Biofísica da Hemodinâmica - Fluidos, Viscosidade e Tensão Superficial

BIOHIDRO PROF LUIS EDUARDO MAGGI BIOFÍSICA 1 Introdução Hemodinâmica Cardíaca Venosa Arterial Dinâmica capilar Arteríola Capilar Vênula Fluidos Conceito Grandezas Densidade Viscosidade Tensão Superficial Pressão P Fluidos P Atmosférica P Sanguínea Fluxo Laminar Turbilhonar 2 Biohidro Conceito Importância Fluidos Não tem forma definida líquidos e gases BioHidrostática BioHidrodinâmica A DENSIDADE 3 m kg V m 3 3 3 3 103 135 055103 1 103 01 31 m kg Hg m kg sangue m kg agua m kg ar 5 B VISCOSIDADE Resistência interna de um fluído É a força que deve ser feita durante certo tempo para se deslocar uma área unitária de um fluído Heneine p 7 É o atrito entre duas folhas imaginárias no líquido que se escoa 6 ms kg 2 m Ns A Δ ou F t 7 B VISCOSIDADE Circulação sanguínea diabetes Lubrificação das articulações Medicamentos Fluido Temperatura C η N sm² Glicerina 20 149 Sangue 37 4 x 10³ Mercúrio 20 155 x 10³ Plasma do sangue 37 15 x 10³ Etanol 20 120 x 10³ Acetona 25 316 x 10⁴ Vapor de água 100 125 x 10⁵ Hélio 20 194 x 10⁵ Óleo de máquina leve 16 0113 38 34 x 10² Água 0 179 x 10³ 20 100 x 10³ 37 691 x 10⁴ 100 282 x 10⁵ Ar 0 171 x 10⁵ 18 183 x 10⁵ 40 190 x 10⁵ B VISCOSIDADE 9 Viscosímetro capilar C TENSÃO SUPERFICIAL Tensión superficial La interacción de las partículas en la superficie del agua hace que esta se presente como una verdadera cama elastica Incluso soporta el peso de un insecto pequeño Este efecto se llama tensión superficial LAS FUERZAS UNEN LAS MOLÉCULAS DEL AGUA EN EL SENO DEL LÍQUIDO CADA MOLÉCULA ESTÁ RODEADA POR OTRAS Y AS FUERZAS SE COMPENSAN C TENSÃO SUPERFICIAL A tensão superficial também é uma medida do trabalho necessário por unidade de área para aumentar a superfície do líquido No SI a quantidade γ tem unidades de Jm² ou Nm Figura 1417 Fotografia tomada no momento da retirada de um anel metálico imerso num líquido mostrando a formação de uma película aderente que tende a puxar o anel de volta para o interior do líquido Folheto de divulgação da firma KRÜSS Figura 1418 Método para medir a força de tensão superficial de uma película líquida A haste H é móvel A película de fluido puxa a haste com uma força T A força equilibrante F é uma medida da tensão superficial C TENSÃO SUPERFICIAL Substância Éter Clorofórmio Benzina Óleo de oliva Água Mercúrio γ 10³ Nm 17 27 29 32 73 465 γs F L C TENSÃO SUPERFICIAL 13 Biofisica básica I Heneine p 76 TS agua 71 103 Nm TS surfactante 3 a 15 103 Nm fosfolipídio dipalmitoil lecitina Doença da membrana hialina do recém nascido Baixa do surfactante edema pulmonar acidose afogamento atelectasia D PRESSÃO 2 m N A Δ F P 5 kg 5 kg V m Ah V 14 h A D1 pressão atmosférica 2 100000 760 1 Pa N m mmHg atm patm 16 POR QUE SANGRAMOS QUANDO NOS CORTAMOS 17 Tabela I Unidades de medidas de pressão HALLIDAY et al 1983 Multiplique no de Por Para obter Atm Bar mmH2O lbpol2 psi mmHg Torr Nm2 Pascal Atm 1 987 x 101 968 x 105 0068 132 x 103 987 x 106 Bar 101 1 981 x 105 689 x 102 133 x 103 105 mmH2O 103 x 104 102 x 104 1 703 x 102 1359 102 x 101 lbpol2 Psi 1470 1450 142 x 103 1 193 x 102 145 x 104 mmHg Torr 760 75006 736 x 102 5172 1 750 x 103 Nm2 Pa 101 x 105 105 980 689 x 103 133 x 102 1 D2 Pressão Sanguínea Conceito Pressão Sanguínea é a força que o sangue exerce nas paredes dos vasos sanguíneos de forma variável de acordo com as contrações e relaxamento do coração 18 Pressão no Sistema Circulatório Pressão Cardíaca Atrial Ventricular Arterial Venosa Physiology Guyton 11ed 19 D2 Pressão Sanguínea 20 PRESSÃO SANGÚINEA Atmosférica Hídrica Coração Pressão Sanguínea pressão hidrostática no corpo humano Okuno E et al Fisica para ciências biológicas e biomédicas 1 cmHg 136 cmH2O 21 Pressão normal em diferentes pontos da circulação Physiology Guyton 11ed 22 Variação da Pressão Sanguínea de acordo com o diâmetro e tipo de vaso 23 Medida da Pressão Sanguínea Arterial Alta mmHg ou cmHg Direta Invasiva Indireta não invasiva Venosa Baixa cmH2O 24 Medida da Pressão Arterial Invasiva Direta Mecânicos De mercúrio Aneróide Eletrônicos Resistivos Capacitivos Indutivos NãoInvasiva Indireta Mecânicos De mercúrio Aneróide Eletrônicos Oscilométrico Acústico Fotopletismográfico 25 Medida da PA Invasivamente transdutor 26 Medidores Diretos Invasivos Como vantagens dos MPS direta 1 Apresentação de um sinal contínuo no tempo promovendo um número maior de informações 2 Medidas mais precisas 3 Podem ser utilizados juntamente com outros sensores para obter outros parâmetros Como desvantagens 1 Técnica de difícil aplicação 2 Geralmente requerem um meio líquido de interface riscos ao paciente 3 Aumenta os riscos de infecções 27 Medidores de PA Indiretos Medida da PA Indireta Esfigmomanômetro Aneróide Vantagens 1 leves e mais baratos 2 mais portátil que o esfigmomanômetro de mercúrio 3 aferição funciona em qualquer posição 4 alguns modelos são de fácil leitura 5 existem certas bainhas que podem ser colocadas com uma só mão 6 pino de aferição para identificar a necessidade de ajuste Desvantagens 1 Delicado de mecanismo mais complicado 2 deve ser calibrado ao menos uma vez por ano 3 bulbo pode ser difícil de ser comprimido 4 pode não trabalhar muito bem com indivíduos que têm a audição comprometida 30 Tabela de PA httpwwwmedicinanetcombrconteudosrevisoes1430diagnosticoeclassificacaodahipertensaoarterialsistemicahtm 31 FLUXO E ESCOAMENTO FLUIDO IDEAL Incompressível Sem resistência Escoamento permanente FLUIDO REAL Compressível Com resistência Escoamento variável 32 REGIME ESTACIONÁRIO Dê exemplos de quebra do regime estacionário no corpo humano Fluxo x Velocidade v ΔxΔt ms Q ΔVΔt m3s ou 1s Q ΔVΔt AΔxΔt Q Av FLUXO OU VAZÃO v QA 10 mLsec Area A 1 cm² 10 cm² 100 cm² Flow Q 10 mLsec 10 mLsec 10 mLsec Velocity v 10 cmsec 1 cmsec 01 cmsec Elsevier Costanzo Physiology 3E wwwstudentconsultcom FLUXO SANGUÍNEO x ÁREA TOTAL Heneine Biofísica Básica p 247 a Aorta Capilares v Cava Área total 3 cm2 2200 cm2 45 cm2 Velocidade 28 cms 004 cms 19 cms Fluxo 85 mls 85 mls 85 mls 35 TEOREMA DE BERNOULLI Fluido Ideal incompressível Escoamento permanente Regime estacionário Energia se conserva 36 Tubo de Venturi 37 x1 v1 A1 A2 x2 v2 P2 P1 P1 100 1 v1 1 v2 10 P2 FLUXO REAL Ed Energ Dissipada atrito Ep Energ Potencial pressão Ec Energ Cinética velocidade Eg Energ Gravitacional altura 38 Ec Ed Eg Ep Ec Ed Ep Eg Ec Ed Ep Eg Energia do Fluxo x Pressão Lateral ET Ep Ec Ed cte 39 Ec Ed Ep Ec Ec Ed Ed Entra 50 ml Sai 50 ml FLUXO REAL FLUXO LAMINAR 2 2 4 1 r R x P v r Leis de Poiseulle 2 4 1 max 0 x R P v v 4 2 2 8 1 8 1 2 max R x P R R x P A v Q 40 R P1 A P2 P3 r3 r2 r1 0 min R v v Como ficaria o fluxo de um indivíduo A com anemia profunda e em um individuo B com desidratação grave FLUXO REAL F Laminar F Turbulento NR número de Reynolds ρ densidade do sangue d diâmetro do vaso v velocidade do fluxo η viscosidade do sangue NR 2000 fluxo turbulento 42 Número de Reynolds 4 8 1 R x P Q DINÂMICA CAPILAR VASOMOTILIDADE Figura 161 Estrutura do leito capilar mesentérico Redesenhado de Zweifach BW Factors Regulating Blood Pressure New York Josiah Macy Jr Foundation 1950 DINÂMCIA CAPILAR Pressão em um capilar P Hidrica inicio 30 mmHg final 10 mmHg P Osmótica Inicio 22 mmHg Final 22 mmHg 44 SINTESE E CONCLUSÃO Pressão P Fluidos P Atmosférica P Sanguínea Fluxo Laminar Turbilhonar 45 Referências Bibliográficas GARCIA E A C Biofísica São Paulo Ed Sarvier 1998 HENEINE I F Biofísica Básica São Paulo Atheneu 2002 OKUNO E et al Física para Ciências Biológicas e Biomédicas São Paulo HARBRA 1982 DURAN J E R Biofísica Fundamentos e Aplicações São Paulo Pearson Prentice Hall 2006 ARTHUR C GYTON M D Fisiologia Humana Rio de Janeiro Ed Guanabara 11aed 2006 46