Biofsica da Circulao do Sangue

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Biofísica da Circulação do Sangue (orientação ao estudo)
Considerações iniciais
 A importância do estudo da circulação do sangue está no fato deste líquido biológico ser o mais significativo fluido do corpo humano. O que é justificado por ser ele o meio de transporte de nutrientes, dos gases da respiração, das substâncias de defesa do organismo, além de sua participação no processo de excreção.
Características do sangue como um fluído
 Compressibilidade:
 O sangue é composto pelo plasma e os glóbulos brancos e vermelhos (líquido com células). Em certas situações estas células podem comprimidas, resultando no aumento de sua densidade.
Viscosidade: 
 O sangue tem o mesmo papel na mecânica dos fluídos que o atrito na mecânica dos sólidos, isto é, no escoamento a energia cinética é convertida em energia térmica. Ocorrendo, assim uma queda na pressão no sentido do escoamento, em virtude da resistência resultante da aderência do fluído ao tubo). O que leva a uma redução de velocidade do centro da massa fluída para as paredes do tubo (vaso sanguíneo). 
 
 Reproduzida do Manual de Biofísica e do cap. 1 htlm.
Turbulência: 
 Um fluido está em regime de turbulência quando muda de velocidade. O que determina uma mudança no regime de escoamento de um fluído de laminar (o fluxo escoa em forma de camadas concêntricas, cuja velocidade é maior na camada central do tubo ou do vaso sanguíneo).
 Quando a velocidade do fluído for superior a certo valor crítico (velocidade crítica), o seu escoamento se faz de forma caótica adotando uma característica semelhante a redemoinhos. Esta velocidade crítica se relaciona de forma diretamente proporcional com um número admencional conhecido como número de Reinolds, e pode ser obtida pela deter equação: 
 Vc = Re. n /∂. D; onde V é a velocidade crítica, Re é o nº de Reinolds, n é a viscosidade do fluido, ∂ a densidade do fluido e D é o diâmetro do vaso. De forma que podemos emitir as seguintes observações:
 1. O número Reinolds é admensional, o seu valor para o escoamento em tubos circular é 2000.
 2. Quando este valor é superado em tobos circulares ocorre à mudança de regime de escoamento de laminar para turbulento.
 3. Caso o tubo apresente-se com protuberâncias internas, tais como na deposição de placas de gordura, a mudança de regime de laminar para turbulento ocorre com velocidades menores que a crítica de 2000.
 
 
 
Fluído ideal e a equação da continuidade
 Um fluido ideal seriam aquele que se apresentasse com algumas simplificações, a fim de ter facilitado o seu escoamento. Para isto, deve ser: incompressível, não apresentar viscosidade e se encontrar em regime estacionário. No entanto, é importante resaltar que o sangue é um fluído real e como tal é compressivel e com viscosidade variável, podendo dessa forma sofrer variação de energia.
 Fluídos ideais devem obdecer a equação da continuidade, que é a lei da conservação da massa aplicada à mecânica dos fluídos. Partindo-se da definição de fluxo, que é a vartiação de volume (∆V) na unidade de tempo (∆T), ou seja: fluxo= ∆V/∆T. Levando-se em consideração que no sistema internacional (SI), a unidade para o fluxo é o M2/ segundo, e que para fluídos ideiais o fluxo volumétrico e a densidade devem ser constantes. A equação da continuidade deve ser expressa como: 
 Fluxo= A1.V1 = A2.V2 = A3.V3 = ........ = An.Vn
 
 Se um fluído escoar-se por uma área que sofreu redução, sua velocidade será aumentada, a fim de manter o fluxo constante. Por exemplo: na figura abaixo a velocidade em ”a” é menor que em ”b”.
 
 
 
Equação de Poisseilli
 Através desta equação é possível se determinar com precisão aceitavel o fluxo sanguíneo. O que é feito através da utilização de parâmetros físicos:
 F = ∆P. ∏r4/8nl , onde F é o fluxo sanguíneo; ∆P é o gradiente de pressão; r é o raio do vaso; n é a viscosidade do sangue e l o comprimento do vaso. Esta equação indica ser o raio do vaso o parâmetro de maior significação para determinação do fluxo sanguíneo. Esclareceremos melhor através da seguinte colocação: imagine o fluxo sanguíneo através de dois vasos de mesmo comprimento( l ), submetidos ao mesmo gardiente de pressão, porém com diametros diferentes sendo um o dobro do outro ( por exemplo: com raios medindo 1 e 2 cm), o com o dobro de raio terá um fluxo sanguíneo de 16 ml/seg. 
Equação de Bernoulli e a inter-relação energética do fluxo
 Os fluídos ideiais obdecem esta equação que representa a lei da conservação da energia aplica aos fluídos, neste caso o fluído não perderá energia e nem sofrerá queda na pressão hirdodinamica ao longo de seu escoamento. O que pode ser melhor compreendido com o auxilio da ilustração abaixo:
 
 
 
 P1 + ½ PV12 = P2 + ½ P22= CTE
 Pressão↓ ↓Pressão 
 Mecânica Hidrodinâmica
 No caso da circulação do sangue ao logo de um vaso, o somatório das energias parciais não pode diminuir e como parte dela é gasta para vencer o atrito (energia cinética “EC”) entre as camadas do fluxo sangíneo e entre estas e a parede do vaso. Essa energia gasta é reposta à custas da energia potencial (EP), originada pela →pressão lateral exercida pela massa sanguínea na parede do vaso. Disso decorre a inter-relação energética do fluxo sanguíneo em escoamento. O que está de acordo com o que determina a equação de Bernoulli, já que a velocidade do fluxo sanguíneo tende a permanecer constante e a pressão lateral tende a dininuir com o deslocamento do sangue.
 Existem determinadas situações patológicas em que este equilíbrio é rompido: No caso dos aneurismas, a elasticidade do vaso se encontra diminuída, do que resulta uma dilatação na sua parede. Nesta dilatação ocorre o acúmulo de sangue com consequente redução na EC e aumento da EP, que pode provocar a rotura do vaso. 
 De forma inversa na estenose, o vaso sanguíneo está estreitado provocando o aumento da EC e redução na EP. O aumento da EC é necessário para vencer o resitência ao fluxo apresentado na região estreitada do vaso. 
Bibliografia indicada:
Manual de Biofísica. UFRN-CB-DBF
Biofísica. Frumento.
Biofísica Básica. Ibrahim.
Física para as Ciências Biológicas e Biomedicas. Okuno.