Débito cardíaco

Débito cardíaco ou Gasto cardíaco é o volume de sangue sendo bombeado pelo coração em um minuto. É igual à frequência cardíaca multiplicada pelo volume sistólico.

Portanto, se o coração está batendo 70 vezes por minuto e a cada batimento 70 mililitros de sangue são ejetados, o débito cardíaco é de 4900 ml/minuto. Este valor é típico para um adulto médio em repouso, embora o débito cardíaco possa atingir 30 litros/minuto durante exercícios extremos.

Quando o débito cardíaco aumenta em um indivíduo saudável, mas não treinado, a maior parte do aumento pode ser atribuída à elevação da freqüência cardíaca. Mudanças de postura, aumento da atividade do sistema nervoso simpático e diminuição de atividade do sistema nervoso parassimpático também podem aumentar o débito cardíaco. A freqüência cardíaca pode variar por um fator de aproximadamente 3, entre 60 e 180 batimentos por minuto, enquanto que o volume sistólico pode variar entre 70 e 120 ml, um fator de apenas 1,5.

Medindo o débito cardíaco

Existem muitos métodos invasivos e não invasivos de medir o débito cardíaco em mamíferos.

Um método não invasivo extremamente grosseiro, geralmente usado para o ensino de Fisiologia a estudantes de graduação, segue os princípios abaixo:

• A pressão no coração aumenta quando o sangue é forçado para dentro da aorta.
• Quanto maior a distensão da aorta, maior a pressão de pulso.
• Em indivíduos jovens e saudáveis, cada 2 ml adicionais de sangue geram um aumento de 1 mmHG na pressão (esta é a suposição grosseira, porque mesmo que o indivíduo tenha uma “aorta modelo”, as propriedades elásticas da aorta fazem com que ocorram resistência crescente a expansão para pressões crescentes).
• Desta maneira o volume sistólico = 2 ml x Pressão de Pulso
• O débito cardíaco é portanto 2 ml x Pressão de Pulso x Freqüência Cardíaca.

O Princípio de Fick

Desenvolvido por Adolf Eugen Fick (1829 - 1921), ele envolve a medida:

• Consumo de oxigênio por minuto (VO₂) , usando um espirômetro (com o indivíduo respirando ar) e absorção de CO₂.
• O conteúdo de oxigênio do sangue retirado da artéria pulmonar (representando o sangue venoso).
• O conteúdo de oxigênio do sangue colhido de uma cânula em uma artéria periférica (representando o sangue arterial).

A partir deste valores, sabe-se que:

$VO_{2}=(CO\times \ C_{A})-(CO\times \ C_{V})$

onde CO = Débito Cardíaco (Cardiac Output), C_A = Concentração de Oxigênio no sangue arterial e C_V = Concentração de Oxigênio no sangue venoso.

Isto nos permite dizer que

$CO={\frac {VO_{2}}{C_{A}-C_{V}}}$

e desta maneira calcular o débito cardíaco. Na realidade, este método é raramente usado em nossos dias, devido à dificuldade de coleta e de análise das concentrações gasosas.

O princípio de Fick baseia-se na observação que a retirada total de (ou a liberação de) uma substância pelos tecidos periféricos é igual ao produto do fluxo sangüíneo para estes tecidos periféricos e a diferença de concentração artério-venosa (gradiente) da substância. Na determinação do débito cardíaco, a substância mais comumente medida é o oxigênio do sangue, e o fluxo calculado é o fluxo através da circulação pulmonar. Isto nos dá uma maneira simplificada de calcular o débito cardíaco:

$Debito\ Cardiaco={\frac {Consumo\ de\ oxigenio}{Diferenca\ arteriovenosa\ de\ oxigenio}}$

Assumindo que não há nenhum desvio sangüíneo (shunt) através da circulação pulmonar, o fluxo pulmonar é igual ao fluxo sistêmico. A medida do conteúdo de oxigênio venoso e arterial envolve a retirada de amostras da arteira pulmonar (baixo conteúdo de oxigênio) e da veia pulmonar (alto conteúdo de oxigênio). Na prática a coleta do sangue arterial é um substituto para o sangue da veia pulmonar. A determinação do consumo de oxigênio nos tecidos periféricos é mais complexa.

O cálculo do conteúdo de oxigênio arterial e venoso é um processo simples. A maior parte do oxigênio do sangue está ligado à molécula de hemoglobina, nas células vermelhas. A medida do conteúdo de hemoglobina do sangue e o percentual de saturação de hemoglobina (a saturação de oxigênio do sangue) é um processo simples e de fácil disponibilidade para os médicos. Usando o fato de que cada grama de hemoglobina carreia 1,36 ml de O₂, o conteúdo de oxigênio do sangue (seja venoso, seja arterial) pode ser estimado pela seguinte fórmula:

$Conteudo\ sanguineo\ de\ oxigenio=\left[Hemoglobina\right]\left(g/dl\right)\ \times \ 1.36\left(ml\ O_{2}/g\ de\ hemoglobina\right)\times \ 10\ \times \ saturacao\ percentual\ do\ sangue$

Métodos de Diluição

Este método mede quão rápido o fluxo de sangue dilui uma substância marcadora introduzida no sistema circulatório, usualmente usando um cateter na artéria pulmonar. Métodos iniciais utilizavam um corante, sendo o débito cardíaco inversamente proporcional à concentração do corante colhida na amostra a jusante. Uma técnica mais moderna é a introdução de água fria ou a temperatura ambiente e então medir a mudança na temperatura a jusante. Este método pode, no entanto, ser afetado pela fase da respiração, especialmente sob ventilação mecânica, devendo desta maneira ser realizado na mesma fase do ciclo respiratório (tipicamente ao fim da expiração).

Método Doppler

Esta técnica utiliza ultra-som e o efeito Doppler para medir o débito cardíaco. A velocidade do sangue através da aorta causa um “desvio Doppler” na freqüência de retorno das ondas de ultra-som.

A medida pela ecocardiografia da superfície de corte do arco aórtico (ou, alternativamente, dá área da aorta descendente), combinada com a velocidade de fluxo, permite o cálculo do débito cardíaco.

Pletismografia por Impedância

Esta técnica avançada foi desenvolvida pela NASA. Ela mede as mudanças na resistência elétrica, à medida que o coração bate, para calcular o débito cardíaco.

Equações

Por simplificação da Lei de D'arcy, tem-se a seguinte equação:

$Fluxo={\frac {Pressao}{Resistencia}}$

Quando aplicada ao sistema circulatório, nos temos que:

$Debito\ Cardiaco={\frac {ABP-RAP}{TPR}}$

Onde ABP = Pressão arterial na Aorta, RAP = Pressão no Átrio Direito e TPR = Resistência Periférica Total.

No entretanto, na medida em que ABP>>RAP, e RAP é aproximadamente 0, a equação pode ser simplificada para:

$Debito\ Cardiaco\approx {\frac {Pressao\ Arterial\ Aortica}{Resitencia\ Periferica\ Total}}$

Os fisiologistas comumente rearranjam esta equação, focando na pressão aórtica, para estudar as resposta corporais.

Como previamente definido, o débito cardíaco é também o produto da freqüência cardíaca pelo volume sistólico, o que nos permite dizer que:

$Frequencia\ Cardiaca\times Volume\ Sistolico\approx {\frac {ABP}{TPR}}$