EL FLUIDO
La sangre es el fluido fundamental del aparato circulatorio. Circula por
las venas y las arterias del cuerpo humano y ese movimiento de circulación se
debe a la actividad coordinada del corazón, los pulmones y las paredes de los
vasos sanguíneos.
Tiene un olor característco y una densidad relativa que oscila entre 1,056
y 1,066. En un adulto sano la cantidad de sangre en el cuerpo es una onceava
parte del peso corporal, de 4,5 a 6 litros. Es un líquido viscoso que se
compone de células (glóbulos) y plasma. Más del 99% de las células son glóbulos
rojos lo que significa que los glóbulos blancos casi no tienen ningún papel en
las características físicas de la sangre.
HEMATOCRITO:
Es el porcentaje de la sangre constituido por células y en un hombre normal
en promedio es de 42, en tanto que en una mujer tiene un valor promedio de 38.
El valor del hematocrito en la sangre se determina centrifugándola en un tubo
calibrado que permite la lectura directa del porcentaje de células. El
hematocrito tiene un efecto directo sobre la viscosidad de la sangre el que se
explica a continuación.
La sangre es varias veces más viscosa que el agua y eso dificulta más su
paso por los vasos pequeños; a mayor proporción de células en la sangre
(hematocrito), mayor la fricción entre capas sucesivas de sangre y es esta
fricción la que rige la viscosidad. Por lo tanto, cuando aumenta el
hematocrito, aumenta la viscosidad de la sangre. La viscosidad de la sangre
completa para un hematocrito normal es aproximadamente 3 veces la viscosidad
del agua, pero cuando el hematocrito aumenta hasta 60 ó 70, la viscosidad de la
sangre puede llegar a ser 10 veces la del agua y su circulación por los vasos
se podrá retrasar considerablemente.
Otro factor que afecta la viscosidad de la sangre es la concentración y los
tipos de proteína que hay en el plasma, pero estos efectos tienen mucha menor
importancia que la que tiene el hematocrito. La viscosidad del plasma sanguíneo
es 1,5 veces la del agua.
EL FLUJO DE LA SANGRE EN EL SISTEMA
El flujo a través de un vaso sanguíneo depende de dos factores:
1. La
diferencia de presión entre los dos extremos del vaso que es la fuerza que
empuja la sangre por el mismo.
2. La
dificultad de la circulación a través del vaso que se conoce como resistencia
vascular.
El flujo a través del vaso se puede calcular por medio de la ley de Ohm,
que indica que el flujo sanguíneo es directamente proporcional a la diferencia
de presión e inversamente proporcional a la resistencia (Q=DP/R). Por lo tanto, para determinar
el flujo sanguíneo no es importante conocer el valor total de las presiones,
pero es fundamental conocer la diferencia entre éstas que será la encargada de
inducir el flujo de aquel lugar en donde hay más presión a donde hay menos
presión.
El flujo de sangre se refiere al volumen de sangre que pasa por un punto
determinado de la circulación durante un tiempo fijo. Se expresa en unidades de
volumen sobre unidades de tiempo (caudal). El flujo sanguíneo global en la
circulación de un adulto en reposo es de unos 5000 ml/minuto y éste es el
denominado gasto cardiaco porque constituye el volumen de sangre impulsado por
cada ventrículo en la unidad de tiempo.
Para medir el flujo sanguíneo existen varios dispositivos ya sean mecánicos
o electromagnéticos, y entre ellos se encuentran el medidor electromagnético de
flujo y el medidor de flujo ultrasónico Doppler. Ambos medidores son capaces de
registrar cambios pulsátiles demasiado rápidos del flujo, al igual que
registran el flujo constante.
FLUJO LAMINAR Y TURBULENTO, Y EL PERFIL PARABÓLICO DE
VELOCIDADES
En ciertos casos la sangre fluye a un ritmo constante a través de un vaso
liso, largo en corrientes continuas, manteniéndose cada capa de sangre a una
distancia constante de la pared del vaso presentándose entonces lo que se
conoce en la mecánica de fluidos como flujo laminar. Al tener flujo laminar, se
presenta también el efecto de que las capas más cercanas a las paredes de los
vasos, tendrán velocidades de flujo casi nulas debido al efecto de la viscosidad,
mientras que las capas de sangre más alejadas de las paredes alcanzarán una
velocidad mayor que el resto de las capas. Lo anterior origina un perfil
parabólico de velocidades cuando se presenta un flujo laminar.
Cuando la rapidez del flujo sanguíneo es muy intensa, cuando pasa una
obstrucción de un vaso, cuando hace un giro brusco, o cuando pasa por encima de
una superficie más rugosa, el flujo puede volverse turbulento, formando
generalmente remolinos denominados corrientes parásitas o de remolino.
Cuando se producen corrientes de remolino, la sangre circula contra una
resistencia mucho mayor que la que existe cuando la corriente es lineal porque
los remolinos aumentan enormemente la fricción dentro del vaso.
Para determinar si un flujo sanguíneo es laminar o turbulento es posible
utlizar el número de Reynolds (ver artículo "El número de Reynolds")
que determina la tendencia a ser turbulento que tiene un flujo. En la aorta
proximal y en la arteria pulmonar, el número de Reynolds puede elevarse hasta
niveles altos, como de varios miles, durante la fase rápida de vaciamiento de
los ventrículos; esto provoca intensa turbulencia en la parte proximal de las
arterias aorta y pulmonar, donde hay muchas condiciones adecuadas para la
turbulencia:
1. Gran velocidad de la corriente.
2. Indole pulsátil de flujo.
3. Brusco cambio del diámetro del vaso.
Sin embargo, en los vasos
pequeños el número de Reynolds casi nunca llega a ser suficientemente elevado
para provocar turbulencia.
LA PRESIÓN
La presión sanguínea
representa la fuerza ejercida por la sangre contra cualquier área de la pared
vascular, se mide generalmente en torr (milímetros de mercurio) porque se ha
utilizado el manómetro diferencial. Sin embargo, el mercurio tiene tanta
inercia que no puede elevarse y bajar rápidamente. Por este motivo, el
manómetro de mercurio, aunque excelente para registrar presiones constantes, no
puede responder a cambios de presión que ocurran con rapidez mayor de
aproximadamente un ciclo cada dos o tres segundos. Se utilizan entonces
artefactos más especializados cuando se va a medir la presión sanguínea, como
son los transductores electrónicos de presión utilizados generalmente para
convertir la presión en signos electrónicos y registrarla con un dispositivo de
alta velocidad.
UNIONES ENTRE TUBERÍAS
La aorta al salir del corazón
se empieza a dividir en una serie de ramas principales que a su vez se
ramifican en otras más pequeñas para lograr llegar a todas las partes del
organismo mediante una complicada red de múltiples derivaciones. Las arterias
menores se dividen en una fina red de capilares que son vasos aún más pequeños
y tienen paredes muy delgadas. Así la sangre entra en contacto con con los
líquidos y tejdos del organismo. Después de permitir a la sangre interactuar
con las diversas células, los capilares se empiezan a unir para formar venas
pequeñas que a su vez se unen para formar venas mayores cada vez, hasta que
finalmente se reúnen en la vena cava superior e inferior que llega al corazón.
Este sistema de ramificaciones
y uniones se puede interpretar como un sistema de tubos en paralelo que es uno
de los objetos de estudio de la hidráulica.
DIÁMETROS VARIABLES
El diámetro de los vasos
sanguíneos, a diferencia de lo que ocurre en tubos metálicos o de vidrio,
aumenta al elevarse la presión interna porque tales vasos son distensibles.
La distensiblidad vascular se
expresa normalmente como el aumento fraccionario de volumen por cada torr que
se eleva la presión. Anatómicamente, las paredes de las arterias son mucho más
resistentes que las de las venas,por lo tanto, las venas son en promedio unas
seis a diez veces más distensibles que las arterias.
Tal vez las únicas tuberías
capaces de modificar su diámetro de acuerdo a la presión, son las que conforman
el aparato circulatorio y son tal vez el único elemento de dicho sistema que el
hombre no ha implementado en los sistemas que construye.
La mecánica de fluidos y la hidráulica
son ciencias indispensables para el hombre que aplican en la mayoría de los
campos, incluso en la medicina como se mostró anteriormente, permitiendo al
hombre comprender, analizar y en ciertos casos predecir el comportamiento de
ciertos sistemas como es en este caso el aparato circulatorio.
Diversas aplicaciones de estas
ciencias se ven a diario, en muchos lugares y situaciones, y a partir de todas
esas aplicaciones pueden ser estudiadas para asociarse de una manera más
directa y dinámica a los términos y a las situaciones típicas que se presentan
en el estudio de los fluidos.
LA SANGRE COMO FLUIDO NEWTONIANO
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Fig. 1
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Si señalamos la sangre como un
fluido newtoniano, podemos explicar los procesos de circulación sanguínea y sus
los fenómenos de desde la parte física aplicando los
conceptos básicos de la mecánica de fluidos como la viscosidad, la
presión y las diferencias de flujo laminar y turbulento, entre otros.
El brazo de una persona puede
funcionar exactamente como un manómetro de presión, debido a que la arteria es
el extensor y este va conectado a un transductor para medir la presión,
estos transductores son eléctricos (puentes de Wheatstone) y según el voltaje
que generen la presion, se grafica y se puede observar y valorizar.
Dependiendo
si la viscosidad de la sangre es alta o baja se puede conocer si es flujo de
tipo turbulento o laminar. Y conociendo ya la fluidez de la sangre en una
arteria coronaria se puede saber en cuanto ha disminuido
el diámetro del conducto sanguíneo y cuanto es el flujo de sangre que
pasa por la arteria.
HIDRODINÁMICA -
SISTEMA CARDIOVASCULAR HUMANO
El sistema cardio-vascular humano (y en general mamífero) es un circuito muy simple. Consta de dos bombas fusionadas en un solo corazón (evolutivamente fue una sola bomba que progresivamente se dividió en dos), que impulsan la sangre por un circuito cerrado, de esta manera:
El ventrículo del corazón izquierdo (CI) expulsa la
sangre oxigenada por la arteria aorta y se reparte a todos los órganos y
tejidos del cuerpo a través del sistema arterial.
En los lechos capilares la sangre hace su trabajo de
intercambio de nutrientes y desechos y regresa por el sistema venoso, o sistema
de retorno venoso.
LA MECÁNICA DE
FLUIDOS EN EL APARATO CIRCULATORIO
El aparato
circulatorio puede constituir uno de los ejemplos más claros y más asombrosos
de sistemas de flujo por tuberías que se puede encontrar ya sea hecho por la
naturaleza o por el hombre.
Cada una de
sus partes representa un objeto que ya ha sido estudiado por la mecánica de
fluidos y por la hidráulica, a lo largo de la historia; tales objetos son
bombas, válvulas, tuberías de diámetros constantes, cambios de diámetros en
tuberías, la viscosidad en el fluido, la presión en una tubería, la velocidad
del flujo, el caudal y el volumen total.
CURIOSIDADES SOBRE EL CORAZÓN, LA
CIRCULACIÓN Y LA SANGRE
* El corazón es un músculo del tamaño de un puño (del
puño de cada uno), por cuyo interior pasa la sangre, a la que hace circular por
todo el cuerpo, porque tiene la misión de bombear la sangre. Su sonido real es
algo parecido a “ducta-duc”, sonido que se produce al cerrarse las
válvulas.
* Si un corazón adulto se conectase a un camión-cuba con un depósito de 8000 litros, lo podría llenar en un solo día.
* El corazón impulsa 80 ml de sangre por latido (un buche de agua).
* Si un corazón adulto se conectase a un camión-cuba con un depósito de 8000 litros, lo podría llenar en un solo día.
* El corazón impulsa 80 ml de sangre por latido (un buche de agua).
LÍQUIDOS DEL CUERPO HUMANO
Líquido amniótico
El líquido amniótico es aquel que se encuentra en el
útero alrededor del feto; normalmente su volumen es de uno 500 a 1000ml, pero
varía. El agua del líquido amniótico se renueva una vez cada 3 horas y, una
parte del líquido procede de la excreción renal del feto. Existe también una
cierta absorción del líquido por el tubo digestivo y los pulmones del feto.
Líquido
cefalorraquídeo
La capacidad total de la cavidad que envuelve el encéfalo
y la médula es de 1.6 a 1.7 litros, unos 150mililitros de este volumen están en
el líquido cefalorraquídeo, todas las cámaras del encéfalo están conectadas
entre sí y la presión del líquido debe permanecer constante.
Otros tipos de líquido existentes en el cuerpo son el
intraocular, pleural, folicular, y los que se encuentran en el hueso, a pesar
de ser de gran importancia para la manutención del equilibrio su volumen es
mucho menor.
Como se pude ver el cuerpo humano es una máquina
extremadamente compleja que guarda diariamente un equilibrio delicado, gracias
a esta homeostasis podemos sobrevivir.
BIBLIOGRAFÍA
GUYTON C, Arthur y Hall E., John. Tratado de fisiología
médica. Ed McGraw-Hill,
México
200, novena edición, pp. 210-211, 323-337, 852, 885-887,1142
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