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VOLUMEN Y CAPACIDAD PULMONAR German Alberto Maldonado Acero e-mail: [email protected]

Miguel Ángel Perilla Martínez e-mail :[email protected] Número de Reynolds El número de Reynolds fue descrito por Osborne Reynolds en 1883 y es un número a dimensional que es usado para caracterizar el movimiento de un fluido. Es el cociente resultante de la comparación de fuerzas de inercia y términos viscosos de las ecuaciones de NavierStokes las cuales gobiernan la fórmula que describe el número de Reynolds el cual es el siguiente:

RESUMEN: En la práctica de laboratorio se pretende analizar la capacidad pulmonar de un sujeto, para esto se usara un equipo que se encuentra en los laboratorios de electrónica, el cual consta de un sensor y unos filtros en la boquilla que eliminan los flujos de aire turbulentos generadas al respirar y exhalar y convierten en un flujo laminar. El sujeto deberá respirar normal cinco veces, después debe respirar profundo y exhalar, los datos obtenidos por el sensor, se enviaran al software que mostrara la gráfica de respiración. PALABRAS CLAVE: turbulento, flujo laminar.

capacidad

pulmonar,

En donde p: es la densidad del flujo dada en kg/m^3; V: es la velocidad característica del flujo, cuya unidad es m/s; u: es la velocidad cinética del fluido en kg/m*s; D: es el diámetro de la tubería a través de la cual circular el fluido en metros; v: es la velocidad dinámica del flujo en m^2/s.

flujo

1. INTRODUCCIÓN

Los flujos laminares y turbulentos tienen una clasificación, donde si el numero de Reynolds es inferior a 2000 el flujo será laminar y si es mayor a 4000 el flujo es turbulento; el índice de Reynolds puede ser afectado por algunas condiciones incidentes como por ejemplo la quietud inicial del fluido, la forma de entrada en el tubo y la rugosidad del mismo.

En esta práctica se pretende analizar los volúmenes y capacidades pulmonares de un sujeto, para esto usaremos el equipo de laboratorio de BIOPAC SYSTEMS y un programa para recolectar los datos arrojados por el sensor, con estos datos se obtendrá una gráfica de capacidad vital y con esta se debe realizar el análisis para obtener datos de volúmenes y capacidad.

Ley de Poiseuille

2. OBJETIVOS

Es una ley física formulada en 1840 concerniente al volumen de flujos estacionarios laminares o liquidos viscosos uniformes los cuales pasan a través de tubos cilíndricos. Está regida por la siguiente formula:

Por medio del Biopac realizar el análisis cuantitativo de un sujeto, para realizar la correspondiente valoración pulmonar, la cual se podrá observar en una gráfica de volúmenes y capacidad. 3. MARCO TEORICO

En donde, r: es el flujo expresado en m^3/s; v: es la mediana de la velocidad expresada en m/s; x: es el vector de dirección de flujo expresado en m: R: es el radio interno del tubo expresado en m; P: es la diferencia de presión entre los dos terminales expresada en Pa.

Leyes físicas que rigen el sistema respiratorio 

Flujo respiratorio

El movimiento del aire al momento de respirar presenta dos tipos de flujos, lamina y turbulento, donde en el flujo laminar las partículas de fluidos se mueve a lo largo de láminas adyacentes las cuales no se mezclan, el movimiento de las partículas del fluido es un movimiento molecular y se restringe a moverse en trayectorias paralelas, debido a la acción de viscosidad, el flujo laminar es descrito por la ley de Poiseuille. El flujo turbulento tiene partículas las cuales no están en capas, estas se mueven en forma heterogénea a través del flujo donde se mueven y chocan unas con otras, esto produce un mezclado rápido en el flujo. Este flujo se describe por el número de Reynolds.

Ilustración 1. Ley de Poiseuille Capacidad pulmonar

1

.

Esta capacidad pulmonar se refiere a los diferentes volúmenes de aire que se encuentran en la respiración, el pulmón del ser humano puede llegar a almacenar 5 litros de aire, pero una cantidad menor es la que se inhala y exhala[2].

Espirómetro El espirómetro es un instrumentó usado en la medicina el cual permite determinar los volúmenes y capacidades pulmonares, este instrumento consta de un sistema el cual recoge el aire los cuales tienen un filtro para volver el aire turbulento en un fluido laminar.

Volúmenes pulmonares 

Volumen corriente (VC): es el volumen de aire inhalado o exhalado en una respiración normal.



Volumen de reserva inspiratorio (VRI): es el volumen adicional máximo de aire que se puede inhalar por encima del volumen corriente normal mediante una inspiración forzada. Normalmente esta llega a unos 3.000ml.



Entre los espirómetros existentes, están los que realizan la medición directamente el desplazamiento del volumen y por otro lado están los que obtienen el valor a partir de una señal de flujo integrado obtenido por un pneumo-tacografo, alambre caliente o una turbina [6]. Para aumentar la capacidad pulmonar es recomendable hacer respiraciones profundas, esto para que los pulmones empiecen a adaptarse y comiencen a obtener la mayor cantidad de aire, un ejercicio puede ser el siguiente: empieza exhalando para sacar todo el aire, luego levantando las los brazos lo más lejos del pecho para que se extiendan y obtener más aire, después respirar lentamente contando hasta 2 y repetir 3 veces [3]. Otra manera es respirar con resistencia, esta puede llevarse a cabo la inhalar por la nariz y exhalar por la boca, este ejercicio va a entrenar los pulmones para mantener el aire por un tiempo más largo [3].

Volumen de reserva espiratorio (VRE): es la cantidad adicional máxima de aire que puede espirar mediante la espiración forzada, normalmente es de unos 1.200ml.

Capacidades pulmonares 

Capacidad inspiratoria (CI): es la cantidad de aire que una persona puede respirar comenzando en el nivel de una espiración normal y distendiendo al máximo sus pulmones. (CI=VC+VRI)

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Capacidad residual funcional (CRF): es la cantidad de aire que queda almacenada en los pulmones después de una espiración normal, alrededor de 2.300ml. (CRF=VRE+VR)



Capacidad vital (CV): es la capacidad de aire que es posible expulsar de los pulmones después de inspirar profundamente. Esto es alrededor de 4.6 litros. (CV=VRI+VC+VRE)

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Capacidad pulmonar total (CPT): es el volumen de aire que se encuentra en el aparato respiratorio, después de una inhalación profunda a voluntad. Esto es aproximadamente 6 litros que es el máximo volumen al que se puede expandir los pulmones. (CPT=VC+VRI+VRE+VR)

4. DESARROLLO PRÁCTICO Para la práctica de laboratorio se debe calibrar el sensor del Biopac antes de que se tomen las mediciones, esto para evitar algunos datos erróneos, esta calibración se debe realizar con el sensor ya conectado al software. Seguido a esto debe tomar una boquilla y unas pinzas para la nariz, la boquilla deberá colocarse en el tubo de entrada al sensor y deberá ponerse las pinzas en la nariz de tal forma que solo pueda respirar por la boca, una vez esto procederá a tomar las mediciones necesarias; el sujeto debe estar sentado, el compañero iniciara el software y el sujeto deberá tomar el dispositivo con una mano y sin moverse, pondrá la boquilla en su boca y debe respirar normal cinco veces seguidas, cuando se le dé la instrucción deberá inhalar profundo y exhalar, seguido a esto volverá a respirar normal cinco veces. El software deberá arrojar una señal como la que se puede apreciar en la ilustración 2, en la cual se deben evidenciar las cinco respiraciones normales y el pico en donde se realizó la inhalación profunda y exhalación, seguida por las otras cinco respiraciones. Además el programa arrojara algunos datos como es el p-p, algunos valores delta. Con esta grafica debe obtener los datos de volumen de corriente, volumen inspiratorio de reserva, volumen espiratorio de reserva, volumen residual, inspiratorio, espiratorio, función residual y así encontrar el pulmonar total del sujeto. Debe llenar la tabla 1 y comparar los datos obtenidos con la tabla 2.

Ilustración 2. Volúmenes y capacidades estáticos.

2

. Para conocer las mediciones necesarias mencionadas anteriormente es necesario conocer algunos datos del sujeto, como su altura, su edad y su peso, con estos valores se hallara la capacidad vital del sujeto en cuestión. Para conocer la capacidad vital es necesario tener en cuenta la siguiente ecuación:

Tabla 2. Volúmenes promedio vs. Volúmenes medidos Tipo de volumen

Volumen promedio Sujeto descansado con respiración normal: 500ml

VC

Para hombres

IRV

En descanso para jóvenes adultos en hombres: 3.300ml

ERV

En descanso para jóvenes en hombres: 1000ml

Para mujeres

El sujeto tiene un peso de 61Kg, estatura de 1.70m y tiene 24 años, estos datos son ingresados en la formula y obtenemos que su capacidad vital es de 4.71 litros.

5. RESULTADOS

Volumen medido

El sujeto muestra una cantidad menor a la medida normal, ya que esta es de 1.88ml El sujeto muestra una cantidad menor a la normal ya que esta es de 0.87ml

6. ANEXOS

Aquí observara los resultados obtenidos de la práctica, se presentaran las tablas con sus mediciones y correspondientes comparaciones. Observando los datos obtenidos por el software, se halla la medición de P-P, este valor es 3.64718 litros.

Se presentaran una serie de preguntas, relacionadas con la práctica realizada y las mediciones tomadas. 1. ¿Porque la capacidad vital predicha varia con la altura? La estatura es importante ya que a mayor altura se tiene una menor capacidad vital.

Ahora se debe predecir cuál es la capacidad vital del sujeto en porcentaje, para esto se debe usar la siguiente ecuación: 2.

Explique que otros factores aparte del peso y estatura pueden afectar la capacidad pulmonar. Falta de ejercicio, enfermedades respiratorias, cambio brusco en las rutinas del ejercicio.

3. Se observa que el porcentaje obtenido es del 77.2%, este porcentaje obtenido está dentro de un rango normal, ya que las capacidades vitales pueden variar ya que son dependientes de algunas variables aparte de la edad y altura y se puede considerar hasta un 80% como una medida normal [4].

Aumentaría debido a la necesidad del cuerpo para oxigenar los músculos, así que el volumen tiene que aumentar para poder suplir esta necesidad. 4.

A continuación se realizara la medición de volumen y capacidad.

5. 6. 7. 8. 9.

Tabla 1. Volumen y capacidad Tipo VC IRV ERV RV IC EC FRC TLC

Medición 1.88229 0.87449 1 2.77467 1.76701 4.71

¿Cómo varia la medición del volumen si se tomara luego de ejercicio vigoroso?

Resultado 0.88

¿Cuál es la diferencia entre el volumen medido y la capacidad? Defina volumen corriente Defina volumen inspiratorio de reserva Defina volumen espiratorio de reserva Defina volumen respiratorio Defina capacidad pulmonar Son los diferentes volúmenes de aire que se encuentran durante la respiración. El ser humano puede llegar a almacenar hasta 5 litros.

1 2.76 1.75 1.87449 4.63

10. Nombre las capacidad pulmonares 

3

Capacidad inspiratoria (CI)

. 

Capacidad residual funcional (CRF)



Capacidad vital (CV) Capacidad pulmonar total (CPT)



7. CONCLUSIONES Aunque el sujeto al que se le practicó la prueba de volúmenes y capacidad pulmonar, es joven se puede observar que tiene una mala capacidad pulmonar, ya que el volumen espiratorio de reserva está por debajo de lo normal, así como el volumen espiratorio de reserva que se encuentra por debajo de los valores normales para hombre aunque en este no está demasiado lejos de lo normal. Esto puede deberse a una falta de ejercicio que le permita tener una buena capacidad pulmonar, esto en ocasiones le puede generar problemas al hacer actividad física ya que no es capaz de suministrar el oxígeno necesario a los músculos y torrente sanguíneo. 8. REFERENCIAS [1]

http://hyperphysics.phy-astr.gsu.edu/hbasees/ppois.html

[2] https://es.wikipedia.org/wiki/Capacidad_pulmonar [3] http://www.monografias.com/trabajos94/conoce-comopuedes-medir-tu-capacidad-pulmonar/conoce-como-puedesmedir-tu-capacidad-pulmonar.shtml [4] Lecciones de fisiología para el uso con el programa BIOPAC student lab, [5] http://www.doctissimo.com/es/salud/diccionariomedico/capacidad-pulmonar-total [6] https://es.wikipedia.org/wiki/Espir%C3%B3metro

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