Tenemos en el campo de la salud, avances interesantes en lo relativo al estudio y aplicación de la presión hidrostática y las funcionalidades que ella revierte en temas asociados a la salud.
Pero, antes de entrar al tema de su relación con el ámbito de la salud y la medicina, definamos someramente los rasgos generales de lo qué es y en qué consiste la presión hidrostática. Veamos…
¿Qué es la presión hidrostática?
La presión hidrostática se refiere a la presión que cualquier fluido en un espacio confinado ejerce. Si el líquido está en un recipiente, habrá cierta presión sobre la pared de ese contenedor.
La presión hidrostática es la presión que se genera por el peso del líquido sobre un punto de medición, cuando el líquido está en reposo.
La altura de una columna de líquido, de densidad uniforme, es directamente proporcional a la presión hidrostática.
Las propiedades hidrostáticas de un líquido no son constantes y los principales factores que lo influyen son la densidad del líquido y la gravedad local.
Es necesario conocer ambas cantidades para determinar la presión hidrostática de un líquido en particular.
La presión hidrostática es la fuerza que las moléculas fluidas ejercen unas sobre otras debido a la atracción gravitatoria de la Tierra.
Esta fuerza se produce si el fluido está en movimiento o en una parada completa, y obliga a los fluidos hacia adelante o hacia fuera al encontrarse con un área de menor resistencia en su campo.
Es esta energía la que fuerza el agua de un agujero en una taza de papel, el gas de una fuga en una tubería y la sangre de los vasos a los tejidos circundantes.
El aumento de la elevación aumenta la cantidad de presión hidrostática
El fluido que fluye hacia abajo también aumenta la presión, lo que hace que el agua que viaja por las caídas de agua fluya más rápido que el agua que fluye por la corriente hasta la caída.
La temperatura es otro factor que afecta a la presión porque cuando las temperaturas aumentan, las moléculas se mueven a un ritmo más rápido, aumentando la presión.
Las industrias usan comúnmente métodos de prueba de presión hidrostática para asegurar que los líquidos permanezcan en ambientes confinados.
Las pruebas no sólo aseguran que las tuberías y otros tipos de contenedores no tienen fugas, sino que también verifican que los materiales pueden soportar una mayor presión de posibles cambios ambientales.
No es raro que las empresas ejerzan fuerzas internas 150 veces más de lo normal, mientras que el control de los cambios de presión con la instrumentación.
Si imaginamos un contenedor en forma de columna, podemos ver que la presión que empuja contra su pared es mayor en el fondo, que será en la parte superior. Esto se relaciona en parte con la fuerza de la gravedad.
Los capilares son el equivalente de un recipiente en forma de columna, girado en su lado. La presión que la sangre ejerce en los capilares se conoce como presión arterial.
La fuerza de la presión hidrostática significa que la sangre se mueve a lo largo del capilar, el fluido se mueve a través de sus poros y hacia el espacio intersticial.
Este movimiento significa que la presión ejercida por la sangre se hará más baja, la sangre se mueve a lo largo del capilar, desde el extremo arterial hasta el venoso.
La estática fluida o hidrostática es la rama de la mecánica de fluidos que estudia fluidos incompresibles en reposo.
Abarca el estudio de las condiciones bajo las cuales los fluidos están en reposo en equilibrio estable frente a la dinámica de fluidos, el estudio de fluidos en movimiento.
Los hidrostáticos se clasifican como parte de la estática del fluido, que es el estudio de todos los fluidos, incompresibles o no, en reposo.
La hidrostática es fundamental para la hidráulica, la ingeniería de equipos para almacenar, transportar y utilizar fluidos.
También es relevante para la geofísica y la astrofísica (por ejemplo, en la comprensión de la tectónica de placas y las anomalías del campo gravitatorio de la Tierra), a la meteorología, a la medicina (en el contexto de la presión arterial) ya muchos otros campos.
La hidrostática ofrece explicaciones físicas para muchos fenómenos de la vida cotidiana, como por qué la presión atmosférica cambia con la altitud, por qué la madera y el petróleo flotan sobre el agua y por qué la superficie del agua es siempre plana y horizontal, sea cual sea la forma de su recipiente.
Presión en líquidos en reposo
Debido a la naturaleza fundamental de los fluidos, un fluido no puede permanecer en reposo bajo la presencia de un esfuerzo cortante. Sin embargo, los fluidos pueden ejercer una presión normal a cualquier superficie de contacto.
Si se considera que un punto del fluido es un cubo infinitesimalmente pequeño, entonces se deduce de los principios de equilibrio que la presión en cada lado de esta unidad de fluido debe ser igual.
Si no fuera así, el fluido se movería en la dirección de la fuerza resultante.
Así, la presión sobre un fluido en reposo es isotrópica; Es decir, actúa con igual magnitud en todas las direcciones.
Esta característica permite a los fluidos transmitir fuerza a través de la longitud de las tuberías o tubos; Es decir, una fuerza aplicada a un fluido en una tubería se transmite, a través del fluido, al otro extremo de la tubería.
Este principio fue formulado primero, en una forma ligeramente extendida, por Blaise Pascal, y ahora se le llama ley de Pascal.
En un fluido en reposo, todos los esfuerzos friccionales e inerciales desaparecen y el estado de tensión del sistema se denomina hidrostático.
Cuando esta condición de V = 0 se aplica a la ecuación de Navier-Stokes, el gradiente de presión se convierte en una función de las fuerzas del cuerpo solamente.
Para un fluido barotrópico en un campo de fuerza conservador como un campo de fuerza gravitacional, la presión ejercida por un fluido en equilibrio se convierte en una función de la fuerza ejercida por la gravedad.
Presión hidrostática en el campo de la medicina
Los vasos sanguíneos tienen una forma única de mantener la presión adecuada en todo el cuerpo. La presión hidrostática capilar arterial normalmente mide 35 milímetros de mercurio, o 35 mm Hg. La presión capilar venosa típicamente mide 15 mm Hg.
La fuerza detrás de las contracciones del corazón junto con la gravedad que tira de la sangre lejos del corazón causa la presión creciente.
La naturaleza porosa de los capilares venosos también disminuye la presión de la sangre que fluye.
Los componentes líquidos de la sangre fluyen naturalmente por los poros hacia los tejidos intersticiales debido a esta presión, dejando atrás los lípidos, las proteínas y las partículas demasiado grandes para escapar.
Esto normalmente disminuye la presión venosa. Por el contrario, la presión aumenta dentro de los tejidos ejerce fuerza hacia los capilares, lo que se denomina presión osmótica hidrostática.
Mientras que la presión osmótica empuja fluidos hacia los poros capilares, las cargas eléctricas de los sólidos dentro del vaso hacen que las moléculas se unan a medida que fluyen en la sangre.
Esta reacción se llama el efecto de Gibbs-Donnan.
La presión osmótica y el efecto de Gibbs-Donnan trabajando juntos, extraen fluidos de los tejidos intersticiales hacia el plasma, lo que se conoce como presión osmótica coloide.
Cuando el cuerpo percibe una cantidad anormalmente baja de presión venosa, las arterias generalmente compensan por estrechamiento.
Cuando se produce un daño en el vaso, el plasma contiene un número insuficiente de sólidos, o disminuye la presión arterial, luego se produce edema o hinchazón.
Presión hidrostática capilar:
Esta presión impulsa el fluido fuera del capilar (es decir, la filtración), y es más alta en el extremo arteriolar del capilar y más baja en el extremo venular.
Dependiendo del órgano, la presión puede caer a lo largo del capilar en 15-30 mmHg (gradiente de presión axial o longitudinal).
El gradiente axial favorece la filtración en el extremo arteriolar y la reabsorción en el extremo venular del capilar.
Presión tisular (intersticial):
Esta presión hidrostática está determinada por el volumen de líquido intersticial y el cumplimiento del intersticio tisular, que se define como el cambio en el volumen dividido por el cambio en la presión.
Cuanto más fluido se filtre en el intersticio, mayor será el volumen del espacio intersticial y la presión hidrostática dentro de ese espacio. En algunos órganos, el cumplimiento intersticial es bajo, lo que significa que pequeños aumentos en el volumen intersticial conducen a grandes aumentos de la presión.
Ejemplos de esto incluyen el cerebro y el riñón, que están recubiertos por hueso rígido (cerebro) o por una cápsula (riñón).
Por el contrario, los tejidos blandos como la piel, los músculos y los pulmones tienen un alto cumplimiento y, por lo tanto, el espacio intersticial puede sufrir una gran expansión con un aumento relativamente pequeño de la presión.
A medida que aumenta el volumen intersticial, aumenta la presión intersticial, lo que puede limitar la cantidad de filtración en el intersticio porque esta presión se opone a la presión hidrostática capilar.
En otras palabras, como el gradiente de presión hidrostática disminuye debido al aumento en la presión intersticial, la filtración del fluido se atenuará. Sin embargo, grandes aumentos en la presión intersticial del tejido pueden conducir a daño tisular y muerte celular.
Normalmente, la presión intersticial está cerca de cero. En algunos tejidos es ligeramente subatmosférico, mientras que en otros es ligeramente positivo.
Presión oncótica plasmática capilar:
Debido a que la barrera capilar es fácilmente permeable a los iones, la presión osmótica dentro del capilar está determinada principalmente por proteínas plasmáticas que son relativamente impermeables.
Por lo tanto, en lugar de hablar de presión «osmótica», esta presión se denomina presión «oncótica» o «osmótica coloidal» porque está generada por coloides.
La albúmina genera aproximadamente el 70% de la presión oncótica. Esta presión es típicamente de 25-30 mmHg.
La presión oncótica aumenta a lo largo del capilar, particularmente en los capilares que tienen una alta filtración neta (por ejemplo, en los capilares glomerulares renales), debido a que el fluido filtrante deja proteínas que conducen a un aumento en la concentración de proteína.
Normalmente, cuando se mide la presión oncótica, se mide a través de una membrana semipermeable que es permeable a los fluidos y electrolitos, pero no a las moléculas de proteínas grandes.
En la mayoría de los capilares, sin embargo, la pared (principalmente endotelio) tiene una permeabilidad finita a las proteínas.
La permeabilidad real a la proteína depende del tipo de capilaridad así como de la naturaleza de la proteína (tamaño, forma, carga).
Debido a esta permeabilidad finita, la presión oncótica real generada a través de la membrana capilar es menor que la calculada a partir de la concentración de proteína.
Los efectos de la permeabilidad proteica finita sobre la presión oncótica fisiológica se pueden determinar conociendo el coeficiente de reflexión (σ) de la pared capilar.
Si el capilar es impermeable a la proteína entonces es igual a 1.
Cuando el valor para σ es muy bajo, las presiones oncóticas del plasma y del tejido pueden tener una influencia insignificante en la fuerza impulsora neta.
Tejido (intersticial):
La presión oncótica del líquido intersticial depende de la concentración de proteína intersticial y del coeficiente de reflexión de la pared capilar.
Cuanto más permeable es la barrera capilar a las proteínas, mayor es la presión oncótica intersticial.
Esta presión también está determinada por la cantidad de filtración de fluido en el intersticio. Por ejemplo, el aumento de la filtración capilar disminuye la concentración de proteína intersticial y reduce la presión oncótica.
Una reducción en la presión oncótica intersticial aumenta la presión oncótica neta a través del endotelio capilar, que se opone a la filtración y promueve la reabsorción sirviendo así como un mecanismo para limitar la filtración capilar.
En un tejido «típico», la presión oncótica del tejido es de aproximadamente 5 mmHg (es decir, mucho más baja que la presión oncótica del plasma capilar).
¿Cuál es la diferencia entre presión oncótica e hidrostática?
La presión hidrostática aumenta la filtración al empujar el fluido y el soluto hacia afuera de los capilares, mientras que la presión oncótica capilar (también conocida como presión coloidosmótica) atrae el fluido hacia los capilares y / o previene la presión hidrostática.
La presión hidrostática se basa en la presión ejercida por la presión de la sangre contra las paredes de los capilares, mientras que la presión oncótica existe debido a las proteínas, como albúmina, globulinas y fibrinógeno, que no salen del capilar y extraen agua.
Las mismas fuerzas también actúan sobre el fluido intersticial.
Las arterias transportan sangre oxigenada y nutrientes a los tejidos metabólicos del cuerpo. Esta sangre oxigenada viaja a través de la red capilar dentro de los tejidos.
El intercambio de fluidos en los capilares sanguíneos se llama microcirculación. La presión hidrostática y oncótica son los dos tipos de fuerzas impulsoras que intervienen en el movimiento de fluidos durante la microcirculación.
La principal diferencia entre la presión hidrostática y la oncótica es que la presión hidrostática es la fuerza que empuja al fluido fuera de los capilares sanguíneos, mientras que la presión oncótica es la fuerza que empuja el fluido hacia los capilares sanguíneos.
La interacción general entre la presión hidrostática y la presión oncótica se describe por el principio de Starling.