biofÍsica en ciencias de la salud, currÍculo con resultados de aprend .pdf
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UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR
FACULTAD DE CIENCIAS MÉDICAS CARRERA DE MEDICINA
BIOFÍSICA EN CIENCIAS DE LA SALUD CURRICULO CON RESULTADOS DE
APRENDIZAJE
Módulo de mediación presencial del aprendizaje con enfoque constructivista en la
Carrera de Medicina
Es un documento curricular elaborado de manera estricta solo para fines didácticos en la Educación Superior
Marcia Leonor Zapata Mora
QUITO – ECUADOR 2015
BIOFÍSICA EN CIENCIAS DE LA SALUD
CURRICULO CON RESULTADOS DE
APRENDIZAJE
Módulo de mediación presencial del
aprendizaje con enfoque constructivista en la
Carrera de Medicina
Es un documento curricular elaborado de manera estricta solo para fines didácticos en la Educación Superior
MARCIA ZAPATA MORA
Doctora en Ciencias de la Educación y Magíster en Docencia
Universitaria.
Profesora de Biofísica en la Facultad de Ciencias Médicas de la
Universidad Central del Ecuador
ÍNDICE GENERAL
PRESENTACIÓN……………………………………………………….. 1 INTRODUCCIÓN………………………………………………………… 7 SYLLABUS DEL PROGRAMA DE BIOFÍSICA …………………… 10
Competencia General del Programa de Biofísica
Objetivo General del Programa de Biofísica
Unidades de Competencia del Programa de Biofísica
UNIDAD DE COMPETENCIA 1: BIOMECÁNICA…………………. 11
Unidad de Competencia
Objetivo de la Unidad de Competencia
Elemento de Competencia 1 ………………………………………… 11
Actividades de Aprendizaje
Contenido Científico
Producto Acreditable del Aprendizaje
Evaluación -acreditación del elemento de competencia.
Elemento de Competencia 2 …………………………………………. 12
Actividades de Aprendizaje
Contenido Científico
Producto Acreditable del Aprendizaje
Evaluación -acreditación del elemento de competencia.
Elemento de Competencia 3 ………………………………………… 12
Actividades de Aprendizaje
Contenido Científico
Producto Acreditable del Aprendizaje
Evaluación -acreditación del elemento de competencia.
Elemento de Competencia 4 …………………………………………… 13
Actividades de Aprendizaje
Contenido Científico
Producto Acreditable del Aprendizaje
Evaluación -acreditación del elemento de competencia.
Resultados de Aprendizaje de Unidad de Competencia 1………… 14 Producto Acreditable INFORMACIÓN CIENTÍFICA DE BIOMECÁNICA ............................. 15 Movimiento…………………………………………………………………….15 Clasificación de fuerzas ……………………………………………………..17 Fuerza de Gravitación Universal …………………………………………. 17 Fuerzas Eléctricas…………………………………………………………….18 Fuerzas Magnéticas…………………………………………………………..20 Fuerzas Electromagnéticas…………………………………………………..20 Fuerzas Nucleares del Átomo………………………………………………. 21 Ley de Coulomb……………………………………………………………… 22 Efectos de las fuerzas en el organismo……………………………………. 23 Palancas………………………………………………………………………. 24 Fuerzas de Fricción ………………………………………………………… 31 Balistograma………………………………………………………………… . 36 UNIDAD DE COMPETENCIA 2: BIOENERGÉTICA ………………… 41
Unidad de Competencia
Objetivo de la Unidad de Competencia
Elemento de Competencia 1 ………………………………………… 41
Actividades de Aprendizaje
Contenido Científico
Producto Acreditable del Aprendizaje
Evaluación -acreditación del elemento de competencia.
Elemento de Competencia 2 ……………………………………………… 41
Actividades de Aprendizaje
Contenido Científico
Producto Acreditable del Aprendizaje
Evaluación -acreditación del elemento de competencia.
. Elemento de Competencia 3 ……………………………………………… 42
Actividades de Aprendizaje
Contenido Científico
Producto Acreditable del Aprendizaje
Evaluación -acreditación del elemento de competencia.
Elemento de Competencia 4 ………………………………………….. 42
Actividades de Aprendizaje
Contenido Científico
Producto Acreditable del Aprendizaje
Evaluación -acreditación del elemento de competencia.
Elemento de Competencia 5 ………………………………………….. 42
Actividades de Aprendizaje
Contenido Científico
Producto Acreditable del Aprendizaje
Evaluación -acreditación del elemento de competencia.
Elemento de Competencia 6 ………………………………………….. 42
Actividades de Aprendizaje
Contenido Científico
Producto Acreditable del Aprendizaje
Evaluación -acreditación del elemento de competencia.
Resultados de Aprendizaje de Unidad de Competencia 2………. 43 Producto Acreditable INFORMACIÓN CIENTÍFICA DE BIOENERGÉTICA........................... 44 Generalidades……………………………………………………………. 44 Sistema…………………………………………………………………… 47 Transformaciones en los sistemas……………………………………… 47 Metabolismo……………………………………………………………… 49 Principios de la termodinámica biológica……………………………… 53 Primer Principio de la Entalpía ………………………………………… 53 Segundo Principio de la Entropía ……………………………………… 57 Energía Libre ……………………………………………………………… 58 Energía Libre de Activación ……………………………………………… 60 Velocidad de una Reacción ……………………………………………… 61 Potencial de Transferencia de un Grupo Químico……………………… 64 Reacciones Acopladas……………………………………………………… 65 Modelo de Ajuste Inducido ………………………………………………… 68 Tercer Principio Orden y Desorden…………………………………………70 UNIDAD DE COMPETENCIA 3: SISTEMA MUSCULAR………………. 72
Unidad de Competencia
Objetivo de la Unidad de Competencia
Elemento de Competencia 1 …………………………………………… 72
Actividades de Aprendizaje
Contenido Científico
Producto Acreditable del Aprendizaje
Evaluación -acreditación del elemento de competencia.
Elemento de Competencia 2 …………………………………………… 72
Actividades de Aprendizaje
Contenido Científico
Producto Acreditable del Aprendizaje
Evaluación -acreditación del elemento de competencia.
Elemento de Competencia 3 ……………………………………………… 73
Actividades de Aprendizaje
Contenido Científico
Producto Acreditable del Aprendizaje
Evaluación -acreditación del elemento de competencia.
Elemento de Competencia 4 ……………………………………………73
Actividades de Aprendizaje
Contenido Científico
Producto Acreditable del Aprendizaje
Evaluación -acreditación del elemento de competencia.
Elemento de Competencia 5 ………………………………………………73
Actividades de Aprendizaje
Contenido Científico
Producto Acreditable del Aprendizaje
Evaluación -acreditación del elemento de competencia.
Elemento de Competencia 6 ……………………………………………… 73
Actividades de Aprendizaje
Contenido Científico
Producto Acreditable del Aprendizaje
Evaluación -acreditación del elemento de competencia.
Resultados de Aprendizaje de Unidad de Competencia 3………… 73
Producto Acreditable. INFORMACIÓN CIENTÍFICA DE SISTEMA MUSCULAR..................... 74 Generalidades……………………………………………………………… 74 La Contracción Muscular…………………………………………………….76. Sistemas que intervienen en la contracción……………………………….78 Papel de los cationes ca y Mg en la formación de los puentes……….. 80 Fenómenos térmicos que acompañan a la Contracción ………………. 80 Elasticidad Muscular…………………………………………………………. 82 Rendimiento Muscular……………………………………………………… 83 UNIDAD DE COMPETENCIA 4: HEMODINÁMICA…………………… 84
Unidad de Competencia
Objetivo de la Unidad de Competencia
Elemento de Competencia 1……………………………………………… 84
Actividades de Aprendizaje
Contenido Científico
Producto Acreditable del Aprendizaje
Evaluación -acreditación del elemento de competencia.
Elemento de Competencia 2 …………………………………………… 84
Actividades de Aprendizaje
Contenido Científico
Producto Acreditable del Aprendizaje
Evaluación -acreditación del elemento de competencia.
Elemento de Competencia 3 ………………………………………………84
Actividades de Aprendizaje
Contenido Científico
Producto Acreditable del Aprendizaje
Evaluación -acreditación del elemento de competencia.
Elemento de Competencia 4 ………………………………………………85
Actividades de Aprendizaje
Contenido Científico
Producto Acreditable del Aprendizaje
Evaluación -acreditación del elemento de competencia.
Elemento de Competencia 5 ………………………………………………85
Actividades de Aprendizaje
Contenido Científico
Producto Acreditable del Aprendizaje
Evaluación -acreditación del elemento de competencia.
Elemento de Competencia 6 ………………………………………………85
Actividades de Aprendizaje
Contenido Científico
Producto Acreditable del Aprendizaje
Evaluación -acreditación del elemento de competencia.
Elemento de Competencia 7 ……………………………………………… 85
Actividades de Aprendizaje
Contenido Científico
Producto Acreditable del Aprendizaje
Evaluación -acreditación del elemento de competencia.
Resultados de Aprendizaje de Unidad de Competencia 4………… 86 Producto Acreditable
INFORMACIÓN CIENTÍFICA DE HEMODINÁMICA …………………. 87 Generalidades……………………………………………………………… 87 Flujo o Caudal sanguíneo………………………………………………… 94 Viscosidad…………………………………………………………………… 95 Ley de Poisseuille…………………………………………………………….97 Ley de Reynolds………………………………………………………… 103. Leyes de la Circulación………………………………………………… 107 Presión Transmural ………………………………………………………… 109
UNIDAD DE COMPETENCIA 5: SISTEMA RESPIRATORIO …………112
Unidad de Competencia
Objetivo de la Unidad de Competencia
Elemento de Competencia 1 …………………………………………… 112
Actividades de Aprendizaje
Contenido Científico
Producto Acreditable del Aprendizaje
Evaluación -acreditación del elemento de competencia.
Elemento de Competencia 2 …………………………………………… 112
Actividades de Aprendizaje
Contenido Científico
Producto Acreditable del Aprendizaje
Evaluación -acreditación del elemento de competencia.
Elemento de Competencia 3 ……………………………………………112
Actividades de Aprendizaje
Contenido Científico
Producto Acreditable del Aprendizaje
Evaluación -acreditación del elemento de competencia.
Elemento de Competencia 4 …………………………………………… 113
Actividades de Aprendizaje
Contenido Científico
Producto Acreditable del Aprendizaje
Evaluación -acreditación del elemento de competencia.
Elemento de Competencia 5 …………………………………………… 113
Actividades de Aprendizaje
Contenido Científico
Producto Acreditable del Aprendizaje
Evaluación -acreditación del elemento de competencia.
Resultados de Aprendizaje de Unidad de Competencia 5……… 113 Producto Acreditable
INFORMACIÓN CIENTÍFICA DE SISTEMA RESPIRATORIO ……. 114 Generalidades ………………………………………………………………114 Respiración Externa ………………………………………………………..115 Inspiración ………………………………………………………………….. 117 Espiración ……………………………………………………………………118 Variaciones de las Presiones en el Sistema Respiratorio …...…………118 Título de un Gas ……………………………………………………………. 118 Presión Parcial de un Gas……………………………………………… . 118 Presión de Vapor ……………………………………………………………119 Procesos Físicos – Químicos …………………………………………… 120 Ley de Graham …………………………………………………………… 121 Ley de Exner ……………………………………………………………… 122 Transporte de Gases …………………………………………………… 122 Respiración Celular ……………………………………………………… 124 Descompresión Explosiva ……………………………………………… 124 Bibliografía ……………………………………………………….……… 127
Anexo 1: Instructivo para el análisis proposicional ………………. 129
Ejemplo de análisis proposicional…………………………………. 130
Ejemplo de un organizador gráfico …………………………………….132
Anexo 2: resultados de aprendizaje de la unidad de competencia.-
elaborar un ensayo científico …………………………………………… 133
1
PRESENTACIÓN
La situación histórica y social del mundo globalizado en que vivimos,
se concreta en la sociedad del conocimiento, cuyas características, sin
precedentes en la historia de la humanidad, constituyen la base
subyacente del crecimiento y desarrollo de todos los pueblos civilizados
del mundo. La dinámica de estas características tiene como epicentro el
desarrollo exponencial de las tecnologías de la información y
comunicación, mismo que está ocasionando cambios vertiginosos y
turbulentos en las estructuras más significativas de la sociedad,
consecuentemente en las estructuras más significativas de la educación,
en todos sus niveles y modalidades.
En este contexto, el conocimiento de las TIC, constituye hoy la
herramienta más poderosa para la producción y el perfeccionamiento del
conocimiento y la cultura; es por lo tanto, un recurso indispensable para
las actividades de mediación del aprendizaje en los sistemas educativos.
Sin embargo, su racionalizada utilización necesita de una organización,
planificación y metodologías adecuadas, a fin de evitar usos indebidos y
lograr la pertinencia necesaria de sus contenidos, para alcanzar el
cumplimiento de los objetivos sociales y educativos deseados.
En la Educación Superior, la utilización de dichas tecnologías resulta
compatible con la planificación curricular de las asignaturas por módulos,
como medio eficiente para lograr efectividad en los sistemas de
enseñanza-aprendizaje. Estas dos tecnologías, si se puede decir, en una
simbiosis, permiten concretar y consolidar la idea de que cada nivel
educativo no solo es complementario del anterior, sino tributario de los
subsiguientes en el proceso de formación del ser humano en general y de
la formación profesional, en particular. ¡Los ciudadanos y los
profesionales de excelencia se forman a partir del jardín de infantes!
Se evidencia además, en esta sociedad del conocimiento, la
presencia de escenarios de competitividad e incertidumbre en todos los
campos de la actividad humana. Esta realidad, consecuentemente,
2
demanda desempeños ciudadanos y profesionales de excelencia y, es
más, con capacidades de adaptabilidad permanente a las circunstancias
cambiantes y evolutivas de la vida y el trabajo.
En la Carrera de Medicina y otras profesiones relacionadas con la
naturaleza de los seres vivos, la Biofísica es una ciencia transdisciplinaria
que traslada las leyes y principios de Física para fundamentar y explicar la
base física del origen y transformaciones de los fenómenos biológicos
que generan y mantienen la vida; lógicamente, con las consideraciones
necesarias sobre la relación sustancial que tienen estos fenómenos con
las influencias del medio natural y socio-cultural en los que se
desenvuelve la existencia de los seres vivos. Se refiere, concretamente, a
las situaciones de armonía y desarmonía, de homeostasis y entropía
orgánica que se suceden en la dinámica biofísica de la vida; fenómenos
en los que indudablemente intervienen como factores importantes las
disposiciones internas de los sujetos y las influencias del medio.
En este caso, la Biofísica, a más de su interrelación con otras ciencias
importantes vinculadas con la vida, tiene también relación sustancial con
la Filosofía que es el conocimiento racional que va abriendo perspectivas
y horizontes ontológicos, epistemológicos, axiológicos y teleológicos en la
búsqueda de mayores significados para la salud y la vida.
Concretamente esta ciencia, en la Carrera de Medicina, se propone
explicar a través de los principios y leyes de la Física, la relación
sustancial entre las manifestaciones vitales con los procesos físicos,
fisiológicos de los órganos del cuerpo humano; para ello, transfiere las
leyes y principios de la Física al campo de la Biología para explicar,
describir y comprender los procesos biológicos que generan y mantienen
la vida.
Es necesario además manifestar que la Biofísica es una ciencia
relativamente nueva, en proceso de formación y consolidación, que
demanda de investigaciones científicas aplicadas y de contextualización,
que proporcionen cada vez mayores conocimientos y experiencias para
3
describir y explicar con mayor profundidad científica la dinámica de esas
estructuras físico-biológicas que sustentan la vida.
Este módulo didáctico de enfoque constructivista, denominado
“Talleres Pedagógicos de Biofísica”, tiene las características de un
instrumento curricular que preside, con apoyo de las TIC, los procesos de
mediación del aprendizaje, dirigidos a la adquisición y desarrollo de
competencias genéricas y profesionales específicas de la asignatura,
inherentes a las Carreras de Medicina y Odontología, entre otras.
Su metodología permite superar el aprendizaje como simple
reproducción acumulativa de conocimientos disciplinares pre-elaborados,
preestablecidos, constituyéndose, más bien, en un conjunto de
estrategias activas e inter-actuantes de aprendizaje constructivistas, por
resultados en términos de competencias, bajo principios de la Teoría
Crítica de la Educación y Socio-constructivista del Aprendizaje – cabe
recordar que la epistemología de la Teoría Crítica de la Sociedad y de la
Educación es el constructivismo -, como dos ciencias de la educación
que se dan la mano para construirse y consolidarse en sus teorías y
principios, que actualmente están fundamentando a los currícula de la
educación en todos sus niveles y modalidades.
Cabe destacar, por lo tanto, que la metodología modular de
enseñanza-aprendizaje asimila los principios científicos de la Teoría del
Aprendizaje Socio-reconstruccionista, Histórico-cultural de Vygotski, de
los paradigmas científicos cuanti-cualitativos de investigación y evaluación
de los aprendizajes y de las estrategias didácticas que le son afines. Son
teorías psicopedagógicas que plantean situaciones de aprendizaje en las
que las y los estudiantes se convierten en constructores de sus propios
conocimientos y experiencias.
El currículo modular permite articular los procesos de enseñanza-
aprendizaje del aula, con las instancias de ciencia y tecnología, la
investigación científica de laboratorio y de campo, la extensión
universitaria y las acciones de desarrollo de la cultura. Además, facilita la
integración conciliatoria de los modelos curriculares centrados sólo en los
4
contenidos disciplinares (currículo tradicional), sólo en las actividades o
resultados de aprendizaje (currículo tecnológico-instrumental), que por sí
solos no han dado solución a los problemas, y del currículo
reconceptualista vigente que propicia la reflexión crítica para adecuar sus
elementos básicos y más componentes para atender las necesidades
educativas de las comunidades y grupos sociales en los que se aplica.
Facilita además la coordinación de las clases teóricas con las clases
prácticas, las investigaciones de campo, experimentos, seminarios,
tutorías y visitas, como acciones de enseñanza-aprendizaje, indisociables
en la educación superior.
En todos estos procesos está subyacente el supuesto científico de…
“las facultades psíquicas superiores se generan en la actividad del sujeto
que aprende” (Vygotski, 1989, pp. 144-146), esto es, en sus actividades
de aprendizaje de apropiación e interiorización de conocimientos,
aptitudes y actitudes, mediante procesos de construcción y
reconstrucción, a partir de sus conocimientos previos.
Para el efecto, en estos procesos de aprendizaje se tiene muy en
cuenta la teoría Vygotskiana denominada Zona de Desarrollo Próximo
(ZDP), como estrategia para avanzar a niveles más altos de potencial de
aprendizaje, tendientes a la formación de capacidades para el aprendizaje
autónomo, muy necesarias para los trabajos académicos de las y los
estudiantes y, a futuro, para los desempeños científicos, técnicos y
sociales de la vida profesional.
En estos Módulos Alternativos Enseñanza … de enfoque
constructivista del aprendizaje (OSES, Sonia y CARRASCO, Laura
(2013), no se excluye los planteamiento de Benjamín Bloom (1977; p: 24)
que asigna la estructura de sistema a la enseñanza-aprendizaje, en el que
identifica tres elementos importantes que necesariamente deben ser
cumplidos si se quiere tener éxito: los input o entradas, throughpud o
procesos y output o salidas; esto es, los conocimientos previos y otros
recursos como insumos indispensables para el aprendizaje; las
actividades de aprendizaje que realizarán las y los estudiantes para
5
aprender y los resultados de aprendizaje en términos de capacidades o
competencias.
Procesos didácticos para el aprendizaje significativo de
conocimientos, comprensiones, aptitudes y actitudes, a partir de los textos
básicos de los módulos, son la investigación, con los necesarios
procedimientos de la lectura científica, el análisis proposicional y
categorial de textos de reconocido valor, la aplicación de organizadores
gráficos de ideas, la elaboración de textos científicos cortos, ensayos,
artículos científicos, informes y monografías inherentes a los temas de
estudio.
Para abordar este tipo de trabajo académico es necesario tener a nivel
de dominio las operaciones intelectuales de lectura comprensiva. Según
DE ZUBIRÍA, Miguel (1996), éstas son la decodificación primaria,
secundaria y terciaria de textos literarios y científicos entre otros. (pp. 93-
2013). En este caso, para el aprendizaje mediante módulos, el primer
paso fundamental es disponer del texto seleccionado y debidamente
actualizado para proceder a la identificación de los pensamientos
expresados en proposiciones; luego, entre ellas identificar las
proposiciones principales, observar sus relaciones (…) ”de causa-efecto,
de antecedente consecuente, espaciales, de intensión-consecuencia”
(Ibídem), en base a las que se establece la estructura semántica de los
textos que se estudien.
Al respecto, dicho autor manifiesta que:
Con el solo hecho de acostumbrarse a extraer, párrafo por
párrafo, los pensamientos o ideas principales se gana
mucho en habilidad para descubrir macroproposiciones
[proposiciones principales]. Cada profesor puede elegir la
técnica que prefiera, pero siempre las ideas principales
identificadas durante la lectura deben transcribirse,
pasarse a papel. El hecho de escribirlas – y aconsejo, de
numerarlas- facilita mucho las cosas.” (Ibídem, p. 233).
6
Actividades básicas de aprendizaje en este sistema, por lo tanto, son:
la lectura científica individual previa de los textos, los talleres pedagógicos
de producción de conocimientos, el aprendizaje por problemas, trabajos
en micro grupos, asambleas, la investigación-acción y otras estrategias
didácticas interactivas inherentes al desarrollo de la reflexión crítica, la
creatividad, entre otras capacidades de la formación profesional.
Los resultados de aprendizaje se evalúan a través de pruebas de
base estructurada de fin de carrera en las respectivas profesiones,
además de la evaluación formativa, continua y cuanti-cualitativa, mediante
la observación de los procesos y productos de los aprendizajes
realizados.
7
INTRODUCCIÓN
La Biofísica tiene el papel fundamental de explicar la causalidad física de los procesos vitales y su objetivo esencial es prever la naturaleza y calidad de los procesos físico-biológicos que dan lugar a preservar y mantener la salud y la vida.
El cuerpo humano es una estructura orgánica muy compleja, en cuyo
funcionamiento se realizan situaciones de equilibrio y desequilibrio,
armonía y desarmonía, homeostasis y entropía que dinamizan el
desarrollo de la vida, generando consecuentemente ese sistema y
estructura de complejidades bio-psico-sociales que caracterizan el devenir
de la vida de los seres humanos.
En ese sistema, explicar científicamente la estructura y dinámica de
las interrelaciones y transformaciones físico-vitales que ocurren en el
devenir de la vida de los seres humanos desde cuando se forman en el
vientre uterino hasta cuando nacen, crecen, se desarrollan y mueren es
propósito de la Biofísica, como propedéutica de la Biología y de la
Ciencias Médicas, entre otras ciencias importantes.
Por lo dicho, en cierto sentido, la Biofísica es una ciencia reduccionista
en cuanto trata de explicar los fenómenos de la vida que es de suma
complejidad biológica, psicológica y social, sólo a través de los principios
y leyes de la Física.
8
Sin embargo, mediante estudios interdisciplinarios con otras ciencias,
trata de superar esas limitaciones, su mera circunscripción a los procesos
físicos internos del cuerpo humano, como generadores de la vida y su
mantenimiento con sus respectivas manifestaciones de salud y de
enfermedades.
La asignatura, debido a su complejidad, se lo ha dividido en varios
módulos que comprenden los temas centrales de la Biofísica, con los que
se fundamenta la comprensión en el aprendizaje de las diferentes
biológicas, en especial de la Fisiología Humana. Además, se da a conocer
los fenómenos físicos que se producen en el proceso vital y en la
dinámica misma del cuerpo humano, lo que constituye una temática de
gran interés para los estudiantes y profesionales de la Carrera de
Medicina; es más, de quienes ejercen el rol de formadores de
profesionales de la Medicina en las Universidades.
Al respecto, Pompa Alberto (2002), sostiene que esta ciencia compleja
se encarga de
… analizar las propiedades de estos organismos desde el nivel celular, destacando los fenómenos eléctricos que caracterizan la actividad de las células, así como las formas en que estas transportan diferentes sustancias a través de sus membranas. Se propone, además, explicar algunas propiedades de los fluidos tanto líquidos como gaseosos, sobre todo aquellas que desempeñan un papel importante en los organismos vivos tales como la tensión superficial, la viscosidad, la compresibilidad, etcétera. Por otra parte, describe las características de los sistemas fluyentes, particularmente del sistema circulatorio. (Ibidem, p. 7).
Propósito fundamental de la Biofísica, también es identificar y
comprender las leyes y principios de la Física en que se basa la estructura
y el funcionamiento del instrumental médico utilizado en el ejercicio
profesional.
9
ÁMBITO DE ESTUDIO DE LA BIOFÍSICA
Los campos de estudio de la Biofísica son:
La Biomecánica que comprende el estudio de las fuerzas que
intervienen en los sistemas vivos.
La Bioenergética que estudia los cambios de la energía en la
estructura física de los seres vivos.
Sistema Muscular que comprende el estudio de los músculos lisos
y la estructura del esqueleto y los factores que inciden en su
dinámica vital y funcional.
La Hemodinámica que estudia el movimiento de la sangre a lo
largo de la red circulatoria, atendiendo a las causas que lo
producen.
Sistema Respiratorio, que comprende el estudio de la transferencia
de gases entre la atmósfera y los seres vivos.
IMPORTANCIA DE LA BIOFÍSICA
La Biofísica es una ciencia aplicada, transdisciplinaria y propedéutica,
relativamente nueva en proceso de formación y perfeccionamiento, que
nace como necesidad fundamental de las ciencias biológicas para la
explicación científica de los procesos físicos que se producen en los
fenómenos biológicos de los seres vivos; por ello, tiene suma importancia
en la formación de los profesionales de la Medicina, de la Veterinaria,
Pecuaria y de la misma Biología. Sus conocimientos y metodologías van a
instrumentar a estudiantes y docentes para comprender y fundamentar,
con la debida claridad, los referidos procesos físicos de los fenómenos
biológicos, que se están produciendo en los seres para generar y
mantener la vida, sean estos humanos, animales o vegetales.
10
SYLLABUS DE LA ASIGNATURA DE BIOFÍSICA
Competencia General del Programa de Biofísica
Una vez estudiada la materia de Biofísica, las y los estudiantes de la
Carrera de Medicina, demostrarán ser competentes cuando:
Aplican las bases y fundamentos científicos de la dinámica física y
biológica de los sistemas, aparatos y órganos del cuerpo humano y su
relación con el medio ambiente en el que se desenvuelve, con flexibilidad
científica, lógica, ética y espíritu crítico.
Objetivo General del Programa de Biofísica
Una vez realizados los aprendizajes de la asignatura de Biofísica, las
y los estudiantes serán capaces de:
Aplicar las bases y fundamentos científicos de la dinámica física y
biológica de los diferentes sistemas, aparatos y órganos del cuerpo
humano y su relación con el medio ambiente en el que se desenvuelve,
utilizando el método científico en la lectura comprensiva de textos
convencionales y virtuales, consultas a expertos, prácticas de laboratorio,
visitas de observación, estudios de casos, seminarios e investigaciones,
con flexibilidad científica, lógica, ética criticidad.
UNIDADES DE COMPETENCIA
Unidad 1: Biomecánica
Unidad 2: Bioenergética
Unidad 3: Sistema Muscular
Unidad 4: Hemodinámica
Unidad 5: Sistema Respiratorio
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UNIDAD DE COMPETENCIA 1: BIOMECÁNICA
Una vez estudiada la materia de Biomecánica, las y los estudiantes de
la Carrera de Medicina, demostrarán ser competentes cuando:
Aplican los conocimientos de la Mecánica a la estática y dinámica del
cuerpo humano, con flexibilidad científica, lógica, ética y espíritu crítico.
OBJETIVO DE LA UNIDAD DE COMPETENCIA Una vez estudiada la materia de Biomecánica, las y los estudiantes de la
Carrera de Medicina, serán capaces de:
Aplicar los conocimientos de la Mecánica a la estática y dinámica del
cuerpo humano, mediante la observación simulada y natural de
fenómenos, con aplicación de las TIC, lectura científica de textos
convencionales y virtuales seleccionados y la formulación de
proposiciones científicas del contenido, construcción de organizadores
gráficos de ideas, ensayos científicos e informes de investigación, con
flexibilidad científica, lógica, ética y espíritu crítico.
Elemento de Competencia 1
Aplican los conocimientos de la Mecánica a la estática y dinámica del
funcionamiento de las extremidades del cuerpo humano, con flexibilidad
científica, lógica, ética y espíritu crítico.
Actividades de Aprendizaje
a. Observar situaciones de locomoción natural y simulada del ser
humano en el aula y fuera del aula e inferir conocimientos de
biomecánica, como trabajo individual previo al trabajo grupal.
12
b. Analizar el fenómeno de la locomoción, mediante lectura científica
de textos seleccionados de Biomecánica, como trabajo individual
previo al trabajo grupal.
c. Realizar análisis proposicional y categorial, y elaborar
organizadores gráficos del conocimiento, en trabajo de micro
grupos.
d. Discutir en asamblea de aula los productos grupales y realimentar
el conocimiento compartido.
e. Construir ensayos científicos a partir de las proposiciones
científicas y los organizadores en trabajo individual de
demostración del aprendizaje competencial, como resultado del
proceso.
Elemento de Competencia 2
Diferencia la acción y efectos de fuerzas en el organismo, mediante
lectura científica de leyes de la Estática y Dinámica
Diferencia los tipos de palancas y su funcionamiento presentes en el cuerpo, mediante lectura científica de máquinas.
Actividades de Aprendizaje
a. Trabajo individual previo: análisis proposicional y categorial del
tema: Estática y Dinámica.
b. Trabajo en micro grupos para construir las proposiciones
científicas en consenso grupal y elaboración de organizadores
gráficos del conocimiento científico.
c. Puesta en común de los productos grupales.
Elemento de Competencia 3
Aplica el conocimiento de leyes de la Estática y Dinámica y tipos de
palancas para identificar la acción y efectos de fuerzas en el organismo
humano.
13
Actividades de Aprendizaje
a. Observación simulada y natural de movimientos del cuerpo
humano en el grupo clase para explicitación de conocimientos
previos y esquemas de partida.
b. Trabajo individual previo al trabajo grupal: lectura comprensiva de
textos con análisis proposicional y categorial del tema “Los tipos de
palancas en el organismo humano”. Construcción y formulación de
proposiciones científicas en consenso grupal y elaboración de
organizadores gráficos de ideas.
c. Puesta en común, discusión y realimentación de los productos
grupales.
d. Elaboración de ensayos científicos.
Elemento de Competencia 4
Analiza el movimiento del cuerpo como respuesta a las variaciones de
inercia, mediante observación de casos y lectura científica de los
principios de la Dinámica.
Actividades de Aprendizaje
a. Observación de casos en el aula mediante simulación de roles para
establecer prerrequisitos.
b. Trabajo individual previo al trabajo grupal: lectura comprensiva,
análisis proposicional y categorial del tema: Leyes de Newton.
c. Trabajo en micro grupos para construir proposiciones científicas en
consenso y elaboración de organizadores gráficos de ideas.
d. Puesta en común, discusión y realimentación de los productos
grupales.
e. Elaboración de ensayos científicos.
14
Resultados de aprendizaje de la unidad de competencia 1
Producto Acreditable:
Inventario de las proposiciones científicas formuladas en consenso.
Organizadores gráficos de las ideas científicas.
Ensayo científico que describa las características, propiedades y
principios de la Biomecánica y la explicación de sus relaciones e
incidencias con los fenómenos biofísicos del cuerpo humano. El
texto debe tener la estructura del ensayo científico y la forma
textual de las normas APA, capaz de insertar en una obra científica
de autores.
15
INFORMACIÓN CIENTÍFICA DE BIOMECÁNICA
La Biomecánica es el conjunto de conocimientos interdisciplinares
generados a partir de la Mecánica. Hoy en día es posible aplicar con
éxito, en los procesos que intervienen en la regulación de los sistemas,
modelos matemáticos que permiten simular fenómenos muy complejos en
potentes ordenadores.
Movimiento
En mecánica el movimiento es un fenómeno físico que se define como
todo cambio de posición que experimentan los cuerpos de un sistema, o
conjunto, en el espacio con respecto a ellos mismos o con arreglo a otro
cuerpo que sirve de referencia. Todo cuerpo en movimiento describe una
trayectoria.
La parte de la física que se encarga del estudio del movimiento sin
estudiar sus causas es la cinemática. La parte de la física que se encarga
del estudio de las causas del movimiento es la dinámica.
Estudia el movimiento en los seres vivos, atendiendo a sus causas y
consecuencias; se presenta tanto en nivel macro como micro molecular.
El movimiento es energía. El agua y los solutos se mueven a través de la
membrana para suministrar energía a la célula y pueda cumplir con su
trabajo; el tipo movimiento de los animales es muy variado se retuercen,
nadan, reptan, caminan, corren, vuelan.
La locomoción puede ser el resultado de un lento deslizamiento de
las células: Es el caso del movimiento ameboideo, que se produce gracias
a la acción de un seudópodo o a la oscilación de los cilios (diminutas
prolongaciones filiformes de la célula); la oscilación de los flagelos, que
tienen igual estructura que los cilios pero mayor longitud da lugar al
16
desplazamiento. En la contracción muscular, el movimiento es el resultado
de desplazamiento relativo de los filamentos de actina y misiona.
Las plantas también se mueven respondiendo a variaciones de
presión osmótica y pueden orientar sus hojas hacia el sol, así como
también “buscan” la luz (fototropismo). El movimiento del citosol
(componente líquido del citoplasma en el que están suspendidos los
organelos) suele acelerarse o desacelerarse con los cambios de la
cantidad de energía luminosa.
En los animales superiores, el movimiento es el resultado de la acción
conjunta de fuerzas generadas por los músculos que se transmiten hacia
los tendones y más tarde a los huesos. La acción de las fuerzas da lugar
a: movimiento, estabilidad, empuje, tracción y flujo.
Los seres vivos dependen de las fuerzas, ejemplo: hacen circular la
sangre, permiten el flujo de aire hacia y desde los pulmones y propulsan
la orina a lo largo del tubo colector.
Se requieren fuerzas para: la transposición de un tendón, una
artrodesis (fusión de dos huesos, anclando una articulación), una
osteotomía (Corte de un hueso)
Una fuerza hace posible que una persona permanezca sentada, que un
átomo o partícula ocupe un determinado lugar del organismo.
Los huesos contienen cristales de carbonato de calcio y de fosfato de
calcio cuyos átomos forman un cristal sólo si las fuerzas eléctricas son los
suficientemente grandes para atraparlos y mantenerlos en ese sitio.
17
Clasificación de las Fuerzas
La Fuerza de Gravitación Universal
Dos cuerpos se atraen con una fuerza que es proporcional a su masa
e inversa con el cuadrado de la distancia que los separa. El peso es el
resultado de la atracción entre la tierra y los objetos Otra consecuencia de
la fuerza gravitacional, es la formación de venas varicosas, cuando la
sangre retorna al corazón desde las extremidades inferiores, venciendo a
la gravedad y el sistema de válvulas no funciona correctamente.
Fuente: http://www.thewildchildren.com/wp-content/uploads/2013/04/ley-de-gravitación.jpg La fuerza gravitacional ayuda a la conservación de los huesos,
evitando la pérdida de sus minerales.
18
Largos períodos de permanencia en reposo (convalecencia)
modifican la interacción de las fuerzas en el organismo (pérdida
ósea).
La falta de gravedad hace que los astronautas pierdan peso.
En el desarrollo de nuestras actividades, no sentimos la acción de
las fuerzas gravitacionales porque son extremadamente pequeñas,
si se comparan con los otros tipos de fuerzas.
Fuerzas Eléctricas
La materia tiene átomos con electrones negativos y núcleos positivos.
Debido a esas cargas eléctricas, se atraen o repelen mutuamente con una
fuerza que es proporcional al producto de esas cargas.
Fuente: https://www.google.com.ec/search?q=fuerzas+el%C3%A9ctricas&source=lnms&tbm
19
Los huesos contienen átomos de carbonato de calcio y fosfato de
calcio. Que forman un cristal sólo si las fuerzas eléctricas son lo
suficientemente grandes para atraparlos y mantenerlos en el sitio
mientras no cambien de valor. El ascensor, el teléfono, la calculadora,
el electrocardiograma, etcétera, funcionan gracias a fuerzas eléctricas
que resultan de la atracción y repulsión de las cargas eléctricas.
La electricidad es flujo de electrones, iones o de los dos a la vez y
genera esas fuerzas, las fuerzas eléctricas son mucho más intensas
que las gravitacionales. La fuerza eléctrica la sentimos, oímos y la
sabemos en pequeñas cantidades sabe cómo ácido.
La fuerza eléctrica desarrollada entre el protón y el electrón de un
átomo de hidrógeno es 1039 veces más grande que la fuerza de
atracción gravitacional, la debida a sus masas.
1000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000
1000 sixtillones de veces más grande que la de atracción debida a
esas masas.
Fuente:https://www.google.com.ec/search?q=fuerza+electrica+de+un+atomo+de+hidrogeno
20
Fuerzas Magnéticas
La magnetita es un mineral que atrae a limaduras de hierro. Esta
propiedad se denomina magnetismo. Los cuerpos que tienen magnetismo
se denominan imanes, las fuerzas con que se atraen se denominan
magnéticas y son consecuencia de las fuerzas eléctricas existentes en el
interior de los imanes.
https://www.google.com.ec/search?q=fuerzas+magn%C3%A9ticas&source=lnms&tbm
Fuerzas Electromagnéticas
Se deben a la atracción o repulsión de fuerzas eléctricas y
magnéticas, una fuerza magnética puede ser generada por cargas
eléctricas en movimiento. Del mismo modo, una fuerza eléctrica puede ser
generada por un campo magnético en movimiento.
Fuente:https://www.google.com.ec/search?q=fuerzas+electromagn%C3%A9ticas&source
21
Fuerzas Nucleares del Átomo
Las cargas eléctricas del átomo generan dos clases de fuerzas que
son muy grandes
Fuerza nuclear fuerte
Fuerza nuclear débil
Las dos se utilizan en medicina nuclear
Fuerte Nuclear Fuerte
Es la responsable de la estabilidad del núcleo atómico, vence la
repulsión generada por la carga positiva de los protones (p+), impide
que los electrones (e-) sean atraídos por el núcleo.
Toda la carga positiva del átomo se concentra en el núcleo,
mientras que la negativa se distribuye en las órbitas, el volumen del
núcleo es la 1/100 000 parte del volumen atómico total; a pesar de que
el volumen nuclear es muy pequeño, concentra la mayor cantidad de
masa del átomo por lo que la densidad atómica es muy grande. Si el
núcleo tuviese el tamaño de una canica, en proporción pesaría 34.000
toneladas.
Fuerza Nuclear Débil
Está involucrada en el decaimiento de los electrones (Radiación
ß), por lo que se la considera como una fuerza de carácter eléctrico;
hay que vencer la fuerza nuclear débil para que un electrón sea
sacado de su órbita, la energía liberada por el decaimiento de los
electrones da lugar a la emisión de Rx.
22
Fuente: https://www.google.com.ec/search?q=Fuerza+nuclear+fuert+e+y+d%C3%A9bil Ley de Coulomb
“Partículas de igual carga se repelen; las de carga contraria, se
atraen”
Los electrones no son atraídos por el núcleo porque:
Su velocidad desarrolla una fuerza centrífuga que los aleja del
núcleo.
La energía de ligazón, que es parte de la energía gravitacional,
mantiene al electrón en su órbita.
23
Nuestro organismo es básicamente una máquina eléctrica: Si la
célula está en reposo, entre sus caras hay una diferencia de potencial
de 60 mV (milivoltios, < 0.1V); cuyo espesor de la membrana es igual
a 0,0075=7 5A°.
El potencial transmembrana, si el espesor de la membrana celular
fuese igual a 1 centímetro, ese potencial equivaldría a 100. 000 voltios.
EFECTOS DE LA FUERZA EN EL ORGANISMO
Cambio de Movimiento. Se producen de 3 maneras:
Un cuerpo que está en reposo al aplicarle una fuerza se mueve
Un cuerpo que está en movimiento, al aplicar fuerza se detiene
Un cuerpo que está en movimiento con una cierta velocidad al
aplicarle una fuerza puede aumentar disminuir su velocidad
Las fuerzas que actúan en el organismo, determinan que el cuerpo
se encuentre:
En equilibrio (Estática)
En movimiento (Dinámica)
Estática. Estudia los efectos de las fuerzas aplicadas a un cuerpo en
equilibrio, la cual considera las estructuras en un estado inmóvil.
Un cuerpo en equilibrio también se denomina estacionario, la
resultante de las fuerzas y momentos que actúan sobre un cuerpo en
equilibrio es igual a cero. Los órganos internos se mantienen en su sitio
porque se encuentran en equilibrio.
Primera Ley de Newton (Ley e Inercia). Esta ley postula que un cuerpo
u objeto permanece en estado de reposo o de movimiento uniforme salvo
que actúe sobre él algún otro cuerpo. Cuando el total de todas las fuerzas
24
que actúan sobre un cuerpo u objeto equivale a cero, entonces se dice
que éste se halla en un estado de equilibrio. Dicho estado puede variar en
aquellas circunstancias donde interviene la acción de una fuerza
desequilibrada.
Fuente: https://www.google.com.ec/search?q=est%C3%A1tica+y+din%C3%A1mica&source
PALANCAS
Las fuerzas “internas” producidas por el músculo se transmiten a
través de los tendones y huesos, hacia el exterior, este proceso se
produce gracias a la acción de sistemas de palancas. La palanca es una
barra rígida que puede girar alrededor de un punto fijo (punto de apoyo o
fulcro) ejerce una fuerza para levantar un peso
25
Fuente:https://www.google.com.ec/search?q=biofisica+palancas+del+cuerpo+humano&source
En una palanca actúan dos fuerzas:
Potencia
Resistencia
Fuente: https://www.google.com.ec/search?q=biofisica+palancas+del+cuerpo+humano&source
Potencia. Es la fuerza necesaria para levantar el peso de la Resistencia
Las palancas se clasifican según la posición del apoyo, resistencia y
potencia.
26
Primer Género (son las menos frecuentes en nuestro organismo)
Resistencia
Apoyo
Potencia
Fuente: https://www.google.com.ec/search?q=biofisica+palancas+del+cuerpo+humano&source Segundo Género Apoyo
Resistencia
Potencia
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Fuente: https://www.google.com.ec/search?q=biofisica+palancas+del+cuerpo+humano&source Tercer Género (más frecuentes)
Apoyo
Potencia
Resistencia
Fuente:https://www.google.com.ec/search?q=biofisica+palancas+del+cuerpo+humano&source
28
Algunos ejemplos de palancas en nuestro cuerpo:
En la cabeza: el trapecio genera una fuerza (potencia) para vencer
el peso de la cabeza (resistencia), el punto de apoyo está ubicado en
la articulación occipitatloidea, es una palanca de primer género.
Fuente:https://www.google.com.ec/search?q=biofisica+palancas+del+cuerpo+humano&source
Los gemelos y el soleo provocan una fuerza (potencia) para vencer el
peso del cuerpo (resistencia), con apoyo en los metatarsianos, es una
palanca de segunda clase.
29
Fuente: https://www.google.com.ec/search?q=biofisica+palancas+del+cuerpo+humano&source La fuerza proporcionada por el bíceps (potencia), levanta el
antebrazo (resistencia) y se apoya en la articulación del codo, es una
palanca de tercer género.
Fuente:https://www.google.com.ec/search?q=biofisica+palancas+del+cuerpo+humano&source
30
Momento = Fuerza X distancia.
Las palancas son sistemas en equilibrio, por lo que la suma de
momentos es igual a cero
Sumatoria de los Momentos = 0
El momento producido por la potencia es igual al de la resistencia.
m M x dM = m W x d W
mM = Momento de la potencia (fuerza a desarrollar)
dM = Distancia a la potencia
mW = Momento de la resistencia (peso a levantar)
dW = Distancia a la resistencia
Ejemplo: Determinar la fuerza desarrollada por el bíceps (M) al
levantar un peso (W)
Fuerzas que actúen:
R = Reacción del húmero sobre el cúbito
M = Fuerza desarrollada por el bíceps;
W = Peso levantado por la mano; H = Peso del antebrazo, que está aplicado en el centro de gravedad Determinar la fuerza desarrollada por el bíceps (M) al levantar un peso (W) Se toma como origen a partir del cual se miden las distancias al
punto de aplicación de la reacción, se tienen los siguientes valores: Distancia entre R y M = 4 cm. Distancia entre R y H = 14 cm. Distancia entre R y W = 30 cm. La distancia para R es 0, porque su distancia hasta el punto de
apoyo es cero. Como el sistema está en equilibrio, Sumatoria de los Momentos = 0 Son positivos producen giro en sentido horario Esquema:
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Fuente: https://www.google.com.ec/search?q=esquema+de+fuerzas+de+palancas +W x 0.30 + H x 0.14 - M x0.04= 0 (Ec. Bm1) W peso que se levanta = 1 Kg H = peso del antebrazo = 1.5 Kg. H = 1.5 Kg. M = Fuerza realizada por el bíceps, en Kg FUERZAS DE FRICCIÓN El rozamiento se presenta cuando una superficie se desliza con respecto a otra, hay una Fuerza de fricción entre la suela del zapato y la superficie; la dirección de la fuerza ejercida por el calzado es oblicua.
Fuente:https://www.google.com.ec/search?q=esquemas+de+fuerzas+friccionales La componente horizontal de la reacción nos permite caminar
32
Esa fuerza se descompone en dos fuerzas: una vertical y otra horizontal La primera es equilibrada por la reacción del suelo; la componente horizontal es contrarrestada por las fuerzas de fricción y permite el desplazamiento hacia adelante. La fuerza de fricción depende del valor de la reacción vertical N (normal) y del coeficiente de fricción (µ) Ff = µN
En las articulaciones, la
fuerza de fricción tiene valores muy bajos, el líquido sinovial es el encargado de la lubricación, la mayor parte de los órganos están bañados por capas de lubricante.
Fuente:https://www.google.com.ec/search?q=fuerzas+de+fricci%C3%B3n+entre+el+tend
Material Coeficiente de fricción
Ruedas de tren 0.15
Llantas mojadas 1.00
Llantas húmedas 0.70
Tendón y vaina 0.013
Articulación 0.003
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DINÁMICA Las fuerzas también dan lugar al cambio del estado de movimiento de un cuerpo; lo aceleran o lo cambian de dirección, la fuerza es proporcional con la masa del cuerpo y la aceleración que adquiere.
Fuente: https://www.google.com.ec/search?q=din%C3%A1mica CINEMÁTICA: El esqueleto del organismo humano es un sistema compuesto de palancas. Puesto que una palanca puede tener cualquier forma, cada hueso largo en el cuerpo puede ser visualizado como una barra rígida que transmite y modifica la fuerza y el movimiento. La descripción del movimiento humano (incluyendo su sistema de palancas y articulaciones) en relación al tiempo y espacio, excluyendo las fuerzas que inducen al movimiento, se conoce como cinemática
F = m * a
34
Fuente: https://www.google.com.ec/search?q=cinem%C3%A1tica.-newton+.-+2da+ley&tbm
Es más fácil mantener el movimiento de una silla de ruedas, que iniciar su movimiento. Primero hay que vencer su inercia; la aceleración es la variación de velocidad en la unidad de tiempo. a = (v final - v inicial) / t Segunda Ley de Newton (Ley de Aceleración): La aceleración resulta cuando se aplican fuerzas externas desbalanceadas sobre un objeto. Esta ley describe la relación existente entre la fuerza aplicada, masa y aceleración. La ley de Newton postula que la aceleración de un objeto es directamente proporcional a las fuerzas desbalanceadas que actúan sobre éste e inversamente proporcional a la masa de dicho objeto. Esto implica que entre mayor sea la aplicación de la fuerza sobre un objeto que posee una masa constante, mayor será la aceleración de dicho objeto. Lo contrario ocurre (menor aceleración) si la fuerza aplicada al objeto es menor. Una fuerza aplicada a un objeto con mayor cantidad de masa resulta con menor aceleración en comparación con la fuerza aplicada a unos objetos de menor masa Ejemplo Calcular la fuerza generada por el impacto de una persona que pesa 60 Kg, que camina con una velocidad de 4 m/s, choca contra pared y retrocede una distancia de 3 centímetros y se detiene en 0,2 segundos. Datos: F = ?
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m = 60 kg Vi = 4m/s d = 3cm t = 0,2 s PROCEDIMIENTO a = (Vf – Vi)/ t a = (0 – 4) / 0.2 = 20 m/s2
F = m a F = 60 kg x 20 m/s2 = 1200 Kg x m/s2
F = 1200 N Para transformar Kilogramos a Newton se multiplica por 9,8 entonces: 60 Kg = 588 N Comparando la fuerza de impacto con el peso de esa persona, se concluye que es el más del doble. Tercera ley de Newton (Ley de Acción-Reacción): Las fuerzas siempre trabajan en parejas. Esta ley de Newton refleja este principio. La tercera ley establece que siempre que un cuerpo u objeto actúa sobre otro, el segundo ejerce una acción igual y opuesta al primero.
Fuente:https://www.google.com.ec/search?q=3ra+ley+de+newton+acci%C3%B3n+y+reacci
Las fuerzas dan lugar a:
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La aparente variación del peso corporal Cambios en la presión hidrostática de los líquidos orgánicos La distorsión y hasta ruptura de los tejidos elásticos del organismo Un aumento de la tendencia a la separación de los sólidos
suspendidos en soluciones. Aceleraciones muy grandes pueden provocar que los músculos no
logren desarrollar fuerzas suficientes. O que la sangre se acumule en ciertas o se acelere en ciertas
regiones del cuerpo, dependiendo de la dirección de las fuerzas.
Fuente: https://www.google.com.ec/search?q=efecto+de+las+fuerzas+en+el+organismo&tbm EL BALISTOGRAMA Registra los movimientos del cuerpo producidos por sus fuerzas internas, dolencias relacionadas con temblores como el mal de Parkinson son registradas con la ayuda de sistemas computacionales. Se obtienen gráficos que cambian en función de la frecuencia y amplitud de los temblores y que son sometidos a la evaluación clínica. El sistema registra los temblores mediante acelerómetros colocados en la mano y en el antebrazo del paciente, Los sensores están conectados a un computador que almacena los datos recibidos comparándolos con trazados fisiológicos.
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Clasificación de los temblores en función de la frecuencia
Diagnóstico Frecuencia Características
Holmes 2-5 Hz Combinación de
reposo, postural y
acción
Parkinson 3-6 Hz Reposo
Fisiológico 8-12Hz Postural, inducido
por estrés,
medicación,
ejercicio
El temblor normal se refleja en el balistograma, los temblores fisiológicos se deben a la vibración pasiva de los tejidos en respuesta a la actividad mecánica del corazón, los temblores no son habitualmente percibidos pero aumentan su intensidad en situaciones de miedo, ansiedad, disturbios metabólicos, ejercicios físicos, abandono del alcohol, uso de drogas con litio. En estas condiciones hay aumento del débito cardíaco, produciéndose exacerbaciones del temblor fisiológico; las sacudidas patológicas son lentas, tienen una frecuencia de 4 a 7 Hz que es la mitad de lo fisiológico, los temblores aparecen en las partes distales de los miembros, cabeza, lengua, cuerdas vocales, y rara vez en el tronco. De los temblores, los síndromes parkisonianos son los más comunes el problema más frecuente e importante para el médico es la evaluación de los temblores del paciente y decidir si son patológicos La instrumentación del balistograma Sensores Acelerómetros Hardware Software ASPECTOS FUNCIONALES
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Los sensores registran el movimiento del cuerpo del paciente Mientras más cerca se ubiquen paciente y computador, el
registro de datos será en tiempo real Los acelerómetros registran las aceleraciones El sistema colecciona los datos registrados en la brazo del
paciente (tendón del antebrazo) y dos dedos: índice y medio ACELERÓMETRO
El balistocardiograma registra el impulso que recibe el cuerpo debido a la contracción cardíaca, que impulsa la sangre hacia las arterias aorta y pulmonar, sirve para medir el gasto cardíaco y la fuerza contráctil del corazón. Balistogardiógrafo Indirecto de Starr
39
Fuente:https://www.google.com.ec/search?q=balistocardi%C3%B3grafo&source Se compone de una tabla horizontal suspendida, sobre la cual se
ubica el paciente La fuerza de la sangre al salir del corazón, da lugar a movimientos
del cuerpo que son amplificados y registrados En el balistocardiograma durante la sístole, la sangre es impulsada
con una fuerza dirigida hacia la cabeza. Esto genera una reacción con dirección a los pies. Cuando la sangre llega al arco de la aorta, cambia la dirección de
la fuerza y de su reacción: la fuerza de la sangre se dirige hacia los pies y la reacción hacia la cabeza.
Lo que da lugar al movimiento del cuerpo, que se registra en el balistocardiógrafo
El trazado del balistocardiograma tiene ondas positivas cuando la sangre es impulsada en dirección a la cabeza y negativas en caso contrario.
Las ondas se designan con las letras H; I, J, K, L, M, N
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Fuente:https://www.google.com.ec/#q=Gr%C3%A1fico+de+las+ondas+en+el+balistocardi La onda H se debe al movimiento corporal como reacción a las
fuerzas provocadas por la contracción auricular e isométrica de los ventrículos. Aparece en el inicio del sístole ventricular
La onda I es consecuencia de la expulsión ventricular de la sangre en la aorta y en dirección a la cabeza, lo que da lugar al movimiento en retroceso del cuerpo
La onda J se debe a la desaceleración de la sangre en la aorta ascendente, a su aceleración en la descendente y a su impacto a nivel del cayado
La onda K es causada por la desaceleración de la sangre en la aorta descendente y por la resistencia periférica a su desplazamiento
La onda L se debe a fuerzas producidas por la sangre en la aorta, al llenado del ventrículo y al desplazamiento del tabique aurículo ventricular
La onda M es causada por el lleno ventricular rápido y por el impacto de la sangre en la punta del corazón
La onda N se origina en el fin del llenado ventricular y se debe a el cierre de las válvulas aurículo ventriculares.
La forma del balistocardiograma depende de la fuerza de expulsión de la sangre; su amplitud depende la fuerza de expulsión y no del volumen minuto circulatorio
41
UNIDAD DE COMPETENCIA 2: BIOENERGÉTICA
Aplica los conocimientos de la energía al funcionamiento y al trabajo celular, con rigurosidad científica, lógica, ética y espíritu crítico.
OBJETIVO DE LA UNIDAD DE COMPETENCIA Aplicar los conocimientos de la energía al funcionamiento y al trabajo celular mediante, observación simulada y natural de casos con aplicación de las TIC, lectura científica de textos seleccionados y construcción organizadores gráficos y ensayos científicos con rigurosidad científica, lógica, ética y espíritu crítico.
Elemento de competencia 1
1. Analizar la participación de las fuentes de energía en el trabajo
celular, mediante lectura científica, del tema fuentes de energía:
Actividades de aprendizaje
a. Trabajo individual previo: análisis proposicional del tema
Introducción a la Bioenergética.
b. Trabajo en micro grupos para construir las proposiciones
científicas en consenso grupal y elaborar un organizador
gráfico.
c. Puesta en común de los productos grupales.
Elemento de competencia 2
Identifica los principios energéticos a nivel celular con criterio de normalidad, a través de la lectura comprensiva del texto científico: Los Principios Energéticos. Actividades de aprendizaje
a. Trabajo individual previo: análisis proposicional del tema
(Principios de la Termodinámica)
b. Trabajo en micro grupos para construir las proposiciones
científicas en consenso grupal y elaborar un organizador
gráfico.
c. Puesta en común de los productos grupales.
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Elemento de competencia 3
Identifica las variaciones de la energía según los principios termodinámicos, mediante ejemplos de las variaciones de energía: Actividades de aprendizaje
a) Trabajo individual previo: análisis proposicional del tema: Entalpía.
b) Trabajo en micro grupos para construir las proposiciones científicas
en consenso grupal y elaborar un organizador gráfico.
c) Puesta en común de los productos grupales.
Elemento de competencia 4
Diferencia los potenciales de transferencia de grupo en las reacciones metabólicas, mediante ejemplos de transferencia de grupo químico en las reacciones metabólicas, comprendidos en la lectura científica. Actividades de aprendizaje
a) Trabajo individual previo: análisis proposicional del tema:
Potenciales de transferencia de grupo.
b) Trabajo en micro grupos para construir las proposiciones
científicas en consenso grupal y elaborar un organizador
gráfico.
c) Puesta en común de los productos grupales.
Elemento de competencia 5 Diferencia las reacciones espontáneas de las conducidas a través de sistemas de acoplamiento que tiene lugar a nivel celular, mediante aplicaciones de reacciones acopladas, mediante Lectura científica Actividades de aprendizaje a) Trabajo individual previo: análisis proposicional del tema:
Reacciones conducidas.
b) Trabajo en micro grupos para construir las proposiciones científicas
en consenso grupal y elaborar un organizador gráfico.
c) c Puesta en común de los productos grupales.
Elemento de competencia 6 Identifica la participación de las enzimas que intervienen en la velocidad de las reacciones dependiendo de la necesidad celular, mediante revisión bibliográfica.
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Actividades de aprendizaje
a) Trabajo individual previo: análisis proposicional del tema:
Clasificación de enzimas
b) Trabajo en micro grupos para construir las proposiciones científicas
en consenso grupal y elaborar un organizador gráfico.
c) Puesta en común de los productos grupales.
RESULTADO DE APRENDIZAJE DE LA UNIDAD DE COMPETENCIA
PRODUCTO ACREDITABLE
Ensayo científico que describa las características, propiedades y
principios de la Bioenergética y la explicación de sus relaciones e
incidencias con los fenómenos biofísicos del cuerpo humano. El texto
debe tener la estructura del ensayo científico y la forma textual del modelo
APA, capaz de insertar en una obra científica de autores
44
INFORMACIÓN CIENTÍFICA BIOENERGETICA
Ing. Mario León Viteri Dra. Marcia Zapata
Generalidades:
Estudia la energía y sus transformaciones con relación al fenómeno
biológico. La vida requiere un intercambio permanente de materia y
energía para dar lugar a los diferentes fenómenos físicos y químicos que
se producen en los seres vivos.
La energía es una característica de todo objeto animado o
inanimado, presente en la naturaleza de la que sólo se puede sentir sus
efectos. Los vegetales, por ejemplo, gracias a la clorofila absorben y
almacenan energía solar y la transforman en química al sintetizar
substancias a partir del dióxido de carbono y del vapor de agua presentes
en la atmósfera, para constituir moléculas útiles para su metabolismo.
Fuente:
https://www.google.com.ec/search?q=proceso+de+la+clorofila&source=
45
Gracias a la energía se desarrolla trabajo; por ejemplo, la energía
requerida para la actividad celular es suministrada por el trifosfato de
adenosina (ATP), producido por la mitocondria. Esta energía puede
utilizarse ya sea en la contracción muscular o en la formación de
moléculas como ocurre en la síntesis de proteínas; o para transportar
moléculas al interior celular en contra de la presión generada por las
moléculas presentes en ese interior, o bien para la transmisión de los
impulsos a lo largo de los nervios. En esos casos se libera energía por la
pérdida de un grupo fosfato del ATP y su conversión en difosfato de
adenosina ADP.
Todas las actividades del organismo, incluido el pensar, exigen
transformaciones de energía para producir trabajo. Al levantar un peso,
conducir una bicicleta, se requiere transformaciones energéticas.
En el organismo la fuente básica de energía son los alimentos, que
no son una fuente directa de la misma, deben ser transformados
químicamente para formar moléculas que puedan combinarse con el
oxígeno presente en las células en un proceso químico que se denomina
CICLO DE KREBS.
46
Fuente:https://www.google.com.ec/search?q=fuente+de+energ%C3
%ADa+son+los+alimentos
Esa energía es utilizada en el funcionamiento de los órganos para
obtener trabajo mecánico externo o para mantener constante la
temperatura corporal. Bajo condiciones basales, cerca del 25% de la
energía corporal es requerida por los músculos esqueléticos y el corazón,
el 19% por el cerebro, el 10% por el riñón, el 27% por el hígado y el bazo,
un pequeño porcentaje, alrededor del 5% se desperdicia con las heces y
la orina. El exceso de energía se almacena como grasa. Parte de la
energía es utilizada para el funcionamiento de los órganos y otra se
manifiesta como calor corporal.
Una fracción de ese calor se utiliza para mantener constante la
temperatura corporal pero el resto es disipado hacia el exterior.
Otros tipos de energía, la solar o la proveniente de aparatos
externos pueden ayudar al mantenimiento de la temperatura corporal,
pero no se utilizan en el funcionamiento de los sistemas del organismo.
47
Fuente:
https://www.google.com.ec/search?q=energia+solar+y+los+seres+vivos&s
ource
Entonces, desde el punto de vista biofísico, los seres vivos somos
sistemas convertidores de energía.
SISTEMA: Es todo conjunto de materia que puede intercambiar
energía entre sí o con el medio ambiente; Según su complejidad
pueden ser: aislados, cerrados y abiertos.
En los aislados, la masa, el volumen y la energía permanecen
constantes, sin que se establezca intercambio de materia y energía con el
exterior, por ejemplo una reacción química que ha finalizado y que esté
aislada del exterior. En los cerrados, la masa, la presión y la temperatura,
permanecen constantes pero hay intercambio de energía con el medio
ambiente; por ejemplo un conjunto de células en un medio sin nutrientes.
En los abiertos hay intercambio de materia y energía con el medio
ambiente; por ejemplo, el ser humano.
TRANSFORMACIONES EN LOS SISTEMAS
Un sistema tiene dos estados de energía; un inicial y otro final;
según el nivel de energía las transformaciones pueden ser: cíclicas y
acrílicas.
Son cíclicas cuando el estado energético inicial es igual al final, es decir
son los mismos.
A-B-C-D-A
Son acíclicas si los estados inicial y final, son diferentes.
48
A-B-C-D-E
Por su sentido se clasifican en reversibles e irreversibles.
Reversibles: Cuando los estados de transformación son secuenciales e
iguales en los dos sentidos.
A-B-C-D-E-D-C-B-A
Irreversibles: Cuando las transformaciones son diferentes; aún cuando
los estados inicial y final sean los mismos.
A-B-C-D-E-B-A
Ejemplos:
REACCION ESTADO SENTIDO
A-B-C-D-E Aciclica Irreversible
A-B-C-D-E-F-A Cíclica Irreversible
A-B-C-D-E-D-C ACÍCLICA Parcialmente reversible.
La reversibilidad de una reacción es rara en los sistemas orgánicos
y generalmente se presenta cuando la diferencia energética en dos
estados termodinámicos es infinitamente pequeña.
Un sistema que pasa del estado A al B, con el aporte de una
pequeña cantidad de energía, es posible que al disiparse ésta, se
devuelva desde el estado B hacia el A.
49
Por ejemplo si al hielo se le suministra un diferencial de calor, se
transformara en agua; pero al disiparse ese energía el agua se volverá a
su estado inicial de hielo, produciéndose una reversibilidad
HIELO +d(Q) = AGUA
AGUA – d(Q) = HIELO
Los seres vivos se comportan, desde este punto de vista, como
sistemas abiertos que operan con reacciones cíclicas e irreversibles y que
transforman la energía. Esto significa que al final de cada ciclo u
operación vital el organismo se encuentra en las mismas condiciones
termodinámicas para repetirlo.
Un sistema es estacionario cuando, a pesar de las
transformaciones energéticas, sus propiedades estructurales permanecen
constantes. Por ejemplo en el ciclo menstrual se producen alteraciones,
sin embargo su estructura es constante.
Un sistema se encuentra en equilibrio cuando no sufren
transformaciones energéticas.
En resumen los seres vivos constituyen sistemas convertidores de
energía, estacionarios, abiertos cíclicos e irreversibles.
METABOLISMO
El metabolismo es un conjunto de transformaciones de energía que
se produce en los seres vivos, para la renovación de energía y sus
constituyentes.
50
Para lograr este objetivo se requieren reacciones químicas y físico
químicas que transforman la energía química en potencial y está en
trabajo convenientemente utilizado por el organismo.
El metabolismo se compone de tres fases: anabolismo, fase
intermedia o intermediario y el catabolismo.
Fuente:
https://www.google.com.ec/search?q=fases+del+metabolismo&source=ln
ms&tbm
En el anabolismo, se presenta la asimilación y síntesis de las
substancias nutritivas, con la respectiva absorción, transporte y
distribución de las mismas, para obtener energía.
En la fase intermedia, hay un proceso de introducción y elaboración
hacia el interior celular, de las moléculas que proporcionan la energía de
acuerdo con sus necesidades; transformando la contenida en los
compuestos orgánicos y la derivada de la energía de la luz.
En el catabolismo hay un consumo de energía y una eliminación
de los desechos producidos por las reacciones.
51
Las moléculas grandes se rompen, liberan energía para cubrir las
necesidades orgánicas y se transforman en moléculas simples.
La aportación continúa de energía al organismo se logra través de
los alimentos, es decir mediante la combustión de substancias orgánicas.
Esto hace posible que los seres vivos constituyan sistemas estacionarios
pues a pesar de sus cambios termodinámicos o energéticos su estructura
permanece constante.
La energía debe cumplir con dos condiciones:
1. Que se encuentre apta para su utilización, y
2. Que sea convertible de acuerdo con las necesidades
orgánicas.
La termodinámica y la cinética de las reacciones establecen los
principios y leyes que gobiernan las transformaciones de materia y
energía.
La termodinámica estudia el origen y variaciones de energía, las
fuerzas químicas que están interviniendo y los estados de equilibrio de las
reacciones.
La cinética de las reacciones se ocupa de la velocidad con se lleva
a cabo las mismas.
Las misiones de los alimentos son:
1. Formar la masa o substancia que requiere el organismo para crecer,
mantener o reparar el desgaste.
2. Suministrar la energía necesaria para asegurar el funcionamiento de la
célula.
52
3. Aportar substancias reguladoras del metabolismo, por ejemplo las
vitaminas.
La característica más notable del metabolismo es su constancia, es
decir se mantiene en equilibrio: así, el consumo basal de oxígeno y el
nivel de glucemia en ayunas son casi constantes y varía muy poco de un
día a otro. Si se presenta una variación, que debe ser accidental, ese
consumo y ese nivel vuelven lo antes posible a los valores normales,
restableciendo el equilibrio. Esta constancia se mantiene gracias a la
intervención de factores nerviosos y humerales.
Como se indicó anteriormente (pág. 4) el metabolismo es un conjunto de reacciones químicas que se producen en todas las células del organismo.
La Intensidad del metabolismo se refiere a la velocidad con que se libera el calor, energía, durante las reacciones químicas.
Durante las fases del metabolismo (anabolismo, intermediario y
catabolismo) las condiciones energéticas son muy distintas. En el anabolismo, el nivel de energía al final de cada ciclo es superior
al inmediatamente anterior. La energía es almacenada en forma de compuestos fosfóricos con enlaces de alta energía (macro érgicos) y en forma de prótidos, lípidos y glúcidos.
En el catabolismo, ocurre lo contrario, ese nivel de energía disminuye
con relación al inmediatamente anterior. La oxidación lenta y gradual de los glucósidos, prótidos y lípidos produce energía y moléculas simples, dióxido de carbono y agua.
53
Fuente:https://www.google.com.ec/search?q=energ%C3%ADa+y+metabo
lismo&source
Estos cambios y transformaciones energéticas presiden los
fenómenos vitales y se rigen por los tres principios de la termodinámica.
PRINCIPIOS DE LA TERMODINAMICA
Los principios de la termodinámica son 3:
1. Entalpía o de Meyer
2. Entropía o de Carnot
3. Orden y desorden o de Nerst.
PRIMER PRINCIPIO DE LA ENTALPIA
Establece las condiciones de indestructibilidad e imposibilidad de
crear energía, ésta solo se transforma.
Cualquier cuerpo con una temperatura mayor al cero absoluto (0°K)
posee energía debido a su agitación molecular, es la energía interna (Ei)
la que puede alterarse mediante la entrega o utilización de calor, energía,
por otro sistema.
El calor es una forma de energía producida por la agitación de las
moléculas y al depender de la masa es una propiedad extensiva. La
temperatura es una propiedad intensiva por no depende de la masa.
Si un sistema posee una energía inicial (E1) y se le suministra o
cede una cantidad de energía denominada entalpia (H), el nivel
energético aumenta a un valor E2, sin embargo la variación de energía
interna (Ei = E2-E1), no es igual a la entalpia, pues parte de esa energía
se consume en el trabajo necesario (W) para aumentar la presión o el
volumen del sistema.
54
E2 - E1 = H - W Ec.1.1
E2 – E1 = Variación de energía interna
H = Entalpia
W = Trabajo realizado por el sistema
El trabajo (W) también puede expresarse en función de la presión
(P) y el volumen (V), mediante la siguiente relación:
W = P*V,
Reemplazando el valor de trabajo en la ecuación 1.1
E2 - E1 = H - P*V
Y despejando H, la cantidad de energía suministrada es igual a:
H = (E2-E1)+P*V Ec.1.2
La variación de energía interna es positiva si el sistema recibe energía y
negativa cuando la ceda.
La cantidad de calor que da lugar a la variación de la energía interna se
denomina ENTALPIA (H).
En la mayoría de las reacciones químicas que se producen en la
célula viva casi no aparecen alteraciones de volumen y, en consecuencia,
la variación de energía interna E2 - E1) refleja la de la Entalpía.
La mínima variación de la entalpía (H) representa el estado de
energía en el metabolismo basal; es la mínima cantidad de energía para
mantener las funciones esenciales reducidas al mínimo.
55
Si el estado de energía final (E2) es menor que el inicial (E1) la
transformación se denomina exergónica, exotérmica y espontánea.
Si ocurre lo contrario, el estado final es mayor que el inicial, se denomina
endergónica, endotérmica y conducida.
Las reacciones transcurren espontáneamente cuando el sistema
emite energía (-Q) y pasa a un nivel energético más pobre, es decir
cuando la variación de energía interna (Ei) es negativa. Así las moléculas
de un sistema más caliente ceden calor a las de un frío, a costa de su
energía interna.
La variación de la energía interna no es el único factor que decide
la espontaneidad de una reacción; Así en el caso del hielo que funde con
una variación de energía aproximada de 1 cal/mol, o lo que es lo mismo
de 4,18855 joule/mol, se produce un aumento de la energía interna, ya
que el hielo acepta el calor del agua líquida que le circunda. Los átomos
de agua ceden su energía cinética al hielo, por lo que en la fusión del
hielo no se libera energía sino que se la consume. Existen por tanto
sistemas capaces de tomar energía del medio ambiente y otros que no
pueden hacerlo.
En las reacciones espontáneas, las del metabolismo, el calor
liberado se denomina según el tipo de reacción: de combustión, de
hidrólisis, de ionización, etc.
Ejemplos de variación de la entalpía:
Oxidación de la glucosa
C6H12O6=6H2O+6CO2
Variación de la entalpía: - 637 kcal/mol
Neutralización del NaOH y del HCl:
NaOH +HCL = CLNa+H2O
56
Variación de la entalpía: -13,80 kcal/mol
La energía siempre se transforma, así la química de los alimentos
se vuelve en mecánica para la contracción muscular y una parte puede
transformarse en calor y electricidad (bioelectrogénesis). La energía
luminosa que actúa en la visión en eléctrica al dar paso a los impulsos
que se conducen a través del nervio óptico; la eléctrica transmitida por el
estímulo nervioso en energía mecánica para dar lugar a la contracción
muscular, la sonora que interviene en la audición, en eléctrica por
excitación de la cóclea; la mental del pensamiento, en eléctrica (ondas
electroencefalografías).Otras formas de energía son: de superficie
(tensión superficial), de concentración (difusión y ósmosis, imbibición
(presión oncótica), etc.
El empeño de los seres vivos es mantener constantes los niveles
de energía interna Ei y de la entalpía. Los gastos de energía se reparan
mediante la ingestión de los alimentos. De modo que se establece un
equilibrio, entre la energía suministrada por los alimentos y el trabajo
realizado por el organismo.
En condiciones fisiológicas, o sea en estado normal, existe
equilibrio entre la energía absorbida y el trabajo realizado. En el
patológico, hay aumento de las actividades de defensa inmunológica por
lo que se requiere más trabajo del organismo para reparar los danos,
mientras que el aporte de energía externa no es igual, la variación de
energía interna disminuye drásticamente, es negativa, por lo que se
utilizan las reservas orgánicas; las mismas que serán repuestas durante la
convalecencia.
57
Fuente:
https://www.google.com.ec/search?q=termodinamica+entalp
SEGUNDO PRINCIPIO O DE LA ENTROPIA
Establece las condiciones para que se realicen las
transformaciones, considerando que es imposible utilizar toda la energía
para la obtención de otro tipo de trabajo.
Toda evolución termodinámica exige el transporte y la transformación de
energía desde una fuente rica o caliente hacia una fría o pobre, si no hay
diferencia en el nivel de energía, la reacción no se produce; ejemplo, el
funcionamiento de una pila de batería depende de la diferencia del flujo
de electrones entre los dos polos (en el negativo se produce un flujo
mayor que en el positivo).
En los seres vivos, el fenómeno es el mismo; no se presenta el
transporte de material a través de la membrana celular si no hay
diferencia de energía generada por la diferencia de concentración entre
58
los medios intra y extracelular. La sangre no circularía sino existe la
diferencia de presión entre la aorta y las cavas. El impulso nervioso no se
trasmitirá entre dos puntos del nervio mientras no se presente una
diferencia de voltaje entre los mismos.
ENERGÍA LIBRE G
Es la almacenada por un sistema y disponible para que se lleve a cabo
una reacción, a temperatura constante. La energía libre representa la
energía potencial de las estructuras ordenadas y que se degrada en el
transcurso de las reacciones espontáneas dando lugar a trabajo, energía
mecánica o ambos a la vez.
Hace posible el trabajo celular, la temperatura debe ser constante porque
la energía térmica no realiza trabajo celular.
De esto se deduce que para que funcione un sistema, se requiere
disponer de energía, energía libre (G) que es el resultado entre el aporte o
entalpía y la cantidad de energía que no puede ser aprovechada por el
sistema y que se denomina ENTROPIA (S).
En toda transformación energética se presenta una determinada
cantidad de calor, el nivel de energía sufre variaciones no permanece
constante pues una parte se pierde, lo que representa una disminución en
la capacidad de producir trabajo. Esa pérdida se conoce con el nombre de
entropía.
G=H-ST 1.3
En la que:
G = Energía libre o disponible para que se realice la reacción
H = Entalpía (energía entregada al sistema o cedida por éste).
S = Entropía (energía perdida y no utilizada por el sistema).
59
T = Temperatura absoluta (-273°C).
Toda reacción química se realiza en el sentido en que aumenta la
entropía. Entre la entropía y el desorden hay una relación directa. En un
sistema formado por un conjunto de moléculas, la entropía es más alta
cuando más grande es su desorden, cuanto más dispuestas al azar están
sus moléculas. Por ejemplo una substancia cristalizada, con sus átomos
dispuestos regularmente, tiene una menor entropía que otra substancia
en estado líquido que no presenta esa regularidad.
Si finaliza una reacción y alcanza el equilibrio, se termina la energía
libre (G). Si la energía libre tiene un valor negativo, menor que 0, la
reacción es espontánea porque se emite energía. Si la energía libre es
positiva, mayor que 0, es conducida.
G = 0 La reacción ha finalizado
G menor que 0 La reacción es espontánea
G mayor que 0 La reacción es conducida
En la unión de los aminoácidos, reacción muy frecuente en la
célula viva se presenta las variaciones de la entalpía (H) y entropía (S)
para la alteración de las dimensiones de estado, cuando las distintas
moléculas se forman a partir de sus distintos átomos.
CUADRO 1.1 Variación de la entalpía molar (H) y la entropía (S) al
combinarse dos aminoácidos.
Aminoácidos DL-leucina + Glicina Leucil glicina + Agua
Entalpía (H)
Kcal/mol -154.16 -126.60 -207.10 -68.32
Entropía
Cal/mol
16.72
49.50 26.10 67.20 16.72
60
Las variaciones de la energía para toda la reacción serán iguales a
la suma de las energías finales menos la suma de las energías iniciales.
PARA LA ENTALPIA:
H = -207.10+(-68.32)-(-154.16+(-126.60)) = 5.40kcal/mol
PARA LA ENTROPIA:
S =67.20+16.72-(49.50+26.10) = 8.30cal/mol
Entonces variación de energía libre, G = H-ST
H = 5.40kcal/mol = 5400cal/mol
S = 8.30cal/mol°K
T = 25°C = 273°k + 25 = 298°K
G = 5400cal/mol-8.30*298cal/mol°K*°K = 2926cal/mol
La variación de energía libre es de 2926 calorías por cada mol de
los aminoácidos que se están uniendo. Esta reacción no puede
transcurrir espontáneamente en la célula viva, cuando la temperatura es
de 298°K, porque la variación de energía libre (G) es positiva. Sin
embargo la célula lleva a cabo un mecanismo especial para dar lugar a
estas reacciones sin suministro de energía.
ENERGÍA LIBRE DE ACTIVACIÓN (G#)
Las reacciones, incluso las espontáneas, no son instantáneas.
Algunas son incluso demasiado lentas!!!
Cierta población de átomos debe aumentar su contenido de energía para
que los enlaces químicos inicien su ruptura y comience la reacción G#
Para romper los enlaces se requiere que las moléculas reaccionantes se
pongan en íntimo contacto y que tengan la orientación correcta. La
61
temperatura determina la energía cinética y la vibración de las moléculas
que chocan con mayor frecuencia y con la fuerza para romper los enlaces.
En sus reacciones, la célula utiliza catalizadores o enzimas. Los
catalizadores modifican la cinética de la reacción pues disminuyen la
energía libre de activación; pero no modifican la energía libre ni afecta a
los productos resultantes ni al equilibrio energético,
Al término de una reacción conducida, la energía libre AUMENTA.
En una espontánea, disminuye hasta llegar a un valor cero. (G=0)
Condiciones estándar para el cálculo de energía libre en las
reacciones:
Potencial hidrógeno 7
Temperatura 25ºC
Concentración 1 mol / litro
La energía libre calculada en condiciones estándar se simboliza con
Go; la energía libre de activación, bajo esas mismas condiciones se
simboliza con G0#
VELOCIDAD DE UNA REACCIÓN
1. Depende directamente de la concentración.
2. Aumenta o disminuye según lo haga la concentración
Esta es la acción de masas de GULBERG Y WAAGE.
ejemplo, en la reacción reversible:
A + B C+D
Hay que considerar dos velocidades:
A+B V1 A+ B
C+D V2 C + D
En consecuencia: V1 = k1AB
V2 = k2CD
Las constantes k dependen de la concentración de los sustratos.
62
La constante de equilibrio (K)
En su inicio y en un lapso muy corto, toda reacción es reversible.
En ese lapso se producen cambios de energía con valores que van
decreciendo en un sentido y en otro.
E1E2
E3E2
La reacción finaliza y alcanza el equilibrio
En la reacción A + B C + D, a medida que las sustancias A y B, del
primer miembro se van transformando en las del segundo, C y D,
disminuye la concentración de A y B mientras aumenta la de C y D. En
consecuencia la velocidad V1 se va reduciendo mientras la V2 aumenta.
Si el proceso no se interrumpe, llegará un momento en que las
velocidades se igualarán. V1 = V2.
Por ejemplo de A y B se convertirán en C y D un total de 100 moles/litro
por hora y, también cada hora, C y D darán lugar a 100 moles/litro de A y
B; en ese momento se habrá alcanzado el equilibrio químico.
La expresión matemática de ese equilibrio es la igualdad de las
velocidades
V1 = V2
Recordando que: V1 = k1AB
V2 = k2CD
k1AB = k2CD
K1 / K2 =?
El cociente k1/K2, entre dos constantes es otra constante que se
denomina CONSTANTE DE EQUILIBRIO (K); La constante de equilibrio
se mide en unidades absolutas.
(C) * (D)
K = (1.4)
(A) * (B)
Relación entre la energía libre (G) y la constante de equilibrio (K)
Se relaciona a través de la siguiente ecuación
63
G= -2.303 RT log K
G = Energía Libre, en calorías
R = Constante general de los gases = 1.987cal/mol°k que se aproxima
para los cálculos a 2cal/mol°K.
T = Temperatura absoluta °K , (°K = 273+°C)
G = - RT ln K; siendo ln = -2.303log
G = -2.303RTlogK
En las que:
Ln = Logaritmo natural (base e)
Log = Logaritmo vulgar (base 10)
Análisis del logaritmo de K
Si K es mayor que 1, el logaritmo de K es positivo y G es negativa, en
consecuencia la reacción es espontánea.
Si K es menor que 1, el logaritmo de K es negativo y G es positiva por lo
que la reacción es conducida.
Ejercicio:
0.02 moles de glucosa-1-fosfato, en solución acuosa y condiciones
estándar, dan lugar a 0.001 moles de glucosa- 1- fosfato y 0.019 moles de
glucosa-6- fosfato.
Calcular:
1. La variación de energía libre
2. Constante de equilibrio K
3. Si la reacción es conducida o espontánea.
K = 0.019*0.01 / 0.02 = 0.001
K = 0.001 < 1 Conducida
G = - 2.303 RT log K
G = - 2.303 * 2 * 298 * log 0.001
G = + 4147.96 cal
G es positiva, la reacción es conducida.
64
POTENCIAL DE TRANSFERENCIA DE GRUPO (PTG)
Muchas reacciones metabólicas de la célula – síntesis de proteínas –
son: Anabólicas y endergónicas conducidas. La evolución de las
especies ha desarrollado mecanismos para “impulsar” este tipo de
reacciones.
Según una hipótesis, las reacciones se llevan a cabo en dos etapas:
1.- Las moléculas se deshacen en sus elementos.
AB + CD A + B + C + D
2.- Los elementos se unen en su nueva configuración
A + B + C + D AD + BC
En la práctica experimental:
La hidrólisis de una molécula de ATP da lugar a ADP y un grupo
fosfato con un aporte de energía de alrededor de 100 Kcal/mol, en una
reacción forzada.
Adenina-ribosa –P-P-P + energía (100 Kcal/mol) → AR-P-P + ~P
Pero si, previamente, el ATP se une a otra molécula, por ejemplo
agua, en lugar de requerir energía, la libera:
A~P~P~P + H2O → A~P~P~P~H2O
La energía del enlace P H 2O es mayor que la del enlace con el resto
del sustrato.
Por lo que se separa del ATP en una reacción espontánea y liberando
7,0 Kcal/mol
A~P~P + P~H2O - 7.4 Kcal/mol, (el signo menos indica
liberación de energía).
La variación de energía libre (G) debido a la transferencia de un
grupo químico recibe el nombre de potencial de transferencia de
grupo
En la reacción anterior, se transfirió el fosfato al agua y se produjo una
variación de la energía libre. En lugar de requerir 100 Kcal/mol, libera
7,0 Kcal/mol.
65
El PTG del ATP es -7 Kcal/mol
Variación de G en la transferencia de grupos químicos (PTG) en
Kcal/mol.
ATP
-7.00
Fructosa-6-
fosfato
-3.80
Glucosa-1-
fosfato
-5.00
Fructosa-1-
fosfato
-2.40
Glucosa-6-
fosfato
-3.40
Glucosa
-220.00
Glicerina-1-
fosfato
-2.00
Agua
- 56.80
Arginina-
fosfato
-7.00
Dióxido de
Carbono
-92.00
REACCIONES ACOPLADAS
Una reacción conducida no puede llevarse a cabo sin un aporte de
energía, las reacciones endergónicas celulares están acopladas a
reacciones celulares exergónicas. En el acoplamiento de energía; la
reacción espontánea proporciona la energía para impulsar la conducida.
Las reacciones acopladas aprovechan los potenciales de transferencia
de grupo para que una reacción conducida puede llevarse a cabo sólo si
absorbe menos energía libre de la que libera la reacción espontánea a la
que está acoplada; para que la conducida se vuelva espontánea.
66
Los sustratos se acoplan a los grupos fosfato.
La unión entre aminoácidos o de un aminoácido con un fosfato requiere
suministro de energía, son reacciones conducidas.
Ejemplo, la unión de la arginina con un fosfato requiere aporte
energético:
Arginina + P = Arginina-fosfato + 7 Kcal/mol (1)
Si el ATP se une al agua, absorbe la energía interna de ésta y se
degrada a ADP con liberación de un fosfato y energía, es una reacción
espontánea:
ATP+H2O=ADP + fosfato - 7 cal/mol (2)
Si se acoplan la arginina, el ATP y el agua, se tiene:
Arg + ATP + H2O ADP + Fosfato Arginina + H2O + 0 Kcal/mol
La energía liberada por la unión entre el agua y el ATP es utilizada
para que la arginina se una al fosfato.
El Potencial de Transferencia de Grupo del ATP hace posible que la
unión entre la Arginina y el fosfato sea espontánea; será necesario
que una molécula de arginina choque con una de ATP, en presencia
de agua, para lograr la unión entre el fosfato y la arginina y también
degradación del ATP a ADP, el ATP es uno de los principales
portadores de energía.
En general por cada reacción conducida que ocurre en la célula hay
otra espontánea y acoplada que la impulsa, a menudo la exergónica
implica la degradación del ATP.
En la célula, la energía se almacena temporalmente, en el ATP, y es
fácilmente disponible, por lapsos muy breves.
Si hay un ingreso adicional de energía, la célula la deposita en lípidos,
almidón o glucógeno, la célula gasta ATP en forma continua por lo que
debe reponerse de inmediato.
Si el ATP se hidroliza a ADP, con liberación de 7 Kcal / mol, para su
resíntesis a partir del ADP requiere un suministro de 7 Kcal/mol.
La energía para la reconformación del ATP proviene de:
67
1. El medio ambiente celular, y
2. El fraccionamiento de macromoléculas a través de sus PTG
En la resíntesis del ATP la energía que proviene del entorno celular no
es suficiente para la recarga total del ATP; esta energía presente en el
ambiente es utiliza por la célula en el control de las concentraciones de
los sustratos de las reacciones que ocurren en su interior.
Por lo que la mayor parte de la energía necesaria para la recarga del
ATP es obtenida por medio de reacciones acopladas; si en una
reacción espontánea, el grupo fosfato procedente de la hidrólisis del
ATP, no es transferido a otra molécula, se libera y se denomina fosfato
inorgánico.
La glucosa, debidamente aislada, libre de bacterias y mohos, sin
someterla a temperaturas altas, ni a ácidos ni bases fuertes es estable
por tiempo indefinido. Su hidrólisis espontánea requeriría un tiempo
relativamente largo. Al cabo del cual cedería su PTG.
Las necesidades energéticas de la célula no permiten esperar ese
tiempo demasiado largo, por lo que regula la cinética de sus
reacciones empleando enzimas y catalizadores; El sistema de
regulación química está dirigido por las enzimas.
La velocidad de reacción, en ausencia de catalizadores, depende de
las probabilidades de choques al azar entre las moléculas, la
presencia de enzimas aumenta las probabilidades de colisión, porque
que su estructura es ordenada.
Esa estructura ordenada, reduce la dependencia de los procesos
aleatorios, al azar, y contribuye al desarrollo de una reacción; las
enzimas forman un complejo enzima sustrato este complejo se
descompone y libera el sustrato.
La molécula de enzima se regenera y puede reiniciar el proceso para
formar un nuevo complejo enzima-sustrato
Sustratos + Enzima Complejo ES Producto de la reacción +
Enzima - - -
68
La molécula de la enzima tiene uno o más sitios activos en los que se
une el sustrato para formar el complejo ES. Los sitios activos de la
enzima son cavidades localizadas en la superficie de sus moléculas y
están formadas por cadenas laterales de aminoácidos.
El Modelo de Ajuste Inducido
La interacción de una enzima y los sustratos es similar a la acción de
una cerradura y su llave; la enzima es el equivalente a una cerradura
molecular y la llave molecular es el sustrato.
El sustrato no se ajusta perfectamente en el sitio activo porque éste
no es rígido y se deforma durante la colisión, la unión con el sustrato
determina cambios en la forma de las moléculas de la enzima y en la
del sustrato por esta razón, los enlaces químicos se distorsionan.
La proximidad y orientación de los reactivos y los esfuerzos de
distorsión en los enlaces críticos, facilitan la rotura de algunos enlaces
y la formación de otros; por lo que el complejo ES se rompe en
productos distintos de los que le formaron el sustrato se une a los
átomos con los que puede reaccionar en estructuras altamente
ordenadas que hacen posible una reacción específica al final de la
reacción, el sustrato se transforma en producto y se separa de la
enzima; la enzima queda libre para catalizar las reacciones de más
moléculas de sustrato y formar más producto resultante.
Las enzimas son catalizadores de alta eficiencia El peróxido de
hidrógeno (H2 O2) se descompone lentamente en presencia de una
sola molécula de la enzima catalasa, se descompone muy
rápidamente, en alrededor de cinco millones de moléculas de H 2 O2
por minuto a 0 °C. La catalasa, además de su actividad enzimática,
protege a la célula porque el peróxido de hidrógeno es un subproducto
tóxico de varias reacciones celulares; toda reacción química es
catalizada por una enzima. Debido a la relación entre el sitio activo y
69
la forma del sustrato, las enzimas son específicas para un solo
tipo de reacción y para un único sustrato.
La ureasa descompone la urea en amoniaco y dióxido de carbono
pero no actúa en ningún otro sustrato, la sacarasa desdobla la
sacarosa sin actuar en la maltosa ni en la lactosa.
Propiedad descriminativa y microscópica de las proteínas.
Las enzimas actúan como detectores de señales químicas, porque
reconocen a otras moléculas según su forma y no catalizan más que
un solo tipo de reacción metabólica.
La propiedad discriminativa es fundamental para que se lleven a cabo
las reacciones en el sitio, instante y momento adecuado para el
suministro de energía para el trabajo celular, Electividad o
Especificidad de Acción de las Proteínas esta propiedad por la que
catalizan un solo tipo de reacción metabólica.
En los seres vivos se producen reacciones químicas que requieren:
orientación precisa y alto rendimiento que lo consiguen con el
concurso de las enzimas.
El funcionamiento de las enzimas depende de la temperatura, el PH y
la concentración de las sustancias, para las enzimas humanas, la
temperatura óptima varía entre 35 a 40 ºC; a temperaturas bajas las
reacciones enzimáticas son muy lentas o no reaccionan; pero entra en
actividad con el aumento de la misma.
Las temperaturas altas inhiben la acción de la mayoría de las
enzimas y esa desactivación es irreversible aún con el enfriamiento
de la enzima.
El potencial hidrógeno óptimo varía entre 6 y 8.
Sin embargo algunas como la pepsina, que interviene en la secreción
de células del revestimiento gástrico, funciona sólo en un medio muy
ácido (PH 2).
Mientras que la tripsina, que desdobla las proteínas que secreta el
páncreas funciona mejor con valores ligeramente mayores a 7
(básica), la síntesis de cada enzima es controlada por un gen
70
específico; el gen se activa la señal de una hormona o algún otro
producto del metabolismo al activarse el gen, se sintetiza la enzima.
La cantidad de enzima determina la velocidad inicial de la reacción. A
temperatura y PH constantes, la velocidad de la reacción depende de
las concentraciones del sustrato y de la enzima; si hay un exceso de
sustrato, la concentración de la enzima es el factor determinante de la
velocidad V de la reacción [Enzima]
Conclusión del II Principio:
El organismo es un estado estacionario, en el que se produce una
serie de reacciones (metabolismo) por lo que la entropía está
aumentando continuamente, requiere expulsar el exceso de materia y
entropía (desorden) que está produciendo; que las reemplaza con
materia y energía en estado de orden (entropía negativa)
III PRINCIPIO: DEL ORDEN Y DESORDEN
La elección de las moléculas sustrato, realizada por las enzimas, no es
posible sin gasto de energía.
La adaptación de la molécula sustrato a la estructura superficial de la
enzima ocurre por medio de enlaces de baja energía (débiles).
La energía liberada, en esa adaptación, es poca y se reparte en el
ambiente, al término de la reacción, la enzima se suelta, para lo que a
utiliza la energía liberada en esa adaptación.
Los seres vivos realizan todos estos procesos, gracias a sus
estructuras ordenadas; estructuras que son capaces de almacenar no
solo energía sino también información que es utilizada, más tarde, en
las reacciones.
La información almacenada en estructuras altamente ordenadas, es la
razón para que las enzimas “reconozcan” a las moléculas sustratos y
las recojan para la reacción; mientras rechazan a otras moléculas de
otros sustratos.
71
Si bien en la naturaleza todo tiende al desorden, los seres vivos han
desarrollado estructuras altamente ordenadas, sólo así consiguen
llevar adelante las transformaciones y cambios de energía; empleando
sistemas de baja entropía y de elevada energía libre contrarrestando la
tendencia natural al equilibrio. La vida es, entonces, una expresión de
lucha contra la naturaleza; Carneiro de Leao “ La vida es una tentativa
permanente para evitar el equilibrio entre el medio interno y el externo,
de no lograrlo la consecuencia es la muerte”
72
UNIDAD DE COMPETENCIA 3: SISTEMA MUSCULAR
Aplica las leyes y fenómenos físicos presentes en la contracción muscular, analiza las variaciones de energía y la elasticidad del músculo, con rigurosidad científica, lógica, ética y espíritu crítico. OBJETIVO DE LA UNIDAD DE COMPETENCIA Aplicar las leyes y fenómenos físicos presentes en la contracción muscular, analiza las variaciones de energía y la elasticidad del músculo, mediante, observación simulada y natural de casos con aplicación de las TIC, lectura científica de textos seleccionados y construcción organizadores gráficos y ensayos científicos con rigurosidad científica, lógica, ética y espíritu crítico. Elemento de competencia 1 Analiza los procesos y fenómenos físicos de la contracción mediante lectura científica, del tema, revisión bibliográfica del comportamiento iónico Actividades de aprendizaje a. Trabajo individual previo: análisis proposicional del tema Introducción a la bioenergética b. Trabajo en micro grupos para construir las proposiciones científicas en consenso grupal y elaborar un organizador gráfico. c. Puesta en común de los productos grupales. Elemento de competencia 2 Identifica los sistemas que aportan energía para la contracción a través de la lectura comprensiva del texto científico: Los Sistemas Energéticos Actividades de aprendizaje a. Trabajo individual previo: análisis proposicional del tema: Los Sistemas Energéticos b. Trabajo en micro grupos para construir las proposiciones científicas en consenso grupal y elaborar un organizador gráfico. c. Puesta en común de los productos grupales.
73
Elemento de competencia 3 Clasifica los tipos de contracción y las variaciones de longitud del sarcómero mediante ejemplos de observación de Variaciones de longitud del sarcómero Actividades de aprendizaje a. Trabajo individual previo: análisis proposicional del tema: Tipos de contracción b. Trabajo en micro grupos para construir las proposiciones científicas en consenso grupal y elaborar un organizador gráfico. c. Puesta en común de los productos grupales. Elemento de competencia 4 Analiza la elasticidad y la histéresis muscular, mediante ejemplos de elasticidad
a. Trabajo individual previo: análisis proposicional del tema: Elasticidad b. Trabajo en micro grupos para construir las proposiciones científicas en consenso grupal y elaborar un organizador gráfico. c. Puesta en común de los productos grupales. Elemento de competencia 5 Diferencia los calores generados durante la contracción. A través de gráficos típicos a. Trabajo individual previo: análisis proposicional del tema: Calores producidos durante la contracción b. Trabajo en micro grupos para construir las proposiciones científicas en consenso grupal y elaborar un organizador gráfico. c. Puesta en común de los productos grupales. Elemento de competencia 6 Analiza el rendimiento del músculo, considerado como máquina, mediante revisión bibliográfica de máquinas eléctricas Actividades de aprendizaje a. Trabajo individual previo: análisis proposicional del tema: Máquinas b. Trabajo en micro grupos para construir las proposiciones científicas en consenso grupal y elaborar un organizador gráfico. c. Puesta en común de los productos grupales. RESULTADO DE APRENDIZAJE DE LA UNIDAD DE COMPETENCIA
PRODUCTO ACREDITABLE
Ensayo científico que describa las características, propiedades y
principios del Sistema Muscular y la explicación de sus relaciones e
incidencias con los fenómenos biofísicos del cuerpo humano. El texto
debe tener la estructura del ensayo científico y la forma textual del modelo
APA, capaz de insertar en una obra científica de autores
74
INFORMACIÓN CIENTÍFICA SISTEMA MUSCULAR
Ing. Mario León Viteri Dra. Marcia Zapata Mora
Generalidades:
El movimiento de los animales es un trabajo mecánico que
depende de un sistema compuesto por unidades capaces de contraerse
(los músculos) que ejercen tracción mediante cuerdas (los tendones)
sobre un conjunto de palancas (los huesos).
El movimiento de las plantas y otros seres unicelulares, por
ejemplo su orientación hacia el sol, no es el resultado de un trabajo
mecánico sino de las alteraciones de la presión osmótica, es decir de un
trabajo de transporte. Las células vegetales contienen determinados
órganos contráctiles que también se encuentran en las células eucariotas;
en la membrana de las mitocondrias se encuentran elementos contráctiles
que originan variaciones de volumen de esos orgánulos celulares durante
los procesos respiratorios. Las células procariotas también realizan
trabajo mecánico. Muchas bacterias poseen flagelos, que tienen su origen
en fibras contráctiles, para su locomoción. Los elementos estructurales
que participan en la contracción poseen propiedades muy parecidas a la
de los músculos.
Los mecanismos moleculares que conducen a la contracción
muscular son muy homogéneos aunque los músculos pueden desarrollar
diferentes funciones. Así los estriados pueden contraerse voluntariamente
a velocidades muy altas (1000 contracciones por segundo, en el vuelo de
los insectos) mientras que los músculos lisos que se contraen y relajan
involuntariamente pueden hacerlo con regularidad y lentitud. Otro tipo de
músculo es el cardíaco que, siendo estriado, no responde a la voluntad;
se contrae y relaja con un ritmo extraordinariamente constante a lo largo
de la vida del organismo. También se debe citar al músculo aductor de los
75
moluscos que puede permanecer contraído con gran fuerza durante un
tiempo relativamente largo.
La estructura celular de los músculos da lugar a dos clases: los
músculos lisos y los estriados. Los lisos están conformados por células
alargadas en forma de huso con un núcleo también alargado. Los
extremos de la célula se continúan en tendones finos o en fibras elásticas.
En el interior de la célula se encuentran pequeñas fibrillas que aparecen
uniformes al microscopio. Por lo que se les denomina fibras musculares
lisas, como son las de los intestinos, bronquios, uretra, vejiga, iris. Las
fibras musculares estriadas son células unidas en un sincicio, constituida
por tejido conectivo. A partir de una célula original y tras múltiples
divisiones del núcleo se origina una estructura de varios centímetros de
longitud que puede contener más de cien núcleos colocados en su
periferia. En estas fibras musculares polinucleadas encontramos gran
cantidad de fibrillas paralelas al eje longitudinal y numerosas secciones
isotrópicas y aniso trópicas que al microscopio aparecen como zonas
claras y obscuras, respectivamente. Las secciones de las fibrillas
coinciden unas sobre otras, por lo que la fibra muscular se presenta
estriada transversalmente.
Las fibras musculares estriadas tienen un diámetro que varía entre
10 y 100 micras y su longitud puede ser de 30 o 40 cm. El sarcolema que
las envuelve tiene un espesor de 100 A°. Las bandas claras (I) miden 0,8
micras de longitud y las obscuras (A), 1,5 micras.
Cada banda I está atravesada por una estría denominada línea Z.
En el centro de la banda A se localiza una zona menos obscura, es la
banda H. La distancia entre dos líneas Z determina la longitud del
sarcómero.
76
Existen dos clases de filamentos en las miofibrillas, los gruesos de
110° de diámetro y 1,5 u de longitud y los finos con 50° y 2 u,
respectivamente. Los gruesos ocupan la banda A y los finos se disponen
en todo el sarcómero, desde la banda H hasta la línea Z. En la banda I los
finos se disponen en forma hexagonal; en la banda H los gruesos, en
forma triangular a distancias entre 140°. Cada filamento grueso emite
prolongaciones hacia los finos, son los puentes transversales.
Los filamentos gruesos están constituidos por misiona y los finos
por actina. La misiona representa el 60% del total de proteínas
musculares y la actina el 12%. Estos prótidos son los responsables de la
contracción muscular.
LA CONTRACCION MUSCULAR
De acuerdo con la variación de la longitud de las fibras, la
contracción muscular puede ser de dos clases: elástica o pasiva y motora
o activa.
En la elástica, el músculo se alarga cuando actúa una fuerza
externa y al cesar ésta, la fibra se encoge. En la motora, se produce el
acortamiento voluntario o también reflejo del músculo. La disminución de
la longitud del músculo se debe al deslizamiento de los filamentos gruesos
sobre los finos.
Cuando el músculo está en reposo, los puentes transversales se
encuentran estirados sin posibilidad de combinarse con la actina
(filamentos finos), debido a que se presenta una repulsión eléctrica entre
la misiona y el extremo libre del ATP (adenosintrifosfato).
Cuando el músculo recibe un estímulo umbral se libera ión calcio
(Ca+), en el sarcómero. Este ion se fija en la actina y en el extremo libre
del ATP; lo que da lugar a una reordenación de las cargas y fuerzas
77
eléctricas. Se elimina la repulsión y se activa la misiona que a partir de
ese momento se identifica como adenosintrifosfatasa obligando al ATP a
contraerse y provocando el deslizamiento de los filamentos gruesos y a la
disminución de la longitud del sarcómero.
Se hidroliza el ATP y se fracciona a ADP (Adenosindifosfato) y en
un radical fosfato con una liberación de 11.000 cal/mol. Esta energía
química es transformada en mecánica para dar lugar a la contracción
muscular. El calor que se disipa durante la contracción ayuda a que el
ADP resintesís el ATP.
Cuando se acortan los puentes, las moléculas de ATP se acercan a
la misiona y la hidrolizan, esto da lugar a la ruptura de los puentes y a la
recuperación de su posición primitiva. El ATP, regenerado por el fosfato
de creatina, aparece tenso e inclinado para reiniciar el proceso en
presencia del Ca+. Este proceso de contracción no progresa
indefinidamente, pues al cabo de un tiempo relativamente pequeño, el
Ca+ es reabsorbido por el retículo sarcoplasmático y en músculo entra en
estado de relajación.
La duración del impulso es de aproximadamente 1 ms
(milisegundo) y afecta a una porción pequeña del músculo; la acción
gradual, total y sin interrupciones se debe a una integración espacial y
temporal de las fibrillas.
El impulso nervioso da lugar a una variación del potencial que
provoca la contracción de la unidad motora y en consecuencia una fuerza
interna. Esa fuerza se mantiene mientras el Ca+ no sea reabsorbido y
desaparezcan los puentes. La fuerza externa comienza más tarde e
incluso alcanza su valor cuando la unidad motora no ejerce fuerza alguna.
La acción final llega con retraso respecto a la fuerza original. Este
comportamiento se debe a las características elásticas del músculo.
78
Sistemas que intervienen en la contracción:
1. Miosina, representa el 60% de los prótidos musculares, forma los
filamentos gruesos y participa en la hidrólisis del ATP
2. Actina, es el 12% del total de las proteínas musculares; está presente
en los filamentos finos.
3. Glucógeno, proveniente de la agregación sanguínea.
4. ATP, Creatina Fosfato
5. Iones Ca y Mg cuyos enlaces son de alta energía.
Por la acción de estos sistemas, se presentan fenómenos físicos
químicos:
Un aumento en el consumo de oxígeno, por parte del músculo
Una disminución del glicógeno y un aumento del ácido láctico
Liberación de calor, producto de las reacciones e hidrolizaciones de
los sistemas.
Con la contracción se inicia, en forma simultánea, la degradación
del glicógeno, a cuyo ciclo se incorporan los radicales fosfatos
procedentes de la hidrólisis del ATP. Para que se resíntesis de ATP se
necesita radicales fosfato y energía que provienen de la hidrólisis de la
creatina fosfato y del catabolismo glucídico.
La creatina fosfato en presencia de la creatina fosfatasa se
degrada en una molécula de creatina y en otra de radical fosfato; esta
última se una al ADP (adenosindifosfato) y regenera el ATP
(adenosintrifosfato).
Durante la degradación del glicógeno muscular, cuando el ácido
fosfopirúvico se transforma en ácido pirúvico, se liberan radicales fosfato
macroérgicos, de modo que por cada molécula hidrolizada de glicógeno
se regeneran 3 de ATP y 1 de Creatina fosfato. En estas reacciones se
libera una energía de 29.000 cal/mol.
79
Si el proceso de contracción se desarrolla en ausencia del oxígeno,
el músculo se contrae pero el ácido pirúvico actúa como aceptor de los
hidrógenos producidos durante la secuencia de reacciones y se
transforma en ácido láctico. Si la concentración del ácido láctico supera el
0,04% se bloquean o inhiben los grupos enzimáticos que intervienen en el
metabolismo glucídico y al no regenerarse el ATP, por falta de radicales
fosfato, el músculo pierde su capacidad de recuperación y se fatiga.
Si la contracción se desarrolla en presencia de oxígeno, la quinta
parte del ácido láctico entra en el ciclo de los ácidos tricarboxílicos y es
oxidado hasta su conversión en dióxido de carbono (CO2) y agua; con
una liberación de 325.000 cal/mol que son utilizadas para resintetizar el
glicógeno a partir de las restantes cuatro quintas partes del ácido láctico.
Creatina fosfato ===Creatina + radical fosfato ===ADP ===ATP
Q=11.000 cal/mol
Ac Fosfopirúvico == Ac Pirúvico + radical fosfato ==ADP ===ATP
==Creatina ===Creatina
Fosfato
1/5 A Láctico + O2 ===========CO2 + H2O Q= 325.000 cal/mol
325.000 cal/mol + 4/5 A. Láctico ============Resíntesis del glicógeno.
En resumen, la contracción muscular se cumple con reacciones
químicas que liberan la energía necesaria para el acortamiento y para
transformarla en fenómenos que tienen que ver con la reconstitución del
ATP, de la Creatina fosfato y del Glicógeno; contando además, con la
participación de la misiona, actina y las enzimas correspondientes.
80
El papel de los cationes Ca y Mg en la formación de los
puentes:
Cuando el músculo es colocado en glicerina se observa:
1. La activación del centro de la ATP-asa requiere la presencia de iones
Ca2+, Si se extraen los iones Ca2++ no se produce la hidrólisis del complejo
ATP- Mg2+
2. La ATP-asa de la misiona sólo hidroliza el ATP en presencia del Mg++
La ATP-asa solo desdobla un complejo ATP-Mg2
3. El complejo ATP-Mg2+ origina la disolución del precipitado y la
relajación de un músculo tratado con glicerina
4. Al añadir simultáneamente ATP-Mg2+ e iones Ca2+ se refuerza la
precipitación dando lugar a la contracción del músculo tratado.
Si se trata por separado:
Miosina + ATP + Ca + Mg No hay precipitación
Actina + ATP + Ca + Mg
Tampoco se produce la precipitación
Miosina + Actina +ATP + Ca +Mg se produce contracción
Conclusión
El mecanismo básico de la contracción muscular depende de la
acción conjunta de las dos proteínas en presencia del ATP y de
cationes divalentes
El aporte de Calcio al sistema Acto Misiona ATP-Mg da lugar a una
contracción
La falta de iones Calcio conduce al relajamiento del sistema
FENÓMENOS TÉRMICOS QUE ACOMPAÑAN A LA CONTRACCIÓN
Calores:
El músculo disipa calor durante el reposo, la contracción y la
restitución a su estado inicial. Se puede distinguir 3 clases de calor: de
reposo, inicial y el de restitución.
81
El calor de reposo es una pequeña y constante cantidad de calor
que resulta de los procesos metabólicos que ocurren con el músculo en
ese estado. Depende de la masa muscular contraída y del tiempo que el
músculo permanezca en reposo y equivale, aproximadamente, a 2
calorías por cada kilogramo de masa muscular y por cada minuto en que
permaneció en reposo.
Respondiendo a un estímulo, el músculo se contrae y produce una
mayor cantidad de energía, es el denominado calor inicial que puede
alcanzar valores de hasta 3 cal/kg de masa muscular. Se produce en
presencia o ausencia de oxígeno, lo que indica que es consecuencia de la
liberación de energía por parte de substancias contenidas en el músculo.
El calor inicial está compuesto por dos fracciones: calor de activación y
calor de contracción.
El calor de activación es emitido después de recibir el estímulo y
antes de que aparezca un acortamiento visible. Se origina por la emisión
de energía de aquellas reacciones que hacen pasar al músculo desde el
estado de reposo hasta uno dispuesto para la contracción. Es contante e
independiente del acortamiento muscular y del trabajo que realice. Es el
resultado del balance entre la energía liberada durante la hidrólisis del
ATP, de la fosfocretatina y del glicógeno muscular y la consumida en la
resíntesis del ATP y de la fosfocreatina, otra fracción del inicial es el calor
de contracción que aparece durante la misma y depende del
acortamiento, del área transversal contraída y de la constante de
acortamiento.
Qc = A*S*L
Donde:
Qc: Calor de contracción, en calorías
A : Constante de acortamiento (0,146 cal/cm2* cm)
S : Superficie transversal contraída (cm2)
L : Longitud de acortamiento (cm)
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Una contracción de 1 cm, con un área de 1 cm2 libera 0,146 calorías.
Tras la contracción, se libera calor durante la recuperación, hasta
unos 30 minutos luego de la terminación de la misma. Se denomina calor
de restitución y se genera solo en presencia de oxígeno. Está formado por
los calores de relajación, pos relajación y recuperación.
El calor de relajación se debe a que la energía que lo mantenía en
tensión, se transforma en calor conforme se relaja. El de pos relajación es
originado por las reacciones químicas que ocurren desde el término de la
relajación hasta el inicio de la recuperación.
El calor de recuperación, denominado también como calor de
oxidación, es producido por los procesos respiratorios celulares que
proporcionan nueva energía química al músculo para que esté en
condiciones de iniciar una nueva contracción. Es el resultado de la
diferencia entre la energía liberada por la oxidación del ácido láctico a
agua y dióxido de carbono y la necesaria para la resíntesis del glicógeno.
Se cumple el primer principio, cada transformación determina una
pérdida de energía pero pueden llevarse a cabo reacciones que permiten
aprovechar la energía para lograr que las substancias retornen a su
estado inicial gracias al aporte de energía externa. En el proceso de
recuperación, las substancias no vuelven a su estado inicial, entran
nuevas especies, a través de la alimentación, y se eliminan las ya
transformadas, vías heces, orina, transpiración y calor.
ELASTICIDAD MUSCULAR
El comportamiento elástico del músculo ha sido estudiado en la
contracción pasiva. Dada su morfología, la elasticidad del músculo liso es
mayor que la del estriado pues se deforma con mayor facilidad.
83
En el estado de reposo (a), el músculo tiene una longitud y una
fuerza que es la del tono; si es estirado, requiere una fuerza para
aumentar su longitud, hasta el punto (b). Si a partir de (b), continúa la
tracción, la longitud muscular aumenta pero la fuerza necesaria para
lograr ese aumento disminuye hasta (c). Si en (c) cesa la fuerza que lo
tracciona, la longitud muscular disminuye hasta (d), en que aún no
alcanza el valor del tono muscular. A partir de (d) la longitud disminuye
pero la fuerza aumenta para mantener el tono fisiológico.
Los estados en carga y descarga no se superponen porque el músculo es
un sistema elástico viscoso, y para recuperar su forma inicial debe vencer
su propia resistencia (el rozamiento de las miofibrillas y la viscosidad de
los líquidos: intra y extra celular)
En la contracción activa, la longitud de la fibra muscular trabaja
dentro de un margen comprendido entre la de reposo y sus 2/3. Si se
contrae a un valor menor al 1/3 de su longitud de reposo el músculo entra
en un estado irreversible denominado estado delta o de Ramsey Street.
En la contracción pasiva, la longitud de la fibra muscular puede
alcanzar valores tan altos como el doble de la del reposo.
RENDIMIENTO MUSCULAR
Cuando un músculo realiza trabajo, transforma energía, la misma que
debería ser igual a la suministra para su funcionamiento (1 principio).
Sin embargo por efecto de los calores disipados, la energía devuelta es
menor y el rendimiento muscular fluctúa entre 20% a 25%.
Lo que significa que la energía perdida en forma de calor se ubica entre el
75% al 80% de la energía recibida por el sistema, es un rendimiento
similar al de los motores de combustión. Sin embargo hay que considerar
que la célula es la única estructura capaz de transformar la energía
química directamente en mecánica.
84
UNIDAD DE COMPETENCIA 4: HEMODINÁMICA
Identifica los factores que inciden en la calidad del flujo sanguíneo a lo largo de la red circulatoria con rigurosidad científica, lógica, ética y espíritu crítico. OBJETIVO DE LA UNIDAD DE COMPETENCIA Identificar los factores que inciden en la calidad del flujo sanguíneo a lo largo de la red circulatoria, mediante, observación simulada y natural de casos con aplicación de las TIC, lectura científica de textos seleccionados y construcción organizadores gráficos y ensayos científicos con rigurosidad científica, lógica, ética y espíritu crítico. Elemento de competencia 1
Analiza la participación de los factores que afectan al flujo sanguíneo en su recorrido, mediante lectura científica de la geometría de los vasos sanguíneos. Actividades de aprendizaje a. Trabajo individual previo: análisis proposicional del tema: Geometría de los vasos b. Trabajo en micro grupos para construir las proposiciones científicas en consenso grupal y elaborar un organizador gráfico. c. Puesta en común de los productos grupales. Elemento de competencia 2
Calcula la cantidad de oxígeno que requieren los órganos y tejidos del cuerpo humano, mediante ejercicios de aplicación de la cantidad de oxígeno que requieren los tejidos. Actividades de aprendizaje a. Trabajo individual previo: análisis proposicional del tema: Necesidad de flujo sanguíneo b. Trabajo en micro grupos para construir las proposiciones científicas en consenso grupal y elaborar un organizador gráfico. c. Puesta en común de los productos grupales. Elemento de competencia 3
Diferencia los componentes del Sistema Cardiocirculatorio, mediante un cuadro sinóptico de las características relevantes de sus estructuras
85
Actividades de aprendizaje
a. Trabajo individual previo: análisis proposicional del tema: Estructura del corazón. b. Trabajo en micro grupos para construir las proposiciones científicas en consenso grupal y elaborar un organizador gráfico. c. Puesta en común de los productos grupales.
Elemento de competencia 4
Sintetiza la transformación del trabajo cardíaco en la circulación sanguínea, mediante revisión bibliográfica de Bioenergética. Actividades de aprendizaje a. Trabajo individual previo: análisis proposicional del tema: Trabajo y energía b. Trabajo en micro grupos para construir las proposiciones científicas en consenso grupal y elaborar un organizador gráfico. Puesta en común de los productos grupales. Elemento de competencia 5
Analiza la viscosidad de la sangre, mediante consulta bibliográfica de presión y resistencia de líquidos. Actividades de aprendizaje
Trabajo individual previo: análisis proposicional del tema: Viscosidad Trabajo en micro grupos para construir las proposiciones científicas en consenso grupal y elaborar un organizador gráfico. Puesta en común de los productos grupales.
Elemento de competencia 6
Demuestra la ley de Poisseuille y su aplicación en el flujo sanguíneo, mediante observación en el laboratorio de la incidencia del área, longitud, presión y caudal de los distintos vasos. Actividades de aprendizaje
Trabajo individual previo: análisis proposicional del tema: Diámetro y radio de los vasos Trabajo en micro grupos para construir las proposiciones científicas en consenso grupal y elaborar un organizador gráfico. Puesta en común de los productos grupales.
Elemento de competencia 7
Demuestra la Presión transmural, de acuerdo a las propiedades elásticas del vaso, mediante lectura científica de tensión de la pared del vaso.
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Actividades de aprendizaje
a. Trabajo individual previo: análisis proposicional del tema: Tensión b. Trabajo en micro grupos para construir las proposiciones científicas en consenso grupal y elaborar un organizador gráfico. c. Puesta en común de los productos grupales.
RESULTADO DE APRENDIZAJE DE LA UNIDAD DE COMPETENCIA 4
PRODUCTO ACREDITABLE
Ensayo científico que describa las características, propiedades y
principios de la Hemodinámica y la explicación de sus relaciones e
incidencias con los fenómenos biofísicos del cuerpo humano. El texto
debe tener la estructura del ensayo científico y la forma textual del modelo
APA, capaz de insertar en una obra científica de autores
87
INFORMACIÓN CIENTÍFICA HEMODINAMICA
Ing. Mario León Viteri Dra. Marcia Zapata Generalidades:
Para cumplir sus funciones la célula necesita alimentos que le
suministren combustible y oxígeno para combinarlos y obtener energía;
también debe disponer de un sistema que le permita eliminar los
productos de la combustión, dióxido de carbono, agua y calor; este último
para disiparlo al exterior.
La sangre cumple con esta función. Este tejido representa
aproximadamente el 7% de la masa total del cuerpo, es decir 4,5
kilogramos o 4,6 litros para un individuo que pese 64 kg.
La sangre, los vasos sanguíneos y el corazón constituyen el
sistema cardiovascular. (SCV).
La sangre es un líquido, el plasma, que contiene diferentes tipos de
células (glóbulos, plaquetas) en suspensión. En la microcirculación, las
células suspendidas son tan pequeñas, en relación con el radio de los
vasos, que permiten considerar a la sangre como un líquido homogéneo
como el agua pero con una viscosidad mayor. En la microcirculación,
capilares, arteriolas y vénulas, la sangre constituye un líquido
heterogéneo.
La sangre y su función de oxigenar a las células es tan importante
que el corazón es el primero de los órganos mayores que se desarrolla en
el embrión. Ocho semanas después de la concepción, el corazón ya está
bombeando sangre hacia los tejidos del feto. Como en el feto aun no
funcionan los pulmones, la sangre se oxigena a través de la madre, vía
cordón umbilical.
El corazón fetal tiene una abertura que permite el flujo directo de la
sangre desde la aurícula derecha a la izquierda de tal manera que solo el
10% de la sangre circula por los pulmones fetales.
88
Después del nacimiento, la circulación en el infante se modifica; la
sangre, ahora, es enviada a los pulmones. La abertura entre las aurículas
se cierra pocos minutos después del nacimiento. Si ese cierre no es el
apropiado, la sangre no es oxigenada debidamente y el infante tendrá un
aspecto azulado que se le conoce como un “niño azul”. Este defecto solo
es corregido por cirugía cardiaca.
El corazón básicamente es una bomba doble que provee la presión
y fuerza necesaria para que la sangre circule a través de los 2 sistemas
de circulación: la Pulmonar o Menor, hacia los pulmones, y la Sistémica o
Mayor hacia el resto del cuerpo.
El corazón está compuesto por el músculo auricular, el ventricular y
las fibras musculares excitadoras y conductoras; hay una diferencia entre
la estructura muscular del corazón izquierdo y la del derecho debido al
diferente trabajo que realiza cada uno.
Al hacer un corte transversal se observa que el ventrículo
izquierdo tiene una forma que aproximadamente circular para garantizar
eficiencia en la necesidad de alta presión para la circulación sanguínea.
El espesor de sus paredes es mayor que las del derecho porque requiere
del trabajo de un mayor número de fibras cardiacas que el derecho. La
presión generada por el ventrículo izquierdo varía entre 120 y 80 mm Hg,
mientras que la del derecho varía entre 21 y 10 mm Hg, para la sístole y la
diástole, respectivamente.
89
CORTE TRANSVERSAL DEL CORAZÓN
Fuente:https://www.google.com.ec/search?q=el+corazon.-
+corte+transversal&espv
Las arterias son tubos elástico musculares, en cuya estructura
cambia la relación entre las fibras elásticas y las musculares según se
alejen del corazón. Así en la aorta predominan los elementos elásticos
mientras que en las arteriolas predominan los elementos musculares lisos.
Los elementos elásticos soportan presiones altas y por sus
características físicas pueden, al deformarse, almacenar la energía
acumulada durante la sístole. Los elementos musculares, presentes en
las paredes vasculares, son gobernados por factores nerviosos y
humerales que permiten modificar la luz vascular y, en consecuencia,
regular el caudal sanguíneo.
90
Entre las arterias predominantemente elásticas tenemos a la aorta,
la pulmonar primitiva, subclavia y la ilíaca primitiva.
En las arterias más alejadas del corazón, es decir las periféricas,
en el tramo entre las elásticas y las arteriolas, predomina el tejido
muscular, los capilares se caracterizan porque su pared está constituida
por una capa simple de tejido endotelial y de poco espesor; en las venas,
disminuye notablemente la proporción de tejido elástico.
Fuente:https://www.google.com.ec/search?q=estructuras+de+las+a
rterias+y+arteriolas&espv
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VASOS SANGUÍNEOS DIÁMETRO Y ESPESOR
VASO DIAMETRO ESPESOR
Aorta 2.5 cm 2mm
Arterias medianas 0.4 cm 1mm
Arteriolas 30 u 20 u
Precapilares 30 u 20 u
Capilar verdadero 8 u 1 u
Vena 0.5 cm 0.5 mm
Cava 3 cm 1.5 mm
Todas las paredes vasculares, con excepción de los capilares,
están constituidas por una capa endotelial, fibras de elastina, fibras
colágenas, y músculo liso.
La capa endotelial, presente en todos los vasos, se caracteriza
porque ofrece una pared lisa que disminuye el rozamiento entre sangre y
paredes y, en consecuencia favorece la circulación. Este tejido tiene una
permeabilidad selectiva que hace posible el transporte de agua,
electrolitos, oxígeno y CO2.
La elastina se encuentra en todos los vasos, excepto en capilares y
en las anastomosis venosas (conexiones directas entre arterias y venas).
Se distiende fácilmente y producen tensión elástica sin consumo de
energía química que se utiliza para contrarrestar la distensión provocada
por la presión sanguínea.
Las fibras colágenas forman una red y son más resistentes a la
distensión que las de elastina, mientras que las fibras musculares lisas
producen tensión activa, por contracción, modificando la luz vascular y el
caudal de sangre.
92
Los capilares al tener una estructura simple, son adosamientos
celulares, y un espesor muy pequeño, facilitan la difusión y el transporte
de substancias a través de la pared.
La sangre, en un individuo normal, circula a lo largo del sistema
antes de ser bombeada por la otra sección del corazón; hacia el otro
sistema.
La sangre es bombeada por la contracción del músculo cardiaco
desde el ventrículo izquierdo, con una presión de 120 mm Hg, hacia el
sistema arterial, vía aorta, la que se subdivide en vasos cada vez más
pequeños, arterias, arteriolas y finalmente capilares, que dan lugar, estos
últimos, al lecho capilar. Durante pocos segundos y en el lecho capilar se
produce el intercambio de oxígeno y nutrientes por dióxido de carbono y
catabolitos celulares.
Luego de su paso por el lecho capilar, la sangre se colecta en
pequeños vasos (las vénulas) que gradualmente se hacen más grandes
(las venas) antes de ingresar al lado derecho del corazón a través de dos
venas principales: la cava superior y la cava inferior.
El retorno sanguíneo es momentáneamente almacenado en la
aurícula derecha y en una contracción débil del corazón se genera una
presión entre 5 o 6 mm Hg que impulsa la sangre hacia el ventrículo
derecho, desde el cual y desde la siguiente contracción ventricular es
bombeada con una presión de 25 mm Hg, vía arteria pulmonar, hacia el
sistema capilar de los pulmones. En los capilares pulmonares se presenta
el fenómeno de difusión: la sangre elimina el CO2 hacia el exterior y
recibe el O2 del aire atmosférico.
La sangre, ahora oxigenada, retorna al corazón a través de la
aurícula izquierda, en donde una débil contracción produce una presión
de 7 u 8 mm Hg que la impulsa hacia el ventrículo izquierdo. En la
93
siguiente contracción la sangre es impulsada para reiniciar su circulación
con un volumen de aproximadamente 80 mililitros: es el volumen
asistólico.
GRAFICO DEL SISTEMA DE DISTRIBUCION
Fuente:https://www.google.com.ec/search?q=distribución+de+la+sangre
+en+el+siste
El volumen total de sangre, aproximadamente 5 litros, no se reparte
uniformemente entre los dos sistemas; alrededor del 80% de la sangre
circula por el sistema mayor y el 20% restante por el pulmonar.
Del volumen sanguíneo presente en el sistema mayor, el 12% del
total se reparte en las arterias, el 8% en los capilares y el 60% en las
venas. En la circulación pulmonar el 9% se distribuye en arterias, un 9%
en venas y un 2% en capilares.
La distribución varía con la posición, de pie o sentado, pues la
sangre se acumula en los miembros inferiores por efecto de la gravedad.
94
La mayor parte del volumen sanguíneo se encuentra en el sistema de
baja presión: las venas.
Para que se produzca el flujo de un líquido o un gas, es necesaria
una fuerza, que genere una presión. El flujo debe vencer la inercia para
cambiar su estado de movimiento, (de reposo a flujo o de flujo a reposo).
De tal manera que hay dos clases de resistencias: las inerciales y las
cinemáticas.
Debido a que las velocidades de los líquidos biológicos son
relativamente bajas, las resistencias cinemáticas no tienen mayor
importancia, lo que significa que las resistencias de inercia consumen la
mayor parte de la energía que en forma de presión proporciona el trabajo
cardiaco.
FLUJO SANGUÌNEO
El flujo o caudal de sangre (Q) depende de:
Una fuerza propulsora provocada por el consumo de presión a lo largo de
la red circulatoria, y
De la resistencia al flujo de sangre a lo largo del trayecto.
Q = ΔP/ R
La presión es generada por el corazón durante la sístole.
La resistencia depende de la geometría de los vasos o sea de su
longitud, diámetro y de las características de la sangre, especialmente de
la viscosidad.
El trabajo cardíaco debe vencer:
La inercia de la sangre. Tiene que propulsarla desde el reposo relativo V =
0 cm/s en la diástole hacia la raíz de la aorta en la sístole 30 a 50 cm/s.
Mantener el movimiento de la sangre, venciendo las resistencias
cinemáticas.
95
Las velocidades de circulación de los líquidos biológicos son pequeñas
por lo que las resistencias cinemáticas no consumen mucha energía.
La mayor parte del trabajo cardíaco se gasta en vencer las resistencias
inerciales, es decir en introducir el volumen sistólico en la raíz de la aorta.
VISCOSIDAD
La resistencia que ofrecen los líquidos a su deformación se
denomina viscosidad y se debe a fuerzas de atracción molecular
(adhesión) que se oponen al desplazamiento del líquido.
La unidad de viscosidad en el sistema CGS es el poisse (p), que
corresponde a la resistencia que opone una lámina liquida de 1
centímetro cuadrado de superficie ubicada a 1 cm de la pared cuando
requiere una fuerza de 1 dina para desplazarse con una velocidad de 1
cm/s.
El poisse es una unidad demasiado pequeña para medir los
fenómenos biológicos por lo que se emplea el pascalsegundo (pas) en el
sistema internacional.
La viscosidad del agua a 20 ºC es de 1 cp y a 37 ºC es de 0,7 cp.
La unidad SI es el pascalsegundo (Pas) que equivale a 10 poisses.
La viscosidad de un jarabe espeso puede ser 100 Pas; la del agua es de
0,001 Pas a 20 ºC. y la de la sangre varía entre 0,003 a 0,004 Pas es
decir entre 0,03 a 0,04 poisses. Su valor es proporcional al hematocrito
(contenido de glóbulos rojos en la sangre). La sangre en consecuencia es
un líquido de elevada viscosidad y esta propiedad es un factor decisivo en
el buen funcionamiento de la circulación. La viscosidad dificulta el
desplazamiento sanguíneo. La reducción de valor o la falta de viscosidad
disminuyen la estimulación de las fibras cardiacas y arteriales; lo que
permite, paralelamente, la difusión a través de las paredes de los vasos,
96
de los diversos componentes plasmáticos, con perjuicio a la circulación
sanguínea.
La viscosidad sanguínea también disminuye con la subnutrición,
específicamente con la baja proteica, la reducción de los glóbulos rojos, la
elevación del grado de oxigenación y las hemorragias.
GRAFICO DE VISCOSIDAD VERSUS HEMATOCRITO
https://www.google.com.ec/search?q=variación+de+la+viscosidad+
de+la+sangre+con+la+temperatura.-+hematocrito
La temperatura también influye en el valor de la viscosidad, con la
que es inversamente proporcional. Si disminuye la temperatura de la
sangre, aumenta su viscosidad; lo que reduce el flujo de sangre y puede
ser la causa para que manos y pies se enfríen.
En el caso de los líquidos orgánicos, la viscosidad se la compara
con la del agua a igual temperatura. En ese caso se denomina viscosidad
relativa y como es una relación entre viscosidades, no tiene unidades.
Solo nos indica las veces que un líquido es más o menos viscoso que el
agua,
97
Ec. 2.1
Viscosidad del líquido
Viscosidad Relativa = ------------------------------
Viscosidad del agua
Viscosidad medida a igual temperatura
LÍQUIDO VISCOSIDAD RELATIVA
Cefalorraquídeo 1.024
Orina 1.00 a 1.14
Sangre 4.50
Plasma 2.10
Suero 1.90
LEY DE POISSEUILLE
Poisseuille (siglo XIX) estableció que el flujo (Q) de un líquido con
una viscosidad () a lo largo de un vaso de longitud l, con un radio (r),
por efecto de una gradiente de presión p es igual a:
Ecuación de Poisseuille:
Ec 2.2
P * R4
Q = / 8
* l
98
Como el flujo varía exponencialmente con la cuarta potencia del
radio, al duplicarse este, el caudal se hace 16 veces mayor. Y al
triplicarse, 81 veces mayor y viceversa.
La sangre fluye por el sistema sin cumplir exactamente con esta ley
ya que nos es un líquido perfecto sino un sistema compuesto de células y
líquidos que circulan por tubos elásticos que se expanden y no rígidos y
porque, si bien es un efecto insignificante, debemos considerar que la
viscosidad sanguínea también modifica el flujo.
Si bien la ley de Posseuille no se cumple fielmente, nos ayuda a
comprender el flujo sanguíneo.
Poisseuille hizo sus experimentos en el laboratorio con agua y en vasos
rígidos por lo que hay diferencias con las fisiológicas.
Laboratorio condiciones fisiológicas
Líquido agua sangre
Viscosidad constante varía con el hematocrito
Clase de fluido Newtoniano No newtoniano
Vasos rígidos elásticos
Presión constante variable
Los líquidos se denominan newtonianos, cuando la viscosidad es casi
constante con las condiciones de flujo; la sangre no cumple fielmente con
la ley de Poisseuille pero ayuda a comprender el flujo sanguíneo.
Q = ∆P/R
El flujo o caudal, requiere de una gradiente de presión para vencer las
resistencias.
99
A la gradiente o consumo de presión se lo denomina presión de perfusión
efectiva (PPE).- Es la diferencia entre las presiones de entrada y salida a
una parte del sistema de circulación.
Ejemplo:
P aorta = 100 mmHg (entrada)
P arteriolas = 20 mmHg (salida)
PPE = 100 – 20
PPE = 80 mmHg
Q sanguíneo es semejante a 80 ml/s (Q directamente
proporcional al consumo de presión).
Entonces:
R = PPE/ caudal
R = 80mmHg / 80 ml/s
R = 1 mmHg/ml/s
La unidad de resistencia periférica (URP) exige una gradiente de presión
de 1 mmHg para permitir el flujo de 1 ml de sangre en cada segundo.
PRESION DE PERFUSION EFECTIVA
CAUDAL O FLUJO = --------------------------------------------------
RESISTENCIAS AL FLUJO
PRESION DE PERFUSION EFECTIVA
Ec 2.4 RESISTENCIAS = -----------------------------------------------------
CAUDAL SANGUINEA
La unidad de resistencia periférica (URP) es la que demanda una presión
De 1 mmHg para permitir el flujo de 1 ml/s.
Si la presión sistólica es 90 mmHg y el gasto ventricular
izquierdo es 90 m/s la resistencia periférica total es de 1 URP
100
La unidad de resistencia absoluta (URA) requiere una presión de 1
dina/cm2 para permitir el flujo de 1 ml/s
1 URA = 1333 URP
La facilidad para el flujo sanguíneo se denomina Conductancia y
tiene una relación inversa con la resistencia. De acuerdo con la ley de
Poisseuille, el caudal depende de la cuarta potencia del radio; en
consecuencia al variar la luz vascular están cambiando las resistencias y
las conductancias.
En la circulación las dos terceras partes de las resistencias se
desarrollan en las arteriolas pequeñas, cuyo diámetro puede alcanzar
valores entre 4 a 25 micras, es decir hasta 4 veces por lo que el flujo,
teóricamente, puede aumentar hasta 256 veces. Fisiológicamente se han
registrado variaciones de hasta 100 veces.
TIPOS DE FLUJO
.
En la mayor parte del organismo, el flujo de la sangre corresponde
a un régimen laminar o perfilado caracterizado porque es ordenado,
silencioso, regular, como lo indica su nombre el flujo se realiza en
láminas. A diferencia del régimen turbulento que se presenta solo en el
corazón y en las inmediaciones de la aorta y que se caracteriza por fluir
en todas las direcciones, se mezcla continuamente, su velocidad es más
alta, es ruidoso. Si el flujo sanguíneo totalmente laminar, no sería posible
la audición de los ruidos cardiacos.
Para que un flujo sea considerado como laminar los vasos deben
ser los suficientemente largos y lisos, por lo que en el sistema circulatorio,
solo se tiene flujo laminar puro en la aorta torácica.
101
En el flujo laminar, la capa muy fina de sangre que está en contacto
con las paredes, es esencialmente estacionaria, prácticamente no se
mueve. La siguiente capa, en dirección al centro del vaso, tiene una
velocidad pequeña, pero conforme se acercan al eje la velocidad de las
láminas aumenta para hacerse máxima en el centro del vaso.
DISTRIBUCION DE VELOCIDAD LAMINAR EN UN VASO
https://www.google.com.ec/search?q=distribucion+de+la+velocidad+en+fl
ujo+laminar
Esta variación de la velocidad de la sangre en un vaso, afecta a la
distribución de los glóbulos rojos. Hay más en el eje que en la cercanía de
la pared, provocando una variación de la viscosidad aparente.
102
DISTRIBUCION DE GLOBULOS ROJOS
Esto produce dos efectos: cuando la sangre fluye desde un vaso de
mayor calibre hacia uno más pequeño, el porcentaje de glóbulos rojos en
la sangre es ligeramente menor que en el vaso principal, fenómeno que
se acrecienta por el rozamiento en las paredes.
DISTRIBUCION DE G. R. EN UNA DERIVACION
El segundo efecto es más importante, debido a que el plasma a lo
largo de las paredes del vaso se mueve con una velocidad menor que los
glóbulos rojos, la sangre, en las extremidades, tiene un hematocrito mayor
que al salir del corazón. Esto determina un incremento en manos y pies
103
de aproximadamente un 10% que debe considerarse al medir la volemia
con técnicas de disolución por radioisótopos.
Si se reduce el radio de un vaso, la velocidad de flujo aumenta
gradualmente, hasta que alcanza un valor en que flujo cambia de laminar
a turbulento, se denomina velocidad critica; esa velocidad aumenta si hay
obstrucciones en el vaso.
GRAFICO DE VELOCIDAD CRÍTICA
Fuente:https://www.google.com.ec/search?q=velocidad+crítica+en+un+vas
o+cuando+cambia+de+laminar+a+turbulento
LEY DE REYNOLDS (1883) determinó que la velocidad crítica es
directamente proporcional a la viscosidad del líquido e inversamente
proporcional a su densidad y radio.
104
Ec 2.5
K *
Vc = -----------
D * R
En la que:
Vc = velocidad critica
K = Constante de Reynolds = 1000 para líquidos biológicos
D = Densidad de la sangre = 1 g/ml
R = Radio del vaso en cm
= Viscosidad de la sangre 0,04 poisses = 0,04 g/cm*s
En la aorta, por ejemplo con un radio de 1 cm la velocidad crítica
es:
1000*0.04 g/cm*s
Vc = ----------------------- = 40 cm/s
1gr/cm3 * 1 cm
La velocidad sanguínea en la aorta cambia desde 0 a 50 cm/s de
tal manera que el flujo es turbulento en la parte final de la sístole. En el
ejercicio forzado, el volumen de sangre bombeada por el corazón se
incrementa 3 o 4 veces por lo que la velocidad critica es excedida con
largueza; razón por la cual los ruidos cardiacos son diferentes a los del
paciente en reposo. El flujo laminar es más eficiente que el turbulento lo
que significa que un aumento de presión provoca un mayor flujo de
sangre en el régimen laminar que en el turbulento.
Pr
Según la Ec 2.4 Q = --------- por lo que
105
Rs
Ec 2.6 Pr = Q * Rs
De la Ec 2.6 se deduce que si la presión permanece constante,
cualquier modificación del gasto cardiaco debe ir acompañada de una
modificación proporcional de la resistencia y viceversa.
Sobre estos factores actúan 3 tipos fundamentales de regulación:
1) Autorregulación local
2) Regulación a través del sistema nervioso central
3) Procesos de control del volumen sanguíneo
La autorregulación local del tono arteriolar depende de dos aspectos:
a) Autorregulación automática, independiente del S.N.C. y
b) Una dependiente de este sistema.
En el primer caso, el elemento controlado es el caudal sanguíneo. La
finalidad de la autorregulación local es evitar caudales de sangre no
justificados, que serían un peligro para los capilares.
Muchos tejidos tienen la propiedad de mantener constante la
percusión sanguínea a pesar de las grandes variaciones de la presión de
percusión. Este fenómeno se explica por dos teorías:
1. La miogenica que otorga al músculo liso arteriolar la propiedad de
contraerse en respuesta a un flujo máximo que distiende la pared
arteriolar; y
106
2. la teoría metabólica según la cual intervienen determinadas
substancias químicas transportadas por la sangre o producidas por los
tejidos que provocarían la vasodilatación con el objeto de mejorar el
aporte nutritivo; en el caso de exceso de sangre se provocaría la
vasoconstricción. La suma de las diversas autorregulaciones locales crea
el tono arteriolar.
La autorregulación local con intervención del S.N.C. se superpone a la
autorregulación local y modifica la respuesta específica de cada órgano.
La autorregulación local tiene inconvenientes; al constituir un
sistema ciego, las necesidades de caudal sanguíneo y presión arterial no
considera el estado de los otros territorios vasculares. Por ejemplo en el
caso de anoxia hística (falta de oxígeno para la respiración celular)
provocada por una hemorragia aguda, la autorregulación local no
controlada daría lugar a una vaso dilatación que agravaría la caída de
tensión. De igual modo, una necesidad de nutrientes acompañada de una
hipovolemia (baja cantidad de sangre) provocaría una vasodilatación que
no podría ser compensada con la elevación del gasto cardiaco y alguna
parte del lecho vascular recibiría más sangre que otras regiones vitales.
A diferencia de la auto regulación que adapta el caudal sanguíneo
de cada órgano a sus necesidades, la regulación nerviosa vela por la
compatibilidad de estas necesidades con el equilibrio del organismo en su
totalidad.
Esta regulación se basa en detectarlas variaciones de presión alrededor
de una posición de equilibrio y en corregirlas para que esa presión vuelva
a sus valores fisiológicos.
Por otro lado, el organismo dispone de medios para controlar la
adaptación del lecho vascular a la modificación de la volemia y sus
consecuencias hemodinámicas. Se destaca la propiedad de los riñones
107
para excretar agua y sodio en función de la presión arterial. Un aumento
de esa presión provoca diuresis y natroiuresis elevadas; y la disminución,
efectos contrarios. Esta respuesta da lugar a un efecto regulador sobre la
presión arterial, es decir que mediante este mecanismo, se controla el
capital hidrosodico y la volemia.
La variación de la presión arterial puede ir acompañada de un
cambio en la presión capilar y los intercambios en los sectores vascular e
intersticial pueden verse afectados por este mecanismo.
LEYES DE LA CIRCULACIÓN
Las leyes de la circulación son 4: del caudal, de la presión, del área y de
la velocidad.
LEY DEL CAUDAL
Se denomina lecho circulatorio a la suma de los calibres de todos
los vasos arteriales, capilares y venosos de la misma especie.
En toda sección del lecho circulatorio pasa igual cantidad de
sangre por unidad de tiempo. Equivale, en promedio, a 5 litros por minuto
y se le conoce como Volumen Minuto Circulatorio (VMC).
La sangre como todo líquido constituye una sola unidad y no puede
circular por tramos ni intermitentemente.
LEY DE LA PRESION
El desplazamiento de la sangre se realiza a favor de la gradiente
de presión (desde la mayor hacia la menor presión). El flujo requiere un
consumo o caída de presión. Las presiones mayores se encuentran en
los ventrículos y las menores en las aurículas, por esa razón la sangre
sale y regresa al corazón.
108
La ley dice: La presión en el sistema circulatorio, disminuye
constantemente conforme los vasos se alejan del corazón para asegurar
el flujo sanguíneo.
Del análisis del gráfico de la ley se deduce que el mayor consumo
de presión se presenta en la parte arterial porque, debido a que los radios
van disminuyendo, se presenta en esa parte una mayor resistencia.
LEY DEL AREA
El radio de los vasos en el sistema arterial va disminuyendo para
hacerse mínimo en los capilares y luego aumenta progresivamente, en el
sector venoso, hasta que en la cava se hace nuevamente grande. Sin
embargo el número de vasos de la misma especie va aumentando en la
parte arterial y disminuyendo en la venosa; por esa razón el área tiene la
misma variación.
El área total del lecho circulatorio es mínima en la aorta, aumenta
progresivamente en la parte arterial para hacerse máxima en los capilares
y luego, en el sector venoso, disminuye para hacerse nuevamente mínima
en la cava. El área de la aorta tiene un valor promedio de 3 cm2. La
superficie toral de los 13 millones de capilares es entre 600 a 800 veces el
área de la aorta.
LEY DE LA VELOCIDAD
La sangre, como todo líquido, cumple con la ecuación de
continuidad
Caudal sanguíneo = Área transversal del lecho circulatorio *
Velocidad de la sangre
109
Q = A * V
De acuerdo con la ley del caudal, éste es un valor constante y es
de 5 litros por minuto. En consecuencia, si el caudal (Q) es constante y el
área total del lecho circulatorio aumenta la velocidad de la sangre
disminuye y viceversa.
El área es mínima en la aorta, la velocidad sanguínea es máxima y
en promedio es de 30 cm/s. En la parte arterial el área total aumenta
progresivamente, la velocidad de la sangre disminuye paulatinamente. La
superficie es máxima en capilares, la velocidad sanguínea es mínima. En
el sector venoso el área disminuye progresivamente, esa velocidad va
aumentando. En la cava el área es mínima, la velocidad es máxima.
Si el área de los capilares es 600 veces menor que el de la aorta, la
velocidad de la sangre en los capilares será 600 veces menor, es decir
V sangre en capilares = Velocidad sangre en aorta/600 = 30/600 = 0.05
cm/s = 0.5 mm/s
Si la longitud media de los capilares es de 2 mm, significa que la
sangre tarda 4 s en recorrer uno de esos vasos. Tiempo suficiente para
que se produzcan los fenómenos de difusión y ósmosis; los mismos que
están favorecidos porque el espesor de la pared es de aproximadamente
1 micra.
PRESIÒN TRANSMURAL
Es la ejercida por la tensión de las paredes vasculares. La tensión es el
resultado de las propiedades del tejido elástico presente en esas paredes.
PRESIONES QUE INTERACTÙAN EN EL VASO
La intravascular o sanguínea (Ps).
110
La ejercida por la tensión de las paredes o transmural (Pt).
La de los tejidos circundantes al vaso (P tejidos).
La intersticial debido al líquido (Pi).
La presiòn sanguínea trata de dilatar al vaso, mientras que las otras
actúan en sentido contrario, es decir tratan de colapsar al mismo.
La suma de la P tejidos + P líquido se denomina presiòn exterior (Pe)
La fuerza necesaria para vencer la elasticidad de la pared vascular por
unidad de longitud se denomina tensión
√ = F / L Unidades: dinas/cm; Recordando que: P = F / A
A mayor valor de la presiòn, la inclinación de la recta que representa a la
presiòn también es mayor, esto es peligroso para los vasos de diámetro
pequeño como las arteriolas y capilares cuya estructura no está
preparada para soportar esas tensiones.
Ejemplo:
Calcular la tensión de la pared vascular aplicando la ecuación de Laplace
√ = P*R
Si la P = 1; P = 3; P = 5
Radio Tensión
1 1
2 6
3 15
Aplicaciones de la ecuación de Laplace
Calcular la tensión de la aorta tomando los datos del cuadro adjunto
VASO PRESIÓN
dinas/cm2
RADIO TENSIÓN dinas/cm
AORTA p=100mmHg 1.3 * 105 1.2
111
ARTERIAS
P = 90mmHg
1.2 * 105 0.5
CAPILARES
P = 20 mmHg
2.6 * 104 0.0006
VÉNULAS
P = 15mmHg
2.0 * 104 0.02
CAVA p = 10 mmHg 1.3 * 104 1,5
112
UNIDAD DE COMPETENCIA 5: SISTEMA RESPIRATORIO
Analiza los factores que inciden en el intercambio gaseoso, entre la atmósfera y el sistema pulmonar, con rigurosidad científica, lógica, ética y espíritu crítico. OBJETIVO DE LA UNIDAD DE COMPETENCIA Analizar los factores que inciden en el intercambio gaseoso, entre la atmósfera, alvéolos y la célula, mediante, observación simulada y natural de casos con aplicación de las TIC, lectura científica de textos seleccionados y construcción organizadores gráficos y ensayos científicos con rigurosidad científica, lógica, ética y espíritu crítico. Elemento de competencia 1
Identifica los fenómenos que inciden en el intercambio gaseoso entre la atmósfera y el sistema pulmonar, mediante lectura científica de difusión, ósmosis y convección. Actividades de aprendizaje a. Trabajo individual previo: análisis proposicional del tema: ósmosis y difusión b. Trabajo en micro grupos para construir las proposiciones científicas en consenso grupal y elaborar un organizador gráfico. c Puesta en común de los productos grupales. Elemento de competencia 2
Diferencia entre respiración externa e interna, mediante lectura científica de estructura alveolar. Actividades de aprendizaje a. Trabajo individual previo: análisis proposicional del tema: Difusión de gases b. Trabajo en micro grupos para construir las proposiciones científicas en consenso grupal y elaborar un organizador gráfico. c Puesta en común de los productos grupales. Elemento de competencia 3
Diferencia de presiones gaseosas, mediante revisión bibliográfica de física de los gases Actividades de aprendizaje
113
a. Trabajo individual previo: análisis proposicional del tema: Presiones parciales de los gases y presión de vapor. b. Trabajo en micro grupos para construir las proposiciones científicas en consenso grupal y elaborar un organizador gráfico. c Puesta en común de los productos grupales. Elemento de competencia 4
Diferencia los procesos químicos de los físicos en el intercambio gaseoso, mediante revisión bibliográfica de física de los gases. Actividades de aprendizaje a. Trabajo individual previo: análisis proposicional del tema: Disolución de los gases en volúmenes líquidos b. Trabajo en micro grupos para construir las proposiciones científicas en consenso grupal y elaborar un organizador gráfico. c. Puesta en común de los productos grupales. Elemento de competencia 5
Diferencia el comportamiento del transporte de oxígeno y CO2, a través de las membranas alveolar y fases líquidas, mediante lectura científica de solubilidad y difusión de gases. Actividades de aprendizaje a. Trabajo individual previo: análisis proposicional del tema: Solubilidad de los gases b. Trabajo en micro grupos para construir las proposiciones científicas en consenso grupal y elaborar un organizador gráfico. c Puesta en común de los productos grupales. RESULTADO DE APRENDIZAJE DE LA UNIDAD DE COMPETENCIA 5
PRODUCTO ACREDITABLE
Ensayo científico que describa las características, propiedades y
principios del Sistema Respiratorio y la explicación de sus relaciones e
incidencias con los fenómenos biofísicos del cuerpo humano. El texto
debe tener la estructura del ensayo científico y la forma textual del modelo
APA, capaz de insertar en una obra científica de autores
114
SISTEMA RESPIRATORIO
Ing. Mario León Viteri Dra. Marcia Zapata Generalidades: El oxígeno consumido en la combustión de los alimentos y necesario para la obtención de la energía utilizada en el metabolismo celular es absorbido a través de los pulmones. El dióxido de carbono (CO2) procedente de las reacciones metabólicas se elimina por la misma vía.
El pulmón cumple con las siguientes funciones:
a- Intercambio gaseoso
b- Regula el potencial hidrógeno (pH)
c- Interviene en el intercambio de calor con el medio ambiente
d- Mantiene el equilibrio hídrico del organismo
e- Es responsable de la formación de la voz (fonación)
El intercambio de gases entre la atmósfera y el alvéolo se
denomina respiración externa, ventilación o hematosis. El intercambio
entre el aire y la sangre ocurre en los capilares pulmonares. La sangre
transporta él oxigeno desde los alvéolos hasta los tejidos y células y el
CO2 en sentido contrario, desde la célula hasta el alvéolo. Finalmente se
produce ese intercambio entre la sangre y la célula en un proceso
denominado RESPIRACIÓN INTERNA, celular o hística.
El aparato respiratorio se compone básicamente de dos cajas de
volumen variable, la una dentro de la otra. La primera impone las
variaciones primarias de volumen. Está constituida por la caja torácica y
se encuentra limitada en su parte inferior por el diafragma.
La acción de los músculos respiratorios provoca variaciones de
volumen favorecidos por la gran elasticidad de los pulmones. Esas
variaciones de volumen dan lugar a gradientes de presión que provoca el
115
flujo de aire. La segunda cámara es la alveolar (pulmones) que se
encuentran en contacto directo con la atmósfera. Esta cámara también
sufre las variaciones de volumen impuestas por la primera.
Fuente:https://www.google.com.ec/search?q
RESPIRACION EXTERNA
Es el intercambio de gases entre la atmósfera y el pulmón.
Sumariamente se puede considerar que se produce por la concurrencia
de 3 factores
a) Vías,
b) Estructura osteo muscular y
c) Alvéolos.
Las Vías son los conductos por los que el aire fluye hacia y desde
los pulmones con un régimen laminar que puede volverse turbulento en
accesos de tos en los que alcanza una velocidad d 800km/h. La tráquea
y los bronquios principales y lobulares pueden disminuir su sección
transversal con la tos, debido a su estructura cartilaginosa lo que provoca
un aumento de la velocidad del aire (Q = A*V) lo que favorece la
116
expectoración. Las vías también cumplen con las funciones de calentar y
humedecer el aire, filtrar las impurezas que ingresan con el aire inspirado.
La nariz retiene la totalidad de las impurezas con un diámetro de 10
micras y hasta un 75% de las de 5 micras. Las partículas penetran en el
árbol bronquial tanto más lejos cuanto más pequeñas y redondeadas
sean. Las partículas hasta de 1 micra de diámetro se eliminan con el aire
espirado. Las de menor diámetro difunden con el aire inspirado hacia los
tabiques alveolares donde se depositan en la película de moco que
recubre el epitelio bronquial; desde donde son transportadas hacia la
faringe gracias a los movimientos ondulantes de los cilios vibrátiles de la
mucosa. Los cilios tienen una longitud de 0,1mm y tienen una frecuencia
de 1000 vibraciones/minuto. Las secreciones bronquiales forman una
película de 5 micras de espesor extendida por toda la superficie interna de
las vías. La velocidad de transporte de la película de moco varía entre 1 y
3cm/minuto por lo que el tiempo requerido para alcanzar el exterior (nariz)
es de aproximadamente 30 minutos.
La caja osteo muscular, gracias. A los cartílagos de las costillas y a
la acción de los músculos respiratorios, permite la variación de los tres
ejes, lo que da lugar a variaciones de volumen y en consecuencia
diferencias de presiones que determinan el flujo de aire a favor de esas
gradientes.
La caja interior (alvéolo) o sistema respiratorio propiamente dicho
está formado por la tráquea, un tubo de unos 3cm2 de área transversal,
se ramifica en dos bronquiolos principales. Estos bronquiolos se
subdividen en conductos alveolares, que están subdivididos por tabiques
que forman los alvéolos. Tienen un diámetro de 0,2mm y un espesor de
paredes de 0,4 micras.
Al nacer el número de alvéolos es de 30 millones, a los 8 años es
de 300millones y pasada esa edad es relativamente constante y cubren
117
una superficie de unos 70m2.Los pulmones son entonces estructuras
esponjosas debido al gran número de cavidades que componen los
alvéolos. A través de esas paredes se produce el intercambio por difusión.
Envolviendo cada pulmón se encuentra la pleura, en cuya cavidad
se desarrolla la presión intrapleural, que sumada a la gran elasticidad del
tejido pulmonar tratan de colapsar (cerrar) al pulmón. Actuando hacia el
interior del pulmón se equilibra con la presión intrapulmonar. La presión
intrapleural siempre es menor que la atmosférica por lo que se dice que
es una presión negativa. En el inicio de la inspiración tiene un valor de
753 mmHg y al inicio de espiración vale 756mmHg.
INSPIRACIÓN
Es el fenómeno por el que el aire atmosférico penetra en el interior
de los pulmones, debido a la disminución de las presiones intrapulmonar
(PIP) e intrapleural (pip).
En la inspiración normal, los músculos respiratorios se contraen y
provocan el descenso del diafragma y la rotación de las costillas hacia
fuera. Esto determina un aumento del volumen de la caja torácica. La
distensión del tórax es acompañada por las hojas parietales de la pleura,
lo que provoca un aumento del volumen intrapleural. De acuerdo con la
ley de Bolle & Mariotte (P*V = Constante) se produce una disminución de
la PIP y de la pip. Lo que da lugar a la entrada del aire atmosférico hacia
el alvéolo provocando la distensión de la pared pulmonar hasta que
alcance un nuevo volumen y equilibrio.
Ayuda a esa distensión, la reducción de la tensión superficial de la
lámina de agua que baña al alvéolo, gracias a la acción de las sustancias
tenso activas, hipotónicas o surfactante que es secretada por las mismas
células alveolares y que favorecen la dilatabilidad pulmonar. La tensión
118
superficial es mayor en aquellos que tienen menor volumen. Al terminar la
inspiración, el pulmón se encuentra totalmente dilatado por lo que la
tensión de las paredes también lo está y tienden, ahora, a colapsar el
pulmón; lo que favorece al proceso de la espiración.
ESPIRACIÓN
Es un proceso pasivo en que la mezcla gaseosa sale desde los
pulmones hacia el exterior. Se debe a la relajación de los músculos
respiratorios, a la elasticidad de la pared pulmonar y al aumento de la
tensión superficial de la capa de agua que baña a los alvéolos. Lo que da
como resultado una disminución del volumen intrapulmonar y del espacio
intrapleural que provoca un aumento de las presiones respectivas dando
lugar al flujo de aire hacia el exterior. En la espiración forzada interviene,
adicionalmente, la contracción de los músculos respiratorios.
VARIACIONES DE LAS PRESIONES EN EL SISTEMA RESPIRATORIO
PRESIÓN
INSPIRACIÓN
ESPIRACIÓN
Intrapulmonar (PIP) 730mmHg 790mmHg
Intrapleural (pip) 753mmHg 756mmHg
TITULO DE UN GAS (i)
Es la relación entre su volumen y el volumen total de la solución,
medidos a igual temperatura y presión.
i = Volumen del gas /volumen total de la mezcla gaseosa
PRESIÓN PARCIAL (p)
La presión parcial de un gas en una mezcla es la que tendría, si a igual temperatura, se encontrase solo ocupando el volumen total de la
119
solución. Se debe al choque de sus moléculas. La suma de las presiones parciales es igual a la presión total. El valor de la presión parcial depende de la concentración de los gases en
la mezcla.
La Ley de Dalton expresa que la Presión total será la sumatoria de las
presiones parciales de los gases que lo conforman dicha mezcla
PRESIÓN DE VAPOR (pv)
Es aquella en la que los estados líquido y gaseoso coexisten a una determinada temperatura. La ebullición y la evaporación exigen, por lo tanto, determinados valores de presión y temperatura. Se diferencian en que la primera es un fenómeno de masa, mientras que la segunda es de superficie. En el caso del agua, algunos de los valores son:
Temperatura 0º 20º 37º 50º 60º 100º
PV = mm Hg 4.58 17.53 47.07 92.51 149.38 760
.PRESIONES PARCIALES
GAS AIRE
ATMOSFÉRICO
% Pp mmHg
AIRE
ALVEOLAR
% Pp mmHg
AIRE
ESPIRADO
% Pp mmHg
Oxígeno 20.84 158 13 100 15 118
Nitrógeno 78.50 596 75 573 74 565
Dióxido de
carbono
0.04 0.3 5.30 40 4.23 32
Agua 0.70 5.5 0.13 47 0.13 47
PTip
PTpppp
p
n
321
PTip
PTpppp
p
n
321
120
ANÁLISIS DE LOS GASES QUE INTERVIENEN EN LA RESPIRACIÓN
1. La disminución del título del oxígeno en el aire alveolar se debe a que
una parte se queda en el denominado espacio muerto y en consecuencia
no llega a los pulmones.
2. El oxígeno tiene tendencia a permanecer en el espacio alveolar, debido
a la gradiente de presión.
3.Si bien el nitrógeno no interviene en el intercambio gaseoso, la variación
de su presión parcial da lugar a su contribución para un mejor ingreso del
O2y salida del CO2, es decir es un acarreador físico de gases.
4. La presión del H2O es la misma en los aires alveolar y espirado debido
a que el interior de las cavidades aéreas es húmedo y se encuentra a
37°C, por lo que se hallan saturados de vapor de agua.
5-Como la presión del agua es menor en la atmósfera que el alveolar o
que en el espirado, el organismo está perdiendo constantemente agua en
forma de vapor. Esa pérdida depende del equilibrio hídrico del organismo.
PROCESOS FÍSICOS –QUÍMICOS
El intercambio de gases en los pulmones depende de las Presiones
parciales en los diversos compartimentos: alvéolo, líquido intersticial,
plasma y líquido intracelular.
Los gases deben intercambiarse en los alvéolos; transportarse, a través
de la sangre, y finalmente ingresar o salir de las células, dando lugar,
finalmente a la respiración celular o interna.
El intercambio de gases, O2 y CO2, entre la sangre y el aire
alveolar transforma la sangre venosa en arterial. El factor principal es la
gradiente de pP de los gases entre el alvéolo y la sangre.
PRESIONES PARCIALES (mmHg)
GAS SANGRE ARTERIAL SANGRE VENOSA
Oxígeno 100 mmHg 37 mmHg
Nitrógeno 573 mmHg 573 mmHg
Dióxido de carbono 40 mmHg 46 mmHg
121
Otros factores que condicionan el intercambio son las estructuras
interpuestas entre el aire alveolar y la sangre: membranas alveolar,
capilar, y del glóbulo rojo y las fases líquidas constituidas por el líquido
intersticial y el plasma.
Fuente:https://www.google.com.ec/search?q=alveolos+pulmonares+y+la+s
ngre
En el intercambio y transporte de gases es determinante la
permeabilidad de las membranas y la solubilidad de los gases en las
fases líquidas.
Siendo el aire alveolar una mezcla gaseosa, se desarrollan Pp. La
p02 alveolar es de 100mmHg y en la sangre venosa es de 37mmHg en
consecuencia, la gradiente de presión, unida a la permeabilidad de la
membrana da lugar al intercambio de los gases, siguiendo la ley de
Graham que establece que la velocidad de difusión de un gas a través de
una membrana es inversamente proporcional a la raíz cuadrada de su
peso molecular.
PMV
1
122
Si el peso molecular del O2 es 32 y el CO2 es 44, se concluye que el O2
es más rápido, en un 15%, en su desplazamiento a través de las
membranas alveolar, capilar y del eritrocito.
Como los gases también atraviesan láminas líquidas hay que
considerar que su solubilidad va a determinar la velocidad de difusión en
las mismas y que está regida por la ley de Exner que indica que esa
velocidad en las láminas líquidas es directamente proporcional a la
solubilidad del gas e inversamente proporcional a la raíz cuadrada de su
peso molecular. Por lo que puede concluir que el CO2 es 20 % más
rápido que el O2 en el plasma y en el líquido intersticial.
V fases líquidas = S/
Finalmente, atravesando todos estos obstáculos e inclusive la
membrana del eritrocito, el O2 se coloca delante de la molécula de
hemoglobina (Hb) a la que se une si hay la suficiente presión parcial para
dar lugar a una estructura débil, la oxihemoglobina, que será la encargada
de transportar, vía sangre, a ese gas hasta las células.
Cada 100ml de sangre arterial contiene 14 g de Hb, 19 cc de O2 y
0,0476g de Fe.
TRANSPORTE DE GASES Es un proceso físico químico en el que los gases son transportados
desde los alvéolos hacia los tejidos y viceversa, a través de la sangre. En
la sangre, la hemoglobina (Hb) almacena y transporta el oxígeno (O2). El
bicarbonato presente en el plasma sanguíneo lo hace con el CO2.
222 OHbHbOHbO
123
TRANSPORTE DEL OXIGENO El oxígeno se une al átomo de hierro (Fe) presente en la Hb,
mediante un enlace débil, de baja energía, que se mantiene si la PpO2 es
igual o mayor a 20mmHg, dando lugar a una molécula de oxihemoglobina
(Ohb). La formación de Ohb es directamente proporcional con la PpO2 y
con el potencial (pH) y es inversamente proporcional con la temperatura.
Otro factor que influye en la formación de la Ohb es la concentración de
cada uno de los electrolitos.
A la presión alveolar del O2 en la sangre, 100mmHg, se disuelven
0,3 cc de O2 en 100ml de plasma; mientras que en 100ml de sangre
arterial se transportan, vía hemoglobina, 20ml de O2. Es claro entonces
que el proceso químico de transporte de O2 es más eficiente que el físico
(disolución en el plasma). A medida que la sangre alcanza los tejidos, la
pO2 disminuye y permite su liberación en cualquier tejido o estructura
cuya presión sea menor a aquella en que se formó el enlace para fijar el
O2 a la Hb.
TRANSPORTE DEL DIÓXIDO DE CARBONO
El CO2 resultante del metabolismo celular es transportado por la
sangre de tres maneras:
a) Formando los carbonatos del plasma
b) en el glóbulo rojo unido al grupo amina, la carbaminohemoglobina, y
c) disuelto en el plasma.
Transportado en cualquiera de esas formas, el CO2 pasa desde la sangre
al aire alveolar en virtud de su presión parcial. De los 200 cc de CO2 por
minuto que se produce en el organismo, solo 1,8 ml se transportan
disueltos en el plasma. El resto se transporta formando los compuestos
químicos. La mayor parte formando ácido carbónico que se disocia en dos
iones H+ Y bicarbonato (HCO¯³).
124
Alguna parte del CO2 permanece en el interior celular en forma de
solución.
RESPIRACIÓN CELULAR Es la fijación de O2 y la eliminación de CO2 a nivel celular;
depende de las presiones parciales de esos gases. En el caso del O2,
intervienen además la disociación de la Ohb a nivel celular (por la baja de
PpO2 y pH y por el aumento de la temperatura) a favor de una
abundancia de CO2, necesario para la restauración de los carbonatos del
plasma sanguíneo.
La mayor parte del bicarbonato producido por el eritrocito debe
difundir al plasma a través de la membrana celular. Esta membrana es
muy permeable para los aniones (q-) como el HCO¯3 y el Cl- y poco
permeable para los cationes (q+) como el Na+ y el K+.
Como los iones Cloro son los más abundantes en el plasma, es decir en
el exterior celular, difunden al interior de la célula, dando lugar a un
intercambio cloruro-bicarbonato. Cada ion Cloro que ingresa a la célula
reemplaza a un ion HCO¯3 que sale. La reacción inversa ocurre en los
capilares pulmonares donde la sangre pierde CO2 y gana O2.
DESCOMPRESIÓN EXPLOSIVA También conocida como hipo presión es el paso desde una presión
alta a una baja, en un lapso muy pequeño. Es el caso del ascenso brusco
de los aviones, sin cabina altimática, en que la presión atmosférica
disminuya rápidamente o el de los buzos en que la presión total también
disminuye al salir desde las profundidades.
La descompresión explosiva da lugar a efectos fisiológicos que
depende del tiempo en que se produce esa disminución de presión. Los
efectos fisiológicos se deben principalmente a la liberación de gases y van
125
desde pérdida de conciencia, cefaleas, embolias gaseosas y hasta la
muerte.
La solubilidad de un gas en un líquido depende de su presión
parcial y del coeficiente de solubilidad. En el caso de los buzos, la Pp
aumenta con la profundidad y en consecuencia esta aumentada la
cantidad de gases disueltos en los líquidos orgánicos. Al retornar a la
superficie, disminuyen la presión total y la parcial, por lo que los gases ya
no pueden mantenerse en disolución, liberándose al interior de los tejidos
que pueden provocar embolia y destrucción tisular. La expansión de los
gases en las cavidades abdominales forzar al diafragma hacia arriba y
puede provocar alteraciones cardíacas. Inmediatamente después de la
descompresión aparecen burbujas gaseosas en el interior de los vasos
sanguíneos. A los pocos segundos cae la presión arterial y luego se eleva
a valores mayores a los normales; en ese momento la circulación se
detiene completamente a pesar de que el corazón sigue latiendo durante
un tiempo, pero su contracción es deficiente ya que solo impulsa gases,
provocándose incluso la muerte.
Si se comprime al paciente en un lapso entre 2 o 3 minutos,
colocándole en un pulmón de acero, (para que al aumentar la presión total
aumenta la presión parcial), retorna la circulación y se recupera. Como los
efectos de la descompresión se deben a la liberación de los gases y
tomando en cuenta que el N2 es el más numeroso, se concluye que ese
gas es el responsable principal de esos efectos.
Para determinar los límites a partir de los cuales se presentan los
trastornos, se utiliza el coeficiente de expansión relativa de los gases
(ERG).
Po = Presión al inicio de la descompresión en mmHg
Pf = Presión al final de la descompresión en mmHg
47
470
FP
PERG
126
Como el ERG es una relación entre presiones tiene unidades absolutas.
Si el ERG es menor o igual a 2,3 no se presenta los efectos de la
descompresión explosiva.
Los procesos normales de la respiración tienen lugar en una variación de
presión atmosférica entre 450 a 760 mm de Hg. Con la altitud sobre el
nivel del mar, esas presiones están disminuidas y en consecuencia
disminuye la formación de la OHb.
A 3000 m de altura sobre el nivel del mar, la presión atmosférica es de
524mmhg, el título del O2 es del 13% por lo que la pO2 es 68 mmHg, por
lo que de acuerdo con la curva de saturación de la OHB alcanza un valor
del 90% por lo que el sistema transportador está funcionando con
eficiencia.
A los 4000 m de altitud es posible realizar actividad física sin ayudas
especiales a cambio de un aumento en la frecuencia y en la profundidad
respiratorias.
A 6000 m se requiere ayuda de botellones de O2, respirando ese gas con
un título de un 100%.
127
BIBLIOGRAFÍA
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Centro de Investigaciones Educativas. Seminario de Integración
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VYGOTSKI, Lev (1989): “La Estructura de las Funciones Psíquicas
Superiores” en Proceso de Formación de la Psicología Marxista: Vygotski,
Leontiev y Luria. Editorial Progreso, Moscú.
Bibliografía web de gráficos.
129
ANEXO 1
INSTRUCTIVO PARA REALIZAR EL ANÁLISIS PROPOSICIONAL
El análisis proposicional consiste en la identificación de las ideas
principales y secundarias en la lectura de los textos científicos. Se realiza
mediante el siguiente proceso:
LECTURA DE ESTUDIO
Lectura global del tema para identificar la idea central del texto
científico. Además del texto de lectura presentada en el módulo, se
consultarán otros textos de la bibliografía sugerida, tanto
convencional como virtual. Por lo general tiene relación explícita o
implícita con el tema de la lectura.
Lectura de los párrafos para identificar las ideas principales y
secundarias de los textos científicos. Subrayar las ideas principales
en el texto (por lo general hay una en cada párrafo). Copiar las
ideas principales entre comillas cuando son copias textuales.
Parafrasear las que demandan ese proceso, debido a la extensión
o a la complejidad de la expresión de las ideas. Éstas
fundamentarán el texto científico que estructurará posteriormente.
ANÁLISIS DE LAS IDEAS PRINCIPALES
Formular las ideas principales del texto, como proposiciones
científicas, esto es, con pensamientos completos que tengan sujeto
y predicado. Las proposiciones deben ser expresadas con lenguaje
propio, mismas que luego serán fundamentadas con las citas de
los autores consultados. (trabajo individual previo para el trabajo
grupal).
Clasificar las proposiciones principales de acuerdo con la
secuencia y la estructura diseñada para el texto que redactará
posteriormente.
130
Elaborar un organizador gráfico con las palabras claves de las
proposiciones. (tarea individual para trabajo grupal).
Exponer el trabajo elaborado en asamblea de grupo clase para la
realimentación correspondiente. (Se sorteará entre los estudiantes,
considerando la equidad de género).
SÍNTESIS Y COMENTARIO
Elaborar un texto científico utilizando las proposiciones clasificadas
y el organizador gráfico respectivo que han sido realimentados en
el análisis del grupo clase.
Utilizar las citas bibliográficas para fundamentar las ideas
expresadas en el texto, aplicando el modelo APA.
Este texto es el ensayo científico que se elaborará al final del
estudio de la Unidad de Competencia correspondiente.
EJEMPLO DE ANÁLISIS PROPOSICIONAL
Identifique las proposiciones científicas contenidas en el siguiente
texto
BIOMECÁNICA
La Biomecánica es el conjunto de conocimientos interdisciplinares de
la Física y la Biología, generados a partir de la aplicación de las leyes de
la Mecánica, como parte de la Física para comprender los fenómenos
físicos en los seres vivos. Hoy en día es posible aplicar con éxito, las
leyes de la mecánica a los procesos que intervienen en la regulación de
los sistemas biológicos, mediante modelos matemáticos que permiten
simular fenómenos muy complejos.
Movimiento
En mecánica el movimiento es un fenómeno físico que se define como
todo cambio de posición que experimentan los cuerpos de un sistema, en el
espacio con respecto a ellos mismos o con arreglo a otro cuerpo que sirve
de referencia. Todo cuerpo en movimiento describe una trayectoria.
131
La parte de la Física que se encarga del estudio del movimiento sin
estudiar sus causas es la Cinemática. La parte de la Física que se encarga
del estudio de las causas del movimiento es la Dinámica.
PROPOSICIONES
1. La Biomecánica es el conjunto de conocimientos interdisciplinares entre la
Física y la Biología, generados a partir de la aplicación de las leyes de la
Mecánica a la comprensión de los fenómenos físicos en los seres vivos.
2. La mecánica es posible aplicar con éxito en los procesos que intervienen
en la regulación de los sistemas no solo físicos, sino también de los sistemas
biológicos.
3. Hoy en día la mecánica se aplica mediante modelos matemáticos que
permiten simular fenómenos muy complejos.
4. El movimiento es un fenómeno físico que se define como todo cambio de
posición que experimentan los cuerpos de un sistema, en el espacio con
respecto a ellos mismos o con arreglo a otro cuerpo que sirve de referencia
5. Todo cuerpo en movimiento describe una trayectoria.
6. La Cinemática es la parte de la Física que se encarga del estudio del
movimiento sin estudiar sus causas.
7. La Dinámica es la parte de la Física que se encarga del estudio de las
causas del movimiento.
132
Ejemplo de elaboración de un organizador gráfico
Se divide
Estudia
Se aplica a
Se llama
TEXTO CIENTÍFICO
La Biomecánica es una ciencia interdisciplinaria que proviene de la
aplicación de las leyes de la Mecánica a la comprensión de los fenómenos
físicos en los seres vivos.
Se entiende, en este caso, que el estudio de Biomecánica comprende
aspectos teóricos y también prácticos y objetivos en el aprendizaje.
La mecánica se divide en Cinemática y Dinámica. La Cinemática estudia
el movimiento sin atender a las causas que lo generan, mientras que la
Dinámica estudia el movimiento, analizando sus causas.
Se desprende, por lo tanto que el estudio de la Mecánica, aplicada a
comprensión los fenómenos biológicos que se dan en el cuerpo humano
es muy importante en la Carrera de Medicina; de igual modo el estudio de
la Cinemática.
MECÁNICA
CINEMÁTICA
MOVIMIENTO
SIN CAUSAS
SERES VIVOS
MOVIMIENTO
CON CAUSAS
DINÁMICA
BIOMECÁNICA
133
ANEXO 2
RESULTADOS DE APRENDIZAJE DE LA UNIDAD DE COMPETENCIA
ELABORAR UN ENSAYO CIENTÍFICO
Ensayo es: “Un escrito en prosa, generalmente breve, que expone sin
rigor sistemático, pero con hondura, madurez y sensibilidad, una
interpretación personal sobre cualquier tema, sea filosófico, científico,
histórico, literario, etc.” (Editorial Playor S.A.- Madrid, p. 37).
Se trata de un ensayo formal, de exposición de ideas con base en la
información científica.
ESTRUCTURA DEL ENSAYO
1. Título del ensayo
2. Selección y determinación de las proposiciones principales o macro
proposiciones en el texto científico: consiste en identificar las ideas
principales y subrayarlas en el texto para distinguirlas de las ideas las
secundarias. Éstas últimas servirán para realizar las argumentaciones y
derivaciones en la redacción de los párrafos.
3. Clasifique y ordene las ideas principales de acuerdo con la secuencia y
la estructura del texto del ensayo que usted ha diseñado.
4. Elaborar párrafos o textos científicos con cada proposición principal.
Cada párrafo debe tener la idea principal (puede ir al comienzo al medio o
al fin), las ideas argumentales y finalmente las derivadas que se las pone
en base a un proceso de reflexión. Las argumentales sustentan
científicamente a la proposición principal y las derivadas hablan de su
aplicación, utilidad o valor del respectivo conocimiento. En este proceso
sirven de apoyo las ideas secundarias a más de las que usted redacta
con su criterio y punto de vista. En este caso se observa su estilo propio.
5. Conclusiones (del texto se extraen ideas generales y se las expresa en
forma de proposiciones científicas de mayor complejidad, esto es como
verdaderas categorías científicas. Ver Miguel De Zubiría pp.72 - 75)
6. Bibliografía
Nota: Utilice las normas APA para la estructuración del texto, citas, notas
bibliográficas.