Módulo 1: Cardiovascular

Módulo 1: Cardiovascular

FISIOLOGIA CUANTITATIVA

Física del Sistema Cardiovascular

Contenidos

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Ciclo cardíaco como ciclo termodinámico

El corazón como una bomba. Necesidades metabólicas del corazón

Trabajo Cardíaco

Introducción a conceptos termodinámicos e interpretación en el Sistema Cardiovascular.

Definición e importancia fisiológica.

Elastancia y Compliancia

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Contenidos

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Trabajo Cardíaco




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Ciclo cardíaco como

ciclo termodinámico1

● Se denomina ciclo termodinámico a

una serie de procesos termodinámicos

de forma que al final de todos ellos el

sistema vuelva a su estado inicial (las

magnitudes termodinámicas propias

del sistema se anulan). Estos ciclos

tienen lugar en máquinas de calor que

funcionan a partir de dos fuentes de

calor llevando el mismo de la fuente

de menor temperatura al de mayor

temperatura.

Ciclo Termodinámico

Ciclo Termodinámico

𝑊 = −න𝑖

𝑓

𝑃 𝑑𝑉

Ciclo Cardíaco

Contenidos

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Trabajo Cardíaco




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Trabajo Cardíaco2

Trabajo cardíaco

Se modela el ventrículo izquierdo como una bomba

Trabajo cardíaco

𝑊 = න

𝐿𝑖

𝐿𝑓

𝐹 𝑑𝐿 = න

𝐿𝑖

𝐿𝑓𝐹

𝐴(𝐴 𝑑𝐿) = න

𝑉𝑖

𝑉𝑓

𝑃 𝑑𝑉

Trabajo cardíaco

𝑊 = 𝑃𝑝𝑟𝑜𝑚𝑉𝑠𝑖𝑠𝑡𝑜𝑙𝑖𝑐𝑜

𝑃𝑝𝑟𝑜𝑚 =𝑃𝑑𝑖𝑎𝑠𝑡𝑜𝑙𝑒 + 𝑃𝑠𝑖𝑠𝑡𝑜𝑙𝑒

2~100 𝑚𝑚𝐻𝑔 = 1.3𝑥104 𝑁/𝑚2

𝑉𝑠𝑖𝑠𝑡𝑜𝑙𝑖𝑐𝑜 = 80 𝑐𝑚3 = 8𝑥10−5 𝑚3

𝐺𝑎𝑠𝑡𝑜 𝑐𝑎𝑟𝑑í𝑎𝑐𝑜 𝑜 𝑣𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛 𝑚𝑖𝑛𝑢𝑡𝑜 ~ 5,5 𝑙𝑝𝑚𝑓𝑟𝑒𝑐𝑢𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 ~ 70 𝑐𝑝𝑚

Trabajo cardíaco

𝑊 = 𝑃𝑝𝑟𝑜𝑚𝑉𝑠𝑖𝑠𝑡𝑜𝑙𝑖𝑐𝑜

𝑃𝑝𝑟𝑜𝑚 =𝑃𝑑𝑖𝑎𝑠𝑡𝑜𝑙𝑒 + 𝑃𝑠𝑖𝑠𝑡𝑜𝑙𝑒

2~100 𝑚𝑚𝐻𝑔 = 1.3𝑥104 𝑁/𝑚2

𝑉𝑠𝑖𝑠𝑡𝑜𝑙𝑖𝑐𝑜 = 80 𝑐𝑚3 = 8𝑥10−5 𝑚3

𝑊 = 1.04 𝐽

Trabajo cardíaco

Considerando que una frecuencia cardíaca de 60 cpm. La potencia del ventrículo izquierdo es de:

𝑃𝑚𝑒𝑐𝑎𝑛𝑖𝑐𝑎 = 1.04𝑊

La eficiencia del corazón en transformar la energía metabólica en energía mecánica es de cerca del

20%, por lo que para latir necesita 5 veces más de lo calculado o sea, 5 W. La energía consumida

para que el ventrículo izquierdo funcione en un día es:

𝐶𝑎𝑛𝑡𝑖𝑑𝑎𝑑 𝑑𝑒 𝑙𝑎𝑡𝑖𝑑𝑜𝑠 𝑝𝑜𝑟 𝑑í𝑎 ∗ 𝑃𝑜𝑡𝑒𝑛𝑐𝑖𝑎 𝑛𝑒𝑐𝑒𝑠𝑎𝑟𝑖𝑎 = 86400 ∗ 5 = 105𝑊 = 𝟏𝟎𝟒 𝑲𝒄𝒂𝒍/𝒅í𝒂

Trabajo cardíaco

Para el caso del ventrículo derecho, considerando las mismas hipótesis, como el mismo trabaja con

presiónes 5 veces más chicas, la potencia que necesita es 5 veces menor que la del ventrículo

izquierdo.

De esta manera el trabajo total para hacer funcionar el corazón por día es de aproximadamente:

𝟏𝟐𝟓 𝐤𝐜𝐚𝐥/𝐝í𝐚

Considerando un 10% de eficiencia muscular, ese valor aumenta a 𝟐𝟓𝟎 𝒌𝒄𝒂𝒍/𝒅𝒊𝒂

Contenidos

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Trabajo Cardíaco




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Elastancia y

Compliancia3

Elasticidad

Elasticidad es una propiedad que cuantifica la cualidad por la

cual un sistema físico recupera su forma inicial luego de cesar

la acción que lo había deformado.

Elasticidad

Ley de Hooke:

𝐹 = −𝑘(𝑥 − 𝑥0)

Elastancia y compliancia

Si considero un vaso o un órgano hueco defino la Elastancia (E) como la capacidad de un tejido,

deformado por una presión, para recuperar su forma inicial (capacidad contráctil). Por otra parte la

Compliancia (C) será la magnitud recíproca (inversa).

Ambas magnitudes se definen en función de la presión transmural y la deformación dada por el

volúmen. Según se muestra a continuación:

𝐸 =Δ𝑃

Δ𝑉

𝐶 =Δ𝑉

Δ𝑃Se puede ver que cuando una aumenta, la otra disminuye. Hablar de Compliancia no tiene que ver

con la ausencia de elasticidad ya que como esta es una propiedad que

¡Gracias!

● ¡Gracias!

Andreína Tesis

[email protected]

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