unidad temática 1 3 parte

DIPLOMATURA EN ELECTROMEDICINA

ACTUALIZADA Y APLICADA EN KINESIOLOGÍA Y FISIATRÍA

Universidad Católica de Cuyo – San Luis Facultad de Ciencias Médicas

Carrera de Lic. en Kinesiología y Fisiatría

UNIDAD TEMÁTICA 1:

Física Médica y

Biofísica. Fisioterapia.

Biol. Bárbara Espeche Cátedra de Biofísica – Cátedra de Histología y Embriología

Licenciatura en Kinesiología y Fisioterapia

Universidad Católica de Cuyo Sede San Luis

Facultad de Ciencias Médicas

E-mail: barbaraespeche@yahoo.com.ar

Ley de Boyle y Mariotte

El volumen de un gas es inversamente

proporcional a la presión que se le aplica cuando

se mantiene constante la temperatura

Si la presión sobre un gases se duplica, el volumen

se reduce a la mitad de su valor original.

A una temperatura constante, si podemos variar la

presión o el volumen de un gas, la otra variable

también cambia de modo que el producto PxV,

permanece constante.

constante] [T 1

PV

Ley de Gay-Lussac

A volumen constante, la presión de un gas es

directamente proporcional a la temperatura absoluta,

cuando la presión se mantiene constante.

Por ej.: cuando se arroja un frasco de aerosol al

fuego, este explota. Así: el volumen es constante, la

temperatura aumenta, la presión aumenta.

constante] [ VTP

Siendo aplicaciones para gases reales, siempre que

las presión y la densidad del gas no sea muy grande

y el gas no esté cercano a su condensación.

Ley de Gas Ideal

Expresión Gas Ideal, ya que los gases reales no

siguen con exactitud esta ecuación, no obstante si

las presiones están en el orden de 1 atm y la

temperatura no está cerca del punto de

condensación del gas, se verifica.

nRTPV

P: presión

V: volumen

n: numero de moles

R: constante universal del gas

T: temperatura

Constante universal del gas:

R = 8,315 J/ (mol x K)

Ley de Avogadro

Para el mismo número de moles, n, e iguales

presión y temperatura, el volumen será igual para

todos los gases, siempre que R sea igual.

La constante del gas, tiene el mismo valor para

todos los gases.

El número de moléculas en 1 mol es igual para

todos los gases.

El número de moléculas en un mol, se llama

Número de Avogadro - NA - .

NA = 6,02 x 1023 [moléculas/mol]

Ley de Avogadro

Considerando: que el número total de moléculas

N, de un gas es igual al número por mol multiplicado

por el número de moles (N=nNA) y reformulando la

ley del gas ideal, en términos del número de

moléculas presentes, tenemos:

k = R/NA: constante de Boltzmann, su valor es

k = 1,38 x 10-23 J/K

RTN

NnRTPV

A

NkTPV

Teoría Cinética de los gases

1) Hay un gran número de moléculas, N, cada

una de masa, m, que se mueven en direcciones

aleatorias a diversas velocidades.

Teoría cinética: la materia está compuesta de

átomos en continuo movimiento aleatorio.

2) Las moléculas están, muy alejadas entre si; su

separación promedio es mucho mayor que el

diámetro de cada una de ellas.

3) Se supone que las molécula obedecen a las

leyes de la mecánica clásica e interaccionan cuando

chocan entre si.

Teoría Cinética de los gases

4) Los choques contra otra molécula o contra la

pared del recipiente, se suponen perfectamente

elásticos.

La presión que ejercen sobre la pared de un

recipiente que contiene un gas, se debe al

constante bombardeo de las moléculas

Si se reduce el volumen, por ejemplo a la mitad,

las moléculas estarán más cerca, y chocaran el

doble de veces por segundo, contra una superficie

dada de la pared.

Relación: temperatura y Energía Cinética

La energía cinética, EC, media de traslación de

las moléculas de un gas es directamente

proporcional a la temperatura absoluta.

Mientras mayor es la temperatura, más

rápidamente se mueven las moléculas en promedio.

Según al teoría cinética.

kTvmEC3

2

2

1 2

Temperatura:

El cero absoluto es la base de una escala de

temperatura llamada absoluta o escala de Kelvin =

0 K. Se utiliza en trabajos científicos.

La escala se da en grados Kelvin o kelvins (K).

Cero absoluto: es la temperatura mínima posible

= -273 °C.

Por ej. El punto de congelación del agua es

273,15 K; el punto de ebullición es 373,15 K.

15,273)()( CTKT

Establece que la presión de una mezcla de م

gases, que no reaccionan químicamente, es igual a

la suma de las presiones parciales que ejercería

cada uno de ellos, si sólo uno ocupase todo el

volumen de la mezcla, sin cambiar la temperatura.

Ley de Dalton: Ley de las presiones parciales

n

i

itotal pP1

o igual ntotal pppP ...21

Composición del aire atmosférico ھ

.El aire es una mezcla de gases ھ

A esta mezcla se puede agregar, según las condiciones ھ

ambientales, una cierta cantidad de vapor de agua.

.Vapor de agua: es AGUA en estado gaseoso ھ

Como la suma de las proporciones de los gases seguirá ھ

dando 100%, el agregado de vapor de agua hará que Ia

proporción de los otros gases disminuya.

GAS VOLUMEN (%) PRESION PARCIAL (mm Hg)

Oxígeno 20,98 159,44

Dióxido de

Carbono 0,04 0,30

Nitrógeno 78,06 593,25

Otros 0,92 6,99

Total 100,00 760,00

Presión atmosférica ھ

La MASA de aire que rodea la tierra ejerce, a nivel del mar,

una PRESION de 1,033 kg/cm2, medida en un manómetro

de mercurio, equivale a una columna de 760 milímetros.

1 Atmósfera (atm) = 760 mm Hg = 1,033 kg/cm2

Presión parcial ھ

Estos 760 mm Hg son la SUMA de las presiones que

ejercen CADA uno de los gases en el aire.

Conociendo la PROPORCION de cada gas, será fácil

calcular la presión parcial. Ejemplo: El oxígeno, que tiene una proporción, en el aire

atmosférico, de 20,98%, tendrá una presión parcial de:

100% ............ 760 mm Hg

20,98% ............ x = 159,44 mm Hg

:Gases en una solución ھ

• El O2 estará disuelto en el agua, como lo puede estar el

Na+, el Cl- o cualquier otro SOLUTO.

• Si seguimos agregando (burbujeando) O2 en el agua, la

concentración de O2 llega a un máximo, no se puede

“meter” más O2 y todo el oxígeno que agregamos se va al

aire.

• Se llega, entonces, a un equilibrio donde la cantidad de

O2 que entra es igual a la que sale.

Ceq ( i) = α . Pi

La CONCENTRACION MAXIMA o de SATURACION que

un gas puede alcanzar al formar una solución acuosa está

determinada por:

Ceq: concentración de equilibrio

α: coef. de solubilidad del gas en agua

Pi: presión del gas

Gases en sangre Para poder vivir, las células del hombre necesitan ھ

OXIGENO, que se encuentra en la atmósfera, el aire

que nos rodea.

,El sistema respiratorio: tráquea, bronquios y alvéolos ھ

es el medio para llevarlo a la sangre.

.La sangre es el medio para llevarlo a las células ھ

En la SANGRE, el oxígeno tiene una concentración ھ

que puede expresarse: en milimoles/litro o cualquier

otra unidad que establezca una relación entre el

número de moléculas y el volumen.

En el caso de concentraciones de gases, podemos ھ

hablar de PRESIONES PARCIALES.

Así tendremos una presión parcial de oxígeno (PO2) y ھ

una presión parcial de dióxido de carbono (PCO2).

• Intercambio de gases en los pulmones.

O2, su consumo es del orden de los 250 ml por ּט

minuto en reposo y de hasta 4000 ml de O2 por

minuto durante el ejercicio.

El medio en que vive el hombre y de donde toma ּט

el O2, es suficiente para proveérselo, ya que el

AIRE tiene 20,98% de O2.

El hombre realiza unas 16 Inspiraciones y ּט

Espiraciones por minuto, en cada una se mueven

unos 500 ml de aire, por lo tanto un hombre, en

reposo, moviliza unos 8000 ml/min de aire para

obtener sus 250 ml/min de O2 .

Captación del oxígeno por la sangre

capilar pulmonar

Es necesario llevar O2 a todas las células del ּט

cuerpo y disponer de un sistema que se encargue

de eliminar al exterior el dióxido de Carbono (CO2)

que se produce en las células

CO2 producido

CR = -----------------------

O2 consumido

Lo llamamos cociente respiratorio ּט

Si en un hombre se mide el CO2 producido y ּט

el O2 consumido y CR = 1, indica que está

logrando TODA su energía de los carbohidratos.

Los alvéolos están formados por un epitelio de ּט

tipo Cerrado, no permite el paso con facilidad de

Na+ ni K+, pero si agua y gases como el O2, el CO2

y el N2.

Es el LIMITE entre el exterior y el compartimiento ּט

corporal.

El O2 atraviesa la membrana alveolar por ּט

difusión simple, siendo la fuerza impulsora la

diferencia de PRESIONES PARCIALES de O2 que

existe entre la luz del alvéolo y el plasma que se

encuentra en el Capilar Pulmonar.

Reservorio intravascular de O2: Hemoglobina ּט

(Hb), está en el interior de los glóbulos rojos y

tiene la capacidad de tomar 1,34 ml de O2 por cada

gramo de Hb.

l de sangre combina aproximadamente 200 ml 1ּט

de O2 (100% de saturación de Hb).

Es una molécula de una proteína llamada globina ּט

que tiene 4 brazos, a cada uno de los cuales se

une una molécula de hemo (pigmento conteniendo

un anillo de porfirina al que se une un átomo de

hierro).

En un adulto normal, la sangre contiene unos 150 ּט

gr Hb/l.

Transporte de oxígeno y de anhídrido carbónico. 1) PO2 ARTERIAL (PaO2): 100 mm Hg.

2) PO2 VENOSA (PvO2): 40 mm Hg.

El contenido de O2 tiene un máximo alrededor de los 120 ھ

mm Hg de PO2, con un contenido de O2 de 20,6 Vol %.

Inicia en los alveolos: la PO2 ּט

(100 mm Hg), la de la sangre

arterial y la Hb tiene una cantidad

de O2 que esta en EQUILIBRIO

con esa presión.

Si la PO2 disminuye, la Hb ּט

"soltara" oxígeno hacia el plasma

y disminuye su saturación.

Esto ocurre cuando la sangre ּט

arterial llega a los capilares: allí

hay una PO2 más cercana a los 40

mm Hg que a 100 mm Hg.

Hay un equilibrio entre el O2 ligado a la Hb y la ھ

PO2 ambiente: si la PO2 aumenta, se fija más O2; si

la PO2 disminuye, el O2 es liberado.

.La llamamos curva de DISOCIACION DE LA Hb ھ

En condiciones normales se transportan 20 vol%

por cada 15 g Hb, es decir que cada gramo de

hemoglobina transporta 1,33 ml O2.

La relación entre el oxígeno y la hemoglobina es ھ

de 4 a 1.

1 MOL de Hb ↔ 4 MOL de O2

Transporte de anhídrido carbónico.

1) ELIMINACION DE CO2: 206 ml/min.

2) PCO2 ARTERIAL (PaCO2): 40 mm Hg

3) PCO2 VENOSA (PvCO2): 45 mm Hg

La difusión del CO2 de la célula al espacio ھ

extracelular y su disolución en el agua extracelular,

ocurre por difusión simple.

Pasa por espacio intersticial y rápidamente a la ھ

sangre.

.Será la encargada de llevarlo hasta los pulmones ھ

El CO2 se transporta en la sangre:

Como HCO3, 70% ھ

Disuelto, 10% ھ

Combinado con la hemoglobina, 20% ھ

• Déficit de oxígeno.

•INSUFICIENCIA RESPIRATORIA:

• Ocurre cuando la presión parcial de O2 arterial cae

de 50 mm Hg o la presión parcial de CO2 sube por

encima de los 50 mm Hg.

• Como la PaO2 de un sujeto normal es de 100 mm

Hg y su PaCO2, la presión parcial de CO2 en

sangre arterial, es de 40 mm Hg.

• Podríamos pensar que, quizás, el hombre está

más cerca de la insuficiencia respiratoria por

acumulación de CO2 que por déficit de O2

•Enfermedad de las alturas.

• Sitios ubicados a mas de 1500 m.s.n.m.

• Síntomas: cefalea, disnea (falta de aire), taquicardia,

obnubilación, fatiga, nauseas. Edema pulmonar, edema

cerebral.

• ¿”Hay menos oxígeno“?.

• Hay MENOS AIRE y la PRESION ATMOSFERICA es

inferior a los 760 mm Hg.

• Sin embargo, la proporción de O2 sigue siendo de

unos 21 volúmenes %.

• PO2 = 85 mm Hg. •La persona mejora si, aún a esa altura, se le hace respirar

oxígeno puro.

• Tomarse tiempo para aclimatarse cuando se viaja por

lugares situados a gran altitud.

• Dormir o pasar la noche a una altitud inferior a la máxima

altitud alcanzada durante el día.

• Efecto de la hiperpresión:

• El NITROGENO (N2) es, desde el punto de vista

fisiológico, INERTE, no es producido ni consumido por las

células del hombre.

• Puede ser un problema cuando se respira aire a presiones

superiores a las atmosféricas, por su alta proporción en el

AIRE.

• Es el caso de los BUZOS, ya sea los que van con tanques

o que reciben aire desde la superficie con una manguera.

• La presión a que está sometido un cuerpo sumergido en el

agua es directamente proporcional a la profundidad y

aumenta en 1 atmósfera por cada 10 metros. •Las presiones parciales del 02, el C02 y el N2 aumentarán

proporcionalmente.

•Como el coeficiente de solubilidad no cambia, el volumen

disuelto de 02, por ejemplo, a 40 metros es de 12 ml/l.

• Si la subida es muy rápida, no hay tiempo para una

DIFUSION del N2 de la sangre a los alvéolos y pueden

formarse BURBUJAS de N2 en el interior del sistema

circulatorio.

• Eso puede determinar la aparición de EMBOLIAS

GASEOSAS, con interrupción de la circulación en algunas

zonas y lesiones, en especial del SNC.

• El buzo debe ser puesto rápidamente en una CAMARA

HIPERBARICA, de modo que el N2 vuelva a solubilizarse,

para luego y muy lentamente, volverlo a la presión de 1

atmósfera.

INTRODUCCIÓN • El hombre y el medio que lo rodea.

• Mensajeros químicos y señales eléctricas.

• Transductores y Amplificadores.

• Procesos que intervienen en la visión:

*Refracción de la luz, en el ojo.

*Procesos fotoquímicos: E. lumínica E. química

E. química Impulso nervioso Áreas corticales.

*Integración e interpretación de la información.

• El hombre y el medio que lo rodea.

• Mensajeros químicos y señales eléctricas.

• Transductores y Amplificadores.

• Procesos que intervienen en la visión:

*Refracción de la luz, en el ojo.

*Procesos fotoquímicos: E. lumínica E. química

E. química Impulso nervioso Áreas corticales.

*Integración e interpretación de la información.

Optica Geométrica • Propagación de la luz: forma recta (línea) – velocidad:

300.000 km/s. – despreciaremos su ondulación.

• Leyes de la mecánica: - Absorbidos

- Reflejados

- Desviados.

• Reflexión: un haz choca contra un espejo y se refleja.

• Refracción: es el cambio de dirección que experimenta una onda al pasar de un medio material a otro.

Optica Geométrica Reflexión:

• 1ª Ley: El rayo de luz incidente está en

el mismo plano que el rayo reflejado

• 2ª Ley: El ángulo incidente es igual al ángulo

reflejado, con respecto al eje óptico

Refracción:

• El rayo que se propaga a un segundo plano.

• Es el cociente ente seno del ángulo de

incidencia y el seno del ángulo de

refracción.

n21= seno a / seno a’ o n21= c/v

c: veloc. luz en vacío – v: veloc. luz en medio dado

Dioptría • La dioptría es la unidad que expresa con valores

positivos o negativos el poder de refracción de una lente y que equivale al valor inverso de su longitud focal expresada en metros.

• P: Representa la potencia de la lente en dioptrías.

• f: Longitud focal en metros.

• n: Es el índice de refracción del material (aire es = 1,003 , y no ha sido tenido en cuenta en esta expresión).

• R1 y R2: Denotan los radios de curvatura de la lente correspondiendo R1 al lado izquierdo de la lente y R2 al lado derecho

Lentes • Medio transparente separado de otro, por dos

cara no paralelas.

• Medio transparente de igual densidad en todos sus puntos limitado por dos superficies curvas.

• Lentes

– Delgadas: espesor despreciable.

– Gruesas: espesor considerable.

– Esféricas: casquetes esféricos –

secciones de una esfera.

– Cilíndricas: secciones de un cilindro.

Lentes • Lentes

– Esférica delgada:

– 2 superficies esféricas.

– 1 centro óptico. (O) – recta que une los centro de curvatura -

– 1 eje óptico.

– 2 focos –a- foco del objeto (f )

-b- foco de la imagen (f ’ )

– Distancia Focal: es la distancia entre el eje óptico de la lente y el foco (punto o plano focal).

DF

CO

EO

Lentes • Convergentes

– Positiva: al atravesarla los rayos se

acercan al eje óptico.

– Biconvexas – convexosconcavas

(radio de curvatura 2ª sup menor que la 1ª).

– Imagen se mueve en sentido contrario.

• Divergentes

– Negativa: al atravesarla los rayos se

alejan del eje óptico.

– Bicóncavas – convexosconcavas.

(radio de curvatura 2ª sup mayor que la 1ª).

– Imagen se mueve en el mismo sentido

Lentes • Imágenes:

– Lente convergente delgada esférica.

• Objeto entre el ∞ y 2 veces la distancia focal: imagen menor tamaño – invertida. Ej: Ojo. Imagen se forma sobre la retina.

Lentes • Imágenes:

– Lente convergente delgada esférica.

• Objeto por delante de punto focal: imagen mayor tamaño – derecha.

• Se forma por la prolongación de los rayos que la atraviesan. Ej: Lupa.

Espejos • Toda superficie lisa que refleja los rayos de luz

• Pueden ser reflejados todos o parte.

• En una sola dirección.

• Planos o esféricos.

• Rayo incidente: llega. – rayo proyectado: rechazado.

• Tipos:

– Plano: la imagen se refleja derecha – conserva misma posición. Es virtual. Simétrica.

– Plano angular: se unen 2 espejos planos , formando un ángulo, objeto entre ellos, formación de “n” imágenes.

– Esféricos: Casquetes de esfera hueca. Reflejan rayos incidentes.

• Cóncavos o convexos

Instrumentos ópticos • Microscopio óptico.

• Sistema conformado por 2 lentes convergente ubicadas

convenientemente dentro de un tubo cilíndrico.

OBJETIVO:

_ Primera lente.

_ Objeto ubicado más allá

de la distancia focal, pero

lo más cerca al foco de la

primera lente.

_ Imagen real, mayor e

invertida.

Instrumentos ópticos • Microscopio óptico.

• OCULAR: _ Segunda lente.

_ Trabaja como lupa.

_ Distancia focal y posición tal que, la primera imagen cae entre el foco y la lente.

_ Segunda imagen virtual, mayor y derecha con respecto al ocular.

_ Segunda imagen virtual, mayor e invertida con respecto al objeto.

Instrumentos ópticos • Microscopio electrónico.

• Movimiento ondulatorio de las partículas: cuando se desplazan a gran velocidad presentan movimiento ondulatorio.

• Longitud de onda:

λ = h/(m.v)

h: cte. de Planck; m: masa de la partícula (g); v: velocidad (cm/s)

• Poder Resolutivo (PR): es la distancia mínima a la que pueden hallarse dos puntos para ser visualizados en forma independiente. Es función inversa λ (menor long. de onda, mayor PR).

Instrumentos ópticos • Microscopio electrónico.

• Fundamento: Es el aumento del Poder Resolutivo. (longitud de onda menor que la luz visible).

• Emisión de electrones: Oxido de bario o estroncio (fuente puntual).

• La deflexión o focalización de los electrones se logra con lentes electrostáticas o magnéticas.

Instrumentos ópticos • Endoscopio.

• Tiene forma de tubo (flexible).

• Lente y luz.

• Permite visualizar el interior de órgano hueco.

• Por abertura natural o incisión.

Ojo Humano

Ojo Humano • Anatomía:

• Esclerótica: córnea-dioptrío- (parte anterior).

• Coroides.

• Retina: pantalla sensible a la luz – fibras nerviosas.

• Iris: estructura de color – diafragma.

• Pupila: permite el paso del rayo de luz.

• Cristalino –lente- es elástico.

• Ligamentos ciliares

• Cuerpo ciliar.

• Humor acuoso: hacia anterior.

• Humor vítreo: hacia posterior.

• Fóvea: ubicada en la retina – solo conos – color-

• Nervio Óptico.

• Punto ciego.

Ojo Humano • Anatomía:

• 1.-Córnea y Humor acuoso: lente convexoconcava.

• 2.-Iris: diafragma.

• 3.-Cristalino: lente biconvexa.

• 4.-Humor vítreo: lente concavoconvexa.

• 5.-Retina: pantalla sensible a la luz

Ojo Humano • Acomodación: Ajuste focal – formación de la imagen en la

retina

• Relajación músculo ciliar. • Cristalino menos esférico, • Disminuye poder de refracción. • Permite ver con nitidez objetos lejanos.

• Contracción músculo ciliar. • Cristalino más esférico. • Aumenta poder de convergencia. • Permite enfocar la luz procedente de objetos cercanos.

Ojo Humano • Acomodación: Ajuste focal – formación de la imagen en la

retina.

• Tienen que ocurrir 3 procesos:

• Contracción de músculos ciliares – aflojar ligamentos – forma más esférica del cristalino – aumento de convergencia.

• Reducción de diámetro de pupila – elimanción de rayos periféricos – mejora calidad imagen – evita aberraciones esféricas y cromáticas.

• Convergencia de los ejes de ambos ojos sobre el objeto, por acción de músculos extrínsecos al ojo.

Ojo Humano • Defecto de la Visión

• Presbicia: Capacidad de ver nitidamente objetos cercanos.

• Poder de acomodación del cristalino –elástico-:

Disminuye con la edad.

Niño 7 años: 7 cm.

Adulto: 20 cm.

Anciano: > 20 cm.

• Se corrige con lentes convergentes.

• Caso: Brazo extendido.

Ojo Humano • Defecto de la Visión

Ojo emétrope:

OJO NORMAL: relajado, la imagen

de un objeto situado a mas de 6 m,

se forma sobre la retina.

Defectos en la dimensiones del ojo:

• Miopía: La imagen se forma

por delante de la retina.

Se corrige con lente divergente.

• Hipermétrope: la imagen se forma

por detrás de la retina.

Se corrige con lente convergente.

BIBLIOGRAFÍA

• Cromer, Alan H. Física para las ciencias de la vida. 2º

Edición. Año 1996.

• Curtis, Helena y otros. Biología. 6° Edición. Ed.

Panamericana. Año 2005.

• Frumento, A. Elementos de Biofísica. Ed. Interamericana.

Bs. As. 1979.

• Giancoli, Douglas. Fisica. (Physics). Ed. Prentice Hall.

Año 1995.

• Glaser y otros. Biofísica: 1º Edición. Año 2003.

• Jou, David y otros. Física para las ciencias de la vida. 1º

Edición. Año 1999.

• Parisi, Mario. Temas de Biofísica : 4º Edición. Año 2001.