SIMULACION EN SISTEMAS BIOLOGICOS SISTEMA CIRCULATORIO

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1 TRABAJO PRACTICO Nº 5 OBJETIVO SIMULACION EN SISTEMAS BIOLOGICOS SISTEMA CIRCULATORIO El objetivo general del TP es que el alumno logre relacionar e integrar los conocimientos y conceptos teóricos por medio de la simulación de condiciones fisiológicas, a través de un programa computacional. IMPORTANTE. A lo largo de todo el trabajo práctico se realizarán distintos ejercicios de simulación. En cada uno de ellos, se presentarán los valores iniciales (o normales ) de determinados parámetros y se observarán los cambios producidos al modificar alguna de las variables. En TODOS los casos tienen que PREDECIR el sentido del cambio ( / / cte) que esperan obtener para las variables analizadas. Finalmente, deberán interpretar los datos obtenidos y proponer la causa de los cambios observados. A pesar de que en cada ejercicio se analizan distintos parámetros, es importante destacar que en toda la simulación el paciente es el mismo. Entonces, si se modifica una variable en un ejercicio y no se vuelve a los valores normales, el siguiente ejercicio comenzará con valores modificados. Entonces, al comenzar cada nuevo ejercicio, es importante verificar que los valores sean los normales, o resetear (salvo en los casos que la guía indique lo contrario). Sin embargo, el hecho de que el paciente sea el mismo para toda la simulación nos brinda una ventaja. Nos va a permitir, una vez que vayamos conociendo los distintos ejercicios y las variables que se analizan en cada caso, volver a los ejercicios de interés para verificar que las causas a las cuales atribuimos los cambios observados sean las correctas. PROCEDIMIENTO y TRABAJO PRACTICO El programa de simulación SimbioSys Physiology Labs (version 3) Abrir el programa y acceder al menú principal. Para el primer ejemplo que se menciona a continuación se explica en detalle el funcionamiento del programa. Por cualquier duda puede consultarse el TUTORIAL, desde este menú. Si no conocen el significado de alguna de las variables presentes en tablas, pueden clickear con el botón derecho del mouse. Aparecerá el nombre y la opción help, si la eligen el programa les brinda una pequeña descripción. Desde el menú principal (ventana CURRICULUM ) activar sistema circulatorio (The Circulatory System) cliqueando sobre el símbolo (+) de la izquierda. Presión y Flujo Activar Pressure and flow. Se pueden consultar las explicaciones teóricas para repasar los conceptos teóricos. Seleccionar Sistemic Vascular Resistance. Leer la explicación sobre la SVR y observar las variables del primer cuadro de la pantalla.

2 SVR = (P art P ra ) / Q Q = cardiac output (gasto cardíaco) Presión arterial media = Presión diastólica + 1/3 de Presión en pulso (sístole diástole) 1- Ejercicio: Uso de Drogas (anotar los valores normales de presión arterial media, SVR, gasto cardíaco) - Fenilefrina (agonista de los receptores adrenérgicos alfa1, produce vasoconstricción periférica): para activar la droga dirigirse al segundo cuadro de la pantalla (todas letras en azul) y buscarla. En el último renglón donde dice stopped, modificar por active (cliquear para hacer el cambio) para iniciar la inyección. Antes de ello, prediga el posible efecto de esta droga. Las dosis de fenilefrina a utilizar serán de 4 y 8 ug/kg/min. Comparar los valores normales de presión arterial media, SVR y gasto cardíaco con los obtenidos luego de agregar la droga. (al pie de la pantalla) - Nitroprusida (antagonista de los receptores alfa 1): seguir los pasos anteriores. Las dosis a inyectar son 0,8 ug/kg/min y mayores a esta (probar hasta tres dosis). Cómo varía el gasto cardíaco en cada caso? Cuál es el significado fisiológico de esos cambios? Discutir y sacar conclusiones Excitación Cardíaca Activar Cardiac excitation Seleccionar AV nodal conduction Observar los valores teóricos de los intervalos de las ondas que se pueden ver en un ECG. El complejo QRS (despolarización de los ventrículos) tiene una duración normal de 0,10 segundos. La duración normal del intervalo P-R oscila entre 0,12 y 0,21 segundos. Si éste tiempo se hace más largo, eso significa que la conducción del impulso por el seno AV (auriculoventricular) está ocurriendo más lentamente. Modificar la conductividad del nódulo AV desde 1 hasta 0 (1; 0,75; 0,5; 0,25 y 0). Observar que sucede con los valores del intervalo P-R, con la frecuencia cardíaca, con la frecuencia del seno auricular (sinus rate) y el gasto cardíaco. Hacer un cuadro. Prestar atención al intervalo P-R en las conductividades del AV de 0,25 y 0. Qué sucede en al disminuir la conductividad? Qué sucede con la frecuencia cardíaca para la conductividad cero (0)? Qué supone que está pasando? Discutir y sacar conclusiones. Qué sucede con la frecuencia del seno auricular? A qué puede deberse?

3 Estructura y Función Cardíaca Activar Cardiac Structure and Function Seleccionar Ventricular ejection Observando el gráfico, correlacione la apertura de la válvula aórtica con el volumen ventricular y la presión ventricular. Observar las fases sístole y diástole en base al tiempo en que la válvula permanece abierta (sístole) o cerrada (diástole) (usar la herramienta crosshairs). Estime el % de tiempo que dura cada fase. Seleccionar Ventricular filling En este ejercicio se grafican la válvula mitral (comunica la aurícula con el ventrículo izquierdo), el volumen y la presión ventricular. Correlacione las tres variables. A qué se debe la forma de llenado del ventrículo? Qué ocurre con la válvula aórtica durante la diástole? Está abierta o cerrada? Aumentar la frecuencia cardíaca incrementando la variable Sinus rate. Calcule el volumen sistólico antes y después del aumento de la frecuencia cardíaca (en el gráfico utilice las crosshairs para ver el valor del volumen del ventrículo). Qué sucede? Por qué? Discuta y saque conclusiones Rendimiento Cardíaco Activar Cardiac Perfomance Seleccionar Systolic PV relationship. Consulte las explicaciones teóricas para repasar los conceptos teóricos (8A: Cardiac PV Relationship). En este punto profundizaremos en el tema volumen de las cámaras del corazón. LV EDV: volumen diastólico final (del ventrículo izquierdo) LV ESV: volumen sistólico final (del ventrículo izquierdo) SV (Stroke Volume): Volumen Sistólico (LV EDV - LV ESV) El ejercicio que se propone es variar la frecuencia cardíaca (frecuencia ventricular). Antes de modificar el valor anotar el estado inicial de todas las variables. Observar, luego de la modificación, como varían con el tiempo el llenado y el vaciado ventricular, así como las variables asociadas ( Qué pasa con el gasto cardíaco?). Observar también la variación en la forma de la curva, que es un reflejo de esos cambios. Discutir los resultados.

4 Control Autonómico (Tonos simpático y parasimpático sobre el sistema circulatorio) Recordar que ambos componentes del sistema autónomo ejercen un tono (descarga basal) sobre el sistema circulatorio. El TONO PARASIMPÁTICO se ejerce sobre el corazón, manteniendo la frecuencia cardíaca del estado de reposo, mediante fibras nerviosas que viajan por el nervio vago e inervan los marcapasos. El TONO SIMPATICO consiste en el mantenimiento de un estado basal de contracción de los vasos sanguíneos, que permite tanto una vasoconstricción relativa (por aumento de la actividad simpática) como una vasodilatación (por disminución del tono simpático). Al aumentar el tono simpático en el programa se estimula además la actividad cardíaca en forma directa. Vaya a Exercises- PARASYMPATHETIC TONE Realice los ejercicios a) y b) del programa siguiendo las instrucciones del programa. Registrar el valor de frecuencia cardíaca antes de empezar y en cada paso del ejercicio. A qué se deben los efectos de la atropina? Vaya a Exercises- SYMPATHETIC TONE 1- Registre los valores normales de las variables: tono simpático, tono parasimpático, Presión arterial media (Part), gasto cardíaco (Q), frecuencia cardíaca (HR), Resistencia vascular sistémica (SVR). Aumente el tono simpático a 0,5. Registre los cambios en las variables listadas. 2- El tono simpático tiene que estar en 0,5. Verifique eso y luego: Active y administre esmolol (bloqueante de los receptores β1) en una dosis de 150 µg/kg/min Observe y anote cuáles de las variables se modifican y cuáles no. Interprete los resultados obtenidos. 3- Desactive la administración de esmolol (stopped). Mantener siempre el tono simpático en 0,5 (no se olvide). Esperar a que los valores se estabilicen. Registre los valores antes de empezar. Administre ahora una dosis única (5 mg) de fentolamina (bloqueante de los receptores α). Utilice para esto la herramienta "Drug and Fluid infusor". Administre la droga Phentolamine. Registre nuevamente cuáles son las variables que se modifican y saque sus conclusiones. Nota: si tuvo algún problema durante la realización de estos 3 puntos, vuelva a empezar. Durante la realización nunca resetée. Finalizado el punto 3- resetée el ejercicio.

5 4- Anote los valores iniciales de las variables, incluidos ahora los tonos simpático y parasimpático Hágale una extracción de sangre al paciente (anímese!!!). Utilice para esto la herramienta "Blood withdrawal". Elija un volumen y tasa de extracción (por ej ml a 8000 ml/h). Observe con cuidado qué variables cambian, incluyendo el tono simpático y parasimpático. Cuáles son los ajustes que realiza el sistema nervioso ante la pérdida de sangre? Qué parámetros tratan de mantenerse constantes? Cuáles varían? Discuta los resultados Finalizado el punto 4- vuelva a resetear el ejercicio. 5- Haga otra extracción de sangre de la misma forma PERO AHORA con los tonos simpático y parasimpático FIJOS en 0,2 y 0,4, respectivamente. Anote los valores de las distintas variables antes y después de la extracción. Observe (y anote) que sucede con los parámetros, en particular con la Presión Arterial. cómo se explica? Finalizado el punto 5- resetée nuevamente 6- Practique ahora una infusión de sangre en el paciente. Anote los valores de las distintas variables antes y después de la infusión. Para esto utilice la herramienta Drug and Fluid infusor. Cliquee en Pharmacy-Fluids, Blood, Electrolytes - Blood products - Whole blood (ajuste las tasas y volúmenes de infusión a valores elevados mediante el cuadrito a la izquierda del botón de arranque). Puede infundir 1000 ml a 8000 ml / hora. Observe con cuidado que variables cambian, incluyendo los tonos simpático y parasimpático. Cuál es el efecto agudo del aumento de la volemia? Qué mecanismos compensatorios se ponen en juego? Discuta los resultados INFORME: - Objetivo del TP. - Resultados. Dentro de cada tópico tratado, indicar lo que se realizó junto con el objetivo del ejercicio. Describir las observaciones y simulaciones en tablas o gráficos, los valores iniciales o normales, la predicción realizada y los valores modificados. NO copiar y pegar TODAS las tablas y figuras obtenidas, SELECCIONAR la información a presentar. - Discusión. Interpretar los resultados u observaciones aplicando los conceptos teóricos y efectuando relaciones entre los parámetros estudiados. Analizar qué variaciones se deben directamente a la manipulación realizada y cuáles son consecuencia indirecta. Indicar si existe una variable que parezca importante mantener constante (cuando corresponda) y cuáles son los cambios compensatorios que realiza el sistema. Contestar las preguntas planteadas en los ejercicios. En todos los casos en los que hayan podido verificar las justificaciones planteadas para los resultados obtenidos, indicar que parámetros buscaron y que resultados obtuvieron. Si copian tablas, seleccionen los datos importantes para las justificaciones planteadas.