MECANICA DE FLUIDOS
FLUJO SANGUÍNEO EN LOS MAMIFEROS
Se efectúa por medio de un sistema cerrado, impulsado por el corazón que actúa como una bomba.
El principal objetivo del sistema es entregar oxígeno a los tejidos y transportar desde allí el Anhídrido de
carbón siendo ambos procesos realizados ´por medio de intercambios gaseosos a través de membranas biológicas. E l diseño de este sistema es único
y muy interesante desde cualquier punto de vista (Biológico,Químico y Físico o Hidrodinámico). La sangre
que sale del corazón viaja a las principales partes del cuerpo, primero por las arterias elásticas (Arteriolas),
y finalmente por los capilares, más pequeños que el diámetro de un glóbulo sanguíneo. L a sangre regresa al corazón por medio de venas constituidas
en parte por fibras musculares lisas.
Cada latido produce una onda de presión cuya forma se muestra, y por minutos se producen de 75 a 80 latidos. Los valores de las presiones sistólica, 120 mm Hg
y Diastólica, 75 mm Hg, respectivamente son tipicos de un adulto normal en reposo. El ejercicio, la exitación, la edad y otros factores pueden afectar drásticamente estos valores.
La presión sistólica se mide inflando un brazalete de caucho que se envuelve alrededor de la parte superior del brazo y escuchando con un estetoscopio la aparición del sonido del pulso cuando la presión aplicada se reduce gradualmente hasta el valor
sistólico. Cuando el sonido desaparezca de nuevo se obtiene la presión sistólica.
Como el sistema es cerrado el gasto Q, medidos en metros cúbicos por segundo, permanece constante en cualquier parte del sistema, siempre y cuando el volumen permanezca constante. El volumen cambia por la elasticidad de las paredes arteriales pero en promedio
permanece constante (puede aumentar durante el ejercicio cuando aumenta el número de capilares abiertos hasta el tejido muscular.
La elasticidad de las arterias sirve un proposito muy útil: Impide el cambio drástico del gasto durante el período de recuperación del corazón. A medida que la presión de salida del corazón disminuye, la furza elástica de las arterias dilatadas proporciona
algún mínimo de presión; así se asegura un suministro continuo de oxígeno. Además, es un sistema hidráulico completamente rígido,la presión seria 0 al final de cada latido. el trabajo hecho por el corazón es (P) DV, donde (P) es la presión media y DV es el cambio de volumen para cada latido.
Si la presión disminuyera hasta 0 después de cada latido (P) seria mucho mejor que los 110 mm Hg se calculan aproximadamente. Luego con un sistema elástico el corazón realiza menos trabajo por el mismo gasto que el que se necesitaría si el sistema fuera rígido; la energía extra la propocionan
las paredes elásticas de las arterias.
Es importante anotar que las técnicas convencionales de la hidrodinámica no siempre se aplican al sistema circulatorio de los mamíferos por el intercambio de energía elástica y las pérdidas que ocasiona la fricción. Además la sangre no es un liquido homogeneo (contiene glóbulos sanguíneos) y su viscocidad cambia en una
forma no lineal con la velocidad del flujo, el diámetro del capilar y los otros parámetros.
En los mamíferos la presión sanguínea aumenta usualmente con el tamaño del animal, pero otros factores inciden. Frente a presiones sistólicas de 120-140 mm de Hg para los humanos en reposo, la presión sistólica de la jirafa es de 260 mm de Hg cuando está de pie. Pero solamente 120 mm de Hg cuando está tendida. La arteria carótida de este
animal es, aproximadamente, de 2 m de longitud, y es evidente que necesita mayor capacidad de bombeo para mantener la presión apropiada cuando la jirafa está de pie.
EL CORAZON COMO UNA BOMBA
El corazón de un humano actúa como una bomba hidráulica de cuatro cámaras y doble función; el ventrículo izquierdo bombea sangre al cuerpo y el derecho a los pulmones.
El trabajo hecho en cada contracció está dado por W = (P) donde DV es el volumen de sangre que entra a la arteria (P) y es la presión sanguínea media durante el latido. Cifras caracteristicas para el ventrículo izquierdo son DV
= 60 cm cúbicos y (P) = a 105 mm Hg utilizando unidades mks, tenemos
P = 105 / 760 * 105 = 1,38 * 104 N/m2
luego:
W = 1,38 X 104 X 60 X 106 = 0,83 J
La potencia de salida del ventrículo izquierdo puede calcularse a partir de la relación.
p = w / Dt
con Dt = 0,8 segundos para un ciclo el resultado seria 1,04 W.
El ventrículo derecho que envia sangre a los pulmones desarrolla apenas un sexto de la presión del ventrículo izquierdo, así que su potencia de salida, P es 1,04/6 = 1,7 W.
La potencia total,considerando ambos lados del corazón, es entonces 1,21 W a una frecuencia de 80 latidos por minuto durante el reposo. Durante el ejercicio el ritmo cardíaco se incrementa hasta aproximadamente 160 latidos por minuto, los cambios de volumen
de los ventriculos se hacen mayores así como la velocidad de la sangre. El modelo de pistón simple para el trabajo realizado para el corazón no es útil aquí por que la energía cinética de la sangre ya no es despreciable.
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