BIOFISICA DE FLUIDOS

DR. ROMMEL JUAREZ Z

BIOFISICA DE FLUIDOS

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

RESPIRAMOS AIRE ATMOSFÉRICO

• La atmósfera es la envoltura gaseosa que rodea a la tierra y está compuesta por:• 20,93 % de O2• 0,03 % de CO2• 79,04 % de N2 y otros gases inertes• Si hay vapor de agua, disminuyen

proporcionalmente todos los porcentajes.

¿Qué es la sangre?

Fluido rojo, opaco, constituido por :Elementos celulares (glóbulos rojos, glóbulos blancos y plaquetas) suspendidos en un medio acuoso amarillento (plasma).Plasma: proteínas, hidratos de carbono, lípidos, electrolitos, productos metabólicos, gases, en solución acuosa.

RESPIRACIÓN EXTERNA: FUNCIÓN

Intercambio de gases entre el cuerpo y el exterior: absorción de O2 y remoción de CO2

CIRCULACIÓN SANGUÍNEA: FUNCIÓN

• A través del árbol 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 metabólicos a los riñones.

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

CIRCULACIÓN SANGUÍNEA: FUNCIÓN

SISTEMA CIRCULATORIO: ANATOMÍA

• 1. Órgano de bombeo: el corazón

• 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: vénulas y venas

¡Y ahora un poco de biofísica!

«LA FUERZA IMPULSORA PARA EL MOVIMIENTO DE UN FLUIDO ES UNA DIFERENCIA DE PRESIÓN (∆P)»

• «LOS FLUIDOS CIRCULAN DESDE ÁREAS CON MAYOR PRESIÓN HACIA ÁREAS CON MENOR PRESIÓN»

PRESIÓN HIDRODINÁMICA• Al ser impulsada por el corazón la sangre

adquiere presión hemodinámica, compuesta por dos términos:

• • Presión hidrostática (hemostática) o presión

lateral (P), ejercida contra las paredes de los vasos.

• Presión cinemática (Pc), ejercida sobre un plano perpendicular a la dirección de circulación, y debida a la energía cinética recibida.

CAUDAL, PRESIÓN Y RESISTENCIA

El caudal sanguíneo (C) es constante.

La presión hemostática va disminuyendo a medida que la sangre se aleja del corazón, debido a la resistencia.

P1

P C = Cuanto mayor es la resistencia (R),

R mayor es la caída de presión (P).

P2 P = P1 - P2

RESISTENCIA (R)

Las fuerzas de rozamiento se oponen a la circulación de la sangre haciéndole perder energía en forma de calor:

Rozamiento entre la sangre y las paredes del vaso (resistencia vascular).

Rozamiento entre sucesivas capas del líquido (viscosidad )

Para un tubo cilíndrico en régimen 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 glóbulos rojos)

Las proteínas La resistencia a la deformación de los glóbulos

rojos.

VELOCIDAD DE LA SANGREEl caudal sanguíneo es constante pero la velocidad es

inversamente proporcional a la sección del lecho vascular (sección transversal completa a cierta distancia del corazón).

C = v . s

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

La aorta se ramifica en arterias que se van haciendo cada vez más finas hasta convertirse en arteriolas que finalmente conducen la sangre a los capilares. Sabiendo que el caudal sanguíneo es, para una persona en reposo, de 5 lit/min y que los radios disminuyen desde 10 mm para la aorta a 0,008 mm para los capilares, siendo la sección total de los capilares de aproximadamente 2.000 cm², determinar:a) el número de capilares y el caudal en cada uno de ellos, y b) la velocidad de la sangre en la aorta y en cada uno de los capilares.

• Primero convertiremos al sistema internacional de medidas.• Caudal en la aorta, Qa = 5 lit/min =  8,33 x 10-5 m3/s• radio de la aorta, ra = 1 x 10-2 m

• radio de 1 capilar, r1c = 8 x 10-6 m

• Sección total capilar, STc =  2 x 10-1 m²

• Vamos a las preguntas: el número de capilares surge fácilmente dividiendo la sección capilar total por la sección de un capilar solo. Eso es fácil. La sección de un capilar solo no la tenemos, pero tenemos su radio.

• S1c = π rc² = 3,14 (8 x 10-6 m)²

• S1c = 2 x 10-10 m²

• Ahora divido ambas secciones.

• #caps = STc / S1c

• #caps = 2 x 10-1 m² / 2 x 10-10 m²

•          #caps = 109 = 1.000.000.000 (¡mil millones!)

• Averiguar el caudal en cada capilar es sencillísimo: el caudal total en la sección total capilar es el mismo que en la aorta, de modo que el caudal en 1 capilar es ése mismo dividido el número total de capilares.• Q1c = Qa / #caps = 8,33 x 10-5 m³/s / 109

• Q1c = 8,33 x 10-14 m3/s

• Vamos a las velocidades: tenemos que tener presente la ecuación de continuidad (Q=AV) • Calcularemos la velocidad en la aorta• va = Q a / Sa = Qa / π ra²

• va = 8,33 x 10-5 m3/s / 3,14 (1 x 10-

2 m²) • va = 2,65 x 10-1 m/s = 26,5 cm/s

• Y la velocidad en los capilares, de la misma manera, y podemos elegir...• v1c = Q1c / S1c = Qc / Sc

• v1c = 8,33 x 10-14 m3/s / 2 x 10-10 m²•  v1c = 4,15 x 10-4 m/s = 0,415 mm/s

• ¡Unas 600 veces menor que en la aorta! Lógico: en las arterias y en las venas la sangre lo único que hace es viajar, transportarse. El trabajo de transporte para ser eficiente debe ser rápido, cosa que es. Pero en los capilares la función es el intercambio: es ahí donde la sangre cumple su función biológica de entrega de nutrientes y recolección de desechos. Para hacer ese trabajo necesita tiempo, necesita moverse lentamente y franelearse con las células del epitelio capilar todo lo necesario.

GRACIAS