🩸 Flujo Sanguíneo y Mecánica Vascular

El radio R (0,5–10 mm) y la longitud L definen la geometría del vaso; la estenosis (0–90%) añade un estrechamiento; la presión ΔP (100–13330 Pa) es la fuerza motriz; la viscosidad η (0,001–0,010 Pa·s) refleja la espesura de la sangre; y la frecuencia cardiaca junto con la amplitud del pulso configuran la onda pulsátil cuando el modo pulsátil está activado.

La estenosis modela un estrechamiento gaussiano en el punto medio del vaso. Como el caudal depende de la cuarta potencia del radio, incluso un estrechamiento moderado restringe drásticamente el flujo, mientras que la sangre que logra pasar se acelera para conservar el volumen. Esta aceleración eleva el esfuerzo cortante en la pared y, por encima de aproximadamente el 70%, la simulación señala una estenosis grave.

El esfuerzo cortante en la pared (ECP) es la fuerza de fricción tangencial que la sangre en movimiento ejerce sobre la pared del vaso, calculada aquí como r·ΔP / (2L) en pascales. Importa clínicamente porque un ECP anómalo influye en la salud del endotelio, en la formación de placas ateroscleróticas y en el riesgo de rotura de placa o desprendimiento de coágulos.

El número de Reynolds Re = ρ·u·2r / η compara las fuerzas inerciales con las viscosas y predice si el flujo se mantendrá suave o se volverá turbulento. El modelo usa una densidad de la sangre ρ = 1060 kg/m³, y cuando Re supera aproximadamente 2300 se avisa de flujo turbulento, algo más probable aguas abajo de una estenosis cerrada.

En modo pulsátil, el flujo se multiplica por un factor de pulso variable en el tiempo construido a partir de la frecuencia cardiaca, dando un pico sistólico seguido de un pequeño repunte dicrótico, escalado por el deslizador de amplitud del pulso. Al cambiar al modo estacionario, el factor de pulso se mantiene en uno, mostrando un flujo de Poiseuille constante para comparar.

Utiliza las ecuaciones correctas de Hagen–Poiseuille y de esfuerzo cortante en la pared, junto con parámetros sanguíneos realistas, por lo que las tendencias y los órdenes de magnitud son válidos para un flujo laminar idealizado. No obstante, es un modelo didáctico: las arterias reales son elásticas, cónicas y ramificadas, la sangre es no newtoniana, y la forma de onda del pulso aquí es una aproximación simplificada.

Principios hemodinámicos como estos guían la evaluación de enfermedades arteriales: los clínicos usan mediciones de velocidad de flujo y gradiente de presión para calificar la gravedad de una estenosis, y los conceptos de esfuerzo cortante en la pared ayudan a explicar dónde se desarrolla la aterosclerosis. La misma física también orienta el diseño de stents, injertos de derivación y dispositivos vasculares.