Resistencia Vascular, Flujo y Presión Arterial Media

Flujo, Presión y Resistencia en los Vasos Sanguíneos

Descripción general

• La sangre fluye a través del corazón, las arterias, los capilares y las venas en un circuito cerrado y continuo.
• El flujo sanguíneo se refiere al movimiento de un determinado volumen de sangre a través de la vasculatura durante una determinada unidad de tiempo (e.g., mL por minuto).
• La hemodinámica se refiere a los principios físicos que rigen el flujo sanguíneo, que son:
  • El gradiente de presión entre 1 punto y otro
  • Resistencia del vaso

Ley de Ohm

La ley de Ohm es una fórmula básica importante en física. Se puede utilizar una derivación de la ley de Ohm para calcular el flujo sanguíneo.

• Ley de Ohm: I = V / R:
  • Corriente (I) = flujo de partículas cargadas
  • Voltaje (V) = la diferencia en la concentración de partículas cargadas en 2 puntos diferentes
  • Resistencia (R) = oposición al flujo de corriente
• La corriente (flujo de electrones) en un sistema cerrado es directamente proporcional al voltaje e inversamente proporcional a la resistencia dentro del sistema.

• Ley de Ohm aplicada al sistema cardiovascular: F = ΔP / R:
  • Flujo (F) = flujo de sangre a través de un vaso
  • Gradiente de presión (ΔP) = cambio de presión entre 2 puntos diferentes (i.e., ΔP = P₁ ‒ P₂)
  • Resistencia (R) = oposición al flujo sanguíneo

Flujo

Flujo: volumen de fluido que pasa por un punto por unidad de tiempo:

• Causado por un ΔP entre 2 puntos (no hay flujo sin un ΔP)
• 2 tipos de flujo: laminar y turbulento
• Flujo laminar:
  • Los vasos de paredes lisas permiten un flujo uniforme a través del tubo
  • El flujo es más rápido en el centro del vaso (menos fricción) y más lento contra las paredes (más fricción).
  • Da como resultado «capas» cilíndricas con diferentes tasas de flujo
  • Característico de los vasos sanos
• Flujo turbulento:
  • Remolino irregular o rotación de líquido en el vaso
  • Resulta en ↑ contacto con las paredes del vaso → ↑ fricción → ↑ resistencia
  • → ↓ Flujo a un ΔP dado (comparado con el flujo laminar)
  • Ocurre cuando hay:
    • Demasiada presión para un vaso dado
    • Una oclusión en el vaso
  • Un vaso aterosclerótico provoca un flujo turbulento.

Resistencia

Resistencia: fuerza que se opone al flujo:

• Surge de la fricción entre la sangre en movimiento y las paredes de los vasos
• Ecuación de resistencia frente al flujo laminar: R = (8 x viscosidad x longitud)/πr⁴
  • R = resistencia
  • Viscosidad = espesor de la sangre
  • Longitud = longitud del vaso
  • r = radio del vaso
• Viscosidad:
  • Espesor de la sangre
  • Debida principalmente a:
    • Número de eritrocitos
    • Niveles de albúmina
    • Estado de hidratación
  • ↑ Viscosidad: por policitemia, hiperalbuminemia y deshidratación
  • ↓ Viscosidad: por anemia, hipoalbuminemia e hidratación adecuada
  • Relativamente estable dentro de los individuos: el cuerpo no puede regular rápidamente el flujo ajustando la viscosidad.
• Longitud del vaso:
  • Cuanto más largo sea el vaso, mayor será la fricción acumulativa encontrada
  • Cada vaso tiene una longitud relativamente fija (sin posibilidad de regulación).
• Radio del vaso:
  • Impacto significativo en la resistencia
  • Altamente regulado por el músculo liso dentro de las paredes de los vasos
  • = ↑ Radio del vaso → ↓ sangre en contacto con la pared del vaso → ↓ fricción → ↓ resistencia total → ↑ flujo de sangre a través del vaso
  • Vasoconstricción: ↓ radio
  • Vasodilatación: ↑ radio

Gradiente de presión (ΔP)

ΔP: diferencia de presión entre 1 punto y otro

• Influye en la dirección del flujo sanguíneo (la sangre fluye de alta presión → baja presión)
• Si el flujo es constante (lo cual el cuerpo trata de mantener), la resistencia del vaso ↑ (e.g., vasoconstricción) y conduce a ΔP ↑.
• Relevancia clínica: vasos estrechos por enfermedad aterosclerótica = ↑ presión arterial
• Tipos de ΔP fisiológicos:
  • Sistémico: presión arterial > presión venosa
  • Local: presión del vaso proximal > presión del vaso distal

Capacitancia

Capacitancia: cantidad que un recipiente puede estirarse sin aumentar significativamente la presión:

• Capacitancia: C = ΔV / ΔP:
  • C: capacitancia
  • ΔV: cambio de volumen
  • ΔP: cambio de presión

• Capacitancia venosa > capacitancia arterial
• El 60%–80% del volumen total de sangre se encuentra en la circulación venosa.

Velocidad

• La rapidez con la que la sangre viaja.
• La velocidad está inversamente relacionada con el radio del vaso sanguíneo (i.e., la velocidad aumenta cuando el diámetro disminuye).
• La velocidad es diferente al flujo:
  • La velocidad es una unidad de distancia por unidad de tiempo.
  • El flujo es una unidad de volumen por unidad de tiempo.
  • Relevancia clínica: la velocidad de la sangre que se mueve a través de la válvula aumentará con una válvula estenótica (diámetro más pequeño), pero el flujo no.
• Relación entre flujo y velocidad:
  • Flujo = velocidad x el área del vaso o vía disponible para la sangre
  • Flujo = velocidad x (πr²)

Presión Arterial Media (PAM)

Ecuaciones de presión arterial media

La presión arterial media es la presión arterial sistémica promedio.

• PAM = (GC x RVS) + PVC:
  • GC: gasto cardíaco (volumen sistólico x frecuencia cardíaca)
  • RVS: resistencia vascular sistémica
  • PVC: presión venosa central (cerca de 0; a menudo ignorada)
• Aproximado usando la presión arterial sistólica (PAS) y la presión arterial diastólica (PAD):
  • Debido a que el corazón pasa más tiempo en diástole que en sístole, la PAD contribuye más a la PAM que la PAS.
  • Ecuación: PAM ≅ [⅓ (PAS ‒ PAD)] + PAD

Factores que afectan la PAM

La presión arterial media se ve afectada principalmente por el GC y la RVS:

GC = frecuencia cardíaca x volumen sistólico:

• La frecuencia cardíaca está determinada por:
  • El sistema nervioso autónomo (regulador primario)
  • Otros factores:
    • Hormonas tiroideas
    • Catecolaminas circulantes
    • Niveles de K⁺
    • Isquemia
• El volumen sistólico está determinado principalmente por:
  • Inotropía: la fuerza contráctil de cada latido del corazón
  • Postcarga: la presión que el ventrículo izquierdo debe superar para expulsar sangre hacia la aorta
  • Precarga: la medida en la cual se han estirado o llenado los ventrículos de sangre al final de la diástole, que se ve afectada por:
    • Distensibilidad venosa (la cantidad de sangre que pueden contener las venas)
    • Volumen sanguíneo (principalmente afectado por el manejo renal de Na⁺ y H₂O)

La resistencia vascular sistémica se ve afectada principalmente por:

• Anatomía vascular:
  • Disposición de los vasos en serie o en paralelo
  • Anatomía de las paredes de los vasos
• Factores locales secretados por las paredes de los vasos
• Múltiples factores neurohumorales

Anatomía Vascular que Afecta la Presión Arterial Media

La anatomía vascular tiene efectos significativos en la RVS, que afecta directamente a la PAM.

Disposición de vasos en serie o en paralelo

• Circuitos en serie:
  • La sangre corre secuencialmente a través de los vasos; por lo tanto, la resistencia es aditiva a lo largo de todo el vaso.
  • Ejemplo: una medida de la resistencia a lo largo de un solo camino desde aorta → arteria grande → arteriola → un solo capilar
  • Resistencia total (R_T) = R₁ + R₂ + R₃…
• Circuitos en paralelo:
  • Cuando los vasos se dividen, hay múltiples caminos disponibles para la sangre.
  • El área total a través de la cual puede fluir la sangre aumenta, incluso si los vasos individuales tienen un diámetro más pequeño.
  • La resistencia disminuye con cada ruta disponible para que la sangre la siga.
  • Ejemplo:la resistencia cambia a medida que la sangre se aleja del corazón:
    • La sangre fluye desde la aorta (un solo vaso) → todos los capilares en la circulación sistémica (millones de vías)
    • El área de la sección transversal de la aorta: aproximadamente 3–5 cm²
    • El área de la sección transversal de todos los capilares combinados: aproximadamente 4 500–6 000 cm²
  • Resistencia total para vasos en paralelo: 1/R_T = 1/R₁ + 1/R₂ + 1/R₃ …
• Ejemplo matemático:
  • Suponga: un circuito con 3 puntos de resistencia, todos iguales a 10 unidades arbitrarias
  • En serie: R_T = 10 + 10 + 10 = 30
  • En paralelo: 1/R_T = 1/10 + 1/10 + 1/10 → 1/R_T = 3/10 → R_T = 3,3
  • Si se agrega un 4to circuito, la resistencia aumenta a 40 en serie y cae a 2,5 en paralelo.

Anatomía de las paredes de los vasos

Los vasos tienen:

• Diferentes funciones en diferentes puntos del circuito. Por ejemplo:
  • Amortiguación del pulso: aorta
  • Distribución de sangre al cuerpo: aorta, arterias grandes
  • Resistencia (regula la presión y el flujo): pequeñas arterias y arteriolas
  • Intercambio de gases, nutrientes y desechos: capilares
  • Colección: vénulas
  • Capacitancia (volumen de sangre de retención): vénulas, venas y vena cava
• Diferentes cantidades de músculo liso en la pared dependiendo de la función
• Diferentes diámetros

Distribución de la presión:

• A medida que la sangre sale del corazón y se mueve por el cuerpo, la presión disminuye continuamente hasta que la sangre regresa al corazón → el ΔP siempre provoca un flujo de sangre hacia adelante a través del circuito
• En las arterias: las paredes son más gruesas/más músculo liso:
  • Protegen contra presiones más altas
  • Habilidad para controlar el flujo
• En capilares:
  • Los lechos capilares sirven como circuitos paralelos.
  • Se crea una resistencia mínima, lo que permite presiones más bajas.
  • No se necesitan músculos de pared más gruesos para proteger contra las altas presiones.
  • Las paredes delgadas permiten el intercambio de gases.
  • La presión es más alta en el extremo de la arteriola de los capilares que en las vénulas → empuja la sangre a través de los capilares
• En venas:
  • Las paredes más delgadas permiten que las venas se estiren (capacitancia)
  • Presiones más bajas

Factores Locales que Afectan la Presión Arterial Media

Las células endoteliales que recubren los vasos sanguíneos pueden secretar una serie de factores que provocan vasodilatación o vasoconstricción. Cambiar el radio del vaso cambia la RVS, que cambia entonces la PAM.

Vasoconstricción

• Ocurre principalmente al aumentar los niveles de calcio intracelular (Ca²⁺), que se requiere para la contracción de los miofilamentos (actina y miosina) dentro de las células musculares.
• Los factores que causan ↑ Ca²⁺ intracelular incluyen:
  • Endotelinas
  • Tromboxanos
  • Angiotensina II
  • Traumatismo

Vasodilatación

• Básicamente, se produce debido a:
  • ↓ Niveles de Ca²⁺ intracelular
  • ↑ Actividad de la fosfatasa de la cadena ligera de la miosina → lleva a un ↑ de la desfosforización de actina contraída → relajación
• Producción de NO:
  • Sintetizado por:
    • NO sintasa endotelial en células endoteliales (modo primario de síntesis)
    • NO sintasa neuronal en neuronas parasimpáticas
  • NO estimula la guanilil ciclasa
  • La guanilil ciclasa convierte el guanosín trifosfato (GTP) → guanosín monofosfato cíclico (GMPc)
  • GMPc → ↓ Ca²⁺ intracelular y ↑ actividad de la fosfatasa de la cadena ligera de la miosina → vasodilatación
• Producción de prostaciclina:
  • Sintetizada por enzimas ciclooxigenasas (COX)
  • ↑ Niveles de adenosín monofosfato cíclico (AMPc)
  • AMPc → ↓ Ca²⁺ intracelular y ↑ actividad de la fosfatasa de la cadena ligera de la miosina → vasodilatación
• Factores que estimulan la producción de NO y/o prostaciclina:
  • Acetilcolina
  • Adenosín trifosfato (ATP)
  • Sustancia P
  • Bradicinina
  • Trombina
  • Histamina
  • Endotoxinas bacterianas
  • Fuerzas de cizallamiento

Descripción General de los Factores Neurohumorales que Afectan la Presión Arterial Media

Efectos sobre el sistema arterial

Los factores neurohumorales pueden afectar tanto al GC como a la RVS e incluyen:

• Estimulación desde el sistema nervioso autónomo:
  • Estimulación simpática: ↑ GC y RVS → ↑ PAM
  • Estimulación parasimpática: ↓ GC y RVS → ↓ PAM
• Reflejo barorreceptor arterial: detecta presiones y ajusta el GC para mantener la homeostasis de la presión arterial
• Catecolaminas circulantes:
  • Secretadas por la médula suprarrenal a la sangre
  • Efecto similar a la estimulación simpática: ↑ GC y RVS → ↑ PAM
  • Hormonas:
    • Epinefrina
    • Norepinefrina
• SRAA:
  • Mecanismo primario para controlar el Na⁺ y el nivel de agua corporal
  • Activación del sistema → ↑ Retención de Na⁺ y agua por los riñones → ↑ volumen sanguíneo → ↑ precarga → ↑ GC → ↑ PAM
• Hormona antidiurética (ADH, por sus siglas en inglés):
  • Secreción de la ADH por la hipófisis posterior → ↓ excreción de agua → ↑ volumen sanguíneo → ↑ gasto cardíaco → ↑ PAM
  • Adicionalmente, la ADH se une a los receptores en el músculo liso vascular → vasoconstricción
• Péptidos natriuréticos:
  • Las hormonas secretadas por el corazón que inhiben el SRAA.
  • ↓ Retención de Na⁺ y agua por los riñones → ↓ volumen sanguíneo → ↓ precarga → ↓ GC → ↓ PAM
  • Hormonas:
    • Péptido natriurético auricular: secretado por los miocitos auriculares
    • Péptido natriurético cerebral: secretado por los miocitos ventriculares

Efectos sobre el sistema venoso

Los factores neurohumorales (principalmente a través del sistema nervioso autónomo) pueden afectar la capacitancia venosa, lo que puede afectar la precarga y, como resultado, el GC y la PAM:

• Venoconstricción → ↓ capacitancia venosa → ↑ retorno venoso al corazón → ↑ precarga → ↑ GC → ↑ PAM
• Venodilatación → ↑ capacitancia venosa → ↓ retorno venoso al corazón → ↓ precarga → ↓ GC → ↓ PAM

Relevancia Clínica

La información que se presenta a continuación explica los factores que determinan la presión arterial y cómo se mueve la sangre por todo el cuerpo. Los temas fundamentales son importantes para comprender cómo y por qué el cuerpo se adapta a diferentes situaciones para mantener una adecuada perfusión.

• Hipertensión: aumento crónico de la presión en el sistema arterial. Las presiones aumentadas se deben a vasos más estrechos (i.e., radio más pequeño). Las presiones pueden causar daño a los capilares más delicados, lo que es especialmente problemático en los riñones y los ojos. Además, la hipertensión es un estado de postcarga persistentemente aumentada, que requiere que el corazón bombee con más fuerza para expulsar el mismo volumen de sangre y mantener las tasas de flujo. Por lo tanto, la hipertensión es un factor de riesgo importante tanto para la enfermedad cardíaca como para la enfermedad vascular periférica.
• Hemorragia: pérdida excesiva de sangre, que resulta en una disminución del volumen sanguíneo y conduce a ↓ precarga, ↓ volumen sistólico, ↓ gasto cardíaco, ↓ PAM y, como resultado, ↓ perfusión a órganos vitales. Para mantener la perfusión, el cuerpo intenta aumentar la PAM aumentando el GC a través de aumentos en la frecuencia cardíaca y la contractilidad, y mediante vasoconstricción para aumentar la RVS. Los líquidos intravenosos y/o las transfusiones de sangre pueden ayudar a restaurar el volumen sanguíneo.