UNIDAD 1

UNIDAD 1

SISTEMAS BIOFÍSICOS MECÁNICOS

Magnitudes y Medidas

Una magnitud física es una propiedad o cualidad medible de un sistema físico, es decir, a la que se le pueden asignar distintos valores como resultado de una medición o una relación de medidas. Las magnitudes físicas se miden usando un patrón que tenga bien definida esa magnitud, y tomando como unidad la cantidad de esa propiedad que posea el objeto patrón. Por ejemplo, se considera que el patrón principal de longitud es el metro en el Sistema Internacional de Unidades.

Las magnitudes estaban relacionadas con la medición de longitudes, áreas, volúmenes, masas patrón, y la duración de periodos de tiempo.

Fuerza

La fuerza es una magnitud física que mide la intensidad del intercambio de momento lineal entre dos partículas o sistemas de partículas (en lenguaje de la física de partículas se habla de interacción). Según una definición clásica, fuerza es todo agente capaz de modificar la cantidad de movimiento o la forma de los materiales. No debe confundirse con los conceptos de esfuerzo o de energía.

Energía

Energía» se define como la capacidad para realizar un trabajo. En tecnología y economía, «energía» se refiere a un recurso natural (incluyendo a su tecnología asociada) para extraerla, transformarla y darle un uso industrial o económico.

Al mirar a nuestro alrededor se observa que las plantas crecen, los animales se trasladan y que las máquinas y herramientas realizan las más variadas tareas. Todas estas actividades tienen en común que precisan del concurso de la energía.

La energía es una propiedad asociada a los objetos y sustancias y se manifiesta en las transformaciones que ocurren en la naturaleza.

Leyes de Newton

Las leyes de Newton, también conocidas como leyes del movimiento de Newton,¹ son tres principios a partir de los cuales se explican la mayor parte de los problemas planteados por la mecánica, en particular, aquellos relativos al movimiento de los cuerpos. Revolucionaron los conceptos básicos de la física y el movimiento de los cuerpos en el universo, en tanto que constituyen los cimientos no sólo de la dinámica clásica sino también de la física clásica en general. Aunque incluyen ciertas definiciones y en cierto sentido pueden verse como axiomas, Newton afirmó que estaban basadas en observaciones y experimentos cuantitativos; ciertamente no pueden derivarse a partir de otras relaciones más básicas. La demostración de su validez radica en sus predicciones...

Primera ley de Newton o Ley de la inercia

La primera ley del movimiento rebate la idea aristotélica de que un cuerpo sólo puede mantenerse en movimiento si se le aplica una fuerza. Newton expone que: Todo cuerpo persevera en su estado de reposo o movimiento uniforme y rectilíneo a no ser que sea obligado a cambiar su estado por fuerzas impresas sobre él.

Esta ley postula que un cuerpo no puede cambiar por sí solo su estado inicial, ya sea en reposo o en movimiento rectilíneo uniforme, a menos que se aplique una fuerza o una serie de fuerzas cuyo resultante no sea nulo sobre él. Newton toma en cuenta, así, el que los cuerpos en movimiento están sometidos constantemente a fuerzas de roce o fricción, que los frena de forma progresiva, algo novedoso respecto de concepciones anteriores que entendían que el movimiento o la detención de un cuerpo se debía exclusivamente a si se ejercía sobre ellos una fuerza, pero nunca entendiendo como está a la fricción.

Segunda ley de Newton o Ley de fuerza

Esta ley explica qué ocurre si sobre un cuerpo en movimiento (cuya masa no tiene por qué ser constante) actúa una fuerza neta: la fuerza modificará el estado de movimiento, cambiando la velocidad en módulo o dirección. En concreto, los cambios experimentados en el momento lineal de un cuerpo son proporcionales a la fuerza motriz y se desarrollan en la dirección de esta; las fuerzas son causas que producen aceleraciones en los cuerpos. Consecuentemente, hay relación entre la causa y el efecto, la fuerza y la aceleración están relacionadas. Dicho sintéticamente, la fuerza se define simplemente en función del momento en que se aplica a un objeto, con lo que dos fuerzas serán iguales si causan la misma tasa de cambio en el momento del objeto.

Tercera ley de Newton o Ley de acción y reacción

La tercera ley de Newton es completamente original y hace de las leyes de la mecánica un conjunto lógico y completo. Expone que por cada fuerza que actúa sobre un cuerpo (empuje), este realiza una fuerza de igual intensidad, pero de sentido contrario sobre el cuerpo que la produjo. Dicho de otra forma, las fuerzas, situadas sobre la misma recta, siempre se presentan en pares de igual magnitud y de dirección, pero con sentido opuesto.

Este principio presupone que la interacción entre dos partículas se propaga instantáneamente en el espacio (lo cual requeriría velocidad infinita), y en su formulación original no es válido para fuerzas electromagnéticas puesto que estas no se propagan por el espacio de modo instantáneo sino que lo hacen a velocidad finita "c".

Elasticidad y resistencia de los materiales

Propiedad mecánica de ciertos materiales de sufrir deformaciones reversibles cuando se encuentran sujetos a la acción de fuerzas exteriores y de recuperar la forma original si estas fuerzas exteriores se eliminan.

La resistencia de materiales clásica es una disciplina de la ingeniería mecánica y la ingeniería estructural que estudia los sólidos deformables mediante modelos simplificados. La resistencia de un elemento se define como su capacidad para resistir esfuerzos y fuerzas aplicadas sin romperse, adquirir deformaciones permanentes o deteriorarse de algún modo.

Propiedades elásticas de la materia

Propiedades generales

Las presentan los cuerpos sin distinción y por tal motivo no permiten diferenciar una sustancia de otra. Algunas de las propiedades generales se les da el nombre de extensivas, pues su valor depende de la cantidad de materia, tal es el caso de la masa, peso, volumen, la inercia, la energía, impenetrabilidad, porosidad, divisibilidad, elasticidad, maleabilidad, tenacidad y dureza entre otras.

Propiedades características

Permiten distinguir una sustancia de otra. También reciben el nombre de propiedades intensivas porque su valor es independiente de la cantidad de materia. Las propiedades características se clasifican en:

Químicas

Están constituidas por el comportamiento de las sustancias al combinarse con otras, y los cambios con su estructura íntima como consecuencia de los efectos de diferentes clases de energía.

Ejemplos:

·         corrosividad de ácidos

·         poder calorífico

·         acidez

·         reactividad

Físicas

Es el caso de la densidad, el punto de fusión, el punto de ebullición, el coeficiente de solubilidad, el índice de refracción, el módulo de Young y las propiedades organolépticas.

Ø  Elasticidad

En física el término elasticidad designa la propiedad mecánica de ciertos materiales de sufrir deformaciones reversibles cuando se encuentran sujetos a la acción de fuerzas exteriores y de recuperar la forma original si estas fuerzas exteriores se eliminan.

Ø  Compresión

El esfuerzo de compresión es la resultante de las tensiones o presiones que existe dentro de un sólido deformable o medio continuo, caracterizada porque tiende a una reducción de volumen del cuerpo, y a un acortamiento del cuerpo en determinada dirección (Coeficiente de Poisson).

Ø  Tracción

Esfuerzo interno a que está sometido un cuerpo por la aplicación de dos fuerzas que actúan en sentido opuesto, y tienden a estirarlo.

Lógicamente, se considera que las tensiones que tiene cualquier sección perpendicular a dichas fuerzas son normales a esa sección, y poseen sentidos opuestos a las fuerzas que intentan alargar el cuerpo.

Ø  Flexión

Tipo de deformación que presenta un elemento estructural alargado en una dirección perpendicular a su eje longitudinal. El término "alargado" se aplica cuando una dimensión es dominante frente a las otras. Un caso típico son las vigas, las que están diseñadas para trabajar, principalmente, por flexión. Igualmente, el concepto de flexión se extiende a elementos estructurales superficiales como placas o láminas.

Ø  Torsión

 la solicitación que se presenta cuando se aplica un momento sobre el eje longitudinal de un elemento constructivo o prisma mecánico, como pueden ser ejes o, en general, elementos donde una dimensión predomina sobre las otras dos, aunque es posible encontrarla en situaciones diversas.

La torsión se caracteriza geométricamente porque cualquier curva paralela al eje de la pieza deja de estar contenida en el plano formado inicialmente por las dos curvas. En lugar de eso una curva paralela al eje se retuerce alrededor de él.

Ø  Tensión

Fuerza por unidad de área en el entorno de un punto material sobre una superficie real o imaginaria de un medio continuo. La definición anterior se aplica tanto a fuerzas localizadas como fuerzas distribuidas, uniformemente o no, que actúan sobre una superficie.

Ø  Cizallamiento

Fijado un plano, actúa tangente al mismo. Se suele representar con la letra griega tau . En piezas prismáticas, las tensiones cortantes aparecen en caso de aplicación de un esfuerzo cortante o bien de un momento torsor.

En piezas alargadas, como vigas y pilares, el plano de referencia suele ser un paralelo a la sección transversal (i.e., uno perpendicular al eje longitudinal). A diferencia del esfuerzo normal, es más difícil de apreciar en las vigas ya que su efecto es menos evidente.

Ø  Resistencia

es la propiedad de la materia a resistir fuerzas externas, esta resistencia está directamente influida por la temperatura, un cuerpo en estado caliente será mucho más resistente.

Ø  Tensión superficial:

Propiedad de los líquidos a resistir sin romperse por acción de la fuerza de la gravedad y de la fuerza molecular de líquido.

Resistencia y estructura de los huesos

El hueso o tejido óseo está constituido por una matriz en la que se encuentran células dispersas. La matriz está constituida por 25% de agua, 25% de proteínas y 50% de sales minerales. Con cuatro tipos de células: Tipos de células

Células osteoprogenitoras:

Células no especializadas derivadas del mesénquima, el tejido del que derivan todos los tejidos conjuntivos. Se encuentran células osteoprogenitoras en la capa interna del periostio (tejido que rodea exteriormente al hueso), en el endostio y en los canales del hueso que contienen los vasos sanguíneos. A partir de ellas se general los osteoblastos y los osteocitos

Osteoblastos:

Son células que forman el tejido óseo pero que han perdido la capacidad de dividirse por mitosis. Segregan colágeno y otros materiales utilizados para la construcción del hueso. Se encuentran en las superficies óseas y a medida que segregan los materiales de la matriz ósea, esta los va envolviendo, convirtiéndolos en osteocitos

Osteocitos:

Son células óseas maduras derivadas de los osteoblastos que constituyen la mayor parte del tejido óseo. Al igual que los osteoblastos han perdido la capacidad de dividirse. Los osteocitos no segregan materiales de la matriz ósea y su función es la mantener las actividades celulares del tejido óseo como el intercambio de nutrientes y productos de desecho.

Propiedades  elásticas  de los músculos

La elasticidad es una propiedad física del músculo. Es la capacidad que tienen las fibras musculares para acortarse y recuperar su longitud de descanso, después del estiramiento. La elasticidad desempeña un papel de amortiguador cuando se producen variaciones bruscas de la contracción.

Ø  Extensibilidad

Es la facultad de estiramiento. Si bien las fibras musculares cuando se contraen, se acortan, cuando se relajan, pueden estirarse más allá de la longitud de descanso.

Tipos de articulaciones

El esqueleto consta de varias partes, todas unidas entre sí. Bien, cuando dos o más huesos están unidos, entran a participar otros elementos de esta gran estructura corporal: las articulaciones.

Las articulaciones, que también son zonas de conexión entre los cartílagos del esqueleto, cumplen una función muy importante, al permitirte doblar las distintas extremidades de tu cuerpo. Si no existieran, serías una estructura totalmente rígida.

Si no fuera por las articulaciones, los huesos no podrían tener movilidad, así gracias a ellas se pueden doblar las distintas extremidades del cuerpo.
Existen tres tipos de articulaciones.

- Móviles:

 También llamadas diartrosis o sinoviales, son las articulaciones que tienen mayor amplitud de movimientos. Son las que unen huesos de las extremidades con el tronco, los hombros o las caderas.

- Semimóviles:

También llamadas anfiartrosis, son las que realizan movimientos limitados, como las articulaciones entre las vértebras.

- Fijas:

Conocidas también como sinartrosis, la mayoría se encuentra en el cráneo y no necesita movimientos, porque la función principal es proteger los órganos internos.

                                       

Las más comunes, las sinoviales, se caracterizan, por tener algunos elementos en común:

- Superficies óseas, que son los extremos de los huesos involucrados en una articulación determinada.

- Cartílago articular, tejido suave y liso, compuesto por colágeno, que permite un buen deslizamiento entre los extremos óseos.

- Membrana sinovial, capa que recubre internamente toda la articulación y que secreta el líquido sinovial, lubricante de la articulación.

- Meniscos, estructuras aplanadas con forma de semiluna, con la función de amortiguación y protección del cartílago, entre otras.

- Medios de unión, conformados por fibras de colágeno, dispuestas a modo de envoltorio llamado cápsula articular y a modo de refuerzos llamados ligamentos.

Tipos de uniones sinoviales

Estos según el tipo de movimiento específico que realicen las articulaciones:

- Articulación esféricas:

La cabeza de un hueso encaja en la cavidad cóncava del otro. Se encuentran las caderas y en los hombro.

- Articulación en silla de montar:

Sólo existe en la base de los pulgares y permite el movimiento en dos direcciones (adelante y atrás y de lado a lado).

- Articulaciones en bisagra:

Como las del codo y de los dedos, son menos móviles y permiten el movimiento en solo una dirección.

- Articulación pivotal:

Es aquella en que un cilindro óseo gira en torno a su propio eje, estando en contacto con otra superficie que le forma un anillo (parte hueso, parte ligamento) como la articulación, radio-cubital superior (antebrazo).

- Articulación elíptica:

En el extremo de un hueso con forma de ovoide (huevo) se mueve en una cavidad elíptica. Se encuentran en el radio del antebrazo y el hueso escafoides de la mano.
- Articulación deslizante:

Algunas superficies de huesos son casi planas y se deslizan una sobre otra. Se encuentran en algunas articulaciones de manos y pies.

Clasificación de las articulaciones

- Sinartrosis:

Son articulaciones rígidas y sin movimiento, como, por ejemplo, las que unen los huesos del cráneo. Se mantienen unidas por el crecimiento del hueso, o por un cartílago fibroso resistente.

- Sínfisis:

Estas presentan cierta movilidad, aunque muy escasa y se mantienen unidas por un cartílago elástico.

- Diartrosis:

Son las articulaciones móviles, como las que unen huesos de las extremidades con el tronco, los hombros o las caderas. Tienen una capa externa de cartílago fibroso y están rodeadas por ligamentos resistentes que se sujetan a los huesos. Los extremos óseos de las articulaciones móviles están cubiertos con cartílago liso y lubricado por un fluido espeso denominado líquido sinovial.

biomecánica de la marcha

La marcha humana

La marcha es un proceso de locomoción en el que el nuestro cuerpo estando de pie, se desplaza de un lugar a otro, siendo su peso soportado  de forma alternante por ambos miembros inferiores. 

Mientras el cuerpo se desplaza sobre la pierna de soporte, la otra pierna se balancea hacia delante como preparación para el siguiente apoyo. Uno de los pies se encuentra siempre en el suelo y, en el período de transferencia de peso del cuerpo de la pierna retrasada a la adelantada, existe un breve intervalo de tiempo durante el cual ambos pies descansan sobre el suelo.

Biomecánica de la fase de apoyo de la marcha

La fase de apoyo comienza cuando el talón contacta con el suelo y termina con el despegue de los dedos. La división en dos fases del contacto del metatarsiano del pie y de la punta de los dedos, constituye un período de doble apoyo que caracteriza la marcha y que no ocurre en la carrera. Esta fase de apoyo influye de la siguiente manera en las distintas partes del cuerpo:

Columna vertebral y pelvis: 

Rotación de la pelvis hacia el mismo lado del apoyo y la columna hacia el lado contrario, Inclinación lateral de la pierna de apoyo. 

Cadera: 

Los movimientos que se producen son la reducción de la rotación externa, después de una inclinación interna, impide la aducción del muslo y descenso de la pelvis hacia el lado contrario. Los músculos que actúan durante la primera parte de la fase de apoyo son los tres glúteos que se contraen con intensidad moderada, pero en la parte media disminuyen las contracciones del glúteo mayor y del medio. En la última parte de esta fase se contraen los abductores. 

Rodilla:

Los movimientos que se producen son ligera flexión durante el contacto, que continúa hacia la fase media, seguida por la extensión hasta que el talón despega cuando se flexiona la rodilla para comenzar con el impulso. La flexión baja la trayectoria vertical del centro de gravedad del cuerpo, incrementándose la eficacia de la marcha. La musculatura actuante son los extensores del cuádriceps que se contraen moderadamente en la primera parte de la fase de apoyo, siguiendo una relajación gradual. Cuando la pierna llega a la posición vertical la rodilla aparentemente se cierra y produce una contracción de los extensores. Los isquiotibiales se activan al final de la fase de apoyo. 

Tobillo y pie: 

Los movimientos producidos en este fase son la ligera flexión plantar seguida de una ligera flexión dorsal. Por ello los músculos que actúan son el tibial anterior en la primera fase de apoyo, y el extensor largo de los dedos y del dedo gordo que alcanzan su contracción máxima cerca del momento de la transición de la fase de impulso y apoyo. Sin embargo, la fuerza relativa de estos músculos está influenciada por la forma de caminar cada sujeto.

Biomecánica de la fase de Oscilación de la Marcha

En esta fase, comienza con el despegue de los dedos y termina con el choque del talón. En ella intervienen las siguientes partes del cuerpo:

Columna y pelvis: 

Los movimientos que se producen son la rotación de la pelvis en sentido contrario a la pierna que se apoya y a la columna, con ligera rotación lateral de la pelvis hacia la pierna que no se ha apoyado. La rotación de la pelvis alarga el paso y disminuye la desviación lateral del centro de gravedad del cuerpo. Entre los músculos destacan los semiespinales, oblicuo externo abdominal que se contraen hacia el mismo lado de la rotación de la pelvis. En cambio, los músculos elevador de la columna y oblicuo abdominal interno se contraen hacia el lado contrario. Mientras, el psoas y el cuadrado lumbar ayudan a mantener la pelvis hacia el lado de la extremidad impulsada. 

Cadera: 

Los movimientos son de flexión, rotación externa (por la rotación de la pelvis), abducción al comienzo y al final de la fase. Para ello los músculos actuantes son el sartorio, tensor de la fascia lata, pectíneo, psoas ilíaco, recto femoral y la cabeza corta del bíceps femoral, que se contraen precozmente en 
la primera fase del impulso, cada uno con su propio patrón. El sartorio y la cabeza corta del bíceps, por ejemplo, cuando los dedos pierden el contacto con la superficie y el tensor, tanto en esta fase como en la parte media del impulso. La contracción de los isquiotibiales con una intensidad moderada durante la extensión de la rodilla, como parte de la oscilación y los glúteos mayor y medio, se contraen ligeramente al final del impulso; a su vez el glúteo mayor sirve como ayuda al equilibrio y como guía de desplazamiento hacia delante de la extremidad. 

Rodilla: 

Los movimientos son la flexión en la primera mitad y extensión en la segunda parte. Para ello los músculos que trabajan al igual que en la flexión de la cadera hay una pequeña oscilación debida a los extensores del cuádriceps que se contraen ligeramente al final de esta fase, así como el sartorio y los isquiotibiales que aumentan su actividad en la marcha rápida. 

Tobillo y pie: 

Hay dorsiflexión (evita la flexión plantar) y trabajan el tibial anterior, extensor largo de los dedos y del pulgar que se contraen al comienzo de la fase de oscilación y que disminuye durante la parte media de esta fase. Al final de la misma este grupo de músculos se contraen otra vez potentemente como preparación del contacto del talón; los flexores plantares están completamente relajados durante toda la fase.

Biofísica de los fluidos y hemodinámica

Líquidos

Los líquidos, al igual que los sólidos, tienen volumen constante. En los líquidos las partículas están unidas por unas fuerzas de atracción menores que en los sólidos, por esta razón las partículas de un líquido pueden trasladarse con libertad. El número de partículas por unidad de volumen es muy alto, por ello son muy frecuentes las colisiones y fricciones entre ellas.
Así se explica que los líquidos no tengan forma fija y adopten la forma del recipiente que los contiene. También se explican propiedades como la fluidez o la viscosidad.
En los líquidos el movimiento es desordenado, pero existen asociaciones de varias partículas que, como si fueran una, se mueven al unísono. Al aumentar la temperatura aumenta la movilidad de las partículas (su energía).

gases

Los gases son fluidos altamente compresibles, que experimentan grandes cambios de densidad con la presión y la temperatura. Las moléculas que constituyen un gas casi no son atraídas unas por otras, por lo que se mueven en el vacío a gran velocidad y muy separadas unas de otras, explicando así las propiedades:

·         Las moléculas de un gas se encuentran prácticamente libres, de modo que son capaces de distribuirse por todo el espacio en el cual son contenidos.

·         Los gases ocupan completamente el volumen del recipiente que los contiene.

·         Los gases no tienen forma definida, adoptando la de los recipientes que las contiene.

·         Pueden comprimirse fácilmente, debido a que existen enormes espacios vacíos entre unas moléculas y otras.

Mecánica de fluidos

La mecánica de fluidos es la rama de la mecánica de medios continuos, rama de la física a su vez, que estudia el movimiento de los fluidos (gases y líquidos) así como las fuerzas que los provocan.1 La característica fundamental que define a los fluidos es su incapacidad para resistir esfuerzos cortantes (lo que provoca que carezcan de forma definida). También estudia las interacciones entre el fluido y el contorno que lo limita. La hipótesis fundamental en la que se basa toda la mecánica de fluidos es la hipótesis del medio continuo.

Ley de Stokes

El movimiento de un cuerpo en un medio viscoso es influenciado por la acción de una fuerza viscosa, Tv, proporcional a la velocidad, v, es definida por la relación Tv = va, conocida como Ley de Stokes. En el caso de esferas en velocidades bajas Tv = 6pηrv, siendo r el radio de la esfera y η el coeficiente de viscosidad del medio. Si una esfera de densidad mayor que la de un líquido fuese soltada en la superficie del mismo, en el instante inicial la velocidad es cero, pero la fuerza resultante acelera la esfera de forma que su velocidad va aumentando pero de forma NO uniforme.

Se puede verificar que la velocidad aumenta no uniformemente con el tiempo pero alcanza un valor límite, que ocurre cuando la fuerza resultante fuese nula. Las tres fuerzas que actúan sobre la esfera están representadas en la figura 1 y son además de la fuerza viscosa, el peso de la esfera, P y el empuje, E. Igualando la resultante de esas tres fuerzas a cero obtenemos la velocidad límite VL.

Estática de fluidos o hidrostática

La hidrostática es la rama de la mecánica de fluidos o de la hidráulica que estudia los fluidos incompresibles en estado de equilibrio; es decir, sin que existan fuerzas que alteren su movimiento o posición, en contraposición a la dinámica de fluidos.

Principio de Pascal

La presión ejercida sobre la superficie de un líquido contenido en un recipiente cerrado se transmite a todos los puntos del mismo con la misma  intensidad.

El principio de Pascal se aplica en la hidrostática para reducir las fuerzas que deben aplicarse en determinados casos. Un ejemplo del Principio de Pascal puede verse en la prensa hidráulica.

Principio de Arquímedes

El principio de Arquímedes establece que todo cuerpo total o parcialmente sumergido en un fluido experimenta una fuerza ascendente o empuje igual al peso de fluido desplazado.

Quienes Somos

UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL

FACULTAD DE CIENCIAS MÉDICAS

  

CÁTEDRA DE BIOFÍSICA

DR. CECIL FLORES BALSECA

AUTORES:

RONNY GARCÍA

GIOVANNA MEZA

KÁTHERIN PAREJA

SEGUNDO SEMESTRE GRUPO 1

Unidad 2

UNIDAD 2

Hemodinámica o física del flujo sanguíneo

En la circulación sanguínea en regiones con curvaturas pronunciadas, en regiones estrechadas o en bifurcaciones, con valores por encima de 400, aparecen remolinos locales en las capas limítrofes de la corriente. Cuando se llega a 2000-2400 el flujo es totalmente turbulento. Aunque la aparición de turbulencias no es deseable por el riesgo que tienen de producir coágulos sanguíneos, se pueden utilizar como procedimientos diagnósticos, ya que mientras el flujo laminar es silencioso, el turbulento genera ruidos audibles a través de un estetoscopio.

Resistencias vasculares

La resistencia no puede medirse directamente por ser una magnitud compuesta, pudiendo obtenerse de la ecuación inicial al establecer un gradiente de presión entre dos puntos y medir el flujo que se establece:

       

(mmHg. min/ml, URP → unidad de resistencia periférica hemodinámica).

Su magnitud depende de las dimensiones del tubo por donde circula el fluido, de su viscosidad y del tipo de flujo o corriente que se realice.

 Tipos de resistencia

La resistencia periférica total es la suma de las resistencias vasculares. Los vasos sanguíneos en el sistema vascular constituyen una red en la que determinados segmentos se sitúan en serie y otros en paralelo. La resistencia varía dependiendo de la colocación de los vasos.

 -Viscosidad

Uno de los factores que determina la resistencia al movimiento de los fluidos son las fuerzas de rozamiento entre las partes contiguas del fluido, las fuerzas de viscosidad.

La viscosidad (η) se define como la propiedad de los fluidos, principalmente de los líquidos, de oponer resistencia al desplazamiento tangencial de capas de moléculas. Según Newton, resulta del cociente entre la tensión de propulsión (τ) o fuerza de cizalladura y el gradiente de velocidad (Δν) entre las distintas capas de líquidos.

       

Las unidades de η son Pascales/seg.

Los fluidos newtonianos u homogéneos son los que muestran una viscosidad constante, como el agua, o las soluciones de electrolitos; por el contrario, los fluidos no newtonianos, o heterogéneos, presentan una viscosidad variable, es el caso de la sangre que se modifica dependiendo de las dimensiones del tubo y del tipo de flujo. Cuando la velocidad de la sangre se incrementa la viscosidad disminuye.

Así ha de tenerse en cuenta que la sangre no presenta una viscosidad constante. Al estar formada por células y plasma, las primeras son las responsables principales de la viscosidad sanguínea, y tanto el hematocrito como la velocidad del flujo y el diámetro del vaso modifican la viscosidad de la sangre. A altas velocidades, la viscosidad disminuye al situarse las células preferentemente en el eje central del vaso.

Relaciones entre el flujo, la presión y la resistencia. Ley de Poiseuille

En flujos laminares que se desarrollan en tubos cilíndricos, se pueden deducir las relaciones entre la intensidad del flujo, el gradiente de presión y la resistencia o fuerzas de fricción que actúan sobre las capas de envoltura.

La Ley de Poiseuille (o de Hagen-Poiseuille) es una ecuación hemodinámica fundamental en la que se establece:

       

8 es el factor que resulta de la integración del perfil de la velocidad.

Debido a que la longitud de los vasos y la viscosidad son relativamente constantes, el flujo viene determinado básicamente por el gradiente de presión y por el radio. De la ecuación representada, destaca el hecho de que el radio al estar elevado a la cuarta potencia, se constituye como el factor más importante. Si suponemos un vaso con un flujo de 1 ml/seg al aumentar el diámetro dos veces el flujo pasa a ser de 16 ml/seg, y si el diámetro aumenta cuatro veces el flujo pasará a ser 256 ml/seg . Por esta relación se puede justificar el papel preponderante que los cambios en el radio del conducto juegan en la regulación del flujo sanguíneo.

La ecuación de Poiseuille está formulada para flujos laminares de fluidos homogéneos con viscosidad constante, sin embargo, en los vasos sanguíneos estas condiciones no siempre se cumplen; si la velocidad del flujo es alta o si el gradiente de presión es elevado, se pueden generar remolinos o turbulencias que modifican el patrón del flujo. Al producirse turbulencias se necesitarán gradientes de presión mayores para mantener el mismo flujo.

 Propiedades de la pared vascular

La pared de los vasos sanguíneos está formada por una capa de células epiteliales, el endotelio, y cantidades variables de colágeno, elastina y fibras musculares lisas. La capacidad de deformación y recuperación de un vaso es un factor importante en la hemodinámica.

A través de la pared vascular se mide una diferencia de presión entre el interior y el exterior, denominada presión transmural. La presión intravascular se debe a la contracción cardíaca, así como a la distensión elástica de la pared. La presión exterior es la presión hidrostática de los líquidos intersticiales y presenta un valor próximo a cero. Si la presión exterior es superior a la del interior, el vaso se colapsará.

La presión transmural (según la ley de Laplace para cilindros huecos de extremos abiertos) dependerá del radio del cilindro "r"; del espesor de la pared "e"; y de la tensión parietal T o fuerza por unidad de longitud.

       

Esta tensión parietal puede despejarse de la ecuación anterior,

       

Siendo P_i – P_o la presión transmural (P_t), o diferencia de presión entre el interior del vaso y el exterior; r el radio del vaso y, e, el espesor de la pared vascular. La tensión parietal se mide en N/m. Así a igual presión, la tensión parietal será tanto mayor cuánto mayor sea el radio y cuánto más delgada sea la pared.

Relación presión-volumen o estudio de la complianza

Las propiedades elásticas o de distensibilidad de los vasos sanguíneos dependen, tanto del número, como de la relación entre las fibras elásticas y colágenas que forman parte de su pared. Si se compara a la altura del mismo segmento vascular sistémico, las arterias son de 6 a 10 veces menos distensibles que las venas.

La capacidad de deformación y recuperación de un vaso puede medirse como la relación entre los cambios de volumen y presión en el interior del mismo. Esta propiedad se conoce con el nombre de elastanza (ΔP/ΔV) o bien su inverso, la complianza (ΔV/ΔP). Cuando un vaso posee una pared fácilmente deformable su su complianza grande. Las arterias son vasos de complianza media a presiones fisiológicas; sin embargo, a presiones elevadas se vuelven rígidos y con complianzas cada vez menores.

Las venas son vasos que aunque menos deformables que las arterias presentan una gran capacidad a presiones bajas de acomodar volúmenes crecientes de sangre. Esto es debido a su morfología, ya que al pasar de secciones elípticas a secciones circulares incrementan su volumen., de ahí que sean descritos como vasos de capacitancia. En el rango de volúmenes y presiones fisiológicos del sistema vascular, las venas sistémicas son unas diez veces más distensibles que las arterias.

 Relaciones entre las variables hemodinámicas

El volumen de sangre situado en cada uno de los segmentos del árbol circulatorio no es equitativo. De los aproximadamente 5 litros de sangre del aparato circulatorio, en situación de pie, un 84 % se sitúa en el circuito mayor, un 9 % en el circuito menor y un 7 % en el corazón. De la sangre alojada en la circulación mayor el 75% se sitúa en el sistema venoso, descrito ya como sistema de capacitancia o reservorio.

La velocidad de la sangre depende del área total transversal de cada sección analizada. Así en aorta y grandes arterias, aunque el flujo es pulsátil la velocidad es alta (20cm/s), va disminuyendo a nivel de las arteriolas alcanzando su valor más bajo en los capilares (0,03 cm/s), este valor permite que haya tiempo suficiente para los intercambios que han de realizarse en esta sección. En las venas se alcanzan velocidades menores que en el mismo segmento arterial debido a que la sección transversal venosa siempre es mayor que la arterial.

El principal segmento vascular donde se observa un mayor descenso de la presión corresponde al segmento arteriolar, ya que es en este punto donde se miden los mayores valores de resistencia.

MECÁNICA CIRCULATORIA

Sístole

La contracción de las aurículas hace pasar la sangre a los ventrículos a través de las válvulas auriculo-ventriculares. Mediante la sístole ventricular aumenta la presión interventricular lo que causa la coaptación de las válvulas auriculo-ventriculares e impiden que la sangre se devuelva a las aurículas y que, por lo tanto, salga por las arterias, ya sea a los pulmones o al resto del cuerpo. Después de la contracción el tejido muscular cardíaco se relaja y se da paso a la diástole, auricular y ventricular.

La sístole es la contracción del tejido muscular cardiaco auricular.

Esta contracción produce un aumento de la presión en la cavidad cardiaca auricular, con la consiguiente eyección del volumen sanguíneo contenido en ella.

 

La diástole es el período en el que el corazón se relaja después de una contracción, llamado período de sístole, en preparación para el llenado con sangre circulatoria. En la diástole ventricular los ventrículos se relajan, y en la diástole auricular las aurículas están relajadas.

Juntas se las conoce como la diástole cardíaca y constituyen, aproximadamente, la mitad de la duración del ciclo cardíaco, es decir, unos 0,5 segundos.

Durante la diástole las aurículas se llenan de sangre por el retorno venoso desde los tejidos por la vía de la vena cava superior e inferior y se produce un aumento progresivo de la presión intra-auricular hasta superar la presión intra-ventricular.

Durante la diástole ventricular, la presión de los ventrículos cae por debajo del inicio al que llegó durante la sístole.

Cuando la presión en el ventrículo izquierdo cae por debajo de la presión de la aurícula izquierda, la válvula mitral se abre, y el ventrículo izquierdo se llena con sangre que se había estado acumulando en la aurícula izquierda.

Un 70% del llenado de los ventrículos ocurre sin necesidad de sístole auricular. Igualmente, cuando la presión del ventrículo derecho cae por debajo del de la aurícula derecha, la válvula tricúspide se abre, y el ventrículo derecho se llena de la sangre que se acumulaba en la aurícula derecha.

LEYES DE LA VELOCIDAD Y DE LA PRESION

Velocidad media

La 'velocidad media' o velocidad promedio es la velocidad en un intervalo de tiempo dado. Se calcula dividiendo el desplazamiento (Δr) entre el tiempo (Δt) empleado en efectuarlo

Esta es la definición de la velocidad media entendida como.

Por otra parte, si se considera la distancia recorrida sobre la trayectoria en un intervalo de tiempo dado, tenemos la velocidad media sobre la trayectoria o rapidez media, la cual es una cantidad escalar.

La velocidad media sobre la trayectoria también se suele denominar «velocidad media numérica» aunque esta última forma de llamarla no está exenta de ambigüedades.

 

El módulo de la velocidad media (entendida como vector), en general, es diferente al valor de la velocidad media sobre la trayectoria. Solo serán iguales si la trayectoria es rectilínea y si el móvil solo avanza (en uno u otro sentido) sin retroceder.

Velocidad instantánea

La velocidad instantánea es un vector tangente a la trayectoria, corresponde a la derivada del vector posición (R) respecto al tiempo.

Permite conocer la velocidad de un móvil que se desplaza sobre una trayectoria cuando el intervalo de tiempo es infinitamente pequeño, siendo entonces el espacio recorrido también muy pequeño, representando un punto de la trayectoria. La velocidad instantánea es siempre tangente a la trayectoria.

Celeridad o rapidez

La celeridad o rapidez es la magnitud o el valor de la velocidad, ya sea velocidad vectorial media, velocidad media sobre la trayectoria, o velocidad instantánea (velocidad en un punto).

El módulo del vector velocidad instantánea y el valor numérico de la velocidad instantánea sobre la trayectoria son iguales, mientras que la rapidez promedio no necesariamente es igual a la magnitud de la velocidad promedio. La rapidez promedio (o velocidad media sobre la trayectoria) y la velocidad media tienen la misma magnitud cuando todo el movimiento se da en una dirección. En otros casos, pueden diferir.

Velocidad relativa

Artículo principal: Velocidad relativa

El cálculo de velocidades relativas en mecánica clásica es aditivo y encaja con la intuición común sobre velocidades; de esta propiedad de la aditividad surge el método de la velocidad relativa. La velocidad relativa entre dos observadores A y B es el valor de la velocidad de un observador medida por el otro. Las velocidades relativas medias por A y B serán iguales en valor absoluto pero de signo contrario. Denotaremos al valor la velocidad relativa de un observador B respecto a otro observador A.

 

Velocidad angular

La velocidad angular no es propiamente una velocidad en el sentido anteriormente definido sino una medida de la rapidez con la que ocurre un movimiento de rotación. Aunque no es propiamente una velocidad una vez conocida la velocidad de un punto de un sólido y la velocidad angular del sólido se puede determinar la velocidad instantánea del resto de puntos del sólido.

Velocidad en mecánica relativista

En mecánica relativista puede definirse la velocidad de manera análoga a como se hace en mecánica clásica sin embargo la velocidad así definida no tiene las mismas propiedades que su análogo clásico:

En primer lugar la velocidad convencional medida por diferentes observadores, aún inerciales, no tiene una ley de transformación sencilla (de hecho la velocidad no es ampliable a un cuadrivector de manera trivial).

En segundo lugar, el momento lineal y la velocidad en mecánica relativista no son proporcionales, por esa razón se considera conveniente en los cálculos substituir la velocidad convencional por la cuadrivelocidad, cuyas componentes espaciales coinciden con la velocidad para velocidades pequeñas comparadas con la luz.

Además esta cuadrivelocidad tiene propiedades de transformación adecuadamente covariantes y es proporcional al cuadrimomento lineal.

En mecánica relativista la velocidad relativa no es aditiva. Eso significa que si consideramos dos observadores, A y B, moviéndose sobre una misma recta a velocidades diferentes.

Siendo la velocidad de B medida por A y la velocidad de A medida por B. Esto sucede porque tanto la medida de velocidades, como el transcurso del tiempo para los observadores A y B no es el mismo debido a que tienen diferentes velocidades, y como es sabido el paso del tiempo depende de la velocidad de un sistema en relación a la velocidad de la luz.

 Cuando se tiene en cuenta esto, resulta que el cálculo de velocidades relativas no es aditiva. A diferencia de lo que sucede en la mecánica clásica, donde el paso del tiempo es idéntico para todos los observadores con independencia de su estado de movimiento. Otra forma de verlo es la siguiente: si las velocidades relativas fuera simplemente aditiva en relatividad llegaríamos a contradicciones.

Para verlo, consideremos un objeto pequeño que se mueve respecto a otro mayor a una velocidad superior a la mitad de la luz. Y consideremos que ese otro objeto mayor se moviera a más de la velocidad de la luz respecto a un observador fijo.

 La aditividad implicaría que el objeto pequeño se movería a una velocidad superior a la de la luz respecto al observador fijo, pero eso no es posible porque todos los objetos materiales convencionales tienen velocidades inferiores a la de luz.

 Sin embargo, aunque las velocidades no son aditivas en relatividad, para velocidades pequeñas comparadas con la velocidad de la luz, las desigualdades se cumplen de modo aproximado.

Siendo inadecuada esta aproximación para valores de las velocidades no despreciables frente a la velocidad de la luz.

Velocidad en mecánica cuántica

En mecánica cuántica no relativista el estado de una partícula se describe mediante una función de onda, que satisface la ecuación de Schrödinger. La velocidad de propagación media de la partícula viene dado por la expresión:

Obviamente la velocidad sólo será diferente de cero cuando la función de onda es compleja, siendo idénticamente nula la velocidad de los estados ligados estacionarios, cuya función de onda es real. Esto último se debe a que los estados estacionarios representan estados que no varían con el tiempo y por tanto no se propagan.

En mecánica cuántica relativista se postula que por ejemplo un electrón podría tener junto con una velocidad media macroscópica (medida entre dos instantes diferentes) un movimiento de agitación u oscilación muy rápida adicional conocido como Zitterbewegung, de acuerdo con esa interpretación adicional no existe una relación entre el momento de la partícula y la velocidad asignable a dicho movimiento.

Unidades de velocidad

Sistema Internacional de Unidades (SI)

Metro por segundo (m/s), unidad de velocidad del SI (1 m/s = 3,6 km/h).

Sistema Métrico antiguo:

Kilómetro por hora (km/h) (muy habitual en los medios de transporte)

Kilómetro por segundo (km/s)

 Sistema Cegesimal de Unidades:

Centímetro por segundo (cm/s) unidad de velocidad del sistema cegesimal

Sistema Anglosajón de Unidades

Pie por segundo (ft/s), unidad de velocidad del sistema inglés

Milla por hora (mph) (uso habitual)

Milla por segundo (mps) (uso coloquial)

PULSO

En medicina, el pulso de una persona es la pulsación provocada por la expansión de sus arterias como consecuencia de la circulación de sangre bombeada por el corazón. Se obtiene por lo general en partes del cuerpo donde las arterias se encuentran más próximas a la piel, como en las muñecas o el cuello e incluso en la sien.

Medición del pulso

El pulso se mide manualmente con los dedos índice y medio; el pulso no se debe tomar con el dedo pulgar, ya que éste tiene pulso propio que puede interferir con la detección del pulso del paciente. Cuando se palpa la arteria carótida, la femoral o la braquial se tiene que ser muy cuidadoso, ya que no hay una superficie sólida como tal para poder detectarlo. La técnica consiste en situar los dedos cerca de una arteria y presionar suavemente contra una estructura interna firme, normalmente un hueso, para poder sentir el pulso.

 

Puntos de pulso comunes

·         Pulso radial, situado en la cara anterior y lateral de las muñecas, entre el tendón del músculo flexor radial del carpo y la apófisis estiloide del radio. (arteria radial).

·         Pulso ulnar, en el lado de la muñeca más cercano al meñique (arteria ulnar).

·         Pulso carotídeo, en el cuello (arteria carótida). La carótida debe palparse suavemente, ya que estimula sus baroreceptores con una palpación vigorosa puede provocar bradicardia severa o incluso detener el corazón en algunas personas sensibles.

·         Además, las dos arterias carótidas de una persona no deben palparse simultáneamente, para evitar el riesgo de síncope o isquemia cerebral.

·         Pulso braquial, entre el bíceps y el tríceps, en el lado medial de la cavidad del codo, usado frecuentemente en lugar del pulso carotídeo en infantes (arteria braquial).

·         Pulso femoral, en el muslo (arteria femoral).

·         Pulso poplíteo, bajo la rodilla en la fosa poplítea.

·         Pulso dorsal del pie o pedio, en el empeine del pie (arteria dorsal del pie).

·         Pulso tibial posterior, detrás del tobillo bajo el maléolo medial (arteria tibial posterior).

·         Pulso temporal, situado sobre la sien directamente frente a la oreja.

·         Pulso facial, situado en el borde inferior de la porción ascendente del maxilar inferior o mandíbula. (arteria facial).

La facilidad para palpar el pulso viene determinada por la presión sanguínea del paciente. Si su presión sistólica está por debajo de 90 mmHg el pulso radial no será palpable. Por debajo de 80 mmHg no lo será el braquial.

 

Por debajo de 60 mmHg el pulso carótido no será palpable. Dado que la presión sistólica raramente cae tan bajo, la falta de pulso carótido suele indicar la muerte. Sin embargo, se conoce de casos de pacientes con ciertas heridas, enfermedades u otros problemas médicos que estaban conscientes y carecían de pulso palpable.

Datos de interés

Podemos decir que el pulso se define como la onda de sangre creada por la contracción del ventrículo izquierdo del corazón.

Entre los factores que afectan a la temperatura corporal se encuentran los siguientes:

Edad: El niño pequeño está muy influido por la temperatura ambiental y debe ser protegido de los cambios extremos. La temperatura en niños es más lábil que en los adultos, hasta la pubertad, particularmente las personas mayores de 75 años, están en riegos de hipotermia.

Variaciones diurnas: las temperaturas corporales normalmente cambian a lo largo del día variando hasta 1.0ºC entre la primera hora de la mañana y la última de la tarde.

Ejercicio: el trabajo extenuante puede incrementar la temperatura corporal hasta de 38.3 a 40ºC

Hormonas: las mujeres normalmente experimentan mayores fluctuaciones hormonales que los hombres. En las mujeres, la secreción de progesterona en el momento de la ovulación aumenta la temperatura corporal entre 0.3 a 0.6ºC por encima de la temperatura basal.

Estrés: la estimulante del sistema nervioso simpático puede incrementar la producción de adrenalina y noradrenalina, por lo que aumenta la actividad metabólica y por lo tanto la producción de calor.

Ambiente: los extremos de la temperatura ambiental pueden afectar a los sistemas de regulación de la temperatura de la persona.

 

Los valores normales que se presentan en cuanto al pulso dependen de la edad que tenga cada persona:

·         Recién nacido: Frecuencia cardíaca media 130 con un rango o intervalo de 80-180 x’

·         1 año: Frecuencia cardíaca media: 120 con un rango o intervalo de 80-140x’

·         10 años: Frecuencia cardíaca media: 70 con un rango o intervalo de 50-90x’

·         Adolescentes: Frecuencia cardíaca media: 75 con un rango o intervalo de 50-90x’

·         Adultos: Frecuencia cardíaca media: 80 con un rango o intervalo de 60-100x’

·         Ancianos: Frecuencia cardíaca media: 70 con un rango o intervalo de 60-100x’

Corazones artificiales (soporte vital complejo)

Los corazones artificiales, llamados dispositivos de asistencia circulatoria mecánica, sirven para reemplazar total o parcialmente el trabajo de un corazón gravemente enfermo, ya sea en forma aguda o crónica. El objetivo es mejorar la función circulatoria y asegurar el aporte de sangre y oxígeno al resto de los órganos vitales (cerebro, riñones, hígado, etc.). Un paciente estabilizado puede entonces esperar por la recuperación de su propio corazón, esperar por un trasplante cardíaco o incluso continuar el resto de su vida con un corazón artificial.

La Fundación Favaloro es pionera en la Argentina en la utilización de esta tecnología desde 1992. Esta terapéutica requiere de cirugías complejas para el implante y de un seguimiento estricto. Para ello contamos con la participación de un equipo multidisciplinario altamente especializado y entrenado para asegurar el mejor resultado con el menor índice de complicaciones durante todo el proceso.

Existen muchos tipos de corazones artificiales, con características y funciones diferentes. Un equipo de profesionales entrenados decide cual es el dispositivo que mejor se adapta a las necesidades de cada paciente.

Algunos pacientes regresan a su hogar con un corazón artificial implantado, lo cual mejora la calidad de vida y facilita la recuperación. El seguimiento y cumplimiento estricto de las indicaciones del equipo profesional son fundamentales para un mejor resultado.

El Aparato Respiratorio

1. El aparato respiratorio humano. Es el aparato encargado de captar el oxígeno (O₂) del aire y de desprender el dióxido de carbono (CO₂) que se produce durante la respiración mitocondrial.

2 . Partes del aparato respiratorio. El aparato respiratorio humano está constituido por las fosas nasales, la faringe, la laringe la tráquea, los dos bronquios y los dos pulmones. El pulmón derecho tiene tres lóbulos y el izquierdo dos. Cada lóbulo pulmonar presenta centenares de lóbulos secundarios o lobulillos.

Los bronquios al entrar en los pulmones se ramifican apareciendo los bronquiolos, que se vuelven a ramificar entrando cada uno en un lobulillo, dónde al ramificarse de nuevo forman los capilares bronquiales que acaban en los sáculos pulmonares, las paredes de los cuales presentan expansiones globoses llamadas alvéolos pulmonares.

La mayor parte de la superficie interna de las vías respiratorias presenta células productoras de mucosidad (moco). Se trata de una sustancia muy viscosa dónde quedan adheridas las partículas que lleva el aire y que presenta sustancias antibacterianas y antivíricas. Además, las fosas nasales, la tráquea, los bronquios y los bronquiolos presentan internamente células ciliadas que mueven dicha mucosidad hacia la faringe, de dónde por deglución pasa al esófago.

Estructura

1. Las vías aéreas superiores o extrapulmonares

Son conductos bidireccionales que ponen en comunicación el aire atmosférico con los pulmones. La parte interna de casi todos los órganos respiratorios está cubierta por:

• Una capa de tejido epitelial cuyas células, muy unidas entre sí, protegen de lesiones e infecciones.
• Una mucosa respiratoria que secreta mucus responsable de mantener las vías bien húmedas y una temperatura adecuada. La superficie de esta mucosa tiene dos tipos de células,

• Células mucosas (caliciforme); elaboran y segregan moco hacia la entrada de las vías respiratorias.

• Células ciliadas; poseen cilios en constante movimiento con el fin de desalojar el moco y las partículas extrañas que se fijan en la mucosa respiratoria. Estos son llevados a la faringe, donde es expectorado o deglutido.

Las vias aéreas superiores o extrapulmonares son las siguientes:

La Nariz

Está formada por dos estructuras, las cavidades nasales,  separadas por un tabique nasal de tejido cartilaginoso. Se encuentra  ubicada por encima de la cavidad bucal y en su parte posterior se comunica con la faringe.

Sus funciones son las siguientes:

1. Calentar el aire; gracias al riego sanguíneo.
2. Humedecer el aire; a través del moco.
3. Filtrar las partículas que se encuentran en el aire(polen, humo…); a través de la mucosa, los cilios y los pelos. 
4. Permitir el sentido del olfato y participar en el habla.

La Faringe 

Órgano tubular y musculoso que se ubica en el cuello. Comunica la cavidad nasal con la laringe y la boca con el esófago por lo que es una zona de paso de alimentos y de aire, formando, por tanto, parte del  sistema respiratorio y digestivo.

Sus funciones son:

•      Deglución
•     Respiración
•     Fonación
•     Audición

La Laringe

Órgano tubular formado por músculo y cartílago que comunica la faringe con la tráquea. En ella se encuentran:

-          Las cuerdas vocales, que adoptan dos posiciones: la posición de respiración, cuando permanecen totalmente abiertas, permitiendo la entrada y salida libre del aire, y la posición de fonación, permaneciendo casi cerradas.

-          La epiglotis, cartílago situado en la parte superior de la laringe y que se cierra cuando ingerimos alimento o líquido para evitar que este pase al pulmón y nos ahoguemos.

Ambas intervienen en la función del habla y más concretamente en la función de la respiración en tres formas: 

• Pasa el aire a la tráquea 
• Protege las vías (la epiglotis)
• Mantiene limpias las vías al expulsar la mucosidad que tiene partículas atrapadas, hacia la faringe.

      La tráquea

Tubo cartilaginoso que comunica la laringe con los bronquios; en su parte dorsal se une al esófago y se bifurca cerca del corazón, dando lugar a dos bronquios primarios.

Su función es llevar el aire desde la laringe a los bronquios.

      Los Bronquios 

Son dos estructuras que se forman cuando se divide la tráquea en dos. Está formada por fibras y cartílago tubulares, revestido por una capa muscular y una mucosa revestida con epitelios cilíndricos. La función de los bronquios es conducir el aire inspirado de la tráquea hacia los alveólos pulmonares.

2. Vías aéreas inferiores o intrapulmonares

También denominado árbol bronquial; hasta llegar a este punto, las vías aéreas constituyen una zona conductora para los gases y siendo un espacio muerto anatómicamente hablando, ya que el volumen de aire que contienen -150 ml-, no se utiliza para la respiración.

Los Bronquiolos

Los bronquios penetran en cada pulmón y se dividen hasta 16 veces, hasta que finalmente forman los bronquiolos respiratorios que se ubican  en la parte media de cada pulmón. A medida que se hacen más pequeños pierden cartílago y su capa muscular se hace más estrecha y lisa.

Los Alvéolos 

Los bronquiolos respiratorios se siguen dividiendo hasta acabar en conductor con forma de saco llamados sacos alveolares. Estos, contienen, a su vez, muchas estructuras diminutas tapizadas de líquido en su interior llamadas alvéolos pulmonares.

Existen aproximadamente unos 30 millones de alvéolos en el pulmón humano y se encuentran rodeados de una tupida red de capilares que, a su vez proceden de la subdivisión de las venas pulmonares y éstas de la división de la arteria pulmonar.

En los alvéolos se lleva a cabo el intercambio de oxígeno y de dióxido de carbono (hematosis). La pared de los alvéolos es una membrana muy delgada que por un lado se encuentra en contacto con el  aire que llega de los bronquiolos y por el otro con la red capilar que rodea los alvéolos, realizándose el intercambio.

 Los Pulmones

Son dos órganos funcionalmente pasivos que se alojan en la caja torácica y que para poder realizar su principal función establecer el intercambio gaseoso con la sangre a través de la inspiración (entrada de aire) y espiración (salida de aire) precisa de la ayuda de la caja torácica y de los músculos.

Los pulmones están llenos de aire, su estructura es elástica y esponjosa y se encuentran unidos a los bronquios por el hilio, por donde penetran  los nervios, los vasos sanguíneos y los linfáticos

El derecho es mayor y está dividido en tres lóbulos -superior, medio e inferior-, mientras que el izquierdo es más pequeño y se divide en dos lóbulos, presentando una hendidura donde se ubica el corazón.

Los pulmones pueden albergar un volumen de unos 6 litros de capacidad pulmonar total; cuando la situación requiere –por ejemplo, durante el ejercicio físico - puede recibir además del volumen corriente, otro adicional de hasta 2,5 litros -volumen inspiratorio de reserva-. Esta inspiración forzada requiere mayor contracción de los músculos inspiratorios. Los pulmones pueden expulsar además del volumen corriente, hasta 1,5 litros -volumen espiratorio de reserva- para lo cual es necesario un gran esfuerzo.

La suma de los volúmenes corrientes y los volúmenes de reserva recibe el nombre de capacidad vital y corresponde a la máxima cantidad de aire que puede entrar o salir de los pulmones, ya que el volumen residual -1,5 litros de aire- siempre permanece allí.

Sistema Auxiliar Para La Respiración

La ventilación en los alveolos no podría realizarse sin la ayuda de un sistema motor muscular que, al expandir o contraer la caja torácica, arrastra en sus movimientos a los pulmones. Como hemos mencionado, los pulmones son órganos pasivos que precisan de otras partes del cuerpo que están involucrados en la función respiratoria: la caja torácica, el diafragma y los músculos intercostales y la pleura.

La caja torácica

Es la estructura esquelética que rodea a los pulmones y otras vísceras y que está formada por las vértebras dorsales, las costillas y el esternón.

Propiedades mecánicas de la caja torácica y el pulmón:

-        Distensibilidad: permite mayor entrada de aire al pulmón.

-       Elasticidad: es la capacidad de recobrar su estado después de haber aplicado una fuerza sobre ellos, por tanto es la que permite poder expulsar los gases como veremos más adelante cuando tratemos la espiración.

El diafragma y los músculos intercostales:

El diafragma es un músculo en forma de cúpula que cierra por arriba la cavidad torácica (convexo) y limita por abajo la cavidad abdominal (cóncavo). Se encuentra unido a la caja torácica en varios puntos y es el responsable de la inspiración.

Los músculos intercostales externos  al contraerse tiran de las costillas hacia adelante y los lados, lo que incrementa el diámetro torácico. Esto hace que la caja torácica tire de los pulmones, reduciendo la presión interna respecto a la presión atmosférica y así permite la entrada de aire.

La Pleura

Es una membrana formada por dos capas de tejido conectivo unidas en sus extremos. La más interna está conectada al pulmón y la externa a la caja torácica. Si se rompe la pleura entra aire entre las dos capas (neumotórax) por lo que desaparece esa fuerza de unión entre la caja y el pulmón por lo que se encoje y entra menos aire.

La pleura tiene dos misiones:

• Mantener unidos y sincronizados los movimientos del pulmón y de la caja torácica
• Evitar los roces entre los pulmones y la cara interna de la cavidad torácica, suavizando así los movimientos. Entre ambas capas existe una pequeña cantidad de líquido seroso (llamado líquido pleural) que actúa como lubricante, y cuya cantidad controlan los capilares linfáticos para evitar que aumente y limite la capacidad del pulmón.

La respiración externa o "ventilación" en los humanos.

La respiración externa o ventilación comprende las tres siguientes etapas:

1 . Inspiración. En ella los músculos intercostales externos se contraen y suben las costillas y el esternón, y el diafragma desciende. Todo ello aumenta la capacidad de la caja torácica, provocando que los pulmones se dilaten y entre aire rico en O₂.

2 . Intercambio de gases. En ella el aire rico en O₂ llega hasta los alvéolos pulmonares, las paredes de los cuales son tan finas que permiten el intercambio gaseoso. Como están recubiertos de finos capilares sanguíneos que contienen sangre cargada de CO₂ y pobre en O₂, el CO₂ pasa al interior de los alvéolos y el O₂ pasa a la sangre que hay en los capilares sanguíneos.

3 . Espiración. En ella los músculos intercostales externos se relajan y bajan las costillas y el esternón y el diafragma asciende. Todo ello disminuye la capacidad de la caja torácica, provocando que los pulmones se contraigan y, por lo tanto, que salga aire rico en CO₂

 El intercambio gaseoso

 Las características del intercambio gaseoso que se produce en los alvéolos pulmonares son:

1) La sangre procedente del corazón, que llega a los capilares sanguíneos que recubren los alvéolos pulmonares, está cargada de dióxido de carbono y contiene muy poca cantidad de oxígeno.

2) A los alvéolos pulmonares llega aire procedente del exterior que es rico en oxígeno. También llega dióxido de carbono procedente de los capilares sanguíneos. El resultado es una mezcla de gases en que predomina el oxígeno.

3) La distancia que hay entre los gases contenidos en el interior de los alvéolos pulmonares y los gases contenidos en el interior de los capilares sanguíneos es muy pequeña, sólo 0,6 micras (0,6µ) y las paredes que los separan son permeables a ellos. Debido a todo ello los gases pueden pasar de unos a los otros. El resultado es que ambas mezclas de gases acaban teniendo una composición muy parecida.

4) La sangre que sale de los capilares sanguíneos que recubren los alvéolos pulmonares hacia el corazón es rica en oxígeno y muy pobre en dióxido de carbono.

VOLUMENES Y CAPACIDADES PULMONARES.

La  inspiración  dura   aproximadamente  2   segundos,   y   la espiración   2  ó  3segundos. Por lo tanto, el ciclo ventilatorio dura 4 ó 5 segundos.

La Frecuencia respiratoria  es el número de ciclos que se repiten en 1 minuto, y es de 12 a 15 (resp./min.).  FR=60/4 ó 5 = 12 ó 15 resp/min. La cantidad de aire que entra en cada inspiración, que es igual a la misma que se expulsa en cada espiración, es aproximadamente 500 ml (0 ́5 l.), y se llama Volumen corriente  (V.C.).  El  volumen  minuto  (V.m)  es  la  cantidad  de  aire  que  entra  en los pulmones en un minuto.

Vm = Vc x Fr = 500 x 12¬15 = 6.000¬7.500 ml

El aire extra que podemos introducir en una inspiración forzada recibe el nombre de Volumen inspiratorio de reserva (V.I.R), que oscila sobre los 3.100 ml. El volumen de aire que podemos expulsar en una espiración forzada después de una   inspiración normal se llama Volumen espiratorio   de   reserva   (V.E.R), que se sitúa en torno a los 1.200 ml. El aire residual que nos queda en los pulmones tras una espiración forzada, se llama Volumen residual (V.R), que está sobre los 1200 ml.

No   todo   el   aire   que   llega   a   los   pulmones   (500  ml),   llega   a   la   zona   de intercambio, hay una parte que se quede en el espacio muerto anatómico, que son las partes   del   aparato   respiratorio   que   no   tienen   alvéolos   (traquea,...),   la   cantidad   esta alrededor de los 150 ml.

CAPACIDADES PULMONARES

Son agrupaciones de los distintos volúmenes:

1.  Capacidad   inspiratoria:   cantidad   de   aire   que   puede   inspirar   una persona distendiendo los pulmones al máximo, será igual a  V..IR + V.C = 3.600 ml

2. Capacidad residual funcional: es el aire que queda en los pulmonestras una espiración normal. Sería igual a V.E.R +V.R = 2.400 ml

3.Capacidad vital: cantidad de aire que una persona puede movilizar en una respiración forzada máxima. Será V.E.R +V.I.R + V.C  = 4.800 ml

4.  Capacidad   pulmonar   total:   cantidad   de   aire   total.   Es   el   volumen máximo teórico que podría alcanzar una persona. Será V.I.R + V.E.R + V.C + V.R =6.000 ml.

Estos volúmenes son medias  genéricas para varones de 70 kg. En mujeres  los volúmenes   son   aproximadamente   un   25%   menos.   Y   en   personas   muy   altas   serán mayores.

VOLUMEN RESIDUAL Y CAPACIDAD RESIDUAL FUNCIONAL

El volumen residual (VR) es el aire que queda en el pulmón después de una espiración forzada máxima, por lo que no se puede medir en la espirometría, debiendo recurrirse a métodos indirectos de mayor complejidad. Sumado al volumen de reserva espiratoria, constituye la capacidad residual funcional (CRF), que es la cantidad de gas que se mantiene en el pulmón al final de la espiración espontánea. Cumple diversas funciones:

a) Permite que la composición del aire alveolar oscile muy levemente, ya que los 2 a 3 litros de gas que permanecen en el pulmón diluyen el aire inspirado, impidiendo cambios bruscos en la composición del aire alveolar. Si el aire alveolar se recambiara totalmente por aire atmosférico, el CO₂ de la sangre venosa al llegar al alvéolo se liberaría explosivamente en forma de burbujas y se producirían cambios bruscos y violentos en el equilibrio ácido base.

b) Sirve como reservorio de oxígeno, lo que permite que la sangre siga removiendo este gas del pulmón en forma continua durante la espiración y en períodos cortos de apnea.

c) Mantiene un volumen de aire en los alveolos que impide su colapso, situación que exigiría generar grandes presiones para  volver a expandirlos La capacidad residual funcional está determinada por la interacción de las fuerzas elásticas del pulmón, que tienden al colapso, y las del tórax, que tienden a la expansión. Su posición de equilibrio corresponde al nivel de final de espiración en reposo.

Para llegar al volumen residual la espiración forzada tiene que vencer la elasticidad torácica, siendo finalmente limitada por reflejos propioceptivos toracopulmonares y por el cierre de las pequeñas vías aéreas. Este último fenómeno se debe a que la disminución del volumen pulmonar reduce la tracción elástica que el parénquima pulmonar ejerce sobre los bronquíolos, manteniéndolos abiertos. Por el envejecimiento normal de los elementos elásticos del pulmón, este fenómeno de cierre se acentúa con la edad, con lo que el VR aumenta, representando una fracción progresivamente mayor de la capacidad pulmonar total (30% hasta los 35 años y 40% sobre los 50 años).

En cifras absolutas, el VR de un hombre de 20 años, 1,70 m de estatura, con una CPT de 6 L, es de aproximadamente 1,8 L.

http://ocw.unican.es/ciencias-de-la-salud/fisiologia-humana-2011-g367/material-de-clase/bloque-tematico-1.-fisiologia-del-aparato/tema-5.-hemodinamica-o-fisica-del-flujo-sanguineo/tema-5.-hemodinamica-o-fisica-del-flujo-sanguineo

https://s3.amazonaws.com/ww-article-cache-1/es/Pulso

http://www.fundacionfavaloro.org/trasplante_cardiaco_corazon_artificial.html

http://www.aula2005.com/html/cn3eso/08respiratori/08respiracioes.htm

https://ciclosdeporte.files.wordpress.com/2008/11/volumentes-y-capacidades-pulmonares.pdf