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Mecánica de fluidos
Respiración externa y
circulación sanguínea
Cátedra de Biofísica
Facultad de Odontología
Universidad de Buenos Aires
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
O2
CO2
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.
Sistema respiratorio: anatomía
Organos de la cavidad torácica
Bronquiolo y alvéolos
Sistema circulatorio: anatomía
1. Organo 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
El corazón
Circulación arterial y venosa
Estructura de arterias y arteriolas
¡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 de un gas
Fuerza ejercida por el choque de las moléculas
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 presión
parcial, que es la que ejercería ese gas si sólo él
ocupara todo el volumen.
Ptotal = p1 + p2 + .......... + pn
(Ley de Dalton)
La presión parcial es proporcional a la fracción molar (xi)
del gas en la mezcla
xi = ni / n1 + n2 +....+nn
pi = xi . Ptotal
Presión atmosférica
P atm
760 mm
mercurio
P = .h
La atmósfera (capa
gaseosa que rodea a la
tierra) ejerce una fuerza
(su peso) sobre la
superficie terrestre.
A nivel del mar la presión
es de 760 mm de
mercurio, y disminuye
con la altura.
Presiones parciales de los
gases atmosféricos (en mmHg)
Aire seco
Aire saturado con vapor
de H2O a 37°C
O2
160
149
CO2
0.3
0.3
N2 y otros
600
564
H2O
47
Presión, volumen, temperatura
A temperatura constante,
la presión que ejerce una
masa gaseosa es
inversamente
proporcional a su
volumen (ley de Boyle):
P.V = constante
Presión transmural (Ptr)
Es la diferencia entre la presión en la cavidad de un órgano (Pi) y la
exterior (Pe)
Ptr = Pi - Pe
Está relacionada con la tensión de la pared (T). Para mantener un
volumen constante, la retracción elástica debe ser contrarestada
por la presión transmural:
r
r
T=P. r
T
Ptr
T=P. r
2
T
Ptr
Presión transpulmonar y fuerzas
de retracción elástica
Mecánica respiratoria

Inspiración: ingreso de aire a los pulmones como
consecuencia de la expansión de la cavidad torácica por
contracción de los músculos inspiratorios (diafragma e
intercostales externos). Proceso activo.

Espiración: salida de aire de los pulmones como
consecuencia de la compresión de la cavidad torácica
por relajación de la musculatura inspiratoria y
retracción elástica de los pulmones. Proceso pasivo.
Volúmenes pulmonares
Ciclo respiratorio
Distensibilidad de los pulmones
y la caja torácica
V
P
= distensibilidad
o adaptabilidad
Es una medida estática
de la retracción
pulmonar y del tórax.
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 ( Pc = ½ . V2)
Trabajo del corazón
En cada contracción (sístole) el ventrículo izquierdo
introduce contra presión en la aorta unos 70 ml de
sangre y les entrega energía cinética:
W = P.V + ½ m. V2
Como la frecuencia cardíaca es de 70-80 latidos por
minuto, tenemos un caudal o flujo sanguíneo de  5
litros / minuto.
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
P2
P = P1 - P2
P
C=
R
Cuanto mayor es la resistencia (R),
mayor es la caída de presión (P).
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 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 glóbulos rojos)
las proteínas
la resistencia a la deformación de los glóbulos rojos.
Régimen laminar y turbulento
Re > 2000
Re < 2000
V..r
Número de Reynolds
Re =

Velocidad de la sangre
El 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.
Cambios de Presión y velocidad media
Resistencia al flujo de aire
P
R=
Diferencia de presión requerida para una
unidad de flujo aéreo
F
La resistencia se debe a:
•viscosidad del aire y su rozamiento con las vías aéreas
•fuerzas de fricción que se oponen al movimiento de los
tejidos pulmonares y de la pared torácica.
Velocidad del aire en los pulmones
Como ocurre con los vasos sanguíneos, el
sistema respiratorio se ramifica y va
aumentando progresivamente la sección
transversal total: es de 70 m2 a nivel de los
alvéolos.
La baja velocidad del aire a este nivel favorece
el intercambio de O2 y CO2 con la sangre.
Intercambio gaseoso en el pulmón
Los gases difunden desde
donde tienen mayor presión
parcial hacia donde la
presión parcial es menor: el
O2 contínuamente difunde
desde el aire alveolar hacia
la sangre y el CO2
contínuamente difunde
hacia los alvéolos desde la
sangre.
Intercambio de moléculas a través de los
capilares sanguíneos
En detalle
Integrando