BIOMECANICA_SISTEMICA

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UPAEP, Facultad de 
electrónica, Puebla, México. 
Profesor Aurelio Horacio 
Heredia Jimenez 
Integrantes: 
Cristian Yamir lima Ávila 
cristianyamir.lima@upaep.edu.mx 
 
Wilfrido Yared Gonzalez Cruz 
wilfridoyared.gonzalez@upaep.ed
u.mx 
 
Jorge flores Lopez 
jorge.flores@upaep.edu.mx 
 
Lucila Iraís Castelán León 
lucilairais.castelan@upaep.edu.m
x 
 
Mariana Caballero Lopez 
mariana.caballero@upaep.edu.mx 
 
Osvaldo Adrián Sánchez 
Bautista 
osvaldoadrian.sanchez@upaep.e
du.mx 
 
Rogelio Hazel Sosa Camacho 
rogeliohazel.sosa@upaep.edu.mx
CONTENIDO 
01 Mecánica de fluidos 
02 Estática de fluidos 
03 Dinámica de fluidos 
04 Fisiología del aparato Circulatorio 
05 Fisiología de la sangre 
06 Fisiología del aparato 
07 Biomecánica del aparato respiratorio 
 
 
mailto:cristianyamir.lima@upaep.edu.mx
mailto:wilfridoyared.gonzalez@upaep.edu.mx
mailto:wilfridoyared.gonzalez@upaep.edu.mx
 
RESUMEN 
El cuerpo humano es un mecanismo de múltiples características, compuesto 
por diversos sistemas que a su vez brindan ciertas capacidades. En el caso 
particular de este reporte, se concentran los temas que nos ayudan a 
comprender a fondo la biomecánica de los sistemas respiratorio y circulatorio 
del cuerpo humano, es decir, a poder analizar estos sistemas del cuerpo 
humano como elementos mecánicos para poder utilizar los parámetros, 
variables y fórmulas que a través de los años se han desarrollado para el 
análisis de estos. 
Poder realizar este análisis es de suma importancia ya que como ingenieros 
biónicos debemos aplicar estos conceptos y parámetros antes de poder 
desarrollar cualquier dispositivo para saber si este es viable, es decir, nos 
ayuda a determinar si cumplirá la función que queremos tenga sobre el cuerpo 
humano. 
Aunado a esto, si podemos comprender la biomecánica de los sistemas 
previamente mencionados, podremos llegar a soluciones más fácil y 
rápidamente, para los problemas que suelen presentar estos sistemas, por 
ejemplo, a las obstrucciones arteriales dentro del sistema circulatorio que 
cada vez se manifiestan más seguido debido a los hábitos de la población y 
que presentan graves consecuencias en las personas como dolor intenso que 
puede acabar en muerte celular y esto lleva a la amputación. 
Palabras clave: biomecánica, análisis, sistema respiratorio, sistema circulatorio, 
cuerpo humano, parámetros, variables, fórmulas, ingeniería biónica, desarrollo, 
dispositivos. 
OBJETIVOS 
Desarrollar los temas esenciales para entender la biomecánica del aparato 
respiratorio y circulatorio, haciendo énfasis en las estructuras y principios 
físicos que intervienen para hacer que el sistema funcione, así pues, también 
describir los parámetros fisiológicos. 
 
 
 
 
 
TABLAS DE CONTENIDO 
 
Listado de tablas 
Tabla 1 Densidades de los fluidos corporales Página 9 
Tabla 2 Densidades de los fluidos previamente 
mencionados 
Página 9 
Tabla 3 Clasificación de valores de Presión Arterial Página 37 
Tabla 4 Lineamiento de la COFEPRIS para el diseño de 
un ventilador mecánico 
Página 
Listado de Ejercicios 
Ejercicio 1 Aplicación viscosidad Página 10 
Ejercicio 2 Análisis de fuerza cardíaca Página 12 
Ejercicio 3 Principio de Arquímedes Página 19 
Ejercicio 4 Ecuación de continuidad, aumento en la 
velocidad 
Página 20 
Ejercicio 5 Ley de Poiseuille, aumento en el flujo Página 23 
Ejercicio 6 Análisis de Flujo de aire en la tráquea, número 
de Reynolds 
Página 25 
Listado de Proyectos de aplicación 
Proyecto 1 Modelo de Sistema cardiovascular Página 43 
Proyecto 2 Modelo de Ventilador mecánico Página 53 
 
 
 
 
 
INTRODUCCIÓN 
Actualmente hemos llegado a un punto de dependencia tecnológica increíble, si 
quiera en este año durante la pandemia por SARS-CoV 2 el uso plataformas 
virtuales, celulares y computadoras se ha vuelto parte de nuestra vida diaria, la 
comunicación y conexión como parte esencial de la naturaleza humana nos ha 
encaminado a desarrollar tecnología que en el pasado podría sonar a ciencia f icción. 
El uso de implantes en el cuerpo humano no es algo muy distante de nuestra 
realidad. Desde robots de ayuda y servicio al hombre, hasta mecanismos con fines 
armamentísticos forman parte de un gran repertorio de la tecnología entre las 
naciones hegemónicas. 
Una máquina es un sistema compuesto como componentes mecánicos, hidráulicos, 
eléctricos, está formada por juntas y eslabones y cumple una función específica. 
Van desde máquinas muy sencillas como unas tijeras, hasta grandes ensambles 
que pueden verse en las empresas de fabricación de aviones o automóviles, pero 
existe una máquina más compleja maravillosa, aunque no ha sido creada por el 
hombre, sino que es producto de la naturaleza y su evolución. 
El cuerpo humano es el sistema más complejo que existe. Cumple en un mismo 
tiempo una cantidad impresionante de funciones que van desde la reproducción 
celular hasta llevar a cabo pensamientos al mismo tiempo que se respira y camina. 
Se puede ver al cuerpo humano como la máquina perfecta y desde ya hace muchos 
años las personas se han dado a la tarea de reconstruir o simular al cuerpo completo 
o algunas de sus partes. 
En las películas de piratas se ve al temible capitán con una mano de garfio y una 
pata de palo. hoy en día hay gente que vive con un brazo biónico capaz de moverse 
por estímulos mioeléctricos o una prótesis de ojo por la cual un paciente con 
ceguera puede captar imágenes como si de un órgano visual biológico se tratara. 
El siguiente trabajo busca explicar el funcionamiento del cuerpo humano como una 
máquina basándose en su biomecánica, específicamente se van a tratar los 
sistemas respiratorio y cardiovascular. En el diagrama presentado en la figura 1 se 
puede ver una representación general de lo que se va a ir tratando a lo largo del 
documento. 
Los puntos generales para tratar en el texto son la mecánica y dinámica de fluidos 
del sistema cardio respiratorio, fisiología del aparato respiratorio, circulatorio y de la 
sangre y la biomecánica del sistema respiratorio. Cada punto viene con sus 
subtítulos para hacer más enfocado el desarrollo del trabajo. 
 
 
 
 
Un fluido es referente a todas aquellas 
sustancias que son capaces de fluir y que no 
presentan resistencia a un esfuerzo cortante, de 
esta forma puede ser un líquido o incluso un gas 
dependiendo sus propiedades. Por otra parte, los 
fluidos corporales son todos aquellos que 
precisamente se presentan en el cuerpo y fluyen 
a través de él, sin omitir que pueden presentar un 
comportamiento de flujo de tipo uniforme (misma 
velocidad), irrotacional (no tiene velocidad 
angular neta) o no viscoso (viscosidad 
despreciable). 
El cuerpo humano genera diversos tipos de fluidos, los cuales se presentan de dos 
formas diferentes, los de tipo excretados y los de tipo secretados, donde los primeros 
son los residuos expulsados, mientras que dentro de los segundos se presentan los 
arrojados para una función en específico. 
De esta manera, el cuerpo humano presenta los siguientes fluidos: 
 
• Líquido intracelular: 
Éste se encuentra dentro de las 
células y conforma las dos terceras 
partes de todos los líquidos 
corporales, dentro de los cuales se 
realizan diversas reacciones 
metabólicas como se puede 
apreciar en la Fig. 3. 
 
• Líquido extracelular: 
Éste es la tercera parte restante de los 
líquidos corporales, sirve como 
intercambio para todas las sustancias de 
las células y generar la excreción de todos los fluidos producidos por el 
metabolismo. De tipo tisular o vascular. Tanto el líquido extracelular como 
intracelular se puede diferenciar a nivel microscópico, más gráficamente se 
puede apreciar en la Fig. 3 . 
 
Fig. 2. Representación física 
de los diferentes fluidos 
corporales. 
 
Fig. 3. Líquido extracelular e 
intracelular en el cuerpo. 
 
 
 
• Líquido cefalorraquídeo: 
Éste es un líquido de tipo acuoso que cubre la 
superficie del encéfalo y la médula espinal 
como se representade color azul en la Fig. 4, 
viaja a través de los ventrículos cerebrales, los 
espacios subaracnoideos y el canal medular 
central. Además, no es coagulable y se 
produce gracias a los plexos coroideos de los 
ventrículos. 
 
• Linfático: 
Líquido que se parece al 
plasma sanguíneo ya que es 
derivado del mismo, el cual 
cumple las funciones de 
recolección, filtro y devolución 
del líquido intersticial a la 
sangre, además de ser una 
defensa ante los organismos 
patógenos y se entrelaza 
entre capilares venosos y 
arteriales, para tener mayor 
idea se asemejara a la Fig. 5 
donde de color verde 
podemos ver el 
entrecruzamiento de forma 
más clara. 
 
• Sangre: 
Éste es el principal y más importante de los 
líquidos corporales del cual se derivan 
todos los demás presentes en el 
organismo, de esta forma, es un tejido 
conjuntivo compuesto por un 92% de agua 
y un 8% de sustancias orgánicas, 
presentando eritrocitos, leucocitos y 
trombocitos. Regula la temperatura, el pH 
sanguíneo, la arterial y transporta diversos 
nutrientes a lo largo del organismo. 
Este líquido se describe más a fondo en el 
tema 5, un ejemplo de cómo se ve es cuando se realizan análisis 
sanguíneos rondando entre tonos rojizos como en la Fig. 6 hay 
representaciones gráficas donde se muestran partículas 
simbolizando a los glóbulos rojos. Algo curioso es que no se verá 
del mismo tono si esta se extrae de una arteria que de una vena, 
puesto que el nivel de oxigenación de la sangre será distinto. 
 
 
 
Fig. 4. Líquido 
cefalorraquídeo. 
 
 Fig. 5. Líquido linfático. 
 
Fig. 6. Sangre. 
 
 
• Orina: 
 
Es una secreción líquida que secretan 
los riñones por medio de una 
depuración de estos y la filtración de 
la sangre, formado principalmente por 
agua y sales, es importante ya que 
con este es posible encontrar diversos 
patógenos, bacterias y virus dentro 
del organismo, presentando las 
condiciones del cuerpo. 
 
 
 
 
• Lágrimas: 
 
Líquido del cuerpo humano producido por 
la lagrimación que limpia y lubrica el ojo, 
este ayuda a una mejor visión y se realiza 
por medio de la glándula lagrimal. 
 
 
 
 
 
 
 
 
• Saliva: 
 
 Éste es un fluido complejo de viscosidad 
variable que se produce por las glándulas 
salivales en la cavidad bucal e involucra a 
la digestión. Mantiene el pH neutro y ayuda 
a la cicatrización. 
 
 
 
1.1 Propiedades de los fluidos 
Por otro lado, en lo particular, cada fluido presenta diversas 
características que son consideradas propiedades, lo cual les brinda 
una determinada composición. Éstas se clasifican en: 
 
Fig. 7. Orina. 
 
Fig. 8. Líquido lagrimal. 
 
Fig. 9. Líquido salival. 
 
 
 
• Intensivas: este tipo de propiedades se presentan de 
manera independiente al sistema, como lo es temperatura, 
presión y densidad. 
• Extensivas (o específicas): para estas propiedades sí se 
tiene la dependencia del sistema ya que sus valores 
dependen del tamaño del sistema, como lo es el volumen. 
 
Fig. 10. Propiedades intensivas y extensivas de los 
fluidos 
 
Es importante saber que el estado de un sistema es descrito gracias a 
sus propiedades, aunque la mayoría de las veces es posible saberlo 
sin necesidad de indicarlas, además, algunas propiedades que se 
muestran independientes logran especificar dicho estado al hacer 
variar una de estas manteniendo constante la otra. De este modo, a 
continuación, se presentan algunas de las propiedades más 
importantes de un fluido: 
 
 
 
 
1.1.1 Densidad 
La densidad (ρ) se refiere principalmente a la 
magnitud de masa en cantidad de un volumen que 
pertenece a una sustancia y por densidad se define 
por la relación que se tiene de masa (m) por unidad 
de volumen (v), en la que siendo propiedad de un 
líquido se presenta como una sustancia 
incompresible y con una variación en valor de 
densidad despreciable. Cuando se juntan 
sustancias de distintas densidades se puede 
apreciar como en la Fig. 11 donde se forman 
secciones marcadas de los fluidos pero no se 
mezclan entre ellos. 
La representación matematica de esta propiedad 
es: 𝜌 = 𝑚𝑣 𝐄𝐜. 𝟏 
En los fluidos corporales antes mencionados 
podemos encontrar los valores mostrados en la 
Tabla 1 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Tabla 1. Densidades de los fluidos corporales. 
 
 
 
 
 
 
 
Fig. 11. 
Sustancias 
con diferente 
nivel de 
densidad. 
Sustancia Densidad (ρ) (g/mL) 
Líquido cefalorraquídeo 1,0005-1,0007 
Linfático 1,015 - 1,023 
Sangre 1,060 
Orina 1,005 - 1,030 
Lagrimas 1,001 - 1,005 
Saliva 1,000 - 1,010 
 
 
 
1.1.2 Densidad específica 
La densidad específica o mejor 
conocida como gravedad específica, 
se define como una razón entre la 
densidad de una sustancia y la 
densidad de otra sustancia, pero 
estándar a una temperatura 
específica, siendo un valor 
adimensional o en kg/L (y sus 
derivados) bajo el sistema SI de 
unidades 
Algunos de los valores a una 
temperatura de 0°C se muestran en la 
tabla 2 
 
1.1.3 Peso específico 
Esta propiedad se describe como el 
peso de una unidad de volumen de 
una sustancia, y se determina por el 
producto de la densidad y la 
aceleración gravitacional, bajo las 
unidades de N/m^3. A partir de ello se 
puede determinar que entre más 
densa sea una sustancia, mayor será 
el peso específico que presenta. 
(a) (b) (c) 
 
Fig. 12. Por ejemplo, hay una gran diferencia entre las 
imágenes (a), (b), (c); el peso específico de cada una es distinto 
puesto que sus densidades varían 
. 
 
 
 
 
 
 Gravedades específicas de 
algunas sustancias a 0°C 
Sustancia GE 
Agua 1.0 
Sangre 1.05 
Agua de mar 1.025 
Gasolina 0.7 
Alcohol etílico 0.78 
Mercurio 13.6 
Madera 0.3-0.9 
Oro 19.2 
Huesos 1.7-2.0 
Hielo 0.92 
Aire (1 atm) 0.0013 
Tabla 2. Densidad 
específica de algunas 
sustancias. 
 
 
 
1.1.4 Viscosidad 
La viscosidad es una propiedad indispensable de los fluidos, ya que 
influencia la medición del flujo de fluidos, puesto que describe la 
resistencia del fluido al flujo, y está relacionada con la fricción interna 
en el fluido. 
La viscosidad en fluidos se mide por medio del coeficiente de 
viscosidad, el cual depende de la temperatura. 𝜇 = [𝑀𝐿−1𝑇 −1] Ec. 2 
Donde: 
M=peso molecular 
L= longitud 
T=temperatura 
Si en un líquido se calienta la viscosidad disminuye, sin embargo, 
con un gas la reacción que se obtiene es contraria, la viscosidad 
aumenta. 
Una manera de observar la viscosidad de un líquido es arrojando 
algo en él y observando cuánto tiempo tarda en hundirse. 
En la sangre, la viscosidad se puede calcular de la siguiente 
manera: 
 𝜇 = ∆𝑃∗𝑟28∗𝐿∗𝑣 Ec. 3 
Donde: 
μ=viscosidad 
ΔP=presión, la cual se puede obtener multiplicando g*h*ρ, donde g 
es la gravedad, h la altura y ρ la densidad. 
r=radio 
L=longitud 
v=velocidad 
 
 
 
 
Y es que no solo se puede notar en su valor la diferencia de 
viscosidad en la sangre, si no también en su forma física como se 
muestra en la Fig.13 
 (a) (b) 
 
 
Fig. 13. La diferencia de viscosidades se puede notar en la 
sangre, no es lo mismo la viscosidad de la sangre 
coagulada donde se pierde liquidez y hay una variación de 
plaquetas como se ve en la imagen (a) que una en estado 
habitual, donde el fluido tiene una gran capacidad de 
distribución, por lo tanto su viscosidad es la adecuada para 
circular en el cuerpo (b). 
 
 Ejercicio de aplicación: 
1.- Para realizar una transfusión de sangre a un enfermo se coloca el 
frasco a 1.3 m por encima del brazo. La aguja que penetra en la vena 
tiene un diámetro interior de 0.36 mm y 3 cm de longitud. El flujo de 
sangre es de 4.5 cm3/min. Calcúlese la viscosidad de la sangre 
sabiendo que su densidad es de 1020 kg/m3. 
 
Datos: 
h=1.3m 
d=0.36 mm=0.36x10-3m ∴ r=0.18x10-3m 
L=3 cm=0.03 m 
Q=4.5 cm3/min =7.5x10-5m3/s ⍴=1020 kg/m3 
 
Fórmula: 
R=(8μ*L)/ π*r4 
Q=ΔP/R 
ΔP=g*h*⍴ 
P=F/A 
 
 
 
∴ μ=ΔP*r2)/ 8L*V 
 
Solución: 
 
A=πr2=1.0179x10-7m2V=Q/A=0.7368 m/s 
ΔP=g*h*⍴=13008.06 Pa 
 
μ=(13008.06*(0.18x10-3)2) / (8 (0.03)*0.7368) 
μ=2.3833x10-3Pa/s 
1.1.5 Presión 
La presión (P) es una magnitud que mide la capacidad de penetración de 
una fuerza, y como podemos observar en la fórmula presentada, se define 
como la cantidad de fuerza (F) ejercida por unidad de área (A), es decir, 
que para poder crear una gran cantidad de presión se puede ejercer una 
gran fuerza o una fuerza sobre un área muy pequeña. 
Para dimensionar la gran diferencia del concepto se muestra la Fig. 14. 
 
(a) (b) 
 
Fig. 14. Para diferenciar la presión de forma más clara 
tenemos la imagen en (a) donde es mayor la presión debido 
a la reducida área en la cual se distribuye el peso, a 
comparación de (b) que incluso siendo el peso del elefante 
mayor el área es más grande que la de una zapatilla por lo 
que la presión es menor. 
 
 
P=FA Ec. 4 
Donde: 
P = Presión. 
F = Fuerza 
A = Área 
 
 
 
De esto también podemos concluir que las unidades de presión son 
newtons por metro cuadrado, a esto también se le llaman pascales (Pa). 
Existen distintos tipos de presión: 
• Presión absoluta: Presión que se mide a partir de la presión cero de 
un "vacío absoluto". 
• Presión atmosférica: Presión que ejerce la atmósfera sobre los 
objetos que se encuentran en la tierra, esta cambia con la altura sobre 
el nivel del mar y las condiciones atmosféricas. 
• Presión atmosférica normal (estándar): Presión atmosférica de 1 atm 
equivalente a 101325 Pa. 
• Presión relativa: Presión medida con referencia a la presión 
atmosférica y puede ser menor o mayor a esta. 
• Presión diferencial: Presión entre dos sistemas aislados. 
• Vacío: Presión absoluta menor a la atmosférica. 
 
 Ejercicio de aplicación : 
1.- El corazón bombea sangre por la aorta con una presión media de 
100 mmHg. Si el área de la sección transversal de la aorta es de 3 
cm2, ¿cuál es la fuerza media que ejerce el músculo sobre la sangre? 
 
Datos: 
 
1 mmHg = 133.323 Pa 
P1=100 mmHg = 13332.3 Pa 
A= 3 cm2 = 3x10-4 m2 
 
Fórmula: 
 
P=F/A ∴ F=A*P 
 
Solución: 
F =(3x10-4) (13332.3) 
F= 3.99 N 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
1.1.6 Compresibilidad 
La compresibilidad es una propiedad donde es un cambio relativo de 
volumen del fluido con un cambio de una unidad de presión. Los gases 
tienen mayor comprensibilidad que un líquido como se puede ver en la 
jeringa de la derecha de la Fig.15. Los sólidos son muy difíciles de 
comprimir ya que sus moléculas se encuentran más unidas, mientras que 
en gases se encuentran dispersas por el espacio. Los líquidos a 
temperaturas y presiones normales son difíciles de comprimir, aunque 
presentan mayor facilidad que los sólidos. 
(a) (b) 
(a) (b) 
Fig. 15. Comparación de compresibilidad en los líquidos y gases. 
Existen en termodinámica dos tipos de compresibilidad. 
• Compresibilidad Isoterma 
La compresibilidad isoterma es una medida de 
un cuerpo o sistema termodinámico cuando se 
somete a un proceso de transformación por 
presión Fig. 16. mientras su temperatura se 
mantiene constante. La fórmula para poder 
calcular esto es la siguiente. 
 𝛽𝑇 = − 1𝑉 (𝜕𝑉𝜕𝑝)𝑇Ec. 5. 
 
Donde: 
V = Volumen. 
p = Presión. 
 
Fig. 16. Ejemplo de 
compresibilidad isoterma 
con temperatura constante 
 
 
 
• Compresibilidad adiabática. 
La compresibilidad adiabática es una 
medida de un cuerpo o sistema 
termodinámico cuando se somete a 
un proceso de transformación por 
presión en condiciones de aislamiento 
térmico perfecto, una gran 
comparativa de esta compresibilidad 
se muestra en la Fig. 17. La fórmula 
para poder calcular esto es la 
siguiente: 𝛽𝑠 = − 1𝑉 (𝜕𝑉𝜕𝑝)𝑠 Ec. 6 
Donde 
Δv= Variación de volumen 
ΔP=Variación de Presión 
1.1.7 Dilatación térmica 
La dilatación térmica es el proceso donde los cuerpos aumentan su tamaño 
debido a su temperatura. Esto ocurre ya que cuando un cuerpo aumenta su 
temperatura las moléculas empiezan a moverse más deprisa por lo que necesita 
más espacio para desplazarse, es por ello que el cuerpo necesita aumentar su 
volumen. Un ejemplo claro de esto en el cuerpo humano es cuando se realiza 
un parto, el cuello uterino se dilata lo suficiente para que un bebé pueda nacer. 
Igual existe el caso contrario que es la contracción térmica y está sucede por la 
disminución de temperatura, las moléculas empiezan a detenerse por lo que no 
requieren tanto espacio para su fluidez. 
Existen tres tipos de dilatación. 
 
• Dilatación lineal. 
La dilatación lineal está expresada por 
la Ec.7, su representación gráfica se 
puede apreciar mejor en la Fig. 18. 𝑙 = 𝑙0 ∗ (1 + 𝜆 ∗ ∆𝑇)Ec. 7 
 
 
 
 
Fig. 17. Ejemplo de 
compresibilidad 
adiabática en relación 
con la isotérmica. 
b) 
 
Fig. 18. Dilatación lineal 
 
 
Donde: 
l = Longitud dilatada. 𝒍𝟎= Longitud inicial. 
T = Incremento de Temperatura. 𝝀 = Coeficiente de dilatación lineal. 
• Dilatación superficial. 
La dilatación superficial está expresada por la Ec.18 y su representación 
física se puede apreciar mejor en la Fig.19 . 𝑆 = 𝑆0 ∗ (1 + 𝜎 ∗ ∆𝑇)Ec. 8 
Donde: 
 
S = Superficie dilatada. 
S0 = Superficie inicial. 
T = Incremento de 
Temperatura. 𝝈 = Coeficiente de dilatación 
superficial 
 
• Dilatación volumétrica. 
La dilatación volumétrica está 
expresada por la siguiente fórmula. 𝑉 = 𝑉0 ∗ (1 + 𝛾 ∗ 𝛥𝑇)Ec. 9 
 
Donde: 
V = Volumen dilatado. 
V0 = Volumen inicial. 
T = Incremento de Temperatura. 𝜸 = Coeficiente de dilatación volumétrica. 
 
a) 
 (b) 
Fig. 19. Dilatación superficial. 
a) 
 (b) 
Fig. 20. Dilatación 
volumétrica. 
 
 
 
 
Un fluido es aquella sustancia con la capacidad de fluir, como lo son ciertos compuestos 
en estado líquido y gaseoso, algunos de estas sustancias fluyen tan lentamente como 
lo es el vidrio y la brea que parecen en estado sólido. Los plasmas son gases ionizados 
que algunos no se ajustan a estos parámetros. Se puede ir cambiando en estado líquido 
y gaseoso dependiendo de la presión y temperatura del fluido, como lo es con el agua 
que al tener una presión adecuada podemos obtener vapor de agua. 
 
Otra propiedad importante en los fluidos es la densidad de estos, la cual se calcula con 
la siguiente fórmula. 𝜌 = 𝑚𝑣 Ec. 10 
 
Donde: 𝜌 = Densidad 
m = Masa. 
v = Volumen. 
La densidad de los sólidos y líquidos es independiente de la temperatura y presión, 
pero en los gases depende fuertemente de la temperatura y presión. 
 
2.1 Principio de Pascal 
El principio de Pascal es una ley enunciada 
por el físico y matemático Blaise Pascal 
(1623-1662) y esta nos dice que la presión 
ejercida en cualquier lugar de cualquier 
fluido, encerrado e incompresible, se 
transmite por igual en todas direcciones del 
fluido, es decir, la presión en todo fluido es 
constante como se muestra en la Fig. 21. 
 
 
 
a) (b) 
Fig. 21. Principio de Pascal. 
 
 
Esto quiere decir que la presión ejercida es igual a la presión en el fluido. 𝑃1 = 𝑃2Ec. 11 
Donde 
P=Presión 
Y si presión es igual a fuerza sobre el área. 𝐹1𝐴1 = 𝐹2𝐴2Ec. 12 
Donde 
F=Fuerza 
A=Newtons 
Este principio se estudia para crear prensas hidráulicas. 
2.2 Empuje 
La fuerza de empuje es una fuerza opuesta 
al peso que aparece cuando se sumerge un 
cuerpo en un fluido. Esta fuerza se produce 
debido a que la presión de cualquier fluido 
en un punto determinado depende 
principalmente de la profundidad en que 
éste se encuentre, es decir, el fluido aplasta 
al cuerpo dependiendo de cuánto fluido esté 
encima. El cuerpo siempre tenderá a 
elevarse, por ejemplo en la Fig. 22 
podemos observar como la cantidad de 
fluido sobre el cuerpo es nulo, debido a que 
el cuerpo no está sumergido a una gran 
profundidad no está siendo aplastado por el agua y existe una mayor fuerza de 
empuje. 
2.3 Principio de Arquímedes. 
Arquímedes descubrió el principio que describe las fuerzas de flotación. Un 
cuerpo que estáparcial o totalmente sumergido en un fluido experimenta empuje 
ascendente vertical por una fuerza igual al peso del volumen del fluido alojado 
como se puede observar en la Fig. 23. 
a) (b) 
Fig. 22. Fuerza de empuje 
https://es.wikipedia.org/wiki/Presi%C3%B3n
https://es.wikipedia.org/wiki/Fluido
 
 
 
El principio de Arquímedes se puede 
representar con la siguiente fórmula. 𝜌𝑠 ∗ 𝑉𝑠 = 𝜌𝑙 ∗ 𝑉𝑙Ec. 13 
Donde: 𝜌𝒔 = Densidad del sólido 𝑽𝒔 = Volumen del sólido 𝜌𝒍 = Densidad del líquido 𝑽𝒍 = Volumen del líquido. 
 
 Ejercicio de aplicación: 
1.- En una fábrica de oxígeno se almacena1𝑚3de ese gas en un 
cilindro de acero, ¿qué volumen tendrá el acero para el flujo de este? 
 
Datos: 𝑉𝑜 = 1𝑚3 ⍴𝑜 = 1429 𝑘𝑔/𝑚3 ⍴𝑎 = 7800 𝑘𝑔/𝑚3 
 
Fórmula: 
 ⍴1 ∗ 𝑉 = ⍴2 ∗ 𝑉 ∴ 𝑉𝑎 = (⍴1 ∗ 𝑉𝑜)/⍴2 
Solución: 𝑉𝑎 = (1429 ∗ 1)/7800 𝑉𝑎 = 0.183 𝑚3 
2.4 Equilibrio de cuerpos flotantes 
El equilibrio de cuerpos flotantes se relaciona con el principio de 
Arquímedes y se explica en un cuerpo flotante en un fluido la línea de 
acción del empuje E (que es vertical y dirigido hacia arriba) pasa por el 
centro de gravedad del fluido desplazado, mientras que el peso del cuerpo 
w (que es vertical y hacia abajo) está aplicado en el centro de gravedad del 
cuerpo. El peso w y el empuje E originan un par de fuerzas. La línea que 
pasa por el centro de gravedad C del cuerpo gira con él cuando éste está 
a) (b) 
Fig. 23. Principio de 
Arquímedes. 
 
 
escorado y determina una dirección YY. El punto A en el cual la línea de 
acción del empuje corta a la línea YY se denomina metacentro, y la 
distancia CA es la distancia metacéntrica. Cuanto mayor es la distancia 
metacéntrica, tanto mayor es la estabilidad del cuerpo flotante. Si la línea 
de acción del empuje corta a la línea YY en un punto situado por debajo de 
C, el cuerpo queda inestable y volcará. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
a) 
 (b) 
Fig. 24. Flotación. 
 
 
 
 
También conocida como Hidrodinámica, la dinámica de fluidos es la ciencia que 
estudia a los fluidos en movimiento y es una de las ramas más complejas de la 
mecánica. 
Las ecuaciones que describen el movimiento de fluidos pueden ser bastante 
complejas, sin embargo, en varios casos el comportamiento de fluidos en movimiento 
puede ser representado por modelos sencillos que permiten un buen análisis. A 
continuación, se describen algunos de estos modelos. 
3.1 Ecuación de continuidad 𝐴1𝑉1 = 𝐴2 𝑉2 Ec. 14 
En un ducto estacionario 
y lleno de fluido lo 
podemos ver como una 
vena o una arteria con 
dos áreas transversales 
de distintos tamaños uno 
en la entrada y otro en la 
salida, el gasto que fluye 
en la entrada es igual al 
gasto que fluye en la 
salida como en la Fig.25. 
Es decir, el volumen 
fluido que entra es igual 
al que sale. 𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛𝑒𝑛𝑡𝑟𝑎𝑑𝑎 = 𝑉𝑜𝑙𝑢𝑚𝑒𝑛𝑠𝑎𝑙𝑖𝑑𝑎 
El volumen de un fluido se calcula como se muestra a continuación. 𝑉 = 𝐴 ∗ 𝑣 ∗ 𝑡 Ec. 15 
Donde: 
V = volumen 
A = área de la sección transversal 
v = velocidad 
t = tiempo de paso 
a) b) 
Fig. 25. Ilustración de la ecuación de continuidad. 
 
 
 
Por lo tanto, podemos hacer lo siguiente: 𝑉1 = 𝐴1 ∗ 𝑣1 ∗ 𝑡 y 𝑉2 = 𝐴2 ∗ 𝑣2 ∗ 𝑡 𝑉1 = 𝑉2 𝐴1 ∗ 𝑣1 ∗ 𝑡 = 𝐴2 ∗ 𝑣2 ∗ 𝑡 Ec. 16 
Podemos cancelar t para simplificar, dado que es el mismo tiempo de ambos 
lados de la ecuación. 
Elaboramos un ejemplo, en el que tenemos un ducto circular y la sección 
transversal de entrada del fluido tiene un radio de 1 metro y una velocidad de 0.8 
metros/segundo, y la sección de salida tiene un radio de 0.5 metros. 
Calcularemos la velocidad en el ducto de radio de 0.5 metros. 
 
Lo que podemos concluir al analizar esta ecuación es que si el volumen es igual 
en la entrada y la salida del ducto de dos distintas áreas transversales, la 
velocidad del fluido en el área más pequeña debe ser mayor que en la sección 
más grande. 
 
3.2 Ecuación de Bernoulli 
La ecuación de Bernoulli dice que en un fluido cuyo flujo es estacionario, la suma 
de las energías cinética, potencial y de presión que tiene el fluido en un punto A 
es igual a la suma de las mismas en energías en cualquier punto B. 
La ecuación de Bernoulli relaciona la presión, la velocidad y la altura de dos 
puntos cualquiera en un fluido con flujo laminar constante con densidad ρ. La 
ecuación de Bernoulli se escribe de esta manera: 
 
 𝑉𝐴22 + 𝑔ℎ𝐴 + 𝑃𝐴𝜌 = 𝑉𝐵22 + 𝑔ℎ𝐵 + 𝑃𝐵𝜌 Ec. 17 
 
 
 
 
Donde: 
v = velocidad 
g = gravedad 
P = presión 
ρ = densidad 
 
Al analizar esta 
ecuación, podemos 
concluir que cuando un 
fluido fluye 
horizontalmente, los 
puntos en los que existe 
mayor velocidad tienen 
menor presión que los 
de menor velocidad. 
Un ejemplo de esto es el corazón, el cual actúa como una bomba que bombea 
la sangre hacia el resto del cuerpo, la sangre se transporta por medio de venas 
y arterias, estas actúan como una red de tuberías de distintos diámetros y se 
encuentran interconectadas, esto permite demostrar que la presión en la sangre 
es la misma en los puntos que están a la misma altura. 
La ecuación de Bernoulli explica cómo la sangre fluye a pesar del roce con las 
paredes de las venas, arterias y capilares, de ella también se puede concluir que 
la suma del calibre de todos los capilares es mayor al calibre de la aorta, y por 
esto se explica que en la aorta la sangre fluye más rápido que en los capilares a 
pesar de que en ellos fluye el mismo flujo, dado que la sangre fluye más rápido 
en secciones más grandes. 
Esto también se observa en el 
sistema respiratorio, donde 
después de que el aire llega a 
los pulmones, el oxígeno es 
transportado por la sangre y 
para repartirlo al resto del 
cuerpo. 
En este caso la ecuación de 
Bernoulli explica la fluidez del 
aire cuando este pasa rozando 
las paredes de la faringe, laringe 
y tráquea, donde el aire tiene mayor fluidez por ser un diametro grande y al pasar 
por los bronquios se usa la ley de Poiseuille, que se explicará a continuación, 
puesto que el aire fluye turbulentamente y busca la mejor ruta para llegar a los 
pulmones y posteriormente a los capilares donde se oxigena la sangre. 
a)b) 
 
Fig. 26. Ilustración de la ecuación de Bernoulli. 
 
Fig. 27. Sangre fluyendo por un vaso 
sanguíneo reducido en tamaño contra 
uno de tamaño normal. 
 
 
 
3.3 Ley de Poiseuille 
Se desarrolló en base a estudios sobre el comportamiento del flujo a través de 
capilares de vidrio, en estos se relacionaba la pérdida de presión con el gasto, 
se representa con la siguiente fórmula: 
 
Fig. 28. Ilustración de la ecuación de Poiseuille. 
 
La ley de Poiseuille permite afirmar que la caída de presión en tubos cilíndricos 
rígidos con flujo laminar es proporcional a la longitud de los mismos y al flujo que 
circula por ellos, e inversamente proporcional a la cuarta potencia del radio. 
La ecuación de Poiseuille se puede simplificar de la siguiente forma: 𝑄 = 𝛥𝑃𝑅 Ec. 18 
Donde: 
Q = flujo 
P = presión 
R = resistencia periférica 
 
Esta fórmula tiene la misma forma que la Ley de Ohm aplicada en circuitos 
electrónicos y permite aplicar los principios de resistencia en serie o paralelo a 
los circuitos hemodinámicos. La hemodinámica estudia los aspectos físicos de 
la circulación sanguínea, como los movimientos de sangre y las fuerzas que los 
impulsan. 
 
 
 
 
 
 
Analizando la ley de Poiseuille llegamos a la 
conclusión que el flujo depende en su mayor parte del 
radio del ducto, ya que, si los demás parámetros 
permanecen constantes, si doblamos el radio, el flujo 
incrementa considerablemente. 
A continuación, demostramos lo concluido en el 
análisis de la ley de Poiseuille, tomando en cuenta las 
propiedades de sangre en un vaso sanguíneo de 1 m 
de longitud y 1mm de radio, con un gradiente de 
presión de 15 mmHg y posteriormente el radio 
disminuye la mitad. 
 
Podemos observar quecuando el radio es de 1 mm el flujo es mayor que cuando 
el radio disminuye a la mitad. 
 
3.4 Número de Reynolds 
El número de Reynolds (Re) es una cantidad numérica adimensional que 
establece la relación entre fuerzas inerciales y viscosas de un fluido en 
movimiento. Depende de la densidad, viscosidad y velocidad del fluido a 
estudiar, además de las dimensiones del ducto por el que circula y aplica para 
cualquier fluido en movimiento. Se puede obtener por medio de la siguiente 
fórmula en ductos circulares: 𝑅𝑒 = 𝐹𝑢𝑒𝑟𝑧𝑎𝑠 𝐼𝑛𝑐𝑒𝑟𝑐𝑖𝑎𝑙𝑒𝑠𝐹𝑢𝑒𝑟𝑧𝑎𝑠 𝑣𝑖𝑠𝑐𝑜𝑠𝑎𝑠 = 𝜌∗𝐷∗𝑣𝜇 = 𝑣∗𝐷𝑉 Ec. 19 
 
Para ductos no circulares se ocupa una estimación de diámetro, llamada diámetro 
hidráulico por medio de la siguiente fórmula: 𝐷ℎ = 4𝐴𝑐𝑝 Ec. 20 
Donde: 
 
Fig. 29. Comparación 
entre un circuito 
hemodinámico y uno 
eléctrico. 
 
 
Dh = diámetro hidráulico 
Ac = área de la sección transversal 
P = perímetro mojado 
El número de Reynolds es 
necesario para determinar 
con qué tipo de fluido se está 
trabajando, ya sea laminar o 
turbulento su diferencia se 
puede a preciar en la Fig. 30. 
El flujo laminar sucede 
cuando Re<2000, se dice 
que es laminar porque se 
comporta como si fueran 
capas infinitas que se 
deslizan unas sobre otras sin 
mezclarse, tal como se 
muestra en la Fig. 30. 
Cuando la sangre tiene un flujo 
laminar, la velocidad del flujo en el centro del vaso es mayor que en las paredes 
del vaso, esto pasa gracias a que las moléculas tocan la pared cuando se 
mueven por la adherencia a la pared del vaso, las capas se deslizan una sobre 
otra, de forma que el líquido en el centro se mueve con mayor velocidad. 
Por otro lado, el flujo turbulento ocurre cuando Re>4000, este se produce cuando 
el fluido se desplaza con cambios de velocidad, trayectorias irregulares y las 
fuerzas inerciales dominan, podemos observar su comportamiento en la Figura 
30. Cuando el flujo es turbulento la sangre se desplaza hacia todas las 
direcciones, mezclándose dentro del vaso, este tipo de flujo produce vibraciones 
que son de interés que son indicadores de diversas anomalías en el flujo 
sanguíneo. 
En los valores de Re que son mayores a 2000 pero menores a 4000 se dice que 
hay un estado de transición de flujo laminar a turbulento. 
 
 Ejercicio de aplicación : 
1.- Determina el NRE (número de Reynolds) de un flujo de aire que 
se encuentra a temperatura ambiente a través de la tráquea con una 
inspiración de 2.25 s. 
 
Datos: 
 
(a)
 
(b)
 
Fig. 30. Comportamiento de flujo laminar (a) 
y turbulento (b). 
 
 
 
𝐷 = 2.5 𝑐𝑚 = 0.025 𝑚 𝐿 = 15 𝑐𝑚 = 0.15 𝑚 𝑉(𝑖𝑛𝑠𝑝𝑖𝑟𝑎𝑐𝑖ó𝑛) = 0.5 𝑙𝑡 = 0.0005 𝑚3 ⍴𝑎 = 998 𝑘𝑔/𝑚3 𝑎 20 °𝐶 𝜂𝑎 = 0.001 𝑘𝑔/𝑚𝑠 𝑡 = 2.25 𝑠 
 
Fórmula: 
 𝑄 = 𝑉/𝑡 𝑉 = 𝐴 ∗ 𝐿 𝑣 = 𝐿/𝑡 ∴ 𝑄 = 𝐴 ∗ 𝑣 
 𝑁𝑅𝐸 = (𝐷 ∗ 𝑣 ∗ ⍴)/𝜂 
Solución: 𝑄 = 0.5/2.25 = 0.00022 𝑚3 𝐴(𝑡𝑟á𝑞𝑢𝑒𝑎) = 4.91𝑥10−4 𝑚2 𝑣 = 0.00022 𝑚3/4.91𝑥10−4 = 0.448065 𝑚/𝑠 𝑁𝑅𝐸 = (0.025 ∗ 0.448065 ∗ 998)/(0.001) 𝑁𝑅𝐸 = 749.3265 (𝑎𝑑𝑖𝑚𝑒𝑛𝑠𝑖𝑜𝑛𝑎𝑙) 
3.5 Redes de Tuberías 
Se le llama una red de tuberías cuando un fluido va de un punto hacia distintos 
destinos, esto es lo mismo que ocurre dentro del cuerpo humano, ya que la 
sangre se transporta desde el corazón hacia las células de todo el cuerpo. 
Las redes de tuberías se dividen en ramas o tramos, que van de un nodo hacia 
otro. Los nodos se producen en todos los puntos donde la tubería se subdivide 
en dos o más, pudiéndose añadir nodos adicionales en los cambios de sección 
para facilitar el cálculo. 
Cada nodo debe cumplir la ecuación de continuidad, y en cada tramo, entre dos 
nodos, se cumple la ecuación de Bernoulli, estas ecuaciones se describieron 
anteriormente. 
 
 
El caso más sencillo de sistemas de tuberías ramificadas es cuando se tienen 3 
tramos, como en la Figura 31. 
Este sistema se define por un sistema de 
4 ecuaciones, donde suponemos que el 
diámetro de la tubería es constante, por 
lo cual en la ecuación de Bernoulli 
generalizada las velocidades se 
cancelan. 𝑃1 − 𝑃2𝜌𝑔 + 𝑧1 − 𝑧2 + ℎ𝑤 = ℎ𝐿12 = 𝑅12𝑄122 𝑃2 − 𝑃3𝜌𝑔 + 𝑧2 − 𝑧3 = ℎ𝐿23 = 𝑅23 𝑄232 𝑃2 − 𝑃4𝜌𝑔 + 𝑧2 − 𝑧4 = ℎ𝐿24 = 𝑅24 𝑄242 𝑄12 = 𝑄23 + 𝑄24 Ec. 21 
Deberá resolverse entonces este sistema de cuatro ecuaciones, en donde se 
pueden tener hasta 4 incógnitas. El problema más común para este tipo de 
configuraciones de tubería consiste en determinar la tubería y la potencia de la 
bomba en función de los caudales requeridos en los puntos 3 y 4. 
Como podemos observar, este método es idéntico a la forma en la que 
resolvemos circuitos electrónicos por método de nodos, y al identificar esto 
podemos notar que el cuerpo humano tiene muchas características similares a 
las de los circuitos electrónicos, y por esta razón se pueden llevar a cabo las 
diversas analogías biomecánicas que se presentan más adelante en el 
documento. 
 
 
Fig. 31. Ejemplo más sencillo de 
una red de tuberías. 
 
 
 
 
 Organización general del aparato circulatorio
 
Fig. 32. Diagrama de aparato circulatorio. 
4.1 Morfología del corazón 
El corazón se divide en cuatro cámaras o cavidades cardíacas, dos superiores 
atrios o aurículas y dos inferiores o ventrículos. Los atrios reciben la sangre del 
sistema venoso, pasan a los ventrículos y desde ahí salen a la circulación 
arterial. 
El atrio derecho y el ventrículo derecho forman el corazón derecho. Recibe la 
sangre que proviene de todo el cuerpo, que desemboca en el atrio derecho a 
través de las venas cavas, superior e inferior. 
El atrio izquierdo y el ventrículo izquierdo forman el corazón izquierdo. Recibe la 
sangre de la circulación pulmonar, que desemboca a través de las cuatro venas 
pulmonares a la porción superior de la aurícula izquierda. Esta sangre está 
oxigenada y proviene de los pulmones. El ventrículo izquierdo la envía por la 
arteria aorta para distribuirla por todo el organismo. 
 
 
El tejido que separa el corazón derecho del izquierdo se denomina septo o 
tabique. Funcionalmente, se divide en dos partes no separadas: la superior o 
tabique interauricular, y la inferior o 
tabique interventricular. Este último es 
especialmente importante, ya que por él 
discurre el fascículo de His, que permite 
llevar el impulso eléctrico a las partes más 
bajas del corazón. 
4.2 Fisiología del corazón 
Cada latido del corazón desencadena 
una secuencia de eventos llamados 
ciclos cardíacos. Cada ciclo consiste 
principalmente en tres etapas: sístole 
auricular, sístole ventricular y diástole. 
El ciclo cardíaco hace que el corazón 
alterne entre una contracción y una 
relajación aproximadamente 75 veces 
por minuto; es decir, el ciclo cardíaco 
dura unos 0,8 segundos. 
Durante la ''sístole auricular", las aurículas se contraen y proyectan la sangre 
hacia los ventrículos. Una vez que la sangre ha sido expulsada de las aurículas, 
las válvulas auriculoventriculares (ubicadas entre las aurículas y los ventrículos) 
se cierran. Esto evita el reflujo (en retorno o devolución) de sangre hacia las 
aurículas. 
El cierre de estas válvulas produce el sonido familiar del latido del corazón. Dura 
aproximadamente 0,1 de segundo. 
La ''sístole ventricular'' implica la contracción de los ventrículos expulsando la 
sangre hacia el sistema circulatorio. Una vez que la sangre es expulsada, las 
dos válvulas sigmoideas, la válvula pulmonar en la derecha y la válvula aórtica 
en la izquierda, se cierran. Dura aproximadamente 0,3 segundos. 
Por último la ''diástole'' es la relajación de todas las partes del corazón para 
permitir la llegada de nueva sangre. Dura aproximadamente 0,4 segundos. 
En el proceso se pueden escuchar dos golpecitos: 
● El de las válvulas al cerrarse (mitral y tricúspide). 
● Apertura de la válvula sigmoidea aórtica. 
El movimiento se hace unas 70 veces por minuto. 
La expulsión rítmica de la sangre provoca el pulso que se puede palpar 
 
Fig.33. Representación de la 
morfología del corazón 
 
 
 
en las arterias: arteria radial, arteria carótida, arteria femoral, etcétera. 
Si se observa el tiempo de contracción y de relajación se verá que las aurículas 
están en reposo aproximadamente 0,7 de segundo y los ventrículos unos 0,5 de 
segundo. Eso quiere decir que el corazón pasa más tiempo en reposo que en 
trabajo. 
4.3 Histología del corazón 
Las capas del corazón son los tejidos 
que conforman la pared de este órgano 
y son el endocardio, miocardio y 
pericardio. Los textos científicos 
sugieren que estas tres capas son 
semejantes a las capas de los vasos 
sanguíneos, conocidas como túnica 
íntima, media y adventicia, 
respectivamente. 
 
 
 
 
Fig. 34. Representación del ciclo cardíaco 
 
Fig. 35. Diagrama de la pared del 
corazón humano. Fuente: BruceBlaus. 
Medical gallery of Blausen Medical 
2014. Wikimedia Commons 
 
 
De adentro hacia afuera el corazón presenta las siguientes capas: endocardio, 
miocardio y pericardio. 
4.2.1 Endocardio 
El endocardio está formado por un epitelio simple llamado endotelio. Este 
se halla soportado por capas subendoteliales internas y externas de tejido 
conjuntivo denso o suelto, respectivamente. El endotelio forma una lámina 
continua con el revestimiento endotelial de los vasos sanguíneos. 
Debido a que el endocardio reviste las estructuras internas del corazón, 
incluidas aurículas y ventrículos, este siempre está en contacto con la 
circulación sanguínea. 
El grosor del endocardio varía a lo largo de las distintas estructuras del 
corazón, siendo más delgado el endocardio de los ventrículos que el de las 
aurículas. 
A pesar de que el endocardio es una capa muy delgada de tejido, cumple 
tres funciones importantes para el sistema cardiovascular: 
● El endocardio proporciona una superficie lisa para el interior del 
corazón. Esta superficie lisa permite que la sangre fluya libremente a 
lo largo de los tejidos. 
● El endocardio juega un papel fundamental en los latidos del 
corazón al contener las fibras de Purkinje, ayudan a transmitir las 
señales eléctricas a todo el corazón. Esta electricidad ayuda a que los 
músculos del corazón se contraigan: es lo que hace que el corazón 
lata. 
● El endocardio forma pliegues adicionales alrededor de las 
válvulas del corazón (atrio-ventriculares y semilunares), lo que ayuda 
a que las válvulas sean más fuertes y funcionen mejor. 
 
4.2.2 Miocardio 
El miocardio es la capa media de la pared del corazón, es decir, es la capa 
que se encuentra entre el endocardio y el epicardio, y es la más gruesa de 
las tres. 
En esta capa se encuentran las células del músculo cardíaco que hacen 
posible la contracción y la relajación de las aurículas y los ventrículos 
durante el bombeo de la sangre desde y hacia el resto de los tejidos 
corporales. 
En el miocardio, las células musculares están dispuestas en espirales 
alrededor de los orificios de las cámaras y tienen diferentes funciones. 
 
 
 
Unas de ellas se encargan de la fijación de la capa muscular al esqueleto 
cardíaco fibroso, mientras que otras participan de la secreción de 
hormonas y otras son las que se encargan de la generación o la conducción 
de los impulsos eléctricos que estimulan la contracción. 
Las células más numerosas e importantes de la capa miocárdica son los 
miocitos cardíacos, que tienen a su cargo la contracción secuencial de las 
cámaras cardíacas para el bombeo de sangre o gasto cardíaco. 
4.2.3 Epicardio 
El epicardio es la capa más externa del corazón; en algunos textos se le 
conoce también como la “capa visceral del pericardio” y está compuesta 
por un epitelio escamoso simple denominado mesotelio. 
Entre el epicardio y el miocardio se encuentra un espacio conocido como 
el “subepicardio” o espacio “subepicardial” donde pueden encontrarse 
muchas células mesenquimales. 
Esta capa contribuye al almacenamiento de grasa sobre el tejido cardiaco 
y en la porción subepicárdica se encuentran muchos vasos coronarios, 
ganglios y células nerviosas. Además, el epicardio actúa como fuente 
importante de señales tróficas que ayudan a mantener el desarrollo, el 
crecimiento y la diferenciación continua del corazón durante el desarrollo. 
En las raíces de los vasos que entran y salen del corazón, el epicardio 
(pericardio visceral) se continúa con la capa serosa del pericardio parietal. 
Ambas capas encierran la cavidad pericárdica, que contiene una pequeña 
cantidad de líquido seroso que lubrica la superficie externa del epicardio y 
la superficie interna del pericardio parietal. 
4.3.1 Regulación de la actividad cardiaca 
La actividad cardíaca varía significativamente desde un estado de reposo 
a un estado de gran actividad o ejercicio físico. Frecuencias cardíacas de 
reposo entre las 50-60 pulsaciones por minuto, pueden triplicarse y hasta 
cuadruplicarse en condiciones de actividad muscular intensa. Cualquier 
aumento en la demanda de oxígeno y de nutrientes por parte de la 
musculatura esquelética, se refleja inmediatamente en la actividad 
cardíaca, producto de una regulación muy fina que involucra mecanismos 
intrínsecos del corazón, nerviosos y humorales-hormonales. 
 
 
 
 
 
4.3.2 
Mecanismo heterométrico en la regulación de la fuerza contráctil del 
corazón 
EL mecanismo heterométrico que regula la fuerza de las contracciones 
cardíacas, está relacionado con las diferentes longitudes que adoptan las 
fibras miocardiales, en dependencia de la magnitud del retorno venoso. De 
una manera automática, el corazón está obligado a bombear toda la sangre 
que le regresa a sus cavidades por las grandes venas cavas (corazón 
derecho) y por las venas pulmonares (corazón izquierdo). Al regreso de la 
sangre al corazón, una vez se hayan recorrido los circuitos menor 
(pulmonar) y mayor, se le denomina retorno venoso. 
Este mecanismo también se conoce como la Ley de Frank Sterling o 
simplemente Ley del corazón la cual dice: "Hasta ciertos límites fisiológicos, 
el corazón está en capacidad de bombear toda la sangre que le llega del 
retorno venoso, sin producir estancamiento". La importancia de la ley del 
corazón, se refleja en el cuadro patológico denominado edema pulmonar, 
producido por la insuficiencia del corazón izquierdo. 
4.3.3 Mecanismo nervioso de regulación de la función cardíaca 
El mecanismo heterométrico, ya mencionado, regula ante todo la fuerza de 
la contracción cardíaca, es decir influye sobre la propiedad inotrópica del 
corazón. Además de ésta, existe la propiedad cronotrópica, relacionada 
con la frecuencia de las contracciones cardíacas. Ciertos mecanismos 
reguladores pueden provocar un efecto cronotrópico positivo (aumento de 
 
Fig. 36. Regulación cardiaca. 
 
 
 
la frecuencia cardíaca) o un efecto cronotrópico negativo (disminución de 
la frecuencia cardíaca). Igualmente los efectos positivos y negativos se 
presentan en relación con la propiedad inotrópica del corazón. 
4.3.4 Regulación humoral - 
hormonal 
Sustancias que viajan por la 
sangre también participan en la 
regulación de la actividad 
cardíaca. Las hormonas 
denominadas catecolaminas 
(adrenalina y noradrenalina), 
producidas por la médula 
suprarrenal, refuerzan la 
actividad de la sección 
simpática del sistema nervioso 
vegetativo. Lo anterior significa que producen efectos crono e inotrópicos 
positivos sobre las funciones del corazón. Hay que recordar que la 
adrenalina es conocida como la hormona de la alarma, responsable de 
muchos de los cambios funcionales, en momentos cuando el organismo se 
encuentra en un estado de estrés (reacción de ataque o de huir, ejercicio 
físico muy intenso). 
El corazón también responde a la influencia de la tiroxina, hormona 
secretada por la glándula tiroides. Una disminución de dicha hormona 
puede disminuir la contractilidad del miocardio. Así mismo, la actividad 
cardíaca se ve muy influenciada por los cambios en las concentraciones de 
los iones de calcio y potasio en la sangre. No envano, se habla de la 
regulación extracardial de los iones de calcio sobre la actividad cardíaca. A 
diferencia de la fibra del músculo esquelético, cuyo calcio proviene 
exclusivamente de las cisternas del retículo sarcoplásmico, la fibra 
miocardial puede verse afectada por el calcio "extra-cisterna". 
Un aumento en las concentraciones de ambos iones en sangre (calcio y 
potasio), provocan al inicio, efectos crono e inotrópicos positivos sobre la 
función cardíaca. Un aumento sostenido de los iones en mención, por el 
contrario, efectos crono e inotrópicos negativos. Un debilitamiento de la 
función cardíaca se produce con una disminución significativa del calcio en 
la sangre. 
4.3.5 Sistema Vascular 
El sistema cardiovascular es un conjunto complejo de vasos sanguíneos 
que transportan substancias entre las células y la sangre, y entre la sangre 
y el medioambiente. Sus componentes son el corazón, los vasos 
sanguíneos y la sangre. 
 
Fig. 37. Mecanismo de regulación 
cardiovascular. 
 
 
Las funciones del sistema cardiovascular son: 
● Distribuir oxígeno y nutrientes hacia los tejidos del cuerpo. 
● Transportar dióxido de carbono y productos metabólicos de desecho 
desde los tejidos hacia los pulmones y los órganos excretores. 
● Contribuir con el funcionamiento del sistema inmune y con la 
termorregulación. 
 
 
4.4 Los vasos sanguíneos 
Los vasos sanguíneos (arterias, 
capilares y venas) son conductos 
musculares elásticos que 
distribuyen y recogen la Sangre de 
todos los rincones del cuerpo. Se 
denominan arterias a aquellos 
vasos sanguíneos que llevan la 
sangre, ya sea rica o pobre en 
oxígeno, desde el corazón hasta los 
órganos corporales. Las grandes 
arterias que salen de los ventrículos 
del Corazón van ramificándose y 
haciéndose más finas hasta que 
por fin se convierten en capilares, vasos tan finos que a través de ellos se realiza 
el intercambio gaseoso y de sustancias entre la sangre y los tejidos. Una vez 
que este intercambio sangre-Tejidos a través de la red capilar, los capilares van 
reuniéndose en vénulas y venas por donde la sangre regresa a las aurículas del 
corazón. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Fig. 38. Sistema Vascular a través del 
cuerpo. 
 
Fig. 39. Vasos sanguíneos. 
 
 
 
4.5. Presión arterial 
La presión arterial (PA) es la fuerza de la sangre que sale desde el corazón, y 
es necesaria para que la sangre sea distribuida y llegue a todas las células del 
organismo para llevar el oxígeno y los nutrientes que necesitan para funcionar 
correctamente. 
La presión arterial es también llamada presión sanguínea o tensión arterial y está 
influenciada por múltiples factores, por ello cambia a lo largo del día y de la 
noche. En cada ciclo cardiaco existe una contracción (sístole) que da lugar a la 
presión sistólica (que es más alta) y una relajación (diástole) que da lugar a la 
presión diastólica (que es más baja). Estos valores son los que se utilizan para 
medir la presión arterial y determinar si una persona está fuera de los niveles 
normales de presión sanguínea. 
La presión arterial se mide en milímetros de mercurio (mmHg). 
La presión arterial normal para adultos o personas mayores de 18 años está en 
el rango de entre 90/60 mmHg y 130/85 mmHg. 
4.6 Patología del aparato circulatorio 
Enfermedades congénitas son 
aquellas con las cuales viene el 
ser humano desde su 
nacimiento, y se originan 
cuando en el feto se comienza a 
desarrollar el corazón, mientras 
que las enfermedades 
adquiridas se desarrollan 
después del nacimiento y se 
dividen en valvulares y 
coronarias. 
4.6.1 Enfermedades congénitas 
Son aquellas con las cuales 
viene el ser humano desde su 
nacimiento, y se originan 
cuando en el feto se 
comienza a desarrollar el 
corazón. Este proceso se 
inicia con la formación de un 
simple tubo contorsionado en 
forma de S, el cual, hacia la 
cuarta semana de gestación, 
se divide en cinco segmentos, 
Clasificación de valores de la Presión 
Arterial 
Categoría Sistólica 
(mmHg) 
Diastólica 
(mmHg) 
Hipotensión Menos de 90 Menos de 
60 
Normal 0-120 60-84 
Prehipertens
ión 
134-139 60-89 
Hipertensión 
Grado 1 
140-159 90-99 
Hipertensión 
Grado 2 
160-179 100-109 
Hipertensión 
Grado 3 
Menos de 
179 
Más de 109 
Hipertensión 
Sistólica 
Aislada 
Más de 139 Menos de 
190 
Tabla 3. Presión arterial en adultos 
 
 
y alrededor de la octava semana ya prácticamente tiene la mayor parte de 
sus características definitivas. 
Sin embargo, puede ocurrir que este órgano no se desarrolle 
adecuadamente y presente malformaciones que repercutirán en un 
inadecuado funcionamiento. Esto puede deberse a una enfermedad de la 
madre, como la rubéola o la diabetes mal controlada, por anormalidades 
cromosómicas o por efectos secundarios de ciertos medicamentos. 
Dichas causas pueden provocar fallas como estrechez de la aorta, que 
produce una disminución en el flujo sanguíneo; tabique interauricular 
defectuoso, que permite un flujo excesivo de sangre hacia los pulmones; 
tetralogía de Fallot, un grupo de cuatro defectos cardíacos; y tabique 
interventricular defectuoso, que permite el bombeo de demasiada sangre a 
presión a los pulmones. 
4.6.2 Enfermedades adquiridas 
Las enfermedades adquiridas se desarrollan después del nacimiento y se 
dividen en valvulares y coronarias. Estas últimas también se denominan 
isquémicas, porque la causa de la dolencia es la escasa presencia de 
sangre en el corazón. 
La estenosis o válvula demasiado estrecha (esta enfermedad también 
puede ser de origen congénito) se encuentra dentro de las enfermedades 
valvulares, así como la incompetencia o insuficiencia, que es un estado en 
que las válvulas no pueden cerrarse adecuadamente por un problema 
coronario o una infección. 
En las enfermedades isquémicas del corazón puede morir, ya que no recibe 
el suficiente oxígeno y nutrientes. El responsable de esta complicación es 
el ateroma, un depósito graso que se va creando como consecuencia de la 
enfermedad arteroesclerótica, la que estrecha y endurece las arterias. Esto 
provoca una sobreexigencia al corazón, quien debe bombear con más 
energía de lo normal. Otras afecciones que deben considerarse son: 
● Infarto al miocardio: una parte o todo el corazón deja de funcionar debido 
a la interrupción del aporte sanguíneo, ya que se obstruye una arteria 
coronaria que lleva sangre al músculo cardíaco. Como consecuencia, el 
músculo cardíaco es incapaz de mantener una circulación adecuada a 
causa de su poca fuerza motriz. 
● Arritmias: son alteraciones eléctricas que generan ritmos cardíacos 
irregulares. 
● También es importante mencionar dentro del estudio del sistema 
circulatorio las enfermedades que afectan a la sangre, algunas de las 
cuales son las siguientes: 
 
 
 
● Anemia (escasez o falta de glóbulos rojos): puede deberse a la falta de 
hierro o vitamina B12. 
● Leucemia: es la excesiva producción de leucocitos y la alteración en la 
generación tanto de plaquetas como de hematíes. También se conoce 
como cáncer de la sangre. 
● Hemofilia: enfermedad hereditaria que se caracteriza por hemorragias 
incontrolables. Se presenta sólo en los varones. 
4.6.3 Características Funcionales del aparato circulatorio 
El aparato cardiovascular tiene las mismas funciones básicas descritas 
para la sangre ya que es el aparato donde ésta va a ser transportada: 
● Transporte de nutrientes a las células de los tejidos. 
● Transporte de productos de desecho metabólicos. 
● Participación en mecanismos homeostáticos como la regulación de la 
temperatura, regulación del equilibrio hídrico, etc. 
● Participación en la defensa y comunicación en el organismo, 
transportando células y moléculas de defensa y hormonas. 
● Participación en la reproducción al proporcionar el mecanismo de 
erección del pene. Estas importantes funciones se llevan a cabo por las 
dos piezas que componen este aparato: el corazón, que actúa como bomba 
impelente-aspirante, y una red de distribución constituidapor los vasos 
sanguíneos. 
 
 
 
5.1 Componentes de la sangre 
Los componentes de la sangre se pueden concentrar en 3 grandes grupos que son: 
plasma, elementos figurados y las plaquetas. Dentro de estas divisiones están las 
subdivisiones donde se encuentran todos los elementos que conforman el torrente 
sanguíneo. 
5.1.1 Plasma 
Líquido acuoso conformado por 91.5% agua y 8.5% en solutos de los cuales 7% 
son proteínas (albúmina 54%, globulinas 38%, fibrinógeno 7%, otras 1%) y 1.5% 
son otros componentes (electrolitos, nutrientes gases enzimas, hormonas, 
amortiguadores, vitaminas, productos de desecho). 
5.1.2 Elementos figurados 
En los elementos figurados 
encontramos básicamente a los 
glóbulos rojos o eritrocitos y los 
glóbulos blanco o leucocitos. En este 
grupo están los anticuerpos que son 
los encargados del sistema 
inmunológico del cuerpo, también 
tenemos a las proteínas que le dan 
el color rojo a la sangre, son las 
proteínas que reparten el oxígeno a 
todos los órganos y tejidos. 
Los eritrocitos ocupan el 40% del 
volumen de la sangre, contienen la hemoglobina, que se encuentra en los 
hematíes, proteína que le da el color rojo al cuerpo. 
En los leucocitos encontramos varios elementos, son los agentes de defensa del 
cuerpo y por cada glóbulo blanco hay entre 600 y 700 glóbulos rojos. La 
subdivisión de los leucocitos se divide en 2, granulocitos y no granulocitos. En los 
granulocitos están los basófilos, los cuales se encargan de las reacciones alérgicas, 
están los neutrófilos, que son los que más numerosos son; se encargan de las 
 
Fig. 40. Muestra de sangre, separación de 
componentes. 
 
 
 
infecciones de bacterias y hongos. Los eosinófilos participan en las reacciones 
alérgicas, eliminan a las células cancerígenas y destruyen a los parásitos. 
En los no granulocitos se encuentran los linfocitos con tres grupos principales. Los 
linfocitos T, los linfocitos citolíticos naturales y los linfocitos B. Defienden al 
organismo infecciones víricas y destruyen algunas células cancerígenas. Las 
células B se convierten en células plasmáticas y producen anticuerpos. 
También en los no granulocitos están los monocitos, estos glóbulos blancos se 
encargan de comerse a las células muertas o dañadas, además participan en la 
defensa contra agentes infecciosos. 
 
Fig. 41. Leucocitos. 
5.1.3 PLAQUETAS 
Las plaquetas o trombocitos son partículas parecidas a las células, tienen una 
forma de disco ovalado y son corpúsculos incoloros y su periodo de vida es de 7 a 
9 días. Son las encargadas de la coagulación de la sangre, cuando existe una 
abertura esta se juntan para formar un tapón que sella el vaso sanguíneo. La 
hemostasia se refiere a la detención del flujo producido en la lesión de un capilar 
sanguíneo. 
 
 
 
 
 
5.1.4 Otros componentes 
El hierro es un componente muy 
importante de la hemoglobina, 
ocupa un 75% de la composición de 
esta proteína. 
La glucosa es la principal fuente de 
energía del cuerpo y se esparce al 
cuerpo por medio de la sangre a 
través de la hemoglobina. 
Los desechos que genera el cuerpo también corren por la sangre hasta llegar a los 
riñones, donde se filtran y se expulsan en forma de orina. 
El oxígeno y el dióxido de carbono también viajan por la sangre. El oxígeno entra 
a través del sistema respiratorio, el mismo que expulsa el dióxido de carbono. 
5.2 Funciones de la sangre 
5.2.1 Transporte 
Capta las sustancias alimenticias y el oxígeno en los sistemas digestivo y 
respiratorio, y los libera en las células de todo el cuerpo. Transporta el CO2 desde 
las células hasta los pulmones para ser eliminado. Recoge los desechos de las 
células y los deja en los órganos excretores. Capta hormonas y las lleva a sus 
órganos blanco. Transporta enzimas, amortiguadores y otras sustancias 
bioquímicas. 
5.2.2 Regulación 
Realiza la función de la regularización del pH mediante las sustancias 
amortiguadoras. Además, regula la temperatura corporal, ya que puede absorber 
grandes cantidades de calor sin que aumente mucho su temperatura, y luego 
transferir este calor absorbido desde el interior del cuerpo hacia su superficie, en 
donde se disipa fácilmente. Mediante la presión osmótica, regula el contenido de 
agua de las células, por interacción de los iones y proteínas disueltos. 
5.2.3 Protección 
Mediante la coagulación se evita la pérdida excesiva de sangre. Mediante la 
fagocitosis y la producción de anticuerpos protege contra las enfermedades. 
 
 
Fig. 42. Coagulación de la sangre. 
 
 
 
PROYECTO DE APLICACIÓN MODELO SISTEMA CARDIO VASCULAR 
Un gran ejemplo de aplicación académica para entender el sistema 
cardiovascular 
Parámetros a consideración 
El tema anteriormente explicado se toma como base para el desarrollo y 
representación física del sistema, en donde de igual forma se emplea un 
mecanismo para simbolizar su funcionamiento. De esta manera, se entiende 
de mejor forma la composición y funcionamiento del sistema en cuestión. 
Es importante tomar en cuenta que la elaboración del proyecto únicamente 
es una representación y cumple con los parámetros requeridos para el 
mismo, como son: 
● Ubicación de cada una de las partes del sistema. 
● Mecanismo de implementación directamente relacionado con el 
funcionamiento. 
● Conocimiento de las variables que influyen dentro del mecanismo. 
● Modelo en conjunto y respectiva distribución. 
Diagrama de diseño 
Se comenzó por realizar un esbozo de la ubicación y tamaño de cada parte 
que conforma al corazón, teniendo una referencia para situar correctamente 
cada sector, de esta manera se utilizó el primer esbozo como base para 
generar en las paredes internas del corazón. 
Después de tener mejor situado cada espacio, se generó cada parte de 
manera individual, haciendo énfasis en cada lado con la diferencia de 
colores, siendo azul para el derecho y rojo para el izquierdo. Posterior a ello, 
se comenzó a colocar dichas cámaras en su respectiva posición dentro del 
corazón hasta cubrir cada parte necesaria de este que se requiera para 
representarlo. 
 
 
 
Por otro lado, se implementó un modelo para la 
representación física funcional del sistema, en el 
cual se implementaron mangueras para suplir el 
funcionamiento de las cámaras cardiovasculares 
que se introdujeron en los orificios específicos 
del modelo de representación física para el 
corazón, con su respectivo lado derecho e 
izquierdo. 
Dentro de este modelo se implementaron 
bombas de agua para realizar el funcionamiento 
de bombeo dentro del mecanismo, a partir de 
ello se conectaron adecuadamente las cámaras, 
generando un circuito cerrado en el cual se 
cumpla continuamente el ciclo completo de flujo 
sanguíneo. 
Diseño de un código de para modelo de 
sistema cardiaco 
En cuestión de codificación podemos simplificar 
mucho la emulación de la sístole y de la diástole, 
con un módulo de relevadores, un Arduino uno, 
bomas de 5 volts y unas baterías doble A 
podemos armar un circuito sencillo. Sin embargo 
la parte interesante viene en el código. 
pues bien sabemos que todo el flujo está 
regulado por la sístole y la diástole, de este 
proceso depende el número de pulsaciones por 
minuto, aunque debemos de aclarar que existe 
una media de duración de estos dos conceptos, 
usaremos ese mismo valor promedio para 
nuestra 
 
Fig. 43. Representación física 
del sistema 
cardiocirculatorio. 
 
Fig. 44. Representación 
física adicional del sistema 
cardiocirculatorio. 
 
 
 
codificación. Como podemos ver a continuación: 
//Asignación de puertos 
int RELEVADOR_1=2; //Relecador IN 1 del modulo - ventriculo -auricula 
derecha 
int RELEVADOR_2=4; //Relevador IN 2 del modulo - ventriculo -auricula 
izquierda 
//Valores 
int FC=72 ;//Frecuencia cardiaca [ciclos/minuto] 
//int CICLO=0; 
int DIASTOLE=500; // Llenado de la camara [valor / 1000 = segundos]int SISTOLE=300; // Eyeción de la camara [valor / 1000 = segundos] 
void setup() { 
 pinMode(RELEVADOR_1,OUTPUT); 
 pinMode(RELEVADOR_2,OUTPUT); 
} 
//calculo CICLO=DIASTOLE+SISTOLE; 
void loop() { 
 //Encendeido del relevador 1 
 digitalWrite(RELEVADOR_1,LOW); 
 //Encendeido del relevador 2 
 digitalWrite(RELEVADOR_2,LOW); 
 delay(SISTOLE); // tiempo de espera 
 //Apagado del relevador-1 
 digitalWrite(RELEVADOR_1,HIGH); 
 //Apagado del relevador-1 
 digitalWrite(RELEVADOR_2,HIGH); 
 delay(DIASTOLE); } 
 Si variamos estos valores podremos ver como el relevador va a variar la velocidad de 
apertura y cierre y por consiguiente veremos en la aplicación de la maqueta un cambio de 
velocidad del flujo sanguíneo 
 
Fig. 45. Conexión completa 
del sistema cardiocirculatorio. 
 
 
 
En la actualidad (año 2020) se ha estado viviendo una problemática a 
nivel mundial. La enfermedad del Covid-19 ha afectado a una gran parte 
de la población mundial; siendo las personas con déficits respiratorios 
como la enfermedad pulmonar obstructiva crónica las que tiene mayor 
índice de mortalidad. 
Este dato ha incitado a que los países y sus instituciones se den a la 
tarea de desarrollar dispositivos médicos que favorezcan la respiración 
correcta de los pacientes a los que por la enfermedad perdieron 
capacidad para realizar el ciclo de la respiración. 
En México, muchas universidades realizaron sus propuestas de 
ventiladores mecánicos para ayudar a todos los enfermos por el virus, 
pero por desgracia todos fueron descartados por la COFEPRIS 
(Comisión Federal para la Protección contra Riesgos Sanitarios) ya que 
no cumplían con todos los requerimientos que se piden para poder ser 
utilizados en los hospitales del país. 
Su principal error fue no informarse de las condiciones que el gobierno 
les pedía, eso quiere decir que también contaban con carencias en su 
funcionalidad, haciendo notar su falta de investigación y conocimiento 
del sistema respiratorio. 
En este apartado se aborda la anatomía, biomecánica y por lo tanto la 
fisiología del sistema respiratorio. Al mismo tiempo se presentarán 
propuestas de ventiladores mecánicos que cumplan con los requisitos 
para ser usados en pacientes reales. 
Por cuestiones de contingencia el llevar a fabricación los modelos 
presentados no será posible, por lo tanto, todo lo presentado es sólo 
ideas por el momento. 
Los objetivos principales de la respiración fisiológicamente hablando son los 
siguientes 
■ Proporcionar oxígeno y eliminar el CO2 
■ Regular la ventilación y ventilar los pulmones 
■ Transportar oxígeno hacia la sangre y expulsar el CO2 de los líquidos 
corporales y la sangre. 
FISIOLOGÍA DEL APARATO 
 
 
 
Estos objetivos se logran mediante las fases de inspiración y espiración que 
segmentariamente cumplen estas funciones pasando por las siguientes estructuras 
A. Nariz 
Estructura inicial del sistema respiratorio el aire inhalado y pasa por 
esta estructura donde es calentado a 37°C y se humedece a lo largo 
de esto. 
B. Faringe 
Su longitud es de 12 a 15 cm y es un tubo que va de la boca al esófago, 
esta estructura conduce los alimentos hacia el esófago y el aire a la 
laringe. 
C. Laringe 
Estructura que conduce a la tráquea. Contiene las cuerdas vocales y su 
longitud ronda entre los 5 a 7 cm 
D. Tráquea 
 Llega a medir entre 10 y 15 cm con un diámetro de 2.5 cm Serie 
de anillos cartilaginosos en forma de c unidos por fibras musculares y 
vestido por cilios 
E. Árbol bronquial 
Los bronquios principales son dos tubos que se dirigen hacia abajo y 
se subdividen en bronquios lobulares (2 del lado izquierdo y 3 en el 
derecho). Cada bronquio lobular se subdivide en bronquio 
segmentario (cada uno contiene sus propia arteria y vena segmentario) 
. A su vez se subdividen en bronquiolos y se ramifican en tubos 
pequeños hasta formar los bronquiolos terminales. Al mismo tiempo 
se subdivide hasta formar los bronquiolos respiratorios que contienen 
alvéolos en su pared cartilaginosa. 
Conformada por músculo liso. 
F. UNIDAD RESPIRATORIA 
Tiene aproximadamente un 
diámetro de 300 micras y es la 
zona del pulmón aireada por un 
bronquiolo respiratorio, se 
divide en conductos alveolares 
que se abren a sacos alveolares 
y a su vez estos a los alvéolos, 
cada saco alveolar está 
formado por varios alveolos. 
En los 2 pulmones hay un 
aproximado de 300 millones de 
alvéolos. 
 
 Fig. 46. Anatomía del aparato 
respiratorio. 
 
 
Una vez teniendo en cuenta cómo recorre el 
aire está estructuras describimos el proceso. 
Primero al ocurrir la inspiración el aire 
previamente mencionado desde A hasta la F 
y podemos apreciar su recorrido en la imagen 
de al lado. Esta diferencia de presión que 
permite el flujo del aire es debido a la 
contracción de los músculos intercostales 
como podemos apreciar en la siguiente Fig. 
47, al suceder esto las costillas se elevan y el 
diafragma se contrae y empuja los pulmones 
hacia abajo provocando que el aire entre a las 
unidades respiratorias que es la parte 
esencial para entender la fisiología del 
sistema respiratorio. 
 
6.1 INTERCAMBIO GASEOSO 
En estas unidades respiratorias es donde 
ocurre el intercambio gaseoso como se ve en 
el diagrama de la Fig. 48 en el punto 3 a 4 
además en este diagrama podemos ver como 
fluye la sangre en el sistema circulatorio del 6 
al 11 para hasta llegar al capilar. 
 
Segundo siendo más específicos este 
intercambio gaseoso ocurre por difusión 
como se muestra en la siguiente imagen, el 
oxígeno y el dióxido de carbono transita entre 
la sangre y los alvéolos que es regulado en 
la inspiración y espiración. 
 Una vez el gas entra a la sangre es 
transportado por la sangre donde hace un 
recorrido hasta llegar a las células, este 
proceso también ocurre a la inversa. 
Podemos ver este transporte en la Fig. 49 y 
50. 
 
 
 Fig. 47. Inspiración. 
 
Fig. 48. Intercambio gaseoso. 
 
Fig. 49. Difusión de los gases. 
 
 
 
 
6.1.1 FACTORES DE INTERCAMBIO 
SISTÉMICO 
1. La superficie de la membrana 
respiratoria (superficie disponible 
para el intercambio gaseoso). 
2. El gradiente de presión (Diferencia 
de presión parcial de los gases). 
Cuanto mayor sea el gradiente de 
presión entre un lado y otro de la 
membrana respiratoria, mayor será la 
difusión. 
3. El espesor de la membrana 
(distancia de difusión). Cuanto más 
delgada sea la membrana (0.63 nm), 
más difusión habrá. Depende de la 
salud del individuo 
4. El coeficiente de difusión o 
solubilidad (peso molecular y 
solubilidad de los gases). Cuanto 
mayor sea la solubilidad del gas en la 
membrana respiratoria, mayor será la 
difusión. El CO2 es 20 veces más 
soluble que el O2 en la membrana 
respiratoria. 
Este proceso provoca fenómenos como 
cambios de volumen y presión, forman parte 
importante para describir la fase de 
respiración y el estado del individuo como lo 
podemos ver en el diagrama 
1. Volumen corriente o volumen tidal VT : durante una respiración relajada 
significa el volumen de aire que se inhala o exhala con cada respiración. 
2. Volumen de reserva espiratoria VRE: Máxima cantidad de aire que es exhalada 
después de la inspiración y espiración. 
3. Volumen de reserva inspiratoria VRI: Máxima volumen de aire que puede ser 
inhalado forzadamente después de una inhalación. 
4. Volumen residual VR : cantidad de aire que permanece en los pulmones 
después de la espiración. 
Fig. 50. Difusión de los gases. 
 
Fig. 51. Presiones. 
 
Fig. 52. Volúmenes pulmonares 
 
 
5. Capacidad vital CV :Máxima cantidad de aire que puede ser exhalada después 
de una inhalación, se calcula sumando el volumen tidal, volumen de reserva 
inspiratorio y del volumen de reserva espiratorio. 
6. Capacidad pulmonar total TPC: es la suma de la capacidad vital y del volumen 
residual. 
 
 
 
 
 
 
Estas 
variacionesde volúmenes las podemos apreciar de mejor forma gráficamente, en la 
Fig. 53. 
PROYECTO DE APLICACIÓN VENTILADOR MECÁNICO 
Para entender más cómo importan los valores y parámetros de la 
ventilación pulmonar lo ejemplificamos con un proyecto de ventilador 
mecánico donde se tomó a disposición los lineamientos propuestos 
por el CONACYT durante el periodo de pandemia, nótese que estos 
lineamiento se consultaron dentro de los meses Agosto - 
Septiembre del 2020 con última actualización el 9 de mayo del 
mismo año. 
Fuente de consulta: 
https://www.gob.mx/cofepris/articulos/informacion-sobre-los-
lineamientos-de-ventiladores-actualizacion-9-de-mayo?idiom=es 
Lineamientos 
Requerimientos de 
parámetros 
monitoreados y 
especificaciones 
 
Volumen tidal 2 mL a 200mL 
25 a 50 mL Límite inferior 
2000 mL Límite superior 
2 mL a 2000 mL neonatal 
 
Fig. 53. Volúmenes. 
 
 
 
Frecuencia respiratoria 0 a 150 respiraciones por 
min. 
PEEP 0 a 20 cm H20 
Presión de soporte 0 a 45 cm H20 
FiO2 21 a100% 
Tiempo de inspiración 0.1 seg 
Tiempo de espiración 10 seg 
RIE 1:1 a 1:3 
Flujo inspiratorio 0 a 150 L /min 
Presión inspiratoria 0 a 80 cm de H20 
Requerimientos de 
modos de 
ventilación 
 
SIMV por presión 
SIMV por volumen 
PSV 
Volumen garantizado, 
Autoflow 
 PRVC, 
Ventilación de volumen plus 
 modo de ventilación adaptativo 
 
 
Requerimientos de 
control de 
contaminación 
 
Filtro de alta eficiencia (HEPA ) 
Las partes de contacto via aérea son desechables. Las 
reutilizables tendrán que resistir a las esterilizaciones. 
Los componentes deben de estar recubiertos por un 
armazón impermeable. 
Las superficies externas deben de ser lavables. 
Debe tener sistema de humificación 
Requerimientos de 
Alarmas 
 
Debe de contar con alarmas audibles priorizadas 
Presión inspiratoria alta. 
PEEP bajo o desconexión del paciente. 
Apnea. 
Volumen minuto o corriente alto y bajo. 
Frecuencia respiratoria alta y baja. 
FiO2 alta y baja. 
Baja presión del suministro de gases. 
Batería baja. 
Falta de alimentación eléctrica. 
Ventilador inoperante o falla del ventilador o indicador 
de no usar el aparato. 
Silencio de alarma 
Requerimientos de 
electricidad 
 
Voltaje de 120ª 60hz 
Batería de respaldo de 20 minutos 
Opcionalmente debe de contar con baterías 
Requerimientos de 
seguridad de 
programas 
informáticos 
Los materiales de construcción no deben ser plásticos, 
el documento recomienda poliolefina 
No usar PVC 
 
 
 
 
Requerimientos de 
misceláneos 
Debe ser chico y ligero, además de operar 
continuamente durante 14 días 
IMPORTANTE: notificar la duración 
Debe soportar caídas de medio metro, debe de ser 
intuitivo al igual que la capacitación y los materiales 
deben ser encontrados en México 
Requerimientos de 
reserva para 
ventilador portátil 
7 horas mínimo de autonomía 
Tabla 4. Lineamientos para el diseño de un ventilador 
Diagrama de diseño 
 
Fig. 54. Representación general como un sistema prototipo 1. 
 
 
 
Fig. 56. Representación general como un sistema prototipo 2. 
 
Fig. 57. Representación general como un sistema prototipo 2. 
Propuestas de diseño 
Una vez ya estando consciente de los lineamientos de un ventilador 
mecánico y una planificación con diagrama de todos los componentes se 
procede a modelar en 3D. Y es que cabe mencionar que existen muchas 
variaciones del sistema, hay muchos mecanismos que se pueden 
considerar para su diseño y proponer composiciones de las conexiones a 
los pacientes. En este caso una de las propuestas desarrolladas fue la 
siguiente: 
 
Fig. 55. Vista frontal Fig. 56. Vista isométrica 
 
Fig. 57. Vista de la modelo 
explosionada 
 
 
 
Donde toma protagonismo el papel de las alarmas, aunque generalmente 
son de diseño modular, este ventilador se diseñó basándose tanto en los 
lineamientos de la COFEPRIS como en referencias de otros equipos 
médicos actuales, sin embargo lo que se busca es que el sistema sea cada 
vez más compacto, se reduzca las vibraciones mecánicas producidas por 
el motor, el reingreso de partículas y bacterias que pueden afectar al 
paciente. 
 
Fig. 58. Vista general del modelo generado a partir de los 
lineamientos de la COFEPRIS en SOLIDWORKS 
Como podemos apreciar en las imágenes anteriores del renderizado en 
SOLIDWORKS podremos notar algunos componentes importantes en el 
cumplimiento de los lineamientos, como lo son: 
● Filtro viral bacteriano ID 22mm 1,5 cm H20 a 60 lpm 
● Tubo flexible/HME ID 22 mm 
● Tubo flexible/HMEID 22 mm 
● Filtro calor y humedad 
Poso mismo hay que tomar con cautela estos sistemas, para cuidar : 
● Seguridad biológica 
● Tiempo de uso del equipo 
● Fácil uso para el equipo médico 
● Versatilidad en modos de ventilación 
 
 
 
 
 
 
La respiración es un proceso involuntario controlado por centros nerviosos 
autónomos, aunque puede ser una acción controlada voluntariamente, la mayoría del 
tiempo es una acción autónoma. La frecuencia normal de la respiración es de 12 a 15 
ciclos por minuto, en las cuales introducimos ½ litro de aire a los pulmones, la 
capacidad pulmonar de una persona que goza de buena salud es de 5 litros. La 
cantidad de ciclos a cumplir depende de la edad, ejercicio o actividad que realice, 
entre otras. 
Se realizan 2 acciones para completar un ciclo respiratorio, la inspiración y la 
expiración. 
7.1 Inspiración. 
La inspiración comienza con la contracción del diafragma el cual es uno de los 
principales músculos inspiradores, luego se tiende aumentar el diámetro de la caja 
toráxica el cual tienen un efecto de desplazamiento en las vísceras pero estas se 
sostienen gracias a la faja abdominal, después el diafragma toma como punto fijo las 
vísceras y su contracción se invierte para mover las costillas, el esternón se tiende a 
proyectar hacia arriba y adelante. Todo esto sucede mientras los pulmones son 
inflados del aire absorbido por la nariz. 
Los grupos musculares que participan en esta acción son los siguientes: 
Diafragma. 
Músculos intercostales. Externos. 
Músculos escalenos. 
BIOMECÁNICA DEL APARATO 
 
 
 
 
7.2 Expiración. 
La expiración es un proceso pasivo 
que se lleva a cabo simplemente por 
la relajación de la musculatura 
inspiratoria y la recuperación 
elástica de los pulmones 
previamente distendidos en la 
inspiración. Sólo en los recién 
nacidos los músculos abdominales 
participan en la expiración basal. 
En la respiración forzada 
participan otros grupos 
musculares denominados 
músculos accesorios de la 
respiración: 
● Escalenos 
● Esternocleidomastoideo 
● Extensores de la columna 
vertebral 
● Pectorales 
● Serratos mayores 
Músculos accesorios de la 
espiración: 
● Músculos de la pared 
abdominal 
● Intercostales internos 
7.3 Movimientos respiratorios. 
En el sistema respiratorio la entrada y salida de aire se produce por una bomba 
situada en el exterior del sistema. El aire se mueve por gradiente de presión. Si la 
presión externa es superior a la interna o pulmonar, se produce la entrada de aire; si 
la presión externa es inferior a la interna se produce la salida de aire. En condiciones 
normales la presión externa o medioambiental se mantiene constante alrededor de 
760 mm Hg que se considera el nivel de referencia o presión 0. Este hecho significa 
que, para llevar a cabo los flujos, la presión que debe modificarse es la presión interna, 
que ha de disminuir o aumentar para lograr el flujo aéreo en un sentido y otro. Si se 
considera el nivel de referencia 0, la creación de una presión negativa dará lugar a la 
aspiración o entrada de aire como un mecanismo de succión. La creación de una 
presión positiva producirá el empuje hacia fuera del aire o espiración. 
 
 Fig. 59. Diafragma 
 
 Fig. 60. Músculos de la inhalación y 
exhalación. 
 
 
 
REFERENCIAS 
Hall, J. E., & Guyton, A. C. (2008). 
Guyton & Hall Compendio de 
fisiología médica (11a.