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Biofísica da Circulação

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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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