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Hemodinámica

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on 8 March 2014

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Transcript of Hemodinámica

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Hemodinámica
Biofísica
Ing. José Guillermo Rivera
Grupo 1.3
Fecha: Sábado 08 de Marzo de 2014

Estudiantes:
Cea Ayala, Briceyda Lissette
Lemus Pineda, Reina Marleni
Murga Orellana, Orlando Bonerge
Oliva Rebollo, German Eduardo
Rivera Deras, Reina Yamileth
Romero Monterroza, Jacqueline Abigail

Concepto de Fluido
Fluido: Es la parte de la física que estudia la acción de los fluidos en reposo
o en movimiento, tanto como sus aplicaciones y mecanismos que se aplican en los fluidos. Es la parte de la mecánica que estudia el comportamiento de los fluidos en equilibrio (Hidrostática) y en movimiento (Hidrodinámica).
Se denomina fluido a un tipo de medio continuo formado por alguna sustancia entre cuyas moléculas sólo hay una fuerza de atracción débil. La propiedad definitoria es que los fluidos pueden cambiar de forma sin que aparezcan en su seno fuerzas restitutivas tendentes a recuperar la forma original lo cual constituye la principal diferencia con un sólido deformable, donde si hay fuerzas restitutivas.
Propiedades de los fluidos:
Las propiedades de un fluido son las que definen el comportamiento y características del mismo tanto en reposo como en movimiento. Existen propiedades primarias y propiedades secundarias del fluido.
Fluidos en la medicina:
Los fluidos corporales son aquellas sustancias que pueden fluir o que se producen en el interior de los seres vivos, ya pueden ser líquidos o gases, incluso los sólidos finamente pulverizados.
A continuación se mencionaran los fluidos que se encuentran en el cuerpo y ocupan para hacer análisis y encontrar enfermedades y los que previenen enfermedades:
Orina
Sangre
Saliva
Fluido newtoniano.
La idea de que la sangre es un fluido ideal es poco realista y es más razonable considerarla como un fluido newtoniano. Los fluidos newtonianos presentan una resistencia, que se opone al movimiento en su seno de alguna de sus partes y que se denomina viscosidad, cuyo valor es constante, independiente de la velocidad y propio de cada fluido.
Fluido no newtoniano.
La sangre no se comporta exactamente como un fluido newtoniano (uniforme y de viscosidad constante) sino como un fluido pseudoplástico de
manera que la viscosidad aumenta cuando disminuye la velocidad. Por otra parte la viscosidad depende del hematocrito (proporción de glóbulos rojos) aumentando cuando aumenta éste (policitemia) y también del calibre del vaso ya que las células tienden a acumularse en el eje axial de los vasos disminuyendo la viscosidad con el calibre de éstos.
Concepto de presión, manómetro. Unidades de presión
Presión:
Es cuando se ejerce una fuerza sobre un cuerpo deformable, los efectos que provoca dependen no sólo de su intensidad, sino también de cómo esté repartida sobre la superficie del cuerpo.
La presión es un concepto físico y está involucrado en un sin números de fenómenos que acontecen con la materia en cualquier de sus estados en que se conoce:
Sólida
Liquida
Gaseosa
Presión hidrostática:
es la parte de la presión debida al peso de un fluido en reposo. En un fluido en reposo la única presión existente es la presión hidrostática, en un fluido en movimiento además puede aparecer una presión Presión hidrostática (p) puede ser calculada a partir de la multiplicación de la gravedad (g), la densidad (d) del líquido y la profundidad (h).
FORMULA:
p = d x g x h
p... presión hidrostática del líquido
g ... aceleración gravitatoria
d ... densidad del líquido
h ... profundidad
Ejemplo: al sumergir un vaso boca abajo en el agua lo sumerges con todo y el aire que contiene desde que está afuera, puesto que el aire siempre es empujado hacia arriba por ser menos denso que el agua, al encontrarse con las paredes del vaso y una fuerza introduciendo el vaso, no le queda más que mantenerse en el vaso, por lo tanto el agua no puede entrar al espacio que está siendo ocupado por el aire.
Aplicación Médica
Unidades de presión:
Las principales unidades son:
Pascal (Pa) – En el sistema internacional la unidad es el pascal y equivale a newton sobre metro cuadrado.
Atmósfera (atm) –la atmosfera se define como 101.325 Pa y equivale a 760 mm de mercurio 0.14.70 lbf/pulg2 (denominada psi).
Milímetro de mercurio (mmHg) – Es la unidad de presión más antigua que se conoce y mide la altura que alcanza una columna de mercurio en el interior de un tubo de cristal cuando varía la presión atmosférica.
Manómetro:
El manómetro es un instrumento que se emplea para la medición de la presión en los fluidos y que generalmente procede determinando la diferencia que hay entre la presión del fluido y la presión local.
Aplicación Física
Aplicación Médica
Efectos de la gravedad sobre fluidos
Desplazamiento de líquidos hacia la parte superior del cuerpo. Los líquidos se desplazan hacia el tórax y la cabeza originando hinchazón y con sensación de pulsaciones en el cuello, obstrucción nasal y
adelgazamiento de las extremidades inferiores y de la cintura. Este efecto provoca intolerancia ortostática al regresar a la Tierra, es decir, dificultad para estar de pie.
El problema se alivia bebiendo un litro de solución salina antes de regresar a condiciones de gravedad normal. Descondicionamiento cardiovascular y pérdida de glóbulos rojos. El corazón reduce su trabajo debido a la reducción de líquidos en el cuerpo que es de aproximadamente 10%. Así mismo disminuyen los glóbulos rojos por causas aún no comprendidas. Este efecto no afecta en la práctica a los astronautas y desaparece luego de varias semanas en la Tierra.
Cuando una persona viaja al espacio se da cuenta de estos síntomas:
Redistribución de los fluidos corporales. Se desplazan de las extremidades inferiores a la cabeza.
Pérdida de fluidos por el incremento de fluidos en la zona del cerebro, la actividad de los sistemas excretores aumenta. Baja el volumen de sangre y los niveles de calcio. Los huesos se desmineralizan.
Cambios cardiovasculares: La acumulación de líquido en el tórax altera el funcionamiento del corazón.
Hipercalcemia: La pérdida de fluidos ocasiona el aumento de los niveles de calcio en la sangre, con la posterior formación de cálculos renales.
Interferencia con tratamientos médicos: El cambio en la distribución de los fluidos altera la operación de los medicamentos. Las membranas de las células se vuelven más gruesas y menos permeables, lo que disminuye el efecto de los antibióticos.
Degradación de los sentidos del gusto y el olfato: La acumulación de fluidos en la cabeza atrofia la percepción sensorial, como cuando padece catarro.
Pérdida de peso: Se deriva de la inapetencia y la disminución de fluidos corporales.
Empuje
Todo cuerpo que se introduzca en un líquido experimenta un ‘’empuje’’ de abajo hacia arriba que es equivalente al peso del volumen del líquido desalojado.
Como la presión depende de la profundidad, sobre un cuerpo sumergido actúa mayor presión sobre la superficie de abajo que sobre la de arriba. El efecto neto es tener una fuerza que va hacia arriba llamada empuje.
Formula del empuje: E= p*g*v
Donde:
E= Empuje
P= peso del cuerpo
V= volumen del cuerpo
G= gravedad
Esta ley se denomina principio de Arquímedes, por el científico griego que la descubrió en el siglo III antes de nuestra era. Establece que cuando un objeto se sumerge total o parcialmente en un líquido, éste experimenta un empuje hacia arriba igual al peso del líquido desalojado. La mayoría de las veces se aplica al comportamiento de los objetos en agua, y explica por qué los objetos flotan y se hunden y por qué parecen ser más ligeros en este medio.
El concepto clave de este principio es el `empuje', que es la fuerza que actúa hacia arriba reduciendo el peso aparente del objeto cuando éste se encuentra en el agua
Principio de Arquímedes
Un objeto flota si su densidad media es menor que la densidad del agua. Si éste se sumerge por completo, el peso del agua que desplaza es mayor que su propio peso, y el objeto es impulsado hacia arriba y hacia fuera del agua hasta que el peso del agua desplazada por la parte sumergida sea exactamente igual al peso del objeto flotante.
Tensión Superficial
En física se denomina tensión superficial de un líquido a la cantidad de energía necesaria para aumentar su superficie por unidad de área. Esta definición implica que el líquido tiene una resistencia para aumentar su superficie.

Características viscosas en los fluidos
La viscosidad es la oposición de un fluido a las deformaciones tangenciales, es debida a las fuerzas de cohesión moleculares. Todos los fluidos conocidos presentan algo de viscosidad, siendo el modelo de viscosidad nula una aproximación bastante buena para ciertas aplicaciones. Un fluido que no tiene viscosidad se llama fluido ideal.
La viscosidad sólo se manifiesta en líquidos en movimiento, se ha definido la viscosidad como la relación existente entre el esfuerzo cortante y el gradiente de velocidad. Esta viscosidad recibe el nombre de viscosidad absoluta o viscosidad dinámica. Generalmente se representa por la letra griega .
El flujo laminar y turbulento
Las descripciones que se han hecho del flujo sanguíneo como resultado de la presión que se aplica y la resistencia que se opone y del flujo viscoso como el deslizamiento, una con respecto a otra, de capas de líquidos, etc. Son enteramente válidas siempre que se trata de flujos laminares. Supongamos un tubo por el que fluye un líquido y donde marcamos un cierto punto a y otro b en la masa liquida, estando b "corriente abajo" con respecto al punto a. Imaginemos ahora que una partícula pasa por a y luego por b. Si el flujo es laminar, podremos afirmar que cualquier otra partícula que, en un momento dado, pase por a deberá pasar por b. Entre ambos puntos hay una vena liquida, el flujo es ordenado y toda la energía de la diferencia de presión se usa en propulsar el líquido en la dirección pa - pb. El flujo laminar tiene otra característica: es silencioso.
FLUJO LAMINAR
Las partículas se desplazan siguiendo trayectorias paralelas, formando así en conjunto capas o láminas de ahí su nombre, el fluido se mueve sin que haya mezcla significativa de partículas de fluido vecinas. Este flujo se rige por la ley que relaciona la tensión cortante con la velocidad de deformación angular
Flujo de sangre laminar en los vasos.
Cuando el flujo sanguíneo se mantiene en equilibrio a través de un vaso sanguíneo largo y liso, el flujo se produce de forma aerodinámica, manteniéndose cada capa de sangre a la misma distancia de la pared del vaso.
Características Viscosas en los Fluidos:
La viscosidad es la resistencia a fluir.
La fluidez aumenta con la temperatura alta y la viscosidad disminuye.
La fluidez disminuye con la temperatura baja y la viscosidad aumenta.
Variación de la viscosidad con la Presión.
Aplicación Médica
Viscosidad en la sangre
Además, la porción de sangre más central se mantiene en el centro del vaso. Este tipo de flujo se conoce como flujo laminar o flujo aero­dinámico y es el contrario del flujo turbulento, que es el flujo sanguíneo que transcurre en todas las direcciones del vaso y se mezcla continuamente en su interior, como veremos más adelante.
Ley de Poiseuille. Hemodinámica
La ley de Poiseuille (también conocida como ley de Hagen-Poiseuille después de los experimentos llevados a cabo por Gotthilf Heinrich Ludwig Hagen (1797-1884) en 1839) es la 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 1846 por Jean Louis Marie Poiseuille (1797-1869).
FLUJO TURBULENTO
Fórmula:
F o C = π * (P1 – P2) * R.**4
8 * η * L

Donde:
R= Radio del conductor
η= viscosidad del material
L= longitud que se es midiendo
El flujo turbulento es más comúnmente desarrollado debido a que la naturaleza tiene tendencia hacia el desorden y esto en términos de flujos significa tendencia hacia la turbulencia. Este tipo de flujo se caracteriza por trayectorias circulares erráticas, semejantes a remolinos. El flujo turbulento ocurre cuando las velocidades de flujo son generalmente muy altas o en fluidos en los que las fuerzas viscosas son muy pequeñas.
Reynolds demostró que en un sistema tubular por el que fluye un líquido se puede definir una variable adimensional (N):
V = velocidad media del líquido
R = radio del tubo cilíndrico
D = densidad
n = viscosidad
N mayor a 1000, el régimen del líquido se hace turbulento, valor conocido como “número o constante de Reynolds”.

Cuando la v de cierto líquido en un tubo de cierto radio, hace que N sea igual a 1000 será la velocidad crítica del sistema.
Hemodinámica
Es la parte de la fisiología que aplica las leyes de la hidrostática y la hidrodinámica en el estudio y compresión de cómo se lleva a cabo la circulación de la sangre en el aparato cardiovascular.
Participantes en la Circulación Sanguínea
Arterias
Capilares
Venas
Corazón
Circulación mayor o circulación somática o sistémica

Circulación menor o circulación pulmonar o central
Tipos de turbulencia:
Las presiones aplicadas al sistema cardiovascular
El sistema cardiovascular está formado por el corazón, que actúa como una bomba que impulsa la sangre para que circule por todo el organismo, y los vasos sanguíneos que son los encargados de transportar la sangre y distribuirla por todos los tejidos. De esta manera el sistema cardiovascular queda constituido por dos subsistemas: el sistema cardíaco y el sistema vascular
* Turbulencia de pared: generada por efectos viscosos debida a la existencia de paredes.
* Turbulencia libre: producida en la ausencia de pared y generada por el movimiento de capas de fluido a diferentes velocidades.

Número de Reynolds
Pasos a través de un circuito completo en el sistema cardiovascular:

1. Llenado de ventrículo izquierdo con sangre oxigenada. La sangre es oxigena en los pulmones y retorna a la aurícula izquierda a través de la vena pulmonar. Después esta sangre fluye desde la aurícula al ventrículo izquierdo a través de la válvula mitral.

2. Del ventrículo izquierdo la sangre es expulsada hacia al interior de la aorta. La sangre abandona el ventrículo izquierdo a través de la válvula aortica localizada entre el ventrículo izquierdo y la aorta. Cuando el ventrículo izquierdo se contrae, la presión dentro del ventrículo aumenta y provoca la abertura de la válvula aortica y la expulsión con fuerza de la sangre hacia el interior de la aorta. Después la sangre fluye a través del sistema arterial impulsada por la presión generada por la contracción del ventrículo izquierdo.

3. El gasto cardiaco se distribuye entre diferentes órganos. El gasto cardiaco total del epicardio izquierdo se distribuye en los órganos del cuerpo por medio de grupos de arterias paralelas. Así, se proporciona de manera simultánea 15% del gasto cardiaco al cerebro a través de las arterias cerebrales, 5% se entrega al corazón por medio de las arterias coronarias, 25% llega a los riñones por las arterias renales. Con esto se deduce que el flujo sanguíneo sistemático debe ser igual al gasto cardiaco.

4. El flujo sanguíneo de los órganos se recolecta en las venas. La sangre que abandona los órganos es sangre venosa y contiene productos de desecho del metabolismo, como dióxido de carbono (CO2). Esta sangre venosa mixta se recolecta en las venas de diámetro cada vez más amplio y por último en la vena mayor, la vena cava. Esta lleva la sangre al epicardio derecho.

5. Retorno venoso a la aurícula derecha. Puesto que la presión en la vena cava es mayor que la de la aurícula, esta última se llena de sangre (retorno venoso). Es el estado estacionario, el retorno venoso a la aurícula derecha es igual al gasto cardiaco del ventrículo izquierdo.

6. La sangre venosa mezclada llena el ventrículo derecho. Sangre venosa mezclada fluye desde la aurícula derecha hacia el ventrículo derecho a través de la válvula tricúspide en el epicardio derecho.

7. La sangre es expulsada desde el ventrículo derecho a la arteria pulmonar. Cuando el ventrículo derecho se contrae, la sangre es expulsada a través de las válvulas pulmonares hacia el interior de la arteria pulmonar que lleva sangre a los pulmones. En el lecho capilar de los pulmones se añade oxigeno (O2) a la sangre procedente del gas alveolar y se elimina el CO2 de la sangre que se añade al gas alveolar. Así, la sangre que abandona los pulmones contiene más O2 y menos CO2.
8. La sangre de los pulmones retorna al corazón a través de las venas pulmonares. La sangre oxigenada regresa a la aurícula izquierda a través de la vena pulmonar para un nuevo ciclo.

El régimen de flujo depende de tres parámetros físicos que describen las condiciones del flujo. El primer parámetro es una escala de longitud del campo de flujo, como el espesor de una capa límite o el diámetro de una tubería.
Si dicha escala de longitud es lo bastantemente grande, una perturbación del flujo podría aumentar y el flujo podría volverse turbulento. El segundo parámetro es una escala de velocidad tal como un promedio espacial de la velocidad; si la velocidad es lo bastante grande el flujo podría ser turbulento. El tercer parámetro es la viscosidad cinemática; si la viscosidad es lo bastante pequeña, el flujo puede ser turbulento.

Estos tres parámetros se combinan en un solo parámetro conocido como el número de Reynolds (R), con el cual se puede predecir el régimen de flujo, si R > 4000 el flujo será turbulento.

Se presentan tres subcapas:
Subcapa viscosa:
el movimiento es primariamente viscoso, aunque no es estrictamente laminar y la velocidad varía linealmente. Esta subcapa es muy difícil de observar bajo condiciones experimentales. Sin embargo su importancia es decisiva para la determinación de las fuerzas de arrastre.
Capa de transición:
el flujo es turbulento, pero la viscosidad todavía ejerce su influencia.
Zona de turbulencia:
se aplica la teoría de longitud de mezcla de Prandtl, asumiendo que el flujo turbulento en una tubería está fuertemente influenciado por el fenómeno del flujo cercano a la pared.
Factor de fricción para tubos lisos:
donde los efectos de viscosidad predominan y el factor de fricción depende únicamente del número de Reynolds.


Tubos lisos:
El flujo de líquidos. Enunciados del Teorema de Bernoulli
¿Quién fue Bernoulli?
Daniel Bernoulli perteneció a una extensa familia de matemáticos de Suiza y demostró que cuando la velocidad de un fluido aumenta, la presión disminuye. Sus trabajos fueron fundamentales es el análisis de las cuerdas vibrantes, las mareas y la teoría cinética de los gases. Nació en Groningen (Suiza) en 1700 y murió en Basilea en 1782.
El teorema de Bernoulli
El principio de Bernoulli, también denominado ecuación de Bernoulli o Trinomio de Bernoulli o dinámica de Fluidos es una de las leyes básicas de la hidrodinámica, pero cuya aplicación al sistema circulatorio del hombre no siempre es simple.

“En un fluido ideal (sin viscosidad ni rozamiento entre las capas) moviéndose en circulación cerrada, la energía total permanece constante”.
La energía de un fluido en cualquier momento consta de tres componentes:

1. Cinético: es la energía debida a la velocidad que posea el fluido.

2. Potencial gravitacional: es la energía debido a la altitud que un fluido posea.

3. Energía de flujo: es la energía que un fluido contiene debido a la presión que posee. La siguiente ecuación conocida como "Ecuación de Bernoulli" (Trinomio de Bernoulli) consta de estos mismos términos.
Se presentan dos casos, según que el tamaño de la rugosidad sea o no mayor que el espesor de las subcapas viscosas y de transición.
Factor de fricción para tubos rugosos:
Si el tamaño de la rugosidad es mayor que el espesor de las subcapas viscosas y de transición: la viscosidad no tendrá ningún efecto apreciable sobre el factor de fricción, y este solo dependerá de la rugosidad relativa.
Si el tamaño de la rugosidad es menor que el espesor de las subcapas viscosas y de transición: se presenta el régimen de transición entre el movimiento turbulento liso y turbulento rugoso, donde el factor de fricción depende del número de Reynolds y de la rugosidad relativa.
Tubos rugosos:
V = velocidad del fluido en la sección considerada.
g = aceleración gravitatoria
z = altura en la dirección de la gravedad desde una cota de referencia.
P = presión a lo largo de la línea de corriente.
ρ = densidad del fluido.
Ejemplo
¿Se puede aplicar estas ecuaciones a un aneurisma arterial?
Un ejemplo de la aplicabilidad del teorema de Bernoulli es el mecanismo de formación de un aneurisma. Por alguna razón patológica, un segmento arterial, generalmente de la aorta abdominal, comienza a dilatarse. El caudal es el mismo en la aorta y en el aneurisma (Q1= Q2), pero la velocidad es menor en el aneurisma y la presión hidrostática P aumenta, lo que lleva al aneurisma a dilatarse aún más, lo que hace que la velocidad disminuya aún más… Es un círculo vicioso que, si no se corrige, puede provocar la ruptura de la arteria.
El flujo de la sangre en el sistema circulatorio.
El flujo de la sangre en el sistema circulatorio.
Bernoulli en el sistema circulatorio
¿Cómo aplicar este teorema al sistema circulatorio del hombre? Lo fundamental es usarlo solamente para comparar presiones y velocidad en segmentos del mismo caudal. Se puede usar Bernoulli para saber que en un segmento estrechado de la aorta:

a) La velocidad es mayor que en el segmento normal.
b) La presión P contra la pared es menor.
c) La presión cinemática Pc es mayor.
No se puede usar Bernoulli para comparar presiones entre la ilíaca izquierda, por ejemplo, y la aorta, simplemente porque el caudal no es el mismo. Si bien la velocidad en los capilares es baja, el caudal de un capilar es millones de veces menor que el caudal de la aorta, la presión capilar es 25-30 mm Hg y nunca puede ser mayor a la aórtica. Hablar de ecuación de continuidad y conservación de la energía entre la aorta y un capilar carece de sentido.
De lo estudiado anteriormente hemos concluido que fluidos hemodinámica es muy importante Para el estudio de los fluidos es indispensable referirnos a la mecánica de fluidos que es la ciencia que estudia los movimientos de los fluidos y una rama de la mecánica de medios continuos. También estudia las interacciones entre el fluido y el contorno que lo limita.
En medicina es muy importante en el sistema circulatorio donde identificamos el torrente sanguíneo en una vena y en una arteria como fluye la sangre y también como poder identificar cuando perforamos una vena o una arteria.
Conclusión
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