UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO
Estudiantes: Docente: Asignatura: MECÁNICA DE FLUIDOS
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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. Se pretende dar una breve descripción de dicho aparato, enfocándolo desde la mecánica de fluidos y la hidráulica para ayudar a afianzar ciertos conceptos que tal vez se pueden comprender con mayor claridad cuando se tiene un ejemplo tan presente y tan real como es, en este caso, el aparato circulatorio. El sistema circulatorio constituye un circuito continuo, en el que el volumen impulsado por el corazón es el mismo volumen que debe circular por cada una de las subdivisiones de la circulación. Puede dividirse en dos partes principales que son el sistema de circulación general y el de circulación pulmonar. La sangre fluye casi sin resistencia en todos los grandes vasos de la circulación, pero no en arteriolas y capilares. Para que la sangre pueda atravesar los pequeños vasos en que se presenta resistencia, el corazón manda sangre a las arterias a presión elevada (hasta aproximadamente aproximadamente 120 torr). La sangre es el fluido fundamental del aparato circulatorio. Tiene un olor característico 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. 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 mayor la fricción, y es esta fricción la que rige la viscosidad. La sangre puede llegar a ser entre 3 a 10 veces más viscosa que el agua. 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 circulación a través del vaso que se conoce conoce como resistencia vascular.
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El flujo a través del vaso se puede calcular por medio de la Ley de Ohm, que indica que el flujo flujo sanguíneo es directamente proporcional a la diferencia de presión e inversamente proporcional a la resistencia
Por lo tanto, para determinar el flujo sanguíneo no es es importante conocer el valor total de las presiones, pero es e s 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. La presión sanguínea representa la fuerza ejercida por la sangre contra cualquier área de la pared vascular.
LA SANGRE COMO FLUIDO NEWTONIANO
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 conectado a un transductor para medir la presión, estos transductores son eléctricos (puentes de Wheatstone) y según el voltaje que generen la presión, graficando se puede observar y valorizar.
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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. 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.
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Para determinar si un flujo sanguíneo es laminar o turbulento es posible utilizar 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. 2. 3.
Gran velocidad de la corriente. Índole pulsátil de flujo. 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.
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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 los líquidos y tejidos 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.
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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.
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HIDRODINÁMICA - SISTEMA CARDIOVASCULAR HUMANO Características generales del aparato circulatorio. El sistema cardiovascular tiene como función, la de distribuir la sangre a todos los órganos de nuestro organismo, y recogerla para volverla a oxigenar en los pulmones. El aparato circulatorio está constituido por: La bomba cardiaca es el órgano principal del aparato circulatorio y propulsor de la sangre en el interior del organismo. Está formado por cuatro cavidades: dos aurículas, separados por el tabique medial , y dos ventrículos, separados por el tabique interventricular . Las aurículas y los ventrículos están conectados por el orificio auriculoventricular que en su parte derecha contiene la válvula tricúspide y en la parte izquierda la válvula mitral, que permiten que la sangre circule en nuestro organismo en un único sentido. Del ventrículo izquierdo sale la arteria aorta que tiene una válvula semilunar mientras que del ventrículo derecho sale la arteria pulmonar , que tiene también una válvula semilunar. Tres sistemas de vasos sanguíneos. Los tres sistemas de vasos sanguíneos son: a) Arterias: canalizan adecuadamente la sangre, y, mantienen la presión generada por los ventrículos (sistema arterial). b) b) Microcirculación: formado por arteriolas, red capilar y vénulas, que, permiten el intercambio de sustancias y líquidos a través de la difusión y la filtración. c) c) Venas: recogen la sangre, una vez producido el intercambio de sustancias entre el interior y el exterior de la célula (sistema venoso). La circulación de la sangre en el sistema cardiovascular se produce de la siguiente manera:
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La sangre entra en la aurícula derecha con sangre venosa de todo el organismo, a través de la vena cava superior que recoge la sangre que hay por encima del corazón, y la vena cava inferior que recoge la sangre que hay por debajo del corazón. Una vez llena la aurícula, la sangre pasa al ventrículo derecho, a través del orificio auriculoventricular derecho. Cuando se llena el ventrículo derecho, la sangre parte en dirección a los pulmones a través de la arteria pulmonar para el proceso de oxigenación. Una vez oxigenada la sangre, ésta pasa del pulmón a la aurícula izquierda a través de las cuatro venas pulmonares. De la aurícula izquierda pasa al ventrículo izquierdo a través del orificio auriculoventricular izquierdo. Cuando se llena el ventrículo izquierdo, la sangre sale por la arteria aorta, que conecta con el sistema arterial cuya función es mantener constante la presión de la sangre para que fluya en sentido único. De este sistema pasa al sistema capilar , cuya función es disminuir la velocidad de la sangre, mediante las paredes finas que tiene con el propósito de que los tejidos realicen la absorción del O2. Una vez realizado la combustión del oxígeno, la sangre venosa vuelve al corazón mediante el sistema venoso. El aparato circulatorio tiene dos sistemas de circulación: 1. La circulación sistémica: formada por la aurícula derecha y el ventrículo izquierdo, junto con la arteria aorta. 2. La circulación pulmonar: formada por la aurícula izquierda y el ventrículo derecho, junto con la arteria pulmonar. Principios generales de la hidrodinámica aplicados al aparato cardiovascular. El flujo de sangre (l/min) que circula en el sistema vascular, viene determinado por la ley de la hidrodinámica y sigue por tanto la siguiente ecuación:
2.1. Factores que intervienen en el flujo. a) Presión: la presión se refiere a la diferencia de presión de salida de la sangre con la presión de la entrada de la sangre al circuito, y no a la presión absoluta dentro del vaso.
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Ej: - Salida de sangre del VI, por aorta y llegada a la AD. - Salida de sangre del VD, por pulmonar y llegada a la AI. Para determinar la diferencia de presión, hay que realizar la diferencia entre el aumento de presión en la presión sistólica y la presión constante en la presión diástica, ya que la presión en la entrada al circuito es 0. La diferencia de presión es P1 – P2, cuyos parámetros se hallan: P2 = su valor es cero, ya que, es la entrada en el VD o la entrada en la AI. P1 = se determina su valor mediante la presión media existente entre el aumento de presión en la presión sistólica y la presión constante en la presión diástica.
b) Resistencia: es la dificultad de un fluido al circular por un conducto. Depende de: Características físicas del fluido: 1) Longitud: es inversamente proporcional al flujo, permanece constante. 2) Radio: directamente proporcional al flujo, su valor varía. Ej. Radio pequeño – vaso contracción; Radio grande – vaso dilatación. Naturaleza del fluido: 1) Viscosidad: es el roce que experimentan las partículas liquidas (plasma) con las sólidas (células), que lleva la sangre. La viscosidad se mide con el hematocrito, ya que, nos indica la cantidad de células que hay en el plasma.
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Los factores que determinan la resistencia (longitud, radio y viscosidad) quedan determinados por la ecuación de Poiseville, la cual presenta muchos inconvenientes en su aplicación:
I. II.
III.
El líquido no es homogéneo y la viscosidad no es constante: la fricción de la sangre al nivel de un gran vaso no es la misma que la de un capilar. El flujo no es laminar en todos los puntos: la sangre no tiene una velocidad constante en todos los puntos, ya que el flujo en muchos lugares es turbulento. El tubo: no es largo como en la experiencia de Poseiville, y además no es rígido si no flexible.
Mediante el método experimental de Poseiville, y con el modelo mecánico, que presenta las variables hidrodinámicas a lo largo de la circulación, se explica “La Ley de Continuidad del Flujo”, que dice: “La velocidad de un flujo que circula por un tubo rígido, es directamente proporcional al flujo e inversamente proporcional al área”, es decir, para que
la sangre circule por todas las partes del organismo, la velocidad multiplicada por el área de una determinada zona, tiene que ser igual a la velocidad multiplicada por el área de otra zona, como por ejemplo, que por la aorta salgan 6 eritrocitos de una manera y por la red capilar salgan los mismos aunque sea de otra forma.
Ej. 3cm/min x 2 cm2 = 1 cm/min x 6 cm2
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La resistencia en fisiología se mide mediante la unidad de resistencia periférica, que en el sistema de circulación sistémica esta entre 0`25 y 4, y en la circulación pulmonar está entre 0`03 y 1. Para obtener la resistencia total del circuito se realiza mediante la siguiente fórmula: Resistencia total = suma de las resistencias de todos los órganos
URP: unidad de resistencia periférica
- 0`25 (esfuerzo) y 4 (hipertensión): Circulación Sistémica. - 0`03 (esfuerzo) y 1 (hipertensión): Circulación Pulmonar. La inversa de la resistencia es la Conductancia.
El flujo sanguíneo está regulado por una serie de mecanismos cardiovasculares.
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Leyes de la Mecánica Circulatoria: 1. LEY DEL CAUDAL: “El caudal se mantiene constante a través de cualquier sección completa del lecho circulatorio”
2. LEY DE LAS VELOCIDADES Esta ley expresa que la velocidad sanguínea es mayor en la Aorta y va disminuyendo en su orden a través de las arterias principales, arteriolas, capilares y de aquí aumenta hacia las venas.
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3. LEY DE LAS PRESIONES La ley de las presiones establece que la presión hidrostática es mayor en la raíz de la Aorta que a partir de allí disminuye en su orden a través de las arterias principales, arteriolas, capilares y venas donde la presión es prácticamente nula.
TEOREMA DE BERNOULLI Se puede demostrar matemáticamente que
Que es equivalente a ̅
Implicaciones del Teorema de Bernoulli Caso. 1 1. Si toda la vena liquida se halla al mismo nivel, la ecuación se reduce(Efecto Venturi)
̅
Donde P es la presión hidrostática y ̅ es la presión cinemática.
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La suma de la presión hidrostática más la presión cinemática se denomina presión hidrodinámica. 2. Por lo que se infiere que si no existen desniveles, la presión hidrostática en una vena liquida ideal es mayor donde la velocidad es menor, es decir, en los puntos de mayor sección. Caso. 2 Otro resultado importante se da cuando no hay cambio en la presión . El teorema se reduce a
Por ejemplo, tenemos un líquido que sale por un agujero u orificio, cerca del fondo de un recipiente abierto. La velocidad con que sale el líquido por el agujero podrá determinarse a partir del teorema de Bernoulli, haciendo las siguientes consideraciones: 1. Se supone que el nivel del líquido en el recipiente decae lentamente al comprarlo con la velocidad de salida, de modo que la velocidad en el extremo superior puede considerarse cero. 2. Se observa que la presión del líquido, tanto en el extremo superior como en el orificio, es igual a la presión atmosférica, es decir, que . Caso. 3 Si el líquido se encuentra en reposo tanto como son cero. Del teorema de Bernoulli se puede demostrar que la diferencia de presión viene dada por
Notemos que esta expresión es el Teorema General de la Hidrostática.
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SISTEMA RESPIRATORIO El intercambio de gases entre la cavidad alveolar y los capilares sanguíneos se produce por difusión, gracias a la diferencia de concentración que existe entre el aire y la sangre. Los gases son capaces de pasar a través de las estrechas células del alveolo y del capilar. Su movimiento neto se produce desde la zona en la que están más concentrados a la de menor concentración. La sangre que llega a los pulmones tiene una concentración de dióxido de carbono mayor que el aire exterior, de modo que el CO 2 pasa desde el capilar hasta el alveolo. Por el contrario, la concentración de oxígeno en la sangre que llega al alveolo es más baja que la del aire, de modo que el oxígeno pasa del alveolo al capilar.
ROLES Primario: Transporte de O2 y de CO2. Secundario: 1. Equilibrio Ácido – Base 2. Protección (bacterias, trombos) 3. Regulación Hormonal: ECA, ON
Para que pueda producirse el intercambio de gases en los alveolos, es necesario que el aire penetre en los pulmones, recorriendo todas las vías respiratorias. El flujo de aire a lo largo de los conductos respiratorios se produce gracias a la diferencia de presiones que existe entre el exterior del cuerpo y el espacio interpleural.
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FACTORES FISICOS Y FISIOLOGICOS QUE INFLUYEN CADA PASO DE LA RESPIRACIÓN
Medio Externo: PO2 inspirado Pulmones: ventilación, difusión y corto circuitos entre sangre arterial y venosa Sangre: flujo sanguíneo, concentración y afinidad de la hemoglobina por el oxígeno. Tejidos: capilaridad Células: mioglobina, mitocondria y enzimas
PROCESOS FÍSICOS RESPONSABLES DE LA RESPIRACIÓN
DIFUSIÓN: Es el movimiento de moléculas de un gas de una alta concentración a una baja concentración de acuerdo a sus presiones parciales individuales
CONVECCIÓN: Es el movimiento de un gas de una alta concentración a una baja concentración en función del movimiento del medio en que se encuentra dicho gas.
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o
o o o o o o o
INSPIRACIÓN Músculos respiratorios expanden la pared torácica. El diafragma desciende. Expansión de la caja toráxica. Presión intrapleural. Expansión los pulmones Entrada del flujo de aire. Presión alveolar Entrada de flujo de aire.
Características Dinámicas pulmón: RESISTENCIA (R)
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o
ESPIRACIÓN Justo antes de la espiración: La presión alveolar es igual a la presión atmosférica. Luego: Recogimiento elástico de los pulmones. Presión alveolar es vuelve mayor que la presión atmosférica Salida de flujo de aire.
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La resistencia de la vía aérea es la oposición al flujo causada por las fuerzas de fricción. Se define como la relación entre la presión de empuje y la velocidad de flujo aéreo. La resistencia al flujo en las vías aéreas depende de si el flujo es laminar o turbulento, de las dimensiones de la vía aérea, y de la viscosidad del gas.
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En el flujo laminar, la resistencia es muy baja. Esto se debe a que se necesita una presión de empuje pequeña para producir cierta velocidad de flujo. La resistencia durante el flujo laminar se puede calcular a través de la Ley de Poiseuille:
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FLUJOS EN LAS VÍAS AÉREA: Tipos de Flujo Respiratorio
Laminar
Caracterizado por que las partículas de los fluidos se mueven a lo largo de láminas adyacentes sin mezclarse. La agitación de las partículas del fluido es sólo de naturaleza molecular y están restringidas a moverse en trayectorias esencialmente paralelas, debido regularmente a la acción de la viscosidad. El estudio del flujo laminar es descrito por la ley de Poseuille.
Turbulento
Caracterizado por que las partículas de los fluidos no permanecen en capas, sino que se mueven en forma heterogénea a través del flujo, deslizándose más allá de otras partículas y chocando con algunas otras, produciendo un mezclado rápido y continuo del flujo. La medición de turbulencia es descrita por el número de Reynolds. Debido a que en la turbulencia el movimiento de las pequeñas masas de fluido es caótico, aún en pequeñas distancias, resulta matemáticamente irrealizable determinar el movimiento de las partículas individuales del fluido. Sin embargo, considerando el movimiento promedio de las agregaciones de partículas de fluido o por medio de métodos estadísticos, se puede obtener relaciones matemáticas.
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Transicional
El flujo transicional es una mezcla de los flujo laminar y turbulento que suele ocurrir en puntos de ramificación o próximos a obstrucciones parciales. El flujo laminar en la respiración ocurre solamente en las vías más pequeñas, donde la velocidad lineal del flujo aéreo es extremadamente baja. La velocidad lineal en cm/s es igual al flujo en cm3/s dividido entre el área de corte transversal. El flujo turbulento en la respiración y el transicional son ocasionados por flujos inspiratorios-espiratorios altos y variables, vías aéreas grandes, cambios de diámetro de los pulmones y vías respiratorias, ramificaciones y ángulos existentes en el sistema respiratorio.
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ECUACIÓN DEL GAS ALVEOLAR:
FLUJO PULMONAR • Es igual al gasto cardiaco (5 L/min) VARIA POR: – Los cambios de la presión arterial – La Distensibilidad del árbol vascular – Los efectos hidrostáticos de la gravedad.
GASES • Consisten en moléculas muy separadas en el espacio. • Las moléculas de los gases están en constante movimiento caótico. • La temperatura se considera como una me dida de la Energía Cinética Promedio de todas
las moléculas.
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• La Presión de un gas resulta de los choques de las moléculas del gas con las paredes del
recipiente que las contiene.
TRABAJO Y ESFUERZO RESPIRATORIO El trabajo respiratorio tiene una serie de componentes representados por las fuerzas elásticas, viscoelásticas, plastoelásticas, inerciales, gravitacionales, de compresibilidad y distorsión de la pared torácica, sin olvidar que el trabajo en fase acelerativa, se recupera en la fase decelerativa. Campbell estableció un sistema gráfico que triangulaba las distintas áreas de las curvas comprendidas entre dos teóricas rectas: la recta de compliance del pulmón, y la recta de compliance de la pared torácica. Esta última puede definirse en pacientes en ventilación controlada con los puntos sin flujo que unen el principio y final de la inspiración, con las curvas de volumen en ordenadas y la presión pleural o esofágica en abscisas. En su defecto, puede calcularse esta compliance de la pared torácica a partir de los datos de la capacidad vital del sujeto, con buena correlación con la antedicha determinación.
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LEYES DE LOS GASES • Ley de Boyle (1660): “La presión de una cantidad fija de gas es inversamente
proporcional al volumen que ocupa, siempre y cuando se mantenga la temperatura constante”.
• Ley de Gay -Lussac (1808): “Si mantenemos constante la presión, los cambios de volumen
que experimentan una cantidad fija de gas son directamente proporcionales a los cambios de temperatura”.
•Ley de Navier – Stokes:
Ecuacion fundamental de la Mecánica (movimiento de fluidos) Establezcamos las ecuaciones del movimiento de un fluido compresible y viscoso. Para el caso general de un movimiento tridimensional, el campo de corrientes está determinado por el vector velocidad
con las tres componentes rectangulares además de la presión y la densidad Para la determinación de estas cinco magnitudes disponemos de la ecuación de continuidad (conservación de la masa), las tres ecuaciones del movimiento (conservación de la cantidad de movimiento) y la ecuación termodinámica de estado , es decir, cinco ecuaciones también. La ecuación de continuidad expresa que la suma de las masas entrante y saliente por unidad de volumen en la unidad de tiempo es igual a la variación de la densidad por unidad de tiempo. Luego, podrá escribirse como:
•Ecuación de Darcy-Weisbach:
La ecuación de Darcy-Weisbach es una importante ecuación ampliamente usada. Permite el cálculo de la pérdida de carga debida a la fricción. h f es la pérdida de carga debida a la fricción, calculada a partir de la fricción (término este conocido como factor de fricción de Darcy o coeficiente de rozamiento), la relación entre la longitud y el diámetro L/D, la velocidad del flujo v , y la aceleración debida a la gravedad g que es constante.
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MECANICA RESPIRATORIA
LA MECÁNICA RESPIRATORIA SE ENCARGA DEL ESTUDIO DEL FLUJO AÉREO EN EL APARATO RESPIRATORIO, QUE BASÁNDOSE EN LA DINÁMICA DE FLUÍDOS A TRAVÉS DE UN SISTEMA DE CONDUCTOS ELÁSTICOS, ESTUDIA LA GENERACIÓN DEL GRADIENTE DE PRESIONES NECESARIO Y LAS RESISTENCIAS DEL SISTEMA.
Para generar flujo de aire entre el entorno y el aparato respiratorio se debe establecer un gradiente de presiones favorable capaz de vencer las resistencias a dicho flujo. Dado que la presión barométrica o externa al sistema se considera constante (en una misma cota de altitud), la única presión que podemos modificar es la pulmonar. Por lo tanto, para que el refresco sea óptimo, es necesario aumentar y disminuir dicha presión pulmonar con respecto a la barométrica y de forma alternante, dando lugar a lo que se conoce como ciclo respiratorio, con dos fases: una inspiratoria activa (entrada de aire) y otra espiratoria pasiva (salida de aire). Las estructuras que forman el espacio capacitativo pulmonar son huecas y elásticas, lo que significa que dicha capacidad va a depender de la diferencia de presiones entre el interior de dicho espacio y el exterior, es decir de la PRESIÓN TRANSMURAL (Pi - Pe), que en el aparato respiratorio, según su localización, son de dos tipos:
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PRESIÓN TRANSMURAL DE LAS VÍAS RESPIRATORIAS (Ptva)
Gradiente de presión existente entre el interior de la vía respiratoria (Pva) y el exterior, coincidente con el espacio intrapleural, y por tanto presión pleural (Ppl). Ptva = Pva – Ppl Responsable de que las vías aéreas modifiquen su luz interior frente a los diferentes esfuerzos respiratorios, solventando el problema de su oclusión mediante la interposición de elementos rígidos que eviten su colapso (por ejemplo, los anillos cartilaginosos de la tráquea y bronquios).
PRESIÓN TRANSPULMONAR (Pp):
Gradiente de presión existente entre el interior alveolar (PA) y el exterior o presión pleural (Ppl) Pp = PA – Ppl Responsable de que no se colapsen los pulmones y se modifique el flujo durante el ciclo. La presión alveolar se puede medir al nivel de la boca, cuando la glotis está abierta. La presión pleural se puede medir mediante la introducción en el esófago de un balón inflable, ya que la presión medida en el esófago es prácticamente igual a la intrapleural, por estar esta estructura entre el tórax y los pulmones, como le ocurre al espacio intrapleural. Con este dispositivo el valor obtenido en reposo, es decir al final de una espiración eupnéica es de -5 cm de agua (-3,7 mm Hg). Este valor subatmosférico es debido a la contraposición de dos fuerzas sobre un espacio cerrado como el espacio intrapleural. Por un lado, la fuerza de retracción elástica del tejido pulmonar y por el otro, la fuerza de expansión elástica de la caja torácica en la situación de reposo respiratorio, lo cual se pone de manifiesto en el momento que introducimos aire en dicho espacio intrapleural (neumotórax), con la retracción del tejido pulmonar y la expansión del torácico. Estas dos estructuras no se separan gracias a la gran tensión superficial que se produce entre ambas pleuras, como consecuencia del líquido contenido (2 ml en total), lo que permite deslizamientos entre ambas pleuras pero no su separación. La presión transtorácica (Pw) viene definida por la diferencia entre la presión pleural y la atmosférica y define la presión elástica de la pared torácica. La fuerza de retracción pulmonar es la fuerza que se desarrolla en la pared pulmonar durante la inspiración. Por tanto, aumenta a medida que el pulmón se expande y siempre actúa a favor del colapso pulmonar.
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GENERALIDADES DE LA FUNCIÓN RENAL Los riñones son avanzadas máquinas de reprocesamiento. Cada día, los riñones de una persona procesan aproximadamente 180 litros de sangre para eliminar alrededor de 2 litros de productos de desecho y agua en exceso. A los riñones les compete la mayor parte de la actividad del aparato urinario. Los otros son vías de paso y lugares de almacenamiento. Las funciones de los riñones son los siguientes: Regulación del volumen de líquido extracelular (LEC) Si el volumen del LEC disminuye por debajo de ciertos niveles, la presión sanguínea disminuirá de tal modo que no será suficiente para que el flujo sanguíneo alcance los diferentes órganos del cuerpo. El sistema cardiovascular junto con el renal trabaja de manera integrada para mantener constante el volumen de LEC. Los riñones regulan el volumen extracelular controlando fundamentalmente la excreción de Na + y agua. Regulación de la osmolaridad Los riñones regulan la osmolaridad del medio extracelular manteniéndola en los valores cercanos a 290 mOsm. La regulación renal de la osmolaridad se lleva a cabo a través de la formación de una orina concentrada o diluida. Mantenimiento del balance iónico Regulan la concentración plasmática de numerosos iones, en especial sodio, potasio, calcio, cloruro y fosfato.
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Regulación de pH Los riñones excretan una cantidad variable de iones de hidrógeno hacia la orina y conservan iones bicarbonato, que son importantes para amortiguar los H + de la sangre.
Excreción de los productos de desecho y sustancias extrañas Los riñones eliminan dos tipos de sustancias; unas son las resultantes del metabolismo, como por ejemplo: la creatinina, que es el producto final del metabolismo de los músculos; la urea que es el principal producto final del metabolismo de los compuestos nitrogenados en el hombre y el ácido úrico que es el producto final del metabolismo de purinas. Otras sustancias extrañas como los fármacos (penicilina) y compuestos extraños (sacarina) o tóxicos. Producción de hormonas Los riñones no son una glándula endocrina propiamente dicha, sin embargo conviene resaltar esta función ya que se encarga de sintetizar las hormonas: eritropeyatina, que estimula la producción de glóbulos rojos; la renina, que interviene en la regulación de la presión arterial; el calcitriol, que es la forma activa de la vitamina D y ayuda a regular la homeostasis del calcio.
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LA NEFRONA
La nefrona es la unidad funcional del riñón, responsable de la purificación y filtración real de la sangre. Cerca de un millón de nefronas se encuentran en la corteza de cada riñón, y cada una se compone de un corpúsculo renal y túbulo renal que llevan a cabo las funciones de la nefrona. El túbulo renal consiste en el túbulo contorneado y el asa de Henle.
La nefrona es parte del mecanismo homeostático de su cuerpo. Este sistema ayuda a regular la cantidad de agua, sales, glucosa, urea y otros minerales en su cuerpo. La nefrona es un sistema de filtración se encuentra en su riñón, que es responsable de la reabsorción de agua, sales. Aquí es donde finalmente la glucosa se absorbe en su cuerpo. El asa de Henle es la parte de la nefrona que contiene la ruta de base para el líquido. El líquido comienza en la cápsula de Bowman y luego fluye a través del enrevesado túbulo proximal. Es aquí donde de sodio, agua, aminoácidos y glucosa a reabsorberse. El filtrado se escapa la rama descendente y, a continuación una copia de seguridad. En el camino que pasa por un gran curva llamada asa de Henle. Esta se encuentra en la médula del riñón. Al aproximarse a la cima de nuevo, los iones de hidrógeno (residuos) de flujo en el tubo y por el conducto colector.
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GENERALIDADES DE LA FISIOLOGÍA RENAL Para producir orina, las nefronas y los túbulos colectores desarrollan tres procesos básicos: • Filtración glomerular • Reabsorción tubular • Secreción tubular
FILTRACIÓN GLOMERULAR - Presión neta de filtración: La filtración glomerular depende de tres presiones principales. Una presión promueve la filtración y dos presiones se oponen a esta. Presión hidrostática sanguínea glomerular (PHSG) es la presión sanguínea en los capilares glomerulares. Su valor suele ser de 55 mm Hg. Promueve la filtración forzando la salida del agua y los solutos del plasma sanguíneo a través de la membrana de filtración. Presión hidrostática capsular (PHC) es la ejercida contra la membrana de filtración por el líquido que ya está en el espacio capsular y túbulo renal. La PHC se opone a la filtración y representa una presión retrógrada de cerca de 15 mm Hg.
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Presión coloidosmótica sanguínea (PCS) que está dada por la presencia de proteínas como la albúmina, las globulinas y el fibrinógeno en el plama sanguíneo, también se opone a la filtración. El promedio de la PCS en los capilares glomerulares es de 30 mm Hg. La presión neta de filtración (PNF), la presión total que promueve la filtración, se determina: PNF = PHSG – PHC – PCS Sustituyendo los valores PNF = 55 mm Hg – 15 mm Hg – 30 mm Hg PNF = 10 mm Hg
-Filtración glomerular La sangre arterial que llega al riñón fluye por los capilares glomerulares a una gran presión, debido a que el diámetro de la arteriola eferente es menor que la aferente. Estimulados por esa fuerte presión, el agua y las materias solubles del plasma sanguíneo tales como la glucosa, aminoácidos, sales y urea, atraviesan las paredes de los capilares y de cápsula de Bowman, incorporándose a las cavidades de esta última. Sólo los elementos figurados de la sangre y las proteínas plasmáticas no pasan la filtración glomerular, por su gran tamaño que no les permite atravesar la membrana. El plasma que pasa por el glomérulo pierde un 20 por 100 de su volumen para formar el filtrado glomerular.
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Por lo tanto, el líquido que pasa a la cavidad de la cápsula, llamado filtrado glomerular, es similar al plasma sanguíneo sin proteínas. El filtrado (altamente diluido) fluye hacia el túbulo contorneado proximal. A su vez, la sangre concentrada e hipertónica de los capilares glomerulares es transportada por la arteriola eferente, hacia la red capilar peritubular. Osmóticamente, esta sangre está lista para recuperar agua del filtrado que paso hacia el túbulo contorneado proximal. Por lo tanto el mecanismo básico de este proceso es puramente físico basado en la presión de filtración, facilitada por la estructura de las diferentes arteriolas. La velocidad de la filtración glomerular, aumenta y disminuye con la presión arterial y, en consecuencia la presión de la filtración. La intensidad normal de filtración glomerular es de 125 ml por minuto, que equivale a 180 l por día.
REABSORCIÓN Y SECRECIÓN TUBULARES El volumen de líquido que entra en los túbulos contorneados proximales en media hora es mayor que el volumen total del plasma sanguíneo porque el índice normal de filtración glomerular es muy alto. Obviamente, parte de este líquido debe retornar de alguna manera al torrente sanguíneo. La reabsorción -el retorno de la mayor parte del agua filtrada y de muchos solutos al torrente sanguíneo- es la segunda función básica de la nefrona y el túbulo colector. Normalmente, cerca del 99% del agua filtrada se reabsorbe. Las células epiteliales a lo largo del túbulo renal y del túbulo colector llevan a cabo la reabsorción, pero las células del túbulo contorneado proximal se hacen la mayor contribución. Los solutos reabsorbidos por procesos activos o pasivos son la glucosa, aminoácidos, urea e iones como el Na + (sodio), K+ (potasio), Ca2+ (calcio), Cl- (cloruro), HCO3- (bicarbonato) y HPO42- (fosfato).
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Una vez que el líquido pasa a través del túbulo contorneado proximal, las células situadas más distalmente regulan los procesos de reabsorción para mantener el equilibrio homeostático de agua y de ciertos iones. La mayor parte de las proteínas pequeñas y de los péptidos que pasan a través del filtro también se reabsorben, en general por pinocitosis. La tercera función de las nefronas y los túbulos colectores es la secreción tubular, la transferencia de las sustancias desde la sangre y las células tubulares hacia el líquido tubular. Las sustancias secretadas son iones hidrógeno (H+), K+, y amonio (NH4+), creatinina y ciertos fármacos como la penicilina. La secreción tubular tiene dos objetivos importantes: 1) la secreción de H+ ayuda a controlar el pH sanguíneo; 2) la secreción de otras sustancias contribuye a eliminarlas del organismo.
En un adulto en reposo, los riñones reciben 1.2 a 1.3 L de sangre por minuto, o un poco menos del 25% del gasto cardiaco. El flujo sanguíneo renal puede medirse mediante flujómetros electromagnéticos o de otro tipo o se determina al aplicar el principio de Fick (cap. 33) al riñón; es decir, con la cuantificación de la cantidad de una sustancia absorbida por unidad de tiempo y al dividir este valor por la diferencia arteriovenosa de la sustancia a través del riñón. Dado que el riñón filtra el plasma, el flujo plasmático renal equivale a la cantidad de una sustancia excretada por unidad de tiempo dividida por la diferencia arteriovenosa renal, siempre y cuando la cantidad en los eritrocitos no se modifique durante su paso a través del riñón. Cualquier sustancia excretada puede utilizarse si se puede medir su concentración en el plasma arterial y venoso renal, y si aquélla no es metabolizada, almacenada o producida por el riñón y, en sí, no afecta al flujo sanguíneo. El flujo plasmático renal es susceptible de cuantificar mediante la infusión de ácido paminohipúrico (PAH) y al valorar sus concentraciones en orina y plasma.
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El ácido p-aminohipúrico es filtrado por los glomérulos y secretado por las células tubulares, de manera que su cociente de extracción (concentración arterial menos la concentración venosa renal dividida por su concentración arterial) es elevada. Por ejemplo, cuando se suministra ácido p-aminohipúrico con infusión en dosis bajas, 90% de éste en la sangre arterial es eliminado en un solo paso a través del riñón. Por tanto, se ha vuelto un lugar común calcular el “flujo plasmático renal” al dividir la cantidad de ácido
paminohipúrico en la orina por la concentración plasmática del mismo, haciendo caso omiso de la concentración en la sangre venosa renal. Se puede utilizar el plasma venoso periférico ya que su concentración de este ácido es esencialmente idéntica a la que se encuentra en el plasma arterial que llega al riñón. El valor obtenido debe llamarse flujo plasmático renal efectivo (ERPF) para indicar que no se midió la concentración en el plasma venoso renal. En seres humanos, dicho flujo promedia alrededor de 625 ml/min.
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Ejemplo: Concentración de ácido p-aminohipúrico en la orina (U PAH): 14 mg/ml Flujo de orina ( ̇): 0.9 ml/min Concentración de ácido p-aminohipúrico en el plasma (PPAH): 0.02 mg/ml
= 630 ml/min Cabe hacer notar que el flujo plasmático renal efectivo determinado de esta manera corresponde al aclaramiento del ácido p-aminobutírico. Más adelante se describe con detalle el concepto del aclaramiento. El flujo plasmático renal efectivo puede convertirse en el flujo plasmático renal (RPF) efectivo: Cociente de extracción de ácido p-aminobutírico promedio: 0.9
⁄
A partir del flujo plasmático renal, con el cual es posible calcular el flujo sanguíneo renal al dividir por 1, menos el hematócrito: Hematócrito (Hct): 45%
= 1273 mL / min
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La tasa de filtración glomerular (GFR) puede medirse en animales de experimentación y en seres humanos sin lesiones mediante la cuantificación de la excreción y la concentración plasmática de una sustancia que se filtre libremente a través de los glomérulos sin ser secretada ni reabsorbida por los túbulos. La cantidad de tal sustancia en la orina por unidad de tiempo debe proporcionarla la filtración exacta del volumen de mililitros de plasma que contenía aquella cantidad. Por ende, si se designa la sustancia con la letra X, el filtrado glomerular equivale a la concentración de X en la orina (UX) por el flujo urinario por unidad de tiempo (V · ) divididos por la concentración plasmática arterial de X (PX) o UXV · / PX. Este valor se denomina aclaramiento de X (CX). Desde luego, PX es igual en todas las partes de la circulación arterial y si X no experimenta ningún metabolismo en los tejidos, la concentración de X en el plasma de sangre venosa periférica puede sustituir a la cifra plasmática en la sangre arterial.
Además del requisito de filtrarse libre y de no ser resorbida ni secretada en los túbulos, una sustancia apropiada para medir el filtrado glomerular no debe ser tóxica y tampoco ha de ser metabolizada por el organismo. La inulina, un polímero de fructosa con un peso molecular de 5 200, presente en las alcachofas de Jerusalén ( Helianthus tuberosus), satisface estos criterios en los seres humanos y en la mayoría de los animales, y se utiliza ampliamente para cuantificar el filtrado glomerular. En la práctica, se aplica por vía intravenosa una dosis de carga (bolo) de inulina, seguida de una infusión continua para mantener constante la concentración en plasma arterial. Después que se equilibra la inulina con los líquidos corporales, se obtiene una muestra de orina en un periodo e xacto y se consigue una muestra de plasma en el momento intermedio durante la recolección. Se evalúan las concentraciones plasmáticas y urinarias de inulina y se calcula el aclaramiento: UIN = 35 mg/ml ̇ = 0.9 ml/min PIN = 0.25 mg/ml
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̇
CIN = 126 mL / min
Los factores que controlan la filtración a través de los capilares glomerulares son los mismos que los que determinan la filtración a través de todos los demás capilares, es decir, el tamaño del lecho capilar, la permeabilidad de los capilares y los gradientes de presión hidrostática y osmótica a través de la pared capilar. Para cada nefrona: GFR = Kf [(PGC – PT) – (πGC – πT)] Kf , coeficiente de ultrafiltración glomerular, es el producto de la conductividad hidráulica en la pared de los capilares glomerulares (es decir, su permeabilidad) y el área de superficie de filtración efectiva; P GC, presión hidrostática media en los capilares glomerulares; P T, presión hidrostática media en el túbulo (espacio de Bowman); πGC, presión oncótica del plasma en los capilares glomerulares y, πT, presión oncótica del filtrado en el túbulo (espacio de Bowman). La presión en los capilares glomerulares es más elevada si se le compara con la de otros lechos capilares, en virtud de que las arteriolas aferentes son ramas rectas y cortas de las arterias interlobulillares. Asimismo, las arteriolas eferentes, vasos “corriente abajo” de los glomérulos, muestran una resistencia relativamente elevada.
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La presión hidrostática capilar es contrarrestada por la presión hidrostática generada en la cápsula de Bowman; también se neutraliza con el gradiente de presión oncótica generado en los capilares glomerulares ( πGC – πT). En situaciones normales, la presión oncótica del filtrado en el túbulo es insignificante, y el gradiente básicamente es igual a la presión oncótica originada por las proteínas plasmáticas. En la figura 38-6, se muestran las presiones efectivas que se observan en un tipo de ratas. La presión de filtración neta (PUF) tiene cifras 15 mmHg en el extremo aferente de los capilares glomerulares, pero desciende a cero (es decir, si alcanza el equilibrio de la filtración) proximal al extremo eferente de los capilares glomerulares. Esto se debe a que el líquido abandona el plasma y aumenta la presión oncótica conforme la sangre pasa a través de los capilares glomerulares. En la figura 38-6, también se muestra la modificación calculada en Δπ y en un capilar glomerular idealizado. Es evidente, asimismo, que las porciones de los capilares glomerulares de modo normal no contribuyen a la formación del ultrafiltrado glomerular; es decir, el intercambio a través de los capilares glomerulares es limitado por el flujo más que por la difusión. También es notorio que una reducción en la velocidad de elevación de la curva de Δ producida por un aumento en el flujo plasmático renal aumentaría la filtración, ya que incrementaría la distancia donde tendría lugar la filtración a través de los capilares. Es muy variable el alcance del equilibrio de la filtración entre las especies, y la medición del coeficiente de ultrafiltración glomerular conlleva algunas incertidumbres. No está bien dilucidado si en el ser humano se logra un equilibrio de la filtración.
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TRANSPORTE DE NUTRIENTES Y MINERALES En las plantas más superiores, con un sistema vascular desarrollado, los dos fluidos principales son el xilemático y el floemático. FLUIDOS XILEMÁTICO El primero se trata de la savia bruta, una solución diluida de agua y sales minerales. Su dinámica se explica por la teoría de la tensión-cohesión. El agua en el xilema forma un sistema continuo y debido a ello y a que se pierde agua por las hojas, se genera el movimiento ascendente del fluido xilemático contra gravedad, por la tensión generada por la pérdida de vapor de agua por las hojas, necesitada de la cohesión de las moléculas de agua en su continuo, que no debe romperse. FLUIDOS FLOEMÁTICO La dinámica del fluido floemático, que es una solución concentrada de agua con fotoasimilados, se explica por diferencias de concentración de productos de una fuente (lugar donde se producen, generalmente hojas) y de un sumidero (lugar que reclama los productos, generalmente órganos en desarrollo). Esta diferencia de concentraciones hace que el xilema meta agua allá donde haya concentración alta (fuentes) y la retire donde sea baja (sumideros) creando así una corriente. Y es que floema y xilema son paralelos y por ello se permite esto, que no es más que una cuestión osmótica.
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El tallo como órgano de conducción: Este se encuentra a continuación de la raíz y crece en dirección opuesta a ella; es el ó rgano aéreo de las plantas y tiene como funciones la conducción, asimilación, almacenamiento y sostén. Conducción: por los vasos leñosos del tallo circulan las soluciones que forman el agua y los sales minerales provenientes del suelo y que son absorbidos por los pelos absorbentes de la raíz.
Almacenamiento: Mediante esta función el tallo reserva alimentos que la planta necesitará para cumplir las funciones celulares.
Asimilación: las células del tallo y todas las otras células del vegetal toman el alimento y lo utilizan para producir energía y así realizar otras funciones vitales.
Sostén: El tallo se encarga de mantener firme las hojas, flores y frutos en la planta.
El transporte de soluciones en las plantas: El agua y los sales minerales que forman la savia bruta, se absorben por las raíces; desde allí es llevada por los vasos del xilema de abajo hacia arriba, desde la raíz hacia el tallo y las hojas, donde se convierte en savia elaborada. La savia elaborada es conducida desde las hojas a toda la planta a través de los vasos liberianos, este transporte se realiza de arriba hacia abajo en el sentido de la fuerza de gravedad.
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¿Cómo se produce el transporte de la savia bruta de abajo hacia arriba en contra de la fuerza de gravedad? Ya que las soluciones se encuentran en el interior de las raíces y tienen concentraciones de solutos mayores que las soluciones del medio externo, éstas, por ósmosis, penetran hacia el interior de la raíz, donde se producen nuevos procesos osmóticos que contribuyen al ascenso de savia por los vasos leñosos del tallo. Este ascenso es favorecido por el fenómeno llamado capilaridad. La raíz presenta unos pelos absorbentes que se pueden comparar con las vellosidades intestinales ya que presentan un gran paralelismo estructural. Además, el agua que se pierde por la transpiración crea una especie de vacío que contribuye a que la savia bruta llegue a las hojas, donde será procesada y transformada en savia elaborada.
MOVIMIENTO DE AGUA Y MINERALES EN LAS PLANTAS 1- La mayoría de las plantas absorbe agua por las raíces. Las plantas terrestres obtienen del suelo casi toda el agua que necesitan. La cantidad de agua disponible en el suelo varía de acuerdo con su porosidad y su grado de desecación. Una gran proporción de agua permanece retenida por fuerzas de cohesión entre las partículas. 2- En las células, el potencial químico del agua depende de la concentración de agua, que a su vez depende de la presencia de los solutos en los medios intracelulares y extracelulares. Cuanto mayor es la concentración de solutos, menor es la concentración de agua y menor el potencial químico.
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3- El agua ingresa en las células de la raíz sólo cuando el potencial agua en el suelo es superior al de las raíces. En suelos salinos o de zonas áridas ingresa muy poca agua en las raíces. Los procesos que intervienen en el ingreso de agua en las células de la raíz generan una presión positiva que crea una columna de agua en ascenso. Esta presión, llamada presión radical, es suficiente para que el agua ascienda un corto trecho en el tallo. 4- La mayor parte del agua circula a través de las acuaporinas siguiendo gradientes de potencial químico. La abundancia de acuaporinas y su grado de apertura regulan la permeabilidad de las membranas. El grado de apertura, a su vez, parece depender del estado de fosforilación de estas proteínas. 5- Gran parte del agua que entra en las raíces se pierde como vapor de agua durante la transpiración. El flujo transpiratorio depende del gradiente de concentración de vapor de agua entre la hoja y la atmósfera circundante y es inverso a las resistencias de la hoja o de la atmósfera al movimiento del vapor de agua. Los estomas ofrecen la resistencia más importante en este trayecto. 6- En una planta, el agua se evapora desde las paredes de las células parenquimáticas del mesófilo hacia los espacios aéreos de la hoja. La energía requerida para el cambio de estado proviene de la radiación solar. La evaporación provoca una disminución del potencial agua en las paredes celulares del mesófilo. Esto genera una presión negativa que determina el ascenso del agua por los vasos xilemáticos, donde el potencial agua es mayor, hacia las células de las hojas. 7- La transpiración depende de todos los factores que afectan el gradiente de concentración de vapor de agua entre la hoja y la atmósfera y también de aquellos que afectan el grado de apertura de los estomas: la humedad relativa del aire, la temperatura y las corrientes de aire. 8- Cada estoma está formado por dos células oclusivas. Cuando estas células están turgentes, se abre un orificio entre ambas; cuando las células se relajan, el orificio desaparece. La presión de turgencia depende directamente de la entrada o la salida del agua. Este movimiento, a su vez, depende de la concentración de solutos dentro de la célula. 9- Cuando una planta pasa por un período prolongado de bajo potencial agua, entra en un estado de estrés hídrico. Las plantas responden a este estrés con actividades que involucran señales químicas, aumento de la actividad génica y modificación de la síntesis y la actividad de algunas proteínas. En la etapa inicial del estrés hídrico aumenta el nivel de ácido abscísico, una hormona que estimula el cierre de los estomas.
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a ósmosis es un fenómeno físico relacionado con el movimiento de un solvente a través de una membrana semipermeable. Tal comportamiento supone una difusión simple a través de la membrana, sin gasto de energía. La ósmosis del agua es un fenómeno biológico importante para el metabolismo celular de los seres vivos. LA OSMOSIS EN LAS PLANTAS Y EN LOS ANIMALES LA CÉLULA es un sistema abierto que intercambia materia con su medio, sumergido en un baño que a su vez está constituido por una solución acuosa de iones, albúmina, glicerol, etcétera. Cuando se trata de un organismo animal, en el interior de sus células se encuentra el citoplasma que es una solución acuosa viscosa cuyos solutos (proteínas solubles, azúcares, aminoácidos e iones) producen efectos osmóticos. La célula también está constituida por un núcleo y organelos como ribosomas y mitocondrias.
La importancia de la descripción osmótica de la célula radica en que este mecanismo describe el intercambio de solvente de la célula con el baño en que se encuentra sumergido. El intercambio de solutos ha llevado a considerar un proceso de diferente naturaleza a los termodinámicos, denominado "transporte activo". Además, por la presencia de iones como parte de los solutos, el fenómeno osmótico se ve modificado por el efecto Donnan, que se ha incorporado a la teoría termodinámica de los procesos de transporte, gracias a que tal efecto está representado por potenciales, cuya formulación electrostática modifica el potencial químico, y por lo mismo es capaz de contrarrestar los efectos de presiones y concentraciones. Por consiguiente, el equilibrio puramente mecánico se altera por la presencia de un potencial electrostático, al grado que es posible el equilibrio entre dos soluciones a iguales presiones y con diferente concentración de iones. La aplicación de los conceptos termodinámicos a la membrana celular pone de manifiesto una dificultad conceptual que se origina en la aplicación de conceptos macroscópicos a nivel de la escala celular.
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La membrana celular es una frontera con un espesor de alrededor de cien Angstroms. En esta dimensión no es posible definir una temperatura o una presión, debido a que los procesos involucran un pequeño número de moléculas. No se puede hablar ni siquiera de mil moléculas en una porción de la membrana; mientras que los procesos hidrodinámicos reportan más de mil billones de moléculas. No obstante esta dificultad, no es de extrañar los casos en que los conceptos macroscópicos siguen utilizándose en una escala de pocas moléculas, por ejemplo, la hidrodinámica de capilares sigue siendo válida en la descripción de datos experimentales en radios del orden de unas cuantas docenas de moléculas. Los conceptos termodinámicos a la escala de la membrana celular cobran vigencia debido a la evidencia experimental. El efecto osmótico en las células se verifica directamente por el fenómeno llamado "plasmólisis". Esto ocurre cuando una célula viva se introduce en un vaso con agua destilada. A consecuencia de que el líquido celular consta de una solución acuosa a cuyos solutos disueltos se les impide fluir al exterior, producen una tensión de absorción tal, que ocurre un flujo osmótico a través de la membrana celular, y el agua fluye al interior de la célula; ésta se hincha lentamente hasta llegar el momento en que estalla, dispersando su contenido celular en el agua destilada.
En cambio, si una célula viva, en lugar de ser introducida en agua destilada, se introduce en una solución que posee un valor de presión osmótica mayor a la dada por el plasma celular (solución hipotónica), la célula disminuye de tamaño, adquiriendo aspecto de mórula por el paso del solvente intracelular al exterior.
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Si la solución en la que se coloca la célula no provoca ningún cambio por el flujo osmótico, ya sea interior o exterior a la célula, se le llama solución isotónica. Durante este proceso se considera a la célula como un sistema termodinámico; pero esta asociación ha surgido por circunstancias históricas y se establece por tradición. Esto ha sido justificado, ya que el concepto de la ósmosis misma aparece primero en relación a los procesos de intercambio de la célula y luego toma el lenguaje termodinámico; pero queda sobreentendido que tal formalismo se acepta porque describe al fenómeno observado por los fisiólogos, sin comprometerse a simplificar la realidad o en inferir limitaciones a la naturaleza. Esto se pone de manifiesto cuando se hace notar que la teoría termodinámica del intercambio celular representa un modelo simplificado de la naturaleza; es decir, de un modelo simple donde se describe el fenómeno osmótico en membranas rígidas, lo que a su vez es compatible con estados estacionarios donde no se aprecian cambios de volumen dentro del sistema. En general, esto no es cierto, pues las células modifican su volumen de acuerdo a las características del medio circundante. En efecto, los trabajos de Ponder en 1933 se establece que las relaciones semiempíricas que describen el volumen de una célula, dependiendo de la diferencia de las presiones osmóticas externas e internas de la célula. Por otra parte, hay que distinguir claramente entre la escala de la célula y la escala macroscópica donde se presentan mecanismos de cooperación entre un extenso número de células, originando funciones reguladoras internas de organismos biológicos de mayor tamaño como los animales y las plantas.
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FLUIDOS Son aquellas sustancias líquidas o gaseosas que por sus características fisicoquímicas, no tienen forma propia, sino que adoptan la del conducto que las contiene
Tipos de fluidos corporales: Los fluidos corporales se dividen en dos categorías: excretados y secretados. Dentro de esas categorías encontramos los siguientes: Excretados (excretar significa expulsar los residuos metabólicos, como la orina o el anhídrido carbónico de la respiración): sudor, la leche materna, cerumen (cerilla del oído), heces (se incluyen porque las heces suelen estar cubiertas de una membrana mucosa que facilita el viaje a través del intestino), quimo (pasta homogénea y agria, variable según los casos, en que los alimentos se transforman en el estómago por la digestión), bilis, vómito, humor acuoso (una sustancia acuosa que cubre el ojo), sebo (aceite de la piel).
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FLUIDOS Son aquellas sustancias líquidas o gaseosas que por sus características fisicoquímicas, no tienen forma propia, sino que adoptan la del conducto que las contiene
Tipos de fluidos corporales: Los fluidos corporales se dividen en dos categorías: excretados y secretados. Dentro de esas categorías encontramos los siguientes: Excretados (excretar significa expulsar los residuos metabólicos, como la orina o el anhídrido carbónico de la respiración): sudor, la leche materna, cerumen (cerilla del oído), heces (se incluyen porque las heces suelen estar cubiertas de una membrana mucosa que facilita el viaje a través del intestino), quimo (pasta homogénea y agria, variable según los casos, en que los alimentos se transforman en el estómago por la digestión), bilis, vómito, humor acuoso (una sustancia acuosa que cubre el ojo), sebo (aceite de la piel). Secretados (dicho de una glándula: significa despedir materias elaboradas por ella y que el organismo utiliza en el ejercicio de alguna función): líquido pre-eyaculatorio), sangre o plasma, semen, saliva, eyaculación de la mujer, suero,etc.
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1) LA ORINA: La orina es un líquido acuoso transparente y amarillento, de olor característico (sui géneris), secretado por los riñones y eliminado al exterior por el aparato urinario. La orina puede servir para determinar la presencia de algunas enfermedades. En los laboratorios clínicos se abrevia u o uri. En español, los prefijos de todas las palabras relacionadas con la orina son uri- y uro-. Después de la producción de orina por los riñones, esta recorre los uréteres hasta la vejiga urinaria, donde se almacena y después es expulsada al exterior del cuerpo a través de la uretra, mediante la micción. Funciones de la orina. Las funciones de la orina influyen sobre la homeostasis por las siguientes razones: •eliminación de sustancias tóxicas producidas por el m etabolismo celular como la
urea •eliminación de sustancias tó xicas como la ingesta de drogas •control electrolítico, al regular la excreció n sobre todo de sodio y potasio •control de la presión arterial, a través de la reg ulación hídrica o de la volemia •control del equilibrio ácido-base.
2) SUDOR: El sudor es producido generalmente como un medio de refrigeración corporal conocido como transpiración. El sudor también puede ser causado por una respuesta física a la estimulación y el miedo, ya que estos estímulos aumentan la excitación que el sistema nervioso simpático ejerce sobre las glándulas sudoríparas. 3) LA LECHE MATERNA Para que ocurra la secreción láctea el bebé debe estimular el pezón. Para producir este estímulo en las glándulas mamarias de la madre, el bebé realiza un acto instintivo desucción que produce que la hipófisis anterior libere la hormona prolactina, desencadenando la secreción de la leche. Cuanta más cantidad de leche tome el bebé, mayor será la estimulación de la hipófisis anterior y por ende se producirá más PRL y más leche producirá la madre. Asimismo, la succión del pezón también estimula la neurohipófisis, liberando la hormona oxitocina. Su liberación da lugar al reflejo de eyección de la leche. Esto es debido a que la oxitocina estimula la contracción de los conductos galactóforos.
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4) CERUMEN El cerumen, cera o cerilla es una sustancia amarillenta y cerosa secretada en el conducto auditivo humano y en el de muchos otros mamíferos. El cerumen y la resina desempeñan un importante papel en el canal auditivo del ser humano, ya que ayuda en su limpieza y lubricación, y también proporciona protección contra algunas bacterias, hongos e insectos. El exceso de cerumen o el incrustamiento de éste puede presionar el tímpano u ocluir el conducto auditivo externo, además de perjudicar el sentido del oído. 5) SALIVA La saliva (también conocida coloquialmente como baba) es un fluido orgánico complejo producido por las glándulas salivales en la cavidad bucal, y directamente involucrada en la primera fase de la digestión. Producción: Se estima que la boca está humedecida por la producción de entre 1 y 1.5 litros de saliva al día, durante la vida de una persona se generan unos 34.000 litros. Esta cantidad de saliva es variable ya que va disminuyendo conforme avanzan los años y debido a diferentes tratamientos. La producción de saliva está relacionada con el ciclo circadiano, de tal manera que por la noche se segrega una mínima cantidad de saliva. La saliva es segregada por las glándulas salivares mayores parótida y submaxilar (80%- 90%)) en condiciones estimuladas, mientras que las glándulas sublinguales producen solo el 5% del total. Las glándulas menores son responsables básicamente de la secreción en reposo y contribuyen al 5% al 10% del total de saliva secretada. 6) SANGRE Componentes del tejido sanguíneo
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La sangre es un tejido conectivo líquido, que circula por capilares, venas, arterias, aurículas y ventriculos de todos los vertebrados. Su color rojo característico es debido a la presencia del pigmento hemoglobínico contenido en los eritrocitos. Es un tipo de tejido conjuntivo especializado, con una matriz coloidal líquida y una constitución compleja. Tiene una fase sólida (elementos formes), que incluye a los eritrocitos (o glóbulos rojos), los leucocitos (o glóbulos blancos) y las plaquetas, y una fase líquida, representada por el plasma sanguíneo. Estas fases son también llamados componentes sanguíneos, los cuales se dividen en componente sérico (fase líquida) y componente celular (fase sólida). Su función principal es la logística de distribución e integración sistémica, cuya contención en los vasos sanguíneos (espacio vascular) admite su distribución (circulación sanguínea) hacia prácticamente todo el organismo. 7) HUMOR ACUOSO El humor acuoso o líquido acuoso es un líquido transparente que se encuentra en la cámara anterior del ojo y sirve para nutrir y oxigenar las estructuras del globo ocular que no tienen aporte sanguíneo como lacórnea y el cristalino. Si esta presión se eleva se produce una enfermedad conocida como glaucoma. Anatomía El humor acuoso presenta una cámara anterior donde se encuentra delimitada por la cara posterior de la córnea y la cara anterior del iris. También presenta una cámara posterior donde se encuentra delimitada por la cara posterior del iris, la cara anterior del cristalino, las zonulas y los procesos ciliares. Función •Nutrición: Debido al contenido de nutrientes del humor acuoso y a que esta en contacto
con las estructuras avasculares del ojo como la córnea y el cristalino, les aporta los nutrientes necesarios y recoge sus desechos. Está compuesto en un 98 % por agua, en la que están disueltas diversas sustancias como proteínas, enzimas, glucosa, sodio y potasio. •Refracción: Contribuy e a la refracción de la luz que penetra en el ojo para que los rayos
luminosos converjan en la retina, aunque su capacidad de refracción es menor que la del cristalino. 8) BILIS La bilis es una sustancia líquida verde y de sabor amargo producida por el hígado de muchos vertebrados. Interviene en los procesos de digestión funcionando como emulsionante de los ácidos grasos (es decir, las convierten en gotitas muy pequeñas que
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pueden ser atacadas con más facilidad por los jugos digestivos). Contiene sales biliares, proteínas, colesterol, hormonas y agua (mayor componente, cerca del 97 % del contenido total). Su secreción es continua gracias al hígado, y en los periodos interdigestivos se almacena en la vesícula biliar, y se libera al duodeno tras la ingesta de alimentos. Cuando comemos, la bilis sale de la vesícula por las vías biliares al intestino delgado y se mezcla con las grasas de los alimentos. Las sales biliares emulsionan las grasas en el contenido acuoso del intestino, del mismo modo que los detergentes emulsionan la grasa de sartenes. Cuando las grasas ya están emulsionadas, las enzimas del páncreas y de la mucosa intestinal las digieren. La bilis está compuesta de agua, colesterol, lecitina (un fosfolípido), pigmentos biliares (bilirrubina y biliverdina), sales biliares (glicocolato de sodio y taurocolato de sodio)[cita requerida] e iones bicarbonato. Se le conoce coloquial y vulgarmente con el nombre de hiel. Localización de la vesicular biliar La vesícula biliar se encuentra en el cuadrante superior derecho de la cavidad abdominal por debajo del hígado. Es un saco que recibe y almacena la bilis desde el hígado y tiene un conducto que desemboca la bilis en el intestino delgado del tracto digestivo (duodeno). La bilis proporciona un emulsionante de grasas/lípidos para ayudar en la digestión.
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