Biofisica dos fluidos

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Curso de medicina
 Biofísica dos fluidos 
Aluna: Mariane de Santana Lima; Daniela Scaglion; Alessandra Brandao; Milena Alves
Professora: Isabel 
BIOFÍSICA DOS FLUIDOS.
Conceito de Fluidodinamica : é o estudo dos fluidos (líquidos e gases) em movimento e seu estudo é de extrema importância pois nada no universo encontra-se estático, nem mesmo os fluidos. Um exemplo é o corpo humano, onde os fluidos se movem sem cessar. 
SISTEMA COMPOSTOS POR FLUIDOS:
Quando os fluidos estão em movimento organizado, é necessário que o fluido esteja em um recipiente que possa, de certa maneira, acondiciona-lo. Como o fluido interage ativamente com esse continente para que se estabeleça a sua dinâmica, eles constituem um sistema.
Circuito: é qualquer estrutura que contenha fluidos em movimento. O circuito forma um sistema com fluidos dinâmicos.
Circuito pode ser: Fechado: o fluido que está contido nesse
 Circuito movimenta-se sem contato direto
 Com os outros sistemas.
 Aberto: o fluido contido nesse circuito
 Estabelece contato direto com os outros
 Sistemas, podendo partir dele ou deixar
 o circuito.
Sempre que um fluido estiver em movimento dentro de um recipiente, será chamado de circuito. Para exemplificar, vamos pensar num encanamento por onde passa água; podemos dizer então que o encanamento é um circuito para a água.
APLICAÇAO DO CONCEITO DE PRESSAO.
Pressão: é a força que é aplicada em algo.
Lei fundamental da fluidodinâmica: só ocorrera aceleração de um fluido se houver diferença de pressão entre os dois pontos do circuito, porém, ao ter sua inercia rompida pela diferença de pressão, o movimento do fluido em velocidade constante é mantido pela própria inercia. Com isso, a lei da inercia também se aplica aos fluidos.
Exemplo: relação seringa-veia e pulmão-ar. Onde ao expandir os pulmões e puxar o embolo da seringa, a pressão nesses dois locais diminuem e ao comprimir os pulmões e empurrar o embolo da seringa aumenta a pressão nesses dois locais. Isso se deve ao fato de que ao aumentarmos o volume no continente, a pressão em seu interior diminui e ao diminuir o volume do continente a pressão aumenta em seu interior. Essa explicação foi dada a partir da Lei de Boyle.
Em razão de uma força de resistência( força que se opõe ao movimento) inerente ao deslocamento do fluido ao longo do circuito, essa força de resistência deve ser vencida por uma força motriz( força que atua em favor do movimento) para que o liquido se mantenha em inercia. Se conclui que a aceleração de um fluido ocorre de maior pressão do circuito para o de menor pressão.
Agora, vamos definir dois termos importantes e de uso comum na fisiologia:
Pressão positiva: quando aumentamos a pressão de um continente, ou seja, uma pressão que ‘expulsa’ o fluido de seu interior.
Pressão negativa: quando diminuímos a pressão de um continente, ou seja, essa pressão de sucção ‘ aspira’ um fluido para seu interior.
Com isso, para criar uma pressão positiva, devemos diminuir o volume do continente. Agora, para criar uma pressão negativa, devemos aumentar o volume do continente.
Vale ressaltar que a expressão ‘ negativa e positiva’ é meramente ilustrativa, uma vez que pressão é uma grandeza escalar, ou seja, existe ou não.
Continuando... na fisiologia da respiração, consideramos pressão negativa qualquer pressa menor que a pressão atmosférica, ou seja, uma pressão capaz de aspirar o ar para o interior dos alvéolos. No caso dos capilares linfáticos, por terem capacidade de dilatar ativamente, ao se dilatar, o capilar aumenta seu volume e portanto, sua pressão diminui. Dessa forma, os capilares linfáticos produzem uma pressão negativa que aspira os líquidos em excesso do interstício. Outro exemplo, seria o coração, o qual realiza movimentos de sístole e diástole. Durante a sístole(contração), a cavidade dos ventrículos diminui e, consequentemente a pressão interior aumenta. Já, na diástole(relaxamento), os átrios aumentam sua cavidade e consequentemente a pressão interior diminui.
FLUXO
Fluxo é a grandeza física que exprime o volume de fluido que escoa por unidade de tempo. Tendo como sinônimos: caudal e vazão.
Vamos, agora, entender melhor um sistema fechado e, para isso vamos utilizar como exemplo o nosso sistema circulatório.
Sequencia: coração – vasos – artérias – rede capilar – vasos venosos- coração.
Sabe-se que o fluxo cardíaco é de aproximadamente 5 litros por minuto. Com isso, se a cada minuto 5 litros de sangue é ejetado pelo coração, os mesmos 5 litros de sangue retornam ao coração. Isso se deve ai fato do sistema circulatório ser um sistema fechado.
É importante não confundir fluxo com velocidade de escoamento. Fluxo é o VOLUME que escoa em determinado tempo.
Outro fator importante é o raio por onde o liquido passará. Se o raio dos vasos ser o mesmo, quanto maior a velocidade, maior será o fluxo. No entanto, quando os raios forem diferentes, quanto menor o raio, maior a velocidade de escoamento caso se pretenda manter o mesmo fluxo.
ENERGIA MECANICA DOS FLUIDOS
Energia mecânica: energia potencial( quando o corpo, em virtude de sua posição, tem a possibilidade de entrar em movimento) + energia cinética( modalidade de energia determinada pela velocidade de escoamento do fluido)
Obs: a energia potencial nos fluidos é representada pela pressao.
Obs ²: a energia cinética nos fluidos é representada pela velocidade.
PRESSAO NOS CAPILARES
Uma das diferenças fundamentais que existe no sistema arterial em relação a um sistema hidráulico simples é que, na maioria das arteríolas, existem esfíncteres pré-capilares, Essaas estruturas produzem um estreitamento importante na extremidade arteriolar, fazendo com que o volume de sangue que chega aos capilares flua de modo lento e continuo. O choque do sangue com o esfíncter produz uma dissipação de energia, fazendo com que a pressão e a velocidade do sangue após o esfíncter fiquem bastante reduzidas.
Outra observação importante acerca dos capilares é que eles apresentam paredes finas, e mesmo com uma pressão de 10 mmHg, poderia causar sua ruptura. Isso não acontece graças aos capilares apresentarem um raio pequeno, o que vai fazer com que a tensa na parede seja pequena.
Concluindo, para que um capilar cumpra bem o seu papel, é importante que a pressão capilar e a velocidade do escoamento do sangue sejam baixas.
RESISTENCIA AO FLUXO
O fluxo é dado pela razão entre a diferença de pressão e resistência.
Podemos verificar que o fluxo vai depender da diferença de pressão entre o inicio e o fim do trajeto e também, pelo fato do fluxo ser inversamente proporcional a resistência imposta a sua passagem.
Resistencia ao fluxo é a dificuldade imposta ao escoamento do fluxo. Com isso, temos alguns fatores responsáveis por esta resistência.
Raio do vaso: quanto maior o raio do vaso, menor a resistência e maior o fluxo.
Esfincter pré- capilar: vai alterar o raio do vaso, a resistência e assim, a pressão do sistema.
Obs: uma interrogação foi posta em ‘mesa’. Será que se dobrarmos o raio, dobraremos o fluxo ?
Respondendo a pergunta, foram feitas algumas observações e chegou-se a uma conclusão: Se dobrarmos o raio de um vaso, aumentamos o fluxo em 16 vezes. Ou seja, o fluxo de um vaso é diretamente proporcional a quarta potencia de seu raio e mínimas alterações no calibre de um vaso criam alterações no fluxo de seu conteúdo.
Outro fator que interfere no fluxo é a viscosidade do fluido. Uma vez que líquidos mais viscosos teriam que receber uma força maior para ser ejetado. Assim, o fluxo em um vaso é inversamente proporcional a viscosidade de seu conteúdo.
Vimos também, por experiências, que ao dobrarmos o comprimento
do vaso, dobramos sua resistência. A explicaçao se acomete no fato de quanto maior a extensão do vaso, maior a superficie de atrito entre a lamina externa do fluido e a parede do vaso.
VISAO TERMODINAMICA DA CIRCULAÇAO
Existem forças dissipativas no sistema circulatório, sendo o sistema dissipativo a parte da energia que se degrada, se transformando em um tipo de energia que não pode retornar ao tipo original. Pois bem, desde a saída do sangue do coração ate o seu retorno, a energia mecânica deveria se conversar, caso o sistema circulatório fosse conservativo. Mas, como sabemos, este não é o que acontece. Assim, a energia mecânica não se conversa, já que uma parcela, tanto da energia cinética quanto da potencial, se transforma em entropia, em função das forcas dissipativas.
Como as grandes artérias apresentam um considerável grau de elasticidade, logo ao sair do coração a pressão do sangue é amortecida pela dilatação de tais artérias, principalmente pela artéria aorta. Assim, parte da energia potencial do sangue é transformada em energia potencial elástica nas artérias. Outra força dissipativa muito importante é a força de atrito. Apesar de o endotélio que reveste os vasos sanguíneos apresentar um dos coeficientes de atrito mais baixos da natureza, como a extensão total dos vasos é grande, existe dissipação de energia mecânica do sangue em função do atrito com o endotélio.
Além disso, pelo fato de o sangue não ser um fluido homogêneo, já que apresenta células e proteínas em seu conteúdo, o fluxo do sangue não é perfeitamente laminar. Assim, existe também perda de energia por meio do atrito entre as lâminas do próprio sangue .Como as artérias se bifurcam, o choque da coluna de sangue com as incontáveis bifurcações também faz com que parte da energia seja dissipada.
Os esfíncteres pré-capilares, também contribuem para a perda de energia, uma vez que o sangue também se choca com eles.
Em função de todas essas variáveis dissipativas, o sangue chega aos capilares com baixa pressão (energia potencial) e baixa velocidade (energia cinética). Após deixar os capilares, o sangue chega ao sistema venoso com baixa pressão e retorna ao coração graças à pressão aspirativa produzida pela diástole dos átrios.
DINAMICA DA FILTRAÇAO RENAL
Filtração : separação de um sistema solido-liquido ou solido-gasoso quando este passa através de um filtro que retém a parte solida.
No caso dos rins, eles têm como principal função filtrar o plasma para formar a urina. Nesse processo, as hemácias e as proteínas do plasma não são filtradas, já que são substâncias preciosas para o organismo.
Diariamente, passam pelos rins cerca de 900 litros de sangue, dos quais 180 litros são filtrados. Porém, como só urinamos cerca de 1 llitros por dia, 179 litros serão reabsorvidos ao longo dos néfrons. Essa reabsorção se dá por processos de difusão de solutos.Para que ocorra filtração, os vasos sanguíneos, ao chegarem aos néfrons, formam uma rede capilar enovelada, o glomérulo. A pressão existente no glomérulo é a pressão hi- drostática do sangue, que tende a acelerar o filtrado para fora. Opondo-se à filtração, existem duas pressões – a pressão oncótica no glomérulo, determinada pelas proteínas ali existentes, e a pressão hidrostática na cápsula de Bowman (pressão capsular), que aumenta à medida que o filtrado se acumula na cápsula.
Assim, a pressão efetiva de filtração (PEF) é determinada pela aritmética entre a pressão hidrostática do glomérulo (PH), a pressão oncótica (PO) e a pressão capsular (PC), da seguinte maneira: PEF é igual à PH, menos a soma entre PO e PC.
Quando os rins falham, ou seja, na insuficiência renal, é preciso filtrar o sangue de forma artificial, por meio de um processo chamado de DIALISE, que consiste em um processo físico-quimico pelo qual duas soluções são separadas por uma membrana semipermeável e após algum tempo, as substancias passam pela membrana para igualar as concentrações.
Questionário 
1- Diferencie circuito fechado de circuito aberto:
No circuito fechado o fluido que está contido nesse circuito movimenta-se sem contato direto com os outros sistemas, já no circuito aberto, o fluido contido nesse sistema estabelece contato direto com os outros sistemas.
2- Explique o papel que a pressão desempenha na aceleração dos fluidos:
só ocorrera aceleração de um fluido se houver diferença de pressão entre os dois pontos do circuito, porém, ao ter sua inercia rompida pela diferença de pressão, o movimento do fluido em velocidade constante é mantido pela própria inercia. 
3- o que significa o termo pressão negativa e esse termo é do ponto de vista da física? Correto? Por que ?
É quando diminuímos a pressão de um continente, ou seja, essa pressão de sucção ‘ aspira’ um fluido para seu interior. Pressão negativa não é um termo da física, uma vez que a pressão é uma grandeza escalar, ou seja, existe ou não.
4- escreva um pequeno resumo sobre sistema linfático: 
O sistema linfático possui a função de drenar o excesso de líquido intersticial (líquido onde as células ficam mergulhadas e de onde elas retiram seus nutrientes e eliminam substâncias residuais de seu metabolismo) afim de devolvê-lo ao sangue e assim manter o equilíbrio dos fluidos no corpo.
 Ele também transporta as vitaminas e os lipídeos, absorvidos durante o processo de digestão, até o sangue, para que este, leve os nutrientes para todo o corpo.
 Uma outra função do tecido linfático é a realização de respostas imunes, ele impede que a linfa lance microorganismos na corrente sanguínea através da retenção e destruição destes dentro de seus linfonodos.
 Para entendermos o que são os linfonodos, uma forma bem simples é pensarmos neles como filtros, uma vez que a linfa passa por vários deles antes de chegar à corrente sanguínea, e, como já vimos acima, neles ficam retidos os agentes causadores de doenças até sua eliminação.
 É importante saber que os capilares sanguíneos e os capilares linfáticos possuem funções bem diferentes, pois no caso dos primeiros, há a entrada e saída de substâncias, já no segundo, ocorre apenas a entrada destas. 
 O capilar linfático não realiza trocas, ele somente coleta o líquido com o que tiver nele, as trocas são realizadas pelo sangue. É o sangue que faz o transporte de nutrientes e remoção de toxinas, ou seja, é pelo sangue que são realizadas as trocas necessárias ao equilíbrio do organismo.
5-Defina fluxo e diferencie fluxo de velocidade de escoamento:
Fluxo é a grandeza física que exprime o volume do fluido que escoa por uma unidade de tempo. A diferença do fluxo para a velocidade de escoamento é que a velocidade de escoamento é a velocidade com o que o fluxo flui.
6- o que é fluxo laminar:
É o fluxo pelo qual o fluido escoa na forma de inúmeras camadas cilíndricas concêntricas.
7- quais os fatores que determinam a resistência ao fluxo no sistema circulatório: 
Raio do vaso: quanto maior o raio do vaso, menor a resistência e maior o fluxo.
Esfincter pré- capilar: vai alterar o raio do vaso, a resistência e assim, a pressão do sistema.
Viscosidade do fluido: quanto mais viscoso, mais força para movimentar o fluido.
8- nos capilares do sistema circulatório humano, tanto a pressão quanto a velocidade do sangue são muito baixas. Explique a luz da termodinâmica, por que isso ocorre:
Isso ocorre devido a parede dos vasos serem finas demais e uma velocidade e pressão altas acabariam por romper os vasos.
9-qual a vantagem fisiológica do sangue passar lentamente e sob baixa pressão nos capilares: 
A vantagem é que os capilares vao levar nutrientes e oxigênio aos tecidos, passando lentamente ele irá suprir a necessidade dos tecidos.
10-Enuncie a lei de Poiseuille:
A Lei de Poiseulle estabelece que o fluxo através um determinado tubo depende da diferença de pressão de uma extremidade à outra (Pa - Pb) , do comprimento L do tubo, do raio R do tubo, e da viscosidade do fluido. Se a
diferença de pressão é dobrada, a taxa de fluxo também dobra. O Fluxo varia inversamente com o comprimento e a viscosidade . Se qualquer um é dobrado, a taxa de fluxo é reduzida pela metade . A descoberta mais surpreendente de Poiseuille foi relacionada à dependência da taxa de fluxo com o raio do tubo. Como ele esperava, a taxa de fluxo aumentou com aumento do raio do tubo; o que foi surpreendente foi quão rapidamente a taxa de fluxo aumentou com aumentos pequenos no raio. Por exemplo, se o raio é dobrado a taxa de fluxo aumenta por um fator de 16. Quando todas estas variáveis são postas juntas, com uma constante,( ), obtemos a equação de Poiseuille.
11- O que é um sopro e por que ele ocorre:
Sopro é o som produzido pelo choque entre as camadas de um fluido que escoa, apresentando um fluxo turbihonado. Vai acorrer caso o vaso apresente algum estreitamento, dilatação ou obstrução.
12-Explique de maneira sucinta como se da a dinâmica de filtração glomerular:
É na cápsula glomerular que ocorre a filtração glomerular, que consiste no extravasamento de parte do plasma sanguíneo do glomérulo renal para a cápsula glomerular. O líquido extravasado é chamado filtrado. Esse filtrado contém substâncias úteis ao organismo, como água, glicose, vitaminas, aminoácidos e sais minerais diversos. Mas contém também substâncias tóxicas ou inúteis ao organismo, como a uréia e o ácido úrico. Da cápsula glomerular, o filtrado passa para os túbulos renais.
13- conceitue gradiente:
 é um vetor que indica o sentido e a direção na qual, por deslocamento a partir do ponto especificado, obtém-se o maior incremento possível no valor de uma grandeza a partir da qual se define um campo escalar para o espaço em consideração 
14- se um vaso triplicar de raio, em quanto irá aumentar o fluxo desse vaso: 128 vezes