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Biofísica da Circulação Prof. Gilvan Caetano Duarte Universidade Federal do Tocantins Curso de Ciências Biológicas Disciplina de Biofísica Biofísica da Circulação Funções da circulação Transportar nutrientes para os tecidos; Transportar os produtos de excreção para descarte; Conduzir hormônios de uma parte do corpo à outra e de forma geral, manter um ambiente apropriado, em todos os líquidos dos tecidos do corpo, para as condições ótimas de sobrevivência e de funcionamento das células. Biofísica da Circulação Características físicas da circulação Circulação sistêmica e circulação pulmonar Volumes do sangue em diferentes partes da circulação Figura 1: Distribuição do sangue (em percentagem de sangue total) nas diferentes partes do sistema circulatório (GUYTON; HALL, 2002). Biofísica da Circulação Partes funcionais da circulação Artérias: transportar o sangue para os tecidos sob alta pressão; Arteríolas: pequenos ramos do sistema arterial, válvulas controladoras, através das quais o sangue é liberado para os capilares; Capilares: realizar a troca de líquido, nutrientes, eletrólitos, hormônios e outras substâncias entre o sangue e o intersticial. Biofísica da Circulação Funções da circulação Vênulas: coletam o sangue dos capilares; Veias: condutos para o transporte do sangue dos tecidos de volta ao coração; igualmente importantes, elas também atuam como reservatório de sangue. Biofísica da Circulação Áreas da secção transversa e velocidade do fluxo Vaso Área de secção transversa (cm2) Aorta 2,5 Pequenas artérias 20 Arteríolas 40 Capilares 2.500 Vênulas 250 Pequenas veias 80 Veias cavas 8 Fluxo tende a ser constante; A velocidade do fluxo é inversamente proporcional à área da secção transversa vascular. vmA = 33 cm . s -1 Vmc = 0,3 mm . s -1 Tabela 1: Área de secção transversa dos vasos sistêmicos (GUYTON, HALL, 2002). Biofísica da Circulação Pressões nas várias porções da circulação Figura 2: Pressões sanguíneas normais nos diferentes seguimentos do sistema circulatório em pessoa na posição horizontal (GUYTON; HALL, 2002). Biofísica da Circulação Relação entre pressão, fluxo e resistência Fatores que determinam o fluxo ao longo do vaso sanguíneo: Diferença de pressão do sangue Resistência vascular Figura 3: Relação entre pressão, resistência e fluxo sanguíneo (GUYTON; HALL, 2002). Biofísica da Circulação Lei de Ohm Q = ΔP R Onde: Q - Fluxo em unidade de volume/tempo; ΔP - Diferença de pressão (P1 – P2); R – Resistência ao movimento do fluido Biofísica da Circulação Fluxo sanguíneo Quantidade de sangue que passa por determinado ponto da circulação em dado período de tempo; Unidades: (mL . min-1; L . min-1; mL . s-1; m3 . s-1); Débito cardíaco: quantidade de sangue bombeada pelo coração a cada minuto: Dc = 5000 mL . min-1 Biofísica da Circulação Pressão sanguínea Força exercida pelo sangue contra qualquer unidade de área da parede vascular; Unidades: mmHg e cmH2O Figura 4: Registro da pressão arterial com manômetro de mercúrio (GUYTON; HALL, 2002). Biofísica da Circulação Resistência ao fluxo sanguíneo É o impedimento ao fluxo sanguíneo por um vaso; Se a diferença de pressão entre dois pontos é 1,0 mmHg e o fluxo sanguíneo é de 1,0 mL . s-1, a resistência vascular periférica corresponde a 1 unidade = 1URP. Resistência Periférica Total = 1URP Resistência Vascular Pulmonar = 0,14URP Biofísica da Circulação Efeito do hematócrito sanguíneo e da viscosidade do sangue na resistência vascular e no fluxo sanguíneo. Viscosidade do sangue; Hematócrito: percentagem do sangue constituída por células. Biofísica da Circulação Figura 5: Hematócrito de pessoa saudável (normal) e pacientes com anemia e policitemia (GUYTON; HALL, 2002). Biofísica da Circulação Efeito do hematócrito sanguíneo sobre a viscosidade do sangue Figura 6: Efeito do hematócrito sobre a viscosidade do sangue (viscosidade da água = 1) (GUYTON; HALL, 2002). Biofísica da Circulação Movimento e propriedades de fluidos Escoamento de fluidos ideais O escoamento de um fluido não é descrito pelo movimento individual de cada uma de suas partículas, mas é especificado por sua densidade (ρ) e velocidade de escoamento ou de fluxo (v), numa posição (x) e num instante (t). Biofísica da Circulação Escoamento permanente; Escoamento variado; Fluido compressível; Fluido incompressível; Fluido ideal é incompressível e não apresenta resistência ao movimento. Biofísica da Circulação Energética do fluxo ideal Figura 8: Escoamento permanente de um fluido ideal por uma tubulação (OKUNO; CALDAS; CHOW, 1982). Biofísica da Circulação Escoamento de fluido real Principal força dissipativa: viscosidade (η); Unidades S.I. η = N . s m2 kg m . s = Biofísica da Circulação Tabela 2: Valores de “η” para alguns gases e líquidos (OKUNO; CALDAS; CHOW, 1982). Biofísica da Circulação Escoamento de fluido real Equação de Poiseuille Q = ΔP . Π . r4 8 . η . L Onde: Q - Fluxo em unidade de volume/tempo; ΔP - Diferença de pressão r - Raio η - Viscosidade do fluido L - Comprimento do tubo Biofísica da Circulação Escoamento de fluido real Equação de Poiseuille – Diâmetro do vaso no fluxo sanguíneo Figura 10: A - Efeito do diâmetro do vaso no fluxo sanguíneo; B – Anéis concêntricos de sangue fluindo com velocidades diferentes. (GUYTON; HALL, 2002). Biofísica da Circulação Escoamento de fluido real Equação de Poiseuille e velocidade média de fluxo para uma secção transversal vm = ΔP . r2 8 . η . ΔL Onde: vm – velocidade média de fluxo para uma secção transversal; ΔP - Diferença de pressão r - Raio η - Viscosidade do fluido ΔL - Comprimento do tubo Biofísica da Circulação Escoamento de fluido real Equação de Poiseuille e a resistência ao movimento do fluido Onde: Q - Fluxo em unidade de volume/tempo; ΔP - Diferença de pressão r - Raio η - Viscosidade do fluido Δ L - Comprimento do tubo R – Resistência ao movimento do fluido Q = ΔP R 8 . η . ΔL Π . r4 R = Biofísica da Circulação Escoamento de fluido real Tipos de escoamento Laminar: a velocidade de fluxo através de uma secção é máxima no centro e decresce segundo uma parábola até zero na camada adjacente à parede do tubo. Figura 11: Perfil parabólico da velocidade de um fluido real escoando por um tubo (OKUNO; CALDAS; CHOW, 1982). Biofísica da Circulação Escoamento de fluido real Tipos de escoamento Turbulento: se a velocidade de fluxo atingir valores acima de certo limite (natureza do fluido e temperatura), o fluido pode escoar de maneira irregular com formação de redemoinhos (misturas das camadas adjacentes de fluido. Biofísica da Circulação Escoamento de fluido real Tipos de escoamento Variação de pressão Figura 13: Perfil parabólico da velocidade de um fluido real escoando por um tubo (OKUNO; CALDAS; CHOW, 1982). Biofísica da Circulação Escoamento de fluido real Tipos de escoamento Número de Reynolds (N maior do que 2000, o fluxo seria turbulento ou estaria na iminência de ser tornar turbulento. N = v . d . ρ η Onde: N – Número de Reynolds v – Velocidade média do fluido ρ – Massa específica do fluido d – Diâmetro do tubo η – Viscosidadedo fluido
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