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BIOFSICA - FISIOTERAPIA AULA 07 - BIOFSICA DOS FLUIDOS NOS SISTEMAS BIOLGICOS
BIOFSICAAULA 07 BIOFSICA DOS FLUIDOS EM SISTEMAS BIOLGICOS
1MACAP2014
Profo. Cleuton Braga Landre
INTRODUO
O que pode fluir (escoar)
O que no tem forma definida
Fluido: uma substncia que no suportam tenses de cisalhamento
O que FLUIDO?
FLUIDO UM NOME COMUM PARA LQUIDOS E GASES, NA MAIORIA DOS CASOS, ELES PODEM SER TRATADOS DA MESMA FORMA.
INTRODUO
O que FLUIDO?
So substncias que se deformam continuamente quando submetidas a uma fora de
cisalhamento (tangencial).
So substncias que, quando em repouso, no oferecem resistncia a uma fora de
cisalhamento.
Partculas fracamente ligadas (fora de atrao pequena)
Certo grau de liberdade de movimento
Sem formato prprio
Deformao sem desintegrao da massa (escoamento)
CLASSIFICAO DOS FLUIDOS
Compressibilidade
A) compressvel: sua densidade pode
ser alterada (gases)
B) incompressvel: sua densidade
constante (lquidos)
Atrito interno (viscosidade)
A) viscoso: h atrito interno
B) no-viscoso: atrito interno insignificante
(MOURO; ABRAMOV 2012.)
Fluido ideal : incompressvel e no viscoso
BIOFSICA - FISIOTERAPIA AULA 07 - BIOFSICA DOS FLUIDOS NOS SISTEMAS BIOLGICOS
Incompressibilidade
Volume definido
Superfcie livre
LIQUIDOS GASES
Compressibilidade
Sem volume definido
Expanso indefinida
CLASSIFICAO DOS FLUIDOS
Esttica dos fluidos Dinmica dos fluidos
Massa especfica ()
Densidade relativa (d)
Volume especfico (s)
Peso especfico ()
Presso (P)
Princpio de Pascal
Princpio de Arquimedes
Viscosidade ( ou )
Equao de Bernoulli
Equao de Poiseuille
Nmero de Reynolds
Biofsica da circulao
e da respirao
PROPRIEDADES FSICAS DOS FLUIDOS
(CAMBRAIA; PACHECO, 2009. MOURO; ABRAMOV 2012.)
INRCIA ACELERAO
A presso um agente fsico capaz de romper a inrcia de um fluido.
A movimentao dos fluidos ocorre em circuitos.
Circuitos fechados Circuitos abertos
Sistemas circulatrio e excretrio
Sistemas respiratrio
FLUIDODINMICA
Circulao pulmonar(pequena circulao)
Circulao sistmica(grande circulao)
SISTEMA FECHADO
BIOFSICA - FISIOTERAPIA AULA 07 - BIOFSICA DOS FLUIDOS NOS SISTEMAS BIOLGICOS
A) Fluxo constante
a quantidade de lquido que atravessa a seo transversal do tubo por unidade de tempo.
Fluxo (F) = velocidade (LT-1) x rea (L2)
Princpios da fluidodinmica nos seres vivos
Princpios da fluidodinmica nos seres vivos
Fluxo e velocidade
So grandezas diferentes: fluxo volume por unidade
de tempo, enquanto velocidade a distncia percorrida
por unidade de tempo"
B) Regime estacionrio
PRINCPIOS DA FLUIDODINMICA NOS SERES VIVOS
Manuteno do fluxo: volume que sai igual ao que
entra. Ex. a pequena e a grande circulao.
A quantidade de sangue movimentada a cada
impulso do corao a mesma, na grande e na
pequena circulao.
O volume de sangue ejetado do corao a cada
sstole cerca de 165 ml.
Volume sanguneo de 5L:
na pequena circulao ou pulmonar (3,5 L)
na grande circulao ou sistmica (1,25 L)
C) Conservao da energia Princpio de Bernoulli
PRINCPIOS DA FLUIDODINMICA NOS SERES VIVOS
Expressa que num fluido ideal (sem viscosidade nem atrito) em regime de circulao
por um conduto fechado, a energia que possui o fluido permanece constante ao longo
de seu percurso.
ET = EP + EC + ED + EGOnde: ET = energia totalEP = energia potencialEC = energia cinticaED = energia dissipada (atrito)EG = energia gravitacional
EC
EP
EG
ED
BIOFSICA - FISIOTERAPIA AULA 07 - BIOFSICA DOS FLUIDOS NOS SISTEMAS BIOLGICOS
C) Conservao da energia Princpio de Bernoulli
PRINCPIOS DA FLUIDODINMICA NOS SERES VIVOS
A energia mecnica composta pela energia potencial e pela energia cintica; nos
fluidos, este princpio tambm se aplica. Dizemos que um corpo tem energia potencial
quando, em virtude de sua posio, ele tem possibilidade de entrar em movimento. A
energia potencial um tipo de energia latente, ou seja, uma energia armazenada e
pronta para produzir um movimento. No caso dos fluidos, o agente capaz de colocar um
fluido em movimento a presso, logo:
Nos fluidos, a energia potencial representada pela presso.
C) Conservao da energia Princpio de Bernoulli
PRINCPIOS DA FLUIDODINMICA NOS SERES VIVOS
A presso em um fluido uma forma de energia potencial (Ep), pois ela tem a
habilidade de executar trabalho til. Num fluido em movimento h energia cintica (Ec)
devido ao movimento.
Se o fluido est fluindo pelo tubo sem atrito, a velocidade aumenta na seo estreita e o aumento na energia
cintica (Ec) do fluido obtida a partir de uma reduo da energia potencial da presso no tubo. Quando a
velocidade reduzida novamente, no lado distante da restrio, a energia cintica convertida em energia
potencial e a presso aumenta novamente, como indicado nos manmetros.
No podemos esquecer:
1) Fluxo constante.
2) Primeira lei da termodinmica.
Velocidade do sangue em cada setor da circulao inversamente
proporcional s reas da seo transversa de cada setor
1 problema: Se a rea diminui, a velocidade teria que aumentar para manter
o fluxo constante. Mas se a velocidade nos capilares e bronquolos fosse alta,
como ocorreriam as trocas sanguneas e gasosas ?
PRINCPIOS DA FLUIDODINMICA NOS SERES VIVOS
Princpio de Pascal: a presso de um fluido se distribui igualmente em todos os pontos
do seu continente
Fonte: Disponvel em . Acesso em 31/07/2013.
PRINCPIO DE PASCAL
BIOFSICA - FISIOTERAPIA AULA 07 - BIOFSICA DOS FLUIDOS NOS SISTEMAS BIOLGICOS
Assim, a velocidade do fluido em cada setor da
circulao torna-se inversamente proporcional s reas
da seo transversa de cada setor!
64% nas veias
13% nas artrias
7% nas arterolas e capilares
7% no corao
9% nos vasos pulmonares
Distribuio do sangue pelo sistema circulatrio!
Fonte: GUYTON, HALL (1999).
Vaso rea (cm2)
Aorta 2,5
Pequenas artrias 20
Arterolas 40
Capilares 2500
Vnulas 250
Pequenas veias 80
Veias 8,0
Distribuio do sangue pelo sistema circulatrio!
rea da seo transversa dos vasos
sanguneos
Parmetros circulatrios da aorta,
capilares e veia cava.
Aorta Capilares Cava
Dimetro 2,0 cm 8 m 2,4 cm
Nmero 1 (um) 2 bilhes 1 (um)
rea 3,0 cm2 2 200 cm2 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.
A Ecintica no pode diminuir no regime estacionrio Epotencial
pode ser convertida em energia cintica menor presso ao
longo dos vaso.
Distribuio do sangue pelo sistema circulatrio!
Escoamento de fluidos
Equao de Poiseuille
F = fluxo do fluido
P = variao da presso
r = raio do tubo
= viscosidade do fluido
L = comprimento do tubo
F = P r4 / 8 L
A Lei de Poiseulle estabelece que o fluxo atravs um
determinado tubo depende da diferena de presso de uma
extremidade outra (Pa - Pb) , do comprimento (L) do tubo,
do raio (R) do tubo, e da viscosidade()
BIOFSICA - FISIOTERAPIA AULA 07 - BIOFSICA DOS FLUIDOS NOS SISTEMAS BIOLGICOS
Alteraes no dimetro do vaso podem alterar a presso sem necessariamente aumentar o volume
A presso nos lquidos pode mudar sem uma alterao no volume?
()
100 mmHg 100 mmHg
QUANDO H GRADIENTES DE PRESSES EQUIVALENTES NO H FLUXO
FLUXO
P1 P2 = P1 P2
P MAIS ALTA FLUXO P MAIS BAIXA
A presso nos lquidos pode mudar sem uma alterao no volume?
. ?
FLUXO
100 mmHg 75 mmHg
FLUXO
40 mmHg 15mmHg
O fluxo depende do P, e no da P absoluta.
A presso nos lquidos pode mudar sem uma alterao no volume?
Os fluxos do fluido sanguneo no corpo humano se classificam em
dois: laminar e turbulento, quanto ao aspecto de sua fluidez.
Fluxo laminar: compara-se a corrente de um rio tranqilo, e o tipo
de fluxo mais comum em nosso sistema sanguneo.
Fluxo Turbulento: seguindo a mesma analogia, compara-se a um rio
ruidoso, com fortes correntezas e de guas turbulentas.
FLUXO SANGUNEO
BIOFSICA - FISIOTERAPIA AULA 07 - BIOFSICA DOS FLUIDOS NOS SISTEMAS BIOLGICOS
Osborne Reynolds estudou essa propriedade em 1883, determinando que a VELOCIDADE
CRTICA proporcional viscosidade do fluido e inversamente proporcional densidade do
fluido e o raio R do tubo: VC = K/R. Onde K chamado n de Reynolds.
Ao reduzirmos o raio de um vaso, a velocidade do fluxo de sangue
aumenta.
Quando essa velocidade suficiente para mudar de Laminar para
Turbulento, ela denomina-se VELOCIDADE CRTICA.
NMERO DE REYNOLDS
Estenose
(estreitamento)
Aneurisma
(dilatao)
ANOMALIAS DO FLUXO
a razo entre a componente normal de uma fora e a rea em que ela atua.
Sistema Internacional: N.m-2
1 Pascal (Pa) = 1 N.m-2
1 atm = 1,01 x 105 Pa
1 atm = 760 mm HgA
FP
Outras unidades de presso!
1 bar = 105 N.m-2 = 106 dinas.cm-2
1 atm = 1,013 bars = 1,013 x 106 dinas.cm-2
1 mm Hg = 1,36 cm H2O = 133,3 N.m-2
Presso
Ento, podemos dizer que a presso arterial a fora
que o sangue faz na parede dos vasos sanguneos!
Presso sistlica (contrao ou sstole)
Presso diastlica (relaxamento ou distole)
Presso
BIOFSICA - FISIOTERAPIA AULA 07 - BIOFSICA DOS FLUIDOS NOS SISTEMAS BIOLGICOS
Sistlica(mm HG)
Diastlica(mm HG)
tima < 120 < 80
Normal < 130 < 85
Limtrofe 130 - 139 85 - 90
Hipertenso estgio 1 140 - 159 90 - 99
Hipertenso estgio 2 160 - 179 100 - 109
Hipertenso estgio 3 180 110
Hipertenso sistlica isolada 140 < 90
Fonte: BRASIL (2006)
Classificao da presso arterial (>18 anos)
Presso
A presso varia em funo dos diferentes tipos de
vasos sanguneos!
Fonte: GUYTON; HALL (1999)
Presso
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Por que ficamos tontos quando estamos deitados ou
agachados e, de repente, levantamos?
Presso atmosfrica (Patm)
Presso hidrosttica (PH)
h1h2
P = Patm + PH
PH = g h
Presso
h1
h2
h2 > h1, logo P2 > P1
Hipotenso postural
BIOFSICA - FISIOTERAPIA AULA 07 - BIOFSICA DOS FLUIDOS NOS SISTEMAS BIOLGICOS
A tendncia do sistema circulatrio de se opor ao fluxo sanguneo denominada resistncia
ao fluxo. Um aumento na resistncia de um vaso sanguneo resulta em reduo do fluxo por ele.
Podemos expressar esta relao da seguinte forma:
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FATORES QUE AFETAM A RESISTNCIA
COMPRIMENTO
DO VASO (L)
VISCOSIDADE
DO SANGUE ()RAIO DO VASO
RESISTNCIA (R)
Quando um vaso possui metade do raio de um outro e quando todos os fatores so iguais, o
vaso menor apresentar resistncia dezesseis vezes (24) maior que o vaso maior
EM OUTRAS PALAVRAS
RESISTNCIA (R)
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CONTATOS
facebook.com/cleuton.bragalandre @cleutonlandre
[email protected](96) 8122-0910