Sistema Circulatorio Estructura y Composición Propiedades Mecánicas Ejemplos

Transcripción

1 Vasos Sanguíneos

2 Sistema Circulatorio Estructura y Composición Propiedades Mecánicas Ejemplos

3 Sistema Circulatorio

4 Sistema Circulatorio Función de los Vasos Sanguíneos 6 mmhg 15 mmhg 5 mmhg Transporte de la sangre a través del cuerpo 10 mmhg 100 mmhg - Alta presión: 100mmHg - Baja presión: 10mmHg 25 mmhg 1 mmhg = 133 Pa

5 Sistema Circulatorio Arterias - Alta Presión - Pulsatilidad - Resistencia Mecánica - Elasticidad

6 Sistema Circulatorio Efecto Windkessel Otto Frank 1899 Qin Qout Qin Qout

7 Sistema Circulatorio Efecto Windkessel C Qin P, V Qout R flexibilidad: dv dp = C continuidad: dv dt = (Qin Qout) = dv dp dp dt = C R dqout dt flujo: P = R Qout

8 Sistema Circulatorio Efecto Windkessel C Qin P, V Qout R Qin Qout = C R dqout dt dqout C R + Qout dt = Qin Qin = cte Qout = Qin + K e t C R P = R Qout P = R (Qin + K e C R) t

9 Sistema Circulatorio Efecto Windkessel Qin Qmax Qout Qmin Qmin t0 t0 +T t0 +2T t0 < t < t0 +T, Qin = Qin : t = t0, Qout = Qmin t0 +T < t < t0 +2T, Qin = 0 : t = t0 + 2T, Qout = Qmin Qout Qout = Qin + (Qmin Qin) e = Qmin e (t-t0-2t) C R (t-t0) C R 1 e Qmin = T/CR Qin e T/CR e T/CR e Qmax = T/CR 1 Qin e T/CR e T/CR 1 e Qmin /Qmax = T/CR e T/CR 1

10 Sistema Circulatorio Efecto Windkessel Aorta Ascendente (t-t0-2t) P = R Qout = RQ e C R 150 ECG P ~ e t C R 100 PRESSURE (mmhg) AORTIC PRESSURE WINDKESSEL VELOCITY (cm/s) TIME(s) C R 2s T 0.5 s TIME (s) 1 e Qmin /Qmax = T/CR e T/CR 1 = Pmin /Pmax 0.7

11 Sistema Circulatorio Venas - Baja Presión - Flujo continuo - Válvulas - Bombeo Muscular Respiratorio

12 Estructura y Composición

13 Estructura y Composición Estructura Capas histológicas Íntima: células endoteliales Media: fibras + músculo liso Adventicia: fibras + vasos

14 Estructura y Composición Estructura de las Venas Íntima: delgada, válvulas Media: láminas elásticas ausentes delgada Adventicia: gruesa conexión con tejidos adyacentes

15 Estructura y Composición Íntima: Endotelio/Subendotelio Estructura de las Arterias Media: lámina elástica interna fibras elásticas + músculo liso lámina elástica externa Adventicia: tejido conectivo vasos

16 Estructura y Composición Estructura de las Arterias Especialización Arterias Elásticas Arterias Musculares Arteriolas

17 Estructura y Composición t p Tensiones σ L Equilibrio: σ 2 L t = p D L D σ = p 2 t D σ (kpa) = σ p

18 Estructura y Composición Componentes de la Pared Elastina Colágeno Músculo Liso Aorta

19 Estructura y Composición Componentes de la Pared Colágeno Resistente: > 900 MPa, E 0.5GPa ( fibrillas de 100 a 900nm)

20 Estructura y Composición Componentes de la Pared Elastina -Muy deformable -Elastómero

21 Estructura y Composición Componentes de la Pared Colágeno/Elastina Arterias elásticas : < 1 Arterias Musculares : > 1 Venas : >> 1

22 Propiedades

23 Propiedades Procedimientos Experimentales In-Vitro In-Vivo

24 Medidas In Vivo No Invasivas Mínimamente Invasivas Invasivas ( ) Control (+) Situación Real Rango fisiológico (arterias mmHg, venas < 20mmHg) Débil control de las condiciones de contorno (térmicas, mecánicas, biológicas, químicas) Problemas éticos y legales

25 Propiedades Medidas In Vitro Presión-Diámetro Uniaxial Cercano a la realidad Necesita post-proceso Tensión-Deformación Preparación de muestras

26 Propiedades Aorta ascendente Efecto de la Orientación F A F σ = F/A Rango Fisiológico λ = L/L 0

27 Efecto de la Temperatura Propiedades p Rango Fisiológico D p Rango Fisiológico

28 Propiedades Coeficiente de Dilatación Rango Fisiológico

29 Propiedades Efecto de la Activación Muscular p D p

30 Propiedades Efecto de la Patología Aorta ascendente Normal F A Bicúspide Rangos Fisiológicos F σ = F/A λ = L/L0 Marfán

31 Ejemplos

32 Aneurismas Aórticos Fusiforme Asintomático Criterios de Intervención Diámetro mm (ascendente) mm (descendente) Crecimiento 5 10 mm/año Disección

33 Ejemplos t D p σ-λ L Equilibrio: Aneurismas σ 2 L t = p D L p = σ 2 t D Cons. Volumen: π D t = π D0 t0 t = D 0 t0 D D Deformación: λ = D 0 σ p σ p p = 2 t 0 D0 σ λ 2 D D = λ D0 D0 1 λ (= L/L 0 ) D

34 Ejemplos Aneurismas Estabilidad: líneas iso- p? σ pc p2 p1 p = 2 t 0 D0? pc σ λ 2 D0 σ = 2 t 0 p λ 2 p2 1 λ D p1 σ p3 p2 p1 p3 p2 p1 1 λ D

35 Ejemplos Aneurismas σ pc p2 p1 pc p2 p1 1 λ DMin DMax DMin DMax

36 Ejemplos Angioplastia DStent/DArteria ~1.1 Alta presión (>10 atm.) despliegue del stent remodelación Efecto sobre la pared? riesgo de rotura efecto sobre las estructuras

37 Ejemplos Modelización F A F σ = F/A λ = L/L 0 Delfino σ = C 1 (λ 2 1/λ) exp[c 2 (λ 2 + 2/λ 3)]

38 Ejemplos Modelización Ensayo P-D del arco aórtico

39 Ejemplos Angioplastia Simulación de diferentes Stents/procesos Evaluación del estado tensional de la pared

40 Conclusión Comp. Mecánico Mecanismos Parámetros Modelos Funcionamiento: Mejora Comprensión Evaluación y Cuantificación Comp. Biológico Tratamientos: Mejora Diseño Evaluación