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FÍSICA Y ANESTESIA
Dr. Salvador Filippo chimento vilaro R1 anestesiologíaUnimetro 2015
Fundamentos de Anestesiología 3ª Ed. Guillerno López Alonso
Unidades básicas de medición.
Se consideran ciencias experimentales aquellas que por suscaracterísticas y, particularmente por el tipo de problemas de los quese ocupan pueden someter sus afirmaciones al juicio de laexperimentación.
La física constituye un importante ejemplo.
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Medida y magnitudes.
La operación que permiteexpresar una propiedad oatributo físico en formanumérica es precisamente lamedida.
Se denominan magnitudes aciertas propiedades oaspectos observables en unsistema físico que pueden serexpresados en formanumérica.
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Tipos de magnitudes
Magnitudes fundamentales: constituyen la base de los sistemas de medida empleados en física; estos son la longitud, la masa y el tiempo.
Magnitudes derivadas: por ejemplo, la velocidad es la relación entre la longitud y el tiempo, por lo que se expresa en metros/segundo.
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Sistemas y unidades de medidas Sistema internacional de medidas.
Magnitud Nombre Símbolo
Longitud metro m
Masa kilogramo kg
Tiempo segundo s
Intensidad de corriente eléctrica ampere A
Temperatura termodinámica kelvin K
Cantidad de sustancia mol mol
Intensidad luminosa candela cd
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ESTÁTICA DE LOS FLUIDOS
DENSIDAD
La densidad de una sustancia esla relación entre su masa y elvolumen que ésta ocupa.
Su unidad en el sistemainternacional (SI) es el cocienteentre la unidad de masa y la delvolumen, es decir kg/m3 o kg·m3.
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ESTÁTICA DE LOS FLUIDOS
PRESION
Es la magnitud que mide la fuerza que se ejerce por
unidad de superficie.
En el (SI) la presión se mide en pascal (Pa) que es equivalente a una fuerza total de un newton actuando
uniformemente en un metro cuadrado.
Cuanto mayor sea la fuerza que actúa sobre una superficie dada, mayor será la presión, y cuanto menor sea la superficie para una fuerza dada.
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ESTÁTICA DE LOS FLUIDOS
Volumen Específico.
Espacio ocupado por un gramo de la misma.
La masa de toda sustancia (en cualquier estadofísico) ocupa un volumen inversamente proporcionala su densidad.
Los sólidos y los líquidos son incompresibles, por lotanto sus volúmenes pueden modificarseexclusivamente mediante cambios térmicos, los queproducen la contracción o la dilatación de sus masas.
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ESTÁTICA DE LOS FLUIDOS
Temperatura
Medida de nivel de agitación interna de laspartículas que constituyen un cuerpo, nivelexpresado por el valor de su energía cinéticamedia.
Cuanto mayor es la energía media de agitaciónmolecular, tanto mayor es la temperatura quedetecta la sensibilidad del hombre y que midenlos termómetros
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DINÁMICA DE LOS FLUIDOS
Flujo
La acción de los fluidos en reposo o en movimiento.
Puede subdividirse en dos campos principales: la estática de fluidos, o hidrostática, y la dinámica de fluidos, o hidrodinámica.
La aerodinámica, se ocupa del comportamiento de los gases cuando los cambios de velocidad y presión son lo suficientemente grandes para que sea necesario incluir los efectos de la compresibilidad.
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Flujo.
Los términos flujo o caudal se utilizan indistintamente para definir el volumen de un determinado fluido que pasa por un sitio en un tiempo dado.
Flujo= Volumen/Tiempo
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Viscosidad
Los flujos pierden parte de su energía cinética debido a que intervienen factores
1) parte de la energía que se emplea para vencer la fricción contra paredes del tubo que contiene fluido
2) otra parte se gasta en vencer el roce de las moléculas entre sí.
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Principio de Bernoulli.
La presión de un fluido que pasa por un tubo de diámetro variable es menor en el punto de mayor constricción y la velocidad es mayor en este punto; a nivel del diámetro máximo la presión, la presión es máxima la velocidad es mínima.
2 flujos:
Laminar /lento
Turbulento /movimiento rápido.
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Aplicación en anestesiología
La disminución de la presión que resulta medida que un gas fluye a través de un tubo se llama resistencia.
Resistencia se ve en el estrechamiento progresivo de las vías respiratorias, a medida que la luz de bronquios y bronquiolos disminuye, el esfuerzo respiratorio aumenta a fin de mantener un volumen-minuto constante.
Principio del tubo de Venturi. La velocidad de un fluido en un tubo de diámetro variable, es
inversamente proporcional al área de sección.
Un fluido en movimiento dentro de un conducto cerrado disminuye su presión al aumentar la velocidad después de pasar por una zona de sección menor. Si en este punto del conducto se introduce el extremo de otro conducto, se produce una aspiración del fluido contenido en este segundo conducto.
Rotámetro.
Instrumento para determinar el caudal de fluidos, es decir, líquidos o gases en tuberías.
La altura que alcanza el cuerpo en suspensión del rotametro depende del caudal. Si aumenta el caudal, aumenta la resistencia del flujo.
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Dinámica de los circuitos respiratorios en anestesia
La finalidad de un sistema de administración de anestesia o circuito anestésico noes solamente la de proveer oxígeno, sino también debe permitir bajo condicionescontroladas la administración de gases y de vapores anestésicos, garantizando coneficiencia, la eliminación del CO2 y ofrecer, al mismo tiempo, mínima resistenciapara la respiración.
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Dinámica de los circuitosrespiratorios en anestesia
1. Eliminación hacia la atmósfera por medio de válvulas u orificios teniendo por base la relación entre el flujo de admisión de gases frescos (FGF) y el volumen-minuto respiratorio (VMR).
2. Por la utilización de válvulas que no permiten la reinhalación.
3. Mediante la absorción química del CO2.
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PROPIEDADES DE LA MATERIA
Ley de Gases:
Las moléculas están en constante movimiento.
Choques de bombardeo.
Aire: mezcla de gases -> la colisión entre las moléculas de cada gas contribuyen a la presión total ejercida por el aire.
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Leyes de los gases.
Ley de Dalton. En cualquier mezcla de gases que no reaccionan entre sí, la presión total
de la mezcla es la suma de las presiones que cada gas ejercería si ocupara por sí solo el volumen total de la mezcla a la misma
temperatura.
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Ley de Boyle – Mariotte.
El volumen de un gas varía en razón inversa con la presión que ejerce, siempre que su temperatura permanezca constante.
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Ley de Gay- Lussac.
Cuando la presión permanece constante, el volumen que ocupa una masa gaseosa es directamente proporcional a su temperatura absoluta.
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Ley de Charles.
El volumen de una cantidad fija de gas a presión constante se incrementa linealmente con la temperatura.
La presión ejercida por un gas es directamente proporcional a la temperatura absoluta, siempre que su volumen permanezca constante.
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Ley de Avogadro
El volumen de un gas depende también de la cantidad de sustancia.
Al aumentar el número de moléculas de un gas a presión y temperatura constantes, el volumen crece.
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La ecuación del gas ideal
La combinación de las leyes de Boyle, Charles y Avogadro, da como resultados la ley de los gases ideales.
pV = nRT
p Presión (atm)
V Volumen (L o dm3)
n Número de moles
T Temperatura (K)
R 0.0821(L atm / K mole)
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Propiedades la materia
Licuefacción. cambio de estado que ocurre cuando una sustancia pasa del estado
gaseoso al líquido, por acción de la temperatura y el aumento de presión, llegando a una sobrepresión elevada.
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Propiedades de los gases.
Vaporización.
Una sustancia en estado líquido pasa al estado gaseoso, trashaber adquirido energía suficiente para vencer la tensiónsuperficial.
A diferencia de la ebullición, este proceso se produce acualquier temperatura, siendo más rápido cuanto máselevada aquélla.
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Vaporización.
Se hace pasar un flujo de O2 que influye sobre la vaporización y que además actúa como gas transportador del anestésico volatilizado.
Temperatura del líquido
Tiempo durante el cual cada unidad de vol. de O2 se mantiene en contacto con el anestésico inhalado.
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Propiedades de la materia.
Humedad.
La cantidad de vapor de agua en un volumen dado de aire.
Si el aire está seco, una parte del agua se evapora en forma gaseosa, es el vapor de agua.
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Soluciones.
Mezcla: Es la unión de 2 o mas sustancias en proporción variable, en la que los componentes conservan sus propiedades físicas o químicas; sus componentes se puedenseparar fácilmente por medios físicos; generalmente no hay absorción o desprendimiento de energía
Mezclas homogéneas:
Sus componentes se encuentran distribuidos uniformemente en una sola fase.
Presentan iguales propiedades en todos sus puntos.
Se separan por cristalización, extracción, destilación y cromatografía.
Estas mezclas se conocen más genéricamente como Soluciones.
“Solvente”, que es el componente que se halla en mayor cantidad o proporción
“Solutos”, que son las substancias que se hallan dispersas homogéneamente en el solvente.
Mezclas heterogéneas
Son aquellas cuyos componentes no se distribuyen uniformemente y se distinguen con facilidad; se encuentran en dos o tres fases. Presentan un aspecto no uniforme.
Se separan por filtración, decantación y por separación magnética
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SOLUBILIDAD
Cantidad de sustancia que se puede disolver en una cantidad determinada de solvente a una temperatura específica.
Fases de la disolución:
Fase dispersante: El soluto se encuentra en menor proporción.
Fase dispersora: El solvente o disolvente se encuentra en mayor proporción.
Si el soluto se disuelve en grandes cantidades, decimos que es muy soluble; si lo hace en pequeñas cantidades es poco soluble, pero si no se disuelve en ninguna cantidad, lo llamamos insoluble.
CONCENTRACIÓN:
Se refiere al número de partículas en un volumen determinado.
Por lo general, la velocidad de la reacción en gases o sustancias disueltas en agua, cambia al variar la concentración de uno o mas reactivos.
Cuando la concentración aumenta, la frecuencia de colisiones aumenta y la reacción se acelera, y al disminuir la concentración, disminuye la velocidad. En las soluciones acuosas la concentración aumenta al disolver mas cantidad de especie.
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Propiedades Coligativas
Aquellas propiedades de una disolución que dependen únicamente de la concentración (generalmente expresada como concentración molar, es decir, de la cantidad de partículas de soluto por partículas totales, y no de la naturaleza o tipo de soluto.
presión de vapor. solvente y de la temperatura a la cual sea medida (a mayor temperatura, mayor
presión de vapor).
Difusión y ósmosis.
El proceso mediante el cual las moléculas de los fluidos se mezclan entre sí.
Osmosis: difusión pasiva, caracterizada por el paso del agua, disolvente, a través de la membrana semipermeable, desde la solución más diluida a la más concentrada
Ley de Graham y ley de Fick
Graham, "a iguales presiones parciales, la velocidad de difusión de los gases es inversamente proporcional a la raíz cuadrada de sus pesos moleculares".
La ley de Fick que dice: "la magnitud de la difusión es proporcional al gradiente de presiones parciales de los gases o de las concentraciones de los líquidos".
Difusión y osmosis.
La difusión del O2 de la luz alveolar de la sangre y desde ésta hacia los tejidos, está influenciada por los siguientes factores:
a) Peso molecular del O2 (ley de Graham).
b) Gradiente de presión parcial (alvéolo-capilar) ley de Fick.
c) Solubilidad del O2 en agua (membrana alvéolo-capilar).
d) Solubilidad del O2 en sangre (coeficiente de Ostwald).
e) Superficie (área) alveolar total.
f) Espesor de la membrana alvéolo-capilar (0.5 micras).
g) Temperatura.
Tensión superficial.
Tensión superficial de un líquido a la cantidad de energía necesaria para aumentar su superficie por unidad de área.
Esta definición implica que el líquido tiene una resistencia para aumentar su superficie.
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Coeficientes de solubilidad.
La máxima cantidad de gas que puededisolverse en un líquido depende de tres factores:
1. La presión parcial del gas.
2. Temperatura del líquido.
3. La solubilidad específica del líquido.
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Coeficientes de solubilidad.
Ley de Henry A temperatura constante la cantidad de un gas que se disuelve en
un líquido es directamente proporcional a la presión externa.
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Coeficientes de solubilidad.
La solubilidad es inversamente proporcional a la temperatura. En tanto que la presión parcial, otro factor determinante enunciado en la ley de Henry, es de particular importancia en el proceso de absorción de los gases anestésicos y en la fisiología respiratoria.
Coeficientes de solubilidad.
Hay gases muy solubles y otros poco solubles tanto en agua, como en otros líquidos; a esta característica propia de cada gas se le designa como coeficiente de solubilidad y se expresa de manera cuantitativa.
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Coeficiente de solubilidad de Ostwald
Es el volumen de gas, medido a la temperatura del experimento, que se disuelve en la unidad de volumen de un líquido a determinada temperatura, cuando la presión del gas encima del líquido es de una atmósfera.
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Coeficiente de solubilidad de Bunsen
Se define prácticamente igual que el coeficiente de solubilidad de Ostwald, pero en el coeficiente de Bunsen se toman los valores de solubilidad a la temperatura y presión del experimento expresado en unidades STP.
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Implicaciones del coeficiente sangre/gas
Influye de manera determinante en la cinética de captación, distribución y eliminación de los anestésicos inhalatorios.
Los agentes con coeficientes de solubilidad sangre/gas bajos, como desflurano (0.42), óxido nitroso (0.47) y sevoflurano (0.60-0.69), son captados rápidamente por los alvéolos y alcanzan el equilibrio con la sangre arterial y en consecuencia con el cerebro en un tiempo corto (minutos)
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Coeficiente sangre /gas.
Con los anestésicos que tienen un coeficiente de solubilidad sangre/gas alto, la velocidad para llegar al equilibrio entre (FI) y (FA) es lenta y la respiración es el factor principal limitante del equilibrio.
la hiperventilación inicial es una maniobra que se utiliza para intentar acortar el tiempo de equilibrio con anestésicos con un coeficiente de
solubilidad sangre/gas elevado.
Se debe esperar entonces que en pacientes con un GC bajo (sepsis, hipovolemia, etc.), la velocidad de equilibrio no sea rápida, como ocurre en el paciente con GC normal.
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Coeficiente tejido/gas
La velocidad de acercamiento de la concentración alveolar (FA) a la concentración inspirada (F I) es mayor entre más alta sea la concentración que se inspira.
Agentes de baja solubilidad como sevoflurano, también es posible crear un efecto de concentración aumentando su concentración inspirada originando así una "sobrepresión" en el circuito de
anestesia.
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Coeficientes de distribución o sangre /tejido.
Se define como la relación entre el volumen en centímetros cúbicos de gas solubilizado por cada mililitro de líquido, a la temperatura y
presión del experimento.
Los anestésicos inhalatorios presentan un grado diferente de solubilidad en varios tejidos.
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Coeficientes de partición sangre/tejido de los anestésicos inhalatorios
Coeficiente de partición
Sevoflurano Desflurano Isoflurano Halotano
Sangre/gas 0.60 0.42 1.41 2.40
Cerebro/sangre 1.70 1.29 1.57 1.94
Corazón/sangre 1.78 1.29 1.61 1.84
Hígado/sangre 1.85 1.31 1.75 2.07
Riñón/sangre 1.15 0.94 1.05 1.16
Músculo/sangre 3.13 2.02 2.92 3.38
Grasa/sangre 47.50 27.20 44.90 51.10
Bibliografía
Fundamentos de Anestesiología 3ª ed. Guillerno López Alonso
http://www.drscope.com/privados/pac/anestesia/a2/index.html
