Post on 05-Jul-2015
description
Forças mecânicas nos sistemas
cardiovascular e circulatório
Vinícius Bassaneze
vinicius.bassaneze@incor.usp.br
Instituto do Coração (InCor) - HC/FMUSP
Universidade de São Paulo
Tópicos de hoje
1- Forças mecânicas em sistemas biológicos: exemplos
e aplicações;
2- Forças hemodinâmicas: Cisalhamento/Estiramento;
3- Aparelhos para aplicação de forças mecânicas em
modelos in vitro;
VETORES
FORÇA
Força: qualquer influência que faça um corpo livre alterar seu
estado de movimento
DETECTAR e/ou USAR forças mecânicas confere
vantagem adaptativa
Lactobacillus sp Vibrio cholerae
Amoeba proteus Mimosa pudica
Detecção de forças mecânicas em
sistemas biológicos TATO!
Pressão
Textura
Movimento e propriocepção
Estrutura Percepção
Corpúsculos de Pacini pressão
Discos de Merkel toques leves
Corpúsculos de Meissner mudanças na textura
Órgão Piloso terminal movimento de objetos
sobre a superfície do
corpo
Orgãos tendinoso de
Golgi
propriocepçãoPacini
Corpúsculos de
Pacini
Definição de STRESS mecânico
Stress é, por convenção,
definido como uma
força que age em uma
determinada área
Equivale à pressão
Apresenta diversos
nomes de unidades de
representação
Unidades Equivalente em MPa
Megapascal (MPa) 1
Pascal (Pa) 1.000.000
N/m2 1.000.000
kg/cm2 10,197
dina/cm2 100.000.000
Bar (b) 10,000
Kilobar (kb) 0,010
Pounds per square inch (psi) 145,030
Atmosferas (atm) 9,869
Dina é a força necessária para impor a aceleração de um 1cm/s2 a um corpo de 1g de massa (g cm/s2 )
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Resumidamente – em corpos sólidos
Componentes
“Shear Stress“(paralelo)
“Normal Stress” (perpendicular)
Compressional
esmagamento
Tensional
Estiramento (“stretch”)
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Mecanosensores em sistemas
biológicos complexos?
Because, according to Newton’s laws, physical
force drives all movements, feedback mechanisms in
which forces guide cell behavior would be an attractive
mechanism to enhance the robustness of these processes.
Estrutura - vasos sanguíneos
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Sentido d
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Forças hemodinâmicas
Região de
baixo shear
Região de
alto shear
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C &
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ol Lab M
ed. 1992
Shear stress
Força de atrito devido à passagem
do sangue pela superfície interna do vaso
Células endoteliais respondem
ao shear strees
Alterações morfológicas e
funcionais em regiões específicas
do vaso
“Shear Stress”
Força de cisalhamento
O gradiente de velocidade próximo à
parede do vaso determina o seu “shear
stress” ( w)
Essa força tende a dispor o endotélio e
as camadas internas das artérias na
direção do fluxo sangüíneo
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1992.
3
4
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Qw
Onde w é o shear stress (dynes/cm2)
µ é a viscosidade em uma determinada termperatura
Q é o volume do fluxo (dynes/cm3)
r é o raio (cm)
Sendo:
)1(0 BTATµ é a viscosidade em uma determinada temperatura
0 é a viscosidade a 0ºC
T é a temperatura determinada
A e B são constantes do específicas (depende do material)
Efeitos na células endoteliais – sinalização celular
Estiramento Shear Stress
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Efeitos na células endoteliais - morfologia
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99
6)
Efeitos na célula endotelial - funcional
Shear stress aumentado, dentre outras coisas, estimula a síntese pelo endotélio de óxido nítrico (NO) que, por sua vez, é capaz de agir na camada média
Há indução de vasorelaxamento devido ao menor estado de contração das células musculares lisas.
“Tensile Stress / stretch”
Força de Estiramento
Pressão no interior do vaso exerce uma força distensiva na sua parede
Se espessura é pequena se comparada com o raio,
Aplicar a Lei de Laplace
Tem-se T = Pr, onde
T é a tensão
P é a pressão
r é o raio
Tensile Stress é a tensão por unidade de área de uma transecção da parede e considera a sua espessura
S = Pr/d
d é a espessura do vaso
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Bio
fisic
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Exemplo – balão de festas
•Princípio de Pascal estabelece que a alteração de pressão produzida
num fluido em equilíbrio transmite-se integralmente a todos os pontos do
fluido e às paredes do recipiente.
• Portanto há uma grande diferença de tensão nas paredes nas
diferentes partes do balão. A variação é descrita pela Lei de Laplace.
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E no coração?
O stress mecânico em cardiomócitos é o mais importante
estímulo para cardiomiopatias hipertróficas
O coração têm aumento na espessura da parede na
“tentativa” de diminuir o “tensile stress”
O stress mecânico ativa o receptor na AUSÊNCIA do agonista (AngII)
Esse processo é significantemente inibido por inibidores de receptores
de angiotensina II (receptor AT1)
Coração normal Coração hipertrófico
Receptor AT1
Sistema “cone plate” Shear stress variável (fisiológico: 0-30 dynas/cm2) em fluxo laminar
Variação dos tempos de exposição (minutos, horas, dias, semanas)
Alterações morfofuncionais de células endoteliais (e outras).
Diferenciação de células-tronco (EPCs e embrionárias).
Fórmula:
Células
Placa de cultura Cone
Modelo in vitro de shear stress
Modelo in vitro de estiramento
Sistema “flexcell”
Tensile stress variável (fisiológico: 10-15% deformacao radial, 1Hz)
Variação dos tempos de exposição (minutos, horas, dias, semanas
Cardiomiocitos
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