UNIDAD 2: BIOFÍSICA DE LOS FLUIDOS, HEMODINÁMICA Y RESPIRACIÓN
1. Viscosidad sanguínea y perfiles de flujo.
La viscosidad de la sangre
depende principalmente de la relación entre los glóbulos rojos y el volumen del
líquido plasmático, y en menor medida de la concentración de proteínas en el
plasma. A mayor viscosidad de la sangre, mayor resistencia. Cualquier situación
que incremente la viscosidad de la sangre, como la deshidratación o la
policitemia (número de glóbulos rojos inusualmente alto), incrementa entonces
la presión arterial. La depleción de proteínas plasmáticas o de glóbulos rojos,
debido a anemia o hemorragia, disminuye la viscosidad y entonces disminuye la
presión sanguínea.
Tipos de flujo
Flujo laminar
En condiciones fisiológicas el tipo de flujo mayoritario es el denominado
flujo en capas o laminar. El fluido se desplaza en láminas coaxiales o
cilíndricas en las que todas las partículas se mueven sin excepción
paralelamente al eje vascular. Se origina un perfil parabólico de velocidades
con un valor máximo en el eje o centro geométrico del tubo.
En el caso del sistema vascular los elementos celulares que se encuentran
en sangre son desplazados tanto más fuertemente hacia el centro cuanto mayor
sea su tamaño.
Flujo turbulento.
En determinadas condiciones el flujo puede presentar remolinos, se dice que
es turbulento. En esta forma de flujo el perfil de velocidades se aplana y la
relación lineal entre el gradiente de presión y el flujo se pierde porque
debido a los remolinos se pierde presión.
En la circulación sanguínea en regiones con curvaturas pronunciadas,
en regiones estrechadas o en bifurcaciones, con valores por encima de 400,
aparecen remolinos locales en las capas limítrofes de la corriente. Cuando se
llega a 2000-2400 el flujo es totalmente turbulento. Aunque la aparición de
turbulencias no es deseable por el riesgo que tienen de 2 producir coágulos
sanguíneos, se pueden utilizar como procedimientos diagnósticos, ya que
mientras el flujo laminar es silencioso, el turbulento genera ruidos audibles a
través de un estetoscopio.
2.Ley de POISEVILLE.
La ley de Poiseuille (también
conocida como ley de
Hagen-Poiseuille) después de los experimentos llevados a cabo en 1839 por Gotthilf
Heinrich Ludwig Hagen(1797-1884) es una ley que permite determinar el flujo laminar estacionario ΦV de
un líquido incompresible y uniformemente viscoso
(también denominado fluido newtoniano) a través de un tubo cilíndrico de sección circular
constante. Esta ecuación fue derivada experimentalmente en 1838, formulada y publicada en 1840 y 1846por Jean Louis
Marie Poiseuille (1797-1869).
Todo muy bien ejemplificado en la imagen.
Bueno ahora sí, la Ley dice que:
Q = π (P1 - P2) r4
8ηL
Donde
Q = flujo
P1 - P2 = diferencia de presión a través del circuito
r = radio del tubo
η = viscocidad del líquido
L = longitud del tubo
3. Hemodinámica.
La hemodinámica es aquella parte de la biofísica que se encarga
del estudio de la dinámica de la sangre en el interior de las estructuras
sanguíneas como arterias, venas, vénulas, arteriolas y capilares así como
también la mecánica del corazón propiamente dicha mediante la introducción de
catéteres finos a través de las arterias de la ingle o del brazo. Esta técnica
conocida como cateterismo cardíaco permite conocer con exactitud el estado de
los vasos sanguíneos de todo el cuerpo y del corazón.
4. Presión Sanguínea.
La presión
sanguínea es la presión ejercida
por la sangre circulante
sobre las paredes de los vasos sanguíneos, y
constituye uno de los principales signos vitales.
La presión de
la sangre disminuye a medida que la sangre se mueve a través de arterias, arteriolas, vasos capilares, y venas; el
término presión sanguínea generalmente se refiere a la presión arterial, es decir, la presión
en las arterias más grandes, las arterias que forman los vasos sanguíneos que
toman la sangre que sale desde el corazón.
La presión arterial varía
durante el ciclo cardíaco de forma semejante a una función sinusoidal lo cual
permite distinguir una presión sistólica que es definida como el máximo de la
curva de presión en las arterias y que ocurre cerca del principio del ciclo
cardíaco durante la sístole o contracción ventricular; la presión arterial
diastólica es el valor mínimo de la curva de presión (en la fase de diástole o
relajación ventricular del ciclo cardíaco). La presión media a través del ciclo
cardíaco se indica como presión sanguínea media; la presión de pulso refleja la
diferencia entre las presiones máxima y mínima medidas.
Los
valores típicos para un ser humano adulto, sano, en descanso, son
aproximadamente 120 mmHg (16 kPa) para la sístólica y 80 mmHg (11 kPa) para la
diastólica (escrito como 120/80 mmHg, y expresado oralmente como "ciento
veinte sobre ochenta").
5. Presión en el sistema
circulatorio.
El aparato
circulatorio o sistema circulatorio es la estructura anatómica compuesta por el sistema
cardiovascular que conduce y hace circular la sangre, y por el sistema linfático que
conduce la linfa unidireccionalmente hacia el corazón. En
el ser humano, el sistema cardiovascular está formado por el corazón,
los vasos sanguíneos (arterias, venas y capilares) y la sangre, y el sistema linfático que está
compuesto por los vasos linfáticos, los ganglios, los órganos linfáticos (el bazo y el timo), la médula ósea ,
los tejidos linfáticos (como la amígdala y las placas
de Peyer) y la linfa.
Un adulto promedio
contiene cincuenta y cinco cuartos de galón (aproximadamente 4.7 a 5.7 litros)
de sangre, lo que representa aproximadamente el 7 % de su peso corporal
total. La sangre se compone de plasma, glóbulos
rojos, glóbulos blancos y plaquetas.
También el sistema digestivo funciona con el circulatorio para proporcionar
los nutrientes que el sistema necesita para mantener el bombeo
del corazón.
6.Tensión arterial y flujo sanguíneo.
Tensión
arterial
La tensión (opresión) arterial es
la medida de la presión que la sangre ejerce sobre las paredes de las arterias
como consecuencia del bombeo del corazón y la contracción de las paredes
arteriales.
Al contraerse el corazón, esta
presión arterial es la tensión arterial sistólica (también llamada alta o
máxima). Cuando se relaja (para que entre sangre de nuevo en sus cavidades), la
presión arterial es la tensión arterial diastólica (también llamada baja o
mínima).
http://www.enbuenasmanos.com/tension-arterial
Flujo sanguíneo
El flujo sanguíneo es la cantidad de sangre que atraviesa la sección de un punto dado de la circulación en un
período determinado. Normalmente se expresa en mililitros por minuto o litros
por minuto, se abrevia Q.
El análisis de los factores que determinan el flujo sanguíneo es relativamente
complejo ya que es un flujo pulsátil, que discurre
por un circuito cerrado de tubos distensibles con múltiples ramificaciones
y de calibre variable.
7.Mecánica circulatoria, Sístole,
diástole y pulso.
Sístole ventricular
La sístole ventricular es la contracción del tejido muscular cardiaco ventricular. Esta contracción provoca un aumento de presión en el interior de los
ventrículos y la eyección de sangre contenida en ellos. Se impide que la sangre vuelva a las aurículas mediante
el aumento de presión, que cierra las válvulas bicúspide y tricúspide. La sangre sale por las arterias pulmonares y aorta. Éstas también tienen las llamadas válvulas sigmoideas, que evitan el
reflujo de la sangre.
Diástole
La diástole es
el período en el que el corazón se
relaja después de una contracción, llamado período de sístole, en preparación
para el llenado con sangre circulatoria. En la
diástole ventricular los ventrículos se
relajan, y en la diástole auricular las aurículas están relajadas. Juntas se
las conoce como la diástole cardíaca y constituyen, aproximadamente, la mitad
de la duración del ciclo cardíaco, es
decir, unos 0,5 segundos.
El pulso
En medicina,
el pulso de una persona
es la pulsación provocada por la expansión de sus arterias como
consecuencia de la circulación de sangre bombeada por el corazón. Se
obtiene por lo general en partes del cuerpo donde las arterias se encuentran
más próximas a la piel, como en las muñecas o el cuello e
incluso en la sien.
8.Leyes de la velocidad y de la presión.
Leyes de
la velocidad
Para reacciones estequiometrias simples, tales como A hacia B,
se puede expresar la velocidad en términos del cambio en la concentración del
reactivo o del producto: La velocidad de formación del producto no requiere el
signo negativo porque es una cantidad positiva.
Ley de las presiones
La ley de las presiones parciales (conocida también como ley de Dalton) fue formulada en el
año 1801 por el físico,
químico y matemático británico John
Dalton. Establece que la presión de una mezcla de gases, que no reaccionan químicamente, es igual a la suma de las presiones parciales que ejercería cada uno de ellos si sólo uno ocupase todo el
volumen de la mezcla, sin variar la temperatura. La ley de Dalton es muy útil cuando deseamos determinar la relación que
existe entre las presiones parciales y la presión total de una mezcla de gases.
9.Volumen minuto circulatorio y circulación sistemática, Pulmonar y Fetal.
El volumen minuto cardíaco (VMC)
El volumen minuto cardíaco (VMC)
es la cantidad de sangre que expulsa el corazón hacia las arterias (pulmonar y
aorta), en un minuto. Se conoce como volumen/minuto.
Esto se calcula multiplicando los ml que salen
de sangre en un latido, por la cantidad de latidos en un minuto (frecuencia
cardiaca) y nos dará el gasto cardíaco.
ml sangre 1 latido x nº de latidos 1 minuto (frecuencia cardiaca) = gasto cardíaco
En un latido en reposo salen 70 ml y la frecuencia entrará entre 70-80 lat/min.
70x70 = 4900 ml de sangre/minuto
ml sangre 1 latido x nº de latidos 1 minuto (frecuencia cardiaca) = gasto cardíaco
En un latido en reposo salen 70 ml y la frecuencia entrará entre 70-80 lat/min.
70x70 = 4900 ml de sangre/minuto
Circulación sistémica
Circulación de la sangre desde el ventrículo
izquierdo del corazón hacia todas las partes del cuerpo, a excepción de los
pulmones, y su vuelta a la aurícula derecha del corazón. También se
denomina circulación mayor
10. Corazones
artificiales.
Un corazón artificial es
una prótesis que se implanta en el cuerpo para reemplazar al corazón biológico. Es distinto de una máquina de bypass cardiopulmonar (CPB), que es un dispositivo externo utilizado para proveer las
funciones del corazón y los pulmones. El CPB oxigena la sangre, y por lo tanto
no es preciso se encuentre conectado a ambos circuitos sanguíneos. Además, un
CPB es adecuado para ser utilizado solo durante algunas pocas horas, mientras
que se han utilizado corazones artificiales por períodos que exceden un año de
uso.
11. Aparato Respiratorio.
El sistema
respiratorio es el conjunto de estructuras cuya función es proporcionar oxígeno
a los líquidos corporales (sangre) y retirar el anhídrido carbónico (CO2) de
las células (para evitar que se incremente la acidez del líquido extracelular).
Dicho sistema está relacionado con el sistema músculo-esquelético, que permite movilizar los pulmones, y el sistema circulatorio junto al que realiza el intercambio gaseoso y es el que, finalmente, acerca la sangre ya oxigenada, a las distintas zonas del cuerpo.
Dicho sistema está relacionado con el sistema músculo-esquelético, que permite movilizar los pulmones, y el sistema circulatorio junto al que realiza el intercambio gaseoso y es el que, finalmente, acerca la sangre ya oxigenada, a las distintas zonas del cuerpo.
El aparato
respiratorio se divide en dos partes desde el punto de vista funcional Sistema de conducción o vías aéreas.Sistema de intercambio o superficie alveolar.
Vías respiratorias o sistema respiratorio conductor
·
Vías aéreas altas: fosas nasales y faringe.
·
Vías aéreas bajas: laringe, tráquea, bronquios y bronquiolos.
El aire entra
al cuerpo primero a través de la boca o la nariz, se desplaza rápidamente por
la faringe (garganta) pasa a través de la laringe, entra a la tráquea, que se
divide en bronquios derecho e izquierdo en los pulmones y luego se divide aún
más en ramas cada vez más pequeñas llamadas bronquiolos. Los bronquiolos más
pequeños terminan en pequeños sacos de aire llamados alvéolos, los cuales se
inflan durante la inhalación y se desinflan durante la exhalación.
12. Intercambio de gases.
El aire entra al cuerpo primero a través de la boca o la nariz, se desplaza
rápidamente por la faringe (garganta) pasa a través de la laringe, entra a la
tráquea, que se divide en bronquios derecho e izquierdo en los pulmones y luego
se divide aún más en ramas cada vez más pequeñas llamadas bronquiolos. Los
bronquiolos más pequeños terminan en pequeños sacos de aire llamados alvéolos,
los cuales se inflan durante la inhalación y se desinflan durante la
exhalación.
El intercambio de gases es la provisión de oxigeno de los pulmones al
torrente sanguíneo y la eliminación de dióxido de carbono del torrente
sanguíneo a los pulmones. Esto tiene lugar en los pulmones entre los alvéolos y
una red de pequeños vasos sanguíneos llamados capilares, los cuales están
localizados en las paredes de los alvéolos.
13. Presiones
respiratoria.
Presiones
intratorácica y su comportamiento dinámico en los ciclos respiratorios Las
presiones que se encuentra en el sistema respiratorio se encuentran en relación
con todo lo que es el tórax, pulmón y ventilación1. Los movimientos que se
realizan en la fase inspiratoria, incluyendo el cambio de presiones está dado
por los músculos inspiratorios, entre ellos el más principal es el diafragma2,
este musculo tiene una forma especial ya que es cóncavo por abajo y convexo por
arriba, y en la inspiración este musculo se aplana, cuyo origen e inserción es
bastante amplio.
Presión
transpulmonar (Ptp) es la diferencia entre la presión en la boca y la presión
pleural. En condiciones estáticas determina el grado de distensión del pulmón y
en condiciones dinámicas debe, además, vencer las resistencias opuestas al
movimiento del aire. Presión tras-torácica: es la diferencia entre la presión
pleural y la atmosférica Presiones transmurales: (Ptp) es la diferencia de
presión entre el interior y exterior de la pared pulmonar o vía aérea Presión
atmosférica: Cuando da lugar el ciclo respiratorio, algunas de estas presiones
y volúmenes van variando. Se produce variaciones en las presiones como4:
Presión intraalveolar (Pa) Presión pleural (Ppl) Presión Transpulmonar (Ptp) Al
final de la espiración, los músculos se encuentran relajado y no hay flujo de
aire, y las presiones intraalveolar es de 0 y las presión pleural es de menos 5
cm H20 y la presión transpulmonar es siempre positiva en una ciclo normal, para
que todo esto ocurra es necesario la fuerza elástica de las estructuras
pulmonares y la resistencia de las vías aéreas.
http://163.178.103.176/Fisiologia/respiratorio/pracb_7/respi_pracb_4.html
14.Mecanismo que llevan y se oponen al colapso
pulmonar.
Colapso pulmonar
El colapso pulmonar ocurre cuando el aire escapa del pulmón. El aire luego
llena el espacio por fuera del pulmón, entre éste y la pared torácica. Esta
acumulación de aire ejerce presión sobre el pulmón, así que éste no se puede
expandir tanto como lo hace normalmente cuando usted inspira.El término médico
para esta afección es neumotórax.
Causas
El
colapso pulmonar puede ser causado por una lesión al pulmón. Las lesiones
pueden abarcar herida por arma de fuego o cuchillo en el tórax, fractura de una
costilla o ciertos procedimientos médicos.En algunos casos, un colapso pulmonar
es causado por ampollas de aire (vesículas) que se rompen.
los fumadores tienen mayor probabilidad de sufrir un colapso pulmonar.Las
neumopatías también pueden incrementar la posibilidad de sufrir un colapso
pulmonar y son, entre otras:
Ø
Asma
Ø
EPOC
Ø
Fibrosis
quística
Ø
Tuberculosis
Ø
Tos
ferina
En algunos casos, un colapso pulmonar ocurre sin ninguna causa. Esto se
denomina neumotórax espontáneo o atelectasia pulmonar.
Tratamiento
Un neumotórax pequeño puede desaparecer por sí solo. Usted puede necesitar
sólo tratamiento con oxígeno y reposo.
El médico puede usar una aguja para extraer el aire extra que se encuentra
alrededor del pulmón, de manera que éste pueda expandirse más completamente. A
usted le pueden permitir que se vaya para su casa si vive cerca del hospital.
Si tiene un neumotórax grande, se le colocará una sonda pleural entre las
costillas dentro del espacio que rodea los pulmones para ayudar a drenar el
aire y permitir que el pulmón se vuelva a expandir.
15. Volúmenes y
capacidades pulmonares.
La inspiración dura aproximadamente 2
segundos, y la espiración 2 ó 3
segundos. Por lo tanto, el ciclo ventilatorio dura 4 ó 5 segundos.La Frecuencia respiratoria es el número de ciclos que se repiten en 1 minuto,
y es de 12 a 15 (resp./min.). FR=60/4 ó 5 = 12 ó 15 resp/min
La cantidad de aire que entra en cada inspiración, que es igual a la misma que se
expulsa en cada espiración, es aproximadamente 500 ml (0´5 l.), y se llama Volumen
corriente (V.C.). El volumen minuto
(V.m) es la cantidad de aire que entra en los
pulmones en un minuto.
Vm = Vc x Fr = 500 x 1215 = 6.0007.500 ml
El aire extra que podemos introducir en una inspiración forzada recibe el nombre
de Volumen inspiratorio de reserva (V.I.R), que oscila sobre los 3.100 ml. El volumen de aire que podemos expulsar en una espiración forzada después de
una inspiración normal se llama
Volumen espiratorio de reserva (V.E.R), que se
sitúa entorno a los 1.200 ml.El aire residual que nos queda en los pulmones tras una espiración forzada, se
llama Volumen residual (V.R), que está sobre los 1200 ml.
No todo el aire que llega a
los pulmones (500 ml), llega a
la zona de intercambio, hay una parte que se quede en el espacio muerto anatómico, que son las
partes del aparato respiratorio que no tienen
alvéolos (traquea,…), la cantidad esta
alrededor de los 150 ml.
CAPACIDADES PULMONARES.
Son agrupaciones de los distintos volúmenes:
1. Capacidad inspiratoria: cantidad de
aire que puede inspirar una
persona distendiendo los pulmones al máximo, será igual a V..IR + V.C = 3.600 ml
2. Capacidad residual funcional: es el aire que queda en los pulmones
tras una espiración normal. Sería igual a V.E.R +V.R = 2.400 ml
3. Capacidad vital: cantidad de aire que una persona puede movilizar en
una respiración forzada máxima. Será V.E.R +V.I.R + V.C = 4.800 ml4.
Capacidad pulmonar total: cantidad de aire total. Es el volumen
máximo teórico que podría alcanzar una persona. Será V.I.R + V.E.R + V.C + V.R =
6.000 ml.
Estos volúmenes son medias genéricas para varones de 70 kg. En mujeres los
volúmenes son aproximadamente un 25% menos.
Y en personas muy altas seránmayores.
16. Volumen residual.
La conservación de un
cierto volumen de aire en las vías respiratorias cuando ya no somos capaces de
expulsar más aire en la espiración forzada, es esencial para mantener un
equilibrio en la presión interna de los alvéolos, aspecto vital para que los
pulmones puedan mantener su actividad con normalidad.
Si nuestros pulmones no
conservaran permanentemente un cierto volumen de aire residual, los alvéolos se
vaciarían normalmente, acabando aplastados y con ello colapsados por el aumento
de la presión de succión que se produce en su interior para compensar este
vacío. Este volumen de aire
residual oscila entre 1 y 1,2 litros de aire según las personas.
17.Formas químicas en
que se transporta el CO2.
La sangre transporta los gases respiratorios por todo el organismo.
El O2 se transporta desde los pulmones hasta todos los tejidos del organismo,
mientras que el CO2 producido por las células responsables del metabolismo se
transporta hasta los pulmones para que sea eliminado del organismo. Es decir el
O2 se desplaza desde los alveolos hasta la sangre capilar pulmonar por
difusión, porque la presión parcial de O2 (PO2) en el aire alveolar es mayor
que la de la sangre pulmonar. En los tejidos periféricos, la PO2 es menor en
las células que en la sangre arterial que penetra en los capilares y, por
consiguiente, el O2 de la sangre difunde a través de los espacios
intersticiales hasta el interior de la célula. En cambio la presión parcial de
CO2 (PCO2) en los tejidos en actividad metabólica es mucho mayor que la de la
sangre capilar, de modo que el CO2 difunde a la sangre y llega a los pulmones.
Aquí la PCO2 de la sangre capilar pulmonar es mayor que la de los alveolos, y
el CO2 difunde a través de las membranas capilares y alveolares y se elimina
del organismo en la espiración.
El dióxido de carbono es transportado en la sangre en tres formas
diferentes: como gas disuelto, como bicarbonato y como compuestos
carbamínicos. Los análisis químicos ponen de manifiesto que la sangre arterial contiene
mucho más CO2 que O2. El CO2 se transporta por la sangre de varias formas:
1.- Como CO2 disuelto.
2.- Como iones bicarbonato.
3.- Como carbaminohemoglobina, una combinación entre el CO2 y los grupos
amino libres de la hemoglobina.
Alrededor de un 5 a un 7% del
CO2 sanguíneo total se encuentra en solución y su concentración está
determinada por su solubilidad y su presión parcial.
18. Membrana Respiratoria.
Es el conjunto de estructuras que deben cruzar los gases entre el alveolo y
el capilar pulmonar. Está integrada
por, lleno desde el alveolo al capilar,
1.
fina capa de
líquido , que cubre el alveolo y contiene el surfactante
2.
epitelio
alveolar
3.
membrana
basal alveolar
4.
espacio
intersticial
5.
membrana
basal capilar
6.
endotelio
capilar.
A pesar de sus 6 capas, tiene un espesor muy delgado, solo 0,5 micras, en
cambio, si tomamos en cuente los
300 millones de alveolos, su superficie es muy amplia, 70 metros cuadrados.
El o2 cruza desde el alveolo al capilar, y el co2, desde el capilar al
alveolo. La difusión se realiza siguiendo
los gradientes de presión.
19.Regulación de la actividad del centro respiratorio y vitalmetria.
La función principal y reguladora del sistema respiratorio es mantener las
presiones normales de oxígeno y dióxido de carbono, así como la concentración
de iones H+ o hidrogeniones, lo cual se consigue adecuando la ventilación
pulmonar a las necesidades metabólicas orgánicas de consumo y producción de
ambos gases, respectivamente. A pesar de las amplias variaciones en los
requerimientos de captación de oxígeno y eliminación de dióxido de carbono, las
presiones arteriales de ambos elementos se mantienen dentro de márgenes muy
estrechos por una compleja regulación de la ventilación de los pulmones
mediante determinados sistemas de control. Por tratarse de un tema muy
complicado y disponerse ahora de nuevos conocimientos al respecto, se decidió
describir en este breve artículo la organización morfofuncional general de los
elementos que integran el sistema de control de la función respiratoria humana
normal.
Palabras clave: respiración, ventilación pulmonar, oxígeno, dióxido de
carbono, hidrogenión, presión arterial.
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