PRESSÃO NO CORPO HUMANO
Uma grandeza física muito importante para compreendermos as propriedades de um fluido é a pressão que este exerce sobre os materiais. Vários fenômenos comuns nas nossas vidas estão relacionados com o conceito de pressão. O meteorologista nos informa sobre a pressão atmosférica, o frentista do posto de combustível e de serviços mecânicos confere a pressão dos pneus de nossos carros, o médico mede nossa pressão sangüínea como parte do exame físico.
Pressão é definida como a força por unidade de área exercida por um gás ou um líquido sobre o recipiente que o contém, ou sobre objetos contidos nestes fluidos. Para um sólido essa mesma quantidade (força por unidade de área) é referida como tensão (stress).
A unidade de pressão no Sistema Internacional de Medidas (SI) é o N/m² (Newton por metro quadrado) – também denominada pascal (Pa).
Outras unidades utilizadas para medir a pressão:
Atmosfera: Pressão padrão exercida pela atmosfera terrestre ao nível do mar. 1atm = 1,01x
Pa
Bara: unidade muito utilizada na meteorologia. 1 bar =
Pa
Torricelli: unidade usada na tecnologia do vácuo. 1 torr. = 133,3 Pa
Libra por polegada quadrada: unidade utilizada na engenharia. 1lb/pol² = 6,9x10³ Pa
Centímetro de água: unidade utilizada em ciências biológicas e medicina para medir pressões baixas. 1 cm de H 2 O = 98 Pa
Milímetro de mercúrio: unidade também utilizada em ciências biológicas e medicina. 1mmHg = 133,3 Pa.
O método mais comum para indicar a pressão na medicina utiliza a altura de uma coluna de mercúrio (Hg). Por exemplo, um pico de pressão sangüínea (sistólica) lida como 120 mmHg indica que uma coluna de mercúrio desta altura tem uma pressão na sua base igual a pressão sangüínea sistólica do paciente. A pressão atmosférica é cerca de 760 mmHg.
Para entendermos um pouco melhor essas unidades e os métodos de medir pressão, é preciso esclarecer o que é densidade, pressão atmosférica e pressão hidrostática.
O que queremos dizer quando nos referimos à densidade de um fluido?
Densidade ou massa específica de um material, seja ele fluido ou sólido, é definida pela razão entre massa e volume do corpo:
D = m/v
Em geral, as unidades utilizadas são kg/m³, g/cm³ ou g/ml. Assim, podemos comparar diferentes materiais pela sua densidade. A água possui densidade igual a 1,0 g/ml enquanto que o mercúrio possui densidade igual a 13,6 g/ml. Portanto, um mililitro de mercúrio possui 13,6 gramas a mais de matéria do que a água. Quais as conseqüências desta diferença?
• Faça uma pesquisa relatando as consequências que a diferença de densidade entre a água e o mercúrio provoca nas medidas de pressão. A densidade do ar a uma temperatura de 20ºC e pressão atmosférica de 1 atm é igual a 1,21 kg/m³. Compare a densidade do ar com a densidade da água. Qual a sua conclusão?
O que é pressão atmosférica?
O ar, que está em torno da Terra sofre ação da força gravitacional, ou seja, o ar tem peso. Todos os corpos que estão em contato com esse fluido estão sujeitos ao seu peso. Lembre-se que a camada atmosférica do planeta possui dezenas de quilômetros de altura, portanto, embora a densidade do ar seja bem pequena, há uma força (peso) considerável aplicada sobre os corpos, que chamamos de pressão atmosférica.
Nos planetas que possuem atmosfera, haverá pressão atmosférica. Na Lua, por exemplo, não há essa pressão, pois não existe atmosfera ao seu redor.
A existência dessa pressão era desconhecida pela maioria das pessoas, inclusive na época de Galileu no século XVII, sendo contestada por muitos estudiosos da Física. O amigo e contemporâneo de Galileu, Evangelista Torricelli, realizou uma experiência que se tornou famosa, pois além de demonstrar que a pressão atmosférica existia, determinou também seu valor (ALVARENGA, 2000).
Torricelli encontrou que o valor da pressão atmosférica ao nível do mar é de 76 cmHg. Dessa forma 76 cmHg corresponde a 1 atmosfera (1 atm). No sistema internacional, 1 atm equivale a 1,01x
N/m² .
Se a mesma experiência fosse realizada no Monte Evereste, o valor encontrado seria aproximadamente de 26 cmHg. Evidenciando que, com aumento de altura em relação ao nível do mar, a pressão proporcionada pelo peso da "coluna" de ar é menor, ocorrendo redução na pressão atmosférica. A densidade do ar diminui com o aumento da altura em relação ao nível do mar. Qualquer corpo a uma altura de 16 Km acima do nível do mar suportará aproximadamente 10% do ar atmosférico. (DÚRAN, 2003)
Ao nível do mar, cada metro quadrado de superfície terrestre está sujeito a uma força equivalente a 101.000 N. Se 1N é aproximadamente 0,1 Kgf, então o valor dessa força em Kgf será igual a 10.100 Kgf para a área mencionada.
A Tabela 1 lista algumas unidades comuns usadas para medir pressão e expressa a pressão atmosférica em cada sistema.
Tabela 1
Atmosferas | N/m² | cm H2O | mmHg | lb/pol² (psi) | |
1 atmosfera | 1 | 1,01 x | 1033 | 760 | 14,7 |
1 N/m² | 0,987 x | 1 | 0,0102 | 0,0075 | 0,145 x |
1 cm H2O | 9,68 x | 98,1 | 1 | 0,735 | 0,014 |
1 mm Hg | 0,00132 | 133 | 1,36 | 1 | 0,0193 |
1 lb/in² . (psi) | 0,0680 | 6895 | 70,3 | 51,7 | 1 |
Tabela 1: Algumas unidades comuns usadas para medir pressão. Fonte: CAMERON, J., SKOFRONICK, J.G. Medical physics. New York : John Wiley & Sons, 1978,p.105.
ALGUNS EXEMPLOS QUE ILUSTRAM A INFLUÊNCIA DA PRESSÃO ATMOSFÉRICA EM NOSSO COTIDIANO.
a) Os escaladores de montanha quando estão a uma altura elevada podem sentir vários sintomas. A sensação de falta ar é devido a falta de moléculas de oxigênio (ar rarefeito), pois com menor pressão há uma dispersão de O2 . Pode ocorrer também, elevação na freqüência cardíaca, os vasos sanguíneos sofrem com a dilatação exagerada, podendo causar sangramento nas narinas.
b) Um casal de amigos ao viajar para Machu Picchu foi orientado pelo guia local logo na chegada, para fazerem uma refeição leve (sopa) e ficarem mais quietos para se aclimatarem com a altitude. Durante a estadia no altiplano (seja no Peru ou na Bolívia) em todos os hotéis e restaurantes era servido chá de coca, que conforme o povo local combate "o mal da altitude". Durante o passeio foram experimentadas várias altitudes, sendo a maior delas na Ilha do Sol, onde foi feita uma parada para almoço durante a travessia do Lago Titicaca (o mais alto do mundo). Segundo o guia, a altitude foi superior aos 4000 m. Neste ponto, os efeitos fisiológicos foram mais acentuados, por exemplo: cansaço, respiração difícil, falta de ar , sensação de desânimo, fraqueza. Ao visitar uma fonte em que era necessário subir uns 200 degraus, o cansaço foi percebido tanto na subida quanto na descida. Para a esposa, os sintomas foram diferentes, não sentia dificuldade para respirar ou cansaço, porém a dor de cabeça era constante.
c) Se retirarmos o ar de uma lata vazia de refrigerante ou de óleo de cozinha com uma bomba de vácuo, essa lata seria esmagada pela pressão atmosférica. Pois a pressão interna torna-se menor que a externa.
d) Existem vários lugares no corpo nos quais as pressões são mais baixas do que a atmosférica, ou negativas. Quando respiramos, o ar entra em nossos pulmões devido à pressão atmosférica. Ao abaixar o diafragma, aumentamos o volume dos pulmões reduzindo a pressão interna, logo a pressão atmosférica "empurra" o ar para o seu interior. A pressão nos pulmões durante a inspiração é tipicamente uns poucos centímetros negativos de água.
e) É também graças à pressão atmosférica que conseguimos tomar um refrigerante ou refresco com um canudinho. Ao sugarmos na extremidade do canudinho, ocorre uma redução na pressão interna deste. Nesse momento o líquido é empurrado até nossas bocas, porque dentro do canudinho a pressão interna é menor do que a externa. Algumas bombas de elevação de água têm seu funcionamento baseado neste mesmo princípio.
O que é pressão hidrostática?
Quando um corpo está mergulhado em um fluido, ele sofre uma pressão devido ao peso deste fluido. O valor dessa pressão dependerá da distância do corpo em relação à superfície e da densidade do fluido, ou seja, sua profundidade está diretamente relacionada com o aumento da pressão. Para se ter uma idéia a cada 10 m de profundidade na água há um aumento de 1 atm sobre o corpo.
Podemos determinar o valor da pressão P exercida por um fluido pela seguinte equação:
P = P atm + Dgh
em que P atm é a pressão atmosférica, D é a densidade do líquido, g = 9,8 m/s² , é a aceleração devido a gravidade, e h é a altura da coluna de líquido.
FIGURA 1
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Figura 1: A pressão no ponto P é denominada de pressão absoluta onde,
(P = Patm+Dgh) ou pressão total. Autoria: Adriana Gomes Dickman.
Sabe-se que uma coluna de mercúrio de 76 cmHg exerce uma pressão de 1 atm em sua base, ou seja, um valor igual à pressão que a coluna de ar exerce na superfície da Terra ao nível do mar. Se fosse uma coluna de água, esta mesma pressão seria exercida por uma coluna de aproximadamente 10 m de altura. Já para o sangue, a coluna teria uma altura de 9,75 m. Estas diferenças ocorrem em virtude dos valores de densidade ou massa específica de cada fluido, pois, a água tem densidade pouco inferior a do sangue, que por sua vez é inferior a do mercúrio. Como a densidade do mercúrio é 13,6 g/cm³, uma coluna de água tem que ser 13,6 vezes maior do que uma dada coluna de mercúrio a fim de produzir a mesma pressão. É algumas vezes conveniente indicar diferenças de pressão no corpo em termos da altura de uma coluna de água, principalmente quando a pressão a ser medida é muito baixa.
Desde que vivemos num "mar de ar" com uma pressão de 1 atm, é mais fácil medir a pressão relativa à pressão atmosférica do que medir a verdadeira pressão, ou pressão absoluta. Por exemplo, se um mergulhador encontra-se a uma profundidade de 10m em relação à superficie do mar, neste caso ele estará sujeito a uma pressão absoluta de 2 atmosferas, pois a cada 10 m de profundidade há um acréscimo de 1 atmosfera sobre seu corpo, se for a 50 m será uma pressão de 6 atm e assim por diante.
Veja outros exemplos abaixo.
Profundidade em relação ao nível do mar (m) Pressão (Atm).
0 1
10 2
20 3
30 4
40 5
50 6
A menos que falemos em contrário, todas as pressões usadas neste material são pressões manométricas.
Os medidores de pressão mais utilizados são: o barômetro e o manômetro de mercúrio. Nesses aparelhos, a pressão exercida por uma coluna de 1mmHg é chamada de torricelli (1 Torr.). Para mais informações sobre medidas de pressão ver o tópico: MEDIDAS DA PRESSÃO NO CORPO
A tabela 2, lista algumas pressões típicas no corpo humano. O coração atua como uma bomba, produzindo pressão bastante alta (~ 100 a 140 mmHg) para forçar o sangue através das artérias. O sangue venoso que retorna está a uma pressão um pouco mais baixa e, de fato, precisa de ajuda para ir das pernas ao coração. O fracasso neste sistema de retorno das pernas freqüentemente resulta no aparecimento de veias varicosas.
Tabela 2
| Pressões Típicas (mm Hg) | |
| Pressão sangüínea arterial | |
| Máxima (sístole) | 100 - 140 |
| Mínima (diástole) | 60 - 90 |
| Pressão sangüínea venosa | 3 - 7 |
| Grandes veias | < 1 |
| Pressão sangüínea capilar | |
| Final de Artéria | 30 |
| Final de veia | 10 |
| Pressão no ouvido médio | < 1 |
| Pressão no olho – humor aquoso | 20 |
| Pressão do fluido cerebrospinal no cérebro (lying down) | 5 -12 |
| Pressão gastrointestinal | 10 - 20 |
| Pressão intratorácica (entre os pulmões e as paredes do peito) | - 10 |
Tabela 2. Pressões típicas no corpo normal. Fonte: CAMERON, J., SKOFRONICK, J.G. Medical physics. New York : John Wiley & Sons, 1978,p.105
Texto extraído e adaptado do livro:
ALVARENGA, Beatriz & MÁXIMO, Antônio. Curso de Física. São Paulo: Scipione, 2000, Vol. I.
CAMERON, J., SKOFRONICK, J.G. Medical physics. New York: John Wiley & Sons, 1978.