Fundamentos de Física y su Aplicación en la Fisiología Cardiovascular

La presión sanguínea

La presión sanguínea se define como la fuerza que ejerce la sangre por unidad de superficie de la pared del vaso que la contiene.

• P = F/A [N/m² = Pa]
• 1 atm = 101325 Pa = 760 mmHg = 1033,6 cm de agua

• p₂ – p₁ = δ g (y₂ – y₁)

Sangre como fluido viscoso

• Los fluidos que oponen resistencia a su desplazamiento se denominan fluidos reales o viscosos.

• Se define el índice de viscosidad como una medida de la cantidad de resistencia que ofrece un fluido al desplazarse por un conducto.

• η [Pa s], poise. η agua = 1,005x10^-3 Pa s. η sangre = 3,015x10^-3 Pa s

Ley de Poiseuille

Fue enunciada por Jean Louis Marie Poiseuille, Médico y Fisiólogo Francés.

Q = Δp / R

R = Resistencia hidrodinámica del conducto [Pa s / Litro]

R = 8ηL/(πr⁴)

Cambios pequeños en el diámetro de un vaso modifican en gran cantidad su resistencia.

Fluidos en régimen turbulento

Una de las principales características que diferencian el régimen laminar del turbulento es que el laminar es silencioso y el turbulento es ruidoso, lo cual nos permite medir las presiones máximas y mínimas (sistólica y diastólica).

Factores físicos que influyen en la variación de presión en el sistema circulatorio

• Volumen de la sangre

• Variaciones en el radio de los vasos sanguíneos

• Fuerza de la gravedad (paciente en posición horizontal o vertical)

• Horizontal
  • P_{salida-corazón} = 100 mmHg
  • P_pies = 65 mmHg
• Vertical
  • P_pies mayor P_{salida-corazón}

• Viscosidad de la sangre (la resistencia hemodinámica aumenta con la viscosidad de la sangre)

Ley de Laplace

• Δp = T / r

• Vaso de menor radio requerirá una menor tensión para mantenerlo estable.

Presión interior, la existencia de una fuerza por unidad de superficie que empuja el vaso desde su interior hacia afuera. Presión que los tejidos circundantes ejercen sobre el vaso y que es menor a la presión interior.

• Tensión de la pared del vaso

Descripción dinámica del sistema circulatorio

Ley de Poiseuille

Energía con que la sangre entra a la aorta se pierde por rozamiento.

• P_venosa menor P_arterial

• Resistencia hemodinámica o resistencia periférica total (resistencia del sistema circulatorio)

• RPT = (P_{arteria-aorta} – P_vena-cava) / VM
• Paciente posición supino (horizontal)
  • P_{salida-corazón} = 100 mmHg
  • P_{entrada-corazón} = 2 mmHg
  • VM = 5
  • RPT = 19,6 mmHg min / L

Energía

Es una magnitud física abstracta, ligada al estado dinámico de un sistema y que permanece invariable en el tiempo en los sistemas aislados. La energía no es un ente físico real sino sólo un número escalar que se le asigna al estado del sistema físico.

Trabajo

Se dice que una fuerza realiza trabajo cuando altera el estado de movimiento de un cuerpo. El trabajo de la fuerza sobre ese cuerpo será equivalente a la energía necesaria para desplazarlo de manera acelerada.

• El trabajo es una magnitud escalar

Potencia

Es la cantidad de trabajo efectuado por unidad de tiempo.

• Unidad: Watt

Energía potencial gravitatoria

Es aquella energía que posee o almacena todo cuerpo que se encuentra a una determinada altura, respecto de un nivel de referencia.

Energía cinética

Está definida como el trabajo necesario para acelerar un cuerpo de una masa dada desde su posición de equilibrio hasta una velocidad dada.

Conservación de energía

Si las fuerzas que actúan sobre un cuerpo son conservativas, la energía mecánica total inicial (energía cinética más energía potencial) es igual a la energía mecánica total final, esta relación representa el Teorema de conservación de la energía mecánica.

Una fuerza conservativa es cuando el trabajo hecho por ella sobre una partícula que se mueve entre dos puntos A y B depende solamente de esos puntos y no de la trayectoria seguida, por ejemplo, el peso y la fuerza elástica son fuerzas conservativas.