AULA 07 – BIOFÍSICA DOS FLUIDOS EM SISTEMAS BIOLÓGICOS.pdf

BIOFÍSICA - FISIOTERAPIA

AULA 07 - BIOFÍSICA DOS FLUIDOS NOS SISTEMAS BIOLÓGICOS

INTRODUÇÃO

O que é FLUIDO? São substâncias que se deformam continuamente quando submetidas a uma força de

BIOFÍSICA

cisalhamento (tangencial).

AULA 07 – BIOFÍSICA DOS FLUIDOS EM SISTEMAS BIOLÓGICOS BIOLÓGICOS

São substâncias que, quando em repouso, não oferecem resistência a uma força de cisalhamento.

Prof o. CleutonBraga Landre

Partículas fracamente ligadas (força de atração pequena) Certo grau de liberdade de movimento Sem formato próprio MACAPÁ 2014

1

INTRODUÇÃO

Deformação sem “desintegração” da massa (escoamento)

CLASSIFICAÇÃO DOS FLUIDOS

O que é FLUIDO? Compressibilidade

•

O que pode pode fluir (escoar) (escoar)

•

O que não tem tem forma definida definida

A) compressív compressível: el: sua densidade densidade pode

•

Fluido: Fluido: uma substância substância que não suportamtensões suportamtensões de cisalhame cisalhamento nto

ser alterada (gases)

FLUIDO FLUIDO É UM NOME COMUM COMUM PARA PARA LÍQUIDOS LÍQUIDOS E GASES, GASES, NA MAIORIA DOS CASOS, ELES PODEM SER TRATAD TRATADOS OS DA MESMA FORMA.

B) incompress incompressível: ível: sua densidade é constante constante (líquidos) (líquidos)

Atrito interno (viscosidade)

A) viscoso: viscoso: há atrito atrito interno interno

B) não-viscoso não-viscoso:: atrito atrito interno interno é insignificante (MOURÃO; ABRAMOV2012.)

Fluido ideal : incompres incompressível sível e não viscoso viscoso



CLASSIFICAÇÃO DOS FLUIDOS

FLUIDODINÂMICA

LIQUIDOS

GASES

Incompressibilidade Volume definido Superfície livre

Compressibilidade Sem volume definido Expansão indefinida

“A pressão é um agente físico capaz de romper a inércia de um fluido.”

INÉRCIA

ACELERAÇÃO

“A movimentação dos fluidos ocorre em circuitos.”

PROPRIEDADES FÍ SICAS DOS FLUIDOS

Estática dos fluidos

C ir cui tos fe ch ado s

C ir cu it os a be rt os

Sistemas circulatório e excretório

Sistemas respiratório

SISTEMA FECHADO

Dinâmica dos fluidos



Massa específica ()



Equação de Bernoulli



Densidade relativa (d)



Equação de Poiseuille



Volume específico (s)

Número de Reynolds



Peso específico ()



Pressão (P)



Princípio de Pascal



Princípio de Arquimedes



Viscosidade ( ou )

Biofísica da circulação e da respiração (CAMBRAIA; PACHECO, 2009. MOURÃO; ABRAMOV 2012.)

Circulação pulmonar (pequena circulação)

Circulação sistêmica (grande circulação)



Princípios da fluidodinâmica nos seres vivos A) Fluxo constante

PRINCÍPIOS DA FLUIDODINÂMICA NOS SERES VIVOS B) Regime estacionário

“ É a quantidade de líquido que atravessa a seção transversal do tubo por unidade de tempo.”

Manutenção do fluxo: volume que sai é igual ao que entra. Ex. a pequena e a grande circulação. A qu anti da de de s an gu e m ov im enta da a ca da

Fluxo (F) = velocidade (LT-1) x área (L2)

i mpu ls o do cora ção é a m es ma , na gr and e e na pequena circulação. O volume de sangue ejetado do coração a cada sístole é cercade 165 ml. Volume sanguíneo de 5L:

Princípios da fluidodinâmica nos seres vivos

•

¼ na pequena circulação oupulmonar(3,5L)

•

¾ na grandecirculaçãoou sistêmica(1,25 L)

PRINCÍPIOS DA FLUIDODINÂMICA NOS SERES VIVOS

C) Conservação da energia – Princípio de Bernoulli Expressa que num fluido ideal (sem viscosidade nem atrito) em regime de circulação

Fluxo e velocidade

por um conduto fechado, a energia que possui o fluido permanece constante ao longo de seu percurso.

São grandezas diferentes: fluxo é volume por unidade de tempo, enquanto velocidade é a distância percorrida por unidade de tempo"

ET = EP + EC + ED + EG

Onde: ET = energia total EP = energia potencial EC = energia cinética ED = energia dissipada (atrito) EG = energia gravitacional

EP EC

ED

EG




PRINCÍPIOS DA FLUIDODINÂMICA NOS SERES VIVOS Não podemos esquecer:

C) Conservação da energia – Princípio de Bernoulli A energia mecânica é composta pela energia potencial e pela energia cinética; nos

1) Fluxo é constante.

fluidos, este princípio também se aplica. Dizemos que um corpo tem energia potencial

2) Primeiralei da termodinâmica.

quando, em virtude de sua posição,ele tem possibilidade de entrar em movimento. A energia potencial é um tipo de energia latente, ou seja, uma energia armazenada e pronta para produzir um movimento. No caso dosfluidos,o agente capaz de colocar um fluido em movimento é a pressão, logo:

1° problema: Se a área diminui, a velocidade teria que aumentar para manter o fluxo constante. Mas se a velocidade nos capilares e bronquíolos fosse alta, como ocorreriam as trocas sanguíneas e gasosas ?

Nos fluidos, a energia potencial é representada pela pressão.

Velocidade do sangue em cada setor da circulação  inversamente proporcionalàs áreas da seção transversa de cada setor


C) Conservação da energia – Princípio de Bernoulli A p re ss ão e m u m f lu ido é u ma for ma de e ne rg ia pote nc ia l ( Ep) , poi s el a te m a

PRINCÍPIO DE PASCAL  Princípio

de Pascal: “a pressão de um fluido se distribui igualmente em todos os pontos

do seu continente”

habilidade de executar trabalho útil. Numfluido em movimento há energia cinética (Ec) devido ao movimento.

Se o fluidoestá fluindo pelo tubosem atrito, a velocidade aumenta na seção estreita e o aumento na energia cinética (Ec) do fluido é obtida a partir de uma redução da energia potencial da pressão no tubo. Quando a velocid ade é reduzida novamente, no lado distante da restrição, a energia cinética é convertida em energia potenciale a pressão aumenta novamente,como indicado nos manômetros.

Fonte:Disponívelem .Acessoem 31/07/2013.



Distribuição do sangue pelo sistema circulatório!

Distribuição do sangue pelo sistema circulatório! 

64% nas veias 13% nas artérias 7% nas arteríolas e capilares

A Ecinética não pode diminuir no regime estacionário  Epotencial pode ser convertida em energia cinética  menor pressão ao longo dos vaso.

7% no coração 9% nos vasos pulmonares

Assim, a velocidade do fluido em cada setor da circulação torna-se inversamente proporcional às áreas da seção transversa de cada setor!

Distribuição do sangue pelo sistema circulatório! Área da seção transversa dos vasos

Equação de Poiseuille

capilares e veia cava. Área (cm 2) 2,5 20 40 2500 250 80 8,0

Fonte: GUYTON, HALL (1999).

A Lei de Pois eulle es tabelece que o fl uxo através um

Parâmetros circulatórios da aorta,

sanguíneos Vaso Aorta Pequenas artérias Arteríolas Capilares Vênulas Pequenas veias Veias

Escoamento de fluidos

Aorta

Capilares

Cava

Diâmetro Número

2,0 cm 1 (um)

8 m 2 bilhões

2,4 cm 1 (um)

Área

3,0 cm2

2 200 cm 2 4,5 cm2

Velocidade 28 cm.s -1 0,04 cm.s -1 19 cm.s-1 Fluxo

84 mL.s -1 88 mL.s -1 86 mL.s-1 Fonte: HENEINE, 2002.

determinadotubo depende da diferençade pressão de uma extremidade à outra (Pa- Pb), do comprimento (L) do tubo, doraio(R) dotubo, e da viscosidade()

F =  P r4 / 8 L F = fluxo do fluido = variação da pressão r = raio do tubo  = viscosidade do fluido L = comprimento do tubo P



A pressão nos líquidos pode mudar sem uma alteração no volume?


   .       ?

Alterações no diâmetro do vaso podem alterar a pressão sem necessariamente aumentar o volume

FLUXO 100 mmHg

75 mmHg

40 mmHg

15mmHg

FLUXO

O fluxo depende do ∆P, e não da P absoluta.


FLUXO SANGUÍNEO

 ∝   Ã (∆)

•

Os fluxos do fluido sanguíneo no corpo humano se classificam em dois: laminar e turbulento,quanto ao aspecto de suafluidez.

QUANDO HÁ GRADIENTES DE PRESSÕES EQUIVALENTES NÃO HÁ FLUXO •

100 mmHg

100 mmHg

Fluxo laminar: compara-se a corrente de um rio tranqüilo, e é o tipo de fluxo mais comumem nosso sistema sanguíneo.

    •

Fluxo Turbulento: seguindo a mesma analogia, compara-se a um rio ruidoso,com fortes correntezas e de águasturbulentas.

FLUXO

P MAIS ALTA

P1

FLUXO

P1 –P2 = ∆ 

P MAIS BAIXA

P2



Pressão

NÚMERO DE REYNOLDS

“É a razão entre a componente normal de uma força e a área em que ela atua.” Osborne Reynolds estudou essa propriedade em 1883, determinando que a VELOCIDADE CRÍTICAé proporcional à viscosidade  do fluidoe inversamente proporcional à densidade  do fluidoe oraioR dotubo:VC = K/R. Onde K é chamado nº deReynolds.

Ao reduzirmos o raio de um vaso, a velocidade do fluxo de sangue

P

Sistema Internacional: N.m-2

F

1 Pascal (Pa) = 1 N.m -2 1 atm = 1,01 x 105 Pa 1 atm = 760 mm Hg



A

aumenta. Quando essa velocidade é suficiente para mudar de Laminar para Turbulento, ela denomina-se VELOCIDADE CRÍTICA.

ANOMALIAS DO FLUXO

Estenose (estreitamento)

Aneurisma (dilatação)

Outras unidades de pressão! 1 bar = 105 N.m-2 = 106 dinas.cm-2 1 atm = 1,013 bars = 1,013 x 10 6 dinas.cm-2 1 mm Hg = 1,36 cm H 2O = 133,3 N.m -2

Pressão

Então, podemos dizer que a pressão arterial é a força que o sangue faz na parede dos vasos sanguíneos! Pressão sistólica (contração ou sístole) Pressão diastólica (relaxamento ou diástole)



Pressão

Pressão Por que ficamos tontos quando estamos deitados ou agachados e, de repente, levantamos?

Classificação da pressão arterial (>18 anos) Ótima Normal

Sistólica (mm HG)

Diastólica (mm HG)

< 120

< 80

< 130

< 85

Limítrofe

130 - 139

85 - 90

Hipertensão estágio 1

140 - 159

90 - 99


160 - 179

100 - 109


≥ 180

≥ 110

Hipertensão sistólica isolada

≥ 140

< 90

Pressão atmosférica (Patm)

P = Patm + PH h2

h1

Fonte: BRASIL(2006)

PH =  g h 31

Pressão hidrostática (PH)

Pressão h2 > h1, logo P2 > P1 A pressão varia em função dos diferentes tipos de vasos sanguíneos!

h2

Hipotensão postural

h1 Fonte: GUYTON; HALL (1999)



RESISTÊNCIA (R) •

CONTATOS

A tendência do sistema circulatório de se opor ao fluxo sanguíneo é denominada resistência

ao fluxo. Um aumento na resistência de um vaso sanguíneo resulta em redução dofluxopor ele. Podemos expressar estarelação da seguinte forma: FATORES QUE AFETAM A RESISTÊNCIA

COMPRIMENTO

VISCOSIDADE

DO VASO (L)

DO SANGUE (ἠ)

Ê ∝

RAIO DO VASO

ἠ 4

RESISTÊNCIA (R) EM OUTRAS PALAVRAS •

Quandoum vaso possui metade do raiode um outro e quando todos os fatores são iguais, o

vasomenor apresentaráresistênciadezesseisvezes (24) maiorqueo vasomaior

facebook.com/cleuton.bragalandre

[email protected]

@cleutonlandre

(96) 8122-0910 35

AULA 07 – BIOFÍSICA DOS FLUIDOS EM SISTEMAS BIOLÓGICOS.pdf

Recommend Documents