Biohidrologia 2019: Conceitos, Propriedades, Pressão e Fluxo

1 II BIOHIDROLOGIA 2019 SUMÁRIO 1 Conceito 2 2 Propriedades 2 21 Densidade 2 22 Viscosidade 3 23 Tensão Superficial 4 3 Pressão 5 31 Prensa Hidráulica 6 32 Unidades de Pressão 6 33 Pressão Atmosférica 7 34 Pressão Hídrica da água sobre mergulhadores 8 35 Medidores de Pressão 8 36 Pressão Sanguínea 8 37 Medidores de Pressão Sanguínea 9 371 Esfigmomanômetro de mercúrio 9 372 Esfigmomanômetro aneróide 10 373 Medidores do tipo eletrônicosdigitais 12 4 Fluxo 14 41 Introdução 14 42 Teorema de Bernoulli 15 43 Lei de Poiseulle 16 44 Número de Reynolds 17 441 Escoamento Laminar 17 442 Escoamento Turbilhonar 17 2 1 Conceito Definise Biohidrologia como a parte da biofísica que estuda os fluídos em condições estáticas hidroestática e em movimento hidrodinâmica Para a saúde de uma forma geral tanto a hidroestática como hidrodinâmica são de grande importância pois o corpo humano estático na água serve como hidroterapia uma vez que a força do empuxo reduz a ação da gravidade o que pode ser útil em terapias para pacientes com torções processos inflamatórios em articulações e atletas Os próprios fluídos do corpo mesmo não estando exatamente estático pode ser estudado como tal em certas condições facilitando a compreensão de fenômenos biológicos A hidrodinâmica está presente na função respiratória o estudo de fluxo sanguíneo e outros fluídos Para se entender melhor biohidro é necessário saber alguns conceitos Por exemplo fluídos que são substâncias que não possuem forma definida eles adquirem o formato do recipiente onde se encontram Esse termo abrange tanto líquidos como gases No corpo humano podemos citar como exemplos de fluídos ar que respiramos sangue linfa líquor líquido amniótico líquido sinovial etc 2 Propriedades Para entender melhor a física que age sobre os fluídos é bom lembrar algumas propriedades destes 21 Densidade A densidade também massa volumétrica de um corpo definese como o quociente entre a massa e o volume desse corpo Desta forma podese dizer que a densidade mede o grau de concentração de massa em determinado volume O símbolo para a densidade é ρ a letra grega ró e a unidade SI é quilograma por metro cúbico kgm³ 3 m kg V m Ex Encontre a densidade de a Gordura b Músculo c Osso A B 3 22 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 ms kg 2 m Ns A Δ ou F t Aplicações Circulação sanguínea diabetes Lubrificação das articulações Medicamentos Ex O que acontece com a viscosidade do sangue nas seguintes condições a Diabetes elevada b Desidratação c Aumento da temperatura corporal 4 23 Tensão Superficial Tensão superficial é um efeito físico que ocorre na interface entre duas fases químicas Ela faz com que a camada superficial de um líquido venha a se comportar como uma membrana elástica Esta propriedade é causada pelas forças de coesão entre moléculas semelhantes cuja resultante vetorial é diferente na interface Enquanto as moléculas situadas no interior de um líquido são atraídas em todas as direções pelas moléculas vizinhas as moléculas da superfície do líquido sofrem apenas atrações laterais e internas Este desbalanço de forças de atração que faz a interface se comportar como uma película elástica como um látex Por causa da tensão superficial alguns objetos mais densos que o líquido podem flutuar na superfície caso estes se mantenham secos sobre a interface Este efeito permite por exemplo que alguns insetos caminhem sobre a superfície da água e que poeira fina não afunde A tensão superficial também é responsável pelo efeito de capilaridade formação de gotas e bolhas e imiscibilidade entre líquidos polares e apolares separação de óleo e água httpptwikipediaorgwikiTensC3A3osuperficial Ex Por que a tensão superficial entre o ar que respiramos e o sangue nos pulmões é baixa O que pode acontecer para mudar esta condição Líquido Temperatura em C Tensão superficial em dyncm Mercúrio 15 487 Éter etílico 20 17 Etanol 20 2227 Acetona 20 237 Ácido acético 20 276 Glicerina 20 63 Solução aquosa de cloreto de sódio 20 8255 Sacarose água 20 7645 Água 0 7564 Água 25 7197 Água 50 6791 Água 100 5885 5 3 Pressão Imagine dois corpos com formatos diferentes como na figura a seguir Qual desses objetos pesa mais O cone ou a esfera Naturalmente que seus pesos são iguais Entretanto se você colocar a esfera na mão direita e o cone na mão esquerda a mão esquerda sentirá mais a ação do cone do que a mão direita Por quê Se ambos têm a mesma quantidade de massa Isso se deve graças à pressão A mesma quantidade de matéria está distribuída na mão direita por uma área maior do que na mão esquerda Isso seria como você estar em pé sentado ou deitado A sua massa corporal é a mesma em qualquer uma dessas condições Entretanto quando se está em pé a superfície de contato entre você e o chão é apenas parte da área da planta do pé Já quando se encontra deitado a superfície de contato são área como parte da região occipital do crânio regiões escapulares glúteos e calcanhares Para sólidos a pressão pode ser definida como a quantidade de força que é exercida em uma área e é dada pela Equação 01 ou Pa F P m2 N A Δ O fluído contido em um recipiente exerce sobre uma secção perpendicular de área A uma força F Podese caracterizar essa força por meio de pressão hidrostática definida como A F P 5 kg 5 kg A h P 01 A B C 6 Sendo um líquido de densidade dentro de um recipiente de área A e tendo altura h podemos dizer que a pressão hidrostática que esse líquido exerce na base do recipiente é dada pela equação P FA Entretanto sabemos que m V variação da massa sobre variação do volume e que F é mg produto da massa pela aceleração da gravidade Então podemos concluir que g h A h g A A g m A F P Ex1 Sabendose que a densidade do mercúrio é de 136 gcm3 e que ao nível do mar este líquido fica suspenso 76 cm Qual a pressão que este exerce sobre sua base em Nm2 Adote g 98 ms2 31 Prensa Hidráulica A pressão aplicada a um fluido dentro de um recipiente fechado é transmitida sem variação a todas as partes do fluido bem como às paredes do recipiente Em um elevador hidráulico uma pequena força F1 aplicada a uma pequena área A1 de um pistão é transformada em uma grande força F2 aplicada em uma grande área A2 de outro pistão veja figura abaixo Se um carro está sobre um grande pistão ele pode ser levantado aplicandose uma força F1 relativamente pequena de modo que a razão entre a força peso do carro F2 e a força aplicada F1 seja igual à razão entre as áreas dos pistões 2 1 P P ou 2 2 1 1 A F A F Ex 2 Se o raio de A1 for de 40 cm e o raio de A2 for de 20 cm e a Força F1 for de 50 N qual será a intensidade da força F2 no pistão 32 Unidades de Pressão Em Unidades do Sistema Internacional onde F Variação da força total aplicada à um elemento de área A Elemento da área Essas unidades do Sistema Internacional SI no entanto nem sempre são utilizadas Por exemplo a calibração de pneus é expressa em lbpol2 psi ou a pressão atmosférica é dada em atm atmosfera Existem ainda as unidades dadas em função da altura de colunas de mercúrio ou água mmHg e mmH2O respectivamente Várias outras unidades de pressão podem ser usadas dependendo da região ou da intensidade deste fenômeno mas uma unidade pode ser Tabela I traz diversas unidades de pressão e como converter uma unidade em outra A pressão pode ser classificada em estática ou seja que não sofre alterações ao longo do tempo como por exemplo um bloco de concreto agindo sobre uma mesa e dinâmica que varia com o tempo no caso a pressão sanguínea que varia de acordo com as contrações produzidas pelo coração Existem ainda as pressões relativa e absoluta A pressão absoluta Pabs significa a pressão de um fluído sobre um valor referente de pressão no vácuo ou sobre o zero absoluto de pressão A Pressão relativa Prel representa o valor da pressão sobre o referente valor da pressão atmosférica p ex Figura 4 Ao nível do mar o valor da pressão atmosférica é de aproximadamente 760 mmHg ou 147 lbin2 psi Isso significa que se a Pressão relativa em um determinado recipiente é de 100 mmHg e este se encontra próximo ao nível do mar a pressão absoluta será de 860 mmHg A2 h A1 F2 F1 7 FIGURA 4 PRINCIPAIS TERMOS USADOS PARA CLASSIFICAR PRESSÃO 33 Pressão Atmosférica É a pressão que as moléculas dos gases que compõem a atmosfera terrestre faz no corpo humano Ao nível do mar essa pressão é de 1 atm 760 mmHg Na medida em que subimos uma montanha estes gases se tornam menos densos e a altura da coluna de gás que age sobre nosso corpo fica cada vez menor reduzindo o valor da pressão atmosférica A pressão atmosférica é a pressão que as moléculas de ar fazem sobre nosso corpo Quanto mais alto menor é a coluna de ar que age sobre o organismo menor é a pressão atmosférica Ao nível do mar essa coluna é relativamente grande e portanto maior a pressão atmosférica Sob a água do mar além da pressão atmosférica somase a pressão hídrica P atm P absoluta P rel 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 8 34 Pressão Hídrica da água sobre mergulhadores É a pressão que um líquido exerce em um corpo Quando estamos imersos na água esse líquido faz uma pressão no nosso corpo por todos os lados Quanto maior a profundidade maior será a pressão hídrica Ela é dada por P d g h onde d é a densidade do líquido g é a intensidade da gravidade e h é a altura da coluna de líquido que está sobre a superfície A cada 10 metros de profundidade a pressão do liquido do sobre o corpo aumenta 1 atm ou seja mais 760 mmHg Ex Calcule em mmHg qual a pressão sobre o corpo de um mergulhador que está a 100 m de profundidade Adote g 10 ms2 e densidade da água de 10 x 103 kgm3 Para os profissionais da saúde essa pressão sempre deverá ser levada em consideração tanto em estudos de hidroterapia como em estudos de edemas e outros 35 Medidores de Pressão Praticamente existem dois tipos de configurações para medir pressões estáticas e dinâmicas COBBOL 1974 Manômetros e Transdutores elásticos Manômetros são as mais simples configurações utilizadas para medir a pressão estática Um tubo em forma de U Figura 22 A contendo um líquido água mercúrio etc pode ser usado como manômetro A diferença da 9altura entre os níveis dos dois braços h indica a diferença de pressão P1 P2 e é dependente da densidade do líquido e da aceleração da gravidade g Equação 02 ρgh P P 2 1 02 Existem ainda os manômetros em forma de poço ou cisterna Figura 22 B que possuem apenas um braço de aferição e o outro é substituído por um reservatório do líquido com uma abertura para receber a pressão P1 A pressão age no reservatório promovendo uma elevação do líquido acima do nível de referência Os manômetros de mercúrio utilizados para medir pressão sanguínea são um exemplo deste tipo de manômetro DIFERENTES TIPOS DE MANÔMETROS A MANÔMETRO EM FORMA DE U B MANÔMETRO EM FORMA DE POÇO A maioria dos manômetros usa como referência a pressão atmosférica e dá como medida a pressão manométrica que é a diferença entre a pressão existente em certo compartimento e a pressão atmosférica do local Assim a pressão manométrica será positiva se a pressão existente for maior que a atmosférica e negativa se ocorrer o contrário Para se determinar a pressão absoluta basta somar à pressão manométrica a pressão atmosférica local 36 Pressão Sanguínea É a força variável que o sangue exerce nas paredes dos vasos sanguíneos Fisiologicamente a pressão sanguínea é maior nas proximidades do coração e à medida que afasta das artérias de grande para médio e pequeno calibre ela reduz sua intensidade Ao chegar nas arteríolas capilares e vênulas a pressão cai a menos da metade Durante o retorno venoso a pressão continua reduzindo porém seu valor é muito baixo quando comparado com a pressão arterial de forma que sua medida é feita usando manômetros de água e não de mercúrio Veja tabela a seguir h Nível de referência P1 P2 P2 A P1 Nível de referência B 9 Tabela Variação da pressão de acordo com o diâmetro e tipo de vaso Vaso Diâmetro Pressão mmHg Art aorta 25 100 Grandes artérias 8 99 Pequenas art 2 97 Arteríolas 30 mm 46 Capilares 8 mm 23 Vênulas 20 mm 10 Pequenas veias 3 5 Grandes veias 10 2 Veia cava 30 0 Do ponto de vista da importância médica parece que a pressão arterial tem maior aplicação Não que a pressão venosa não seja aplicável Valores extremos de pressão arterial podem levar o indivíduo ao enfarto derrame cerebral e até mesmo à morte Em especial a hipertensão tem alcançado uma significativa atenção da saúde pública Ligas nacionais e internacionais juntaram esforços para classificar os níveis de hipertensos para traçar melhor futuros tratamentos Tabela 4 37 Medidores de Pressão Sanguínea Os Medidores de Pressão Sanguínea MPS que estão disponíveis no mercado podem ser divididos em dois grupos invasivos e nãoinvasivos WEBSTER 1978 Tanto um tipo quanto o outro apresenta vantagens e desvantagens Quanto aos medidores de pressão sanguínea nãoinvasivos o mercado apresenta uma diversidade muito grande de equipamentos Os mais comuns no mercado podem ser classificados em três grupos o esfigmomanômetro de mercúrio o esfigmomanômetro aneróide e os do tipo eletrônicodigital A seguir é apresentada uma lista das principais vantagens e desvantagens destes MPS e um pouco do seu funcionamento NãoInvasivos 371 Esfigmomanômetro de mercúrio O Esfigmomanômetro de mercúrio Figura 24 é um dos mais antigos MPS e até hoje tem sido bastante empregado No entanto logo após a introdução do primeiro protótipo no mercado pela RivaRocci em 1896 muitos erros na avaliação da Pressão Sanguínea devido à problemas de desenho e técnicas foram identificados Primeiro von Recklinghausen e depois Janeway demonstraram que a largura original da bainha de 50 cm resultou em medidas errôneas da pressão sistólica STEWART et al 1994 Depois outros trabalhos mostraram que o comprimento tem maior importância do que a largura numa bainha que envolve completamente o braço promovendo leituras que correlacionam melhor com a pressão intraarterial Além disso é muito comum casos onde a bainha não seja do tamanho adequado para todos os diâmetros de braços Para resolver este problema a British Hypertens Society recomenda que o tamanho padrão seja de 12 cm por 35 10 cm além de sugerir que outros dois tamanhos especiais sejam colocados no mercado sendo um para envolver braços de crianças e outro para obesos Apesar de muito antigo o esfigmomanômetro de mercúrio possui grandes vantagens como aparelho para medir a pressão sanguínea possui um longo aferidor de vidro e é fácil de ser lido não requer reajuste seu mecanismo simples tem consistência e aferição exatas os modelos domésticos são leves e podem vir com tubo inquebrável Como desvantagens podemos citar podem ser volumosos para carregar a coluna de vidro pode se quebrar derramando mercúrio caso o vidro não seja inquebrável deve ser colocado em uma superfície plana durante a medição medidas devem ser feitas ao nível do olho para serem mais correta a bainha pode ser difícil de colocar no braço do paciente com uma só mão bulbo pode ser difícil de ser comprimido 372 Esfigmomanômetro aneróide O Esfigmomanômetro Aneróide Figura 25 possui um funcionamento muito simples e praticamente mecânico Um pequeno balão sofre deformações quando inflado sua elevação faz mover um sistema de engrenagens com um ponteiro fixo que marca a pressão É um dos mais difundidos suas vantagens são leves e mais baratos mais portátil que o esfigmomanômetro de mercúrio aferição funciona em qualquer posição alguns modelos são de fácil leitura existem certas bainhas que podem ser colocadas com uma só mão alguns pode já vir com estetoscópio ou acoplador para tal podem apresentar deflação automática para aumentar a exatidão pino de aferição para identificar a necessidade de ajuste Apesar das considerações acima o esfigmomanômetro aneróide tem apresentado grandes problemas e desvantagens delicado de mecanismo mais complicado deve ser calibrado a partir do esfigmomanômetro de mercúrio ao menos uma vez por ano pode sofrer danos facilmente requer reparos e reajustes bulbo pode ser difícil de ser comprimido pode não trabalhar muito bem com indivíduos que têm a audição comprometida Contudo apesar da grande utilização deste aparelho a maioria vem sendo empregada de forma inadequada ora pela carência de técnica apropriada ora pela ausência de uma manutenção adequada Para avaliar a efetividade destes aparelhos SPLADING et al 1996 investigaram 350 esfigmomanômetros O levantamento revelou que 4182 possuíam erros sistemáticos maiores que 4 mmHg valor limite aceito pelo Inmetro segundo autores 2818 puderam ser reajustados e 30 foram colocados fora de circulação pois não obtiveram após o ajuste um erro inferior ou igual ao limite aceito Também observouse que 38 possuíam erros de linearidade 109 apresentaram erros de zero e 127 de erros de ganho Esfigmomanômetro aneróide funcionamento à esquerda e aplicação à direita 11 A medida da pressão sanguínea indireta geralmente é feita com o esfigmomanômetro ligado à uma bolsa que pode ser inflada através de uma pequena bomba de borracha como indica a Figura 24 A bolsa é enrolada em volta do braço à um nível aproximadamente igual ao do coração a fim de assegurar que as pressões medidas sejam mais próximas às da aorta A pressão do ar contido na bolsa é aumentada até que o fluxo sanguíneo através das artérias do braço seja bloqueado A seguir o ar é gradualmente eliminado da bolsa ao mesmo tempo que se usa um estetoscópio para ouvir a volta das pulsações ao braço sons Korotkoff Os primeiros sons ocorrem quando a pressão do ar contido na bolsa é levemente menor que a máxima pressão sanguínea Pressão Sistólica Neste instante o sangue começa a fluir e os sons ouvidos através do estetoscópio são produzidos pelo fluxo sanguíneo na artéria Assim a altura da coluna de mercúrio lida corresponde à pressão manométrica sistólica A medida que o ar é eliminado a intensidade do som ouvido através do estetoscópio aumenta e logo depois vai diminuindo vagarosamente A pressão correspondente ao último som audível é a Pressão Diastólica isto é a menor pressão sanguínea OKUNO 1986 Preparo do paciente para a medida da pressão arterial 1 Explicar o procedimento ao paciente 2 Repouso de pelo menos 5 minutos em ambiente calmo 3 Evitar bexiga cheia 4 Não praticar exercícios físicos 60 a 90 minutos antes 5 Não ingerir bebidas alcoólicas café ou alimentos e não fumar 30 minutos antes 6 Manter pernas descruzadas pés apoiados no chão dorso recostado na cadeira e relaxado 7 Remover roupas do braço no qual será colocado o manguito 8 Posicionar o braço na altura do coração nível do ponto médio do esterno ou 4 espaço intercostal apoiado com a palma da mão voltada para cima e o cotovelo ligeiramente fletido 9 Solicitar para que não fale durante a medida 1 Medir a circunferência do braço do paciente 2 Selecionar o manguito de tamanho adequado ao braço 3 Colocar o manguito sem deixar folgas acima da fossa cubital cerca de 2 a 3 cm 4 Centralizar o meio da parte compressiva do manguito sobre a artéria braquial 5 Estimar o nível da pressão sistólica palpar o pulso radial e inflar o manguito até seu desaparecimento desinflar rapidamente e aguardar 1 minuto antes da medida 6 Palpar a artéria braquial na fossa cubital e colocar a campânula do estetoscópio sem compressão excessiva 7 Inflar rapidamente até ultrapassar 20 a 30 mmHg o nível estimado da pressão sistólica 8 Proceder à deflação lentamente velocidade de 2 a 4 mmHg por segundo 9 Determinar a pressão sistólica na ausculta do primeiro som fase I de Korotkoff que é um som fraco seguido de batidas regulares e após aumentar ligeiramente a velocidade de deflação 10 Determinar a pressão diastólica no desaparecimento do som fase V de Korotkoff 11 Auscultar cerca de 20 a 30 mmHg abaixo do último som para confirmar seu desaparecimento e depois proceder à deflação rápida e completa 12 Se os batimentos persistirem até o nível zero determinar a pressão diastólica no abafamento dos sons fase IV de Korotkoff e anotar valores da sistólicadiastólicazero 13 Esperar 1 a 2 minutos antes de novas medidas 14 Informar os valores de pressão arterial obtidos para o paciente 15 Anotar os valores e o membro 12 373 Medidores do tipo eletrônicosdigitais Devido a enorme variedade destes produtos não se pode dizer que todos apresentam uma certa característica ou falha especifica assim sendo serão citadas as principais vantagens e desvantagens de forma bem generalizada Vantagens alguns tem o aferidor e estetoscópio contidos em uma só unidade requerem pouca destreza manual fáceis de serem usados bons para pessoas como pouca audição geralmente são fáceis de carregar podem inflar e desinflar automaticamente mostrador fácil de ser lido podem vir com indicador de erros podem medir o pulso e a freqüência cardíaca Desvantagens de mecanismo complexo frágeis e delicados a exatidão pode ser influenciada pelos movimentos do corpo devem ser checados e reajustados mais de uma vez por ano podem ser caros requer baterias reparos e reajustes de fabricação Apesar do elevado número de MPS eletrônicosdigitais disponíveis comercialmente pouquíssimos trabalhos têm sido feitos para avaliar a efetividade eou funcionamento destes aparelhos em condições biológicas OBRIEN et al 1990 Três destes são mais comuns no mercado os acústicos ou transdutores sonoros TSD o oscilométricos e o fotopleitismográfico que utiliza sensores ópticos Os medidores de pressão sanguínea indiretos aqui chamados de acústicos utilizam um microfone bastante sensível para captar os sons de Korotkoff primeira e quinta fase e fornecer as pressões sistólica e diastólica respectivamente A maioria deles não é recomendada para pacientes que apresentam hipertensão sistólica isolada ou distúrbios na complacência dos vasos Estudos indicam que há uma boa correlação aceita pela American Association for Advancement of Medical Instrumentation AAMI entre as leituras obtidas por profissionais treinados e estes aparelhos PALATINI et al 1994 Os aparelhos chamados oscilométricos atuam de forma semelhante ao do esfigmomanômetro sendo composto de uma bainha que envolve o braço e um mecanismo para inflar e desinflar automaticamente O aparelho conta com sistema eletrônico que mede o sinal das oscilações da pressão exercida pela parede dos vasos na bainha e este sinal é processado por um conjunto de algoritmos fornecendo as pressões sistólicas e diastólicas além da frequência cardíaca e outros parâmetros KIMGAU 1996 KAUFMANN et al 1996 verificaram a correlação entre equipamentos de mesma marca e de marcas diferentes Segundo autores as concordâncias entre esses equipamentos são aceitáveis de acordo com normas da AAMI RITHALIA et al 1994 estudaram a correlação entre os aparelhos oscilométricos e a pressão intraarterial Foi obtida uma correlação de r 099 para pressão sistólica 097 para pressão diastólica e 099 para frequência cardíaca Entretanto lembram que todo cuidado deve ser tomado para que o braço do paciente permaneça estacionário pois pequenos movimentos podem provocar falsas leituras RITHALIA et al 1994 Um aparelho do tipo oscilométrico pode ser visto na Figura 26 FIGURA MEDIDOR DE PRESSÃO SANGUÍNEA DO TIPO OSCILOMÉTRICO 13 Diferente dos MPS convencionais os medidores eletrônicosdigital fotopletismográficos medem a pressão na artéria digital por isso apresenta certas vantagens como a bainha sendo menor é mais fácil de ser inflada e menos desconfortável Utilizando um detector óptico o aparelho é capaz de captar as variações do volume sanguíneo que ocorrem durante a deflação da bainha Isso faz com que o pulsar sanguíneo na falange distal altere a absorção dos raios infravermelhos IV no sensor óptico SANTIC et al 1995 Figura 27 Um exemplo de medidor de pressão fotopletismográfico eletrônicodigital pode ser visto na Figura 28 FIGURA ESQUEMA DO FUNCIONAMENTO DO SENSOR DE PRESSÃO DO TIPO FOTOPLETISMOGRÁFICO MEDIDOR DE PRESSÃO FOTOPLETISMOGRÁFICO ELETRÔNICODIGITAL Invasivos Quanto aos MPS invasivos é muito difícil classificálos do mesmo modo que os nãoinvasivos pois os aparelhos que fazem a medida da pressão sanguínea de forma invasiva fazem também a de diversos outros parâmetros como pH pressão de CO2 PCO2 pressão de O2 PO2 temperatura etc Tal fato parece bastante coerente quando se leva em conta os riscos que o paciente corre quando se faz medidas invasivas apenas para se obter poucas informações Como é de se esperar estes aparelhos são precisos em sua maioria porém utilizam um líquido de interface geralmente soro fisiológico heparinizado entre o sangue e o elemento sensor Este líquido apresenta certa complacência além de sofrer ação do atrito ao percorrer o cateter reduzindo o verdadeiro valor da pressão Além disso a presença de microbolhas de ar no líquido funciona como filtro passabaixas SYKES et al 1991 Isso seria evitado se o sensor estivesse em contato físico direto com o sangue no entanto existem certos obstáculos como riscos de infecção rejeição tamanho do sensor e choque elétricos Existem basicamente três tipos de sensores para medir pressão sanguínea direta por efeitos elétricos resistivos capacitivos e indutivos GUYTON 1993 Na Figura 210 A uma placa metálica é colocada a alguns milésimos de centímetros acima de uma membrana Quando a membrana se move para fora a capacitância aumenta entre a placa e a membrana e viceversa Essa alteração pode ser registrada por meios eletrônicos Na Figura 210 B uma pequena peça de ferro repousa sobre a membrana que pode ser deslocada para cima no interior de uma bobina O movimento da peça metálica altera a indutância da bobina o que também é registrado eletronicamente Finalmente na Figura 210 C uma resistência muito delgada é conectada à membrana Quando esse filamento é esticado ainda mais ocorre um aumento na resistência e quando comprimido diminui Essa alteração pode ser medida mais uma vez eletronicamente FIGURA 210 TIPOS DE SENSORES DE MPS DIRETA A CAPACITIVO B INDUTIVO C RESISTIVO transdutor 14 Como vantagem dos MPS direta sobre os medidores de forma indireta pode citar Apresentação de um sinal contínuo no tempo promovendo um número maior de informações Medidas mais precisas Podem ser utilizados juntamente com outros sensores para obter outros parâmetros Como desvantagens Apresenta uma técnica de difícil aplicação Geralmente requer um meio líquido de interface o que pode permitir a infusão de bolhas de ar na corrente sanguínea causando riscos ao paciente Aumenta os riscos de infecções Susceptibilidade a interferências eletromagnéticas e radiofrequência 4 Fluxo 41 Introdução Comumente as pessoas têm dificuldades em entender a diferença entre velocidade e fluxo vazão Antes de fazer essa diferenciação é preciso rever alguns conceitos Escoamento permanente se a velocidade do fluído for constante em relação ao tempo ou seja se todos os elementos infinitesimais de V do fluído que passarem por um determinado ponto O1 tiver sempre a mesma velocidade ver figura 01 Líquido incompressível se sua densidade não varia ao longo do fluxo caso contrário ele é compressível Fluído ideal se o fluído for incompressível e não apresentar resistência ao movimento Fig 01 Escoamento Permanente 1º Velocidade é variação da posição de um móvel sobre variação do tempo t x v ms 2º Fluxo vazão variação de volume sobre variação de tempo t V Q m3s ou l s Uma vez feita essas observações veja a figura a seguir Observe a partícula na posição x1 no instante t1 Note que após t ela se encontra na posição x2 no instante t2 percorrendo x Portanto a velocidade da partícula será R x1 x2 t1 t2 x A R A O1 O2 v1 v2 15 v x t Isso é diferente de fluxo porque diz respeito unicamente à partícula desenhada Agora imagine que o tubo esteja cheio dessas partículas e que todas o percorrem com velocidades constantes Haverá então um fluxo vazão Q que é dado por Q V t Note que V quer dizer volume e não velocidade e que pode ser dado pelo produto da área da base A pela altura x coloque o tubo na vertical para ver isso V A x então t x A t V Q Como xt é igual a velocidade v temos que Q Av ou seja a área vezes a velocidade da partícula Note que nesse caso consideramos todas as partículas caminhando uniformemente a uma mesma velocidade 42 Teorema de Bernoulli Agora veja um esquema mais complexo Se o fluído for ideal e o escoamento permanente o fluxo será constante ao longo do tubo pois não haverá perda de fluído Então temos Q1 Q2 ou seja A1v1 A2v2 Sendo A2 menor que A1 quanto mais estreito for o tubo mais rápido o fluído escorrerá Uma vez que as partículas estão em movimento apresentam uma energia cinética Ec ½ mv2 entretanto não é de interesse medir essa energia de uma massa como um todo mas sim de uma relação massavolume ou seja densidade 2 2 2 2 2 2 v V Ec V mv V Ec mv Ec x1 v1 A1 A2 x2 v2 h1 h2 P2 P1 16 Como os tubos encontramse desnivelados existe também uma energia potencial gravitacional Epg mgh que também é de interesse na relação massavolume g h V Ep V g h m V Ep m g h Ep g g g Também existe o trabalho realizado sobre o líquido força x deslocamento que pode ser medido na relação massavolume da seguinte maneira P A F x A x F V T V x F V T F x T Então temos 3 formas diferentes de energia agindo sobre o fluído que podem promover o escoamento A energia cinética a energia potencial e a pressão Pela teoria da conservação da energia nada se perde dentro do tubo apenas há transformação de uma energia em outra Então temos Ec1 Epg1 P1 Ec2 Epg2 P2 2 2 2 2 1 1 2 1 2 1 2 1 P g h v P g h v 43 Lei de Poiseulle Quando os Fisiologistas colocam que a velocidade do sangue é diretamente proporcional à quarta potência do raio ele está se referindo à lei de Poiseulle que diz Vr CR2 r2 Para entender essa lei temos que nos livrar da condição estabelecida anteriormente que acredita que o escoamento é perfeito e que não existe resistência da parede dos vasos sobre o líquido Isso ocorre sim e no vaso sanguíneo não é diferente 2 2 4 1 r x R P v r Observe o esquema da figura a seguir Existem 3 partículas P1 P2 e P3 Todas estão no mesmo instante t1 no mesmo plano porem distantes rn do eixo central do vaso Mesmo que o fluxo seja constante essas partículas em condições reais vão apresentar velocidades diferentes Quanto mais se aproximam das paredes menor será a velocidade que eles apresentam pois existe maior resistência enquanto que a medida que se afastam das paredes a resistência é menor Logo encontrar sua maior velocidade no centro Acompanhe isso na lei acima Quando é necessário fazer um estudo levandose em conta todo o sangue sem pensar nas partículas ou hemácias fazse uma média das velocidades e trabalhase como se todas as partículas andassem a essa velocidade Mas quando se quer estudar o movimento das partículas do sangue em um único vaso levamos em consideração a Leis de Poiseulle R P1 A P2 P3 r3 r2 r1 17 44 Número de Reynolds 441 Escoamento Laminar Ocorre quando as partículas de um fluido se movem ao longo de trajetórias bem definidas apresentando lâminas ou camadas daí o nome laminar cada uma delas preservando sua característica no meio No escoamento laminar a viscosidade age no fluido no sentido de amortecer a tendência de surgimento da turbulência Este escoamento ocorre geralmente a baixas velocidades e em fluídos que apresentem grande viscosidade 442 Escoamento Turbilhonar Ocorre quando as partículas de um fluido não se movem ao longo de trajetórias bem definidas ou seja as partículas descrevem trajetórias irregulares com movimento aleatório produzindo uma transferência de quantidade de movimento entre regiões de massa líquida Este escoamento é comum na água cuja a viscosidade e relativamente baixa O número de Reynolds abreviado como Re é um número adimensional usado em mecânica dos fluídos para o cálculo do regime de escoamento de determinado fluido dentro de um tubo ou sobre uma superfície É utilizado por exemplo em projetos de tubulações industriais e asas de aviões O seu nome vem de Osborne Reynolds um físico e engenheiro irlandês O seu significado físico é um quociente entre as forças de inércia e as forças de viscosidade O número de Reynolds em Tubos Re 2000 Escoamento Laminar Re D vc ρ massa específica do fluido µ viscosidade dinâmica do fluido v velocidade do escoamento D diâmetro da tubulação