Unidad temática 1 2 parte
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DIPLOMATURA EN ELECTROMEDICINA ACTUALIZADA Y APLICADA EN KINESIOLOGÍA Y FISIATRÍA Universidad Católica de Cuyo – San Luis Facultad de Ciencias Médicas Carrera de Lic. en Kinesiología y Fisiatría UNIDAD TEMÁTICA 1: Física Médica y Biofísica. Fisioterapia. Biol. Bárbara Espeche Cátedra de Biofísica – Cátedra de Histología y Embriología Licenciatura en Kinesiología y Fisioterapia Universidad Católica de Cuyo Sede San Luis Facultad de Ciencias Médicas E-mail: [email protected]
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DIPLOMATURA EN ELECTROMEDICINA
ACTUALIZADA Y APLICADA EN KINESIOLOGÍA Y FISIATRÍA
Universidad Católica de Cuyo – San Luis Facultad de Ciencias Médicas
Carrera de Lic. en Kinesiología y Fisiatría
UNIDAD TEMÁTICA 1:
Física Médica y Biofísica. Fisioterapia.
Biol. Bárbara Espeche Cátedra de Biofísica – Cátedra de Histología y Embriología
Licenciatura en Kinesiología y Fisioterapia
Universidad Católica de Cuyo Sede San Luis
Facultad de Ciencias Médicas
E-mail: [email protected]
Generalidad de Hidrostática.
Líquidos.
Densidad y peso específico.
Presión.
Principio de Pascal.
Principio de Arquímedes.
Aplicaciones biológicas.
Líquidos corporales.
Hidrodinámica.
Principios de la mecánica
de los fluidos biológicos.
Teorema de Bernouille.
Viscosidad.
Flujo laminar y turbulento.
Volemia.
Flujo.
LA ESTÁTICA DE FLUIDOS Se entiende por fluido un estado de la materia en el que la
forma de los cuerpos no es constante, sino que se adapta a la
del recipiente que los contiene
Los líquidos y los gases corresponden a dos tipos diferentes
de fluidos.
Los primeros tienen un volumen constante que no puede
modificarse apreciablemente por compresión. Se dice por ello
que son fluidos incompresibles.
Los segundos no tienen un volumen propio, sino que ocupan el
del recipiente que los contiene; son fluidos compresibles
porque, a diferencia de los líquidos, sí pueden ser comprimidos.
LA DENSIDAD DE LOS CUERPOS
Para cualquier sustancia la masa y el volumen son
directamente proporcionales. Es precisamente la constante
de proporcionalidad la que se conoce por densidad y se
representa por la letra griega r
La densidad r de una sustancia es
la masa por unidad de volumen de
dicha sustancia.
Su unidad en el SI es kg/m3
peso específico peso específico pe que se define como
el cociente entre el peso P de un cuerpo y su volumen:
La densidad relativa de una sustancia es el cociente
entre su densidad y la de otra sustancia diferente que
se toma como referencia o patrón:
Densidad relativa
Para sustancias líquidas se suele tomar como sustancia
patrón el agua cuya densidad a 4 ºC es igual a 1000 kg/m3
la densidad relativa carece de unidades físicas.
Sustancia Densidad (g/cm3)
Sustancia Densidad (g/cm3)
Acero 7.7-7.9 Oro 19.31
Aluminio 2.7 Plata 10.5
Cinc 7.15 Platino 31.46
Cobre 8.93 Plomo 11.35
Cromo 7.15 Silicio 2.3
Estaño 7.29 Sodio 0.975
Hierro 7.88 Titanio 4.5
Magnesio 1,76 Vanadio 6.02
Níquel 8.9 Volframio 19.34
Sustancia Densidad (g/cm3)
Sustancia Densidad (g/cm3)
Aceite 0.8-0.9 Bromo 3.12
Acido sulfúrico
1.83 Gasolina 0.68-0.72
Agua 1.0 Glicerina 1.26
Agua de mar
1.01-1.03 Mercurio 13.55
Alcohol etílico
0.79 Tolueno 0.866
LA PRESIÓN
Cuando se ejerce una fuerza sobre un
cuerpo deformable, los efectos que
provoca dependen de cómo está
repartida sobre la superficie del cuerpo.
Así, un golpe de martillo sobre un clavo
bien afilado hace que penetre mas en la
pared de lo que lo haría otro clavo sin
punta que recibiera el mismo impacto
dA
dF
A
FP
Vacío
Pam
NP
2
PdAF
La presión representa la intensidad de la fuerza que se ejerce
sobre cada unidad de área de la superficie considerada.
LA PRESIÓN
La presión en los fluidos
La fuerza que ejerce un fluido en
equilibrio sobre un cuerpo sumergido
en cualquier punto es perpendicular a la
superficie del cuerpo.
1 atm = 1,013 · 105 Pa
1 bar = 105 Pa
La presión es una magnitud escalar
La ecuación fundamental de la hidrostática
xAPF01
PxAF2
0F
mgFF 12
ρVg A xP AxP 0
ρAhgPPA0
ghPP r 0
hgPP r0
Esta ecuación indica que: para un líquido dado y para una
presión exterior constante, la presión en el interior depende
únicamente de la profundidad h.
Por tanto, todos los puntos del líquido que se encuentren al
mismo nivel soportan igual presión.
Ello implica que: ni la forma de un recipiente, ni la cantidad
de líquido que contiene, influyen en la presión que se
ejerce sobre su fondo, sino tan sólo la altura de líquido.
Esto es lo que se conoce como paradoja hidrostática
Paradoja hidrostática
Principio de Pascal: Un cambio en la presión aplicada a un
fluido, es transmitido sin disminución a cada punto del
fluido y a las paredes del recipiente.
La presión aplicada en
un punto de un líquido
contenido en un
recipiente se transmite
con el mismo valor a
cada una de las
partes del mismo.
1F
A
AF
1
2
2
12
1
2
2
2F
R
RF
12
1
22
2 FR
RF
Presión P
Prensa Hidráulica
2
2
1
1
A
F
A
FP
Medida de la presión. Manómetro
Para medir la presión empleamos un dispositivo denominado
manómetro.
Como A y B están a la misma
altura, la presión en A y en B debe
ser la misma.
Por una rama, la presión en B es
debida al gas encerrado en el
recipiente.
Por la otra rama, la presión en A es
debida a la presión atmosférica más
la presión debida a la diferencia de
alturas del líquido manométrico. PA=PB
p=p0+r gh
Experiencia de Torricelli
Para medir la presión atmosférica, Torricelli empleó
un tubo largo cerrado por uno de sus extremos, lo
llenó de mercurio y le dio la vuelta sobre una vasija
de mercurio.
El mercurio descendió hasta una altura h=0.76 m al
nivel del mar.
Dado que el extremo cerrado del tubo se encuentra
casi al vacío p=0, y sabiendo que la densidad del
mercurio es 13.55 g/cm3 ó 13550 kg/m3 podemos
determinar el valor de la presión atmosférica.
Principio de Arquímedes
Todo cuerpo
sumergido en un
fluido
experimenta un
empuje vertical y
hacia arriba igual
al peso de fluido
desalojado
Puesto que la porción de fluido se encuentra en equilibrio, la
resultante de las fuerzas debidas a la presión se debe anular con el
peso de dicha porción de fluido. A esta resultante la denominamos
empuje
gVgmE fff r
Si la densidad del objeto es menor que la densidad del líquido: el objeto sube
(acelera para arriba)
Si la densidad del objeto es mayor que la densidad del líquido: el objeto baja
(acelera abajo).
Empuje y principio de
Arquímedes
Objetos totalmente
sumergidos.
gVFEF oofgtotal )( rr
El principio de Arquímedes se puede también aplicar a los
globos que flotan en aire (el aire se puede considerar un líquido)
Aplicaciones Biológicas
Principio de Pascal
Principio de Arquímedes
Buscar un ejemplo de cada uno de ellos.
Realizar un ejercicio de cálculo de Presión y uno de
densidad.
Aplicaciones biológicas:
Si conocemos la masa y volumen de un cuerpo antes de
sumergirlo: a partir de ellos podemos calcular:
densidad: d=m/V .
Al conocer su masa, podemos obtener
peso en el vacío: p=m·g .
• La densidad nos da una idea de como están agrupados
los átomos en el cuerpo.
• Cuanto más pesados sean los átomos y más juntos estén
más denso será el cuerpo.
• Si la densidad del cuerpo es igual o mayor que la del
líquido el cuerpo quedará totalmente sumergido.
Medidas del líquido:
Por medidas directas: masa y volumen
A partir de ambos podemos conocer:
densidad del líquido: dL=mL / V
CUERPO SUMERGIDO
(Magnitudes que podemos conocer)
Al ir introduciendo el cuerpo en el
líquido se va desalojando
paulatinamente un volumen de
líquido igual al volumen que se va
introduciendo del cuerpo (un
volumen sustituye al otro)
El líquido reacciona contra esa intromisión empujando
al cuerpo con la misma fuerza que utilizaba para
mantener al líquido que estaba allí (en el lugar que está
ahora el cuerpo).
La fuerza empuje es igual al peso del líquido
desalojado (el que estaba allí).
El cuerpo se sumerge hasta que el empuje del
líquido iguala el peso que tiene el cuerpo en el vacío.
El peso del cuerpo en el vacío es: (la fuerza con que lo
atrae la tierra)
= masa del cuerpo x gravedad
= Vc · dcuerpo·g
Líquidos corporales:
• Cuerpo humano: volumen de líquidos relativamente
constante y una composición estable de los líquidos
corporales, es necesario para tener una buena
homeostasis, es decir en equilibrio.
• Problemas clínicos: se deben a alteraciones en los
sistemas que mantienen constante el nivel de estos.
• Adulto normal el total de agua representa
aproximadamente el 60% de su peso corporal, puede
cambiar con la edad, sexo y grado de obesidad, al
aumentar la edad el porcentaje de líquido disminuye,
aumento de grasa corporal.
Para la homeostasis se deben mantener: la cantidad
total de líquidos corporales, las cantidades totales de
solutos y mantener en equilibrio las concentraciones de
ambos.
En el organismo existe un intercambio continuo entre
líquidos y solutos con el medio externo.
El ingreso de los líquidos debe igualarse con las
perdidas equivalentes de los mismos para evitar que
aumente o disminuya el volumen total de los líquidos
corporales.
Los ingresos de líquidos varían de persona a persona,
incluso en la misma persona varía con los días, el clima,
el ejercicio, etc...
Ingreso de agua al organismo:
La que se ingiere como líquido, o como componente
de los alimentos sólidos, que es normalmente alrededor
de 2100 ml/día; a esta cantidad hay que sumarle los
líquidos corporales normales.
La que se sintetiza en el organismo como resultado de
la oxidación de los carbohidratos que representa unos 200
ml/día.
El ingreso variable de agua tiene que estar ajustado a
las pérdidas diarias de la misma.
Ciertas pérdidas no pueden ser reguladas con exactitud:
Pérdida continua por evaporación en el aparato
respiratorio.
Por difusión a través de la piel, pérdida insensible de
agua, ocurre sin que el individuo lo perciba, si bien se
produce diariamente en todos los seres vivos.
Perdida por sudor: depende de la temperatura ambiente
y de la actividad física.
Pérdida por heces: pequeña cantidad, aunque puede
aumentar en personas con diarrea.
Pérdida por los riñones: orina.
Capilares linfáticos
La cantidad total de linfa es de 2 a 3 litros.
Líquido extracelular:
En total dan cuenta del 20% aproximadamente, del peso total
del cuerpo de un adulto.
El intersticial 2/4 partes y el plasma que representa 1/4 restante,
es decir, alrededor de 3 litros.
Sangre
Contiene líquido extracelular, plasma y líquido
intracelular alojado en los hematíes o eritrocitos,.
El volumen de sangre en los adultos normales en
promedio es de un 8% del peso corporal (5 litros).
El 60 % aproximadamente de la sangre es plasma y el
40 % son los hematíes.
Saliva
Fluidos producto de la secreción de células glandulares.
Secreción diaria normal, oscila entre 800 y 1500 ml.
Mucosidades – moco:
Secreción densa compuesta fundamentalmente por agua,
electrolitos y una mezcla de varias glucoproteínas.
Líquido amniótico
Su volumen es de uno 500 a 1000 ml. Se renueva cada 3 horas.
Líquido cefalorraquídeo
150 ml de líquido cefalorraquídeo, del volumen total de la
cavidad que envuelve el encéfalo y la médula.
Otros tipos de líquido existentes en el cuerpo son:
Intraocular, Pleural, Folicular, en el hueso.
•Teorema de Bernouille:
También denominado: Principio, Ecuación o Trinomio de
Bernoulli, describe el comportamiento de un fluido moviéndose
a lo largo de una línea de corriente .
En un fluido ideal (sin viscosidad ni rozamiento) en régimen
de circulación por un conducto cerrado, la energía que posee el
fluido permanece constante a lo largo de su recorrido.
La energía de un fluido en cualquier momento consta de tres
componentes:
Cinética: es la energía debida a la velocidad que posea el
fluido.
Potencial gravitacional: es la energía debido a la altitud que
un fluido posea.
Energía de flujo: es la energía que un fluido contiene debido a
la presión que posee.
• Ecuación o Trinomio de Bernoulli:
V = velocidad del fluido en la sección considerada.
g = aceleración gravitatoria
z = altura en la dirección de la gravedad desde una cota de referencia.
P = presión a lo largo de la línea de corriente.
ρ = densidad del fluido.
• Considerar los siguientes supuestos: para aplicar la ecuación.
Viscosidad (fricción interna) = 0.
Se considera que la línea de corriente sobre la cual se aplica se
encuentra en una zona 'no viscosa' del fluido.
Caudal constante.
Flujo incompresible, donde ρ es constante.
La ecuación se aplica a lo largo de una línea de corriente o en
un flujo irrotacional.
Tubería
La ecuación de Bernoulli y la
ecuación de continuidad también
nos dicen que si reducimos el área
transversal de una tubería para que
aumente la velocidad del fluido que
pasa por ella, se reducirá la presión.
• Dos tipos de flujo viscoso en tuberías
Flujo laminar: a velocidades bajas, las partículas del
fluido siguen las líneas de corriente. - los resultados
experimentales coinciden con las predicciones analíticas.
Flujo turbulento: a velocidades más elevadas, surgen
fluctuaciones en la velocidad del flujo o remolinos, de tal
forma que ni siquiera en la actualidad se puede predecir
completamente.
El flujo sanguíneo es la cantidad de sangre que
atraviesa la sección de un punto dado de la circulación en
un período determinado.
Se expresa en mililitros por minuto o litros por minuto,
se abrevia Q.
El análisis de los factores que determinan el flujo
sanguíneo es relativamente complejo ya que es un flujo
pulsátil, que discurre por un circuito cerrado de tubos
distensibles con múltiples ramificaciones y de calibre
variable.
Por otra parte el fluido circulante: la sangre, es un fluido
pseudoplástico con propiedades no lineales.
Esto explica que se recurra a modelos y simplificaciones que
no siempre se pueden aplicar de manera directa.
El flujo sanguíneo global de la circulación de un adulto en
reposo es de unos 5000 ml . min-1.
Esta cantidad, se considera igual al gasto cardíaco, porque es
la cantidad que bombea el corazón en la aorta en cada minuto
(multiplicar el volumen de eyección que el ventrículo expulsa en
cada latido, unos 70 ml por la frecuencia cardíaca, unos 70
latidos por minuto).
El gasto cardíaco disminuye en posición sentado y de pie
frente a su valor en decúbito.
Aumenta de manera importante con el ejercicio, con el
aumento de la temperatura corporal y en los estados de ansiedad.
Se produce fundamentalmente por el aumento de la frecuencia
cardíaca más que por el del volumen sistólico.
PRESION ARTERIAL SANGUINEA
Es la fuerza que ejerce la sangre contra cualquier área de la
pared vascular arterial, es resultado del gasto cardíaco por
resistencia periférica
P.A. = GC x RP
PRESION SISTOLICA: corresponde al valor máximo de la
tensión arterial en sístole (cuando el corazón se contrae). Se
refiere al efecto de presión que ejerce la sangre eyectada del
corazón sobre la pared de los vasos.
PRESION DIASTOLICA: corresponde al valor mínimo de
la tensión arterial cuando el corazón está en diástole o entre
latidos cardíacos. Depende fundamentalmente de la
resistencia vascular periférica. Se refiere al efecto de
distensibilidad de la pared de las arterias, es decir el efecto
de presión que ejerce la sangre sobre la pared del vaso.
