El sistema cardiovascular humano

El sistema cardiovascular humano
Mientras que los sistemas de fluidos obedecen a las mismas "leyes" de la física como partículas
puntuales, su comportamiento agregado es cualitativamente diferente.Es decir, cuando se considera
como un todo, el fluido tiene propiedades adicionales que apuntan partículas no lo hacen. Ya hemos
visto dos de estas propiedades, densidad y viscosidad. Vamos a explorar estas y otras propiedades de los
fluidos en este capítulo.
Nuestro modelo de un sistema de fluido será el sistema cardiovascular humano. Nosotros, como
siempre, la tratamos en términos muy elementales, por lo que los análisis que hacemos son tratables.
Tal vez la característica más importante de nuestro tratamiento del sistema cardiovascular humano es la
suposición de que es un sistema cerrado. Es decir, vamos a suponer que la cantidad de líquido es una
constante. Esto no es exactamente cierto en la realidad, para que el fluido puede pasar a través de las
membranas de los vasos sanguíneos en respuesta a cambios en las concentraciones de electrolitos en
nuestro cuerpo. Este proceso se llama "ósmosis". Además, podemos, por supuesto, ser heridos y
sangrar. Vamos a pasar por alto estos detalles, y de esta manera seremos capaces de aplicar un principio
de conservación para el sistema: lo que entra en un cruce de los vasos sanguíneos también se sale de
ese cruce.
La otra idealización crítica haremos refiere a la estructura del sistema. Para nosotros, el sistema
cardiovascular humano se ve de la siguiente manera:
1. La sangre oxigenada es bombeada desde el ventrículo izquierdo del corazón a la aorta. El
ventrículo es una de las cuatro cámaras del corazón, y la designación de "izquierda" es con
respecto al paciente. La aorta es el vaso que se conecta a la salida del corazón.
2. A partir de la aorta, la sangre entra en las arterias. Tanto la aorta y las arterias tienen paredes
que se expanden y contraen con el bombeo de la sangre, y por lo tanto actúan como bombas
auxiliares y, como embalses de presión. Vamos a tratar las arterias como si todos ellos se
conectan a la aorta:
mientras que en realidad se ramifican entre sí en varios puntos:
3. De cualquier arteria dado, la sangre fluye en las arteriolas. Las arteriolas son más pequeñas que
las arterias, y además, el cuerpo utiliza las arteriolas para regular el flujo de la sangre en varias
partes del cuerpo. Por ejemplo, cuando el cuerpo está frío, las arteriolas que conducen a la piel
se reducirá, lo que reduce el flujo de sangre y por lo tanto de calor a la piel. Del mismo modo, las
arteriolas principales para el sistema digestivo se expanden mientras que la digestión se lleva a
cabo, para aumentar la eficiencia de dicho sistema. Vamos a tratar las arteriolas como si todos
ellos se conectan directamente a una arteria en su extremo "líder" (al final entra en la sangre).
4. De una arteriola, la sangre entra en uno o más capilares. Los capilares son extremadamente
pequeñas; en realidad, son tan pequeñas que los glóbulos rojos se deslizan a través de uno a la
vez, y la sangre ya no pueden ser consideradas como un fluido homogéneo con una viscosidad
bien definido. Vamos a pasar por alto este detalle. En los capilares, el oxígeno transportado por
la sangre es utilizado por el cuerpo, y la sangre que sale de los capilares se llama
"desoxigenada". El flujo sanguíneo en los capilares (y todo el camino de regreso al corazón) es
lisa; es decir, los pulsos de los latidos del corazón se han suavizado y fluye la sangre de forma
continua con una presión constante:
y la velocidad:
5. Muchos capilares se alimentan en una vénula. Para nuestros propósitos, la única característica
distintiva de una vénula es su tamaño relativo. Es más grande que un capilar, y más pequeña que
una vena. En realidad, el subsistema de arteriolas, capilares y vénulas forma una malla de
interconexiones complicado, pero vamos a pasar por alto esos detalles.
6. Muchos vénulas se alimentan en una vena. En este punto, la sangre ha perdido tanta presión
para la disipación (abajo) que apenas puede hacer su camino de regreso al corazón. Las venas
tienen válvulas de una vía, que impiden el flujo de sangre desde el corazón, y el movimiento de
los músculos bodyÕs ayudan a bombear la sangre hacia el corazón. Nosotros, por supuesto,
pasar por alto este detalle. Así que de nuevo, para nosotros la única característica distintiva de
una vena es su tamaño.
7. Todas las venas se conectan a la vena cava, que es la entrada para la sangre desoxigenada al
corazón.
Para nuestros propósitos, vamos a tratar esto como el sistema cerrado bajo consideración. Esto significa
que vamos a ignorar el subsistema pulmonar, que bombea la sangre oxigenada desde el corazón hacia
los pulmones y la sangre reoxigene de regreso al corazón para la entrada en el sistema que hemos
descrito anteriormente.También significa que tenemos otro " conservación principio" a nuestra
disposición: la suma de las pérdidas de carga en los distintos vasos debe ser igual a la presión aplicada
al sistema por el corazón Puesto que pensamos en la presión como una densidad de energía, esto
es realmente. sólo una manera de decir que la energía de la sangre es igual al trabajo hecho en contra
de la disipación.
De la anterior descripción simplificada del sistema cardiovascular humano, podemos deducir la otra
idealización importante que necesitamos: el sistema es puramente jerárquica. Es decir, se supone que
no hay interconexiones y ramificaciones entre los diferentes tipos de embarcaciones:
Todas las arterias se conectan a la aorta en un extremo y a las arteriolas en el otro. Todas las arteriolas
se conectan a una arteria en un extremo y a los capilares en el otro. Todas las vénulas se conectan a los
capilares en un extremo y una vena en el otro. Y todas las venas se conectan a la vena cava. Esta es una
burda simplificación del sistema actual, pero también es un ser necesario si hemos de ser capaces de
tratar el sistema en absoluto cuantitativamente.
A medida que el corazón late, la presión de la sangre en la aorta varía de la presión "sistólica" (máximo),
que se produce como bombea el ventrículo sangre en la aorta, a la presión (mínima), "diastólica", que se
produce cuando el ventrículo se llena . Para una persona sana de la estructura media, la presión arterial
se cita a menudo como "120 sobre 80", lo que significa que la presión sistólica es de 120 mmHg
(milímetros de mercurio, es decir, el aumento de la altura de un tubo de mercurio debido a la presión) y
la presión diastólica es de 80 mmHg. La expansión y contracción de las paredes arteriales, así como
dissapation de viscosidad (véase más adelante), actúa para reducir las variaciones de presión que la
sangre se mueve desde el corazón. En ciertos casos, vamos a pasar por alto este "flujo pulsátil", y asumir
que la presión es una constante dentro de una categoría determinada de los vasos sanguíneos.
Por ejemplo, podemos calcular la potencia de salida del corazón como el producto de la presión del flujo
(volumen por unidad de tiempo). Si usted tiene seis litros de sangre y circula cada minuto, el caudal es
de 100 cm 3 / s. Si los promedios de presión 133.000 dinas / cm 2 (ignorando el flujo pulsátil), entonces la
potencia media de salida es 13.300.000 ergios / s o 1,33 Watts. Esto puede no parecer mucho, pero
tenga en cuenta la cantidad de energía producida por el corazón en un día (s 86.400). Esto es
aproximadamente 115.000 J, que es la energía de la media (70 kg) tendrían persona tras caer de un
edificio de 550 pies de altura!
Hay otra variación de la presión dentro del cuerpo que se produce cuando una parte del cuerpo está en
una elevación diferente que el otro. Esto se llama presión "hidrostática", y surge debido a la energía
potencial gravitatoria de la sangre. Esencialmente, la sangre que está en una elevación más alta tiene
mayor energía potencial, y "empuja hacia abajo" de la sangre en las elevaciones más bajas. De hecho,
vamos a menudo pensar en la presión como una densidad de energía (energía por unidad de volumen),
por lo que podemos pensar en la presión hidrostática como una densidad de energía potencial
gravitatoria. La diferencia de presión hidrostática debido a una diferencia de altura está dada por
P = f · g · h,
donde r es la densidad del fluido (que para la sangre es 1,05 g / cm 3), g es la aceleración debida a la
gravedad y D h es la diferencia de altura. Si usamos unidades cgs, g = 980 cm / s 2, D h se mide en cm y la
presión se encuentra entonces en dinas / cm2. por lo general vamos a ignorar la presión hidrostática,
suponiendo que nuestros pacientes están acostados.
A los efectos de ilustrar las unidades que vamos a utilizar, sin embargo, vamos a ver las diferencias de
presión hidrostática en una persona normal. Hemos citado más arriba una presión diastólica de 80
mmHg sana. La conversión de mm de Hg para dinas / cm 2 es
1333 dinas / cm 2 por mmHg.
Si la presión diastólica en la aorta es de 80 mm Hg, lo que es la presión en el cuello de 20 cm de alto, y
en la parte superior de las piernas 70 cm más bajo? La conversión a unidades cgs, la presión en la aorta
es 106,640 dinas / cm 2. Esto indica la utilidad de la unidad médica más práctica de mmHg. Las
diferencias de presión hidrostática son 20.580 dinas / cm 2 para el cuello y 72.030 dinas / cm 2 para las
piernas. Estas diferencias se convierten en 15,4 mmHg para el cuello y 54 mmHg para las piernas, lo que
indica una variación de presión de casi 70 mmHg en un rango de aproximadamente un metro de
altura. Las presiones resultantes son de 64,6 mmHg en el cuello y 134 mmHg en las piernas. La medición
de la presión sanguínea se hace generalmente en el brazo superior, ya que es aproximadamente a la
misma altura que la aorta.