Física en Medicina: Estado Gaseoso

Study Notes

El estado gaseoso es una de las cuatro formas fundamentales de la materia.
En este estado, las partículas de una sustancia (átomos o moléculas) se encuentran en constante movimiento y están muy separadas entre sí.
Un gas no tiene forma ni volumen definidos y se adapta completamente al recipiente que lo contiene.
Características de los gases:
- Partículas en movimiento rápido.
- Alta compresibilidad.
- Expansión.
- Baja densidad.
- Difusión.

Un gas se compone de moléculas que están separadas entre sí por distancias mucho mayores que su propio tamaño.
Las moléculas gaseosas están en movimiento constante en direcciones aleatorias.
Las colisiones entre las moléculas son perfectamente elásticas.
La energía cinética de las moléculas es proporcional a la temperatura del gas.
La energía cinética total de un mol de un gas cualquiera es: Ec = 3/2RT.

Los gases ideales son una simplificación teórica que asume las siguientes condiciones:
- No tienen volumen propio.
- No hay fuerzas intermoleculares.
- Choques elásticos.
- Movimiento aleatorio constante.
- Ley de los gases ideales: PV=nRT.
Los gases reales no cumplen con todas las suposiciones de los gases ideales, especialmente en condiciones extremas de presión y temperatura.
Características de los gases reales:
- Volumen propio.
- Fuerzas intermoleculares.
- Choques no elásticos.
- Corrección de volumen y presión.

La ecuación de Van der Waals es una modificación de la ecuación de los gases ideales que tiene en cuenta el volumen propio de las moléculas y las fuerzas intermoleculares.
Fórmula: P = (nRT)/(Vm - b) - (a/Vm²).

Ejercicio: Un paciente con EPOC está en una cámara hiperbárica con una presión inicial de 1 atm y un volumen de pulmones de 4 litros. La presión en la cámara se incrementa a 4 atm y luego se reduce a 0.75 atm.
Ejercicio: Un médico anestesiólogo necesita preparar una mezcla de gases para un paciente durante una cirugía.
Ejercicio: Un recipiente con 20 L de gas helio y otro recipiente con 15 L de gas argón se mezclan en un recipiente de 10 L.

La Ley de Dalton establece que la presión parcial de un gas en una mezcla es proporcional a su fracción molar y la presión total de la mezcla.
Fracción molar: X = n1/n total.
Presión parcial: Pg1 = X1 * Ptotal.

La Ley de Graham establece que la velocidad de difusión o efusión de un gas es inversamente proporcional a la raíz cuadrada de su masa molar.

La presión atmosférica es la fuerza por unidad de área que ejerce la atmósfera sobre la superficie de la Tierra.
La presión atmosférica disminuye con la altitud, ya que la densidad del aire disminuye a medida que se asciende en la atmósfera.
Fórmula: P = ρgh.
Efectos biológicos de la disminución de la presión atmosférica:
- Mal de altura.
- Hipoxia.
- Policitemia.
- Acidosis respiratoria.
Efectos biológicos del aumento de la presión atmosférica:
- Narcósis por nitrógeno.
- Toxicidad del oxígeno.
- Barotrauma.
- Síndrome nervioso de alta presión (HPNS).

La Ley de Henry establece que, a una temperatura constante, la cantidad de gas que se disuelve en un líquido es directamente proporcional a la presión parcial del gas sobre el líquido.
Fórmula: P = KH * C.
Ejemplo: Existe la presión parcial de oxígeno en los alvéolos pulmonares de 100 mmHg.### Constante de Henry
La constante de Henry para el oxígeno en la sangre a la temperatura corporal (37°C) es aproximadamente 0,003 ml O2/ml sangre·mmHg.
La fórmula para calcular la concentración del gas disuelto es: C = kH · P, donde C es la concentración del gas disuelto, kH es la constante de Henry y P es la presión parcial del gas.

Solubilidad de gases: La ley de Henry explica por qué más gas se disuelve en un líquido bajo alta presión, como en la carbonatación de bebidas.
Fisiología respiratoria: La ley de Henry determina cómo el oxígeno y el dióxido de carbono se disuelven en la sangre en los pulmones.
Medicina hiperbárica: La ley de Henry se utiliza para aumentar la solubilidad de oxígeno en la sangre en tratamientos hiperbáricos.