Modelo Dick

CONTENIDO 1.

2.

INTRODUCCIÓN INTRODU CCIÓN .................................. ................. .................................. ................................... ................................... ................................... .................................... ............................. ........... 1 1.1.

Sistema Cardiovascular Cardiova scular .................................. ................. ................................... ................................... ................................... ................................... .......................... ......... 1

1.2.

Presiones en las distintas porciones de la circulación........... circulación..................... ................... .................. .................. .................. .................. ........... 2

1.3.

El corazón ................................... .................. .................................. ................................... ................................... ................................... .................................... ............................. ........... 3

1.4.

Principios Principi os básicos de la función circulatoria circulato ria .................................. ................. ................................... ................................... ............................. ............ 4

DESARROLLO: DESARR OLLO: MODELO DE DICK .................................. ................. ................................... ................................... ................................... ................................... .................... ... 5 2.1.

Vena pulmonar ................................. ................ .................................. ................................... ................................... .................................. ................................... ........................ ...... 6

2.2.

Ventrículo Ventríc ulo izquierdo izquier do ................................. ................ ................................... ................................... ................................... ................................... ................................ ............... 7

2.3.

Sistema Arterial Arteri al ................................... .................. .................................. ................................... ................................... .................................. ................................... ..................... ... 8

2.4.

Sistema Venoso ................................... .................. .................................. ................................... ................................... .................................. ................................... ..................... ... 9

2.5.

Ventrículo Ventríc ulo derecho ................................... .................. ................................... ................................... ................................... ................................... .............................. ............. 10

2.6.

Arteria Arteri a pulmonar .................................... .................. ................................... .................................. ................................... ................................... ................................. ................ 10

3.

RESULTADOS............. RESULT ADOS............................... ................................... .................................. ................................... ................................... ................................... ................................... ................... 12

4.

CONCLUSIONES CONCLUSIO NES GENERALES ................................... .................. ................................... ................................... ................................... ................................... ........................ ....... 13

5.

REFERENCIAS REFERENC IAS ................................... .................. .................................. ................................... ................................... ................................... .................................... .............................. ............ 14

0 José Burgos, Irvin Canul, Jorge Angulo, Omar Lucero

1. INTRODUCCIÓN 1.1. Sistema Cardiovascular Tres componentes de los fluidos acuosos, conocidos en conjunto como el agua corporal total, explican alrededor de 60% del peso corporal, esta agua está distribuida entre los compartimientos intracelular, intersticial y plasma. Alrededor de dos terceras partes del agua corporal está contenida dentro de células y se comunica con el líquido intersticial a través de las membranas plasmáticas de células. Del líquido que está afuera de las células (es decir, el líquido extracelular), sólo una pequeña cantidad, el volumen  plasmático, circula dentro del sistema cardiovascular. La sangre está compuesta de plasma y aproximadamente un volumen igual de elementos formes (principalmente eritrocitos). El líquido plasmático circulante se comunica con el líquido intersticial a través de las paredes de vasos capilares de pequeño calibre dentro de los órganos. La función de la circulación consiste en atender las necesidades del organismo: transportar nutrientes hacia los tejidos del organismo, transportar los productos de desecho, transportar las hormonas de una parte del organismo a otra y, en general, mantener un entorno apropiado en todos los líquidos tisulares del organismo para lograr la supervivencia y funcionalidad óptima de las células. El corazón y los vasos sanguíneos están controlados de forma que proporcionan el gasto cardíaco y la  presión arterial necesarios para garantizar el flujo sanguíneo necesario. La circulación está divida en circulación sistémica y circulación pulmonar, pero antes de comentar los detalles de la función circulatoria, es importante entender el papel que tiene cada componente de la circulación: La función de las arterias consiste en transportar la sangre con una presión alta hacia los tejidos, motivo  por el cual las arterias tienen unas paredes vasculares fuertes y unos flujos sanguíneos importantes con una velocidad alta. Las arteriolas son las últimas ramas pequeñas del sistema arterial y actúan controlando los conductos a través de los cuales se libera la sangre en los capilares. La función de los capilares consiste en el intercambio de líquidos, nutrientes, electrólitos, hormonas y otras sustancias en la sangre y en el líquido intersticial. Las vénulas recogen la sangre de los capilares y después se reúnen gradualmente formando venas de tamaño progresivamente mayor.

1 José Burgos, Irvin Canul, Jorge Angulo, Omar Lucero

Las venas funcionan como conductos para el transporte de sangre que vuelve desde las vénulas al corazón; igualmente importante es que sirven como una reserva importante de sangre extra. En la figura 1-1 se muestra una visión general de la circulación junto a los porcentajes del volumen de sangre total en los segmentos principales de la circulación.

F igura 1-1: E squema de la circulación de la sangre en el cuerpo con porcentajes del volumen de  sangre en sus segmentos pri ncipales. 1.2. Presiones en las distintas porciones de la circulación Como el corazón bombea la sangre continuamente hacia la aorta, la presión media en este vaso es alta, con una media en torno a los 100mmHg. Además, como el bombeo cardíaco es pulsátil, la presión arterial alterna entre una presión sistólica de 120mmHg y una diastólica de 80mmHg. A medida que el flujo sanguíneo atraviesa la circulación sistémica la presión media va cayendo progresivamente hasta llegar casi a 0mmHg en el momento en el que alcanza la terminación de las venas cava, donde se vacía en la aurícula derecha del corazón. La presión de los capilares sistémicos oscila desde 35mmHg cerca de los extremos arteriolares hasta tan sólo 10mmHg cerca de los extremos venosos. En las arterias pulmonares la presión es pulsátil, igual que en la aorta, pero la presión es bastante menor: la presión sistólica arterial pulmonar alcanza un promedio de 25mmHg y la diastólica, de 8mmHg, con una

2 José Burgos, Irvin Canul, Jorge Angulo, Omar Lucero

 presión arterial pulmonar media de sólo 16mmHg. La media de la presión capilar pulmonar alcanza un  promedio de sólo 7mmHg. 1.3. El corazón El corazón yace en el centro de la cavidad torácica suspendido por sus fijaciones a los grandes vasos dentro de un saco fibroso delgado llamado el pericardio. El flujo sanguíneo a través de todos los órganos es  pasivo y sólo ocurre porque la acción de bombeo del corazón mantiene más alta la presión arterial que la  presión venosa. La bomba cardiaca derecha proporciona la energía necesaria para mover sangre a través de los vasos pulmonares, y la bomba cardiaca izquierda proporciona la energía para mover sangre a través de los órganos sistémicos. La cantidad de sangre bombeada por minuto desde cada ventrículo (el gasto cardiaco, CO) depende del volumen de sangre eyectada por cada latido (el volumen sistólico, SV) y el número de latidos cardiacos por minuto (la frecuencia cardiaca, HR) como sigue: CO[volumen/min] = SV[volumen/latido] × HR[latidos/min] En la figura 1-2 se indica la vía de flujo sanguíneo a través de las cámaras del corazón. La sangre venosa regresa desde los órganos sistémicos hacia la aurícula derecha por medio de las venas cavas superior e inferior, pasa a través de la válvula tricúspide hacia el ventrículo derecho, y desde ahí es  bombeada a través de la válvula pulmonar hacia la circulación pulmonar por medio de las arterias  pulmonares. La sangre venosa pulmonar oxigenada fluye en las venas pulmonares hacia la aurícula izquierda, y pasa a través de la válvula mitral hacia el ventrículo izquierdo, desde ahí es bombeada a través de la válvula aórtica hacia la aorta para ser distribuida hacia los órganos sistémicos.

F igura 1-2: Trayectoria del flujo de la sangre a través del corazón. 3 José Burgos, Irvin Canul, Jorge Angulo, Omar Lucero

1.4. Principios básicos de la función circulatoria Aunque la función circulatoria es muy compleja, hay tres principios básicos que subyacen en todas las funciones del sistema: 1. La velocidad del flujo sanguíneo en cada tejido del organismo casi siempre se controla con  precisión en relación con la necesidad del tejido. 2. El gasto cardíaco se controla principalmente por la suma de todos los flujos tisulares locales. 3. La regulación de la presión arterial es generalmente independiente del control del flujo sanguíneo local o del control del gasto cardíaco.

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2. DESARROLLO: MODELO DE DICK Los modelos del sistema fisiológico cardiovascular vistos desde una perspectiva eléctrica suelen ser clasificados en 2 tipos: los análogos empaquetados y los análogos distribuidos. 

Los modelos empaquetados simulan de manera global al Sistema Cardiovascular o algunas

secciones de este. La dependencia de algunas variables se ignora y debido a esto el Sistema Cardiovascular se puede dividir en pocos segmentos. Un inconveniente de los modelos de este tipo es la incapacidad para representar los cambios en los pulsos de presión y flujo en varios segmentos del árbol vascular. 

Los modelos distribuidos permiten simular las velocidades de pulso y los cambios en la

forma de dicho pulso y de igual manera el pulso de flujo que tendrán los puntos de todo el sistema. Teniendo en cuenta la clasificación antes mencionada se tiene que el modelo del Sistema Cardiovascular de Dick pertenece a los análogos empaquetados.

F igura 2-1: Circuito representativo del Sistema Cardiovascular propuesto por Dick (1996). 5 José Burgos, Irvin Canul, Jorge Angulo, Omar Lucero

El circuito representativo de Dick ( Figura 2-1) emplea Resistores, Inductores y Capacitores (circuitos RLC). De igual manera se emplea un diodo como elemento representativo al flujo sanguíneo en una sola dirección como consecuencia de la existencia de válvulas que impiden el flujo en dirección contraria. Un dato importante a considerar respecto a los diodos empleados es que estos tienen un comportamiento ideal sin necesidad de tener un voltaje umbral para permitir el flujo. A continuación, se presenta el análisis de cada sección del circuito con su relación de las partes anatómicas de todo el Sistema Cardiovascular: 2.1. Vena pulmonar

F igura 2-2: Circuito correspondiente a la Vena pulmonar (C 8, R  1, diodo). C8: El capacitor ubicado de acuerdo al diagrama eléctrico en la zona de la vena pulmonar, representa la compliancia (capacidad de sangre almacenada) tanto por la vena pulmonar y la aurícula izquierda que recibirá toda la sangre recién oxigenada recordando qu e cuando un capacitor se “llena” (carga totalmente) después de esto tiende a descargarse. R 1: Esta resistencia representa a la oposición al flujo proporcionada por la aurícula izquierda al llenarse y la diferencia de presiones (voltaje) que hay entre la aurícula y el ventrículo izquierdos. Diodo: Este diodo representa la Válvula Bicúspide (Mitral), ubicada entre la aurícula y el ventrículo izquierdo. La razón de su representación con un diodo se debe a su función de impedir un flujo de sangre retrogrado del ventrículo a la aurícula, tal como funciona un diodo permitiendo u n flujo en una sola dirección evitando que la corriente fluya en dirección contraria a este elemento.

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2.2. Ventrículo izquierdo

F igura 2-3: Ventrículo izquierdo, circuito conformado por los elementos R 2 , C 1 , C L  y diodo. C1: El capacitor representa la compliancia (capacidad de volumen) que tiene el ventrículo en condiciones normales de llenado una vez la aurícula se descarga. Al estar en paralelo a una resistencia (R  2) y un diodo el ventrículo (C 1) tendrá la misma presión (voltaje) dada por la caída de tensión (voltaje)  provocada por la resistencia y el diodo. R 2: Representa la resistencia de oposición al paso de la sangre al ventrículo generando un voltaje (presión) dada por la caída de tensión. CL: Este capacitor representa las variaciones de compliancia (volumen de sangre) que recibirá el ventrículo izquierdo el cual, dependiendo de las condiciones como pueden ser un mayor flujo de volumen de sangre por actividad física, almacenara una mayor cantidad de sangre oxigenada que se necesita para luego eyectarla hacia el sistema arterial e irrigar al cuerpo en su totalidad. El capacitor C L  se encuentra conectado al capacitor C R   representativo a las variaciones con el ventrículo derecho debido a la influencia que tiene una variación de capacidad de almacenamiento en un lado del corazón como en el otro, por lo tanto, si aumenta la compliancia de un ventrículo aumentara la de su opuesto para poder recibir el nuevo volumen sanguíneo. Diodo: De igual forma como en la zona de la vena pulmonar, su función principal es impedir el flujo retrogrado “hacia atrás” de la sangre. Este elemento hace referencia a la válvula semilunar aortica cuy a función es similar a la de sello que al mandar la sangre fuera del ventrículo al sistema arterial (específicamente la aorta y el resto del sistema) esta misma sangre no retroceda hacia el ventrículo izquierdo; recordando que el elemento representativo en circuitos eléctricos que solo permiten el flujo de corriente en una sola dirección es el diodo.

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2.3. Sistema Arterial

F igura 2-4: Ci rcuito correspondiente al sistema arterial (R4, R 3, L 1, C2 , R 5). R 3: Representa la resistencia puesta por las paredes de los vasos arteriales, que en conjunto con el inductor modelan el comportamiento de las arterias relacionado con la elastancia. La variación de voltaje dada por los nodos P1 y P 2 representa los cambios de presión por la transición por todo el sistema arterial, de igual manera tiene relación con la presión (voltaje) ejercida en la aorta. L1: Este elemento (inductor) hace relación a la elastancia que presentan en mayor cantidad las arterias a diferencia de las venas. Una de las razones por las cuales tiene un mayor valor que el inductor L 2, localizado en la zona de la arteria pulmonar, se debe al tipo de vaso sanguíneo es decir el inductor 1 tiene una mayor inductancia representando la capacidad que tiene la aorta que recibirá toda la cantidad de sangre eyectada por el ventrículo izquierdo con una alta presión permitiendo un flujo continuo de esta. R 4: La resistencia forma parte del paso de la sangre hacía el resto del sistema arterial dando una variación de voltajes (Presión) por la circulación que permitirán el flujo hacia la zona de transición entre el sistema arterial y el venoso. C2 y R 5: En conjunto con la R 5 permite dar un flujo sanguíneo hacia la transición entre el sistema arterial y el venoso dando una variación de presión al ir en contra de la gravedad representando esa oposición con la resistencia R 5.

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2.4. Sistema Venoso

F igura 2-5: Circuito correspondiente al sistema venoso (C3, R 6, C4, R 7, Diodo). C3: Representa el paso y acumulación de la sangre a través de las arterias y su empuje para dirigirse a la conexión entre sistema arterial y sistema venoso. R 6: En conjunto con R 5 representa la disminución en la presión sanguínea de las venas representándolo con valores de resistencias mayores para la disminución de dicha presión. C4: El capacitor 4 indica la cantidad de sangre almacenada y desplazada por todo el flujo de sangre que llega a la vena cava y a la aurícula derecha. Al estar en conexión con la R  5 y R 6 obtiene un voltaje (presión sanguínea) representativo en venas y que tendrá igualmente la aurícula derecha debido a la diferencia de  potencial entre nodos. R 7: Indica la oposición que tienen a la corriente (flujo) que tiene la aurícula derecha al descargarse y desplazar la sangre al ventrículo derecho. De igual manera establece una diferencia de potencial (presión) que dará la pauta para la presión que tendrá el ventrículo derecho Diodo: De igual manera como se explicó en la zona venosa pulmonar, este diodo repr esenta a la válvula intracardiaca que impedirá el flujo de corriente (sangre) del ventrículo a la aurícula, simula a la válvula tricúspide.

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2.5. Ventrículo derecho

F igura 2-6: Circuito correspondiente al sistema venoso (C5, C R , R8, Diodo). C5: Indica la interacción del ventrículo derecho, el hecho de cargarse y descargarse al llenarse. De igual manera como en el ventrículo izquierdo, se encuentra en paralelo a un resistor y diodo indicando que tendrá una presión dada por la diferencia de potencial entre los nodos P R  y P5. CR : De la misma manera que el capacitor C L entra en juego bajo ciertas condiciones modificando la capacidad del ventrículo que afectara a la capacitancia C L por la relación de carga eyectada (volumen de sangre) que tendrán soportar como consecuencia de uno y de otro. R 8: Determina el nivel voltaje (presión sanguínea) que tendrá el ventrículo derecho, de igual manera representa la resistencia que tienen las paredes del ventrículo y la válvula al flujo de sangre hacia la arteria  pulmonar. Diodo: Representación de la válvula semilunar pulmonar para impedir el flujo en retroceso de la sangre. 2.6. Arteria pulmonar

F igura 2-7: Circuito correspondiente al sistema venoso (R9, L 2, C6, R 11). 10 José Burgos, Irvin Canul, Jorge Angulo, Omar Lucero

R 9: Oposición al flujo dada por las paredes de la arteria pulmonar dando a lugar a una diferencia de voltaje (presión) que tendrá la sangre al fluir. L2: La inductancia al ser característica especial de las arterias representa el nivel de elasticidad que tiene la arteria pulmonar que afectara el flujo de la sangre, tiene un menor valor al estar relacionado con la distensibilidad del diámetro del vaso sanguíneo por lo tanto estos son pequeños y no se distienden mucho en comparación a la aorta. C6: Dara la capacidad y el impulso de cargas (volumen de sangre) que circulara por todo el sistema arterial-capilar-venoso de los pulmones para permitir su oxigenación. Tendrá una presión dada por la resistencia 9. R 11: Representación de la diferencia de voltaje (presión) que hay en la circulación por los capilares hacia la vena pulmonar para el regreso al corazón, igualmente indica la oposición al flujo que tienen los capilares al flujo sanguíneo.

Todo el sistema circulatorio actúa como un bloque retroalimentado en el que la salida se ira nuevamente hacia la entrada.

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3. RESULTADOS

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4. CONCLUSIONES GENERALES

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5. REFERENCIAS

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