Ctedra de BiofsicaFacultad de OdontologaUniversidad de Buenos AiresMecnica de fluidos Respiracin externa y circulacin sangunea

Fluidos El aire y la sangre son fluidos, que circulan por los sistemas respiratorio y circulatorio, respectivamente.

Respiramos aire atmosfrico La atmsfera es la envoltura gaseosa que rodea a la tierra y est compuesta por:20,93 % de O20,03 % de CO279,04 % de N2 y otros gases inertes

Si hay vapor de agua, disminuyen proporcionalmente todos los porcentajes.

Qu es la sangre?Fluido rojo, opaco, constituido por :

Elementos celulares (glbulos rojos, glbulos blancos y plaquetas) suspendidos en un medio acuoso amarillento (plasma).Plasma: protenas, hidratos de carbono, lpidos, electrolitos, productos metablicos, gases, en solucin acuosa.

Respiracin externa: funcin Intercambio de gases entre el cuerpo y el exterior: absorcin de O2 y remocin de CO2

O2

CO2

Circulacin sangunea: funcinA travs del rbol circulatorio la sangre transporta a los tejidos las sustancias absorbidas en el tubo digestivo y el O2 absorbido en los pulmones

Transporta CO2 a los pulmones y otros productos metablicos a los riones.

Adems: regula la temperatura corporal, distribuye hormonas y otras sustancias que regulan las funciones celulares.

Sistema respiratorio: anatoma

Organos de la cavidad torcica

Bronquiolo y alvolos

Sistema circulatorio: anatoma1. Organo de bombeo: el corazn

2. Vasos que conducen y distribuyen la sangre: arterias y arteriolas

3. Lugar donde se realiza el intercambio: los capilares

4. Los vasos de retorno: vnulas y venas

El corazn

Circulacin arterial y venosa

Estructura de arterias y arteriolas

Y ahora un poco de biofsica!

Los fluidos circulan desde reas con mayor presin hacia reas con menor presinLa fuerza impulsora para el movimiento de un fluido es una diferencia de presin (P)

Presin de un gas Fuerza ejercida por el choque de las molculas sobre la superficie del recipiente que las contiene. F P = S Unidades: dina / cm2 (Baria) Newton / m2 (Pascal)

Presiones parciales En una mezcla de gases, cada gas ejerce una presin parcial, que es la que ejercera ese gas si slo l ocupara todo el volumen. Ptotal = p1 + p2 + .......... + pn (Ley de Dalton)

La presin parcial es proporcional a la fraccin molar (xi) del gas en la mezcla xi = ni / n1 + n2 +....+nn pi = xi . Ptotal

Presin atmosfrica La atmsfera (capa gaseosa que rodea a la tierra) ejerce una fuerza (su peso) sobre la superficie terrestre.

A nivel del mar la presin es de 760 mm de mercurio, y disminuye con la altura.P atm760 mmmercurioP = .h

Presiones parciales de los gases atmosfricos (en mmHg)

Aire seco

Aire saturado con vapor

de H2O a 37C

O2

160

149

CO2

0.3

0.3

N2 y otros

600

564

H2O

47

Presin, volumen, temperatura A temperatura constante, la presin que ejerce una masa gaseosa es inversamente proporcional a su volumen (ley de Boyle):

P.V = constante

Presin transmural (Ptr) Es la diferencia entre la presin en la cavidad de un rgano (Pi) y la exterior (Pe)

Est relacionada con la tensin de la pared (T). Para mantener un volumen constante, la retraccin elstica debe ser contrarestada por la presin transmural:

Ptr = Pi - Pe

Ptr

T

Ptr

r

r

T

T = P . r

T = P . r

2

Presin transpulmonar y fuerzas de retraccin elstica

Mecnica respiratoriaInspiracin: ingreso de aire a los pulmones como consecuencia de la expansin de la cavidad torcica por contraccin de los msculos inspiratorios (diafragma e intercostales externos). Proceso activo.

Espiracin: salida de aire de los pulmones como consecuencia de la compresin de la cavidad torcica por relajacin de la musculatura inspiratoria y retraccin elstica de los pulmones. Proceso pasivo.

Volmenes pulmonares

Ciclo respiratorio

Distensibilidad de los pulmones y la caja torcica V P= distensibilidad o adaptabilidadEs una medida esttica de la retraccin pulmonar y del trax.

Presin hidrodinmica Al ser impulsada por el corazn la sangre adquiere presin hemodinmica, compuesta por dos trminos: Presin hidrosttica (hemosttica) o presin lateral (P), ejercida contra las paredes de los vasos.

Presin cinemtica (Pc), ejercida sobre un plano perpendicular a la direccin de circulacin, y debida a la energa cintica recibida ( Pc = . V2)

Trabajo del corazn En cada contraccin (sstole) el ventrculo izquierdo introduce contra presin en la aorta unos 70 ml de sangre y les entrega energa cintica:

W = P.V + m. V2 Como la frecuencia cardaca es de 70-80 latidos por minuto, tenemos un caudal o flujo sanguneo de 5 litros / minuto.

Caudal, presin y resistencia El caudal sanguneo (C) es constante. La presin hemosttica va disminuyendo a medida que la sangre se aleja del corazn, debido a la resistencia.

P C = Cuanto mayor es la resistencia (R), R mayor es la cada de presin (P).

P1P2P = P1 - P2

Resistencia (R) Las fuerzas de rozamiento se oponen a la circulacin de la sangre hacindole perder energa en forma de calor: Rozamiento entre la sangre y las paredes del vaso (resistencia vascular). Rozamiento entre sucesivas capas del lquido (viscosidad ) Para un tubo cilndrico en regimen laminar: 8. L . R = . r4

Viscosidad de la sangre Tiene un valor de 0,045 Poisse. (versus 0,01 Poisse para el agua). Este aumento se debe a:

hematocrito (porcentaje del volumen de la sangre ocupado por los glbulos rojos) las protenasla resistencia a la deformacin de los glbulos rojos.

Rgimen laminar y turbulento Re < 2000 Re > 2000

Re =V . . r Nmero de Reynolds

Velocidad de la sangre El caudal sanguneo es constante pero la velocidad es inversamente proporcional a la seccin del lecho vascular (seccin transversal completa a cierta distancia del corazn).

C = v . s

La seccin transversal aumenta de 4,5 cm2 en la aorta a 4500 cm2 en los capilares.

Cambios de Presin y velocidad media

Resistencia al flujo de aire PR = FDiferencia de presin requerida para una unidad de flujo areoLa resistencia se debe a:viscosidad del aire y su rozamiento con las vas areasfuerzas de friccin que se oponen al movimiento de los tejidos pulmonares y de la pared torcica.

Velocidad del aire en los pulmones Como ocurre con los vasos sanguneos, el sistema respiratorio se ramifica y va aumentando progresivamente la seccin transversal total: es de 70 m2 a nivel de los alvolos. La baja velocidad del aire a este nivel favorece el intercambio de O2 y CO2 con la sangre.

Intercambio gaseoso en el pulmn Los gases difunden desde donde tienen mayor presin parcial hacia donde la presin parcial es menor: el O2 contnuamente difunde desde el aire alveolar hacia la sangre y el CO2 contnuamente difunde hacia los alvolos desde la sangre.

Intercambio de molculas a travs de los capilares sanguneos

En detalle

Integrando