fisica cardio

1. FISICA DEL SISTEMA
RESPIRATORIO y CARDIOVASCULAR

2. MOVIMIENTO DE FLUIDOS
 LIQUIDOS
 GASES
MOVIMIENTO ORGANISMO
Respiración Externa
Circulación Sanguínea y
Linfática
TRAQUEA
O2
CO2
ARTERIAS
PULMONARES
VENAS
PULMONARES
CORAZON
VENA CAVA AORTA
TRANSFORMACION EN
LOS CAPILARES

3. MOVIMIENTO DE FLUIDOS
Respiración
Externa
Intercambio de gases con el medio
exterior
SISTEMA
PULMONAR
Pulmones, sacos dotados cedillas
(alvéolos) de finas paredes y de gran
área superficial para facilitar la difusión
de los gases, están conectados con el
medio exterior por medio de la traquea.

4. DIAGRAMA DE UN SIMIL DE SISTEMA PULMONAR
(SISTEMA RESPIRATORIO)
 Cilindro representa la
cavidad torácica.
 El movimiento del
pistón su expansión y
contracción.
 El saco flexible
representa los
pulmones.
↑ Volumen de cavidad se produce ↓ de presión intratorácica.
 Expansión de pulmones por entrada del aire (inspiración)
↓ volumen de cavida  la Espiraciòn.
CAVIDAD
SACO
FLEXIBLE
PISTON
INGREGO Y
EGRESO DE AIRE

5. VOLUMENES RELATIVOS DEL AIRE
RESPIRATORIO
 AIRE CORRIENTE  Igual a la variación de volúmen de la
cavidad.
 VOLUMEN O ESPACIO MUERTO  Volumen que no
pertenece a las vías de conexión entre los pulmones y el exterior.
 VOLUMEN COMPLEMENTARIO  Volumen que puede
utilizarse en una inspiración forzada.
 VOLUMEN DE RESERVA  Volumen que puede eliminarse
en una espiración forzada.
 AIRE RESIDUAL  Aire que no se eliminará aún en la total
espiración.
AIRE
COMPLEMENTARIO
1500 cm3
AIRE DE
RESERVA
1500 cm3
AIRE
RESIDUAL
1500 cm3
AIRE
CORRIENTE
500 cm3

6. ELASTICIDAD PULMONAR
Es el cociente entre la variación de volumen (∆V)
que experimenta y la variación de presión (∆P) a
que es sometido, esto es:
Le = ∆V / (∆PV); (m2/N)
COMPLACENCIA ESPECÍFICA (Le)
Es la variación de volumen por medio de variación
de presión y unidad de volumen total, esto es:
L = ∆V / ∆P; ( m5/N)
L = Complacencia.

7. VENTILACIÓN PULMONAR
La medida de la eficacia del intercambio de gases
entre el interior y el exterior de los pulmones es a
través del Coeficiente de Ventilación (CV), el
cual se determina de la expresión siguiente:
CV = Vc / V
Vc = Volumen de aire corriente
V = Volumen total de los pulmones.

8. FRECUENCIA RESPIRATORIA Y
VOLUMEN MINUTO
 FRECUENCIA  Número de veces que el sistema
pasa por el mismo estado en la unidad de tiempo.
En el caso del fenómeno respiratorio, será el número de
inspiraciones o espiraciones que se realizan en la unidad
de tiempo.
 VOLUMEN MINUTO RESPIRATORIO
Es aquella medida que depende directamente de la
frecuencia (f) y del volumen de aire corriente, esto es:
Vt = f x Vc (m3/min); (ℓ/min)

9. TRABAJO RESPIRATORIO (Tr)
 Es la presión (P) puesta en juego para desplazar el
volumen (∆V) de aire durante la respiracion, esto es:
Tr = P∆V; (N.m = J)
 El trabajo respiratorio esta condicionado a la
superación de diversas fuerzas para inspirar y expulsar
el aire. Estas fuerzas son:
 Fuerzas elásticas del tórax y pulmones.
 Resistencia viscosa del aire.
 Resistencia del aire debida a turbulencias.
 Resistencia al cambio de volumen debido a fricción,
distorsión de órganos, etc.
 Fuerzas necesarias para superar la inercia.

10. POTENCIA RESPIRATORIA VERSUS
FRECUENCIA
En la figura se
muestra la relación
del trabajo realizado
por minuto para
producir una
VENTILACÓN
ALVEOLAR
CONSTANTE en
función de la
frecuencia.
0 20 30 40
40
50
60
10
10
20
30
Frecuencia (min-1)
Potencia
(gf.cm-min
-1
x
10
-3
)
Turbulento
Viscoso
Elástico
Total

11. TRABAJO RESPIRATORIO
FRECUEJCIA RESPIRACIÓN
FRECUENCIA ÓPTIMA
Fuerzas elásticas a
superar son mayores
por frecuencias bajas.
Fuerzas viscosas y
turbulentas aumentan
con la frecuencia.
Diferente para
distintos valores
de ventilación
alveolar.
se debe
depende

12. EFICIENCIA MECÁNICA (EM)
Es el cociente entre el trabajo mecánico y la energía química
utilizada y varía entre 5% y 10%.
La eficiencia óptima se obtiene de la frecuencia óptima.
TRABAJO REQUERIDO PARA SUPERAR DIVERSAS
FUERZAS EN EL PROCESO RESPIRATORIO
TIPO DE FUERZAS TRABAJO REQUERIDO (%)
Elásticas
Viscosos y turbulencias
Fricción y distorsión de órganos
Inercia.
63
28,5
8,2
0,3
TRABAJO MECÁNICO
EM = ------------------------------------------- x 100%
ENERGÍA QUÍMICA

13. FISICA DEL SISTEMA CARDIOVASCULAR

14. a) En el corazón se puede notar las fuertes y
gruesas paredes musculares al lado izquierdo
donde la mayor parte del trabajo es
realizado.
a) El corte transversal muestra la estructura
circular del ventrículo izquierdo y esta
estructura produce eficientemente la alta
presión necesitada por la circulación
general.
FISICA DEL SISTEMA CARDIOVASCULAR

15. SISTEMA CIRCULATORIO MAYOR
i) El sistema circulatorio
puede compararse a un
sistema cerrado de
circulación con dos (2)
bombas.
ii) Dos válvulas de un
solo sentido mantienen
los flujos bajo
seguridad a través de
las bombas.

16. VARIACIÓN DE PRESIÓN SANGUÍNEA
EN SISTEMA CIRCULATORIO
La caída de presión es progresiva desde la aorta, siendo
pequeña en el sistema pulmonar, capilares y venas.
Presión
(mm
Hg)

17. POTENCIA DEL CORAZÓN
El trabajo realizado por el corazón cada segundo puede
cuantificarse a partir de:
P = W / t = P∆V / t
P = ( 100 mm Hg ) ( 80 ml/s ) = 1,1 W

18. PRESIÓN TRANSVERSAL
a) Conducto sanguíneo sometido a PRESIÓN “P” el cual genera
una TENSIÓN “T” en las paredes de la expresión: T = RP
b) La Tensión es pequeña en los vasos pequeños y así sus paredes
delgadas no se rompen.

19. TIPICA PRESION Y TENSIONES EN
VASOS SANGUINEOS
Presión Radios
(cm)
Tensión
(din/cm)
(mm Hg) (din/cm2)
Aorta
Arteria Típica
Capilar pequeño
Vena pequeña
Vena cava
100
90
30
15
10
1,3 x 103
1,2 x 103
4 x 104
2 x 104
1,3 x 104
1,2
0,5
6 x 10-4
2 x 10-4
1,5
156 000
60 000
24
400
20 000

20. APLICACIONES PRINCIPALES DEL TEOREMA DE
BERNOULLI PARA EL SISTEMA CARDIOVASCULAR
i) Como la velocidad del fluido se incrementa en la sección estrecha
del ducto parte de la energía potencial es convertida en energía
cinética, así hay una baja presión “P2” en dicha sección.
ii) Entonces: P1 > P2 < P3
iii) Suponiendo que el fluido es ideal entonces energías totales por
unidad de peso (H) en 1, 2 y 3 son iguales ( H1 = H2 = H3 )

21. VARIACIÓN DE AREA TRANSVERSAL Y VELOCIDAD
EN EL SISTEMA CIRCULATORIO
Aorta Capilares Vena cava
3 cm2 Area
1 mm/s
18 cm2
Velocidad
30 cm/s 600 cm2
5 cm/s
Velocidad
 El total del área del corte transversal de los capilares es mayor al de la
aorta o de la vena.
 La velocidad del flujo sanguíneo decrece mientras que el área total del
corte transversal se incrementa.

22. VISCOSIDAD Versus HEMATOCRITOS
Hematocrito (%)
Viscosidad
(Pa.s
x
10
3
)
0 25 50 75 100
15
10
5
0
i) Cuando el porcentaje de glóbulos rojos en la sangre crece, la
viscosidad se incrementa, decreciendo el flujo.
ii) Rango de viscosidad de sangre:
[ 3 x 10-3 Pa.s a 4 x 10-3 Pa.s ]

23. HALLAZGOS DE POISEUILLE

24.  Q = (πR4∆P) / 8η L ; (m3/s)
 Caudal ( Q ) depende:
 Variación de Presión
 Viscosidad
 Longitud
 Radio
 ↑∆P ==> ↑ Q
↑ η ==> ↓ Q
↑ L ==> ↓ Q
↑ R ==> ↑ Q ; Si ↑ 2R ==> ↑ 16 Q

25. FLUJO SANGUÍNEO: LAMINAR Y
TURBULENTO
( a )
( b )
A) FLUJO LAMINAR

26. FLUJO LAMINAR
a) Las líneas de corriente indica que es un flujo
laminar, donde la velocidad crítica se da en la
parte central.
b) La distribución de los glóbulos rojos en el
ducto es no uniforme, existe mayor densidad
en la parte central.

27. B) FLUJO TURBULENTO
Laminar llow
Turbulent
llow
Slow
Fast
i) Cuando la velocidad gradualmente se incrementa a lo largo de un ducto y
cuando excede la VELOCIDAD CRÍTICA, el flujo es
TURBULENTO.
ii) La velocidad crítica (VC) es cuantificado a partir de la expresión siguiente:
VC = K η / δ R
K = Número de Reynolds
η = viscosidad dinámica
δ = densidad de fluido
R = Radio del ducto

28. FLUJO versus PRESIÓN
Presión (Pa)
Flujo
(m
3
/s)
)
Pe
i) Existe una presión crítica (PC) que delimita el flujo de
régimen laminar respecto al turbulento.
ii) En el flujo turbulento el flujo (caudal) experimenta un declive
frente a la disminución de presión sanguínea.
iii) Entonces, en fluido turbulento se requiere mayor incremento
de presión para incrementar el caudal.

29. Presión (Pa)
Flujo
(
m
3
/s
)
P1 P2
∆P2
∆P1
QA
QB
Arteria
normal
FLUJO versus PRESIÓN
Arteria
obstruida
 Es una arteria obstruida la presión requerida para producir un flujo
dado es grande que es una arteria normal de igual diámetro.
 La turbulencia producida en la arteria afectada requiere mayor
incremento de presión y de este modo mayor esfuerzo desde el
corazón.

30. RESISTENCIA ELÉCTRICA Y
RESISTENCIA HIDRÁULICA
a) EN SERIE:
R1
R2
R1
R2
Resistencia eléctrica
Resistencia hidráulica
RT = R1 + R2
b) EN PARALELO:
R1
R2
R1
R2
Resistencia
eléctrica
Resistencia hidráulica
1/RT = 1/R1 + 1/R2
RT = R1R2 /( R1 + R2)

31. FISICA DEL SISTEMA CARDIOVASCULAR
1) El circuito circulatorio es
una disposición en
paralelo en la que la
Resistencia Total del circuito
es menor que de los
componentes individuales.
2) Esto es importante porque
se requiere que la resistencia
total no sea extremadamente
grande y la distribución de
la sangre oxigenada sea
uniforme en todos los
órganos.

32. RESISTENCIA HEMODINÁMICA
La Resistencia Hemodinámica (RH) esta dado
como el cociente de la diferencia de presiones (∆P)
entre los extremos del conducto y el gasto (Q) o
caudal del mismo, esto es:
∆P
RH = --------------; (N.s/m5)
Q
También:
8 ηL
RH = -----------------;
πR4
η = viscosidad sanguínea
L = Longitud del ducto
R = Radio del ducto

33. ELASTICIDAD DE LAS ARTERIAS Y VENAS
VENA
50
V/cm3
i) Elasticidad en arterias y venas es diferente.
ii) A igual presión la vena se distiende mucho más que la arteria.
150 Presión (cm H2O)
15
10
5
12
8
4
4 8 Presión (cm H2O)

34. TENSIÓN EN LA PARED DE VASOS: VERSUS
DIÁMETRO
• Las rectas representan la Tensión producida por el fluido interior a
diferentes presiones.
• Tensión depende linealmente del radio de los vasos para cada
presión y es equilibrada por Tensión de pared debido a sus
propiedades elásticas.
Variación de Diámetro (∆d)
Tensión
(
T
)
TC
P5
P4 = PC
P3
P2
P1

35. TENSIÓN EN LA PARED DE VASOS:
VERSUS DIÁMETRO
• Tensión de la pared de vasos depende del grado de distensión
que han alcanzado.
• Tensión aumenta notablemente a partir de cierto valor de
incremento de diámetro.
• Los puntos de intersección entre rectas y la curva .representan
los radios de equilibrio para cada presión.
• T0 representa la tensión debido a la musculatura lisa que integra
los vasos y que debe superarse para impedir que estos colapsen.
• PC es la presión crítica de cierre, de modo que a presiones
menores que PC el vaso colapse.
• A presiones muy altas se produce el estallido del vaso.

36. CAÍDA DE PRESIÓN EN CAPILAR
D1 = 4 m
L1 = 1,5 cm
VC = 0,13 cm/s
η = 4 x 10-3 N.s/m2
∆P = ?
L2
p1 p2 Q
4ηLVMAX
∆P = P1 – P2 = -----------------
R2
∆P = Varicion de Presion
η = Viscosidad
L = Longitud del capilar
R = Radio del capilar

37. VELOCIDAD Y GASTO
i) Sistema Circulatorio es un circuito cerrado en la que en cualquier
sección completa del circuito (lecho) circulatorio, el gasto (caudal)
del mismo es constante, de modo que basado en la ecuación de
continuidad, se tiene que:
Q = A1V1 = A2V2 = Constante
ii) La sección del lecho circulatorio es menor a nivel de los grandes
vasos que a nivel de capilares (en su totalidad).
V1
A1
Q
A2
V2

38. iii) En grandes venasy arterias la velocidad es mayor que en
pequeños vasos y capilares.
iv) Corazón actúa como bomba periódica, entonces se puede
relacionar el volumen impulsado en la unidad de tiempo como el
VOLUMEN SISTÓLICO con la FRECUENCIA CARDÍACA.
Es habitual referirse al VOLUMEN MINUTO el cual está dado
por la expresión:
Vm = Vsist. x f
Vm = Volumen minuto (latidos por minuto)
Vsist. = Volumen sistólico.
f = Frecuencia cardiaca