Práctica de Biofísica: Circulación Sanguínea y Hemodinamia

Consigna 1. Secuencia de la circulación mayor

Identifique de manera secuencial los distintos elementos anatómicos y vasculares que conforman el circuito de la circulación general (mayor) en el cuerpo humano, señalando la denominación correspondiente a cada uno de los números indicados en el diagrama:

1.

2.

3.

4.

5.

6.

7.

8.

9.

Consigna 2. Conceptos físicos fundamentales en fluidos

Defina conceptualmente y escriba la expresión matemática de cada una de las siguientes magnitudes biofísicas empleadas en hemodinamia:

a)

Densidad ($\rho$): defina conceptualmente y escriba su expresión matemática.

c)

Presión ($P$): defina conceptualmente y escriba su expresión matemática.

Consigna 2. Conceptos físicos fundamentales en fluidos

Defina conceptualmente y escriba la expresión matemática de cada una de las siguientes magnitudes biofísicas empleadas en hemodinamia:

b)

Trabajo mecánico ($W$): defina conceptualmente y escriba su expresión matemática.

Consigna 2. Conceptos físicos fundamentales en fluidos

Defina conceptualmente y escriba la expresión matemática de cada una de las siguientes magnitudes biofísicas empleadas en hemodinamia:

d)

Caudal o gasto ($Q$): defina conceptualmente y escriba sus distintas formulaciones matemáticas en hemodinamia.

Consigna 3. Niveles de presión de referencia en hemodinamia

A partir de la bibliografía de fisiología médica, explique cuál es el criterio físico para definir una presión cero, una presión positiva y una presión negativa en el sistema cardiovascular humano.

Consigna 4. Distribución de volemia y área de sección vascular

Observe el siguiente diagrama que muestra el porcentaje del volumen de sangre albergado en los distintos lechos vasculares:

A partir de una volemia corporal total de $5\text{ L}$ ($5000\text{ mL}$), complete la tabla que detalle el volumen de sangre en mililitros ($\text{mL}$) y el área de sección transversal total correspondiente ($\text{cm}^2$) para cada compartimento vascular.

Tramo vascular · Sección transversal total ($A\text{ [cm}^2\text{]}$) · Volumen contenido ($V\text{ [mL]}$)

Aorta

Arterias

Arteriolas

Capilares

Vénulas

Venas

Venas cavas

Consigna 5. Leyes de la circulación y perfiles hemodinámicos

Enuncie las tres leyes hemodinámicas fundamentales (relativas a la presión, al caudal y a la velocidad lineal) e interprete cómo varían la Presión ($P$), la Sección transversal global ($S$) y la Velocidad ($v$) a lo largo del circuito vascular sistémico representadas en los siguientes gráficos:

1.

2.

Consigna 6. Velocidad capilar y ecuación de continuidad

A partir del gráfico hemodinámico presentado a continuación, justifique con base en la ecuación de continuidad por qué la velocidad lineal del flujo sanguíneo disminuye de forma tan notable al llegar a los capilares:

Consigna 7. Presión arterial y venosa en decúbito

Analice las lecturas manométricas de la siguiente figura en un individuo en decúbito supino y responda:

a)

¿Qué representan y qué magnitud tienen los valores en el circuito de la izquierda?

b)

¿Qué representan y qué magnitud tienen los valores en el circuito de la derecha?

c)

¿En qué tramo del árbol circulatorio tiene lugar la mayor caída de presión hidrodinámica (desde los 95 mmHg arteriales hasta los 8 mmHg venosos)?

Consigna 8. Efecto de la gravedad en bipedestación

Al cambiar de posición horizontal a bipedestación, el peso de la columna líquida de sangre influye sustancialmente sobre la presión hidrostática en distintos puntos del cuerpo. Observe el esquema y deduzca cómo se modifican las presiones en los sectores arterial y venoso:

Explique cómo se modifican las presiones por debajo y por encima del plano cardíaco (a nivel arterial y venoso) por acción del gradiente hidrostático $\Delta P_h = \rho \cdot g \cdot h$:

Consigna 9. Ley de Laplace aplicada a vasos sanguíneos

A partir del esquema que describe la ley de Laplace aplicada a vasos sanguíneos, deduzca y conteste:

a)

¿Qué tipo de relación existe entre la tensión tangencial de la pared vascular y la presión transmural interna del fluido?

b)

¿Qué relación existe entre la tensión parietal y el radio interno del vaso conductor?

Consigna 10. Resolución de problemas biofísicos de hemodinamia

Resuelva las siguientes situaciones cuantitativas aplicando los principios y ecuaciones de la hidrodinámica cardiovascular:

a.

Efecto hidrostático en bipedestación: sabiendo que la presión arterial media a la salida del corazón es $P_m = 110\text{ mmHg}$ y la densidad de la sangre es $\rho = 1050\text{ kg/m}^3$, determine la presión arterial hidrostática neta a nivel de la cabeza ($P_{a.c}$) y a nivel de los pies ($P_{a.p}$) para el individuo de pie de la siguiente figura (altura total de $1{,}75\text{ m}$; corazón ubicado a $40\text{ cm}$ de la cabeza y a $1{,}35\text{ m}$ del suelo). Exprese las presiones hidrostáticas relativas tanto en $\text{Pa}$ ($\text{N/m}^2$) como en $\text{mmHg}$, considerando $g = 9{,}8\text{ m/s}^2$ y la equivalencia $1\text{ mmHg} = 133{,}28\text{ Pa}$.

Consigna 10. Resolución de problemas biofísicos de hemodinamia

Resuelva las siguientes situaciones cuantitativas aplicando los principios y ecuaciones de la hidrodinámica cardiovascular:

b.

Cálculo de caudal segón la ley de Poiseuille: determine el caudal volumétrico ($Q$) en $\text{m}^3/\text{s}$ que circula a través de un segmento arterial de $0{,}02\text{ m}$ de diámetro interior y $0{,}05\text{ m}$ de longitud, sabiendo que la diferencia de presión entre sus extremos es $\Delta P = 50\text{ mmHg}$ y la viscosidad del líquido es $\nu = 4\text{ poise}$ ($1\text{ poise} = 0{,}1\text{ Pa}\times\text{s}$; $1\text{ mmHg} = 133{,}28\text{ Pa}$).

c.

Régimen de flujo mediante el número de Reynolds: determine si el régimen de flujo en un tubo es laminar o turbulento a partir de las siguientes características dadas:

Diámetro del tubo ($D = 2r$): $5{,}1105\text{ m}$.

Velocidad del fluido ($v$): $4{,}2102\text{ m/s}$.

Densidad ($\rho$): $5{,}2\text{ g/cm}^3$.

Viscosidad ($\nu$): $3\text{ poise}$ ($0{,}3\text{ Pa}\times\text{s}$).

Criterio: $N_R < 2000$ (laminar); $2000$ a $3000$ (transición); $N_R > 3000$ (turbulento).

d.

Trabajo hemodinámico cardíaco: ¿Qué trabajo mecánico ($W$) efectúa el corazón en cada sístole de eyección si impulsa un volumen sistólico de $58\text{ mL}$ contra una presión arterial media de $90\text{ mmHg}$?