Para comenzar
En alguna etapa de nuestras vidas hemos tenido o tenemos que cursar la materia de Física, y muchas veces debido a la variedad de conceptos, fórmulas y teorías que la materia tiene nos hace el no considerarla como una de nuestras materias favoritas que cursar, y por lo tanto creemos incluso que no es útil y que muchos menos la utilizaríamos a lo que nos queremos dedicar en un futuro.
Pero un hecho importante que hay que considerar de la Física es que esta se encuentra presente en todos lados, sobre todo ejerce un importante papel en los fluidos, y mencionamos los fluidos porque en este tema se va a tocar mucho el tema de la sangre y las enfermedades, el cual también es un fluido, por lo que se va a ver la relación que existe entre las complicaciones medicas con conocimientos que la física abarca, para eso hablaremos de la aterosclerosis.
¿Qué es la aterosclerosis?
Generalidades
Todo comienza desde el corazón y el sistema circulatorio, donde el corazón tiene la función de ser una bomba que suele latir entre 60 y 100 veces por minuto
Y es que cada latido del corazón envía sangre que suministra todo el oxígeno y todos los nutrientes al cuerpo, además de que también con este proceso de circulación se encarga de eliminar todos los elementos residuales y CO2 que se producen de las células. A través de que la sangre viaja por todo el cuerpo el oxigeno de esta se va consumiendo y así convirtiendo la sangre oxigenada en desoxigenada.
Una vez que se haya ya distribuido bien todo el oxígeno por todo el cuerpo, la sangre vuelve al corazón y de ahí toma dirección hacia los pulmones donde nuevamente se vuelve a cargar de oxígeno; y así este ciclo se repite y se vuelve a repetir una y otra vez.
El sistema circulatorio se encuentra formado por los vasos sanguíneos que transportan sangre desde el corazón hacia el corazón (como se puede ver en la imagen figura 1).
Las arterias que están representadas de color rojo son las que se encargan de llevar la sangre oxigenada desde el corazón hacia todo el cuerpo, y las venas que están representadas de azul transportan la sangre desoxigenada que van desde el cuerpo hacia el corazón para así impulsar a través de los pulmones el CO2. Pero entonces como se puede ver gracias al sistema circulatorio, que es uno de los más vitales del organismo humano, el músculo del corazón puede recibir sangre a través de sus arterias, más específicamente a través de las arterias coronarias lo que le permite nutrirse de O2 y de otros nutrientes que son esenciales para su funcionamiento, pero desgraciadamente como todo; las arterias también pueden llegar a enfermarse y la primera causa de todo eso es la aterosclerosis (Como se observa en la imagen Fig.1.1)
Pero entonces...¿En qué consiste la aterosclerosis?
Es una enfermedad caracterizada por la formación de placas en forma de parche que reciben el nombre de ateromas, que se forman en la capa íntima de las arterias de gran o menor calibre.
Las placas están formadas de lípidos (colesterol), células inflamatorias, células musculares lisas y tejido conectivo,y normalmente estas solo ocupan una parte de la circunferencia de la pared arterial provocando el endurecimiento de la pared arterial y un estrechamiento de la luz del vaso reduciendo de esta manera el continuo flujo de la sangre (como se puede observar en la figura 1.2)
La aterosclerosis a menudo se considera como una enfermedad cardiaca, pero esta puede llegar a afectar a cualquier tipo de arteria del cuerpo sin importar si estas son grandes, mediana, o chicas como las coronarias, las carótidas y cerebrales, la aorta y sus ramas y las arterias principales de los miembros. También a esta enfermedad se le conoce como una de las principales causas de mortalidad dentro de la mayoría de los países desarrollados, pues para poner un ejemplo hay que mencionar que en los Estados Unidos más de 800.000 personas murieron debido a esta enfermedad en 2016, lo que equivale a casi 1 de cada 3 de todas las muertes
¿Cómo se forma la placa aterosclerótica?
El desarrollo de la placa de esta enfermedad consiste en un lento proceso inflamatorio, que si se atiende a tiempo se puede evitar que esta progrese o que aumente de nivel.
Pero la formación de esta placa o ateroma inicia con el daño de la capa interna de la arteria llamada endotelio (ver figura 1.3), por lo tanto con esta pared de la arteria dañada provoca también alteraciones en la función del endotelio, el cual este más allá de solo ser una capa inerte de las células que recubren el interior de los vasos sanguíneos, se encarga de construir un complejo órgano que es capaz de producir una serie de sustancias con acciones antiadherentes, antitrombóticas y vasodilatadoras, y que por lo tanto cuando estas acciones se ven afectadas se produce un aumento a que partículas circulantes del flujo sanguíneo como el colesterol, las grasas y los desechos de producto celular se vayan acumulando dentro de la pared del vaso y sufran un proceso de oxidación. Este proceso de oxidación lo que provoca es que las células del endotelio dañado liberen sustancias que actúan como una llamada de auxilio para atraer a los monocitos circulantes para que estos se adhieran y penetren en su interior, y ya una vez estando dentro de la arteria estos captan las partículas lípidicas, pero de igual forma los monocitos se van convirtiendo en macrófagos, y se comen y digieren las moléculas del colesterol; pero como resultado de este proceso es que ahora los macrófagos se convierten en células espumosas que se van acumulando para la formación de la placa.
Al mismo tiempo en que este proceso sucede, se produce la migración de células musculares lisas que son procedentes de la capa media de la arteria, así como también ocurre la síntesis de elementos de matriz extracelular-colageno- que se encargan de reforzar la cápsula externa de la placa.
Entonces la placa del ateroma queda constituida por un núcleo centra, rico en lípidos y una cápsula que lo separa de la luz del vaso
El crecimiento inicial de la placa es excéntrico, es decir, crece hacia afuera sin producir obstrucción en la luz del vaso, pero en fases avanzadas, el crecimiento de la placa si hace que interfiera en la luz del vaso y así produce un estrechamiento en la arteria. Entonces el crecimiento es muy lento, pero aunque también hay posibilidades de que se produzcan un crecimiento acelerado
Estabilidad y rotura de la Placa
Las placas ateroscleróticas pueden ser estables o inestables:
- Las placas estables involucionan, permanecen estáticas o crecen lentamente varias década hasta que causan estenosis u obstrucción de los vasos sanguíneos
- Pero las placas inestables son mucho más vulnerables a la erosión, la fisura o la rotura espontánea lo que puede ocasionar una trombosis e incluso un infarto
- ¿A qué se refiere con la trombosis?
La trombosis se refiere a cuando se produce un coágulo sanguíneo que bloquean los vasos, ya sea en las venas o en arterias, en este caso como hablamos de la ateriosclerosis solo nos centraremos en las arterias
Dentro de las arterias se puede ocasionar una trombosis arterial cuando la placa se rompe debido al flujo sanguíneo y así provocar la formación de un coágulo de sangre que ahora si impida el camino del flujo sanguíneo.
Para más información acerca de la trombosis, accede al siguiente video: Trombosis
La placa llega a romperse por diversos factores como: el balance relativo entre el depósito y la degradación colágeno, así como también debido al flujo sanguíneo, y nos centraremos más en el flujo sanguíneo porque el papel que toma este se relaciona mucho con el Principio de Bernoulli y con la ecuación de la continuidad
Relación con la Ecuación de Continuidad
Comenzaremos hablando de la relación que tiene con la ecuación de la continuidad y es que este establece que en un conducto o en una tubería todo la cantidad de fluido que entra por uno de sus extremos debe salir por el otro, es decir, se conserva la ley de la aplicación de la masa; pero también en este mismo se establece que la velocidad del fluido cambia de acuerdo a la sección de la transversal, lo que quiere decir que la velocidad de un punto cualquiera de un conducto es inversamente proporcional a la superficie
Entonces en este caso lo que sucede con la arteria es que mientras más crece la placa se va formando un hueco cada vez más pequeño, por lo que entonces de acuerdo a la ecuación de la continuidad lo que sucede es que el flujo sanguíneo que pasa por ese hueco incremente su velocidad, y que a su vez esto provoca que el corazón se esfuerce más en bombear más sangre a altas velocidades.
Para visualizar el incremento de la velocidad de acuerdo a la superficie del tubo ve la figura 2.1
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Fig 2.1
Demostración de cómo funciona la ecuación de la continuidad
Captura de pantalla de:https://phet.colorado.edu/sims/cheerpj/fluid-pressure-and-flow/latest/fluid-pressure-and-flow.html?simulation=fluid-pressure-and-flow&locale=es
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Relación con el Principio de Bernoulli
Ahora para ver cómo aplica el Principio de Bernoulli, es importante recordar que este establece que cuando la velocidad del fluido aumenta, la presión disminuye y viceversa, en el caso de la sangre aparte de que la velocidad de la sangre aumenta por la disminución de la superficie, también su velocidad del flujo aumenta debido a que para poder mantener un flujo constante a lo largo de la arteria, la velocidad debe incrementarse provocando así que el corazón haga un esfuerzo adicional en bombear más sangre
Entonces de acuerdo al principio de Bernoulli, cuando la velocidad de la sangre en la arteria aumenta, la presión que se encuentra dentro de la arteria (presión intravascular) disminuye, provocando así que la presión externa de la arteria (que es la presión hidrostática de los líquidos intersticiales) sea lo suficientemente fuerte como para aplastar al vaso sanguíneo que estaba provocando que el estrechamiento de la luz del vaso sea menor.
Por lo tanto estas constantes contracciones de la arteria junto a la velocidad del flujo sanguíneo provacaran que la placa se rompa liberando así al torrente sanguíneo sus contenidos; ocasionando que hayan más probabilidades de formar una trombosis
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Fig. 2.4
Obstrucción de la arteria por la liberación de los contenidos de la placa
Imagen tomada de:80
SintomasEn un inicio, la aterosclerosis leve no tiene ningún síntoma, incluso es posible que no se presente ningún síntoma ateroesclerosis hasta que una arteria se estreche u se obstruya tanto que no pueda suministrar suficiente sangre a los órganos y a los tejidos. A veces, un coágulo sanguíneo obstruye por completo el flujo sanguíneo o incluso se separa y puede desencadenar un ataque cardíaco o un accidente cerebrovascular Pero los síntomas de ateroesclerosis moderada a grave dependen de las arterias que están afectas, por ejemplo:
- Si tienes ateroesclerosis en las arterias del corazón, se pueden tener síntomas como dolor en el pecho o presión (angina de pecho).
- Si tienes ateroesclerosis en las arterias que conducen al cerebro, se pueden tener signos y síntomas como entumecimiento o debilidad repentinos en los brazos o las piernas, dificultad para hablar o balbuceo, pérdida temporal de la visión en un ojo o caída de los músculos de la cara. Estos indican un accidente isquémico transitorio que, si no se trata, puede evolucionar a un accidente cerebrovascular.
- Si tienes ateroesclerosis en las arterias de los brazos y las piernas, se pueden tener signos o síntomas de enfermedad arterial periférica, como dolor en las piernas cuando caminas (claudicación) o disminución de la presión arterial en una extremidad afectada.
- Si tienes ateroesclerosis en las arterias que conducen a los riñones, se desarrolla presión arterial alta o insuficiencia renal.
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