café e a água que você derrama em um vidro. A dificuldade ou facilidade com que um fluido escorre é uma indicação de sua viscosidade. A unidade de SI para viscosidade é o pascal-segundo (Pa . s). A Viscosidade de água é aproximadamente 10-3 Pa - s à 20 ºC. A viscosidade de um xarope espesso pode ser 100 Pa s. A viscosidade de sangue é normalmente de 3 a 4 x 10-3 Pa s, mas depende da porcentagem de eritrócitos no sangue (o hematócrito). Quando o hematócrito aumenta, aumenta a viscosidade (Fig.. 8.12). Pessoas com a doença policemia vera na qual há uma super produção de eritrócitos tem um hematócrito alto e freqüentemente tem problemas circulatórios. A viscosidade do sangue também depende da temperatura. Quando o sangue se põe mais frio, a viscosidade aumenta e este adicional reduz a provisão de sangue às mãos frias e os pés. Uma mudança de 37 ºC a 0 ºC aumenta a viscosidade do sangue por um fator de 2,5. Os fumantes geralmente têm um hematócrito mais alto que os não-fumantes. Este é o resultado provável do fato que os fumantes inspiram 250 ml de monóxido de carbono (o CO) de cada pacote de cigarros. O CO reduz a habilidade do eritrócitos para levar O2
Figura 8.12. Como o porcentagem de glóbulos vermelhos aumenta a viscosidade do sangue (hematócrito mais alto) aumenta e diminui a vazão.
e o corpo compensa produzindo mais eritrócitos. Quanto maior o hematócrito, maior a viscosidade, o que pode conduzir a maioria das doenças cardiovasculares tais como derrames e ataques de coração.
Além da viscosidade, outros fatores afetam o fluxo de sangue no vasos: a diferença de pressão de uma extremidade para o outro, o tamanho do vaso, e seu raio. Para entender as leis que controlam o fluxo de sangue no sistema circulatório, Poiseuille no século dezenove estudou o fluxo de água em tubos de tamanhos diferentes. Os resultados dos seus experimentos estão resumidos na Fig.. 8.13. A lei de Poiseuille estabelece que o fluxo através um determinado tubo depende da diferença de pressão de uma extremidade para a outra (pA - pB), do comprimento L do tubo, do raio R do tubo, e da viscosidade h do fluido. Se a diferença de pressão é dobrada, a taxa de fluxo também dobra. O fluxo varia inversamente com o comprimento e a viscosidade. Se qualquer um é dobrado, a taxa de fluxo é reduzida pela metade. A descoberta mais surpreendente de Poiseuille foi relacionada à dependência da taxa de fluxo do raio do tubo. Como ele esperava, a taxa de fluxo aumentou com aumento do raio do tubo; o que foi surpreendente foi quão rapidamente a taxa de fluxo aumentou com aumentos pequenos no raio. Por exemplo, se o rádio é dobrado a taxa de fluxo aumenta por um fator de 16. Quando todas estas variáveis são postos junto com uma constante, (p/8), nós obtemos a equação de Poiseuille:
Em unidades de SI a taxa de fluxo estará em m3/s se pA - pB está em Pa, h está em Pa.s, e R e L estão em m.
Figura 8.13. As descobertas de Poiseuille. A taxa de fluxo através de um tubo depende da diferença de pressão de uma extremidade do tubo para o outra, do comprimento do tubo, da viscosidade do fluido, e do raio. O raio tem a maior influência na taxa de fluxo.
A lei de Poiseuille se aplica a tubos rígidos de raios constantes. Considerando que as artérias principais têm paredes elásticas e se expandem ligeiramente a cada batida do coração, o fluxo de sangue no sistema circulatório não obedece a lei exatamente. Além disso, a viscosidade do sangue muda ligeiramente com taxa de fluxo; porém, este efeito é desprezível.
Embora a área de seção transversal total das arteríolas seja muitas vezes maior que a da aorta, a maioria da queda de pressão ocorre nas arteríolas por causa da grande resistência de fluxo produzida pelo fator R4. A próxima queda maior é através dos capilares (Fig.. 8.5).
Problema 8.9. Qual é a velocidade aproximada do sangue nos capilares?
Problema 10. Se o rádio de uma arteríola mudasse de 50 a 40 mm, quanto seria a variação na taxa de fluxo?
8.8. SANGUE FLUXO - LAMINAR E TURBULENTO
Você provavelmente já viu um rio correndo lento, tranqüilo e quietamente e uma correnteza, turbulenta, ruidosa. O primeiro tipo de rio é análogo ao fluxo laminar ou fluxo de linha de corrente que está presente na maioria vasos sangüíneos. O segundo é semelhante ao fluxo turbulento encontrado em alguns poucos lugares no sistema circulatório, por exemplo, onde o sangue está fluindo rapidamente para as válvulas do coração.
Uma característica importante do fluxo laminar é que é silencioso. Se todo o fluxo de sangue fosse laminar, pouca informação poderia ser obtida do coração com um estetoscópio. Os sons do coração ouvidos com um estetoscópio são causados principalmente pelo fluxo turbulento. Alguns dos sons vêm da abertura e fechamento das válvulas do coração. Durante uma medida de pressão sangüínea, a constrição produzida pelo pressão da bolsa no braço produz um fluxo turbulento e as vibrações resultantes que podem ser detectadas com o estetoscópio na artéria braquial.
No fluxo laminar o sangue que está em contato com as paredes dos vasos sangüíneos é essencialmente estacionário, a camada de sangue próximo à camada externa está movendo-se lentamente, e camadas sucessivas movem-se mais rapidamente da mesma maneira que a água no meio de um fluxo tranqüilo move mais rapidamente que a água
Figura 8.14. Fluxo de Sangue nos Vasos. (a) No fluxo laminar na maioria dos vasos há uma maior velocidade no centro como indicado pela seta mais longa. (b) A distribuição de glóbulos vermelhos não é uniforme; eles estão mais concentrados no centro de modo que o sangue que flui nas artérias menores tem uma porcentagem menor de glóbulos vermelhos que o sangue na artéria maior.
Figura 8.15. Se fluido está fluindo em um tubo cônico longo, a velocidade aumenta gradualmente para o ponto onde ela excede a velocidade crítica VC e produz um fluxo turbulento.
ao longo das margens (Fig.. 8.14a). Este comportamento tem um efeito na distribuição de glóbulos vermelhos no sistema circulatório.
Os eritrócitos numa artéria não são distribuídos uniformemente; há mais no centro que nas extremidades (Fig.. 8.1 4b). Isto produz dois efeitos. Quando o sangue entra em vasos menores do lado de um vaso principal a porcentagem de eritrócitos naquele sangue (o hematócrito) será ligeiramente menor que no sangue do vaso principal por causa do " efeito desnatando ". O segundo efeito é mais importante. Porque o plasma ao longo das paredes dos vasos está se movendo mais lentamente que o eritrócitos, o sangue nas extremidades tem uma porcentagem maior de eritrócitos que quando deixou o coração. Isto causa um aumento no hematócrito nas mãos e pés de aproximadamente 10% acima do hematócrito do sangue todo.
Se você aumentar gradualmente a
velocidade de um fluido que flui em um tubo reduzindo o raio do tubo, ele
alcançará uma velocidade crítica VC quando o fluxo laminar mudar
para um fluxo turbulento (Fig. 8.15). A velocidade crítica será mais baixa se
existirem restrições ou obstruções no tubo. Osborne Reynolds estudou esta
propriedade em 1883 e determinou que a velocidade
crítica é proporcional à viscosidade h do fluido e é inversamente propor-tional
à densidade r do fluido e o rádio R do tubo, VC = Kh/rR. A constante
de proporcionalidade K é chamado numero de Reynolds,
e é aproximadamente igual a 1000 para muitos fluidos, inclusive sangue, fluindo
em tubos retos, longos, de diâmetro constante. Se há dobra ou obstruções o
número de Reynolds se torna muito menor. Na aorta que tem um rádio de cerca de
1 cm em adultos, a velocidade crítica: 
Figura 8.16. (a) Quando o fluxo em um tubo fica turbulento (na pressão PC) a inclinação da taxa de fluxo contra diminuições de pressão de forma que comparada a um fluxo laminar um aumento maior de pressão é necessário para obter um determinado aumento em taxa de fluxo. (b) Em uma artéria obstruída a pressão necessária para produzir uma determinada taxa de fluxo é maior que em uma artéria normal do mesmo tamanho. Além disso, se o coração é solicitado a dobrar a taxa de fluxo de VA para VB a turbulência produzida na artéria obstruída requer um aumento muito maior de pressão (DP2 vs. DP1) e assim maior esforço do coração. (Adaptado de I.W. Richardson e E.B. Neergaard, Physics for Medicine and Biology, Wiley-lnterscience, Nova Iorque, 1972, pp. 46-47.)
A velocidade na aorta varia de 0 a 0,5 m/s, e assim o fluxo é turbulento durante parte da sístole. Durante exercícios pesados pode aumentar a quantidade de sangue bombeado pelo coração por quatro ou cinco vezes e a velocidade crítica será excedida por um período mais longo de tempo. O som do coração de uma pessoa que faz exercícios pesados são diferentes daqueles de uma pessoa em repouso.
O fluxo de laminar é mais eficiente que fluxo turbulento. Isto está ilustrado graficamente na Fig.. 8.16a. A inclinação da curva na região de fluxo laminar é maior que que na região de fluxo turbulento. Quer dizer, um determinado aumento na pressão
causa um aumento maior na taxa de fluxo laminar que na taxa de fluxo de turbulento. A redução em eficiência é aparente no fluxo de sangue através de uma artéria com uma obstrução (Fig.. 8.16b). Para a taxa de fluxo VA é necessária uma pressão de P1 para a artéria normal e uma pressão P2 um pouco mais alto é necessária para a artéria obstruída. Se ambas as artérias são requeridas a deliberarem uma nova taxa de fluxo VB, o aumento na pressão DP (e assim o trabalho) será muito maior para a artéria obstruída pois o fluxo será turbulento.
Problema 8.11. Uma artéria com 3 mm de raio é bloqueada parcialmente com
placas. Na região constringida o raio efetivo é 2 mm e
a velocidade média do sangue é 50 cm/s.
(a) Qual é a velocidade média do sangue na região de não constringida?
(b) Haverá fluxo turbulento em qualquer outra região?
(c) Para o sangue na região constringida, encontre a pressão equivalente devido à energia cinética do sangue.
8.9 - SONS DO CORAÇÃO
Um cardiologista experiente com boa audição pode obter muita informação dignóstica dos sons do coração. Os sons do coração ouvidos com um estetoscópio são causados por vibrações que originam no coração e nos vasos principais. A abertura e fechamento das válvulas do coração contribuem grandemente aos sons de coração; fluxo turbulento ocorre nestas vezes e as vibrações produzidas estão freqüentemente no alcance audível. A figura 8.17 mostra que os sons ouvidos com um estetoscópio de um coração normal. Outros sons podem serem ouvidos se o coração não está normal. Podem ser produzidos murmúrios se há uma constrição que causa fluxo turbulento durante parte do ciclo cardíaco. Por exemplo, se a válvula aórtica é estreita (estenose de válvula de aórtica) o fluxo de sangue durante a sístole causará um murmúrio.
A quantidade e a qualidade do som ouvidos dependem do projeto do estetoscópio como também em sua pressão no tórax, sua localização, o orientação do corpo, e a fase do ciclo vivente. Há posições ótimas por ouvir vários sons do coração com um estetoscópio. Em geral, o som não é transmitido bem de um líquido para o ar, e assim sons do coração não são ouvidos bem se o som deve viajar pelos pulmões.
Os sons de um coração normal estão ao alcance de freqüência de 20 para aproximadamente 200 Hz. Este não é o alcance mais sensível do ouvido humano (veja Capítulo 10). A sensibilidade do ouvido é muito pobre em baixas freqüências; para ser ouvido, um som de 20 Hz deve ser aproximadamente 10.000 vezes mais intenso que um som de 200 Hz. Um coração normal produz alguns sons que não podem ser
Figura 8.17. As relações de tempo do eletrocardiograma (ECG), sons do coração (fonocardiograma), e pressões sangüíneas ventriculares esquerda e da aórtica. O ventrículo começa a contrair no momento 0, e a válvula aortica abre quando o pressão ventricular excede a pressão aortica. Isto contribui ao primeiro som de coração. O fechamento da válvula aortica contribui ao segundo som de coração. O primeiro som normalmente é mais longo e mais alto que o segundo som. (Adaptado de Sher, A.M. em T.C. Ruch e H.E. Patton (Eds.), Physiology and Biophysics, 1 9th ed., © W.B. Companhia de Saunders, Filadélfia, 1965, pág. 557.)
ouvidos com um estetoscópio bom, até mesmo sob ótimas condições. Porém, é possível eletronicamente ampliar estes sons do coração e escutá-los diretamente ou registrá-los. Fonocardiografia é o registro gráfico de sons de coração (Fig. 8.17). Os amplificadores eletrônicos usados em fonocardiografia têm uma resposta muito diferente do ouvido humano, assim os registros não correspondem muito bem com aquilo que o cardiologista ouve. Semelhantemente, um estetoscópio eletronicamente ampliado distorce os sons que o médico está acostumado a ouvir.
8.10. AS FÍSICAS DE ALGUMAS DOENÇAS CARDIOVASCULARES
Doença de coração é o número um da causa
de morte nos Estados Unidos. Por causa dos muitos aspectos físicos do sistema
cardiovascular, doenças do coração têm freqüentemente um componente físico.
Muitas destas doenças, por exemplo, aumenta a carga de trabalho do coração ou
reduz a sua habilidade para trabalhar a uma taxa normal.
O trabalho feito pelo coração é
grosseiramente a tensão dos músculos do coração durante o tempo que ele age.
Qualquer coisa que aumenta a tensão dos músculos ou quanto tempo ele atua
aumentarão a carga de trabalho do coração. Por exemplo, pressão alta (hipertensão)
faz a tensão muscular aumentar em proporção à pressão. Uma taxa de batimento de
coração rápida (taquicardia) aumenta a carga de trabalho pois a quantidade de
tempo que os músculos do coração contraindo gastam aumenta.
A doença de coração que causa mais mortes é o ataque de coração. Um ataque de coração é causado por um bloqueio de uma ou mais artérias do músculo do coração. Aquela porção do músculo de coração sem uma provisão de sangue morre (o infarto). O bloqueio nem sempre afeta imediatamente os sinais elétricos que controlam a ação do batimento do coração, e assim uma pessoa que teve um ataque de coração recentemente ainda pode ter um eletrocardiograma normal (ECG).
Durante e depois de um ataque de coração a habilidade do músculo de coração para bombear sangue para o corpo é prejudicada seriamente. Para reduzir a carga de trabalho do coração, são prescritas repouso de cama e terapia com O2. Dando O2,aumenta o oxigênio no sangue de modo que menos sangue deve ser bombeado aos tecidos. Este O2 provavelmente é muito benéfico ao próprio músculo de coração. Há freqüentemente caminhos alternativos para sangue ir aos músculos, e este anastomoses no coração podem prover com um pouco de O2 a porção bloqueada. Um dos propósitos de um programa de exercício de regulares é estressar o sistema cardiovascular bastante para manter estas rotas alternadas em aberto.
Outra doença de coração comum é falha congestiva do coração. A causa desta doença não é bem entendida como a causa de ataque de coração. É caracterizada por um alargamento do coração e uma redução na habilidade do coração para prover a adequada circulação.
Para um coração aumentado nós podemos aplicar a lei de Laplace. Se o raio do coração é dobrado, a tensão do músculo de coração também deve ser dobrada se a mesma pressão sangüínea for mantida. Porém, desde que o músculo de coração é estirado, pode não ser possível produzir força suficiente para manter circulação normal (veja Fig.. 2.4). O músculo de coração estirado também é muito menos eficiente que músculo de coração normal; quer dizer, consome muito mais O2 para a mesma quantidade de trabalho.
O tratamento médico para fracasso congestivo de coração é reduzir a carga de trabalho do coração. Uma aproximação dramática é substituir o coração cirurgicamente. Vários transplantes de coração tiveram êxito. Pesquisa intensiva é no sentido de para desenvolver um coração mecânico implantável ou um dispositivo de ajuda do coração. O problema principal tem sido no desenvolvimento de um material que é compatível com o corpo por um período longo de tempo. É calculado que nos Estados Unidos há 10.000 pacientes a cada ano que seriam bons para implantarem corações artificiais. Máquinas de coração-pulmão que são prosperamente usadas durante cirurgia principal são unidades vultosas que não são práticas para uso rotineiro.
Pacientes com uma condição na qual os sinais elétricos do coração são inadequados para estimular ação de coração tem sido grandemente ajudados através da tecnologia moderna. Eles receberam marca-passo artificiais para regular batida do coração.
Outro dispositivo artificial que ajudou os pacientes é a válvula de coração artificial. Defeitos da válvula do coração são de dois tipos: a válvula ou não abre o bastante (stenosis) ou não fecha o bastante (insuficiência). Em stenosis é aumentado o trabalho do coração porque uma quantia grande de trabalho é feita contra a obstrução da abertura estreita, e o sangue que provê a circulação geral fica reduzido. Em insuficiência alguns dos fluxos de sangue bombeados para trás do coração de forma que o volume de sangue circulado é reduzido. Ambos os tipos de válvulas defeituosas podem ser substituídas através de válvulas artificiais. Vários projetos estão disponíveis (Fig.. 8.18). Compatibilidade entre homem e válvulas artificiais e o sangue ainda é um problema. Estas válvulas às vezes causam coagulação.
Válvulas de coração de cadáveres também são usadas como substituições para válvulas defeituosas. Uma válvula de coração é principalmente um tecido de cartilagem com relativamente poucas células viventes. Antes que seja transplantado, uma válvula de cadáver é esterilizada com radiação de um acelerador de elétron que é usado para tratar câncer.
Muitas doenças cardiovasculares envolvem os vasos sangüíneos. Nós agora discutiremos a física de alguns destas doenças.
Um aneurisma é um enfraquecimento na parede de uma artéria que resulta em um aumento em seu diâmetro (Fig.. 8.19). O diâmetro aumentado aumenta a tensão na parede proporcionalmente. Se não fosse pela a ação de suporte dos tecidos circunvizinhos a parede furaria do mesmo modo que uma câmara de ar de bicicleta faz sob condições semelhantes. Se um aneurisma se rompe é freqüentemente fatal – especialmente se a ruptura está no cérebro, um tipo de acidente cerebrovascular (CVA).
Um problema muito comum de vasos é a formação de plaquetas de escleróticas nas paredes de uma artéria. O plaquetas podem fazer um fluxo turbulento e podem produzir um murmúrio notável. O estreitamento da artéria causará um aumento na velocidade do sangue naquela região com uma diminuição em pressão de parede por causa do efeito de Bernoulli. Este bloqueio fechará a provisão de sangue à parte afetada; se está no cérebro, produzirá um derrame, outro tipo de acidente de cerebrovascular.
Uma doença que não é clinicamente tão séria como o aneurisma e plaquetas mas tão freqüentemente causam embaraços são as veias varicosas. Veias varicosas podem ser mais que um problema cosmético desde que elas podem desenvolver complicações. Estes aumentos superficiais das veias na perna resulta de um fracasso das válvulas de uma só lado nas veias. Considere o fluxo de sangue nas partes mais baixas das pernas e pés de uma pessoa ereta. A pressão em uma veia da perna é aproximadamente 12 kPa (90 mm Hg ou 115 cm de sangue) devido à coluna de sangue acima dela. Durante o caminhar ou outro exercício de perna, a contração dos músculos força o
Figura 8.18. (a) Dois das várias válvulas artificiais de coração usadas habitualmente. Uma tal válvula é suturada no coração para permitir o fluxo sangüíneo fluir só para cima. (b) Uma radiografia de um paciente mostrando 3 válvulas artificiais de coração em lugar. Na ocasião que a radiografia foi tomada em 1976 as válvulas tinham estado no lugar por 6,5 anos e o paciente estava bem. (Cortesia de Dr. William Young, Universidade de Wisconsin, Madison.)
sangue venoso para o coração. Esta ação dos músculos no sangue é chamada a bomba venosa ou bomba de músculo. Em vários pontos ao longo das veias há pontas de uma só mão ou válvulas que impedem para o sangue de voltar. A ação da bomba de músculo e as válvulas resulta em uma pressão venosa de cerca de 3 kPa (20 mm Hg) durante exercício. Se estas válvulas se tornam defeituosas e deixam o sangue voltar para trás, o sangue se juntará na veia e a veia ficará varicosa. Veias varicosas podem ser agravadas por condições que restringem o retorno do sangue para o coração como faixas apertadas aos topos das pernas de girdies. O peso abdominal adicional durante a gravidez podem restringir também o retorno venoso. Porém, algum experimentos mostraram que um bolsa de pressão sobre o joelho inchado a 12 kPa (90 mm Hg) não é nenhum impedimento à ação da bomba de músculo. O tratamento padrão para as veias varicosas é remoção cirúrgica dos vasos ofendidos. Há normalmente veias paralelas adequadas para levar o sangue de volta para o coração.
. Como o sangue venoso retorna dos pés ao coração de uma pessoa parada?
8.11. ALGUMAS OUTRAS FUNÇÕES DE SANGUE
Embora nós enfatizamos o papel de sangue em troca de gás, uma função igualmente importante do sangue é levar os desperdícios líquidos do corpo para os rins. São discutidos os detalhes de função de rim no Capítulo 6. Os rins mantêm a filtragem do sangue muito constante apesar das flutuações grandes em nossa dieta. Os rins são bem vascularizados para filtrar o sangue. Normalmente 1 a 1,5 litros de sangue (um-quinto para um-quarto da produção cardíaca) flui pelos rins a cada minuto. Este mais do que a quantia necessária para prover nutrientes e oxigênio para os rins. Se uma perda de sangue severa ocorre o fluxo pode cair a 0.25 liter/min para permitir o sangue ser usado em outro lugar. Embora rins artificiais (unidades de diálise) é usado por milhares das pessoas eles caem longe com falta dos rins nas suas habilidade para regular os componentes do corpo. Podem muitos pacientes serem descritos melhor em unidades de diálise como sobrevivendo do que como vivendo.
O sangue representa um papel importante na distribuição e dissipação de calor no corpo (veja apostila 3). O sangue venoso que volta dos membros dose para a pele aumentar perdas de calor em tempo morno. Em tempo de frio pode ser derrotado dose interiormente para a artéria que leva sangue para o membro; o sangue venoso fresco leva algum do calor do sangue de arteri-ai morno e leva isto atrás para o coração. Este principie de contador-corrente controla ses de los de calor das extremidades e da pele em tempo frio.
Sangue também é envolvido na ereção masculina. Em excitação, sangue arterial flui no pênis que o faz aumentar e ficar rígido devido à pressão fluida. O retorno venoso está lento - a ereção ajuda a bloquear o retorno de sangue para as veias. A pressão sangüínea no pênis durante uma ereção é aproximadamente igual à pressão sistólica. O mesmo principie mantém plantas eretas. A sua rigidez é devido a pressão de fluido interna - se você não molha-as, as pressões fluidas cai e eles murcham.
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