separatas de biofisica
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UNIVERSIDAD DE GUAYAQUIL FACULTAD DE CIENCIAS MÉDICAS DR. Alejo Lazcano
PRIMER AÑO DE MEDICINA !"#
MATERIA $%o&'(%ca
Doc)o* +e la C,)e+*a- D*. Cec%l Flo*e(
No/*e Del E()0+%an)e-
Ce+e1o Ce2allo( Ca*lo( R%ll3
Saenz Ale%+a R0)c4e Al&on(o
Pa+%lla Na*anjo C%n)43a L%l%/e)4
G*05o- 6 "
T%)0lo
Reco5%lac%7n De Da)o( De $%o&'(%ca
SEGUNDO SEMESTRE DE MEDICINA !"#
GUAYAQUIL8ECUADOR
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INTRODUCCIÓN
El siguiente trabajo se trata sobre la resolución de las unidades uno y dos donde podemosencontrar temas como la introducción de biofísica, orígenes de la vida, el neutrón, protón,electrón, los fenómenos físicos, la temperatura.
También vamos a hablar sobre los sistemas biofísicos mecánicos, biofísica de los fluidos,hemodinámica y Sistemas bioeléctricos
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AGRADECIMIENTO
rimero y antes !ue nada, dar gracias a "ios, por estar conmigo en cada paso !ue doy, por fortalecer mi cora#ón e iluminar mi mente y por haber puesto en mi camino a a!uellas personas!ue han sido mi soporte y compa$ía durante todo el periodo de estudio.
%gradecer hoy y siempre a mi familia por el esfuer#o reali#ado por ellos. El apoyo en misestudios, de ser así no hubiese sido posible. % mis padres y demás familiares ya !ue me brindanel apoyo, la alegría y me dan la fortale#a necesaria para seguir adelante.
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Tabla de contenido
PRIMERA UNIDAD.....................................................................................................1BIOFÍSICA.................................................................................................................1
FORMACIÓN DEL UNIVERSO.............................................................................1
ORIGEN DEL UNIVERSO.....................................................................................2
TEORIA DEL BIG BANG......................................................................................2
TEORIA INFLACIONARIA....................................................................................2
TEORIA DEL UNIVERSO OSCILATORIO............................................................3
TEORIAS DEL ORIGEN DE LA VIDA..................................................................3
LA BIOFÍSICA Y LA MEDICINA MODERNA..................................................................
MÉTODO CIENTÍFICO.........................................................................................
PASOS DEL MÉTODO CIENTIFICO....................................................................
ESTR!CT!RA DE LA MATERIA.................................................................................."
ELECTRÓN..........................................................................................................."
PROTÓN...............................................................................................................#
NEUTRÓN............................................................................................................#
POSITRÓN O ELECTRON POSITIVO..................................................................$
NI%ELES DE OR&ANI'ACI(N DE LOS SERES %I%OS..................................................)
.................................................................................................................................)
&ene*alidade+ de lo+ co,-e+to+ /0,ico+. Tabla -e*idica................................11
Estado sólido....................................................................................................12
Estado lí!ido..................................................................................................12
Estado "as#oso................................................................................................13
FEN(MENOS BIOFÍSICOS MOLEC!LARES...............................................................13
TENSIÓN SUPERFICIAL....................................................................................1
PRESIÓN $IDROST%TICA.................................................................................1
AD$ESIÓN.........................................................................................................1
CO$ESIÓN.........................................................................................................1
DIFUSIÓN..........................................................................................................1
OSMOSIS...........................................................................................................1
ADSORCIÓN......................................................................................................1"
ACCIÓN CAPILAR..............................................................................................1#
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CAPILARIDAD....................................................................................................1$
FENÓMENO FÍSICO..........................................................................................1$
FÉNOMENO &UÍMICO......................................................................................1)
T#'(#)at!)a * #s+alas t#)'o',t)i+as-.......................................................2
LA TERMODIN4MICA.............................................................................................. 22
PRIMERA LE. DE LA TERMODIN%MICA.........................................................23SEGUNDA LE. DE LA TERMODIN%MICA........................................................2
TERCERA LE. DE LA TERMODIN%MICA.........................................................2
REACCI(N /!ÍMICA............................................................................................... 2"
TI5OS DE REACCIONES...........................................................................................2#
REACCIONES DE LA &UÍMICA INORG%NICA.................................................2#
REACCIÓN ENDOTÉRMICA..............................................................................2#
REACCIÓN E/OTÉRMICA.................................................................................2$
TEM5ERAT!RA........................................................................................................2$
RADIACI(N.............................................................................................................2)
ELEMENTOS RADIACTI%OS..................................................................................... 2)
RADIACIÓN TÉRMICA.......................................................................................3
TERMODINAMICA A5LICADA EN EL C!ER5O 6!MANO...........................................3
5*oce+o de ali,entacin. E+t*ate7ia ,etablica de lo+ +e*e+ 8i8o+.......................32
Re7lacin de calo* en lo+ ani,ale+......................................................................33
N!t)i#0t#s ()i0+i(al#s1 +lasi2+a+ió0............................................................3
RADIACI(N.............................................................................................................3
I0t)od!++ió0.....................................................................................................3"
E3a(o)a+ió0......................................................................................................3"
S!do).................................................................................................................3#
SEGUNDA UNIDAD.................................................................................................3$
MA&NIT!DES Y MEDIDA......................................................................................... 3$
MAGNITUD1 CANTIDAD . UNIDAD-................................................................3$
La '#dida +o'o +o'(a)a+ió0-......................................................................3$Ti(os d# 'a"0it!d#s-.....................................................................................3)
Al"!0as O(#)a+io0#s Co0 V#+to)#s-............................................................3)
SISTEMAS DE UNIDADES-...............................................................................3)
EL SISTEMA INTERNACIONAL DE UNIDADES 4SI5-.......................................
F!#)6a................................................................................................................2
E0#)"ía..............................................................................................................2
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El +o0+#(to d# #0#)"ía #0 7ísi+a-..................................................................2
Físi+a +l8si+a-...................................................................................................
Físi+a )#lati3ista-.............................................................................................
LEYES DE NE9TON................................................................................................
F!0da'#0tos t#ó)i+os d# las l#*#s-.............................................................
PRIMERA LE. DE NE9TON O LE. DE LA INERCIA-......................................"SEGUNDA LE. DE NE9TON O LE. DE FUER:A-...........................................#
TERCERA LE. DE NE9TON O PRINCIPIO DE ACCIÓN . REACCIÓN-..........$
ELASTICIDAD Y RESISTENCIA DE LOS MATERIALES................................................$
R#sist#0+ia-......................................................................................................)
E07o!# d# la )#sist#0+ia d# 'at#)ial#s-....................................................)
$i(ót#sis +i0#'8ti+a-.....................................................................................
$i(ót#sis +i0#'8ti+a #0 #l#'#0tos li0#al#s-.............................................
$i(ót#sis +i0#'8ti+a #0 #l#'#0tos s!(#)2+ial#s......................................1
RESISTENCIA Y ESTR!CT!RA DE LOS 6!ESOS......................................................1
Co,-o+icin : e+t*ct*a de lo+ ;e+o+<............................................................1
LA CONTRACCI(N M!SC!LAR................................................................................2
Bio'#+80i+a d# la 'a)+;a-............................................................................2
Bio'#+80i+a d# la 7as# d# a(o*o d# la 'a)+;a-........................................3
LOS FL!IDOS.......................................................................................................... 3
LA LE. DE STO<ES-.........................................................................................
LA EST%TICA DE FLUIDOS-..............................................................................
PRINCIPIO DE PASCAL-....................................................................................
PRINCIPIO DE AR&UÍMEDES...........................................................................
%ISCOSIDAD SAN&!ÍNEA Y 5ERFILES DE FL!=O....................................................."
FL!=O SAN&!ÍNEO.................................................................................................."
VALORES NORMALES EN EL $UMANO-........................................................."
Í0di+# +a)día+o-...............................................................................................#
F!0+ió0 2sioló"i+a...........................................................................................#M#di+ió0-..........................................................................................................#
Fl!=o1 ()#sió0 * )#sist#0+ia-..........................................................................#
Fl!ido id#al-......................................................................................................$
LE. DE POISEUILLE-........................................................................................$
6EMODIN4MICA.....................................................................................................)
Pa)ti+i(a0t#s d# la +i)+!la+ió0 sa0"!í0#a-.................................................)
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Ci)+!la+ió0 'a*o) o +i)+!la+ió0 so'8ti+a o sist,'i+a-............................."
Ci)+!la+ió0 '#0o) o +i)+!la+ió0 (!l'o0a) o +#0t)al-................................"
Fas#s d#l +i+lo +a)dia+o-................................................................................"
Las ()#sio0#s i0t)a+a)dia+as-......................................................................."1
>- P)i0+i(io d# Fi+?-........................................................................................"2
@5 M,todos d# dil!+ió0-.................................................................................."2P)#sió0 #0 #l sist#'a +i)+!lato)io- P)#sió0 sa0"!í0#a............................."2
T#0sió0 a)t#)ial * !=o sa0"!í0#o................................................................"3
MEC%NICA CIRCULATORIA-............................................................................."
CICLO CARDIACO.............................................................................................."
Le:e+ de la 8elocidad : de la -*e+in...................................................................."#
LE. DE VELOCIDAD.........................................................................................."#
LE. DE LAS PRESIONES.................................................................................."#
FORMULAS DE PRESION................................................................................."$
PRESION ARTERIAL MEDIA............................................................................."$
PRESION DEL PULSO......................................................................................."$
%ol,en ,into ci*clato*io : ci*clacin +i+t>,ica.............................................."$
R#"!la+ió0 d#l "asto +a)dia+o......................................................................"$
R#"!la+ió0 d# la 7)#+!#0+ia 4#7#+tos +)o0ot)ó(i+os5................................")
R#"!la+ió0 d#l 3ol!'#0 sistóli+o 4#7#+tos i0ot)ó(i+os5...........................")
R#"!la+ió0 #t)í0s#+a d#l 3ol!'#0 sistóli+o..............................................#
CORA'ONES ARTIFICIALES.....................................................................................#1
CÓMO SE CLASIFICA UN CORA:ÓN ARTIFICIAL.......................................#1
FUNCIONAMIENTO-..........................................................................................#2
SISTEMA NER%IOSO? SISTEMA BIOEL@CTRICO........................................................#2
ELECTRODIAGNÓSTICO . ELECTROTERAPIA-..............................................#3
El#+t)ot#)a(ia-.................................................................................................#3
Ti-o+ de co**iente : eecto+ de la elect*icidad en lo+ +e*e+ 8i8o+..........................#
TIPOS DE CORRIENTE ELÉCTRICA..................................................................#EFECTOS &UE PROVOCA LA ELECTRICIDAD . PARA &UÉ LA USAMOS.....#
Eecto+ de lo+ ca,-o+ elect*o,a7n>tico+ +ob*e *7ano+ : +i+te,a+....................##
&!, o+!))# +!a0do 0os #(o0#'os a +a'(os #l#+t)o'a"0,ti+os......##
E7#+tos so)# #l #'a)a6o-...........................................................................##
Cata)atas-.........................................................................................................#$
Ca'(os #l#+t)o'a"0,ti+os * +80+#)-...........................................................#$
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$i(#)s#0siilidad a los +a'(os #l#+t)o'a"0,ti+os * d#()#sió0-...........#$
Ione+ en *e-ola*iacin de ,e,b*ana. Fi+iolo70a de la ,e,b*ana........................#)
REPOLARI:ACIÓN...........................................................................................#)
FISIOLOGIA DE LA MEMBRANA......................................................................$
GRADIENTE ELECTRO&UIMICO.......................................................................$
PERMEABILIDAD SELECTIVA...........................................................................$TERCERA UNIDAD...................................................................................................$1
EL A5ARATO RES5IRATORIO....................................................................................$1
EN EL SER $UMANO........................................................................................$1
CONTROL DE LA VENTILACIÓN......................................................................$2
ADAPTACIÓN A ALTURAS................................................................................$
INTERCAMBIO DE GASES................................................................................$
5RESIONES RES5IRATORIA.....................................................................................$"
MECANICA VENTILATORIA..............................................................................$$
DIMENSIONES DEL FUELLE VOLUMENES . CAPACIDADES.......................$)
FACTORES &UE FAVORECEN O SE OPONEN AL COLAPSO PULMONAR.....)1
TRABAO RESPIRATORIO.................................................................................)1
%OLMENES Y CA5ACIDADES 5!LMONAR..............................................................)2
VOLUMEN RESIDUAL.......................................................................................)2
CAPACIDAD VITAL............................................................................................)2
VOLUMEN RESIDUAL . CAPACIDAD RESIDUAL FUNCIONAL......................)3
CAPACIDAD INSPIRATORIA.............................................................................)
MUSCULOS RESPIRATORIOS.........................................................................)#
EVALUACION DE LA FUNCION MUSCULAR RESPIRATORIA.........................))
RESISTENCIAS VENTILATORIAS...................................................................11
DETERMINANTES DE LA ELASTICIDAD PULMONAR . TORACICA............11
MEDICION DE LA ELASTICIDAD . DISTENSIBILIDAD.................................12
Estructura fibroelástica del pulmó..........................................................................13
TENSION SUPERFICIAL..................................................................................1RESISTENCIA DE LA VIA AEREA 4RVA5........................................................1"
DISTRIBUCION DE LA RESISTENCIA EN LA VIA AEREA.............................1#
RESISTENCIA DE LA VIA AEREA . VOLUMEN PULMONAR........................1$
CURVA FLUOHVOLUMEN...............................................................................111
VOLUMENES RESIDUALES.............................................................................112
COMPARACIÓN CAPACIDAD VITAL LENTA . FOR:ADA.............................112
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VOLUMEN ESPIRATORIO FOR:ADO DEL PRIMER SEGUNDO 4VEF>5........113
FLUO ESPIRATORIO FOR:ADO ENTRE EL @ . JK DE LA CAPACIDADVITAL FOR:ADA O FLUO MA/IMO DE MEDIA ESPIRACION.....................11
FORMAS &UÍMICAS EN &UE SE TRANSPORTA EL [email protected]
U0idad )#s(i)ato)ia.......................................................................................11"
M#')a0a )#s(i)ato)ia.................................................................................11#R#"!la+ió0 d# la a+ti3idad d#l +#0t)o )#s(i)ato)io.................................11#
R#"!la+ió0 d# la a+ti3idad d#l +#0t)o )#s(i)ato)io * Vitalo'#t)ia-......11#
Sonido? Adicin : Onda+ +ono*a+.......................................................................11$
SONIDO...........................................................................................................11$
AUDICIÓN-.......................................................................................................11$
FÍSICA DEL SONIDO.......................................................................................11$
PROPAGACIÓN DEL SONIDO 4ONDAS SONORAS5......................................11$
MAGNITUDES FÍSICAS DEL SONIDO............................................................11)VELOCIDAD.....................................................................................................11)
ENERGÍA SONORA..........................................................................................12
LAS CUALIDADES DEL SONIDO....................................................................121
VO: $UMANA.................................................................................................122
LA L!' Y EL ES5ECTRO ELECTROMA&[email protected]
LA LU: COMO FENÓMENO ONDULATORIO.................................................122
E!"ECTRO E#ECTROMAGN$TICO....................................................................12
CONCEPTOS RELATIVOS A LA LU:- COLOR................................................12#
LA FÍSICA DEL COLOR...................................................................................12#
PROPIEDADES DE LA LU:.............................................................................12)
Sist#'a 3is!al ;!'a0o................................................................................13
Di+t*ibcin de lo+ oto**ece-to*e+ en el oo........................................................13
ELEMENTOS DE LA FÍSICA NUCLEAR...........................................................131
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PRIMERA UNIDADBIOFÍSICA
&a biofísica es la ciencia !ue estudia la biología con los principios y métodos de lafísica. Se discute si la biofísica es una rama de la física o de la biología. "esde un punto de vista puede concebirse !ue los conocimientos y enfo!ues acumulados en lafísica 'pura' pueden aplicarse al estudio de los sistemas biológicos. En ese caso la biofísica le aporta conocimientos a la biología, pero no a la física, sin embargo, leofrece a la física evidencia e(perimental !ue permite corroborar teorías. Ejemplos enese sentido son la física de la audición, la biomecánica, los motores moleculares,comunicación molecular, entre otros campos de la biología abordada por la física.
FORMACIÓN DEL UNIVERSO
El hecho de !ue el universo esté en e(pansión se deriva de las observaciones del corrimiento al rojoreali#adas en la década de )*+ y !ue se cuantifican por la ley de -ubble. "ichas observaciones son la predicción e(perimental del modelo de riedmann/0obertson/1al2er, !ue es una solución de lasecuaciones de campo de Einstein de la relatividad general, !ue predicen el inicio del universo mediante un bigbang.
El 'corrimiento al rojo' es un fenómeno observado por los astrónomos, !ue muestra una relación directaentre la distancia de un objeto remoto 3como una gala(ia4 y la velocidad con la !ue éste se aleja. Si estae(pansión ha sido continua a lo largo de la vida del universo, entonces en el pasado estos objetos distantes
!ue siguen alejándose tuvieron !ue estar una ve# juntos. Esta idea da pie a la teoría del 5ig 5ang6 elmodelo dominante en la cosmología actual.
"urante la era más temprana del 5ig 5ang, se cree !ue el universo era un caliente y denso plasma. Seg7navan#ó la e(pansión, la temperatura decreció hasta el punto en !ue se pudieron formar los átomos. Ena!uella época, la energía de fondo se desacopló de la materia y fue libre de viajar a través del espacio. &aenergía remanente continuó enfriándose al e(pandirse el universo y hoy forma el fondo cósmico demicroondas. Esta radiación de fondo es remarcablemente uniforme en todas direcciones, circunstancia !ue
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los cosmólogos han intentado e(plicar como reflejo de un periodo temprano de inflación cósmica despuésdel 5ig 5ang.
El e(amen de las pe!ue$as variaciones en el fondo de radiación de microondas proporciona informaciónsobre la naturale#a del universo, incluyendo la edad y composición. &a edad del universo desde el 5ig5ang, de acuerdo a la información actual proporcionada por el 18% de la 9%S%, se estima en unos):.; millones de a$os, con un margen de error de un ) < 3):; millones de a$os4. =tros métodos de
estimación ofrecen diferentes rangos de edad, desde )). millones a +. millones.
ORIGEN DEL UNIVERSO
Origen y evolución del universo&a ciencia ha intentado e(plicar a lo largo del tiempo el origen del universo a través de teorías.
E(isten > teorías fundamentales !ue e(plican de una manera creíble le origen del universo?
/Teoría del 5ig 5ang.
/ Teoría inflacionaria.
/Teoría del universo oscilante
TEORIA DEL BIG BANG
El 5ig 5ang, literalmente gran estallido, constituye el momento en !ue de la 'nada' emerge toda la
materia, es decir, el origen del @niverso. &a materia, hasta ese momento, es un punto de densidad infinita,
!ue en un momento dado 'e(plota' generando la e(pansión de la materia en todas las direcciones ycreando lo !ue conocemos como nuestro @niverso.
Anmediatamente después del momento de la 'e(plosión', cada partícula de materia comen#ó a alejarse
muy rápidamente una de otra, de la misma manera !ue al inflar un globo éste va ocupando más espacio
e(pandiendo su superficie. &os físicos teóricos han logrado reconstruir esta cronología de los hechos a
partir de un )B) de segundo después del 5ig 5ang. &a materia lan#ada en todas las direcciones por la
e(plosión primordial está constituida e(clusivamente por partículas elementales? Electrones, ositrones,
8esones, 5ariones, 9eutrinos, otones y un largo etcétera hasta más de C* partículas conocidas hoy en
día.
TEORIA INFLACIONARIA
Seg7n la teoría del 5ig 5ang, la e(pansión del universo pierde velocidad, mientras !ue la teoría
inflacionaria lo acelera e induce el distanciamiento, cada ve# más rápido, de unos objetos de otros. Esta
velocidad de separación llega a ser superior a la velocidad de la lu#, sin violar la teoría de la relatividad,
!ue prohíbe !ue cual!uier cuerpo de masa finita se mueva más rápido !ue la lu#. &o !ue sucede es !ue el
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espacio alrededor de los objetos se e(pande más rápido !ue la lu#, mientras los cuerpos permanecen en
reposo en relación con él.
% esta e(traordinaria velocidad de e(pansión inicial se le atribuye la uniformidad del universo visible, las
partes !ue lo constituían estaban tan cerca unas de otras, !ue tenían una densidad y temperatura comunes.
TEORIA DEL UNIVERSO OSCILATORIO
&a teoría del universo oscilante trata de e(plicar el origen del universo y parte de la hipótesis de !ue en elinstante , tuvo lugar una gran e(plosión a partir de una concentración de energía y densidad infinita. Estae(plosión, denominada 5AD 5%9D, dio lugar a la e(pansión constante de la materia, y en sí al universoentero. on todo esto, los científicos e(plican !ue desde el instante , el universo ha tenido un crecimientoe(ponencial en el tiempo.
ero y si la atracción gravitatoria hiciera !ue en un punto de tiempo F el universo iniciara un retrocesohasta el momento inicial, en otras palabras y si el universo se contrae en el denominado 5AD0@9- volviendo hasta el punto de energía inicial. Significa eso !ue el universo cumple ciclos en los!ue se contrae y e(pande de forma infinita.
TEORIAS DEL ORIGEN DE LA VIDA
&os sistemas vivos somos má!uinas autopoiéticas? transformamos la materia convirtiéndola en nosotros
mismos, de tal manera, !ue el producto es nuestra propia organi#ación.
uando se habla de la vida, también se hace referencia a su diversidad y complejidad. Si la diversidad de
la vida aumenta, necesariamente se incrementa su complejidad. &a diversidad de la vida o biodiversidad,
se organi#a de tal modo !ue construye complejas redes de relaciones entre las especies y entre éstas y su
entorno físico? la vida cambia a !uienes la componen, entre éstas y su entorno físico? la vida cambia a
!uienes la componen.
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Primera hipóesis! Creacionismo
El creacionismo es un sistema de creencias !ue postula !ue el universo, la tierra y la vida en la tierra
fueron deliberadamente creados por un ser inteligente. -ay diferentes visiones del creacionismo, pero dos
escuelas principales sobresalen? el creacionismo religioso y el dise$o inteligente.
"egunda hipóesis! #a generación espon$nea
&a teoría de la generación espontánea, también conocida como autogénesis es una antigua
teoría biológica de abiogénesis !ue sostenía !ue podía surgir vida compleja, animal y vegetal, de forma
espontánea a partir de la materia inerte.
&a autogénesis se sustentaba en procesos como la putrefacción. Es así !ue de un tro#o de carne podíangenerarse larvas de mosca. recisamente, esta premisa era como un fin de una observación superficial, ya!ue /seg7n los defensores de esta corriente/ no era posible !ue, sin !ue ning7n organismo visible seacercara al tro#o de carne aparecieran las larvas, a menos !ue sobre ésta actuara un principiovital generador de vida. El italiano 0edi fue el primero en dudar de tal concepción y usó lae(perimentación para justificar su duda. El e(perimento consistió en poner carne en un tarro abierto y enotro cerrado también puso carne. &as cresas, !ue parecían nidos de huevos de moscas, se formaron en eltarro abierto, cuya carne se había descompuesto. El italiano dedujo !ue las cresas brotaban de los pe!ue$ísimos huevos de las moscas.
Tercera teoría: El origen cósmico de la vida o panspermia
&a hipótesis de la panspermia postula !ue la vida es llevada al a#ar de planeta a planeta y de un sistema
planetario a otro. Su má(imo defensor fue el !uímico sueco Svante %rrhenius 3)CG*/)*+;4, !ue afirmaba
!ue la vida provenía del espacio e(terior en forma de esporas bacterianas !ue viajan por todo el espacio
impulsadas por la radiación de las estrellas. 3H4
"icha teoría se apoya en el hecho de !ue las moléculas basadas en la !uímica del carbono, importantes en
la composición de las formas de vida !ue conocemos, se pueden encontrar en muchos lugares del universo
Cuara eor%a! Teor%a de la evolución &u%mica y celular
8antiene !ue la vida apareció, a partir de materia inerte, en un momento en el !ue las condiciones de la
tierra eran muy distintas a las actuales y se divide en tres.
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Evolución !uímica.
Evolución prebiótica.
Evolución biológica.
&a primera teoría coherente !ue e(plicaba el origen de la vida la propuso en )*+> el bio!uímico ruso%le(ander =parin. Se basaba en el conocimiento de las condiciones físico/!uímicas !ue reinaban en la
Tierra hace :. a >. millones de a$os. =parin postuló !ue, gracias a la energía aportada
primordialmente por la radiación ultravioleta procedente del Sol y a las descargas eléctricas de las
constantes tormentas, las pe!ue$as moléculas de los gases atmosféricos 3-+=, ->, 9-:4 dieron lugar a
unas moléculas orgánicas llamadas prebióticas. Estas moléculas, cada ve# más complejas, eran
aminoácidos 3elementos constituyentes de las proteínas4 y ácidos nucleicos. Seg7n =parin, estas primeras
moléculas !uedarían atrapadas en las charcas de aguas poco profundas formadas en el litoral del océano
primitivo. %l concentrarse, continuaron evolucionando y diversificándose.
LA BIOFÍSICA Y LA MEDICINA MODERNA
&a 5iofísica ha hecho grandes aportes a la 8edicina. El conocimiento 5iofísico ha sido el pilar fundamental para el entendimiento de los fenómenos fisiológicos !ue son base del funcionamiento delorganismo humano en estado normal y patológico. "entro de ellos podemos mencionar? la recepción dese$ales e(teriores por parte del organismo, la transmisión del impulso nervioso, los procesos biomecánicos del e!uilibrio y despla#amiento del organismo humano, la óptica geométrica del ojo, latransmisión del sonido hasta el oído interno y el cerebro, la mecánica de la circulación sanguínea, de larespiración pulmonar, el proceso de alimentación y sostenimiento energético del organismo, el mecanismode acción de las moléculas biológicamente funcionales sobre las estructuras celulares 3las membranas, losorganoidesbioenergéticos, los sistemas mecano/!uímicos4, los modelos físico/matemáticos de los procesos
biológicos, etc.
"e otro lado, el establecimiento de las bases biofísicas de los fenómenos arriba mencionados ha sido básico para el desarrollo de dispositivos técnicos, aparatos y medidores para obtener bioinformación,e!uipos de autometría y telemetría6 !ue permiten un diagnóstico médico más efectivo y confiable.
En la actualidad el desarrollo de la 8edicina depende en gran medida de su capacidad tecnológica, la cualestá determinada por el desarrollo del conocimiento biofísico soporte de la 5ioingeniería.
MÉTODO CIENTÍFICO
El método científico, por lo tanto, se refiere a la serie de etapas !ue hay !ue recorrer para obtener unconocimiento válido desde el punto de vista científico, utili#ando para esto instrumentos !ue resultenfiables. &o !ue hace este método es minimi#ar la influencia de la subjetividad del científico en su trabajo.El método científico está basado en los preceptos de falsabilidad 3indica !ue cual!uier proposición de laciencia debe resultar susceptible a ser falsada4 y reproducibilidad 3un e(perimento tiene !ue poder repetirse en lugares indistintos y por un sujeto cual!uiera4.
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PASOS DEL MÉTODO CIENTIFICO
). =bservación? =bservar es aplicar atentamente los sentidos a un objeto o a un fenómeno, paraestudiarlos tal como se presentan en realidad, puede ser ocasional o causalmente.
+. Anducción? &a acción y efecto de e(traer, a partir de determinadas observaciones o e(periencias
particulares, el principio particular de cada una de ellas.
:. -ipótesis? lanteamiento mediante la observación siguiendo las normas establecidas por el métodocientífico.>. robar la hipótesis por e(perimentación.
G. "emostración o refutación 3antítesis4 de la hipótesis.
H. Tesis o teoría científica 3conclusiones4.
E'plicación!). =bservación? en este paso se observa cual!uier objeto o proceso.
+. Anducción? en este se recopilan varias observaciones y se juntan para poder plantear una hipótesis.
:. -ipótesis? es una pregunta base la cual se !uiere comprobar.
>. E(perimentación? reali#as varios procesos para tratar de comprobar la hipótesis.
G. %ntítesis? en este paso se muestra si la hipótesis es posible o no.
H. Tesis? en esta se dan las conclusiones a las !ue llegaste mediante los pasos anteriores.
ESTR!CT!RA DE LA MATERIA
En ísica, la materia es a!uello de lo !ue están hechos los objetos !ue constituyen el @niverso observable
y el no observable. Si bien durante un tiempo se consideraba !ue la materia tenía dos propiedades !ue
juntas la caracteri#an? !ue ocupa un lugar en el espacio y !ue tiene masa, en el conte(to de la física
moderna se entiende por materia cual!uier campo, entidad o discontinuidad !ue se propaga a través del
espacio/tiempo a una velocidad inferior a la de la velocidad de la lu# y a la !ue se pueda asociar energía.
%sí todas las formas de materia tienen asociadas una cierta energía pero sólo algunas formas de materia
tienen masa.
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&a materia másica se organi#a jerár!uicamente en varios niveles. El nivel más complejo es la agrupación
en moléculas y éstas a su ve# son agrupaciones de átomos. &os constituyentes de los átomos, !ue sería el
siguiente nivel son?
• Electrones? partículas leptónicas con carga eléctrica negativa.
• rotones? partículas bariónicas con carga eléctrica positiva.
• 9eutrones? partículas bariónicas sin carga eléctrica 3pero con momento magnético4.
ELECTRÓN
@n electrón es una partícula elemental estable cargada negativamente !ue constituye uno
de los componentes fundamentales del átomo. orma parte del grupo de los leptones.
@n electrón es considerado como una partícula diminuta y fundamental !ue forma parte de la estructuradel átomo con una carga eléctrica negativa y !ue orbita alrededor del n7cleo atómico, el electrón aporta lamayoría de las propiedades físico/!uímicas de los elementos y materiales del universo, el electrón esrepresentado con el símbolo e/
Seg7n los modelos clásicos, la estructura interna del átomo está compuesta por un n7cleo con carga positiva al cual orbitan una serie de pe!ue$as partículas con carga negativa llamadas electrones, la sumade cargas positivas es igual al n7mero de cargas negativas o electrones, haciendo neutro y estable elátomo.
on el transcurso del tiempo se descubrió !ue el n7cleo de los átomos está formado por neutrones y protones, estos 7ltimos son lo !ue aportan las cargas positivas al átomo, durante el 7ltimo siglo y con laayuda de los aceleradores de partículas se descubrió !ue los neutrones y protones a su ve# están formados por partículas subatómicas denominadas !uar2s, mientras !ue los electrones parecen !ue no estánformados por otro tipo de partículas subatómicas, por ello se considera al electrón como una partículafundamental.
&os electrones intervienen y aportan la mayoría de las propiedades fisco/!uímicas de los elementos !uenos rodean, el magnetismo de un imán es producido por el ordenamiento de los electrones en una soladirección, las fuer#as de atracción y repulsión de cual!uier átomo, molécula o material están basadas en ele(ceso o ausencia de electrones, los procesos !uímicos de o(idación están basados en un transvase deelectrones de un material a otro, los enlaces !uímicos !ue forman las moléculas, tejidos y órganos !uecrean la vida del universo están basados en la compartición o emisión y aceptación de electrones entre losátomos, la electricidad !ue alimenta a todos los aparatos y má!uinas !ue utili#amos diariamente está basado en el movimiento o flujo de electrones... omo puedes observar esta diminuta partícula es la fuentede la vida y de todos los materiales !ue nos rodean.
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PROTÓN
rotón procede de un vocablo griego !ue significa IprimeroJ. Se trata de una partícula subatómica concarga eléctrica positiva !ue, junto a los neutrones, forma el n7cleo de los átomos. El n7mero atómico del protón determina las propiedades !uímicas de dicho átomo.
&os protones se clasifican dentro la categoría de bariones 3las partículas subatómicas formadas por tres!uar2s4. En el caso específico de los protones, están compuestos por dos !uar2s arriba y un !uar2 abajo.Su e!uivalente de antimateria es el antiprotón o protón negativo, con la misma magnitud de carga perosigno contrario.
NEUTRÓN
% instancias de la ísica, un neutrón es a!uella partícula elemental, pesada, !ue posee una cargaeléctrica neutra y una masa apro(imadamente similar a la del protón y !ue forma parte de los n7cleosatómicos junto con los protones. Específicamente, el neutrón, está formado por dos !uar2s abajo y un
!uar2 arriba.&a vida media !ue el neutrón presenta fuera del n7cleo atómico es de !uince minutos, cuando emite unantineutrón y un electrón para convertirse en protón. %!uellos neutrones !ue tienen una masa similar a los protones resultan ser necesarios para la estabilidad de los n7cleos atómicos, e(ceptuando al hidrógeno.
POSITRÓN O ELECTRON POSITIVO
@n positrón es una partícula de tipo elemental 3ya !ue no e(isten evidencias de !ue esté compuesta por otras partículas más simples4 cuya carga eléctrica resulta igual a la !ue posee el electrón, aun!ue positiva.or esta característica, se dice !ue el positrón es la antipartícula de esta partícula subatómica.
Masa del Positrón
Es la antipartícula correspondiente al electrón, por lo !ue posee su misma masay carga eléctrica 3aun!ue de diferente signo, ya !ue es positiva4. 9o forma parte dela materia ordinaria, sino de la antimateria, aun!ue se producen en numerosos procesos radio !uímicos como parte de transformaciones nucleares.
Características de los Positrones
El antielectrón es tan estable como el electrón, de hecho es idéntico al electrón en todos sus aspectos,e(cepto en su carga eléctrica. Su e(istencia puede ser indefinida. %un!ue el promedio de vida es de unamillonésima de segundo, hasta !ue se encuentra con un electrón, durante un momento relampagueante
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!uedaran asociados el electrón y el positrón6 ambas partículas giraran en torno a un centro de fuer#acom7n.
ero la e(istencia de este sistema, como má(imo, durará una die#millonésima de segundo ya !ue secombinan el positrón y el electrón. uando se combinan las dos partículas opuestas, se produce unaneutrali#ación mutua y literalmente desaparecen, no dejan ni rastro de materia 3ani!uilamiento mutuo4.ero como se sabe la materia al igual !ue la energía no puede desaparecer, como resultado de esto !ueda
la energía en forma de radiación gamma. "e tal forma como había sugerido el genio %lbert Einstein? lamateria puede convertirse en energía, y viceversa.
Oras consideraciones!
uando en el universo temprano los fotones eran convertidos continuamente en un par de positrones yelectrones, y luego estos en fotones.
El positrón al ser una antipartícula correspondiente a un electrón, ya !ue esto poseen la misma cargaeléctrica y la misma masa, 3aun!ue de diferente signo, ya !ue es positiva4, con el signo contrario3positivo4.
Este no forma parte de la materia ordinaria, forma parte de la antimateria, a pesar de !ue se producen endeterminados procesos radioactivos, es parte de las transformaciones nucleares.
NI%ELES DE OR&ANI'ACI(N DE LOS SERES %I%OS
). artículas fundamentales? la componen los !uar2s y los leptones
!ue son los constituyentes fundamentales de la materia. Especies de leptones se unen para formar electrones y especies de !uar2s se unen para formar neutrones y protones. &a física es la ciencia !ue seencarga del estudio de este ámbito junto con el nivel atómico y subatómico.
+. Subatómico? este nivel es el más simple de todo y está formado por electrones, protones yneutrones, !ue son las distintas partículas !ue configuran el átomo.
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:. %tómo? es el siguiente nivel de organi#ación. Es un átomo de o(ígeno, de hierro, de cual!uier elemento !uímico. % nivel biológico podemos llamar a los átomos como bioelementos y clasificarlosseg7n su función?
• Si cumplen una función estructural son bioelementos primarios? son el carbono, el
fósforo,nitrógeno, hidrógeno, o(ígeno y a#ufre !ue forman por ejemplo, las membranas de las
células, las proteínas, los ácidos grasos, los lípidosK
• Si cumplen una función estructural y catalítica son bioelementos secundarios? calcio, sodio,
potasio, magnesio, cloro, iodoK son fundamentales para el funcionamiento de la célula pero noforman parte estructural de las mismas.
• Si cumplen sólo función catalítica son oligoelementos o elementos vestigiales por!ue sus
cantidades en el organismo son muy escasas como por ejemplo pueden ser el obalto, el Linc, !ueintervienen en el funcionamiento de ciertas en#imas.
>. 8oléculas? las moléculas consisten en la unión de diversos átomos diferentes para fomar, por ejemplo, o(ígeno en estado gaseoso 3=+4, dió(ido de carbono, o simplemente carbohidratos, proteínas,lípidosK &as moléculas pueden ser orgánicas 3glucosa, lípidos, grasas4 o inorgánicas 3agua, salesminerales, gases, ó(idosK4 &a bio!uímica se encarga del estudio de este nivel de organi#ación, siendouna de las disciplinas más punteras y !ue mayor recursos de investigación obtiene en investigación yuniversidades dentro de las áreas de este artículo.
G. Estructuras subcelulares u orgánulos? no es uno de los niveles de organi#ación !uetradicionalmente se incluyen ya !ue está a medio a camino entre las moléculas y las células. Se puedeconsiderar como un paso más, ya !ue supone la unión de varias moléculas para formar estructuras másgrandes como los orgánulos de las células? membranas plasmáticas, aparato de DolgiK &a citología o
biología celular se encarga del estudio de las células y los orgánulos !ue las componen.
H. elular? las moléculas se agrupan en unidades celulares con vida propia y capacidad deautorreplicación. &as células puede ser eucariotas o procariotas dependiendo de su estructura. También pueden formar organismos de vida independiente como son los proto#oos o las amebas.
;. Tisular? las células se organi#an en tejidos? epitelial, adiposo, nervioso, muscularK En plantashablaríamos del parén!uima, por ejemplo. &a histología es la ciencia !ue se encarga del estudio de lostejidos.
C. =rganular? los tejidos están estructurados en órganos? cora#ón, ba#o, pulmones, cerebro,ri$onesK En las plantas, podemos hablar de hojas, tallo, raí#,K
*. Sistémico o de aparatos? los órganos se estructuran en aparatos o sistemas más complejos !uellevan a cabo funciones más amplias. Tenemos el ejemplo de los sistemas digestivos, respiratorios,circulatorios, nerviososK
). =rganismo? nivel de organi#ación superior en el cual las células, tejidos, órganos y aparatos defuncionamiento forman una organi#ación superior como seres vivos?animales, plantas, insectos,K
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)). oblación? los organismos de la misma especie se agrupan en determinado n7mero para formar unn7cleo poblacional? una manada de leones, o lobos, un bos!ue de arces, pinosK coinciden además, en eltiempo y el espacio.
)+. omunidad? es el conjunto de seres vivos de un lugar, por ejemplo, un conjunto de poblaciones deseres vivos diferentes. Está formada por distintas especies.
):. Ecosistema? es la interacción de la comunidad biológica con el medio físico, con una distribuciónespacial amplia. &as poblaciones, comunidades y ecosistemas son estudiados por la ecología.
)>. aisaje? es un nivel de organi#ación superior !ue comprende varios ecosistemas diferentes dentrode una determinada unidad de superficie. or ejemplo, el conjunto de vid, olivar y almendroscaracterísticas de las provincias del sureste espa$ol llamado agrosistemas.
)G. 0egión? es un nivel de organi#ación superior al de paisaje y supone una superficie geográfica !ueagrupa varios paisajes.
)H. 5ioma? Son ecosistemas de gran tama$o asociados a unas determinadas característicasambientales? macroclimáticas como la humedad, temperatura, radiación y se basan en la dominancia deuna especie aun!ue no son homogéneos. @n ejemplo es la taiga !ue se define por las coníferas !ue es unelemento identificador muy claro pero no homogéneo, también se define por la latitud y la temperatura.
);. 5iosfera? es todo el conjunto de seres vivos y componentes inertes !ue comprenden el planetatierra, o de igual modo es la capa de la atmósfera en la !ue e(iste vida y !ue se sustenta sobre la litosfera.omo decíamos antes, tal ve# ahora !ueda más claro !ue cada nivel de organi#ación engloba a los nivelesinferiores anteriores. or ejemplo, un elefante tiene un sistema respiratorio !ue consta de órganos comoson los pulmones, !ue a su ve# están compuestos de tejidos como el tejido respiratorio, el epitelial, !ue asu ve# lo conforman células, y así sucesivamente.
or otra parte se encuentran los niveles de organi#ación morfológicos, especialmente en los vegetales !uese agrupan en diferentes niveles de acuerdo a su estructura.
&ene*alidade+ de lo+ co,-e+to+ /0,ico+. Tabla -e*idica.
ara saber !ue es un compuesto primero hay !ue definir la palabra, ompuesto !ue, en !uímica es launión de uno o más elementos de la tabla periódica.
% su ves los compuesto se dividen en tres grandes ramas !ue son los compuestos 5inarios, Terciarios yuaternarios.
&os ompuestos 5inarios son? %!uellos !ue tienen + electrones, en los cuales destacan el Mcido, N(ido%nhídrido, Sal, ero(ido, -idruro.
&os ompuestos Terciarios son? %!uellos !ue tienes : electrones, en los cuales destacan =rto, 8eta, iro.
&os ompuestos uaternarios son? &os !ue tienen > electrones , en esta rama entran los radicales.
% continuación e(plicare algunos de los compuestos binarios más importantes y más sonados.
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N(idos? Se llama ó(idos a los compuestos !ue se forman al combinarse o(igeno con los elementos. uesto!ue los elementos se clasifican en metales y no metales, hay tres clases de ó(idos metálicos o básicos yo(iácidos.
eró(idos? %lgunos ó(idos tienen un átomo más de o(igeno !ue los ó(idos ordinarios. ara designar aestas sustancias se agrega el prefijo er. En los peró(idos, el o(igeno funciona con valencia ) or lo tantoel pero(ido se forma con un 8etal y en =(igeno.
%nhídridos? Se forman gracias a la combinación de los no metales con el o(igeno y así de formananhídridos.
5ase? &as bases o hidró(idos se caracteri#an por tener en solución acuosa el radical hidro(ilo. or lo tantolos -idró(idos se forman con en metal y un 3=-4/) .
Mcido? &os ácidos son compuesto !ue se forman con un -idrogeno y un no metal.
Sal? &as sales son compuestos !ue se forman gracias a la unión de un metal con un no metal.
Estado sólido
&os objetos en estado sólido se presentan como cuerpos de forma definida6 sus átomos a menudo seentrela#an formando estructuras estrechas definidas, lo !ue les confiere la capacidad de soportar fuer#assin deformación aparente. Son calificados generalmente como duros y resistentes, y en ellos las fuer#as deatracción son mayores !ue las de repulsión. En los sólidos cristalinos, la presencia de espaciosintermoleculares pe!ue$os da paso a la intervención de las fuer#as de enlace, !ue ubican a las celdillas enformas geométricas. En los amorfos o vítreos, por el contrario, las partículas !ue los constituyen carecende una estructura ordenada.
&as sustancias en estado sólido suelen presentar algunas de las siguientes características?
• ohesión elevada.
• Tienen una forma definida y memoria de forma, presentando fuer#as elásticas restitutivas si sedeforman fuera de su configuración original.
• % efectos prácticos son Ancompresibles.
• 0esistencia a la fragmentación.
• luide# muy baja o nula.
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• %lgunos de ellos se subliman.
Estado lí!ido
Si se incrementa la temperatura, el sólido va perdiendo forma hasta desaparecer la estructura cristalina,alcan#ando el estado lí!uido. aracterística principal? la capacidad de fluir y adaptarse a la forma delrecipiente !ue lo contiene. En este caso, a7n e(iste cierta unión entre los átomos del cuerpo, aun!uemucho menos intensa !ue en los sólidos. El estado lí!uido presenta las siguientes características?
• ohesión menor.
• 8ovimiento energía cinética.
• Son fluidos, no poseen forma definida, ni memoria de forma por lo !ue toman la forma de la
superficie o el recipiente !ue lo contiene.
• En el frío se contrae 3e(ceptuando el agua4.
• osee fluide# a través de pe!ue$os orificios.
• uede presentar difusión.
• Son poco compresibles.
Estado "as#oso
Se denomina gas al estado de agregación de la materia !ue no tiene forma ni volumen propio. Su principalcomposición son moléculas no unidas, e(pandidas y con poca fuer#a de atracción, haciendo !ue no tenganvolumen y forma definida, provocando !ue este se e(panda para ocupar todo el volumen del recipiente!ue la contiene, con respecto a los gases las fuer#as gravitatorias y de atracción entre partículas resultaninsignificantes. Es considerado en algunos diccionarios como sinónimo de vapor, aun!ue no hay !ueconfundir sus conceptos, ya !ue el término de vapor se refiere estrictamente para a!uel gas !ue se puedecondensar por presuri#ación a temperatura constante. &os gases se e(panden libremente hasta llenar elrecipiente !ue los contiene, y su densidad es mucho menor !ue la de los lí!uidos y sólidos.
"ependiendo de sus contenidos de energía o de las fuer#as !ue act7an, la materia puede estar en un estadoo en otro diferente? se ha hablado durante la historia, de un gas ideal o de un sólido cristalino perfecto,
pero ambos son modelos límites ideales y, por tanto, no tienen e(istencia real.
En los gases reales no e(iste un desorden total y absoluto, aun!ue sí un desorden más o menos grande.
En un gas, las moléculas están en estado de caos y muestran poca respuesta a la gravedad. Se mueven tanrápidamente !ue se liberan unas de otras. =cupan entonces un volumen mucho mayor !ue en los otrosestados por!ue dejan espacios libres intermedios y están enormemente separadas unas de otras. or eso estan fácil comprimir un gas, lo !ue significa, en este caso, disminuir la distancia entre moléculas. El gas
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carece de forma y de volumen, por!ue se comprende !ue donde tenga espacio libre allí irán sus moléculaserrantes y el gas se e(pandirá hasta llenar por completo cual!uier recipiente.
El estado gaseoso presenta las siguientes características?
• ohesión casi nula.
• 9o tienen forma definida.
• Su volumen es variable.
FEN(MENOS BIOFÍSICOS MOLEC!LARES
enómeno? todo cambio o transformación !ue se realice en la naturale#a, se clasifican en?
). enómenos Ouímicos
+. enómenos ísicos
:. enómenos biofísicos/moleculares.
&os fenómenos físicos son todos a!uellos !ue no cambian en la estructura interna de la materia.
&os fenómenos !uímicos son a!uellos !ue cambian la estructura interna de la materia.
&os fenómenos biofísicos moleculares son procesos !ue se reali#an en los seres vivos, los cuales se basanen leyes físicas y físico/!uímicas dando lugar a la formación de dichos fenómenos. &os fundamentosmoleculares de la 5iofísica se rigen en las biomoléculas, o macromoléculas, y su funcionamiento en todoaspecto.
TENSIÓN SUPERFICIAL
En física se denomina tensión superficial de un lí!uido a la cantidad de energía necesaria para aumentar su
superficie por unidad de área. Esta definición implica !ue el lí!uido tiene una resistencia para aumentar su
superficie. Este efecto permite a algunos insectos, como el #apatero4, despla#arse por la superficie del
agua sin hundirse. &a tensión superficial 3una manifestación de las fuer#as intermoleculares en los
lí!uidos4, junto a las fuer#as !ue se dan entre los lí!uidos y las superficies sólidas !ue entran en contacto
con ellos, da lugar a la capilaridad. omo efecto tiene la elevación o depresión de la superficie de un
lí!uido en la #ona de contacto con un sólido.
=tra posible definición de tensión superficial? es la fuer#a !ue act7a tangencialmente por unidad delongitud en el borde de una superficie libre de un lí!uido en e!uilibrio y !ue tiende a contraer dicha
superficie. &as fuer#as cohesivas entre las moléculas de un lí!uido son las responsables del fenómeno
conocido como tensión superficial.
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PRESIÓN $IDROST%TICA
&a presión hidrostática es la parte de la presión debida al peso de un fluido en reposo. En un fluido en
reposo la 7nica presión e(istente es la presión hidrostática, en un fluido en movimiento además puede
aparecer una presión hidrodinámica adicional relacionada con la velocidad del fluido. Es la presión !ue
sufren los cuerpos sumergidos en un lí!uido o fluido por el simple y sencillo hecho de sumergirse dentro
de este. Se define por la fórmula donde es la presión hidrostática, es el peso
específico y profundidad bajo la superficie del fluido.
@n fluido pesa y ejerce presión sobre las paredes del fondo del recipiente !ue lo contiene y sobre la
superficie de cual!uier objeto sumergido en él. Esta presión, llamada presión hidrostática, provoca, en
fluidos en reposo, una fuer#a perpendicular a las paredes del recipiente o a la superficie del objeto
sumergido sin importar la orientación !ue adopten lascaras. Si el lí!uido fluyera, las fuer#as resultantes de
las presiones ya no serían necesariamente perpendiculares a las superficies. Esta presión depende de la
densidad del lí!uido en cuestión y de la altura del lí!uido con referencia del punto del !ue se mida.
Se calcula mediante la siguiente e(presión?
"onde, usando unidades del SA,
• es la presión hidrostática 3en pascales46
• es la densidad del lí!uido 3en 2ilogramos partido metro c7bico46
• es la aceleración de la gravedad 3en metros partido segundo al cuadrado46
• es la altura del fluido 3en metros4. @n lí!uido en e!uilibrio ejerce fuer#as perpendiculares sobre
cual!uier superficie sumergida en su interior
• es la resión atmosférica 3en pascales4
AD$ESIÓN
&a adhesión es la propiedad de la materia por la cual se unen y plasman dos superficies
de sustancias iguales o diferentes cuando entran en contacto, y se mantienen juntas por fuer#asintermoleculares.
&a adhesión ha jugado un papel muy importante en muchos aspectos de las técnicas
de construcción tradicionales. &a adhesión del ladrillo con el mortero 3cemento4 es un ejemplo claro.
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CO$ESIÓN
&a cohesión es distinta de la adhesión. &a cohesión es la fuer#a de atracción entre partículas adyacentes
dentro de un mismo cuerpo, mientras !ue la adhesión es la interacción entre las superficies de distintos
cuerpos.
DIFUSIÓN
&a difusión molecular, a menudo llamado simplemente la difusión, es el movimiento térmico de todas las partículas a temperaturas por encima del cero absoluto. &a velocidad de este movimiento es una funciónde la temperatura, la viscosidad del fluido y el tama$o de las partículas. "ifusión e(plica el flujo neto demoléculas de una región de mayor concentración a una de menor concentración, pero también la difusiónse produce cuando no hay gradiente de concentración. El resultado de la difusión es una me#cla gradual dematerial. En una fase con la temperatura uniforme, las fuer#as netas ausentes e(ternos !ue act7an sobre las partículas, el proceso de difusión eventualmente resultará en la me#cla completa.
OSMOSIS
&a 7(o(%( es un fenómeno físico relacionado con el movimiento de un solvente a través deuna membrana semipermeable. Tal comportamiento supone una difusión simple a través de la membrana,sin gasto de energía. &a ósmosis del agua es un fenómeno biológico importante para el metabolismocelular de los seres vivos.
8E%9AS8=S
Se denomina membrana semipermeable a a!uella estructura !ue contiene poros o agujeros, al igual !ue
cual!uier filtro, de tama$o molecular. El tama$o de los poros es tan min7sculo !ue deja pasar las
moléculas pe!ue$as pero no las grandes, normalmente del tama$o de micrómetros. or ejemplo, deja
pasar las moléculas de agua, !ue son pe!ue$as, pero no las de a#7car, !ue son más grandes.
Si una membrana como la descrita separa un lí!uido en dos particiones, una de agua pura y otra de agua
con a#7car, suceden varias cosas, e(plicadas a fines del siglo FAF por Pan Qt -off y Dibbs empleando
conceptos de potencial electro!uímico y difusión simple, entendiendo !ue este 7ltimo fenómeno implica
no sólo el movimiento al a#ar de las partículas hasta lograr la homogénea distribución de las mismas y
esto ocurre cuando las partículas !ue vienen se e!uiparan con las !ue aleatoriamente van, sino ele!uilibrio de los potenciales !uímicos de ambas particiones. &os potenciales !uímicos de los componentes
de una solución son menores !ue la suma del potencial de dichos componentes cuando no están ligados en
la solución. Este dese!uilibrio, !ue está en relación directa con la osmolaridad de la solución, genera un
flujo de partículas solventes hacia la #ona de menor potencial !ue se e(presa como presión
osmótica mensurable en términos de presión atmosférica, por ejemplo? 'e(iste una presión osmótica de G
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atmósferas entre agua desalini#ada y agua de mar'. El solvente fluirá hacia el soluto hasta e!uilibrar dicho
potencial o hasta !ue la presión hidrostática e!uilibre la presión osmótica.
El resultado final es !ue, aun!ue el agua pasa de la #ona de baja concentración a la de alta concentración y
viceversa, hay un flujo neto mayor de moléculas de agua !ue pasan desde la #ona de baja concentración a
la de alta.
"icho de otro modo? dado suficiente tiempo, parte del agua de la #ona sin a#7car habrá pasado a la deagua con a#7car. El agua pasa de la #ona de baja concentración a la de alta concentración.
&as moléculas de agua atraviesan la membrana semipermeable desde la disolución de menor
concentración, disolución hipotónica, a la de mayor concentración, disolución hipertónica. uando el
trasvase de agua iguala las dos concentraciones, las disoluciones reciben el nombre de isotónicas.
En los seres vivos, este movimiento del agua a través de la membrana celular puede producir !ue algunas
células se arruguen por una pérdida e(cesiva de agua, o bien !ue se hinchen, posiblemente hasta reventar,
por un aumento también e(cesivo en el contenido celular de agua. ara evitar estas dos situaciones, de
consecuencias desastrosas para las células, estas poseen mecanismos para e(pulsar el agua o los ionesmediante un transporte !ue re!uiere gasto de energía.
ADSORCIÓN
&a adsorción es un proceso por el cual átomos, iones o moléculas son atrapados o retenidos en la
superficie de un material en contraposición a la absorción, !ue es un fenómeno de volumen. Es decir es un
proceso en el cual un contaminante soluble 3adsorbato4 es eliminado del agua por contacto con una
superficie sólida 3adsorbente4. El proceso inverso a la adsorción se conoce como desorción.
En !uímica, la adsorción de una sustancia es su acumulación en una determinada superficie interfacial
entre dos fases. El resultado es la formación de una película lí!uida o gaseosa en la superficie de un
cuerpo sólido o lí!uido.
onsidérese una superficie limpia e(puesta a una atmósfera gaseosa. En el interior del material, todos los
enlaces !uímicos 3ya sean iónicos, covalentes o metálicos4 de los átomos constituyentes están satisfechos.
En cambio, por definición la superficie representa una discontinuidad de esos enlaces. ara esos enlaces
incompletos, es energéticamente favorable el reaccionar con lo !ue se encuentre disponible, y por ello se
produce de forma espontánea.
&a naturale#a e(acta del enlace depende de las particularidades de los especímenes implicados, pero el
material adsorbido es generalmente clasificado como fisisorbido !uimisorbido
&a cantidad de material !ue se acumula depende del e!uilibrio dinámico !ue se alcan#a entre la tasa a la
cual el material se adsorbe a la superficie y la tasa a la cual se evapora, y !ue normalmente dependen de
forma importante de la temperatura. uanto mayor sea la tasa de adsorción y menor la de desorción,
mayor será la fracción de la superficie disponible !ue será cubierta por material adsorbido en el e!uilibrio.
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ara estos procesos, resultan interesantes materiales con una gran superficie interna, 3y por lo tanto
poco volumen4 ya sea en polvo o granular, como el carbón activo, y llevan asociados otros fenómenos de
transporte de material, como el macro transporte y micro transporte de los reactivos.
TIPO" DE AD"ORCION
• %dsorción por intercambio? =curre cuando los iones de la sustancia se concentran en una
superficie como resultado de la atracción electrostática en los lugares cargados de la superficie 3p. ej.
en las cercanías de un electrodo cargado4.
• %dsorción física? Se debe a las fuer#as de Pan der 1aals y la molécula adsorbida no está fija en un
lugar específico de la superficie, y por ello está libre de trasladarse en la interfase.
• %dsorción !uímica? =curre cuando el adsorbato forma enlaces fuertes en los centros activos del
adsorbente.
ACCIÓN CAPILAR
%tracción capilar, o capilaridad, es la capacidad de un lí!uido a fluir en espacios estrechos sin la ayuda de,y en oposición a fuer#as e(ternas como la gravedad. El efecto puede ser visto en la elaboración de lí!uidosentre los pelos de un pincel, en un tubo delgado, en materiales porosos tales como papel, en algunosmateriales no porosos tales como fibra de carbono licuado, o en una célula. =curre debido a fuer#as
intermoleculares entre las superficies circundantes lí!uidas y sólidas. Si el diámetro del tubo essuficientemente pe!ue$o, entonces la combinación de la tensión superficial y las fuer#as adhesivas entreel lí!uido y el acto de levantar el recipiente de lí!uido.
CAPILARIDAD
&a capilaridad es un proceso de los fluidos !ue depende de su tensión superficial la cual, a su ve#,
depende de la cohesión del lí!uido y !ue le confiere la capacidad de subir o bajar por un tubo capilar .
uando un lí!uido sube por un tubo capilar, es debido a !ue la fuer#a intermolecular o cohesión
intermolecular entre sus moléculas es menor !ue la adhesión del lí!uido con el material del tubo6 es decir,
es un lí!uido !ue moja. El lí!uido sigue subiendo hasta !ue la tensión superficial es e!uilibrada por el
peso del lí!uido !ue llena el tubo. Rste es el caso del agua, y esta propiedad es la !ue regula parcialmente
su ascenso dentro de las plantas, sin gastar energía para vencer la gravedad.
Sin embargo, cuando la cohesión entre las moléculas de un lí!uido es más potente !ue la adhesión al
capilar, como el caso del mercurio, la tensión superficial hace !ue el lí!uido descienda a un nivel inferior
y su superficie es conve(a.
1$
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FENÓMENO FÍSICO
&a materia puede someterse a dos tipos de procesos o fenómenos, los físicos y los !uímicos
uando ocurre un fenómeno físico las sustancias reali#an un proceso o cambio sin perder sus propiedadescaracterísticas, es decir, sin modificar su naturale#a.
or ejemplo, si disolvemos sal com7n en agua, tiene lugar un proceso físico, tras el cual la sal y el aguasiguen teniendo las mismas propiedades características, como se puede comprobar recuperando la sal por calentamiento de la disolución. Es decir, en el proceso de disolución no se altera la naturale#a de lassustancias !ue se disuelven. &o mismo ocurre al disolver a#7car en leche, alcohol en agua, al me#clar arena y serrín...
También es un proceso físico la fusión del hielo, pues el lí!uido !ue se obtiene sigue siendo agua, eincluso el paso de ésta a vapor.
=tros fenómenos físicos son el despla#amiento de un vehículo, el paso de la electricidad por los cables, ladilatación de un cuerpo al ser calentado, el paso de la lu# a través de los cristales de una ventana o de una
lente, etcétera.
FÉNOMENO &UÍMICO
or el contrario, si unas sustancias se transforman en otras nuevas, de distinta naturale#a, se dice !ue hatenido lugar un fenómeno !uímico.
or ejemplo, el hierro de algunos objetos se combina con el o(ígeno, en presencia de la humedad del aire,transformándose en una sustancia diferente, la herrumbre, !ue no tiene las propiedades características delmetal, es decir no es tan dura, ni tiene su brillo y su color, ni funde a la misma temperatura, etc.
Es un fenómeno !uímico lo !ue ocurre al calentar un hilo de cobre, pues se transforma en otra sustancia
diferente de color negro6 también la combustión de un papel y la descomposición del agua por laelectricidad.
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Termomer%a&a termometría es la encargada de la medición de la temperatura en sistemas o cuerpos. ara reali#ar dicha medición, se utili#a un instrumento llamado termómetro, !ue aprovecha el fenómeno de dilataciónde los cuerpos con el calor, para poder medir la temperatura.
Calorimer%a&a calorimetría mide el calor en una reacción !uímica o un cambio de estado usando un instrumentollamado calorímetro. ero también se puede emplear un modo indirecto calculando el calor !ue losorganismos vivos producen a partir de la producción de dió(ido de carbono y de nitrógeno 3urea enorganismos terrestres4, y del consumo de o(ígeno.
@ cambio de energía interna
omo la presión no se mantiene constante, el calor medido no representa el cambio deentalpía.
Energ%a%l mirar a nuestro alrededor se observa !ue las plantas crecen, los animales se trasladan y !ue lasmá!uinas y herramientas reali#an las más variadas tareas. Todas estas actividades tienen en com7n !ue precisan del concurso de la energía.
&a energía es una propiedad asociada a los objetos y sustancias y se manifiesta en las transformaciones!ue ocurren en la naturale#a.
&a energía se manifiesta en los cambios físicos, por ejemplo, al elevar un objeto, transportarlo, deformarloo calentarlo.
&a energía está presente también en los cambios !uímicos, como al !uemar un tro#o de madera o en ladescomposición de agua mediante la corriente eléctrica.
&a energía es una magnitud cuya unidad de medida en el S.A. es el julio 3U4
Tra(a)oSe dice !ue una fuer#a reali#a trabajo cuando altera el estado de movimiento de un cuerpo. El trabajo de la
fuer#a sobre ese cuerpo será e!uivalente a la energía necesaria paradespla#arlo) de manera acelerada. Eltrabajo es una magnitud físicaescalar !ue se representa con la letra 3del inglés 1or24 y se e(presa enunidades de energía, esto es en julios o joules 3U4 en elSistema Anternacional de @nidades.
Va !ue por definición el trabajo es un tránsito de energía, nunca se refiere a él como incremento detrabajo, ni se simboli#a como 1.
Calor
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El calor es posible definirlo como energía transferida entre dos cuerpos o sistemas, se puede asociar almovimiento molecular y otras partículas !ue forman la materia. El calor puede ser generado por reacciones !uímicas, reacciones nucleares, disipación electromagnética o por disipación mecánica. Suconcepto está ligado al rincipio ero de la Termodinámica, seg7n el cual dos cuerpos en contactointercambian energía hasta !ue su temperatura se e!uilibre.
El calor puede ser transferido entre objetos por diferentes mecanismos, entre los !ue cabe rese$ar la
radiación, la conducción y la convección, aun!ue en la mayoría de los procesos reales todos losmecanismos anteriores se encuentran presentes en mayor o menor grado.
El calor !ue puede intercambiar un cuerpo con su entorno depende del tipo de transformación !ue seefect7e sobre ese cuerpo y por tanto depende del camino. '&os cuerpos no tienen calor, sino energíainterna'. El calor es la transferencia de parte de dicha energía interna 3energía térmica4 de un sistema aotro, con la condición de !ue estén a diferente temperatura.
T#'(#)at!)a * #s+alas t#)'o',t)i+as-
&a Temperatura es una propiedad de la materia !ue está relacionada con la sensación de calor o frío !ue sesiente en contacto con ella. uando tocamos un cuerpo !ue está a menos temperatura !ue el nuestrosentimos una sensación de frío, y al revés de calor. Sin embargo, aun!ue tengan una estrecha relación, nodebemos confundir la temperatura con el calor.
uando dos cuerpos, !ue se encuentran a distinta temperatura, se ponen en contacto, se produce unatransferencia de energía, en forma de calor, desde el cuerpo caliente al frío, esto ocurre hasta !ue lastemperaturas de ambos cuerpos se igualan. En este sentido, la temperatura es un indicador de la dirección!ue toma la energía en su tránsito de unos cuerpos a otros.
#a medidaEl instrumento utili#ado habitualmente para medir la temperatura es el termómetro. &os termómetros delí!uido encerrado en vidrio son los más populares6 se basan en la propiedad !ue tiene el mercurio, y otrassustancias 3alcohol coloreado, etc.4, de dilatarse cuando aumenta la temperatura. El lí!uido se aloja en una burbuja /bulbo/ conectada a un capilar 3tubo muy fino4. uando la temperatura aumenta, el lí!uido see(pande por el capilar, así, pe!ue$as variaciones de su volumen resultan claramente visibles.
Escalas%ctualmente se utili#an tres escalas para medir al temperatura, la escala elsius es la !ue todos estamosacostumbrados a usar, la ahrenheit se usa en los países anglosajones y la escala Welvin de uso científico.
9ombre Símbolo Temperaturas de referencia E!uivalencia
Escala elsius X untos de congelación 3X4 y ebullición del agua 3)X4
Escala ahrenhit X unto de congelación de una me#cla anticongelante de agua y sal ytemperatura del cuerpo humano. X ),C X Y :+
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Escala Welvin W ero absoluto 3temperatura más baja posible4 y punto triple del agua. W X Y+;:
arece !ue los primeros intentos de medir la temperatura fueron reali#ados en el a$o ); a. por Daleno!ue propuso una escala con cuatro grados de calor y cuatro de frío en torno a una temperatura media 3sedice !ue agua a GX4.
El ermómero&os primeros ingenios para medir la temperatura se llamaron termoscopios y consistían en un recipienteesférico !ue se prolongaba por un largo tubo. Rste contenía un lí!uido coloreado y en el interior delrecipiente esférico se !uitaba parte del aire lo !ue permitía !ue al sumergir el tubo en otro recipiente conun lí!uido este suba por su interior. %l calentar el aire contenido en el bulbo la presión aumenta lo !uehace descender el lí!uido. Esta puede ser una forma de medir las temperaturas. Dalileo construyó uno deestos termoscopios utili#ando vino como lí!uido de color.
&a construcción de nuevos ingenios !ue usaban la propiedad de los lí!uidos de dilatarse en cambios detemperatura en el interior de un tubo muy fino llevó a la construcción de los termómetros. ué ahrenheit!uien empe#ó a utili#ar el mercurio en los termómetros.
También hemos de recordar !ue la fabricación de los termómetros se basaba en la elección de puntos fijosdando lugar a distintas escalas termométricas?
El termómetro se utili#a para medir la temperatura de un sistema. Deneralmente consistían en un depósito!ue contiene un lí!uido !ue al dilatarse o contraerse se e(tiende o se retrae en un capilar lo !ue, tomandounos puntos fijos, nos permite dividir la escala termométrica. Ese lí!uido suele ser alcohol coloreado yhasta hace poco mercurio.
E(isten diferentes tipos de termómetros, los !ue miden la temperatura ambiente, los termómetros clínicos
!ue solamente permiten medir la má(ima de la temperatura corporal evitando !ue al dejar de estar encontacto con el cuerpo la temperatura baje... En estos momentos están ganando terreno los termómetrosdigitales !ue en poco tiempo, con bastante e(actitud, nos dan la temperatura de un sistema. %demás lostermómetros clínicos de mercurio están siendo retirados en la @nión Europea para evitar la contaminacióna causa de este metal.
De(emos di*erenciar enre calor y emperaura+
El calor, o energía térmica, se define como la energía !ue se transmite desde un cuerpo a otro cuando entreellos hay una diferencia de temperatura. El calor siempre fluye, en forma espontánea, desde el cuerpo a
mayor temperatura hacia el cuerpo a menor temperatura.
uesto !ue el calor es una forma de energía su unidad en el S.A. es el Uoule 3U4 aun!ue se usa tambiénhabitualmente otra unidad, la caloría 3) cal >,)C U4. Se define ésta 7ltima como el calor necesario paraelevar la temperatura de ) g de agua de )>,GX a )G,GX
Propagación del calor+ Mecanismos+
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El calor es una energía !ue se transmite de unos cuerpos a otros mediante tres tipos de mecanismosdiferentes?
onducción? &a conducción es la manera de transferir calor desde una masa de temperatura más elevada aotra de temperatura inferior por contacto directo. El coeficiente de conducción de un material mide lacapacidad del mismo para conducir el calor a través de la masa del mismo. &os materiales aislantes tienenun coeficiente de conducción pe!ue$o por lo !ue su capacidad para conducir el calor es reducida, de ahí
su utilidad.
onvección? &a transmisión de calor por convección es un intercambio de calor entre el aire y una masamaterial !ue se encuentran a diferentes temperaturas. El transporte del calor se produce por movimientosnaturales debidos a la diferencia de temperaturas, el aire caliente tiende a subir y el aire frío baja, o bienmediante mecanismos de convección for#ada.
0adiación? Es un mecanismo de transmisión de calor en el !ue el intercambio se produce mediante laabsorción y emisión de energía por ondas electromagnéticas, por lo !ue no e(iste la necesidad de !uee(ista un medio material para el transporte de la energía. El sol aporta energía e(clusivamente por radiación.
LA TERMODIN4MICA
=frece un aparato formal aplicable 7nicamente a estados dee!uilibrio,definidos como a!uel estado hacia Zel !ue todo sistema tiende aevolucionar y caracteri#ado por!ue en el mismo todas las propiedades delsistema !uedan determinadas por factores intrínsecos y no por influenciase(ternas previamente aplicadas[. Tales estados terminales de e!uilibrioson, por definición, independientes del tiempo, y todo el aparato formal dela termodinámica todas las leyes y variables termodinámicas, se definen de
tal modo !ue podría decirse !ue un sistema está en e!uilibrio si sus propiedades pueden describirse consistentemente empleando la teoríatermodinámica. &os estados de e!uilibrio son necesariamente coherentes con los contornos del sistema ylas restricciones a las !ue esté sometido. or medio de los cambios producidos en estas restricciones 3estoes, al retirar limitaciones tales como impedir la e(pansión del volumen del sistema, impedir el flujo decalor, etc.4, el sistema tenderá a evolucionar de un estado de e!uilibrio a otro6 comparando ambos estadosde e!uilibrio, la termodinámica permite estudiar los procesos de intercambio de masa y energía térmicaentre sistemas térmicos diferentes.
omo ciencia fenomenológica, la termodinámica no se ocupa de ofrecer una interpretación física de susmagnitudes. &a primera de ellas, la energía interna, se acepta como una manifestación macroscópica de lasleyes de conservación de la energía a nivel microscópico, !ue permite caracteri#ar el estado energético delsistema macroscópico. El punto de partida para la mayor parte de las consideraciones termodinámicas sonlos !ue postulan !ue la energía puede ser intercambiada entre sistemas en forma de calor o trabajo, y !uesólo puede hacerse de una determinada manera. También se introduce una magnitud llamada entropía, !uese define como a!uella función e(tensiva de la energía interna, el volumen y la composición molar !uetoma valores má(imos en e!uilibrio? el principio de ma(imi#ación de la entropía define el sentido en el!ue el sistema evoluciona de un estado de e!uilibrio a otro. Esla mecánica estadística, íntimamenterelacionada con la termodinámica, la !ue ofrece una interpretación física de ambas magnitudes? la energía
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interna se identifica con la suma de las energías individuales de los átomos y moléculas del sistema, y laentropía mide el grado de orden y el estado dinámico de los sistemas, y tiene una cone(ión muy fuerte conla teoría de información. En la termodinámica se estudian y clasifican las interacciones entre diversossistemas, lo !ue lleva a definir conceptos como sistema termodinámico y su contorno. @n sistematermodinámico se caracteri#a por sus propiedades, relacionadas entre sí mediante las ecuaciones de estado.Rstas se pueden combinar para e(presar la energía interna y los potenciales termodinámicos, 7tiles paradeterminar las condiciones de e!uilibrio entre sistemas y los procesos espontáneos.
PRIMERA LE. DE LA TERMODIN%MICA
También conocida como principio de conservación de la energía para la termodinámica, establece !ue si
se reali#a trabajo sobre un sistema o bien éste intercambia calor con otro, la energía interna del sistema
cambiará.
Pisto de otra forma, esta ley permite definir el calor como la energía necesaria !ue debe intercambiar el
sistema para compensar las diferencias entre trabajo y energía interna. ue propuesta
por 9icolas&éonardSadi arnot en )C+>, en su obra Re&le9%one( (o/*e la 5o)enc%a o)*%z +el &0e:o 3
(o/*e la( ,;0%na( a+ec0a+a( 5a*a +e(a**olla* e()a 5o)enc%a, en la !ue e(puso los dos primeros
principios de la termodinámica. Esta obra fue incomprendida por los científicos de su época, y más tarde
fue utili#ada por 0udolf lausius y &ord Welvin para formular, de una manera matemática, las bases de la
termodinámica.
&a ecuación general de la conservación de la energía es la siguiente?
Oue aplicada a la termodinámica teniendo en cuenta el criterio de signos termodinámico, !ueda de la
forma?
"onde @ es la energía interna del sistema 3aislado4, O es la cantidad de calor aportado al sistema y 1 es el
trabajo reali#ado por el sistema.
Esta 7ltima e(presión es igual de frecuente encontrarla en la forma \@ O Y 1. %mbas e(presiones,
aparentemente contradictorias, son correctas y su diferencia está en !ue se apli!ue el convenio de signos
A@% o el Tradicional 3véase criterio de signos termodinámico4.
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SEGUNDA LE. DE LA TERMODIN%MICA
Esta ley marca la dirección en la !ue deben llevarse a cabo los procesos termodinámicos y, por lo tanto, la
imposibilidad de !ue ocurran en el sentido contrario 3por ejemplo, !ue una mancha de tinta dispersada en
el agua pueda volver a concentrarse en un pe!ue$o volumen4. También establece, en algunos casos, la
imposibilidad de convertir completamente toda la energía de un tipo a otro sin pérdidas. "e esta forma, la
segunda ley impone restricciones para las transferencias de energía !ue hipotéticamente pudieran llevarse
a cabo teniendo en cuenta sólo el primer principio. Esta ley apoya todo su contenido aceptando la
e(istencia de una magnitud física llamada entropía, de tal manera !ue, para un sistema aislado 3!ue no
intercambia materia ni energía con su entorno4, la variación de la entropía siempre debe ser mayor !ue
cero.
"ebido a esta ley también se tiene !ue el flujo espontáneo de calor siempre es unidireccional, desde los
cuerpos de mayor temperatura hacia los de menor temperatura, hasta lograr un e!uilibrio térmico.&a aplicación más conocida es la de las má!uinas térmicas, !ue obtienen trabajo mecánico mediante
aporte de calor de una fuente o foco caliente, para ceder parte de este calor a la fuente o foco o sumidero
frío. &a diferencia entre los dos calores tiene su e!uivalente en el trabajo mecánico obtenido.
E(isten numerosos enunciados e!uivalentes para definir este principio, destacándose el de lausius y el de
Welvin.
Enunciado de Clausius
En palabras de Sears es? Z9o es posible ning7n proceso
cuyo 7nico resultado sea la e(tracción de calor de un
recipiente a una cierta temperatura y la absorción de una
cantidad igual de calor por un recipiente a temperatura más
elevada[.
Enunciado de Welvin]lanc2
Es imposible construir una má!uina térmica !ue, operando en un ciclo, no produ#ca otro efecto !ue la
absorción de energía desde un depósito, con la reali#ación de una cantidad igual de trabajo.
=tra interpretación
Es imposible construir una má!uina térmica cíclica !ue transforme calor en trabajo sin aumentar la
energía termodinámica del ambiente. "ebido a esto podemos concluir, !ue el rendimiento energético de
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una má!uina térmica cíclica !ue convierte calor en trabajo, siempre será menor a la unidad, y ésta estará
más pró(ima a la unidad, cuanto mayor sea el rendimiento energético de la misma. Es decir, cuanto mayor
sea el rendimiento energético de una má!uina térmica, menor será el impacto en el ambiente, y viceversa.
TERCERA LE. DE LA TERMODIN%MICA
%lgunas fuentes se refieren incorrectamente al postulado de 9ernst como 'la tercera de las leyes de la
termodinámica'. Es importante reconocer !ue no es una noción e(igida por la termodinámica clásica por
lo !ue resulta inapropiado tratarlo de Zley[, siendo incluso inconsistente con la mecánica estadística
clásica y necesitando el establecimiento previo de la estadística cuántica para ser valorado adecuadamente.
&a mayor parte de la termodinámica no re!uiere la utili#ación de este postulado. ): El postulado de 9ernst,
llamado así por ser propuesto por 1alther9ernst, afirma !ue es imposible alcan#ar una temperatura igual
al cero absoluto mediante un n7mero finito de procesos físicos. uede formularse también como !ue a
medida !ue un sistema dado se apro(ima al cero absoluto, su entropía tiende a un valor constante
específico. &a entropía de los sólidos cristalinos puros puede considerarse cero bajo temperaturas iguales
al cero absoluto.
Es importante remarcar !ue los principios o leyes de la termodinámica son válidas siempre para los
sistemas macroscópicos, pero inaplicables a nivel microscópico. &a idea deldemonio de 8a(^ell ayuda a
comprender los límites de la segunda ley de la termodinámica jugando con las propiedades microscópicas
de las partículas !ue componen un gas.
"isema
Se puede definir un sistema como un conjunto de materia, !ue está limitado por una superficie, !ue le
pone el observador, real o imaginaria. Si en el sistema no entra ni sale materia, se dice !ue se trata de
un sistema cerrado, o sistema aislado si no hay intercambio de materia y energía, dependiendo del caso.
En la naturale#a, encontrar un sistema estrictamente aislado es, por lo !ue sabemos, imposible, pero
podemos hacer apro(imaciones. @n sistema del !ue sale yBo entra materia, recibe el nombre de abierto.
onemos unos ejemplos?
• @n sistema abierto? se da cuando e(iste un intercambio de masa y de energía con los
alrededores6 es por ejemplo, un coche. &e echamos combustible y él desprende diferentes
gases y calor.
• @n sistema cerrado? se da cuando no e(iste un intercambio de masa con el medio circundante,
sólo se puede dar un intercambio de energía6 un reloj de cuerda, no introducimos ni sacamos
materia de él. Solo precisa un aporte de energía !ue emplea para medir el tiempo.
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• @n sistema aislado? se da cuando no e(iste el intercambio ni de masa y energía con los
alrededores6 <C7o encon)*a*lo (% no 5o+eo( %n)e*ac)0a* con =l> Sin embargo un termo
lleno de comida caliente es una apro(imación, ya !ue el envase no permite el intercambio de
materia e intenta impedir !ue la energía 3calo* 4 salga de él. El universo es un sistema aislado,
ya !ue la variación de energía es cero
Medio e'erno
Se llama medio e(terno o ambiente a todo a!uello !ue no está en el sistema pero !ue puede influir en él.
or ejemplo, consideremos una ta#a con agua, !ue está siendo calentada por un mechero. onsideremos
un sistema formado por la ta#a y el agua, entonces el medio está formado por el mechero, el aire, etc.
REACCI(N /!ÍMICA
cambio !uímico o fenómeno !uímico, es todo proceso termodinámico en el cual una omás sustancias 3llaa+a( *eac)an)e(4, por efecto de un factor energético, se transforman, cambiando
su estructura molecular y sus enlaces, en otras sustancias llamadas productos. &os reactantes pueden
ser elementos o compuestos. @n ejemplo de reacción !uímica es la formación de ó(ido de
hierro producida al reaccionar el o(ígeno del aire con el hierro de forma natural, o una cinta
de magnesio al colocarla en una llama se convierte en ó(ido de magnesio, como un ejemplo de reacción
inducida.
% la representación simbólica de las reacciones se les llama ecuaciones !uímicas.
&os productos obtenidos a partir de ciertos tipos de reactivos dependen de las condiciones bajo las !ue seda la reacción !uímica. 9o obstante, tras un estudio cuidadoso se comprueba !ue, aun!ue los productos
pueden variar seg7n cambien las condiciones, determinadas cantidades permanecen constantes en
cual!uier reacción !uímica. Estas cantidades constantes, las magnitudes conservadas, incluyen el n7mero
de cada tipo de átomo presente, la carga eléctrica y la masa total.
TI5OS DE REACCIONES
REACCIONES DE LA &UÍMICA INORG%NICA
"esde un punto de vista de la !uímica inorgánica se pueden postular dos grandes modelos para lasreacciones !uímicas de los compuestos inorgánicos? reacciones ácido/base o de neutrali#ación 3sincambios en los estados de o(idación4 y reacciones redo( 3con cambios en los estados de o(idación4. Sinembargo, podemos clasificarlas de acuerdo con el mecanismo de reacción y tipo de productos !ue resultade la reacción. En esta clasificación entran las reacciones de síntesis 3combinación4, descomposición, desustitución simple, de sustitución doble?
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REACCIÓN ENDOTÉRMICA
Se denomina reacción endotérmica a cual!uier reacción !uímica !ue absorbe energía.
Si hablamos de entalpía 3-4, una reacción endotérmica es a!uella !ue tiene un incremento de entalpía o- positivo. Es decir, la energía !ue poseen los productos es mayor a la de los reactivos.
&as reacciones endotérmicas y especialmente las relacionadas con el amoníaco impulsaron una prósperaindustria de generación de hielo a principios del siglo FAF. %ctualmente el frío industrial se genera conelectricidad en má!uinas frigoríficas.
E,EMP#O DE REACCI-N ENDOTÉRMICA
@n ejemplo de reacción endotérmica es la producción del o#ono 3=:4. Esta reacción ocurre en las capasaltas de la atmósfera, gracias a la radiación ultravioleta proporcionada por la energía del Sol. También se produce esta reacción en las tormentas, en las pro(imidades de las descargas eléctricas.
REACCIÓN E/OTÉRMICA
Se denomina reacción e(otérmica a cual!uier reacción !uímica !ue desprenda energía, ya sea como lu#o calor ,) o lo !ue es lo mismo? con una variación negativa de la entalpía6 es decir? /-. El prefijo e(o significa Zhacia fuera[. or lo tanto se entiende !ue las reacciones e(otérmicas liberan energía.onsiderando !ue %, 5, y " representen sustancias genéricas, el es!uema general de una reaccióne(otérmica se puede escribir de la siguiente manera?
% Y 5 _ Y " Y calor
=curre principalmente en las reacciones de o(idación. uando éstas son intensas pueden generar fuego. Sidos átomos de hidrógeno reaccionan entre sí e integran una molécula, el proceso es e(otérmico.
- Y - -+
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- /)> 2calBmol
Son cambios e(otérmicos las transiciones de gas a lí!uido 3condensación4 y de lí!uido a sólido3solidificación4.
@n ejemplo de reacción e(otérmica es la combustión.
&a reacción contraria, !ue consume energía, se denomina endotérmica.
TEM5ERAT!RA
En física, se define como una magnitud escalar relacionada con la energía interna de un sistema
termodinámico, definida por el principio cero de la termodinámica. 8ás específicamente, está relacionada
directamente con la parte de la energía interna conocida como Zenergía cinética[, !ue es la energía
asociada a los movimientos de las partículas del sistema, sea en un sentido traslacional, rotacional, o en
forma de vibraciones. % medida de !ue sea mayor la energía cinética de un sistema, se observa !ue éste se
encuentra más Zcaliente[6 es decir, !ue su temperatura es mayor.
En el caso de un sólido, los movimientos en cuestión resultan ser las vibraciones de las partículas en sus
sitios dentro del sólido. En el caso de un gas ideal monoatómico se trata de los movimientos traslacionales
de sus partículas 3para los gases multiatómicos los movimientos rotacional y vibracional deben tomarse en
cuenta también4.
El desarrollo de técnicas para la medición de la temperatura ha pasado por un largo proceso histórico, ya
!ue es necesario darle un valor numérico a una idea intuitiva como es lo frío o lo caliente.
8ultitud de propiedades fisico!uímicas de los materiales o las sustancias varían en función de la
temperatura a la !ue se encuentren, como por ejemplo su estado 3sólido, lí!uido, gaseoso, plasma4,
su volumen, la solubilidad, la presión de vapor , su color o la conductividad eléctrica. %sí mismo es uno de
los factores !ue influyen en la velocidad a la !ue tienen lugar lasreacciones !uímicas.
&a temperatura se mide con termómetros, los cuales pueden ser calibrados de acuerdo a una multitud de
escalas !ue dan lugar a unidades de medición de la temperatura. En el Sistema Anternacional de @nidades,
la unidad de temperatura es el2elvin 3W4, y la escala correspondiente es la escala Welvin o escala absoluta,
!ue asocia el valor Zcero 2elvin[ 3 W4 al Zcero absoluto[, y se grad7a con un tama$o de grado igual al
del grado elsius. Sin embargo, fuera del ámbito científico el uso de otras escalas de temperatura es
com7n. &a escala más e(tendida es la escala elsius, llamada Zcentígrada[6 y, en mucha menor medida, y
prácticamente solo en los Estados @nidos, la escala ahrenheit. También se usa a veces laescala0an2ine 3`04 !ue establece su punto de referencia en el mismo punto de la escala Welvin, el cero
absoluto, pero con un tama$o de grado igual al de la ahrenheit, y es usada 7nicamente en Estados
@nidos, y solo en algunos campos de laingeniería.
RADIACI(N
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El fenómeno de la radiación consiste en la propagación de energía en forma de ondaselectromagnéticas o partículas subatómicas a través del vacío o de un medio material.
&a radiación propagada en forma de ondas electromagnéticas 3rayos @P, rayos gamma, rayos F, etc.4 sellama radiación electromagnética, mientras !ue la llamada radiación corpuscular es la radiacióntransmitida en forma de partículas subatómicas 3 partículas , partículas , neutrones, etc.4 !ue se muevena gran velocidad, con apreciable transporte de energía.
Si la radiación transporta energía suficiente como para provocar ioni#ación en el medio !ue atraviesa, se
dice !ue es una radiación ioni#ante. En caso contrario se habla deradiación no ioni#ante. El carácter ioni#ante o no ioni#ante de la radiación es independiente de su naturale#a corpuscular u ondulatoria.
Son radiaciones ioni#antes los rayos F, rayos , partículas y parte del espectro de la radiación @P entreotros. or otro lado, radiaciones como los rayos @P y las ondas de radio, TP o de telefonía móvil, sonalgunos ejemplos de radiaciones no ioni#antes.
ELEMENTOS RADIACTI%OS
%lgunas substancias !uímicas están formadas por elementos !uímicos cuyos n7cleos atómicos soninestables. omo consecuencia de esa inestabilidad, sus átomos emiten partículas subatómicas de formaintermitente y aleatoria.En general son radiactivas las sustancias !ue presentan un e(cesode protones o neutrones. uando el n7mero de neutrones difiere del n7mero de protones, se hace másdifícil !ue la fuer#a nuclear fuerte debida al efecto del intercambio de piones pueda mantenerlosunidos.Eventualmente el dese!uilibrio se corrige mediante la liberación del e(ceso de neutrones o protones, en forma de partículas !ue son realmente n7cleos de helio, partículas !ue puedenser electrones o positrones. Estas emisiones llevan a dos tipos de radiactividad?
• 0adiación , !ue aligera los n7cleos atómicos en > unidades básicas, y cambia el n7mero atómico
en dos unidades
• 0adiación , !ue no cambia la masa del n7cleo, ya !ue implica la conversión de un protón en unneutrón o viceversa, y cambia el n7mero atómico en una sola unidad 3positiva o negativa, seg7n la
partícula emitida sea un electrón o un positrón4.
%demás e(iste un tercer tipo de radiación en !ue simplemente se emiten fotones de alta frecuencia,llamada radiación . En este tipo de radicación lo !ue sucede es !ue el n7cleo pasa de un estado e(citadode mayor energía a otro de menor energía, !ue puede seguir siendo inestable y dar lugar a la emisión demás radiación de tipo , o . &a radiación es un tipo de radiación electromagnética muy penetrantedebido a !ue los fotones no tienen carga eléctrica, así como ser inestables dentro de su capacidadmolecular dentro del calor !ue efectuasen entre sí.
RADIACIÓN TÉRMICAuando un cuerpo está más caliente !ue su entorno, pierde calor hasta !ue su temperatura se e!uilibra conla de dicho entorno. Este proceso de pérdida de calor se puede producir por tres tipos de procesos? conducción, convección y radiación térmica. "e hecho, la emisión de radiación puede llegar aser el proceso dominante cuando los cuerpos están relativamente aislados del entorno o cuando están atemperaturas muy elevadas. %sí, un cuerpo muy caliente emitirá, por norma general, gran cantidadde ondas electromagnéticas. &a cantidad de energía radiante emitida o calor radiado viene dada por la &eyde Stefan/5olt#mann. "e acuerdo con esta ley, dicho calor radiado es proporcional a su temperaturaabsoluta elevada a la cuarta potencia?
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"onde
• P es la potencia radiada.
•
es un coeficiente !ue depende de la naturale#a del cuerpo6 ) para un cuerpo negro perfecto.
• S es el área de la superficie !ue radia.
• es la constante de Stefan/5olt#mann, !ue tiene un valor de G,H; )C 1BmW >
• T es la temperatura absoluta.
TERMODINAMICA A5LICADA EN EL C!ER5O 6!MANO
El cuerpo humano puede ser considerado como un sistema termodinámico abierto, !ue debe mantener sutemperatura constante de :;X, a pesar de encontrarse en un entorno de temperatura generalmente inferior !ue se pude tomar como una media de )GX. or otra parte esta continuamente intercambiando material yenergía con sus alrededores 3metabolismo4, consumiendo energía para desarrollar los trabajos internos ye(ternos, y para fabricar moléculas estables 3anabolismo4 para lo cual necesita alimentarse ingiriendomoléculas de gran energía libre 3nutrición4 !ue a partir de determinadas reacciones de combustión danlugar a productos de menor energía 3catabolismo4.
Tiene la peculiaridad de !ue su entropía es mínima, por eso es un sistema termodinámico inestable lo !ue provoca su evolución permanente, o sea la vida misma. recisamente la muerte implicaría un estado demá(ima entropía. ara !ue el organismo vivo pueda mantenerse en dicho estado es necesario !ue elimine
el e(ceso de entropía !ue se produce continuamente inherente a los procesos vitales? circulación de lasangre, respiración, etc.
&a primera ley de la termodinámica nos dice !ue la energía no se crea ni se destruye solo se trasforma , enorganismos vivientes las reacciones más frecuentes son irreversibles y no son hechas en condicionesadiabática y es por eso !ue la aplicación de las leyes de la termodinámica se limita bastante , en sistemas biológicos el proceso de clasificación de las propiedades de sistemas es más complicado pero en general podemos decir !ue los seres vivos no son sistemas en e!uilibrio , estos organismos son organismosabiertos !ue intercambian energía y materia con el entorno.
&os seres vivos cumplen con la segunda ley de la termodinámica, como cual!uier otro sistema físico, a
veces se piensa !ue los seres vivos, finalmente mueren 'en cumplimiento' de la segunda ley, por!ue lacreciente entropía acaba con ellos.
En la definición de vida, desde el punto de vista de la termodinámica los sistemas vivos son regioneslocali#adas donde se produce un continuo incremento de orden sin intervención e(terna. Esta definición se basa en el segundo principio de la termodinámica, el cual dice !ue la entropía o desorden, del universosiempre aumenta.
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%plicado al estudio de la célula, pues tiene !ue ver desde el proceso de alimentación y respiración celular,desde el punto de vista de la cadena alimenticia, !ue desde este punto de vista es la cadena de energía6muchas veces se compara a la célula con una fábrica con materia prima, proceso de producción y consumode energía.
uando los sistemas físicos biológicos recuperan la energía como información, no 'crean' la información,sino tan sólo la tornan disponible para el sistema.
En otras palabras, la segunda ley no puede e(plicar por !ué la recuperación de energía como informacióncrece 3cuando el sistema se auto organi#a4, o decae 3cuando el sistema declina o envejece4. &uego, por !ué envejecen los seres vivos, por !ué se originan y auto organi#an
&os seres vivos intercambiamos energía y materia con el medio ambiente. %!uí nos encontramos lejos deun e!uilibrio termodinámico. &os procesos son irreversibles y no reproducibles. &a flecha del tiempo esinfran!ueable en nuestro organismo así como en la naturale#a. 9unca los sistemas regresan a su antiguoestado de orden. %!uí rigen las leyes de la teoría del caos y la no/linealidad.
omposición !uímica del cuerpo humano
onocer cómo y de !ué elementos se compone el cuerpo humano es algo fundamental para comprender sufuncionamiento, sus mecanismos fisiológicos y la forma en !ue sus estructuras interact7an. Se estima !ueun *H< de nuestro organismo se compone por > elementos en particular? o(ígeno, carbono, hidrógeno ynitrógeno, mayoritariamente en forma de agua.
El >< restante se compone por otros pocos elementos y bien podríamos decir !ue el **< del cuerpo estácompuesto por H elementos? o(ígeno, carbono, hidrógeno, nitrógeno, calcio, y fósforo.
O%&'eo ()*+,
El H< del peso del cuerpo se constituye por agua. El o(ígeno 3=,C4 ocupa el primer lugar de la lista y
compone el HG< del organismo.
Carboo (-.+,
El carbono 3,H4 es uno de los elementos más importantes para la vida. 8ediante los enlaces carbono, !ue pueden formarse y romperse con una mínima cantidad de energía, se posibilita la !uímica orgánicadinámica !ue se produce a nivel celular.
/idró'eo (-0+,
El hidrógeno 3-,)4 es el elemento !uímico !ue más abunda en todo el universo. En nuestro organismosucede algo muy similar y junto al o(ígeno en forma de agua.
Nitró'eo (1+,
resente en muchísimas moléculas orgánicas, el nitrógeno 39,;4 constituye el :< del cuerpo humano. Seencuentra, por ejemplo, en los aminoácidos !ue forman las proteínas y en los ácidos nucleicos de nuestro%"9.
Calcio (-2*+,
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"e los minerales !ue componen el organismo, el calcio 3a,+4 es el más abundante y es vital para nuestrodesarrollo. Se encuentra prácticamente a lo largo de todo el cuerpo, en los huesos y por ejemplo en losdientes. %demás, son muy importantes en la regulación de proteínas.
3ósforo (-+,
El fósforo 3,)G4 también es muy importante para las estructuras óseas del cuerpo en donde abunda. 9o
obstante, igualmente predominan en las moléculas de %T proporcionándole energía a las células.
5*oce+o de ali,entacin. E+t*ate7ia ,etablica de lo++e*e+ 8i8o+
En el sistema digestivo ocurre una serie de procesos !ue modifican el alimento !ue ingresa al organismo.8ediante esos procesos, el alimento se transforma física y !uímicamente.
&os alimentos, en su mayoría formados por moléculas complejas, se transforman o degradan en otras más
sencillas y pe!ue$as, condición de importancia para su absorción.
"entro del sistema digestivo, la secuencia de procesos !ue transforman los alimentos es la siguiente?
INGE!TIÓN4 proceso de incorporación de alimentos a través de la boca.
DIGE!TIÓN? serie de procesos !ue ocurre en diversos órganos del sistema digestivo y !ue transformanlos alimentos.omprende dos tipos de transformaciones?
Tansformación física? fragmenta los alimentos en porciones más pe!ue$as a través de la masticación en la boca y de los movimientos peristálticos a lo largo del tubo digestivo.
Transformación !uímica?En la boca, estómago e intestino delgado las en#imas digestivas desdoblan elalimento transformándolo en moléculas más sencillas.
A5!ORCIÓN4 los nutrientes representados por moléculas sencillas pasan del sistema digestivo a lasangre para ser distribuídos a todo el cuerpo.
EGE!TIÓN4 es el proceso a través del cual se e(pulsan los desechos de la digestión como materia fecalhacia el e(terior.
Re7lacin de calo* en lo+ ani,ale+
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&os mamíferos son animales endotérmicos, esto es, son capaces de producir por sí mismos el calor necesario para !ue las funciones orgánicas puedan llevarse a cabo sin depender de las condicionesambientales como ocurre con los reptiles, !ue han de obtener esta energía de fuentes e(ternas como el sol3ectotermia4.
ero además, junto con las aves, son los 7nicos animales capaces de regular la temperatura de suorganismo. El mecanismo de regulación de temperatura corporal, conocido como homeotermia, está
mucho más desarrollado en los mamíferos, especialmente en a!uellas órdenes !ue han sido sometidas auna mayor presión evolutiva. %sí los monotremas, como la mayor parte de las aves, sólo son capaces deconseguirlo relativamente.
&a temperatura normal de cada especie se mantiene dentro de un rango más o menos estable y !ue por norma general se halla entre los :H y >) X. V para conseguir esta estabilidad, los mamíferos se sirven dedos complejos mecanismos? / la regulación de los movimientos musculares involuntarios. / la activación ydesactivación de los distintos procesos metabólicos en la medida !ue lo necesitan.
&os mamíferos tienen la capacidad de producir movimientos involuntarios de los m7sculos !ue elevan latemperatura corporal desencadenando además procesos metabólicos !ue contribuyen a tal ascenso.
En el hipotálamo e(iste un centro termorregulador !ue da las órdenes oportunas al organismo, no sólo para elevar la temperatura ante condiciones ambientales frías, sino para descenderla si en el medio lastemperaturas son e(cesivas. %sí, además de desencadenar los mecanismos de temblor muscular o deerección del pelo !ue incrementa la capacidad aislante del mismo, y regular los niveles de actividadmetabólica oportunos en cada momento, regula otros mecanismos !ue tienen como fin los efectoscontrarios.
&a respiración tiene lugar con el consiguiente intercambio de gases, incluido vapor de agua !ue desciendela temperatura interna del organismo. Es por esto !ue a medida !ue aumenta la temperatura la respiraciónse hace más rápida, permitiendo el mayor intercambio de gases y descendiendo la temperatura al mismo
tiempo !ue se ventila la sangre.Este mismo efecto tiene la vasodilatación de los capilares periféricos !ue tiene lugar cuando aumenta latemperatura ambiental. Estos mecanismos se ven refor#ados con la sudoración !ue elimina agua delorganismo depositándola en su superficie a la misma temperatura !ue el organismo. Esta agua acabaráevaporándose con el consecuente enfriamiento de la piel y la sangre abundante !ue circula por loscapilares dérmicos.
En los casos e(tremos en los !ue estos mecanismos no son suficientes, determinadas especies animalesrecurren a procesos fisiológicos complejos !ue conducen al aletargamiento del animal. El metabolismo seralenti#a y los fenómenos de respiración, pulso y ritmo cardíaco disminuyen hasta casi desaparecer. Estosfenómenos letárgicos se producen en condiciones climatológicas e(tremadamente adversas como losinviernos polares o los veranos en determinadas #onas desérticas del planeta y se conocen respectivamentecomo hibernación y estivación. uando las temperaturas ambientales se van volviendo tolerables, losanimales recuperan lentamente su estado habitual y se normali#an todas las funciones animales.
&as especies de menor envergadura tienen mayores problemas para conseguir mantener la temperaturaconstante, ya !ue la relación entre la superficie corporal y el volumen es mucho mayor !ue en animales demayor tama$o, por lo !ue la pérdida de calor será considerablemente mayor. Este problema escontrarrestado, por un lado con una hiperactividad capa# de generar calor abundante, y por otro
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aumentando el aporte energético por medio de los alimentos, tanto en cantidad como en calidad de losmismos. ero la alimentación rica y copiosa no sería suficiente si estos animales no fuesen capaces dedigerirla y absorber los nutrientes de forma urgente, por lo !ue a diferencia de los animales grandes, !uetienen lentas digestiones, los pe!ue$os mamíferos son capaces de asimilar de forma casi inmediata losnutrientes aportados por los alimentos.
&os animales !ue habitan aguas frías corren el riesgo de perder rápidamente la temperatura corporal. &a
densa capa de grasa subcutánea de todos ellos y el tupido y denso pelaje de muchas de las especies act7ande aislante térmico de manera muy efectiva. También la morfología corporal de estos animales tiende areducir la superficie total, de tal manera !ue disminuye la pérdida de calor.
N!t)i#0t#s ()i0+i(al#s1 +lasi2+a+ió0
&os nutrientes principales son proteínas, grasas, hidratos de carbono, vitaminas y minerales.
Nurienes pl$sicos!
El primer grupo, substancias formadoras de tejidos, lo constituye lo !ue denominamos nutrientes plásticos, es decir, a!uellos !ue forman la estructura de nuestro organismo, es decir, los m7sculos, loshuesos, las vísceras,...
E!uivalen, en el complejo edificio !ue es nuestro cuerpo, a los ladrillos !ue, uno junto a otro, lo vanformando dándole solide# y permitiendo su crecimiento.
Son nutrientes plásticos las proteínas, sobre todo, aun!ue también necesitamos pe!ue$as cantidades deotras substancias plásticas? ácidos grasos, hidratos de carbono, minerales.
Nurienes energ.icos
El segundo grupo, lo constituyen a!uellos nutrientes !ue en nuestro organismo cumplen un papel preferentemente energético. %l ingerirlos, permiten !ue podamos reali#ar todas nuestras actividadesdiarias 3trabajar, comer, estudiar, correr, defendernos del frío, etc4. E!uivalen a la gasolina !ue permite elmovimiento de un automóvil y el funcionamiento de sus mecanismos
Son nutrientes eminentemente energéticos las grasas y los hidratos de carbono. &as proteínas, a7n siendo plásticos, pueden usarse también como energéticos sí se ingieren más de la cantidad !ue necesitamos, locual no cabe duda !ue es un 'despilfarro'.
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Nurienes ReguladoresEl tercer grupo, lo forman a!uellas substancias !ue permitirán a nuestro organismo utili#ar correctamentelas otras ya citadas y desarrollar por tanto sus funciones de modo adecuado. Se trata de substancias sinvalor energético a las cuales denominamos reguladoras? son las vitaminas y determinados minerales,necesarios en cantidades muy pe!ue$as pero imprescindibles para el correcto funcionamiento delmetabolismo en general, como sí de semáforos para el tráfico de la ciudad se tratara.
&as cantidades de nutrientes y de energía !ue cada persona necesita ingerir difieren seg7n las condiciones personales 3edad, se(o, tama$o, actividad física, lactancia, embara#o, etc4 y ambientales 3temperaturaambiente, insolación, etc4 e(istentes, debiendo adaptarse las ingestas a estas condiciones para evitar dese!uilibrios.
RADIACI(N
El fenómeno de la radiación consiste en la propagación de energía en formade ondas electromagnéticas o partículas subatómicas a través del vacío o deun medio material.
I0t)od!++ió0
&a radiación propagada en forma de ondas electromagnéticas 3rayos @P, rayos gamma, rayos F, etc.4 sellama radiación electromagnética, mientras !ue la llamada radiación corpuscular es la radiacióntransmitida en forma de partículas subatómicas 3partículas , partículas , neutrones, etc.4 !ue se muevena gran velocidad, con apreciable transporte de energía.
Si la radiación transporta energía suficiente como para provocar ioni#ación en el medio !ue atraviesa, sedice !ue es una radiación ioni#ante. En caso contrario se habla de radiación no ioni#ante. El carácter ioni#ante o no ioni#ante de la radiación es independiente de su naturale#a corpuscular u ondulatoria.
Son radiaciones ioni#antes los rayos F, rayos , partículas y parte del espectro de la radiación @P entreotros. or otro lado, radiaciones como los rayos @P y las ondas de radio, TP o de telefonía móvil, sonalgunos ejemplos de radiaciones no ioni#antes.
E3a(o)a+ió0
&a evaporación es un proceso físico !ue consiste en el paso lento y gradual de un estado lí!uido hacia unestado gaseoso, tras haber ad!uirido suficiente energía para vencer la tensión superficial. % diferencia de
3"
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la ebullición, la evaporación se puede producir a cual!uier temperatura, siendo más rápido cuanto máselevada sea esta. 9o es necesario !ue toda la masa alcance el punto de ebullición. uando e(iste unespacio libre encima de un lí!uido, una parte de sus moléculas está en forma gaseosa, al e!uilibrase, lacantidad de materia gaseosa define la presión de vapor saturante, la cual no depende del volumen, perovaría seg7n la naturale#a del lí!uido y la temperatura. Si la cantidad de gas es inferior a la presión devapor saturante, una parte de las moléculas pasan de la fase lí!uida a la gaseosa? eso es la evaporación.uando la presión de vapor iguala a la atmosférica, se produce la ebullición.) En hidrología, la
evaporación es una de las variables hidrológicas importantes al momento de establecer el balance hídricode una determinada cuenca hidrográfica o parte de esta. En este caso, se debe distinguir entre laevaporación desde superficies libres y la evaporación desde el suelo. &a evaporación de agua esimportante e indispensable en la vida, ya !ue el vapor de agua, al condensarse se transforma en nubes yvuelve en forma de lluvia, nieve, niebla o rocío.
Pista como una operación unitaria, la evaporación es utili#ada para eliminar el vapor formado por ebullición de una solución o suspensión lí!uida.
S!do)
El sudor es producido generalmente como un medio de refrigeracióncorporal conocido como transpiración. El sudor también puede ser causado por una respuesta física a la estimulación y el miedo, ya !ueestos estímulos aumentan la e(citación !ue el sistema nervioso simpáticoejerce sobre las glándulas sudoríparas.
Trasornos
&a hiperhidrosis es un trastorno !ue consiste en un e(ceso de sudor !ue se produce por fallo de nuestrosistema nervioso autónomo 3simpático4, originando !ue nuestro organismo produ#ca más sudor del !uenecesita para regular la temperatura corporal. 8uchas personas !ue presentan esta enfermedad venafectada su calidad de vida y sienten pérdida de control sobre ella, ya !ue la transpiración se presentaindependientemente de la temperatura y del estado emocional. Esta alteración suele iniciarse en la infanciao la pubertad y normalmente dura toda la vida. Se dice también !ue es hereditaria y ciertos alimentos yolores pueden afectar más a este trastorno.
Seg7n las regiones afectadas por e(ceso de transpiración, se distinguen? sudoración palmar, sudoracióna(ilar y sudoración facial 3un fenómeno asociado a la sudoración facial es el rubor facial, !ue consiste enel enrojecimiento del rostro4.
%demás, se puede distinguir hiperhidrosis primaria e hiperhidrosis secundaria? la primera puede iniciarseen cual!uier momento de la vida6 la segunda, puede deberse a trastornos de la glándula tiroidea o pituitaria, diabetes mellitus, tumores, menopausia o ciertos fármacos.
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Se estima !ue el ) < de la población padece hiperhidrosis primaria6 afecta de igual manera a hombres ymujeres.
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SEGUNDA UNIDAD
MA&NIT!DES Y MEDIDA.
MAGNITUD1 CANTIDAD . UNIDAD-
&a noción de magnitud está inevitablemente relacionada con la de medida. Se denominan magnitudesciertas propiedades o aspectos observables de un sistema físico !ue pueden ser e(presados en forma
numérica. En otros términos, las magnitudes son propiedades o atributos medibles.&a longitud, la masa, el volumen, la fuer#a, la velocidad, la cantidad de sustancia son ejemplos demagnitudes físicas. &a belle#a, sin embargo, no es una magnitud, entre otras ra#ones por!ue no es posibleelaborar una escala y mucho menos un aparato !ue permita determinar cuántas veces una persona o unobjeto es más bello !ue otro.
&a sinceridad o la amabilidad tampoco lo son. Se trata de aspectos cualitativos por!ue indican cualidad yno cantidad.
En el lenguaje de la física la noción de cantidad se refiere al valor !ue toma una magnitud dada en uncuerpo o sistema concreto6 la longitud de esta mesa, la masa de a!uella moneda, el volumen de eselapicero, son ejemplos de cantidades.
@na cantidad de referencia se denomina unidad y el sistema físico !ue encarna la cantidad consideradacomo una unidad se denomina patrón.
La '#dida +o'o +o'(a)a+ió0-
&a medida de una magnitud física supone, en 7ltimo e(tremo, la comparación del objeto !ue encarnadicha propiedad con otro de la misma naturale#a !ue se toma como referencia y !ue constituye el patrón.
&a medida de longitudes se efectuaba en la antigedad empleando una vara como patrón, es decir,
determinando cuántas veces la longitud del objeto a medir contenía a la de patrón. &a vara, como predecesora del metro de sastre, ha pasado a la historia como una unidad de medida e!uivalente a C:G,*mm. Este tipo de comparación inmediata de objetos corresponde a las llamadas medidas directas.
on frecuencia, la comparación se efect7a entre atributos !ue, aun cuando está relacionado con lo !ue sedesea medir, son de diferente naturale#a. Tal es el caso de las medidas térmicas, en las !ue comparandolongitudes sobre la escala graduada de un termómetro se determinan temperaturas. Esta otra clase demedidas se denominan indirectas.
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Ti(os d# 'a"0it!d#s-
Entre las distintas propiedades medibles puede establecerse una clasificación básica. @n grupo importantede ellas !uedan perfectamente determinadas cuando se e(presa su cantidad mediante un n7mero seguidode la unidad correspondiente. Este tipo de magnitudes reciben el nombre de magnitudes escalares. &alongitud, el volumen, la masa, la temperatura, la energía, son sólo algunos ejemplos.
Al"!0as O(#)a+io0#s Co0 V#+to)#s-
&a suma de dos vectores a y b con un origen com7n se define mediante la llamada regla del paralelogramo, seg7n la cual el vector suma s es igual a la diagonal del paralelogramo /considerada comosegmento orientado/ formado por a, b y sus respectivas paralelas tra#adas por los e(tremos de ambosvectores. @na de las características de la suma vectorial es !ue el módulo o longitud del vector suma no esigual, en general, a la suma de los módulos de los vectores sumando.
omo sucede con los n7meros, la diferencia de dos vectores debe entenderse como la suma de uno deellos con el opuesto del otro?
d a / b a Y 3/b4"ado un vector v se define el opuesto de v como otro vector de igual módulo y dirección, pero de sentidocontrario. Se representa como /v. @tili#ando el anterior es!uema del paralelogramo, el vector diferenciacoincide en longitud y dirección con la otra diagonal del paralelogramo y su sentido es tal !ue apuntahacia el vector minuendo o primer término de la suma.
Es decir, como n veces el vector inicial. Este procedimiento se puede e(tender a cual!uier otro n7meroreal, de modo !ue el producto de un vector por un n7mero es otro vector !ue tiene por módulo el productodel n7mero por el módulo del vector original, por dirección la misma y por sentido el mismo o el opuestoseg7n el n7mero n en cuestión sea positivo o negativo.
SISTEMAS DE UNIDADES-
Oué es un sistema de unidades
En las ciencias físicas tanto las leyes como las definiciones relacionan matemáticamente entre sí grupos, por lo general amplios, de magnitudes. or ello es posible seleccionar un conjunto reducido pero completode ellas de tal modo !ue cual!uier otra magnitud pueda ser e(presada en función de dicho conjunto.
Esas pocas magnitudes relacionadas se denominan magnitudes fundamentales, mientras !ue el resto !ue pueden e(presarse en función de las fundamentales recibe el nombre de magnitudes derivadas.
uando se ha elegido ese conjunto reducido y completo de magnitudes fundamentales y se han definidocorrectamente sus unidades correspondientes, se dispone entonces de un sistema de unidades.
&a definición de unidades dentro de un sistema se atiene a diferentes criterios. %sí la unidad ha de ser constante como corresponde a su función de cantidad de referencia e!uivalente para las diferentesmediciones, pero también ha de ser reproducible con relativa facilidad en un laboratorio.
%sí, por ejemplo, la definición de amperio como unidad de intensidad de corriente ha evolucionado sobrela base de este criterio.
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"ebido a !ue las fuer#as se saben medir con bastante precisión y facilidad, en la actualidad se define elamperio a partir de un fenómeno electromagnético en el !ue aparecen fuer#as entre conductores cuyamagnitud depende de la intensidad de corriente.
EL SISTEMA INTERNACIONAL DE UNIDADES 4SI5-
&as condiciones de definición de un sistema de unidades permitiría el establecimiento de una considerablevariedad de ellos. %sí, es posible elegir conjuntos de magnitudes fundamentales diferentes o incluso, aunaceptando el mismo conjunto, elegir y definir unidades distintas de un sistema a otro.
"esde un punto de vista formal, cada científico o cada país podría operar con su propio sistema deunidades, sin embargo, y aun!ue en el pasado tal situación se ha dado con cierta frecuencia 3recuérdenselos países anglosajones con sus millas, pies, libras, grados ahrenheit, etc.4, e(iste una tendenciagenerali#ada a adoptar un mismo sistema de unidades con el fin de facilitar la cooperación ycomunicación en el terreno científico y técnico.
El Sistema Anternacional de @nidades 3abreviadamente SA4 distingue y establece, además de las
magnitudes básicas y de las magnitudes derivadas, un tercer tipo formado por a!uellas !ue a7n no estánincluidas en ninguno de los dos anteriores, son denominadas magnitudes suplementarias.
El SA toma como magnitudes fundamentales la longitud, la masa, el tiempo, la intensidad de corrienteeléctrica, la temperatura absoluta, la intensidad luminosa y la cantidad de sustancia, y fija lascorrespondientes unidades para cada una de ellas.
% estas siete magnitudes fundamentales hay !ue a$adir dos suplementarias asociadas a medidas angulares,el ángulo plano y el ángulo sólido.
&a definición de las diferentes unidades fundamentales ha evolucionado con el tiempo al mismo ritmo !uelas propias ciencias físicas. %sí, el segundo se definió inicialmente como )BCH > la duración del día solar medio, esto es, promediado a lo largo de un a$o.
@n día normal tiene +> horas apro(imadamente, es decir +> k H ) > k H CH > segundos6 noobstante, esto tan sólo es apro(imado, pues la duración del día varía a lo largo del a$o en algunossegundos, de ahí !ue se tome como referencia la duración promediada del día solar.
ero debido a !ue el periodo de rotación de la Tierra puede variar, y de hecho varía, se ha acudido alátomo para buscar en él un periodo de tiempo fijo al cual referir la definición de su unidad fundamental.
El "isema Inernacional+
% lo largo de la historia el hombre ha venido empleando diversos tipos de sistemas de unidades. Estosestán íntimamente relacionados con la condición histórica de los pueblos !ue las crearon, las adaptaron olas impusieron a otras culturas. Su permanencia y e(tensión en el tiempo lógicamente también ha !uedadoligada al destino de esos pueblos y a la aparición de otros sistemas más coherentes y generali#ados. Elsistema anglosajón de medidas /millas, pies, libras, Drados ahrenheit/ todavía en vigor en determinadasáreas geográficas, es, no obstante, un ejemplo evidente de un sistema de unidades en recesión. =trossistemas son el cegesimal /centímetro, gramo, segundo/, el terrestre o técnico /metro/2ilogramo, fuer#a/segundo/, el Diorgi o 8WS /metro, 2ilogramo, segundo/ y el sistema métrico decimal, muy e(tendido enciencia, industria y comercio, y !ue constituyó la base de elaboración del Sistema Anternacional.
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/nidades 0undamenales+
Metro 3m4 Es la longitud del trayecto recorrido en el vacío por la lu# durante un tiempo de )B+** ;*+ >GCde segundo.
6ilo'ramo 32g4 Es la masa del prototipo internacional de platino iridiado !ue se conserva en la =ficina deesas y 8edidas de arís.
!e'udo 3s4 @nidad de tiempo !ue se define como la duración de * )*+ H:) ;; periodos de la radiacióncorrespondiente a la transición entre dos niveles hiperfinos del estado fundamental del átomo de cesio)::.
Ampere 3%4 Es la intensidad de corriente constante !ue, mantenida en dos conductores rectilíneos, paralelos, de longitud infinita, de sección circular despreciable y colocados a una distancia de un metro eluno del otro, en el vacío, produce entre estos conductores una fuer#a igual a + )/; 9 por cada metro delongitud.
6el7i 3W4 @nidad de temperatura termodinámica correspondiente a la fracción )B+;:, )H de la
temperatura termodinámica del punto triple del agua.
Cadela 3cd4 @nidad de intensidad luminosa, correspondiente a la fuente !ue emite una radiaciónmonocromática de frecuencia G> ll+ -# y cuya intensidad energética en esa dirección es )BHC: 1 sr/).
Mol 3mol4 antidad de sustancia de un sistema !ue contiene tantas entidades elementales como átomoshay en ,)+ 2g de carbono )+.
/nidades Derivadas+
Coulomb (C, antidad de electricidad transportada en un segundo por una corriente de un amperio.
8oule (8, Trabajo producido por una fuer#a de un ne^ton cuando su punto de aplicación se despla#a ladistancia de un metro en la dirección de la fuer#a.
Ne9to (N, Es la fuer#a !ue, aplicada a un cuerpo !ue tiene una masa de ) 2ilogramo, le comunica unaaceleración de ) metro por segundo, cada segundo.
"ascal ("a, @nidad de presión. Es la presión uniforme !ue, actuando sobre una superficie plana de )metro cuadrado, ejerce perpendicularmente a esta superficie una fuer#a total de ) ne^ton.
:olt (:, @nidad de tensión eléctrica, potencial eléctrico, fuer#a electromotri#. Es la diferencia de potencial eléctrico !ue e(iste entre dos puntos de un hilo conductor !ue transporta una corriente deintensidad constante de ) ampere cuando la potencia disipada entre esos puntos es igual a ) ^att.
;att (;, otencia !ue da lugar a una producción de energía igual a ) joule por segundo.
O<m (=, @nidad de resistencia eléctrica. Es la resistencia eléctrica !ue e(iste entre dos puntos de unconductor cuando una diferencia de potencial constante de ) volt aplicada entre estos dos puntos produce,en dicho conductor, una corriente de intensidad ) ampere, cuando no haya fuer#a electromotri# en elconductor.
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;eber (;b, @nidad de flujo magnético, flujo de inducción magnética. Es el flujo magnético !ue, alatravesar un circuito de una sola espira produce en la misma una fuer#a electromotri# de ) volt si se anuladicho flujo en ) segundo por decrecimiento uniforme.
F!#)6a
En física, la fuer#a es una magnitud vectorial !ue mide la Antensidad del intercambio de momento linealentre dos partículas o sistemas de partículas. Seg7n una definición clásica, fuer#a es todo agente capa# demodificar la cantidad de movimiento o la forma de los materiales. 9o debe confundirse con los conceptosde esfuer#o o de energía.
En el Sistema Anternacional de @nidades, la unidad de medida de fuer#a es el ne^ton !ue se representacon el símbolo? 9 , nombrada así en reconocimiento a Asaac 9e^ton por su aportación a la física,especialmente a la mecánica clásica. El ne^ton es una unidad derivada !ue se define como la fuer#anecesaria para proporcionar una aceleración de ) mBs a un objeto de ) 2g de masa.
&a fuer#a es una magnitud física de carácter vectorial capa# de deformar los cuerpos 3efecto estático4,
modificar su velocidad o vencer su inercia y ponerlos en movimiento si estaban inmóviles 3efectodinámico4. En este sentido la fuer#a puede definirse como toda acción o influencia capa# de modificar elestado de movimiento o de reposo de un cuerpo 3imprimiéndole una aceleración !ue modifica el módulo ola dirección de su velocidad4.
E0#)"ía
El término energía tiene diversas acepciones y definiciones, relacionadas con la idea de una capacidad para obrar, transformar o poner en movimiento.
En física, Zenergía[ se define como la capacidad para reali#ar un trabajo. En tecnología y economía,Zenergía[ se refiere a un recurso natural 3incluyendo a su tecnología asociada4 para e(traerla,transformarla y darle un uso industrial o económico.
El +o0+#(to d# #0#)"ía #0 7ísi+a-
Mec$nica cl$sica+
En física clásica, la ley universal de conservación de la energía ]!ue es el fundamento del primer principio de la termodinámica], indica !ue la energía ligada a un sistema aislado permanece constante en
el tiempo. Eso significa !ue para multitud de sistemas físicos clásicos la suma de la energía mecánica, laenergía calorífica, la energía electromagnética, y otros tipos de energía potencial es un n7mero constante.or ejemplo, la energía cinética se cuantifica en función del movimiento de la materia, la energía potencialseg7n propiedades como el estado de deformación o a la posición de la materia en relación con las fuer#as!ue act7an sobre ella, la energía térmica seg7n su capacidad calorífica, y la energía !uímica seg7n lacomposición !uímica.
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Mec$nica relaivisa
En teoría de la relatividad el principio de conservación de la energía se cumple, aun!ue debe redefinirse lamedida de la energía para incorporar la energía asociada a la masa, ya !ue en mecánica relativista, si seconsiderara la energía definida al modo de la mecánica clásica entonces resultaría una cantidad !ue noconserva constante. %sí pues, la teoría de la relatividad especial establece una e!uivalencia entre masa yenergía por la cual todos los cuerpos, por el hecho de estar formados de materia, poseen una energía
adicional e!uivalente a scriptstyle E mc+, y si se considera el principio de conservación de la energíaesta energía debe ser tomada en cuenta para obtener una ley de conservación 3naturalmente encontrapartida la masa no se conserva en relatividad, sino !ue la 7nica posibilidad para una ley deconservación es contabili#ar juntas la energía asociada a la masa y el resto de formas de energía4.
Mec$nica cu$nica
En mecánica cuántica el resultado de la medida de una magnitud en el caso general no da un resultadodeterminista, por lo !ue sólo puede hablarse del valor de la energía de una medida no de la energía del
sistema. El valor de la energía en general es una variable aleatoria, aun!ue su distribución si puede ser calculada, si bien no el resultado particular de una medida. En mecánica cuántica el valor esperado de laenergía de un sistema estacionario se mantiene constante. Sin embargo, e(isten estados !ue no son propiosdel hamiltoniano para los cuales la energía esperada del estado fluct7a, por lo !ue no es constante. &avarian#a de la energía medida además puede depender del intervalo de tiempo, de acuerdo con el principiode indeterminación de -eisenberg.
E'presión maem$ica
&a energía es una propiedad de los sistemas físicos, no es un estado físico real, ni una 'sustanciaintangible'. En mecánica clásica se representa como una magnitud escalar. &a energía es una abstracciónmatemática de una propiedad de los sistemas físicos. or ejemplo, se puede decir !ue un sistema conenergía cinética nula está en reposo. En problemas relativistas la energía de una partícula no puede ser representada por un escalar invariante, sino por la componente temporal de un cuadrivector energía/momento 3cuadrimomento4, ya !ue diferentes observadores no miden la misma energía si no se mueven ala misma velocidad con respecto a la partícula. Si se consideran distribuciones de materia continuas, ladescripción resulta todavía más complicada y la correcta descripción de la cantidad de movimiento y laenergía re!uiere el uso del tensor de energía/impulso.
Energ%a en diversos ipos de sisemas *%sicos&a energía también es una magnitud física !ue se presenta bajo diversas formas, está involucrada en todoslos procesos de cambio de estado físico, se transforma y se transmite, depende del sistema de referencia y
fijado éste se conserva.) or lo tanto, todo cuerpo es capa# de poseer energía en función de sumovimiento, posición, temperatura, masa, composición !uímica, y otras propiedades.
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Físi+a +l8si+a-E la mecáica se ecuetra4
Energía mecánica? Oue es la combinación o suma de los siguientes tipos?
Energía cinética? 0elativa al movimiento.
Energía potencial? &a asociada a la posición dentro de un campo de fuer#as conservativo. or ejemplo,
está la energía potencial gravitatoria y la energía potencial elástica 3o energía de deformación, llamada asídebido a las deformaciones elásticas4. @na onda también es capa# de transmitir energía al despla#arse por un medio elástico.
E electroma'etismo se tiee a la4
Energía electromagnética, !ue se compone de?
Energía radiante? la energía !ue poseen las ondas electromagnéticas.
Energía calórica? la cantidad de energía !ue la unidad de masa de materia puede desprender al producirseuna reacción !uímica de o(idación.
Energía potencial eléctrica 3véase potencial eléctrico4Energía eléctrica? resultado de la e(istencia de una diferencia de potencial entre dos puntos.
E la termodiámica está4
Energía interna, !ue es la suma de la energía mecánica de las partículas constituyentes de un sistema.
Energía térmica, !ue es la energía liberada en forma de calor.
otencial termodinámico, la energía relacionada con las variables de estado.
Físi+a )#lati3ista-
E la relati7idad está4
Energía en reposo, !ue es la energía debida a la masa seg7n la conocida fórmula de Einstein, Emc+, !ueestablece la e!uivalencia entre masa y energía.
Energía de desintegración, !ue es la diferencia de energía en reposo entre las partículas iniciales y finalesde una desintegración.
%l redefinir el concepto de masa, también se modifica el de energía cinética 3véase relación de energía/
momento4.3&sica cuática
En física cuántica, la energía es una magnitud ligada al operador hamiltoniano. &a energía total de unsistema no aislado de hecho puede no estar definida? en un instante dado la medida de la energía puedearrojar diferentes valores con probabilidades definidas. En cambio, para los sistemas aislados en los !ue elhamiltoniano no depende e(plícitamente del tiempo, los estados estacionarios sí tienen una energía biendefinida. %demás de la energía asociada a la materia ordinaria o campos de materia, en física cuánticaaparece la?
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Energía del vacío? un tipo de energía e(istente en el espacio, incluso en ausencia de materia.
>u&mica2
En !uímica aparecen algunas formas específicas no mencionadas anteriormente?
Energía de ioni#ación, una forma de energía potencial, es la energía !ue hace falta para ioni#ar unamolécula o átomo.
Energía de enlace, es la energía potencial almacenada en los enlaces !uímicos de un compuesto. &asreacciones !uímicas liberan o absorben esta clase de energía, en función de la entalpía y energía calórica.
Si estas formas de energía son consecuencia de interacciones biológicas, la energía resultante es bio!uímica, pues necesita de las mismas leyes físicas !ue aplican a la !uímica, pero los procesos por loscuales se obtienen son biológicos, como norma general resultante del metabolismo celular 3véase 0utametabólica4.
odemos encontrar ejemplos de energía !uímica en la vida de los seres vivos, es decir, en la vida biológica. "os de los procesos más importantes !ue necesitan de este tipo de energía es el proceso defotosíntesis en vegetales y la respiración en los animales. En la fotosíntesis, los vegetales utili#an clorofila para separar el agua y así convertirla después en hidrógeno y o(ígeno? el hidrógeno, combinado con el
carbono del ambiente, producirá carbohidratos. En la respiración sucede lo contrario? el o(ígeno esutili#ado para !uemar moléculas de carbohidratos.
LEYES DE NE9TON.
&as leyes de 9e^ton, también conocidas como leyes del movimiento de 9e^ton,) son tres principios a partir de los cuales se e(plican la mayor parte de los problemas planteados por la mecánica, en particular, a!uellosrelativos al movimiento de los cuerpos. 0evolucionaron los conceptos básicos de la física y el movimiento de los cuerpos en el universo.
onstituyen los cimientos no solo de la dinámica clásica sino también de lafísica clásica en general. %un!ue incluyen ciertas definiciones y en ciertosentido pueden verse como a(iomas, 9e^ton afirmó !ue estaban basadasen observaciones y e(perimentos cuantitativos6 ciertamente no puedenderivarse a partir de otras relaciones más básicas. &a demostración de su valide# radica en sus predicciones... &a valide# de esas predicciones fue verificada en todos y cada uno de los casos durantemás de dos siglos.
F!0da'#0tos t#ó)i+os d# las l#*#s-
&a base teórica !ue permitió a 9e^ton establecer sus leyes está también precisada en sushilosophiaenaturalis principia mathematica.
El primer concepto !ue maneja es el de masa, !ue identifica con Zcantidad de materia[. &a importancia deesta precisión está en !ue permite prescindir de toda cualidad !ue no sea física/matemática a la hora detratar la dinámica de los cuerpos. on todo, utili#a la idea de éter para poder mecani#ar todo a!uello noreducible a su concepto de masa.
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9e^ton no asume a continuación !ue la cantidad de movimiento es el resultado del producto de la masa por la velocidad, y define dos tipos de fuer#as? la vis insita, !ue es proporcional a la masa y !ue refleja lainercia de la materia, y la vis impressa 3momento de fuer#a4, !ue es la acción !ue cambia el estado de uncuerpo, sea cual sea ese estado6 la vis impressa, además de producirse por cho!ue o presión, puededeberse a la vis centrípeta 3fuer#a centrípeta4, una fuer#a !ue lleva al cuerpo hacia alg7n puntodeterminado. % diferencia de las otras causas, !ue son acciones de contacto, la vis centrípeta es una accióna distancia. En esta distingue 9e^ton tres tipos de cantidades de fuer#a? una absoluta, otra aceleradora y,finalmente, la motora, !ue es la !ue interviene en la ley fundamental del movimiento.
En tercer lugar, precisa la importancia de distinguir entre lo absoluto y relativo siempre !ue se hable detiempo, espacio, lugar o movimiento.
En este sentido, 9e^ton, !ue entiende el movimiento como una traslación de un cuerpo de un lugar a otro, para llegar al movimiento absoluto y verdadero de un cuerpo.
ompone el movimiento 3relativo4 de ese cuerpo en el lugar 3relativo4 en !ue se lo considera, con elmovimiento 3relativo4 del lugar mismo en otro lugar en el !ue esté situado, y así sucesivamente, paso a paso, hasta llegar a un lugar inmóvil, es decir, al sistema de referencias de los movimientos absolutos.:
"e acuerdo con esto, 9e^ton establece !ue los movimientos aparentes son las diferencias de losmovimientos verdaderos y !ue las fuer#as son causas y efectos de estos. onsecuentemente, la fuer#a en 9e^ton tiene un carácter absoluto, no relativo.
PRIMERA LE. DE NE9TON O LE. DE LA INERCIA-
&a primera ley del movimiento rebate la idea aristotélica de !ue un cuerpo solo puede mantenerse enmovimiento si se le aplica una fuer#a. 9e^ton e(pone !ue?
Todo cuerpo persevera en su estado de reposo o movimiento uniforme y rectilíneo a no ser !ue seaobligado a cambiar su estado por fuer#as impresas sobre él.
Esta ley postula, por tanto, !ue un cuerpo no puede cambiar por sí solo su estado inicial, ya sea en reposoo en movimiento rectilíneo uniforme, a menos !ue se apli!ue una fuer#a o una serie de fuer#as cuyoresultante no sea nulo sobre él. 9e^ton toma en cuenta, así, el !ue los cuerpos en movimiento estánsometidos constantemente a fuer#as de roce o fricción, !ue los frena de forma progresiva, algo novedosorespecto de concepciones anteriores !ue entendían !ue el movimiento o la detención de un cuerpo se debíae(clusivamente a si se ejercía sobre ellos una fuer#a, pero nunca entendiendo como está a la fricción.
En consecuencia, un cuerpo con movimiento rectilíneo uniforme implica !ue no e(iste ninguna fuer#ae(terna neta o, dicho de otra forma6 un objeto en movimiento no se detiene de forma natural si no se aplicauna fuer#a sobre él. En el caso de los cuerpos en reposo, se entiende !ue su velocidad es cero, por lo !ue siesta cambia es por!ue sobre ese cuerpo se ha ejercido una fuer#a neta.
&a primera ley de 9e^ton sirve para definir un tipo especial de sistemas de referencia conocidos comoSistemas de referencia inerciales, !ue son a!uellos sistemas de referencia desde los !ue se observa !ue uncuerpo sobre el !ue no act7a ninguna fuer#a neta se mueve con velocidad constante.
SEGUNDA LE. DE NE9TON O LE. DE FUER:A-&a segunda ley del movimiento de 9e^ton dice?
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El cambio de movimiento es proporcional a la fuer#a motri# impresa y ocurre seg7n la línea recta a lolargo de la cual a!uella fuer#a se imprime.
Esta ley e(plica !ué ocurre si sobre un cuerpo en movimiento 3cuya masa no tiene por !ué ser constante4act7a una fuer#a neta? la fuer#a modificará el estado de movimiento, cambiando la velocidad en módulo odirección. En concreto, los cambios e(perimentados en el momento lineal de un cuerpo son proporcionales a la fuer#a motri# y se desarrollan en la dirección de esta6 las fuer#as son causas !ue producen aceleraciones en los cuerpos. onsecuentemente, hay relación entre la causa y el efecto, la
fuer#a y la aceleración están relacionadas. "icho sintéticamente, la fuer#a se define simplemente enfunción del momento !ue se aplica a un objeto, con lo !ue dos fuer#as serán iguales si causan la mismatasa de cambio en el momento del objeto.
En la mayoría de las ocasiones hay más de una fuer#a actuando sobre un objeto, en este caso es necesariodeterminar una sola fuer#a e!uivalente ya !ue de ésta depende la aceleración resultante. "icha fuer#ae!uivalente se determina al sumar todas las fuer#as !ue act7an sobre el objeto y se le da el nombre defuer#a neta.
En términos matemáticos esta ley se e(presa mediante la relación?
"ónde?
es el momento lineal
la fuer#a total o fuer#a resultante.
Suponiendo !ue la masa es constante y !ue la velocidad es muy inferior a la velocidad de la lu#b laecuación anterior se puede reescribir de la siguiente manera?
Sabemos !ue mathbfp es el momento lineal, !ue se puede escribir m.P donde m es la masa del cuerpoy P su velocidad.
onsideramos a la masa constante y podemos aplicando estas modificaciones a la ecuaciónanterior?
&a fuer#a es el producto de la masa por la aceleración, !ue es la ecuación fundamental de la dinámica,donde la constante de proporcionalidad, distinta para cada cuerpo, es su masa de inercia. Peamos losiguiente, si despejamos m de la ecuación anterior obtenemos !ue m es la relación !ue e(iste entremathbf y mathbfa. Es decir la relación !ue hay entre la fuer#a aplicada al cuerpo y la aceleraciónobtenida. uando un cuerpo tiene una gran resistencia a cambiar su aceleración 3una gran masa4 se dice!ue tiene mucha inercia. Es por esta ra#ón por la !ue la masa se define como una medida de la inercia delcuerpo.
or tanto, si la fuer#a resultante !ue act7a sobre una partícula no es cero, esta partícula tendrá unaaceleración proporcional a la magnitud de la resultante y en dirección de ésta. &a e(presión anterior asíestablecida es válida tanto para la mecánica clásica como para la mecánica relativista, a pesar de !ue la
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definición de momento lineal es diferente en las dos teorías? mientras !ue la dinámica clásica afirma !uela masa de un cuerpo es siempre la misma, con independencia de la velocidad con la !ue se mueve, lamecánica relativista establece !ue la masa de un cuerpo aumenta al crecer la velocidad con la !ue semueve dicho cuerpo.
"e la ecuación fundamental se deriva también la definición de la unidad de fuer#a o ne^ton 394. Si lamasa y la aceleración valen ), la fuer#a también valdrá )6 así, pues, el ne^ton es la fuer#a !ue aplicada auna masa de un 2ilogramo le produce una aceleración de ) mBs. Se entiende !ue la aceleración y la fuer#a
han de tener la misma dirección y sentido.
&a importancia de esa ecuación estriba sobre todo en !ue resuelve el problema de la dinámica dedeterminar la clase de fuer#a !ue se necesita para producir los diferentes tipos de movimiento? rectilíneouniforme 3m.r.u4, circular uniforme 3m.c.u4 y uniformemente acelerado 3m.r.u.a4.
Si sobre el cuerpo act7an muchas fuer#as, habría !ue determinar primero el vector suma de todas esasfuer#as. or 7ltimo, si se tratase de un objeto !ue cayese hacia la tierra con una resistencia del aire igual acero, la fuer#a sería su peso, !ue provocaría una aceleración descendente igual a la de la gravedad.
TERCERA LE. DE NE9TON O PRINCIPIO DE ACCIÓN . REACCIÓN-
on toda acción ocurre siempre una reacción igual y contraria? !uiere decir !ue las acciones mutuas dedos cuerpos siempre son iguales y dirigidas en sentido opuesto.
&a tercera ley de 9e^ton es completamente original 3pues las dos primeras ya habían sido propuestas deotras maneras por Dalileo, -oo2e y -uygens4 y hace de las leyes de la mecánica un conjunto lógico ycompleto.C E(pone !ue por cada fuer#a !ue act7a sobre un cuerpo 3empuje4, este reali#a una fuer#a deigual intensidad, pero de sentido contrario sobre el cuerpo !ue la produjo. "icho de otra forma, lasfuer#as, situadas sobre la misma recta, siempre se presentan en pares de igual magnitud y de dirección, pero con sentido opuesto.
Este principio presupone !ue la interacción entre dos partículas se propaga instantáneamente en el espacio3lo cual re!ueriría velocidad infinita4, y en su formulación original no es válido para fuer#aselectromagnéticas puesto !ue estas no se propagan por el espacio de modo instantáneo sino !ue lo hacen avelocidad finita 'c'.
ELASTICIDAD Y RESISTENCIA DE LOS MATERIALES.
En física el término elasticidad designa la propiedad mecánica de ciertos materiales de sufrir deformaciones reversibles cuando se encuentran sujetos a la acción de fuer#as e(teriores y de recuperar laforma original si estas fuer#as e(teriores se eliminan.
&a elasticidad es estudiada por la teoría de la elasticidad, !ue a su ve# es parte de la mecánica de sólidosdeformables. &a teoría de la elasticidad 3TE4 como la mecánica de sólidos 38S4 deformables describecómo un sólido 3o fluido totalmente confinado4 se mueve y deforma como respuesta a fuer#as e(teriores.&a diferencia entre la TE y la 8S es !ue la primera solo trata sólidos en !ue las deformaciones sontermodinámicamente reversibles y en los !ue el estado tensiones en un punto en un instante dadodependen solo de las deformaciones en el mismo punto y no de las deformaciones anteriores 3ni el valor de otras magnitudes en un instante anterior4. ara un sólido elástico la ecuaciónconstitutiva funcionalmente es de la forma?
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"onde denota el conjunto de tensores simétricos de segundo orden del espacio euclídeo. Si elsólido es homogéneo el valor de la función anterior no dependerá del segundo argumento.
&a propiedad elástica de los materiales está relacionada, como se ha mencionado, con la capacidad de unsólido de sufrir transformaciones termodinámicas reversibles e independencia de la velocidad dedeformación 3los sólidos viscoelásticos y los fluidos, por ejemplo, presentan tensiones dependientes dela velocidad de deformación4. uando sobre un sólido deformable act7an fuer#as e(teriores y éste sedeforma se produce un trabajo de estas fuer#as !ue se almacena en el cuerpo en forma de energía potencial elástica y por tanto se producirá un aumento de la energía interna. El sólido se comportaráelásticamente si este incremento de energía puede reali#arse de forma reversible, en este caso se dice !ueel sólido es elástico.
R#sist#0+ia-&a resistencia de materiales clásica es una disciplina de la ingeniería mecánica, la ingeniería estructural yla ingeniería industrial !ue estudia los sólidos deformables mediante modelos simplificados. &a resistenciade un elemento se define como su capacidad para resistir esfuer#os y fuer#as aplicadas sin romperse,
ad!uirir deformaciones permanentes o deteriorarse de alg7n modo.
E07o!# d# la )#sist#0+ia d# 'at#)ial#s-&a teoría de sólidos deformables re!uiere generalmente trabajar con tensiones y deformaciones. Estasmagnitudes vienen dadas por campos tensoriales definidos sobre dominios tridimensionales !ue satisfacencomplicadas ecuaciones diferenciales.
Sin embargo, para ciertas geometrías apro(imadamente unidimensionales 3vigas, pilares, celosías, arcos,etc.4 o bidimensionales 3 placas y láminas, membranas, etc.4 el estudio puede simplificarse y se puedenanali#ar mediante el cálculo de esfuer#os internos definidos sobre una línea o una superficie en lugar de
tensiones definidas sobre un dominio tridimensional. %demás las deformaciones pueden determinarse conlos esfuer#os internos a través de cierta hipótesis cinemática. En resumen, para esas geometrías todo elestudio puede reducirse al estudio de magnitudes alternativas a deformaciones y tensiones.
El es!uema teórico de un análisis de resistencia de materiales comprende?
• &a hipótesis cinemática establece cómo serán las deformaciones o el campo de despla#amientos para un determinado tipo de elementos bajo cierto tipo de solicitudes. ara pie#as prismáticas lashipótesis más comunes son la hipótesis de 5ernouilli/9avier para la fle(ión y la hipótesis deSaint/Penant para la torsión.
• &a ecuación constitutiva, !ue establece una relación entre las deformaciones o despla#amientosdeducibles de la hipótesis cinemática y las tensiones asociadas. Estas ecuaciones son casos
particulares de lasecuaciones de &amé/-oo2e.
• &as ecuaciones de e!uivalencia son ecuaciones en forma de integral !ue relacionan las tensionescon los esfuer#os internos.
• &as ecuaciones de e!uilibrio relacionan los esfuer#os internos con las fuer#as e(teriores.
En las aplicaciones prácticas el análisis es sencillo. Se construye un es!uema ideal de cálculo formado por elementos unidimensionales o bidimensionales, y se aplican fórmulas preestablecidas en base al tipo desolicitación !ue presentan los elementos. Esas fórmulas preestablecidas !ue no necesitan ser deducidas
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para cada caso, se basan en el es!uema de cuatro puntos anterior. 8ás concretamente la resolución práctica de un problema de resistencia de materiales sigue los siguientes pasos?
). Cálculo de esfuer?os, se plantean las ecuaciones de e!uilibrio y ecuaciones de compatibilidad!ue sean necesarias para encontrar los esfuer#os internos en función de las fuer#as aplicadas.
+. Aálisis resistete, se calculan las tensiones a partir de los esfuer#os internos. &a relación entretensiones y deformaciones depende del tipo de solicitación y de la hipótesis cinemática
asociada? fle(ión de 5ernouilli, fle(ión de Timoshen2o, fle(ión esviada, tracción, pandeo, torsiónde oulomb, teoría de ollignon para tensiones cortantes, etc.
:. Aálisis de ri'ide?, se calculan los despla#amientos má(imos a partir de las fuer#as aplicadas olos esfuer#os internos. ara ello puede recurrirse directamente a la forma de la hipótesiscinemática o bien a la ecuación de la curva elástica, las fórmulas vectoriales de 9avier/5resse olos teoremas de astigliano.
$i(ót#sis +i0#'8ti+a- &a hipótesis cinemática es una especificación matemática de los despla#amientos de un sólido deformable!ue permite calcular las deformaciones en función de un conjunto de parámetros incógnita.
El concepto se usa especialmente en el cálculo de elementos lineales 3por ejemplo, vigas4 y elementos bidimensionales, donde gracias a la hipótesis cinemática se pueden obtener relaciones funcionales mássimples. %sí pues, gracias a la hipótesis cinemática se pueden relacionar los despla#amientos en cual!uier punto del sólido deformable de un dominio tridimensional con los despla#amientos especificados sobre unconjunto unidimensional o bidimensional.
$i(ót#sis +i0#'8ti+a #0 #l#'#0tos li0#al#s-&a resistencia de materiales propone para elementos lineales o prismas mecánicos, comolas vigas y pilares, en las !ue el despla#amiento de cual!uier punto se puede calcular a partir de
despla#amientos y giros especificados sobre el eje baricéntrico. Eso significa !ue por ejemplo paracalcular una viga en lugar de espeficar los despla#amientos de cual!uier punto en función de trescoordenadas, podemos e(presarlos como función de una sola coordenada sobre el eje baricéntrico, lo cualconduce a sistemas de ecuaciones diferenciales relativamente simples. E(isten diversos tipos de hipótesiscinemáticas seg7n el tipo de solicitación de la viga o elemento unidimensional?
• &a hipótesis de 9avier/5ernouilli, !ue se usa para elementos lineales alargados sometidosa fle(ión cuando las deformaciones por cortante resultan pe!ue$as.
• &a hipótesis de Timoshen2o, !ue se usa para los elementos lineales sometidos a fle(ión en un casototalmente general ya !ue no se desprecia la deformación por cortante.
• &a hipótesis de Saint/Penant para la e(tensión, usada en pie#as con esfuer#o normal para #onas dela viga alejadas de la #ona de aplicación de las cargas.
• &a hipótesis de Saint/Penant para la torsión se usa para pie#as prismáticas sometidas a torsión yen pie#as con rigide# torsional grande.
• &a hipótesis de oulomb se usa para pie#as prismáticas sometidas a torsión y en pie#as conrigide# torsional grande y sección circular o tubular. Esta hipótesis constituye una especiali#acióndel caso anterior.
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$i(ót#sis +i0#'8ti+a #0 #l#'#0tos s!(#)2+ial#sara placas y láminas sometidas a fle(ión se usan dos hipótesis, !ue se pueden poner en correspondenciacon las hipótesis de vigas?
-ipótesis de &ove/Wirchhoff
-ipótesis de 0eissner/8indlin
RESISTENCIA Y ESTR!CT!RA DE LOS 6!ESOS.
Co,-o+icin : e+t*ct*a de lo+ ;e+o+<
&os huesos son estructuras resistentes de color blando amarillentocompuestos de sustancias minerales y orgánicas.&as sales minerales le dan dure#a y resistencia a los huesos y son?osfato de calcio CG por ).
arbonato de calcio * por )luoruro de calcio > por )osfato de magnesio + por )&a oseína es la sustancia orgánica y constituye más de )B: del material !ueforma los huesos y ella confiere a los huesos elasticidad y resistencia.&os minerales de los huesos no son componentes inertes ni permanecenfijos sino !ue son constantemente intercambiados y reempla#ados junto con los componentes orgánicos enun proceso !ue se conoce como remodelación ósea.Su formación y mantenimiento está regulada por las hormonas y los alimentos ingeridos, !ue aportanvitaminas de vital importancia para su correcto funcionamiento.Estructura de los huesos?Si se hace un corte longitudinal en el hueso largo podemos observar las siguientes estructuras?El periostio o membrana fina conjuntiva !ue recubre todo el hueso.El tejido compacto, !ue parte desde los e(tremos o epífisis y se engruesa en el centro o diáfisis,El tejido esponjoso, !ue se ubica en la epífisis y constituye la médula óseaEl canal medular, !ue se encuentra ocupado por la médula ósea. En la médula ósea roja se encuentran loseritoblastos, de los cuales se originan los eritrocitos o glóbulos rojos, por tanto esta estructura constituye el principal órgano hematopoyético.En cuanto a su estructura microscópica el tejido óseo está constituido por células óseas u osteoblastos ysustancia fundamental. En un corte transversal se observan los canales de -avers, alrededor de los cualesse disponen en capas concéntricas las laminillas.&a resistencia de los huesos humanos depende esencialmente de tres factores?&a forma del hueso.&as propiedades mecánicas del material óseo, es decir, el comportamiento individual de tensión ye(tensión y la resistencia a la presión.&a magnitud de las fuer#as !ue act7an sobre el hueso.
LA CONTRACCI(N M!SC!LAR.
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Es el proceso fisiológico en el !ue los m7sculos desarrollan tensión y se acortan o estiran 3o bien pueden permanecer de la misma longitud4 por ra#ón de un previo estímulo de e(tensión. Estas contracciones producen la fuer#a motora de casi todos los m7sculos superiores, por ejemplo, para despla#ar el contenido
de la cavidad a la !ue recubren 3m7sculo liso4 o mueven el organismo a través del medio o para mover otros objetos 3m7sculo estriado4.&as contracciones involuntarias son controladas por el sistema nervioso central, mientras !ue el cerebrocontrola las contracciones voluntarias, y la médula espinal controla los reflejos involuntarios.&as contracciones como la locomoción, la respiración, y la masticación pueden iniciarse tanto conscientecomo inconscientemente, pero se contin7an por medio de un reflejo inconsciente.
&a contracción muscular se puede e(plicar como un despla#amiento de los miofilamentos, es decir lacabe#a de la miosina se ancla a la actina produciéndose así el dicho despla#amiento. abe decir !ue lacontracción muscular está regulada por el calcio, el %T y el 8agnesio, aun!ue se desconoce por!ue el8agnesio causa contracción en m7sculos post mortem y esto está bajo investigación.
ara !ue la contracción esté sincroni#ada entre las células, se necesita !ue e(istan uniones tipo gap !ue
permitan el paso de los iones y pasen el estímulo eléctrico.
Bio'#+80i+a d# la 'a)+;a-&a locomoción humana es una serie de movimientos alternantes, rítmicos, de las e(tremidades y deltronco hacia el centro de la gravedad. &a marcha comien#a cuando un pie hace contacto con el suelo ytermina con el siguiente contacto del mismo pie6 a la distancia entre estos dos puntos de contacto con elsuelo se le llama un paso completo.
Bio'#+80i+a d# la 7as# d# a(o*o d# la 'a)+;a-
&a fase de apoyo comien#a cuando el talón contacta con el suelo y termina con el despegue de los dedos.&a división en dos fases del contacto del metatarsiano del pie y de la punta de los dedos, constituye un
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período de doble apoyo !ue caracteri#a la marc<a y !ue no ocurre en la carrera. Esta fase de apoyoinfluye de la siguiente manera en las distintas partes del cuerpo?
-2 Columa 7ertebral @ pel7is4 0otación de la pelvis hacia el mismo lado del apoyo y la columna hacia
el lado contrario, Anclinación lateral de la pierna de apoyo.
2 Cadera4 &os movimientos !ue se producen son la reducción de la rotación e(terna, después de una
inclinación interna, impide la aducción del muslo y descenso de la pelvis hacia el lado contrario. &osm7sculos !ue act7an durante la primera parte de la fase de apoyo son los tres gl7teos !ue se contraen conintensidad moderada, pero en la parte media disminuyen las contracciones del gl7teo mayor y del medio.En la 7ltima parte de esta fase se contraen los abductores.
12 Rodilla4 &os movimientos !ue se producen son ligera fle(ión durante el contacto, !ue contin7a hacia lafase media, seguida por la e(tensión hasta !ue el talón despega cuando se fle(iona la rodilla paracomen#ar con el impulso. #a fle%ió baBa la tra@ectoria 7ertical del cetro de 'ra7edad del cuerpo ,incrementándose la eficacia de la marcha. &a musculatura actuante son los e(tensores de los cuádriceps!ue se contraen moderadamente en la primera parte de la fase de apoyo, siguiendo una relajación gradual.
uando la pierna llega a la posición vertical la rodilla aparentemente se cierra y produce una contracciónde los e(tensores. &os is!uiotibiales se activan al final de la fase de apoyo.
2 Tobillo @ pie4 &os movimientos producidos en esta fase son la ligera fle(ión plantar seguida de unaligera fle(ión dorsal. or ello los m7sculos !ue act7an son el tibial anterior en la primera fase de apoyo, yel e(tensor largo de los dedos y del dedo gordo !ue alcan#an su contracción má(ima cerca del momentode la transición de la fase de impulso y apoyo. Sin embargo, la fuer#a relativa de estos m7sculos estáinfluenciada por la forma de caminar cada sujeto.
LOS FL!IDOS.&a mecánica de fluidos es la rama de la mecánica de medios continuos !ue estudia el movimiento de losfluidos 3gases y lí!uidos4. &a característica fundamental !ue define a los fluidos es su incapacidad pararesistir esfuer#os cortantes. También estudia las interacciones entre el fluido y el contorno !ue lo limita.
Se definen como a!uellas sustancias !ue son incapaces de resistir esfuer#os cortantes. uando sometemosun cuerpo sólido a la acción de un sistema de esfuer#os cortantes, e(perimenta una deformación biendefinida6 por el contrario, los fluidos se deforman continuamente bajo la acción de los esfuer#os cortantes.
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"e una forma muy general, podemos clasificar los fluidos de acuerdo con la relación e(istente entre elesfuer#o cortante aplicado y la velocidad de deformación !ue se produce en el fluido en? ne^tonianos y none^tonianos.
LA LE. DE STO<ES-Se refiere a la fuer#a de fricción e(perimentada por objetos esféricos moviéndose en el seno de un fluido
viscoso en un régimen laminar de bajos n7meros de 0eynolds. ue derivada en )CG) por Deorge DabrielSto2es tras resolver un caso particular de las ecuaciones de 9avier/Sto2es. En general la ley de Sto2es esválida en el movimiento de partículas esféricas pe!ue$as moviéndose a velocidades bajas. &a ley deSto2es puede escribirse como?
rHpi 0eta v ,
"onde 0 es el radio de la esfera, v su velocidad y q la viscosidad del fluido.
&a condición de bajos n7meros de 0eynolds implica un flujo laminar lo cual puede traducirse por unavelocidad relativa entre la esfera y el medio inferior a un cierto valor crítico. En estas condiciones la
resistencia !ue ofrece el medio es debida casi e(clusivamente a las fuer#as de ro#amiento !ue se oponen aldesli#amiento de unas capas de fluido sobre otras a partir de la capa límite adherida al cuerpo. &a ley deSto2es se ha comprobado e(perimentalmente en multitud de fluidos y condiciones.
Si las partículas están cayendo verticalmente en un fluido viscoso debido a su propio peso puedecalcularse su velocidad de caída o sedimentación igualando la fuer#a de fricción con el peso aparente de la partícula en el fluido.
Ps frac+*fracr+ g 3rhop / rhof4eta
"ónde?
Ps es la velocidad de caída de las partículas 3velocidad límite4
g es la aceleración de la gravedad,
p es la densidad de las partículas y
f es la densidad del fluido.
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q es la viscosidad del fluido.
r es el radio e!uivalente de la partícula.
LA EST%TICA DE FLUIDOS-
Estudia el e!uilibrio de gases y lí!uidos. % partir de los conceptos de densidad y de presión se obtiene laecuación fundamental de la hidrostática, de la cual el principio de ascal y el de %r!uímedes puedenconsiderarse consecuencias. El hecho de !ue los gases, a diferencia de los lí!uidos, puedan comprimirsehace !ue el estudio de ambos tipos de fluidos tenga algunas características diferentes. En la atmósfera sedan los fenómenos de presión y de empuje !ue pueden ser estudiados de acuerdo con los principios de laestática de gases.
Se entiende por fluido un estado de la materia en el !ue la forma de los cuerpos no es constante, sino !uese adapta a la del recipiente !ue los contiene. &a materia fluida puede ser trasvasada de un recipiente aotro, es decir, tiene la capacidad de fluir. &os lí!uidos y los gases corresponden a dos tipos diferentes defluidos. &os primeros tienen un volumen constante !ue no puede mortificarse apreciablemente por
compresión. Se dice por ello !ue son fluidos incompresibles. &os segundos no tienen un volumen propio,sino !ue ocupan el del recipiente !ue los contiene6 son fluidos compresibles por!ue, a diferencia de loslí!uidos, sí pueden ser comprimidos.
El estudio de los fluidos en e!uilibrio constituye el objeto de la estática de fluidos, una parte de la física!ue comprende la hidrostática o estudio de los lí!uidos en e!uilibrio, y la aerostática o estudio de losgases en e!uilibrio y en particular del aire.
PRINCIPIO DE PASCAL-
El funcionamiento de la prensa hidráulica ilustra el principio de ascal
En física, el principio de ascal o ley de ascal, es una ley enunciada por el físico y matemático francés5laise ascal 3)H+:)HH+4 !ue se resume en la frase? la presión ejercida sobre un fluido poco compresibley en e!uilibrio dentro de un recipiente de paredes indeformables se transmite con igual intensidad en todaslas direcciones y en todos los puntos del fluido.
PRINCIPIO DE AR&UÍMEDES
El principio de %r!uímedes es un principio físico !ue afirma !ue? Z@n cuerpo total o parcialmentesumergido en un fluido en reposo, recibe un empuje de abajo hacia arriba igual al peso del volumen delfluido !ue desaloja[. Esta fuer#a) recibe el nombre de empuje hidrostático o de %r!uímedes, y se mide enne^tons 3en el SA4. El principio de %r!uímedes se formula así?
E m6g rhote(tf6g6P6
= bien
mathbf E / m6mathbf g / rhote(tf6mathbf g6P6
"
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"onde E es el empuje, f es la densidad del fluido, P el Zvolumen de fluido despla#ado[ por alg7n cuerposumergido parcial o totalmente en el mismo, g la aceleración de la gravedad y m la masa, de este modo, elempuje depende de la densidad del fluido, del volumen del cuerpo y de la gravedad e(istente en ese lugar.El empuje 3en condiciones normales+ y descrito de modo simplificado:4 act7a verticalmente hacia arribay está aplicado en el centro de gravedad del cuerpo6 este punto recibe el nombre de centro de carena.
%ISCOSIDAD SAN&!ÍNEA Y 5ERFILES DE FL!=O.FL!=O SAN&!ÍNEO.
El flujo sanguíneo es la cantidad de sangre !ue atraviesa la sección de un punto dado de la circulación enun período determinado. 9ormalmente se e(presa en mililitros por minuto o litros por minuto, se abreviaO.
El análisis de los factores !ue determinan el flujo sanguíneo es relativamente complejo ya !ue es un flujo pulsátil, !ue discurre por un circuito cerrado de tubos distensibles con m7ltiples ramificaciones y de
calibre variable. %demás el fluido circulante, la sangre, es un fluido pseudoplástico con propiedades nolineales y compuesto de lí!uido 3plasma4 y elementos formes 3hematíes, leucocitos, pla!uetas y otros4.Esto e(plica !ue se recurra a modelos y simplificaciones !ue no siempre se pueden aplicar de maneradirecta.
VALORES NORMALES EN EL $UMANO-
El flujo sanguíneo global de la circulación de un adulto en reposo es de unos G ml min/), cantidad !uese considera igual al gasto cardíaco por!ue es la cantidad !ue bombea el cora#ón en la aorta en cadaminuto. orresponde al resultado de multiplicar el volumen de eyección !ue el ventrículo e(pulsa en cada
latido 3unos ; ml4 por la frecuencia cardíaca 3unos ;G latidos por minuto4. El gasto cardíaco disminuyeen posición sentado y de pie frente a su valor en dec7bito, por el contrario, aumenta de manera importantecon el ejercicio, con el aumento de la temperatura corporal y en los estados de ansiedad. Este aumento se produce sobre todo por el aumento de la frecuencia cardíaca más !ue por el del volumen sistólico.
Í0di+# +a)día+o-
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El gasto cardíaco depende de la talla y peso del individuo y para tener valores comparables entre distintossujetos se utili#a el índice cardíaco !ue se calcula dividiendo el gasto cardíaco por el área de superficiecorporal. El índice cardíaco en reposo es muy similar en el hombre y la mujer. El índice cardíacodisminuye con la edad desde valores de >,> l min/) m/: en los adolescentes, hasta :.G l min/) m/+ en eladulto a los > a$os y +,> l min/) m/+ en los octogenarios.
F!0+ió0 2sioló"i+a2El flujo sanguíneo es el parámetro más relevante de la función cardiovascular ya !ue ésta consiste,esencialmente, en aportar un flujo de sangre a los tejidos !ue permita?
El transporte de los nutrientes 3principios inmediatos y o(ígeno4 y la recogida de los productos delmetabolismo celular 3metabolitos y dió(ido de carbono4.
El transporte de los compuestos !uímicos !ue act7an como mensajeros y elementos de control delorganismo 3hormonas, en#imas, precursores, elementos de la coagulación, etc.4 a sus lugares de actuación.
El transporte y distribución del calor !ue participa en los mecanismos de control de la temperaturacorporal.
El transporte de elementos celulares generalmente relacionados con las funciones inmunológicas 3perotambién, en algunos casos, el transporte de elementos patógenos como bacterias, virus y célulascancerosas4.
"e manera artificial lo utili#amos para transportar sustancias o para e(traer sangre mediante el cateterismode un vaso arterial o venoso lo !ue permite reali#ar diversos tipos de medidas 3entre otras las del propioflujo sanguíneo4 y la administración de fármacos y fluidos.
M#di+ió0--istóricamente la medida del flujo sanguíneo no fue cosa fácil y esto e(plica !ue el flujo sanguíneo seutilice menos !ue otros parámetros cardiovasculares, como la presión arterial, más fáciles de medir.lásicamente, el flujo se ha medido aplicando el principio de ic2 a la dilucción de un indicador !uímicoo térmico. Esta situación está cambiando con la introducción de los medidores electromagnéticos y los deultrasonidos mediante efecto "oppler !ue permiten medir el flujo sin abrir el vaso sanguíneo y con lastécnicas de imagen con marcadores para medir el flujo en un determinado territorio.
Fl!=o1 ()#sió0 * )#sist#0+ia-Si se simplifica el árbol circulatorio a un tubo de paredes lisas y rígidas, de longitud & y de radio 0 el flujodependerá, entre otras cosas, de algunas propiedades de la sangre.
Fl!ido id#al-Si la sangre se comportase como un fluido ideal, es decir sin viscosidad, se podría utili#ar el teorema de5ernouilli y considerar !ue en cual!uier punto del fluido situado a una altura h, con velocidad v y con presión absoluta p se cumplirá?
pBg Y v+B+g Y h constante carga del fluido
"onde es la densidad del fluido y g es la aceleración de la gravedad
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pBg es la altura pie#ométrica es decir la altura necesaria para producir la presión p. En el sistemacirculatorio esta presión es producida por la sístole ventricular y resulta de la contracción de las fibrasmusculares sobre el fluido incompresible !ue es el volumen de sangre e(istente en el ventrículo al finaldel periodo de llenado ventricular.
v+B+g es la altura cinética es decir la altura necesaria para producir en caída libre la velocidad v a la !ue semueven las partículas de fluido
h es la altura geométrica, este término es importante en el organismo ya !ue, mientras !ue en la posiciónde dec7bito todo el sistema circulatorio está a una altura similar, en la posición de pie los miembrosinferiores a$aden a la presión intramural la !ue corresponde a una columna de más de un metro de altura yen los vasos pulmonares, cercanos a los vértices, hay !ue restar la presión !ue corresponde a una altura delorden de : cm lo cual es importante en un sistema de baja presión como el pulmonar.
LE. DE POISEUILLE-
&a ley de oiseuille 3también conocida como ley de -agen/oiseuille4 después de los e(perimentosllevados a cabo en )C:* por Dotthilf -einrich &ud^ig -agen 3);*;/)CC>4 es una ley !ue permitedeterminar el flujo laminar estacionario P de un lí!uido incompresible y uniformemente viscoso
3también denominado fluido ne^toniano4 a través de un tubo cilíndrico de sección circular constante. Estaecuación fue derivada e(perimentalmente en )C:C, formulada y publicada en )C> y )C>H por Uean &ouis8arie oiseuille 3);*;/)CH*4. &a ley !ueda formulada del siguiente modo?
hi P dPoverdt vmediapi r+ pi r>over C eta left3 / d overd#right4 pi r>over C eta "elta over & 6 ,
"onde P es el volumen del lí!uido !ue circula en la unidad de tiempo t, vmedia la velocidad media delfluido a lo largo del eje # del sistema de coordenadas cilíndrico, r es el radio interno del tubo, es lacaída de presión entre los dos e(tremos, q es la viscosidad dinámica y & la longitud característica a lolargo del eje #. &a ley se puede derivar de la ecuación de "arcy/1eisbach, desarrollada en el campo de lahidráulica y !ue por lo demás es válida para todos los tipos de flujo. &a ley de -agen/oiseuille se puede
e(presar también del siguiente modo?lambda H>over it 0e 6 , !uad!uad 0e +rho vs 0over eta 6 ,
"onde 0e es el n7mero de 0eynolds y es la densidad del fluido. En esta forma la ley apro(ima el valor del factor de fricción, la energía disipada por la pérdida de cargaQ0TVE0VQ, el factor de pérdida por fricción o el factor de fricción de "arcy en flujo laminar a muy bajas velocidades en un tubo cilíndrico.&a derivación teórica de la fórmula original de oiseuille fue reali#ada independientemente por 1iedmanen )CGH y 9eumann y E. -agenbach en )CGC 3)CG*, )CH4. -agenbach fue el primero !ue la denominócomo ley de oiseuille.
)
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&a ley es también muy importante en hemodinámica.
&a ley de oiseuille fue e(tendida en )C*) para flujo turbulento por &. 0. 1ilberforce, basándose en eltrabajo de -agenbach.
6EMODIN4MICA.
&a hemodinámica es a!uella parte de la biofísica !ue se encarga del estudio de la dinámica de la sangre enel interior de las estructuras sanguíneas como arterias, venas, vénulas, arteriolas y capilares así comotambién la mecánica del cora#ón propiamente dicha mediante la introducción de catéteres finos a través delas arterias de la ingle o del bra#o. Esta técnica conocida como cateterismo cardíaco permite conocer cone(actitud el estado de los vasos sanguíneos de todo el cuerpo y del cora#ón.
Pa)ti+i(a0t#s d# la +i)+!la+ió0 sa0"!í0#a-
Arterias4 &as arterias están hechas de tres capas de tejido, uno muscular en el medio y una capa internade tejido epitelial.
Capilares4 &os capilares irrigan los tejidos, permitiendo además el intercambio de gases dentro deltejido. &os capilares son muy delgados y frágiles, teniendo solo el espesor de una capa epitelial.
:eas4 &as venas transportan sangre a más baja presión !ue las arterias, no siendo tan fuerte como ellas.&a sangre es entregada a las venas por los capilares después !ue el intercambio entre el o(ígeno y eldió(ido de carbono ha tenido lugar. &as venas transportan sangre rica en residuos de vuelta al cora#ón y alos pulmones. &as venas tienen en su interior válvulas !ue aseguran !ue la sangre con baja presión semueva siempre en la dirección correcta, hacia el cora#ón, sin permitir !ue retroceda. &a sangre rica enresiduos retorna al cora#ón y luego todo el proceso se repite.
Cora?ó4 Es el órgano principal del aparato circulatorio. Es un m7sculo estriado hueco !ue act7a comouna bomba aspirante e impelente, !ue aspira hacia las aurículas la sangre !ue circula por las venas, y laimpulsa desde los ventrículos hacia las arterias. Tiene > cavidades, + aurículas y + ventrículos.
"roducció de la circulació sa'u&ea2
En primer lugar, la circulación sanguínea reali#a dos circuitos a partir del cora#ón?
Ci)+!la+ió0 'a*o) o +i)+!la+ió0 so'8ti+a o sist,'i+a-El recorrido de la sangre comien#a en el ventrículo i#!uierdo del cora#ón, cargada de o(ígeno, y see(tiende por la arteria aorta y sus ramas arteriales hasta el sistema capilar, donde se forman las venas !ue
"
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contienen sangre pobre en o(ígeno. Estas desembocan en las dos venas cavas 3superior e inferior4 !uedrenan en la aurícula derecha del cora#ón.
Ci)+!la+ió0 '#0o) o +i)+!la+ió0 (!l'o0a) o +#0t)al-&a sangre pobre en o(ígeno parte desde el ventrículo derecho del cora#ón por la arteria pulmonar !ue se bifurca en sendos troncos para cada uno de ambos pulmones. En los capilares alveolares pulmonares la
sangre se o(igena a través de un proceso conocido como hematosis y se reconduce por las cuatro venas pulmonares !ue drenan la sangre rica en o(ígeno, en la aurícula i#!uierda del cora#ón. &a actividad delcora#ón es cíclica y continua. El ciclo cardíaco es el conjunto de acontecimientos eléctricos,hemodinámicas, mecanismos, ac7sticos y volumétricos !ue ocurren en las aurículas, ventrículos y grandesvasos, durante las fases de actividad y de reposo del cora#ón.
El ciclo cardíaco comprende el período entre el final de una contracción, hasta el final de la siguientecontracción. Tiene como finalidad producir una serie de cambios de presión para !ue la sangre circule.
rincipal importancia? pasa por las venas de nuestro cuerpo.
Fas#s d#l +i+lo +a)dia+o-
). ase de llenado? tenemos válvulas sigmoideas aórtica y pulmonar 3cerradas4, y válvulasauriculoventriculares denominadas tric7spide y mitral 3abiertas4. "urante esta fase la sangre pasa desde laaurícula al ventrículo, es el principio de la diástole 3relajación de los ventrículos4.
+. ase de contracción isométrica ventricular? en esta fase comien#a la sístole 3contracción ventricular4 vaa cerrar las válvulas auriculoventriculares.
:. ase de e(pulsión? es la sístole propiamente dicha, en donde hay una contracción ventricular 3cerrados4abriéndose las válvulas sigmoideas, e(iste una salida de sangre a la aorta y a la pulmonar.
>. ase de relajación ventricular? los ventrículos se relajan, las válvulas sigmoideas se cierran y lasválvulas auriculoventriculares se abren. El ciclo completo dura unos ,C s 30eposo4.
Las ()#sio0#s i0t)a+a)dia+as-&a presión intracardiaca o intravascular es la presión hidrostática ejercida por la sangre contra la pared delas cavidades cardíacas o de los vasos. En nuestro sistema cardiovascular las presiones son resultado devarios factores, entre los !ue se incluyen? El flujo sanguíneo o débito, las resistencias al flujo, la
"1
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distensibilidad de los ventrículos y de los vasos, la fuer#a de contracción de los ventrículos, lacapacitancia del sistema, y la volemia.
En condiciones fisiológicas, los ventrículos generan una presión sistólica !ue e(pulsa la sangre hacia lasgrandes arterias, con una mínima resistencia intracardiaca a la e(pulsión. Este bolo 3o volumen4 de sangreentra al sistema vascular arterial produciendo un aumento de la presión, !ue dependerá del volumene(pulsivo y de la distensibilidad y capacitancia de las arterias. &uego la sangre fluye hacia los distintosórganos por medio de arterias y arteríolas, !ue ofrecen una importante resistencia al flujo, determinando
un descenso significativo de las presiones entre las arterias y los capilares. inalmente la sangre atraviesael sistema capilar y entra al sistema venoso, donde su presión está determinada fundamentalmente por larelación entre la volemia y la capacitancia del sistema.
% continuación presentamos el rango de valores normales de las presiones de uso habitual, e(presadas enmm de -g?
avidad resión sistólicaBdiastólica resión media
%urícula derecha 3%"4?
á C
Pentrículo derecho 3P"4? )G / : B / C
%rteria ulmonar 3%4? )G / : B > / )+ ) á ++
%urícula i#!uierda 3%A4?
) á )
Pentrículo i#!uierda 3PA4? * / )> B : / )+
%orta */ )> B H / C ; a )
C$lculo del 1aso o D.(io Card%aco+ En un mismo individuo, el Dasto ardíaco 3 volumen de eyección ( frecuencia cardíaca4 puede variar enforma muy importante, dependiendo tanto de variables fisiológicas 3ejercicio físico, emociones, digestión,etc.4 como patológicas 3fiebre, hipotiroidismo, anemia, etc.4 &as enfermedades cardíacas normalmentesólo afectan el Dasto ardiaco cuando se acompa$an de una Ansuficiencia ardiaca avan#ada.
En condiciones fisiológicas, el gasto cardíaco guarda una relación muy estrecha con la superficie corporal, por lo !ue habitualmente nos referimos al wndice cardíaco, !ue e!uivale a ?
&os valores normales de wndice ardíaco fluct7an entre +,H y :,> &BminBm+.
E(isten muchas maneras de medir el gasto cardíaco. &as de uso habitual se basan en el rincipio de ic2 o
en las urvas de "ilución.
>- P)i0+i(io d# Fi+?-
Establece !ue la diferencia de contenido de =(ígeno entre la sangre arterial y la sangre venosa central esdirectamente proporcional al consumo de =(ígeno e inversamente proporcional al gasto cardíaco 3nota? el principio de ic2 es aplicable a cual!uier órgano4
"2
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ara aplicar este método debemos, por lo tanto, conocer el onsumo de =(ígeno y el contenido de=(ígeno de la sangre arterial y de la sangre venosa me#clada.
El consumo de =(ígeno es un valor relativamente complejo de medir, por lo !ue habitualmente se utili#antablas por edad, se(o y superficie corporal. Estos valores son adecuados para el cálculo del gasto encondiciones basales, pero inapropiados cuando e(isten situaciones !ue afecten significativamente laactividad metabólica 3infecciones, ansiedad, hipertiroidismo, shoc2, etc.4.
El contenido de o(ígeno de sangre venosa me#clada se debe obtener de muestras de sangre de arteria pulmonar o aurícula derecha, para asegurar una adecuada me#cla de la sangre venosa, debido a sudiferente saturación de =+ de ambas venas cavas. Este contenido se puede medir directamente en m&B& ocalcularlo en base a la saturación de o(ígeno en sangre venosa me#clada y la a cantidad de hemoglobinade la sangre, teniendo presente !ue cada gramo de hemoglobina o(igenada es capa# de trasportar ),:H mlde =+.
@5 M,todos d# dil!+ió0-
&a concentración !ue alcan#a un determinado marcador en el sistema circulatorio es directamente proporcional a la cantidad de marcador inyectado e inversamente proporcional al flujo sanguíneo. El
marcador más utili#ado en la actualidad es un bolo de suero frío, inyectado en el territorio venoso central.&a inyección produce un descenso en la temperatura de la sangre !ue se puede medir mediante untermistor, incorporado en un catéter !ue se ubica distal al sitio de inyección, habitualmente en el tronco dela arteria pulmonar.
El registro de la temperatura nos mostrará una curva, en donde el área de la curva es e!uivalente a laconcentración alcan#ada por el marcador en un período determinado. El gasto cardiaco se obtienerelacionando la cantidad de 'frío' inyectado 3volumen y temperatura del bolo4 con el área de la curva?entre mayor el descenso de temperatura, menor es el gasto cardíaco y viceversa.
P)#sió0 #0 #l sist#'a +i)+!lato)io- P)#sió0 sa0"!í0#a
Presión y ensión arerial
&a presión arterial es la fuer#a !ue ejerce la sangre al circular por las arterias, mientras !ue tensión arterial
es la forma en !ue las arterias reaccionan a esta presión, lo cual logran gracias a la elasticidad de sus
paredes. Si bien ambos términos se suelen emplear como sinónimos, es preferible emplear el de presión
arterial. "e hecho, su medida se describe en unidades de presión 3por ejemplo, mm de -g4.
&a relación entre ambas se puede e(presar mediante la ley de &aplace?
"onde T es la tensión, P es la presión y * el radio de un vaso sanguíneo.
@na presión arterial normal ronda entre los )+BC mm de -g,) mientras !ue para un atleta puede ser
menor y rondar entre )BH mm de -g
"3
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T#0sió0 a)t#)ial * !=o sa0"!í0#oTensión arerial
&a tensión 3opresión4 arterial es la medida de la presión !ue la sangre ejerce sobre las paredes de lasarterias como consecuencia del bombeo del cora#ón y la contracción de las paredes arteriales.
%l contraerse el cora#ón, esta presión arterial es la tensión arterial sistólica 3también llamada alta omá(ima4. uando se relaja 3para !ue entre sangre de nuevo en sus cavidades4, la presión arterial es latensión arterial diastólica 3también llamada baja o mínima4.
&a tensión arterial normal varía seg7n la edad y el momento concreto del día en !ue se mide. or ello, esrecomendable reali#ar una serie regular de mediciones para saber los niveles medios de tensión arterial
Se deben tomar tres determinaciones de tensión arterial, en tres días diferentes, y en condiciones dereposo.
&os niveles aconsejados de una tensión normal son intentar no superar los )+ mm-g para la má(ima osistólica, y C mm-g para la mínima o diastólica, pero para considerar !ue una persona mayor de )C a$oses hipertensa como enfermedad, deberá tener una tensión má(ima mayor de )>, o una mínima mayor de*, en cada una de las tres tomas mencionadas.
0lu)o sangu%neo
El flujo sanguíneo es la cantidad de sangre !ue atraviesa la sección de un punto dado de la circulación enun período determinado. 9ormalmente se e(presa en mililitros por minuto o litros por minuto, se abreviaO.
El análisis de los factores !ue determinan el flujo sanguíneo es relativamente complejo ya !ue es un flujo pulsátil, !ue discurre por un circuito cerrado de tubos distensibles con m7ltiples ramificaciones y decalibre variable. %demás el fluido circulante, la sangre, es un fluido pseudoplástico con propiedades nolineales y compuesto de lí!uido 3plasma4 y elementos formes 3hematíes, leucocitos, pla!uetas y otros4.Esto e(plica !ue se recurra a modelos y simplificaciones !ue no siempre se pueden aplicar de maneradirecta.
2alores normales en el humanoEl flujo sanguíneo global de la circulación de un adulto en reposo es de unos G ml min/), cantidad !uese considera igual al gasto cardíaco por!ue es la cantidad !ue bombea el cora#ón en la aorta en cadaminuto. orresponde al resultado de multiplicar el volumen de eyección !ue el ventrículo e(pulsa en cadalatido 3unos ; ml4 por la frecuencia cardíaca 3unos ;G latidos por minuto4. El gasto cardíaco disminuyeen posición sentado y de pie frente a su valor en dec7bito, por el contrario, aumenta de manera importante
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con el ejercicio, con el aumento de la temperatura corporal y en los estados de ansiedad. Este aumento se produce sobre todo por el aumento de la frecuencia cardíaca más !ue por el del volumen sistólico.
3ndice card%acoEl gasto cardíaco depende de la talla y peso del individuo y para tener valores comparables entre distintossujetos se utili#a el índice cardíaco !ue se calcula dividiendo el gasto cardíaco por el área de superficiecorporal. El índice cardíaco en reposo es muy similar en el hombre y la mujer. El índice cardíacodisminuye con la edad desde valores de >,> l min/) m/: en los adolescentes, hasta :.G l min/) m/+ en eladulto a los > a$os y +,> l min/) m/+ en los octogenarios.
0unción 4siológicaEl flujo sanguíneo es el parámetro más relevante de la función cardiovascular ya !ue ésta consiste,esencialmente, en aportar un flujo de sangre a los tejidos !ue permita?El transporte de los nutrientes 3principios inmediatos y o(ígeno4 y la recogida de los productos delmetabolismo celular 3metabolitos y dió(ido de carbono4.El transporte de los compuestos !uímicos !ue act7an como mensajeros y elementos de control delorganismo 3hormonas, en#imas, precursores, elementos de la coagulación, etc.4 a sus lugares de actuación.El transporte y distribución del calor !ue participa en los mecanismos de control de la temperaturacorporal.
El transporte de elementos celulares generalmente relacionados con las funciones inmunológicas 3perotambién, en algunos casos, el transporte de elementos patógenos como bacterias, virus y célulascancerosas4."e manera artificial lo utili#amos para transportar sustancias o para e(traer sangre mediante el cateterismode un vaso arterial o venoso lo !ue permite reali#ar diversos tipos de medidas 3entre otras las del propioflujo sanguíneo4 y la administración de fármacos y fluidos.
Medición
-istóricamente la medida del flujo sanguíneo no fue cosa fácil y esto e(plica !ue el flujo sanguíneo seutilice menos !ue otros parámetros cardiovasculares, como la presión arterial, más fáciles de medir.lásicamente, el flujo se ha medido aplicando el principio de ic2 a la dilucción de un indicador !uímicoo térmico. Esta situación está cambiando con la introducción de los medidores electromagnéticos y los deultrasonidos mediante efecto "oppler !ue permiten medir el flujo sin abrir el vaso sanguíneo y con lastécnicas de imagen con marcadores para medir el flujo en un determinado territorio.
MEC%NICA CIRCULATORIA-
Mec$nica cardiaca+ El ciclo cardiaco+
&as sucesivas y alternadas contracciones y relajaciones permiten !ue el cora#ón funcione como una
bomba, impulsando la sangre desde las venas hacia las arterias. Este patrón mecánico se denomina ciclo
cardíaco, y consta de dos fases principales? la diástole o fase de relajación6 y la sístole o fase de
contracción.
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Propiedades mec$nicas de la 4(ra cardiaca
ara !ue las fibras cardíacas inicien el proceso mecánico de la contracción es necesario !ue la información
eléctrica locali#ada a nivel de la membrana se introdu#ca al citoplasma celular, !ue es el lugar donde se
encuentra la ma!uinaria contráctil6 por ello, el primer fenómeno !ue ha de estudiarse es el tránsito de esta
información, denominado acoplamiento e(citación contracción.
Acoplamieno e'ciación5conracción
El acoplamiento, al igual !ue en el m7sculo es!uelético, es un mecanismo dependiente íntegramente del
aYY presente en el sarcoplasma . &a despolari#ación sostenida durante la fase de meseta en el potencial
de acción cardíaco garanti#a la entrada de aYY necesario para la liberación del almacenado en el retículo.
Respuesa conr$cil del m6sculo card%aco
&a prolongada duración del potencial de acción tiene como consecuencia !ue la fase contráctil coincida
temporalmente con la membrana en situación de despolari#ación. El pico de tensión se alcan#a antes de la
terminación del periodo refractario absoluto, y cuando acaba el periodo refractario relativo, el m7sculo seencuentra en la mitad de su relajación. uede observarse, por lo tanto, !ue hay un estrecho solapamiento
entre los dos fenómenos.
"ebido a esta característica no se puede generar un segundo potencial de acción hasta !ue el primero no
se haya acabado6 y cuando esto sucede, también ha finali#ado prácticamente la actividad contráctil
Propiedades mec$nicas
En la actividad normal del cora#ón, la distensión !ue presentan las fibras musculares viene dada por el
grado de llenado !ue tienen las cavidades cardíacas, es decir por la cantidad de sangre !ue entra en elcora#ón procedente de las venas 3retorno venoso4. % medida !ue se va cargando el cora#ón con vol7menes
mayores de sangre, las fibras presentarán un grado de distensión mayor y responderán con una fuer#a
contráctil más alta, lo cual permitirá reali#ar el bombeo de mayores vol7menes con mayor eficacia. Esta
propiedad garanti#a !ue el cora#ón, en condiciones normales, bombea toda la sangre !ue recibe.
&as células cardíacas tienen un metabolismo fuertemente aerobio, !ue les garanti#a un adecuado soporte
de %T. ara ello contienen muchas mitocondrias y mioglobina, la cual les proporciona el color rojo. Si se
compromete por cual!uier alteración el suministro de sangre u o(ígeno a las fibras, su capacidad de
supervivencia es muy reducida y mueren.
CICLO CARDIACO
&a característica más relevante en el comportamiento contráctil del cora#ón es su función cíclica de
bombeo, por ello los parámetros !ue mejor miden esta actividad son los valores de presión y volumen6 de
ahí !ue la descripción del ciclo cardíaco se realice mediante las medidas mencionadas a nivel de las
cavidades cardíacas y en los vasos sanguíneos de entrada y salida del cora#ón.
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El ciclo se desarrolla al mismo tiempo en las dos partes del cora#ón 3derecha e i#!uierda4, aun!ue las
presiones son mayores en el lado i#!uierdo. &a observación al mismo tiempo del
ED permite correlacionar los cambios mecánicos con los acontecimientos eléctricos !ue los preceden6 y
a$adidamente demuestra la unidad de acción del m7sculo auricular y ventricular.
El cierre y apertura de las válvulas cardiacas genera una serie de vibraciones y de turbulencias en el flujo
sanguíneo, !ue se propagan por los tejidos y originan una serie de ruidos recogidos en un registro
denominado fonocardiograma. "e forma sencilla, pueden ser percibidos con la ayuda de un
fonendoscopio. El )X ruido, es producido por el cierre de las válvulas
aurículoventriculares, en el inicio de la sístole ventricular, y el +X ruido, es originado por el cierre de las
válvulas semilunares, al inicio de la diastole ventricular. Este +X ruido es menos sonoro !ue el )X 3de forma
onomatopéyica suelen describirse como 'lub' el primer ruido y 'dub' el segundo4.
0ases del ciclo card%aco
). ase final de la diastole
+. ase de sístole
:. ase inicial y media de la diastole
En un adulto normal la frecuencia cardíaca es de ; ciclosB minuto, lo !ue supone menos de ) segundo por
ciclo. &a duración media es de ,C segundos, los cuales no se distribuyen e!uitativamente entre sístole y
diástole, ya !ue la diástole dura unas ,G segundos y la sístole ,: segundos.
En la gráfica de la figura pueden observarse las modificaciones de presión y volumen !ue tienen lugar enel cora#ón i#!uierdo, aurícula y ventrículo i#!uierdo y aorta, además del ED y los ruidos cardíacos.
Curva presión5volumen o ra(a)o card%aco
&a función básica del cora#ón es su papel de bomba, y sus propiedades contráctiles pueden apreciarse
mejor en la relación e(istente entre la presión desarrollada al contraerse y el volumen de sangre !ue
proyecta al árbol circulatorio.
uede observarse el recorrido o ciclo %5"%, donde entre % y 5 se produce el rellenado del ventrículo
durante la diástole6 de 5 a se desarrolla la fase de contracción ventricular isovolumétrica6 de a " se produce la fase sistólica de eyección y, por 7ltimo de " a % se reali#a la fase diastólica de relajación
isovolumétrica. &as curvas para el ventrículo derecho e i#!uierdo son iguales, aun!ue los valores de
presión en el i#!uierdo son más elevadas.
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Le:e+ de la 8elocidad : de la -*e+in
LE. DE VELOCIDAD
-emos visto !ue la velocidad de una reacción es proporcional a la concentración de los reactivos. Sinembargo, no todos ellos influyen de la misma manera en la velocidad. &a e(presión !ue nos permitecalcular la velocidad a la !ue ocurre reacción y relacionar la velocidad con las concentraciones de los
reactivos se llama &ey de Pelocidad.
ara una reacción hipotética? % Y + 5 _
Sabemos !ue la velocidad la podemos e(presar así?
Sin embargo, la ley de velocidad nos permite calcular la velocidad, conoc%en+o la( concen)*ac%one(%n%c%ale( +e lo( *eac)%2o(. %sí, la e(presión de la ley de velocidad será?
v 2 x%mx5n
"onde 2 3%n?(c0la4 es una constante de proporcionalidad denominada constante de velocidad, y m yn son n7meros enteros 3mayores o iguales !ue cero4, !ue 9= 9EES%0A%8E9TE son los coeficienteseste!uiométricos. Es decir, yo no puedo decir !ue m ) y n +, ya !ue estos valores hay !uedeterminarlos e(perimentalmente. &os n7meros m y n se denominan N0"E9ES %0A%&ES "E &%0E%AN9? ImJ con respecto al reactivo % y InJ con respecto a 5. &a suma deImYnJ nos da el =0"E9T=T%& "E &% 0E%AN9.
Polvamos a nuestra reacción % Y + 5 _
Sabemos !ue la e(presión de la velocidad es? v 2 x%mx5n
Supongamos ahora, !ue hemos encontrado e(perimentalmente los valores de los e(ponentes? m) y n).Entonces, podemos decir !ue la ley de velocidad para la reacción planteada es?
v 2 x%x5
V, por tanto, afirmaremos !ue?
• &a reacción es de primer orden con respecto a la sustancia %.• &a reacción es de primer orden con respecto a la sustancia 5.• &a reacción es de segundo orden.
LE. DE LAS PRESIONES
resión media arterial es la presión por la cual el cora#ón e(pulsaría o e(ectaria la sangre si aumenta3presión4 se mantuviese siempre constante en la práctica se sabe !ue cada ciclo cardiaco la presión !ueejerce el cora#ón para e(pulsar la sangre varía desde una mínima llamada presión diastólica, hasta lamá(ima presión sistólica. &a sangre li!uida es un lí!uido lo cual necesita una diferencia de presión para
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poder circular la presión sanguínea varia disminuyendo desde el valor má(imo en su orden del lechovenoso, es decir la entrada a la aurícula derecha la presión es mínima.
FORMULAS DE PRESION"eterminación de la presión arterial en dec7bito y de pie
p. cabe#a p. sang p. hidrostática
:* cm de sangre
p. pies p. sang Y p. hidrostática
): cm de sangre
PRESION ARTERIAL MEDIA0%8 presión arterial media
%" presión arterial distolica
%S presión arterial sistólica
PRESION DEL PULSOp presión del pulso %S %"
%ol,en ,into ci*clato*io : ci*clacin +i+t>,ica.
Se define gasto cardíaco o volumen minuto como la cantidad de sangre bombeada cada minuto por cada
ventrículo. "e esta forma el flujo !ue circula por el circuito mayor o menor corresponde a lo proyectado
por el sistema de bombeo. Se calcula mediante el producto del volumen sistólico, 3volumen impulsado en
cada latido cardíaco4 por la frecuencia cardiaca 3n7mero de latidos o ciclos cardíacos por minuto4. ara un
individuo adulto medio, el gasto cardíaco se encuentra entre G/H litrosBmin, aun!ue puede variar
dependiendo, por ejemplo, de la actividad !ue se esté reali#ando.
R#"!la+ió0 d#l "asto +a)dia+o
&a regulación de la función de bombeo del cora#ón depende de forma directa de los valores de la
frecuencia cardiaca y del volumen sistólico. En el estudio de la regulación se diferencian dos tipos? una
regulación intrínseca, en la !ue intervienen factores e(clusivamente cardíacos, y una regulación
e(trínseca, determinada por la acción de factores e(ternos.
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R#"!la+ió0 d# la 7)#+!#0+ia 4#7#+tos +)o0ot)ó(i+os5
%un!ue el cora#ón tiene una actividad rítmica intrínseca, e(isten factores e(ternos a la estructura cardiaca
!ue pueden alterar esta frecuencia basal de contracción. Estos factores son de naturale#a nerviosa y
hormonal. El sistema nervioso autónomo, a través de sus dos divisiones, simpático y parasimpático,
modifica la frecuencia cardiaca.
En un adulto normal la frecuencia cardiaca es de unos ; latidosBminuto, si ese mismo cora#ón se le aísla
separándole de sus cone(iones nerviosas, pasa a reali#ar ) latidosBminuto, !ue es la frecuencia
intrínseca de las fibras del nodo sinusal. "e esta forma la frecuencia disminuye 3bradicardia, o efecto
cronotropo negativo4, e incluso si la estimulación parasimpática es muy fuerte puede llegar a pararse el
cora#ón. &a bradicardia !ue se produce durante el sue$o, se basa en el incremento de actividad
parasimpática y en la disminución de actividad simpática.
R#"!la+ió0 d#l 3ol!'#0 sistóli+o 4#7#+tos i0ot)ó(i+os5
El volumen sistólico es el volumen de sangre impulsada por el ventrículo en cada latido, su valor viene
determinado fundamentalmente por la fuer#a de contracción 3contractilidad4 del m7sculo cardíaco. &os
factores !ue afectan a esta propiedad se denominan factores inotrópicos, y como en la frecuencia, se
consideran positivos cuando aumentan la contractilidad y negativos cuando la disminuyen.
% diferencia de la frecuencia !ue sólo estaba influida por factores e(trínsecos, el volumen sistólico
dispone de dos tipos de mecanismos de regulación diferenciados por su origen.
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E(isten dos factores importantes en la forma de regulación intrínseca !ue influencian la respuesta
contráctil del m7sculo cardíaco. Estosfactores son?
a, &a precarga. "efinida como la tensión pasiva !ue determina, en el m7sculo cardiaco, la
longitud inicial de las fibras antes de la contracción6 es decir, la distensión de las fibras 3o volumen
diastólico final4 !ue las coloca en su longitud inicial previa a la contracción. "entro de ciertos límites,
e(iste una relación proporcional entre el incremento de la precarga y la respuesta contráctil del
m7sculo cardiaco, representada por la curva de Starling. % mayor volumen diastólico final, mayor
volumen sistólico, lo cual garanti#a !ue una mayor afluencia o entrada de sangre al cora#ón se va a
ver compensada por una contracción más enérgica y una salida proporcionalmente también mayor6 o,
dicho en otros términos, el cora#ón bombea toda la sangre !ue recibe sin permitir remansamientos y
ajusta el retorno venoso con el gasto cardíaco 3la entrada y la salida dentro de un circuito cerrado4.
Este comportamiento se conoce como 'ley del cora#ón' o ley de ran2/Starling y una de las funciones
!ue e(plica es el e!uilibrio de gasto cardiaco de los ventrículos derecho e i#!uierdo.
b, &a poscarga. Es la carga frente a la !ue deben acortarse las fibras miocárdicas durante la
sístole, dicho de otro modo, la carga !ue debe despla#ar el m7sculo después de iniciarse la
contracción. ara el ventrículo i#!uierdo, la poscarga viene dada por la presión en la aorta.
R#"!la+ió0 #t)í0s#+a d#l 3ol!'#0 sistóli+o
E(isten una serie de factores e(trínsecos !ue pueden modificar la contractilidad del cora#ón. El sistema
nervioso autónomo es uno los reguladores principales en la contractilidad de las fibras miocárdicas. En
condiciones basales la influencia predominante es simpática, y su efecto es un aumento de la
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contractilidad 3efecto inotrópico positivo4 aumentando el vaciado del ventrículo y el incremento de
presión sistólica.
=tros factores son las concentraciones iónicas de W Y , aYY, un aumento de la xW Y e(tracelular o una
disminución de la xaYY tienen un efecto inotrópico negativo, al igual !ue los descensos de p-
sanguíneos.
CORA'ONES ARTIFICIALES.
@n cora#ón artificial es una prótesis !ue se implanta en el cuerpo para reempla#ar al cora#ón biológico. Esdistinto de una má!uina de bypass cardiopulmonar 354, !ue es un dispositivo e(terno utili#ado para proveer las funciones del cora#ón y los pulmones. El 5 o(igena la sangre, y por lo tanto no es precisose encuentre conectado a ambos circuitos sanguíneos.
CÓMO SE CLASIFICA UN CORA:ÓN ARTIFICIAL
&a clasificación de los distintos tipos de cora#ones artificiales se designa mediante las siguientes pautas.
IIC-2 3ucioamieto? "e acuerdo a la manera de funcionar el cora#ón artificial se clasifica en?
ulsátiles? a!uellos !ue utili#an una membrana e(terna para el bombeo de sangre, cada ve# !ue esta secontrae.
No pulsátiles4 aracteri#ados por tener un flujo de sangre continuo, mediante una bomba u otro medio.
IIC2 "eriodo de uso4 El dispositivo puede permanecer un periodo de corta, mediana o de larga duraciónen el paciente, teniendo dos factores a considerar el primero el fallecimiento del individuo, el segundo elreempla#o de un nuevo dispositivo. @n paciente ha logrado sobrevivir mediante este sistemaapro(imadamente un a$o.
IIC12 Ma'itud del trasplate4 -ace referencia básicamente a !ue si el cora#ón artificial se !ueda o nodentro del ser humano, por lo !ue se clasifican en?
"aracorpóreos4 uando el dispositivo se encuentra fuera del cuerpo del paciente.
#2
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Amplantables.
IIC2 Debido al reempla?o de la fució bioló'ica4 Seg7n el órgano !ue se vaya a reempla#ar por estesistema pueden clasificarse en?
"ispositivo de %sistencia ardíaca? es un dispositivo encargado de reempla#ar la función de una parte delcora#ón como por ejemplo de un ventrículo.
ora#ón artificial total? este dispositivo reempla#a todas las funciones del cora#ón biológico, cuando esteórgano fundamental presenta da$os.
FUNCIONAMIENTO-
&a función de un cora#ón artificial es la misma !ue la de un cora#ón bilógico, el %bioor posee lascavidades para bombear la sangre en sus mitades i#!uierda y derecha. &a sangre !ue o(igena los pulmonesfluye hacia la cavidad i#!uierda, de donde sale a recorrer todo el cuerpo6 la sangre con una e(istencia deo(ígeno agotado entra y sale por la cavidad derecha.
Entre estas cavidades e(iste un mecanismo herméticamente sellado !ue desempe$a la función de las paredes cardíacas, !ue genera movimientos de bombeo de sangre, en su interior un motor eléctrico hacegirar una bomba centrífuga entre G y * rotaciones por minuto, esta bomba e(pulsa un lí!uidoviscoso hidráulico, un segundo motor gira la válvula de cierre o apertura. uando la sección i#!uierda sellena del fluido su membrana se empuja hacia afuera e(pulsando así la cavidad i#!uierda a la sangre,simultáneamente el lí!uido hidráulico sale de la sección derecha por lo cual su membrana se desinfladejando libre esta cavidad para !ue la sangre entre. x):, x)
Estas válvulas cardiacas están fabricadas de plástico, los conductores de entrada están conectados a lasaurículas i#!uierda y derecha del cora#ón e(tirpado y los conductores de salida a las arterias de aorta y pulmonar.
El cora#ón artificial pesa apro(imadamente un 2ilogramo, más el peso de la batería interna, bobina deinducción eléctrica y el módulo de control otro 2ilogramo más, unos + ^att de energía eléctrica por lo!ue es necesario !ue se esté cargando constantemente, por lo !ue se utili#a las baterías de litio el cinturóndel paciente
SISTEMA NER%IOSO? SISTEMA BIOEL@CTRICO
El sistema nervioso puede considerarse como un sistema de comunicaciones !ue transforma la energíaambiental en energía eléctrica. Esta función o proceso tiene lugar en los receptores sensoriales.osteriormente, las vías nerviosas transmitirán la información codificada en impulsos eléctricos hasta elárea de proyección correspondiente del córte( cerebral.
&os seres vivos reciben información sobre el entorno en !ue se hallan en forma de energía física3luminosa, mecánica, !uímica4, pero el cerebro sólo es capa# de utili#ar la energía eléctrica. or estara#ón, para poder percibir cual!uier propiedad del ambiente, la energía lumínica, mecánica o !uímica,debe ser transformada en impulsos bioeléctricos. Es a esta transformación a la !ue denominamostransducción, la cual tiene lugar en los receptores de los órganos de los sentidos.
&os receptores de cada modalidad sensorial están especiali#ados en responder, preferentemente, a un tipodeterminado de energía. %sí, los receptores visuales contienen pigmentos !ue modifican su estructura
#3
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molecular al ser e(puestos a la lu#. Este cambio en su estructura molecular activa un proceso !ue concluyecon la generación de una respuesta eléctrica en el receptor.
&a transmisión del impulso será efectuada por una sucesión de multitud de neuronas, enla#adas mediantesinapsis a través de neurotransmisores !uímicos, cuyos a(ones se unen para formar fibras !ue constituyenlos nervios.
Es importante resaltar !ue el cambio de intensidad estimular no afecta a la magnitud de los impulsos
nerviosos, pero si a la tasa de descarga, tasa de disparo o n7mero de impulsos por unidad de tiempo. Sinembargo, e(iste un límite superior en este n7mero de impulsos bioeléctricosBseg., ya !ue la neurona tieneun período refractario 3re!uiere ) msg para recobrarse de la transmisión de un impulso antes de comen#ar otro4.
8ás concretamente, el n7mero de impulsos bioeléctricosBtiempo es directamente proporcional allogaritmo de la intensidad de la lu# !ue incide sobre el fotorreceptor. Es decir, mientras !ue la intensidadde la lu# crece en progresión geométrica, el 9z{ impulsosBt sólo crece en progresión aritmética. En otras palabras, un gran incremento en la intensidad de la lu# se transduce en un moderado aumento del 9z{impulsosBt.
Sin embargo, la relación entre la intensidad de la lu# e(terior !ue incide sobre los fotorreceptoresretinianos y la tasa de disparo no es tan simple. %sí, cuando al despertar 3adaptación a la lu#4 encendemosla lámpara, el 9z{ impulsosBt llega a un má(imo y luego disminuye hasta alcan#ar un valor estable. Tantoel valor má(imo como el valor estable están relacionados logarítmicamente con la intensidad de la lu#.Ello significa !ue una proporción alta de impulsosBt indica, tan sólo, un s7bito incremento en la intensidadde lu# y no la presencia de una lu# muy brillante. Es decir, el S.P.-. responde a cambios relativos en laintensidad de lu# y no a cambios absolutos.
=tra consecuencia de este proceso de transducción consiste en !ue los cambios lentos 3graduales4 deintensidad de lu# no llegan a ser conocidos, pero sí los cambios bruscos. Ello tiene un alto valor adaptativo por!ue el individuo, por ejemplo, no obtiene información de las fluctuaciones de la lu# al atardecer, perosí de la sombra de un objeto !ue le pasa por encima 3v.g. la !ue produce un depredador4.
ELECTRODIAGNÓSTICO . ELECTROTERAPIA-
El Electrodiagnóstico es un modelo de intervención fisioterápica !ue permite una evaluación cualitativa dela placa neuromotora. Se observará la durabilidad contráctil, locali#ación del punto motor más allá de laanatomofisiología neurológica. @tili#aremos corriente galvánica en sus formas de presentacióncuadrangular y triangular para la obtención de una gráfica denominada curva iBt, !ue nos informará sobreel estado apro(imado del m7sculo 3denervado, parcialmente denervado, etc.4.
El#+t)ot#)a(ia-&os estudios de neuroconducción y electromiografía con agujason aplicadas en el diagnóstico de enfermedades comunes yenfermedades raras. &as solicitudes de los estudios varían deacuerdo al conte(to clínico. En pediatría, los estudioselectrofisiológicos se solicitan como parte de la evaluación delni$o hipotónico, en la investigación de la marcha anormal y enlas lesiones del nervio periférico 3fractura supracondilea delcodo con lesión del nervio radial4, para solo mencionar algunos
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casos. En los servicios de urgencias y en cuidados intensivos los estudios de neuroconducciónocasionalmente son solicitados para evaluar los casos de debilidad aguda 3Síndrome de Duillain/5arré4.En la consulta de 9eurología y 0ehabilitación, los estudios electrofisiológicos generalmente sonsolicitados en la evaluación de los pacientes con debilidad crónica y fatigabilidad 3por ejemplo distrofiasmusculares y 8iastenia Dravis4
En la consulta rutinaria de medicina general la necesidad de un estudio electrofisiológico es diferente. Sedebe tener presente !ue en los niveles básicos de atención son comunes las enfermedades
musculoes!ueléticas agudas y crónicas. En este grupo se destacan el dolor lumbar, el dolor de hombro, eldolor cervical y el dolor de rodilla. =tras enfermedades, de baja prevalencia, solo se observanocasionalmente en la consulta médica general. El dolor, 3principalmente el dolor lumbar con síntomasradiculares y la cervicobra!uialgia4, los síntomas sensitivos 3en especial en el síndrome de t7nel del carpoy la neuropatía diabética4 y la debilidad son los motivos de remisión de la consulta médica general a unestudio electrofisiológico.
&a electroterapia es una disciplina !ue se engloba dentro de la medicina fisica y rehabilitación y se definecomo el arte y la ciencia del tratamiento de lesiones y enfermedades por medio de la electricidad.
&a -istoria de la Electroterapia es muy antigua y se remonta a la aplicación de las descargas del pe#torpedo en la época griega y romana 3véase, -istoria, en fisioterapia4.
%ctualmente, la tecnología ha desarrollado numerosos aparatos 3productos sanitarios4 para la aplicación dela electroterapia sin correr riesgos de efectos secundarios, como los TE9S o los estimuladores de alta o baja frecuencia.
&os principales efectos de las distintas corrientes de electroterapia son?
• %nti/inflamatorio.
• %nalgésico.
• 8ejora del trofismo.
•
otenciación neuro/muscular.• Térmico, en el caso de electroterapia de alta frecuencia.
• ortalecimiento muscular.
• 8ejora transporte de medicamentos.
• "isminución de edema.
• ontrol de dolor.
• 8ejora sanación de heridas.
Ti-o+ de co**iente : eecto+ de la elect*icidad en lo+ +e*e+ 8i8o+.
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TIPOS DE CORRIENTE ELÉCTRICA
E(isten dos tipos básicos de corriente eléctrica?
5 Corriene Coninua 7c+c+8 en ingl.s d+c+9! Es el tipo de corriente producido por las pilas, baterías y células solares, en las !ue el valor de tensión permanece constante a lo largo del tiempo,
es decir, no va cambiando seg7n el instante. 5 Corriene Alerna 7c+a+8 en ingl.s a+c+9! Es el tipo de corriente producido por losalternadores, en los !ue el voltaje va cambiando instante a instante y alternando valores positivos connegativos seg7n una forma de onda senoidal. Esto es debido a la manera con !ue se produce la electricidad3girando el bobinado en el seno de un campo magnético4. El valor efica# de la corriente alterna !ue llega anuestras casas es de ++P 3:CP si es trifásica4 y varía con una frecuencia de G -#, siendo el valor má(imo o de pico de :))P.
ara observar la forma de estas corrientes recurriremos a un aparato llamado osciloscopio 3=04 !ue puede medir las se$ales eléctricas en tiempo real.
%demás, e(iste otro tipo de corriente llamada orriente ulsatoria, !ue es la producida por las dinamos yen la !ue el voltaje va cambiando instante a instante, pero sin alternar, ya !ue siempre son valores positivos. Es una especie de corriente alterna rectificada !ue, a efectos de cálculo, suele considerarse másuna corriente continua.
V también mencionaremos otro tipo de corriente eléctrica, la se$al eléctrica cuadrada, muy usada en lossistemas de control electrónico y generado por osciladores o relojes de cristal de cuar#o para sincroni#ar elfuncionamiento de los elementos del sistema. Es el caso de los ordenadores.
EFECTOS &UE PROVOCA LA ELECTRICIDAD . PARA &UÉ LA USAMOS
&os efectos directos !ue provoca la corriente eléctrica a su paso por un cuerpo son dos?
/ Calor, debido a la fricción en el movimiento de los electrones, y
/ U campo ma'Ftico, seg7n lo e(plicado en el capítulo de electromagnetismo.
En general estos efectos son perjudiciales ya !ue ambos pueden afectar negativamente a la salud de losseres vivos y da$ar má!uinas, aparatos y sistemas. Es peligroso el calor, pero también los camposmagnéticos provocados por los aparatos eléctricos, unos más !ue otros. En general se aconseja usarlos lo
menos posible 3el tiempo estrictamente necesario4 y tenerlos a la mayor distancia !ue podamos6 a menor tiempo y a mayor distancia los efectos son menores. &as descargas eléctricas pueden producir desde pe!ue$os calambres a serias !uemaduras y contracciones musculares !ue pueden provocar la muerte.
or otra parte, el hombre ha sabido aprovechar estos efectos para su propio beneficio, inventandoelementos y aparatos !ue han resuelto determinados problemas o !ue nos han hecho la vida más cómoda3a !ué precio4. En general, usamos la electricidad para producir lu# 3bombillas, tubos fluorescentes,
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etc.4, movimiento 3motores4, sonido 3timbres4 y, por supuesto, calor 3resistencias como las de losradiadores eléctricos, vitrocerámicas, hornos, etc.4 y magnetismo 3electroimanes4.
ensemos, eso sí, !ue con tan sólo el calor o el magnetismo !ue provoca la electricidad somos capaces dehacer funcionar todos esos aparatos. % modo de ejemplo citaremos !ue una bombilla 3lámpara deincandescencia4 produce lu# gracias a !ue un tro#o de metal 3un filamento de 1olframio4 se calienta hastatal punto 3unos :X4 !ue emite lu# blanca, o !ue un motor se mueve gracias a las fuer#as de atracción
o repulsión magnéticas, al igual !ue el timbre, donde esas fuer#as de origen magnético se aprovechan paragolpear un metal y producir sonido. Todo esto sin mencionar la rama de la electrónica, !ue e(plicamos entema aparte. % continuación se e(plican con detalle estos usos de la electricidad.
En efecto, se usa la electricidad en todos los sectores de nuestra sociedad. "ada su adaptabilidad, no e(isteninguna actividad económica !ue no utilice la electricidad. Peamos algunos ejemplos?
E las fábricas4 &a industria utili#a apro(imadamente la mitad de la energía eléctrica, una cuarta parte desu consumo de energía. &a electricidad tiene muchos usos en las fábricas? se utili#a para mover motores, para obtener calor y frío, para procesos de tratamiento de superficies mediante electrólisis, etc. @nacircunstancia reciente es !ue la industria no sólo es una gran consumidora de electricidad, sino !ue,
gracias a la cogeneración, también empie#a a ser productora.
E el trasporte4 Tan sólo el transporte p7blico 3incluyendo el tren4 emplea energía eléctrica. 9oobstante, se lleva ya tiempo trabajando en versiones eléctricas de los vehículos de gasolina, puessupondrían una buena solución para los problemas de contaminación y ruido !ue genera el transporte enlas ciudades. Ancluso es posible 3aun!ue no habitual4 emplear la electricidad para hacer volar un avión.
E la a'ricultura4 Especialmente para los motores de riego, usados para elevar agua desde los acuíferos,y para otros usos mecánicos.
E los <o'ares? &a electricidad se utili#a en los hogares para usos térmicos 3calefacción, aireacondicionado, agua caliente y cocina4, en competencia con otros combustibles como el butano, el
gasóleo, el carbón y el gas natural, siendo la 7nica energía empleada para la iluminación y loselectrodomésticos.
E el comercio la admiistració @ los ser7icios pHblicos (como los cetros educati7os,4 "e manerasimilar a como se utili#a en el sector doméstico, con el elemento a$adido de un uso cada ve# mayor de lossistemas de procesamiento de la información y de telecomunicaciones, !ue necesitan electricidad parafuncionar.
Eecto+ de lo+ ca,-o+ elect*o,a7n>tico+ +ob*e *7ano+ : +i+te,a+.
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&!, o+!))# +!a0do 0os #(o0#'os a+a'(os #l#+t)o'a"0,ti+os
&a e(posición a campos electromagnéticos no es un fenómeno nuevo. Sin embargo, en el siglo FF lae(posición ambiental ha aumentado de forma continua conforme la creciente demanda de electricidad, elconstante avance de las tecnologías y los cambios en los hábitos sociales han generado más y más fuentesartificiales de campos electromagnéticos. Todos estamos e(puestos a una combinación compleja decampos eléctricos y magnéticos débiles, tanto en el hogar como en el trabajo, desde los !ue producen lageneración y transmisión de electricidad, los electrodomésticos y los e!uipos industriales, a los producidos por las telecomunicaciones y la difusión de radio y televisión.
En el organismo se producen corrientes eléctricas min7sculas debidas a las reacciones !uímicas de lasfunciones corporales normales, incluso en ausencia de campos eléctricos e(ternos. or ejemplo, losnervios emiten se$ales mediante la transmisión de impulsos eléctricos. En la mayoría de las reacciones bio!uímicas, desde la digestión a las actividades cerebrales, se produce una reorgani#ación de partículascargadas. Ancluso el cora#ón presenta actividad eléctrica, !ue los médicos pueden detectar mediante loselectrocardiogramas.
&os campos eléctricos de frecuencia baja influyen en el organismo, comoen cual!uier otro material formado por partículas cargadas. uando loscampos eléctricos act7an sobre materiales conductores, afectan a ladistribución de las cargas eléctricas en la superficie. rovocan unacorriente !ue atraviesa el organismo hasta el suelo.
&os campos magnéticos de frecuencia baja inducen corrientes circulantesen el organismo. &a intensidad de estas corrientes depende de laintensidad del campo magnético e(terior. Si es suficientemente intenso,las corrientes podrían estimular los nervios y m7sculos o afectar a otros procesos biológicos.
E7#+tos so)# #l #'a)a6o-&a =8S y otros organismos han evaluado numerosas fuentes y e(posiciones diferentes a camposelectromagnéticos en el entorno cotidiano y de trabajo, como las pantallas de computadora, colchones deagua y mantas eléctricas, e!uipos de soldadura por corrientes de radiofrecuencia, e!uipos de diatermia, y
radares. El conjunto de los resultados demuestra !ue la e(posición a los niveles típicos de los campos delmedio no aumenta el riesgo de desenlaces adversos como abortos espontáneos, malformaciones, pesoreducido al nacer y enfermedades congénitas. Se han publicado informes esporádicos de asociacionesentre problemas sanitarios y la presunta e(posición a campos electromagnéticos, como informes sobre partos prematuros y con peso reducido de trabajadoras de la industria electrónica, pero la comunidadcientífica no ha considerado !ue estos efectos estén necesariamente ocasionados por la e(posición acampos electromagnéticos 3frente a la influencia de factores como la e(posición a disolventes4.
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Cata)atas-Se ha informado de casos de irritación ocular general y cataratas en trabajadores e(puestos a niveles altosde radiación de radiofrecuencia y microondas, pero estudios reali#ados con animales no confirman la ideade !ue estos tipos de trastornos oculares se puedan producir a niveles !ue no son peligrosos por su efectotérmico. 9o hay pruebas de !ue se produ#can estos efectos a los niveles a los !ue está e(puesta la población general.
Ca'(os #l#+t)o'a"0,ti+os * +80+#)-% pesar de los numerosos estudios reali#ados, la e(istencia o no de efectos cancerígenos es muycontrovertida. En cual!uier caso, es evidente !ue si los campos electromagnéticos realmente producenalg7n efecto de aumento de riesgo de cáncer, el efecto será e(tremadamente pe!ue$o. &os resultadosobtenidos hasta la fecha presentan numerosas contradicciones, pero no se han encontrado incrementosgrandes del riesgo de ning7n tipo de cáncer, ni en ni$os ni en adultos.
%lgunos estudios epidemiológicos sugieren !ue e(isten pe!ue$os incrementos del riesgo de leucemiainfantil asociados a la e(posición a campos magnéticos de baja frecuencia en el hogar. Sin embargo, loscientíficos no han deducido en general de estos resultados la e(istencia de una relación causa/efecto entrela e(posición a los campos electromagnéticos y la enfermedad, sino !ue se ha planteado la presencia en
los estudios de efectos artificiosos o no relacionados con la e(posición a campos electromagnéticos. Estaconclusión se ha alcan#ado, en parte, por!ue los estudios con animales y de laboratorio no demuestran !uee(istan efectos reproducibles coherentes con la hipótesis de !ue los campos electromagnéticos causen ofomenten el cáncer. Se están reali#ando actualmente estudios de gran escala en varios países !ue podríanayudar a esclarecer estas cuestiones.
$i(#)s#0siilidad a los +a'(os #l#+t)o'a"0,ti+os * d#()#sió0-%lgunas personas afirman ser 'hipersensibles' a los campos eléctricos o magnéticos. reguntan si losdolores, cefaleas, depresión, letargo, alteraciones del sue$o e incluso convulsiones y crisis epilépticas pueden estar asociados con la e(posición a campos electromagnéticos.
-ay escasa evidencia científica !ue apoye la posible e(istencia de casos de hipersensibilidad a los camposelectromagnéticos. Estudios recientes reali#ados en países escandinavos han comprobado !ue, encondiciones adecuadamente controladas de e(posición a campos electromagnéticos, no se observan pautasde reacción coherentes en los sujetos e(puestos. Tampoco e(iste ning7n mecanismo biológico aceptado!ue e(pli!ue la hipersensibilidad. &a investigación en este campo es difícil por!ue, además de los efectosdirectos de los propios campos electromagnéticos, pueden intervenir muchas otras respuestas subjetivas.Están en curso más estudios sobre esta cuestión.
Ione+ en *e-ola*iacin de ,e,b*ana. Fi+iolo70a de la,e,b*ana
REPOLARI:ACIÓNEn las células vivientes e(isten dos fases vitales, actividad y reposo, !ue se alternan a lo largo de toda lavida.
#)
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&a repolari#ación representa la vuelta al estado de reposo de la célula6 es ésta la fase en la !ue se efect7ala producción de energía. uanto más se prolonga la fase de repolari#ación, más se reposa la célula. @nadieta rica en potasio y magnesio proporciona los cationes indispensables para la producción de %T, elcombustible de la célula. "e hecho, el potasio y el magnesio son indispensables para la síntesis de energíasuministrando las coen#imas necesarias para la glicolisis y para la fosforilación o(idativa. @na dieta ricaen potasio y magnesio favorece la síntesis de energía y produce una óptima función de las bombascelulares del sodio y del calcio.
&a dieta repolari#adora combate la into(icación crónica de sal tan frecuente en nuestra sociedad, ya !ue el potasio provoca la eliminación de sodio con la orina.
Si un electrodo está situado en la superficie de una célula muscular en reposo y se introduce otro electrodocapilar, en la célula habrá un potencial negativo de /* mv 3milivoltios 4. El principal factor !ue determinaeste potencial es la diferencia entre la concentración de potasio intracelular 3)G mE!B litro4 y laconcentración de potasio e(tracelular 3G mE! Blitro 4. Este gradiente de potasio : es suficiente parae(plicar el potencial de membrana en reposo.
on el sodio sucede lo contrario, ya !ue presenta altas concentraciones e(tracelulares 3)>> 8e! apro(.4 y
bajas concentraciones intracelulares 3G mE! apro(.4. &a célula en reposo contiene cargas eléctricasnegativas en su interior y cargas positivas en el e(terior6 cuando la célula se e(cita 3despolari#ación4, através de los canales de la célula entra primero el sodio y después el calcio y sale el potasio, de estamanera se obtiene una inversión de las cargas eléctricas, la superficie e(terna de la membrana se vuelvenegativa y la superficie interna se vuelve positiva. En la fase de repolari#ación se produce la vuelta alestado eléctrico precedente.
En la membrana celular hay proteínas especiali#adas, llamadas canales del sodio, del calcio y del potasio através de las cuales pasan los iones y están también la bombas del sodio y del calcio !ue trabajan contragradiente, debido a la diferencia de concentraciones de iones, a través de las membranas, consumiendoenergía6 es evidente !ue cuanto más aumentan las concentraciones del sodio y del calcio en la sangre más
aumenta el consumo de energía. &a bomba sodioBpotasio facilita los despla#amientos de estos iones através de la membrana y tiene una gran importancia por!ue mantiene altas las concentraciones de potasioy bajas las del sodio dentro la célula.
oncentraciones altas de potasio dentro de la célula son necesarias para numerosos procesos? uno es lasíntesis proteica en los ribosomas6 además, numerosas en#imas de la glicolisis re!uieren potasio, por ejemplo la piruvato !uinasa. &a bomba del sodio induce el intercambio de : iones de sodio !ue salen de lacélula contra + iones de potasio !ue entran en la célula6 dicha bomba está formada por ):)C aminoácidosy está ubicada a lo largo de la membrana celular6 así mismo la bomba del calcio 3compuesta por una sola proteína de )++ aminoácidos4 e(pulsa iones calcio de la célula contra el gradiente de concentración,consumiendo energía.
Se ha calculado !ue las células de los ri$ones y del cerebro.
FISIOLOGIA DE LA MEMBRANA&a función de la membrana es la de proteger el interior de la célula al lí!uido e(tracelular !ue tiene unacomposición diferente y de permitir la entrada de nutrientes, iones o otros materiales especificos. Tambiénse intercomunica con otras células a través de las hormonas, neurotransmisores, en#imas, anticuerpos, etc.
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GRADIENTE ELECTRO&UIMICOEl gradiente electro!uímico es debido a !ue el n7mero de iones 3partículas cargadas4 del lí!uidoe(tracelular es muy diferente del delcitosol 3|4. En el lí!uido e(tracelular los iones más importantes son el 9aY y el l/, mientras !ue en el interior de la célula predomina el WY y fosfatos orgánicos aniónicos.omo resultado de esto, e(iste una diferencia de potencial eléctrico a través de la membrama 3potencial demembrana4 !ue se mide en voltios. El voltaje en las células vivas es de /+ a /+ mP 3milivoltios4,representando el signo negativo !ue el interior es más negativo !ue el e(terior. En algunas condiciones
especiales, algunas células pueden tener un potencial de membrana positivo.
PERMEABILIDAD SELECTIVA&a membrana plasmática regula la entrada y salida de materiales, permitiendo la entrada de unos yrestringiendo el paso de otros. Esta propiedad se llama permeabilidad selectiva
&a membrana es permeable cuando permite el paso, más o menos fácil, de una sustancia. &a permeabilidad de la membrana depende de varios factores relacionados con las propiedades físico/!uímicas de la sustancia?
!olubilidad e los l&pidos4 &as sustancias !ue se disuelven en los lípidos 3moléculas hidrófobas, no polares4 penetran con facilidad en la membrana dado !ue esta está compuesta en su mayor parte por fosfolípidos.
Tamao4 la mayor parte de las moléculas de gran tama$o no pasan a través de la membrana. Sólo un pe!ue$o n7mero de moleculas no polares de pe!ue$o tama$o pueden atravesar la capa de fosfolípidos
Car'a4 &as moleculas cargadas y los iones no pueden pasar, en condiciones normales, a través de lamembrana. Sin embargo, algunas sustancias cargadas pueden pasar por los canales proteícos o con laayuda de una proteína transportadora.
También depende la permeabilidad de una membrana de la naturale#a de las proteínas de membranae(istentes?
Caales4 algunas proteínas forman canales llenos de agua por donde pueden pasar sustancias polares ocargadas eléctricamente !ue no atraviesan la capa de fosfolípidos.
Trasportadoras4 otras proteínas se unen a la sustancia de un lado de la membrana y la llevan del otrolado donde la liberan.
En general, estos canales y proteínas transportadoras muy altamente selectivas permitiendo el paso a un7nica sustancia
TERCERA UNIDAD
EL A5ARATO RES5IRATORIO
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Es el encargado de captar o(ígeno 3=+4 y eliminar el dió(ido de carbono3=+4 procedente del anabolismo
celular.
El aparato respiratorio generalmente incluye tubos, como los bron!uios, las fosas nasales usadas para
cargar aire en los pulmones, donde ocurre el intercambio gaseoso. El diafragma, como todo m7sculo,
puede contraerse y relajarse. En la inhalación, el diafragma se contrae y se allana, y la cavidad torácica se
amplía. Esta contracción crea un vacío !ue succiona el aire hacia los pulmones. En la e(halación, eldiafragma se relaja y el aire es e(pulsado de los pulmones.
En humanos y otros mamíferos, el sistema respiratorio consiste en vías respiratorias, pulmones y m7sculos
respiratorios !ue median en el movimiento del aire tanto dentro como fuera del cuerpo.
El intercambio de gases es el intercambio de o(ígeno y dió(ido de carbono, del ser vivo con su medio.
"entro del sistema alveolar de los pulmones, las moléculas de o(ígeno y dió(ido de carbono se
intercambian pasivamente, por difusión, entre el entorno gaseoso y la sangre. %sí, el sistema respiratorio
facilita la o(igenación con la remoción contaminante del dió(ido de carbono y otros gases !ue sondesechos del metabolismo y de la circulación.
El sistema respiratorio también ayuda a mantener el balance entre ácidos y bases en el cuerpo a través de
la eficiente eliminación de dió(ido de carbono de la sangre.
EN EL SER $UMANO
En humanos, el sistema respiratorio consiste en las vías aéreas, pulmones y m7sculos respiratorios, !ue
provocan el movimiento del aire tanto hacia adentro como hacia afuera del cuerpo. El intercambio de
gases es el intercambio de o(ígeno y dió(ido de carbono, del cuerpo con su medio. "entro del sistema
alveolar de los pulmones, las moléculas de o(ígeno y dió(ido de carbono se intercambian pasivamente,
por difusión, entre el entorno gaseoso y la sangre. %sí, el sistema respiratorio facilita la o(igenación con la
remoción contaminante del dió(ido de carbono 3y otros gases !ue son desechos del metabolismo4 de la
circulación.
El sistema también ayuda a mantener el balance entre ácidos y bases en el cuerpo a través de la eficiente
remoción de dió(ido de carbono de la sangre.
El hombre utili#a respiración pulmonar , su aparato respiratorio consta de?
"isema de conducción4 fosas
nasales, boca, epiglotis, faringe, laringe, trá!uea, bron!uios principales, bron!uios lobulares, bron!uios
segmentarios y bron!uiolos.
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"isema de inercam(io! conductos y los sacos alveolares. El espacio muerto anatómico, o #ona
no respiratoria 3no hay intercambios gaseosos4 del árbol bron!uial incluye las )H primeras generaciones
bron!uiales, siendo su volumen de unos )G ml.
&a función del aparato respiratorio consiste en despla#ar vol7menes de aire desde la atmósfera a los
pulmones y viceversa. &o anterior es posible gracias a un proceso conocido como ventilación.
&a ventilación es un proceso cíclico y consta de dos etapas? la inspiración, !ue es la entrada de aire a los
pulmones, y la espiración, !ue es la salida. &a inspiración es un fenómeno activo, caracteri#ado por el
aumento del volumen torácico !ue provoca una presión intrapulmonar negativa y determina el
despla#amiento de aire desde el e(terior hacia los pulmones. &a contracción de los m7sculos inspiratorios
principales, diafragma e intercostales e(ternos, es la responsable de este proceso. @na ve# !ue la presión
intrapulmonar iguala a la atmosférica, la inspiración se detiene y entonces, gracias a la fuer#a elástica de la
caja torácica, esta se retrae, generando una presión positiva !ue supera a la atmosférica y determinando la
salida de aire desde los pulmones.
En condiciones normales la respiración es un proceso pasivo. &os m7sculos respiratorios activos son
capaces de disminuir a7n más el volumen intratorácico y aumentar la cantidad de aire !ue se despla#a al
e(terior, lo !ue ocurre en la espiración for#ada.
8ientras este ciclo ventilario ocurre, en los sacos alveolares, los gases contenidos en el aire !ue participan
en el intercambio gaseoso, o(ígeno y dió(ido de carbono, difunden a favor de su gradiente de
concentración, de lo !ue resulta la o(igenación y deto(ificación de la sangre.
El volumen de aire !ue entra y sale del pulmón por minuto, tiene cierta sincronía con el sistema
cardiovascular y el ritmo circadiano 3como disminución de la frecuencia de inhalaciónBe(halación durante
la noche y en estado de vigiliaBsue$o4. Pariando entre H a C litros 3dependiendo de la demanda4.
Se debe tener cuidado con los peligros !ue implica la ventilación pulmonar ya !ue junto con
el aire también entran partículas sólidas !ue puede obstruir yBo into(icar al organismo. &as de mayor
tama$o son atrapadas por los vellos y el material mucoso de la nari# y del tracto respiratorio, !ue luego
son e(traídas por el movimiento ciliar hasta !ue son tragadas, escupidas o estornudadas. % nivel bron!uial,
por carecer de cilios, se emplean macrófagos y fagocitos para la limpie#a de partículas.
CONTROL DE LA VENTILACIÓN
&a ventilación es controlada de forma muy cuidadosa y permite la regulación del intercambio gaseoso, es
decir !ue los niveles normales de a=+ y a=+ arteriales se mantengan dentro de límites estrechos a
pesar de !ue las demandas de captación de =+ y eliminación de =+ varían mucho. El sistema respiratorio
se puede considerar un sistema de control de la#o cerrado ya !ue posee un grupo de componentes !ue
regula su propia conducta, estos componentes pueden ser clasificados como? sensores !ue re7nen
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información y con ella alimentan al controlador central, en el encéfalo, !ue coordina la información y a su
ve# envía impulsos hacia los m7sculos respiratorios efectores, !ue causan la ventilación.
"ensores 7enradas9!
&os sensores protagonistas en el control de la respiración son los !uimiorreceptores, estos responden a los
cambios en la composición !uímica de la sangre u otro lí!uido. Se han clasificado anatómicamente como
centrales y periféricos.
Q0%%o**ece5)o*e( cen)*ale( cerca de la superficie ventral del bulbo ra!uideo están rodeados por el
lí!uido e(tracelular del cerebro y responden a los cambios de -Y en ese lí!uido. El nivel de = + en la
sangre regula la ventilación principalmente por su efecto sobre el p- del &0 .
Q0%%o**ece5)o*e( 5e*%&=*%co( se hallan dentro de los cuerpos carotídeos, en la bifurcación de las arterias
carótidas primitivas, y en los cuerpos aórticos por encima y por debajo del cayado aórtico, estos responden
al descenso de la =+ arterial y al aumento de la p=+ y de los -Y, estos son los responsables de cual!uier
aumento de la ventilación en el ser humano como respuesta de la hipo(emia arterial.
En los pulmones también e(isten receptores sensoriales !ue intervienen en el control del calibre de las
vías aéreas, la secreción bron!uial, así como en la liberación de mediadores por las células cebadas u otras
células inflamatorias, esta información llega a los centros superiores a través de las fibras sensoriales del
nervio vago. &os receptores asociados a la vía vagal son los siguientes?
Rece5)o*e( +e e()%*a%en)o 50lona* en el m7sculo liso de las vías aéreas, producen impulsos cuando se
distiende el pulmón, y su actividad persiste mientras el mismo se encuentre insuflado.
Rece5)o*e( +e (0()anc%a( %**%)an)e( entre las células epiteliales de las vías aéreas y son estimulados por
gases nocivos y aire frío.+
Rece5)o*e( @ o 309)aca5%la*e( las terminaciones nerviosas de estas fibras se encuentran situadas en el
parén!uima pulmonar en la vecindad de las paredes alveolares y los capilares pulmonares, son
estimulados por el edema y la fibrosis pulmonar intersticio y dan lugar a la sensación de disnea en estos
pacientes, además se se$ala !ue tiene un importante papel en la regulación de la secreción de surfactante
pulmonar.
E(isten otros receptores correspondientes al sistema de control respiratorio o !ue de alguna manera
pueden modificar la frecuencia ventilatoria?
Rece5)o*e( na(ale( 3 +e la( 2'a( a=*ea( (05e*%o*e( la nari#, la nasofaringe, la laringe y la trá!uea poseen
receptores !ue responden a la estimulación mecánica y !uímica. Se les atribuyen diversas respuestas
reflejas, como estornudos, tos y broncoconstricción.
$a*o**ece5)o*e( a*)e*%ale( los barorreceptores de la aorta y los senos carotídeos por el aumento de la
presión arterial puede causar hipoventilación o apnea reflejas. &a disminución de la presión arterial
causará hiperventilación.
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Dolo* 3 )e5e*a)0*a &a estimulación de muchos nervios aferentes puede generar cambios en la
ventilación. El dolor muchas veces causa un período de apnea seguido de hiperventilación. El
calentamiento de la piel puede causar hiperventilación.
Conrolador cenral!
El control de la ventilación es una compleja intercone(ión de m7ltiples regiones en el cerebro !ue inervana los diferentes m7sculos encargados de la ventilación pulmonar. El proceso automático normal de la
respiración se origina en impulsos !ue provienen del tallo cerebral, sin embargo, se puede tener cierto
control voluntario dentro de determinados límites ya !ue los estímulos de la corte#a se pueden priori#ar
respecto a los del tallo cerebral. +
Tallo ce*e/*al periodicidad de la inspiración y espiración es controlada por neuronas ubicadas en la
protuberancia y en el bulbo ra!uídeo, a estas se les denomina losCen)*o( *e(5%*a)o*%o(, es un conjunto
algo indefinido de neuronas con diversos componentes.
Cen)*o( *e(5%*a)o*%o( /0l/a*e(? la región dorsal del bulbo está asociada con la inspiración, estas son lasresponsables del ritmo básico de la ventilación, y la región ventral con la espiración.
Cen)*o a5ne?()%co- se ubica en la parte inferior de la protuberancia. &os impulsos desde este centro tienen
un efecto e(citador sobre el área inspiratoria del bulbo.
Cen)*o ne0o),9%co- parte superior de la protuberancia en este centro se desactiva o inhibe la inspiración
y así se regula el volumen inspiratorio y consecuentemente la frecuencia respiratoria.
Co*)eza- en cierta medida la ventilación tiene un carácter voluntario, la hiperventilación voluntaria puede
disminuir a la mitad la =+, si bien la alcalosis consiguiente puede causar tetania con contracción de los
m7sculos de las manos y los pies, sin embargo la hipoventilación voluntaria es más difícil, el tiempodurante el cual se puede retener la respiración es limitado, por diversos factores, incluyendo la = + y la
=+ arteriales.
O)*a( 5a*)e( +el ce*e/*o- sistema límbico y el hipotálamo, pueden afectar el patrón de la respiración, por
ejemplo en alteraciones emocionales.
E*ecores 7salidas9!
omo actuadores del sistema respiratorio están el diafragma, los m7sculos intercostales, abdominales y
los m7sculos accesorios. En el conte(to del control de la ventilación es fundamental !ue estos diversos
grupos trabajen conjuntamente en forma coordinada. -ay evidencias de !ue en algunos neonatos, en
particular los prematuros, e(iste falta de coordinación en la actividad de los m7sculos respiratorios, en
especial durante el sue$o. or ejemplo, los m7sculos torácicos pueden reali#ar el trabajo inspiratorio
mientras los m7sculos abdominales efect7an el trabajo espiratorio.
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ADAPTACIÓN A ALTURAS
El organismo siempre conserva una atracción inspirada de o(ígeno de +) < 3i=+4 por!ue la composición
de la tierra es constante pero a medida !ue va aumentando la altitud irá bajando la presión atmosférica y
por lo tanto la concentración de o(ígeno !ue inspiramos también disminuirá.
Se da entonces el fenómeno de la hipo(ia cuyas consecuencias son?
Inmediaas
-ay ta!uicardia y aumento del gasto cardíaco, aumento de la resistencia de la arteria
pulmonar, hiperventilación 3!ue si es e(cesiva puede llevar a una alcalosis metabolica4, cambios
psicóticos, el aumento de la frecuencia respiratoria y aumento de la presión venosa es por aumento del
tono enérgico.
Crónicas
%umento de la masa de glóbulos rojos, aumento del pG, compensación renal de la alcalosis respiratoria,
aumento de la densidad de capilares musculares y aumento del n7mero de mitocondrias y sus en#imas
o(idativas.
INTERCAMBIO DE GASES
El aire entra al cuerpo primero a través de la boca o la nari#, se despla#a rápidamente por la faringe3garganta4 pasa a través de la laringe, entra a la trá!uea, !ue se divide en bron!uios derecho e i#!uierdo en
los pulmones y luego se divide a7n más en ramas cada ve# más pe!ue$as llamadas bron!uiolos. &os bron!uiolos más pe!ue$os terminan en pe!ue$os sacos de aire llamados alvéolos, los cuales se inflandurante la inhalación y se desinflan durante la e(halación.
El intercambio de gases es la provisión de o(igeno de los pulmones al torrente sanguíneo y la eliminaciónde dió(ido de carbono del torrente sanguíneo a los pulmones. Esto tiene lugar en los pulmones entre losalvéolos y una red de pe!ue$os vasos sanguíneos llamados capilares, los cuales están locali#ados en las paredes de los alvéolos.
&as paredes de los alvéolos en realidad comparten una membrana con los capilares en la cual el o(ígeno y
el dió(ido de carbono se pueden mover libremente entre el sistema respiratorio y el torrente sanguíneo.&as moléculas de o(ígeno se adhieren a los glóbulos rojos, los cuales regresan al cora#ón. %l mismotiempo, las moléculas de dió(ido de carbono en los alvéolos son e(pulsadas del cuerpo con la siguientee(halación.
#a venilación pulmonar
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&a inspiración, o entrada de aire a los pulmones. Este mecanismo es diferente en distintos grupos devertebrados?
• En anfibios es una deglución, como si se tragaran el aire.
• En aves por la compresión de los sacos aéreos por los m7sculos de las alas.
• En mamíferos, el aire entra activamente en los pulmones al dilatarse la caja torácica.
• &a e(piración, o salida de aire, se reali#a pasivamente.
El inercam(io de gases en los pulmones
Se reali#a debido a la diferente concentración de gases !ue hay entre el e(terior y el interior de losalvéolos6 por ello, el =+ pasa al interior de los alvéolos y el = + pasa al espacio muerto 3conductosrespiratorios4.
% continuación se produce el intercambio de gases entre el aire alveolar y la sangre.
uando la sangre llega a los pulmones tiene un alto contenido en = + y muy escaso en =+. El =+ pasa por difusión a través de las paredes alveolares y capilares a la sangre. %llí es transportada por la hemoglobina,locali#ada en los glóbulos rojos, !ue la llevará hasta las células del cuerpo donde por el mismo proceso dedifusión pasará al interior para su posterior uso
5RESIONES RES5IRATORIA.&a separación del aparato respiratorio del aparato circulatorio, sistema nervioso, tejidos y sangre sólo se justifica por ra#ones didácticas, y con esta misma justificación abordaremos la función respiratoria comosi fuera una sucesión de fenómenos o etapas diferentes?
). Pentilación pulmonar? fenómeno mecánico !ue asegura el recambio del aire contenido dentro delos alvéolos.
+. "istribución y relación ventilaciónBperfusión? renovación proporcional del aire y de la sangre acada lado de la membrana de difusión.
:. "ifusión o transferencia? intercambio de gases entre aire y sangre a través de la membranaalveolocapilar.
>. Transporte de =+ y =+ efectuado por la sangre entre el pulmón y las células.
G. 0egulación de la respiración? conjunto de mecanismos de control de la respiración y coordinacióncon la circulación, demandas metabólicas, e!uilibrio acido/base, fonación, deglución, etc.
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H. -emodinámica de la circulación pulmonar.
;. unciones del espacio pleural.
C. 8ecanismos de defensa mecánico, celular y humoral, !ue tienen un importante papel, dado elamplio contacto del pulmón con los contaminantes ambientales a través de los más de ).litros de aire !ue se ventilan diariamente. %demás, la entrada al aparato respiratorio está en la
faringe y contigua a la boca, cavidades de gran población microbiana.
*. iltro de partículas !ue circulan por la sangre 3coágulos, agregados pla!uetarios, tro#os de tejidos,etc.4, función para la cual tiene la ventaja ventaja de ser el 7nico órgano, aparte del cora#ón, por elcual pasa continuamente el total de la sangre.
). %ctividad metabólica local? los neumocitos tipo AA elaboran el surfactante, sustancia !ue regula latensión superficial en la interfase aireBli!uido en las paredes alveolares y, además, inactivanalgunas sustancias circulantes.
)). 0eservorio de sangre? por la amplitud y distensibilidad de su lecho vascular.
)+. E!uilibrio ácido base.
):. 5alance hidrico ? el aire inspirado es saturado de vapor de agua en la nari# y vías aéreas y , al ser e(pirado es responsable de un )/+< del total de la pérdida de agua del organismo.
)>. 5alance calórico? por el mismo mecanismo la respiración causa el G/)< de la pérdida calóricatotal del organismo.
&a normalidad de estas funciones está íntimamente ligada a la normalidad de su sustrato morfológico. En
el análisis de la función y clínica recurriremos repetidamente a diferenciar, en este aspecto, trescompartimentos 3igura AA4 !ue, si bien son partes inseparables de un todo, tienen ciertas particularidades!ue determinan su forma de funcionar, de enfermar y de manifestar su patología.
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igura AA. 0epresentación es!uemática de loscompartimientos pulmonares? vías aéreas 3)46espacios alveolares 3+4 e intersticio 3:4.
&os compartimientos !ue convencionalmente se reconocen son?
• Pías aéreas? elementos de conducción entre el ambiente y los alvéolos.
• Espacios alveolares? área destinada al intercambio gaseoso !ue se reali#a a través de su contactocon el endotelio capilar
• Antersticio pulmonar? tejido de sostén !ue forma una vaina a los bron!uios y vasosintrapulmonares, contiene diversos tipos de células y la red capilar !ue envuelve a los sacosalveolares.
% pesar de la separación en funciones y capítulos, en todo momento debe tenerse presente !ue el aparato respiratorio es un todo con m7ltiples interrelaciones, demanera !ue el da$o de cual!uier eslabón puede constituir un problema de toda lacadena.
9os referiremos m7ltiples veces a presiones de gases y lí!uidos en unidades de mm-g 3milímetros demercurio4 o en cm-+= 3centímetros de agua4. "ado !ue en otros te(tos y revistas médicas pueden usarsela unidad de 2a 32ilopascales4 es conveniente tener presentes las e!uivalencias entre estas unidades?
) mm-g ),:H cm-+= ,): 2a
)Wa ;,Gmm-g ),+mm-+=
$)
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MECANICA VENTILATORIA&a ventilación es un fenómeno básicamente mecánico !ue renueva cíclicamente el aire alveolar alternandola entrada de aire o inspiración y la salida del mismo o espiración. En relación con este aspecto, el aparatorespiratorio puede ser comparado con un fuelle, en el !ue conviene diferenciar los siguientescomponentes?
• &as vías aéreas, !ue son tubos de calibre regulable !ue comunican el ambiente e(terior con la
superficie de intercambio.
• El tóra(, !ue act7a como continente protector del pulmón y motor de la ventilación.
• El pulmón, !ue es, en esencia, una e(tensa superficie de intercambio gaseoso entre aire y sangre.
&as características estructurales y la función mecánica de este fuelle pueden describirse a través de?
). "imensiones del fuelle.
+. resiones !ue se generan.
:. uer#as !ue lo mueven.
>. 0esistencias !ue se oponen a la ventilación
G. lujos resultantes.
H. 0endimiento y eficiencia mecánica.
DIMENSIONES DEL FUELLE VOLUMENES . CAPACIDADES&as dimensiones del fuelle toracopulmonar se miden a través de su contenido aéreo. Esta medición sereali#a usualmente con un espirómetro, cuya forma básica se ilustra en la igura +/), en el cual elindividuo en estudio respira a través de una bo!uilla dentro de una campana calibrada y sellada por
agua. &a maniobra se hace usualmente sentado o de pies, ya !ue en dec7bito el peso de las viscerasempuja al diafragma en dirección cefálica disminuyendo los volumenes hasta en un:<.
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igura +/). Es!uema de un espirómetro? el sujeto respira a través de la bo!uilla 354, dentro de la campana 34, sellada por agua 3%4. &os
movimientos de la campana son transmitidos a la plumilla 34 !ue inscribelos movimientos respiratorios sobre un !uimógrafo 3O4.
&os despla#amientos de esta campa$a, producidos por la entrada y salida de aire, se transmiten a unelemento inscriptor !ue tra#a una curva en un papel !ue corre a una velocidad conocida y regulable. En laactualidad la mayoría de los espirómetros son electrónicos y miden los vol7menes integrándolos a partir de los flujos respiratorios, !ue se miden con un neumotacógrafo y entregan los valores calculados por un programa computacional.
&a curva obtenida en un espirómetro de agua durante la respiración espontánea, en reposo y en maniobrasde inspiración y espiración má(imas, permite diferenciar varios niveles y vol7menes 3ig. +/+4.
igura +/+. Pol7menes y capacidades pulmonares.&os niveles de inspiración má(ima, reposoinspiratorio, reposo espiratorio, espiraciónmá(ima determinan los vol7menes de reserva
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inspiratoria 3P0A4, corriente 3P4, de reservaespiratoria 3P0E4 y residual 3P04. &a suma dedistintos vol7menes resulta en las capacidadesinspiratorias 3A4, residual funcional 304, vital3P4 y pulmonar total 3T4.
En primer lugar se diferencian > niveles?
a4 9ivel de final de espiración normal.
b4 9ivel de final de inspiración normal.
c4 9ivel de inspiración má(ima.
d4 9ivel de espiración má(ima.
onvencionalmente las cantidades de aire comprendidas entre dos niveles contiguos se denominanvol7menes, y la suma de dos o más de estos, capacidades. Se distinguen > vol7menes?
). Polumen corriente 3P4? cantidad de aire !ue entra en una inspiración o sale en una espiración, en lascondiciones de actividad !ue se especifi!uen 3reposo, ejercicio4.
+. Polumen de reserva inspiratoria 3P0A4? cantidad má(ima de aire !ue se puede inspirar por sobre el nivelde inspiración espontánea de reposo.
:. Polumen de reserva espiratoria 3P0E4? má(ima cantidad de aire !ue se puede e(pulsar a partir del nivelespiratorio espontáneo normal.
>. Polumen residual 3P04? cantidad de aire !ue !ueda en el pulmón después de una espiración for#adamá(ima. Este volumen no puede medirse con el espirómetro.
&as capacidades son también >?
). apacidad pulmonar total 3T4? cantidad de gas contenido en el pulmón en inspiración má(ima.orresponde a la suma de los cuatro vol7menes ya descritos.
+. apacidad vital 3P4? cantidad total de aire movili#ado entre una inspiración y espiración má(imas.Ancluye el volumen corriente y los vol7menes de reserva inspiratoria y espiratoria.
:. apacidad inspiratoria 3A4? má(imo volumen de gas !ue puede inspirarse a partir de una espiraciónnormal. omprende los vol7menes corriente y de reserva inspiratoria.
>. apacidad residual funcional 304? volumen de gas !ue permanece en el pulmón al término de laespiración normal6 representa la suma del volumen residual y volumen de reserva espiratoria.
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Estas subdivisiones tienen una significación fisiológica !ue pasaremos a anali#ar en sus principalesaspectos.
2O#/MEN CORRIENTEEn los adultos, en la respiración espontánea en reposo se inspiran y espiran en cada ciclo respiratorio entre
> y H ml, cantidad !ue se repite en forma bastante regular y se denomina volumen corriente, por ser el!ue se mueve o corre. Esta cantidad es apro(imadamente sólo una décima parte de lo !ue el pulmón puedemovili#ar, e(istiendo, por lo tanto, importantes reservas de inspiración y espiración, a las cuales se recurrecuando aumentan las demandas por ejercicio físico, fonación, risa, llanto, etc.
FACTORES &UE FAVORECEN O SE OPONEN AL COLAPSO PULMONAR
&os factores !ue se oponen al colapso pulmonar?
• &a sustancia tensioactiva o surfactante.
• &a presión negativa intrapleural.
8ientras !ue los !ue favorecen el colapso?
• &a elasticidad de las estructuras tóracopulmonares.
• &a tensión superficial de los lí!uidos !ue revisten la superficie alveolar
ara lograr e(pandir los pulmones venciendo la elasticidad del tóra( y los pulmones, los m7sculosinspiratorios deben ejercer una fuer#a determinada lo !ue nos lleva al concepto de trabajo respiratorio
TRABAO RESPIRATORIO
= Trabajo 314 uer#a 34 ( "espla#amiento.
"e sus estudios de ísica deben recordar !ue trabajo es igual a fuer#a por despla#amiento.
ara hacer !ue penetre el aire en los pulmones es necesario e(pandir el tóra(, o sea despla#ar las
estructuras tóracopulmonares aplicándoles una fuer#a, por tanto se reali#a un trabajo, denominado trabajo para respirar o trabajo respiratorio.
El trabajo respiratorio consta de tres fracciones?
El trabajo de distensibilidad o trabajo elástico, !ue es el reali#ado para e(pandir los pulmones venciendolas fuer#as elásticas de los mismos y del tóra(.
)3
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El Trabajo de resistencia tisular, !ue es el necesario para vencer la viscosidad de los pulmones y lasestructuras de la pared torácica.
El trabajo de resistencia de la vía aérea, !ue es el !ue se debe reali#ar para vencer la resistencia !ueofrecen las vías aéreas al paso del aire
%OLMENES Y CA5ACIDADES 5!LMONAR
Entre estos vol7menes y capacidades tenemos la apacidad vital for#ada, la !ue resulta de registrar unaespiración for#ada o má(ima a partir de una inspiración también má(ima, dicho de otro modo se le pide al paciente !ue llene al má(imo sus pulmones y luego e(pulse todo el aire lo más rápido !ue le sea posible,su valor en volumen es igual al de la capacidad vital
%demás es de interés el Polumen espiratorio for#ado en el primer segundo, !ue es el volumen de aire !uese despla#a durante el primer segundo de la capacidad vital for#ada y normalmente tiene un valor mayor del C< del volumen.
Tanto la apacidad vital for#ada, como el Polumen espiratorio for#ado en el primer segundo tienen granutilidad práctica en el diagnóstico, pronóstico y evolución de los trastornos ventilatorios, los !ueresumiremos a continuación
VOLUMEN RESIDUAL
En los adultos, en la respiración espontánea en reposo se inspiran y espiran en cada ciclo respiratorio entre> y H ml, cantidad !ue se repite en forma bastante regular y se denomina volumen corriente, por ser el!ue se mueve o corre. Esta cantidad es apro(imadamente sólo una décima parte de lo !ue el pulmón puedemovili#ar, e(istiendo, por lo tanto, importantes reservas de inspiración y espiración, a las cuales se recurrecuando aumentan las demandas por ejercicio físico, fonación, risa, llanto, etc.
CAPACIDAD VITAL
Esta capacidad está constituida por la suma del volumen corriente y las reservas inspiratoria y espiratoria.0epresenta el má(imo de aire !ue se puede movili#ar en una sola maniobra respiratoria. En )C>H, Uohn-utchinson desarrolló el método de medición a7n vigente y sentó las bases para su aplicación clínica. or estimar !ue revelaba la potencialidad de vida del individuo la denominó capacidad vital,
&a capacidad vital se mide directamente en un espirómetro, y los valores encontrados se e(presandirectamente en litros o mililitros y como porcentaje de un valor teórico predeterminado o de referencia,!ue depende de la talla, edad y se(o del individuo. Estos valores son promedios !ue se han calculado a
partir de mediciones reali#adas en grupos de sujetos normales no e(puestos a riesgos inhalatorios !ue pudieran alterar su función ventilatoria. "ebido las diferentes características de las poblaciones estudiadasy los variables criterios de calificación de 'normalidad' !ue se han usado, los valores de referenciaresultantes difieren y no se ha llegado a establecer una tabla de valores de aplicabilidad universal. Enhile se han utili#ado principalmente los valores determinados por Wnudson en población norteamericana,usados en hile por ser los mejor elaborados hasta ese momento. osteriormente estudios nacionalesdemostraron algunas diferencias importantes por lo !ue la Sociedad hilena de Enfermedades0espiratorias, tras un análisis de esta información, ha publicado tablas !ue se recomienda aplicar a nuestra población
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Es importante tener presente !ue el valor de referencia es un promedio con márgenes de másBmenos + a+G<, lo !ue puede conducir a serios errores de interpretación. Supongamos el siguiente ejemplo? una persona normal !ue, de haber sido e(aminado cuando estaba sano, hubiera tenido una P de )+< delvalor teórico promedio, presenta una enfermedad pulmonar !ue reduce su P a un CG< del mismo promedio teórico. Este 7ltimo valor deberá ser informado como 'dentro de los límites normales', aun!ue para el paciente significa una pérdida de un tercio de su capacidad vital. or esta ra#ón es importanteinstruir a la persona sana !ue se hace una espirometría en un e(amen de salud o en un e(amen pre/ocupacional, !ue guarde siempre sus resultados , ya !ue así contará con un valor de referencia personal.
&os valores teóricos se e(presan en las condiciones físicas !ue imperan dentro del aparato respiratorio, osea, a :;X, a la presión ambiental y saturados de vapor de agua, condición !ue se denomina 5TS3bodytemperature, ambientpressure, saturated temperatura corporal, presión ambiental y saturado devapor de agua4. omo las mediciones clínicas se reali#an en un espirómetro a una temperatura muyinferior a :;X, el volumen de aire espirado se reduce a uno menor !ue el !ue ocupaba dentro del pulmón, por lo !ue es necesario corregirlo. ara ello el volumen medido a la temperatura y presión ambientales ysaturado de vapor de agua 3%TS? ambienttemperature and pressure, saturated4 se multiplica por un factor de corrección, !ue lo convierte a 5TS. Este valor es el !ue se compara con el valor teórico, e(presándosecomo porcentaje de éste. &os espirómetros actuales entregan los valores corregidos a 5TS
&a P depende de la correcta integración entre la generación y la conducción de los estímulosrespiratorios, de la capacidad muscular respiratoria, de la mecánica es!uelética y del estado del pulmón. Elnivel de inspiración má(ima, límite superior de la P, no está determinado por impedimentos mecánicossino por reflejos propioceptivos generados en el pulmón distendido, !ue frenan la contracción muscular.Esto e(plica !ue en el cadáver con el tóra( abierto, éste pueda distenderse hasta un mayor volumen.
"ada la amplia reserva del fuelle, las alteraciones funcionales leves suelen pasar inadvertidas para el paciente, pero pueden ser captadas en la medición de la P. Esta puede disminuir por m7ltiplesmecanismos, !ue pueden reducirse a dos tipos fundamentales? los trastornos obstructivos !ue reducen laP por aumento del volumen residual atrapado en el pulmón y los trastornos restrictivos !ue, como sunombre lo indica, restringen el volumen del pulmón utili#able, debido a ocupación o colapso de alvéolos,infiltración del intersticio, ocupación del espacio pleural, restricciones a la movilidad del tóra(, debilidadmuscular, etc. %l referirnos a la fisiopatología del aparato respiratorio anali#aremos estos aspectos conmayor detalle.
VOLUMEN RESIDUAL . CAPACIDAD RESIDUAL FUNCIONAL
El volumen residual 3P04 es el aire !ue !ueda en el pulmón después de una espiración for#ada má(ima, por lo !ue no se puede medir en la espirometría, debiendo recurrirse a métodos indirectos de mayor complejidad. Sumado al volumen de reserva espiratoria, constituye la capacidad residual funcional 304,!ue es la cantidad de gas !ue se mantiene en el pulmón al final de la espiración espontánea. umplediversas funciones?
• ermite !ue la composición del aire alveolar oscile muy levemente, ya !ue los + a : litros de gas
!ue permanecen en el pulmón diluyen el aire inspirado, impidiendo cambios bruscos en lacomposición del aire alveolar. Si el aire alveolar se recambiara totalmente por aire atmosférico, el=+ de la sangre venosa al llegar al alvéolo se liberaría e(plosivamente en forma de burbujas y se producirían cambios bruscos y violentos en el e!uilibrio ácido base.
• Sirve como reservorio de o(ígeno, lo !ue permite !ue la sangre siga removiendo este gas del pulmón en forma continua durante la espiración y en períodos cortos de apnea.
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• 8antiene un volumen de aire en los alveolos !ue impide su colapso, situación !ue e(igiría generar grandes presiones para volver a e(pandirlos &a capacidad residual funcional está determinada por la interacción de las fuer#as elásticas del pulmón, !ue tienden al colapso, y las del tóra(, !uetienden a la e(pansión. Su posición de e!uilibrio corresponde al nivel de final de espiración enreposo.
ara llegar al volumen residual la espiración for#ada tiene !ue vencer la elasticidad torácica, siendofinalmente limitada por reflejos propioceptivos toracopulmonares y por el cierre de las pe!ue$as víasaéreas. Este 7ltimo fenómeno se debe a !ue la disminución del volumen pulmonar reduce la tracciónelástica !ue el parén!uima pulmonar ejerce sobre los bron!uíolos, manteniéndolos abiertos. or elenvejecimiento normal de los elementos elásticos del pulmón, este fenómeno de cierre se acent7a con laedad, con lo !ue el P0 aumenta, representando una fracción progresivamente mayor de la capacidad pulmonar total 3:< hasta los :G a$os y >< sobre los G a$os4.
En cifras absolutas, el P0 de un hombre de + a$os, ),; m de estatura, con una T de H &, es de
apro(imadamente ),C &.
CAPACIDAD INSPIRATORIA
uando el volumen residual y la capacidad residual funcional, de compleja medición, aumentan en formaaguda sin modificar la capacidad pulmonar total, lo hacen a e(pensas de la capacidad inspiratoria, medibleen la esprometria. Esto permite la evaluación indirecta fácil de la capacidad residual funcional en elfenómeno de hiperinflaciondinámica , de gran importancia en la obstrucción bron!uial difusa 3apitulo:H4
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PRE"IONE" EN E# APARATO RE"PIRATORIO
En la compleja interrelación entre tóra(, pulmón y ventilación, intervienen fuer#as y se generan presionesoscilantes !ue anali#aremos en relación con los fenómenos mecánicos pertinentes
.
#as presioes Jue ecotramos so las si'uietes4
a9 Presión amos*.rica. En fisiología respiratoria convencionalmente se la considera como puntode referencia de valor cero, e(presándose las demás presiones como diferencias positivas o negativas
(9 Presión en la (oca o enrada del aparao respiraorio. En situación estática, sinflujo de aire y con la boca y glotis abiertas, es de cero , o sea, igual a la atmosférica y a la de las víasaéreas y alvéolos. uando hay movimientos respiratorios oscila levemente por encima o por debajo de la
presión atmosférica, seg7n la fase de la respiración.
c9 Presión en las v%as a.reas+ Es la !ue impulsa el flujo aéreo , seg7n la dirección de éste, esdecreciente hacia el alvéolo o hacia la boca.
d9 Presión alveolar . En condiciones estáticas y con la glotis abierta es igual a la presiónatmosférica, pero, por efecto de los movimientos del tóra(, se hace mayor o menor !ue la de la boca,generando el flujo a través de las vías aéreas.
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e9 Presión pleural 7Ppl9+ En la respiración espontánea es habitualmente subatmosférica onegativa, por!ue el tama$o de reposo del pulmón es menor !ue el del tóra(. En la igura +/> se ilustra lasituación observada al final de espiración tran!uila 304, en !ue el conjunto tóra(/pulmón está ene!uilibrio.
&a posición de reposo del pulmón aislado se encuentra por debajo de la 0, y la posición de reposo deltóra( por sobre la 0 en mayor grado. or consiguiente, a este volumen pulmonar, estando pulmón ytora( adosados, el espacio pleural está sometido a fuer#as opuestas !ue tienden a ampliarlo y, como esteespacio es cerrado, en su interior se desarrolla una presión negativa . &a pl puede medirse directamenteinsertando una aguja en el espacio pleural, pero en estudios fisiológicos habitualmente se eval7a en formaindirecta a través de la presión intraesofágica, !ue la representa adecuadamente y cuya medición es menosinvasiva. ara ello, se introduce un catéter plástico provisto de un balón de láte( en su e(tremo hasta el
tercio inferior del esófago. &as presiones así registradas representan la presión pleural media.
e9 Presiones ransmurales! el volumen de órganos o estructuras huecas y distensibles, como el pulmón y el tóra(, es determinado en parte por la diferencia de presiones en su interior y e(terior o presióntransmural.Si la presión interior es mas alta !ue la e(terior el volumen de la estructura aumenta y si esmenor ,el volumen se reduce.
*9 Presión ranspulmonar 7Pp9! es la diferencia entre la presión en la boca y la presión pleural. En condiciones estáticas determina el grado de distensión del pulmón y en condiciones dinámicasdebe, además, vencer las resistencias opuestas al movimiento del aire
g9 Presión ras5or$cica! es la diferencia entre la presión pleural y la atmosférica.
)$
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&o esencial de lo e(puesto es !ue la ventilación es determinada por las diferencias de presión entre la atmósfera y el alveolo !ue oscilan por efecto de la actividad rítmica delos m7sculos respiratorios en interacción con la elasticidad del pulmón y tora( y lasresistencias opuestas al flujo aéreo
MUSCULOS RESPIRATORIOS
"esde el punto de vista fisiológico, puede considerarse !ue la caja torácica y el abdomen constituyen unaunidad funcional. Esta unidad tiene dos componentes rígidos? la columna vertebral y la pelvis, cuyasformsa no son modificadas por la respiracion . En cambio, las paredes anterior y laterales se despla#an por acción muscular directa y por los cambios de presión !ue ésta genera. En la Tabla +/) se indican losm7sculos respiratorios más importantes.
TA5#A -2 RO# DE #O! MU!CU#O! RE!"IRATORIO!
IN!"IRATORIO!
@tili#ados durante respiracióntran!uila
"iafragmaEscalenosaraesternales
%ccesorios de la inspiración mas
profunda
Esternocleidomastoideo
Trapecioectorales
ijadores de la pared torácica Antercostales e(ternos
E!"IRATORIO!
@tili#ados en espiración for#ada, Antercostales internos
%bdominales
&a respiración en reposo es sostenida básicamente por el diafragma, pero, para !ue su acción sea efica#, esnecesario !ue los m7sculos intercostales e(ternos estabilicen el tóra( impidiendo !ue éste se hundacuando se contrae el diafragma, lo !ue es especialmente importante en recién nacidos, y !ue los escalenoseleven e$lesternon u costillas superiors . "ado !ue la retracción elastica del pulmón genera pasivamente laespiración y la e(pansión elastica del tora( facilita la inspiración, el gasto energético de los m7sculosrespiratorios en reposo representa sólo un >< del gasto total del organismo, pudiendo aumenta )G a +veces durante el ejercicio
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"urante la espiración tran!uila no hay actividad de los m7sculos espiratorios, ya !ue esta fase es unfenómeno elástico pasivo. Sin embargo, el diafragma se mantiene en contracción decreciente al comien#ode la espiración, evitando !ue el pulmón se desinfle bruscamente por efecto de la retracción elástica del pulmón. Si la ventilación aumenta sobre + litros por minuto se agrega la contracción activa de losm7sculos espiratorios abdominales. Sobre los > litros por minuto, como ocurre durante un ejercicio físicointenso, se suman los m7sculos accesorios de la inspiración, y si la ventilación sobrepasa los ) litros por minuto, como sucede en la ventilación má(ima voluntaria, se reclutan todos los m7sculos torácicos yabdominales !ue tienen alguna acción respiratoria. &os m7sculos espiratorios también entran en acción al
soplar for#adamente, toser, cantar, tocar instrumentos de viento, etc.
DIA0RA1MA!
El diafragma es el principal m7sculo de la respiración y se contrae con una frecuencia de por lo menos )veces por minuto durante toda la vida. Esta actividad continua es posible debido a !ue, si bien es unm7sculo es!uelético estriado, tiene características bio!uímicas y en#imáticas !ue lo asemejan almiocardio? su contenido de mitocondrias y citocromo/o(idasas, su capacidad de metaboli#ar lactato y suflujo sanguíneo son intermedios entre los m7sculos es!ueléticos y el miocardio. Estas cualidades permiten!ue el diafragma cumpla su papel de órgano esencial . Este carácter crucial del diafragma se veconfirmado por el hecho de !ue en insuficiencias circulatorias graves, como el shoc2, son el diafragma, el
cora#ón y el cerebro los órganos !ue reciben prácticamente todo el flujo sanguíneo disponible, !uedandoel resto del organismo con una mínima irrigación.
El diafragma tiene una morfología 7nica entre los m7sculos es!ueléticos? forma una estructura en formade c7pula entre el tóra( y el abdomen y sus fibras nacen de un tendón central dispuesto en formahori#ontal a nivel del apéndice (ifoides y se dirigen radial y caudalmente hacia sus inserciones periféricas.@na parte de ellas se inserta en las H costillas inferiores y el esternón 3diafragma costal4, y la otra, en las primeras vértebras lumbares 3diafragma crural4. Está inervado por los nervios frénicos cuyas raíces seoriginan desde : a G.
El flujo sanguíneo lo recibe de las arterias mamaria interna, intercostales y frénicas inferiores, !ue presentan abundantes anastomosis entre ellas y forman una red alrededor del tendón central. Esta buena
perfusión del diafragma permite !ue su flujo sanguíneo pueda aumentar G a H veces cuando trabaja contrauna carga respiratoria fisiológica o patológicamente aumentada.
ara comprender el efecto inspiratorio de la contracción diafragmática es necesario tener presente la particular disposición anatómica de este m7sculo.
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&as fibras del diafragma parten del tendón central en forma radiada y, en su primera porción, forman lasc7pulas diafragmáticas dispuestas hori#ontalmente con su conve(idad hacia el tóra(. -acia la periferia lasfibras toman una dirección cráneo/caudal, adosándose a la cara interna de la caja torácica, para finalmenteinsertarse en las costillas inferiores. Se forma así una #ona de aposición, !ue permite !ue la presiónintraabdominal act7e sobre la parrilla costal inferior. En posición de pies, la #ona de aposición representa)B: de la superficie endotorácica del m7sculo. Estas características morfológicas determinan !ue lacontracción del diafragma aumente el tama$o del tóra( en todos sus ejes a través de los siguientesmecanismos?
a4 El acortamiento de las fibras diafragmáticas produce el aplanamiento de las c7pulas, !ue se despla#anhacia el abdomen, aumentando el eje longitudinal del tóra( y subiendo la presión abdominal.
b4 El acortamiento en sentido cráneo/caudal de las fibras de la #ona de aposición levanta las costillas y, por la forma en !ue éstas articulan con la columna vertebral, las despla#a hacia afuera 3movimiento en asade balde4. ara !ue esta acción ocurra, se re!uiere !ue e(ista un mecanismo !ue impida !ue el tendóncentral del diafragma descienda libremente hacia el abdomen. Esto se logra por la resistencia !ue oponenen conjunto el contenido del abdomen y la tonicidad de sus m7sculos. &a fijación de la c7puladiafragmática así lograda provee a las fibras diafragmáticas del punto de apoyo necesario para levantar lascostillas.
c4 El aumento de la presión intraabdominal durante la inspiración se transmite, a través de la #ona deaposición, a la caja torácica inferior contribuyendo también a su e(pansión. &a magnitud de este efectodepende del tama$o del área de aposición y del grado en !ue aumenta la presión intraabdominal.
@n factor !ue afecta importantemente la acción del diafragma es el volumen pulmonar. % medida !ue ésteaumenta,como sucede en el enfisema, la elongación del m7sculo al final de espiración es menor con laconsiguiente reducción de eficacia en la inspiración !ue sigue. %demás, el área de aposición se reduce progresivamente para desaparecer cuando el pulmón se acerca a su capacidad má(ima 3T4. En ella lasfibras diafragmáticas se disponen perpendicularmente a la pared costal, y su contracción puede traccionar
hacia adentro el borde inferior de la caja torácica, en lugar de elevarlo.
&a presión generada por el diafragma se estudia en fisiología y fisiopatología registrando las presiones!ue se generan al nivel del tóra( 3presión intraesofágica4 y del abdomen 3presión intragástrica4 cuando eldiafragma se contrae. % medida !ue progresa la inspiración la presión pleural se hace más negativa y laabdominal más positiva y la diferencia de presión !ue se produce entre el abdomen y el tóra( comoconsecuencia de la contracción del diafragma se denomina presión transdiafragmática 3di4. "urante larespiración tran!uila el cambio de presión transdiafragmática es de apro(imadamente de )) cm - +=.determinado por un aumento de ; cm - += en la presión abdominal y una disminución de > cm - += en la presión torácica.
EVALUACION DE LA FUNCION MUSCULAR RESPIRATORIA
or la forma de inserción y tipo de efectos !ue tiene la musculatura respiratoria, resulta imposible medir directamente las características !ue se miden fácilmente en un m7sculo es!uelético? fuer#a generada,velocidad de contracción y grado de acortamiento. or ello se usan las presiones como índice de fuer#a6 elflujo aéreo alcan#ado, como índice de velocidad de contracción, y el cambio de volumen pulmonar comoe(presión del acortamiento muscular.
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%l igual !ue otros m7sculos es!ueléticos, la fuer#a de los m7sculos respiratorios depende de su longitudinicial. An vitro, la relación tensión/longitud de estos m7sculos es del tipo ran2/Starling e in vivo se puede obtener una curva similar, relacionando las presiones transdiafragmáticas má(imas 3tensión4 con losvol7menes pulmonares a !ue fueron medidas ya !ue, como se dijo, estos 7ltimos son índices de lalongitud de los m7sculos respiratorios
En esta curva, se puede apreciar !ue el diafragma genera la má(ima tensión cuando se encuentra elongadoentre un G a )< por encima de su longitud de reposo, o sea, al final de una espiración for#ada. Si en estascondiciones se le aplica un estímulo má(imo, ya sea voluntario o eléctrico, se obtiene la má(ima presión!ue es capa# de generar. uando el diafragma se encuentra acortado, la presión !ue puede generar ante unmismo estímulo disminuye en forma considerable? al ;G< de su longitud de reposo, la presióncorresponde sólo a un +< de la má(ima.
Esta cacracterística e(plica !ue los m7sculos inspiratorios generen su má(ima presión al nivel de volumenresidual, condición en !ue se encuentran elongados. or el contrario, los m7sculos espiratorios tienen su
má(ima fuer#a en el nivel de capacidad pulmonar total.
El parámetro de fuer#a muscular inspiratoria más usado en clínica es la presión inspiratoria má(ima3A8a(4 !ue se mide reali#ando , al nivel de 0, un esfuer#o inspiratorio voluntario má(imo, contra unaválvula con la rama inspiratoria ocluida. En esta maniobra se mide la fuer#a de todos los m7sculosinspiratorios en conjunto y tiene la ventaja de ser simple y no invasiva. %demás de medir el nivel má(imode presión inspiratoria alcan#ada, debe determinarse el nivel !ue el paciente mantiene un segundo despuésde alcan#ado el má(imo 3resión inspiratoria má(ima sostenible4.
&a fuer#a má(ima !ue desarrollan los m7sculos inspiratorios depende de la edad del individuo? el valor más alto se alcan#a alrededor de los + a$os y decrece a ra#ón de ,G cm- += por a$o de edad. &asmujeres generan apro(imadamente un ;G< de las presiones má(imas !ue generan los hombres. &as cifrasnormales de Ama( para un sujeto pueden predecirse a partir de su se(o y edad, pero el rango de variacióndel valor así calculado es muy amplio por diferencias individuales de conte(tura general, estadonutricional y actividad física. En todo caso, se considera como reducido un valor inferior a ; cm - += para los hombres y de G cm -+= para las mujeres.
"urante la respiración tran!uila e(iste una importante reserva muscular, ya !ue normalmente se utili#amenos del )< de la presión transdiafragmática má(ima 3dima(4. En condiciones de mayor e(igenciaventilatoria, este porcentaje aumenta, pero mientras no se sobrepase el >< de la dima(, la ventilación se puede mantener indefinidamente, siempre !ue la duración de la espiración sea normal 3H< de la duración
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total del ciclo respiratorio4, ya !ue es en esta fase cuando los m7sculos inspiratorios descansan y serecuperan. El uso de presiones superiores al >< de la capacidad má(ima conduce a fatiga muscular inspiratoria? un individuo normal usando el H/;< de su dima( no tolera más de > a G minutos. or otra parte, la fatiga se puede producir con porcentajes menores de dima( si se alarga el tiempo inspiratorio,reduciéndose el tiempo de reposo espiratorio.
&a musculatura espiratoria tiene un rol menos crítico por!ue la espiración normal es un fenómeno pasivo!ue se produce gracias a la energía elástica acumulada durante la inspiración. &a musculatura espiratoriaentra en actividad sólo cuando la ventilación está muy aumentada, cuando e(isten obstáculos espiratorioso durante la tos. &as alteraciones de la musculatura espiratoria revisten especial gravedad en los pacientescon compromiso muscular o neurológico, en !uienes la menor eficacia de la tos facilita las infeccionesrespiratorias.
En suma lo básico es !ue durante la inspiración en reposo los m7sculos deben vencer la fuer#as deretracción elásticas y las resistencias friccionales, mientras !ue en la espiración lo m7sculos nointervienen, bastando la retracción elástica como fuer#a impulsora. Sólo en la espiración for#adacontra alg7n obstáculo y cuando la ventilación e(cede a + &Bmin se activan los m7sculosespiratorios.
RESISTENCIAS VENTILATORIAS
ara lograr la movili#ación del aire, los m7sculos respiratorios deben vencer dos tipos de fuer#as !ue seoponen a ello?
:+ #a elasicidad de pulmón y óra' !ue tienden a mantener estas estructuras en su posición
de e!uilibrio de final de espiración. Este obstáculo, denominado elastancia, tiene la particularidad de !uela energía !ue se invierte en vencerlo se recupera al dejar !ue el cuerpo deformado vuelva por sí mismo asu posición de partida. En el caso del pulmón, esta se opone a la inspiración pero es propulsora de laespiración en cual!uier nivel de volumen pulmonar. &a situación para el tóra( es más compleja? en formasimplificada puede decirse !ue esta estructura se e(pande fácilmente cuando el volumen pulmonar estásobre la 0, y !ue se resiste a reducir su volumen bajo este nivel.
&a elasticidad del sistema respiratorio en globo, pulmón y tóra( acoplados, es el balance entre laelasticidad de ambos componentes. El punto de reposo del sistema corresponde al final de una espiracióntran!uila 304 . En suma? la elastancia del pulmón es la principal fuer#a elástica !ue se opone a lainspiración normal, mientras !ue en la espiración for#ada bajo 0 3tos4, la elastancia del tóra( es la principal fuer#a !ue deben vencer los m7sculos espiratorios.
;+ #as resisencias *riccionales !ue se deben principalmente al roce del aire en las vías aéreasy, en menor grado, a la fricción interna de los tejidos del aparato respiratorio. &a energía invertida envencer estas resistencias no es recuperable.
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DETERMINANTES DE LA ELASTICIDAD PULMONAR . TORACICA
omo se dijo, un cuerpo elástico se caracteri#a por recuperar, sin nuevo gasto energético, su posición oforma original cuando cesa la fuer#a e(terna !ue lo deformó. &a elasticidad del pulmón es producto dediversos factores?
a4 &a estructura fibro/elástica del parén!uima pulmonar.
b4 &a tensión superficial en la interfase aire/lí!uido alveolar.
c4 El tejido elástico y conectivo de vasos y bron!uios.
d4 El contenido de sangre del lecho vascular pulmonar.
Sólo nos detendremos en los dos primeros factores / malla elástica y la tensión superficial, pero antesveremos los métodos !ue permiten estudiar la elastancia global y su resultante, la distensibilidad, con elsolo objetivo de e(plicar mejor los conceptos ya !ue su ejecución corresponde al area de laespeciali#acion.
MEDICION DE LA ELASTICIDAD . DISTENSIBILIDAD
E(isten varios métodos para estudiar las propiedades elásticas del pulmón, pero solo consideraremos elilustrado en la figura +/* !ue permite e(plicar algunos hechos clínicos. En ella se muestran tra#ados devolumen pulmonar y tp simultáneos, obtenidos en un sujeto normal !ue hace una inspiración má(ima yluego espira escalonadamente, deteniendo la respiración en vol7menes decrecientes. Se registra la tpcorrespondiente a cada volumen y con estos datos se construye la curva /P ilustrada en la igura +/).
&a distensibilidad disminuye progresivamente al aumentar el volumen pulmonar y !ue para lograr la
capacidad pulmonar total se necesitan alrededor de : cmB-. . &as curvas P de individuos normalesvarían con la edad, ya !ue el pulmón se va haciendo más distensible con el envejecimiento
.&a curva también varía por alteraciones patológicas de las propiedades elásticas del pulmón en estudio3ig. +/))4?
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En el enfisema el pulmón se hace más flácido por la destrucción de tabi!ues alveolares elásticos, la curvaes más vertical y está despla#ada hacia la i#!uierda. Esto significa !ue para un determinado cambio de presión el cambio de volumen producido es mayor y !ue las presiones transpulmonares !ue es necesariodesarrollar son bajas. E(iste, por lo tanto, una distensibilidad pulmonar aumentada, !ue si bien facilita lainspiración, significa una disminución de la retracción elástica, necesaria para la espiración y para evitar elcolapso de las pe!ue$as vías aéreas !ue carecen de cartílago. En cambio, en la fibrosis pulmonar, en !uehay reempla#o del tejido pulmonar elástico por tejido colágeno rígido, esta curva se hace más hori#ontal yse despla#a hacia la derecha, lo !ue significa !ue para alcan#ar un volumen determinado la magnitud de la presión transpulmonar !ue se deberá generar será mucho mayor, o.sea, aumenta el trabajo respiratorio
8edida en esta forma, la distensibilidad del pulmón aparece menor en ni$os y personas pe!ue$as. Ello nose debe a !ue sus pulmones sean más rígidos, sino a !ue un determinado cambio de volumen puede
significar una distensión muy importante para un pulmón pe!ue$o, mientras !ue sólo representa unafracción de la distensión potencial para un pulmón grande. Este factor de distorsión se corrige calculandoel cambio por litro de volumen pulmonar, o sea, dividiendo la distensibilidad absoluta por la 0 del pulmón. Se obtiene así la distensibilidad específica, !ue es independiente del tama$o pulmonar. Su valor,tanto en ni$os y adultos normales, es de G a H ml B cm -+= por cada litro de 0.
En clínica sólo e(cepcionalmente es necesario medir la distensibilidad, siendo suficiente deducir su estadoseg7n la enfermedad del paciente y considerar las concrescencias fisiopatlógicas correspondientes.
-asta el momento sólo hemos considerado la distensibilidad y retracción elástica del pulmón, pero losm7sculos respiratorios también tienen !ue vencer la elasticidad y la resistencia friccional de los tejidos deltóra(., !ue representan alrededor de un >< de las resistencias totales del aparato respiratorio.&a figura +/
)+ ilustra la inter/relación de las resistencia pulmonares y torácicas
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uede apreciarse !ue la curva /P del sistema
respiratorio 3tóra( y pulmón en conjunto4 tiene formade S itálica con su punto de reposo al nivel decapacidad residual funcional y !ue, a vol7menesaltos, el conjunto tóra(/pulmón ejerce una presión positiva tendiente a disminuir el volumen del sistemay volver a la posición de reposo. %l nivel de inspiración má(ima o capacidad pulmonar total, esta presiónes de alrededor de > cm - +=. or el contrario, en vol7menes inferiores a la 0 el sistema ejerce una presión negativa !ue tiende a aumentar el volumen pulmonar hasta volver a la posición de reposo. %l nivelde volumen residual esta presión es de /> cm - +=. &a medición de la curva /P del sistema e(igerelajación muscular total, por lo cual, en clínica, sólo se usa en pacientes en ventilación mecánica, durantela cual los m7sculos del paciente pueden estar inactivos. En estos pacientes, se puede producir cambiosdeterminados de presion con el respirador y relacionarlos con el cambio de volumen !ue se produce. Esteíndice es 7til para seguir la evolución de enfermedades !ue aumentan en forma aguda la rigide# pulmonar.
"el gráfico también puede deducirse !ue alteraciones !ue rigidi#an el tóra( , como la cifoescoliosis, pueden llegar a ser un factor limitante importante de la función ventilatoria del sistema respiratorio
Estructura fibroelástica del pulmó
&as fibras elásticas y colágenas del pulmón, aun!ue se encuentran acopladas, responden en formadiferente al estiramiento producido por la inspiración. &as fibras elásticas son elongadas realmente y estáne(puestas a romperse si el alargamiento es e(cesivo6 las fibras colágenas, en cambio,se encuentran plegadas o formando redes, como un tejido de lana, !ue puede elongarse en globo sin !ue las fibrasindividuales lo hagan. @na ve# totalmente estiradas, las fibras colágenas, de mayor firme#a, limitan la
distensión del pulmón. En la igura +/): se es!uemati#a la acción conjunta de estos dos elementos.
TENSION SUPERFICIAL
&a tensión superficial es un determinante importante de la elasticidad pulmonar, !ue no está ligado aelementos estructurales sino !ue es una fuer#a física presente en la superficie o interfase de contacto
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lí!uido/aire. %ct7a sobre las moléculas superficiales del lí!uido, atrayéndolas entre sí y hacia su centrogeométrico, lo !ue e(plica por !ué las gotas de agua o de mercurio tienden a la forma esférica.
ada alvéolo está internamente cubierto de una película de agua, la cual se comporta como una burbuja!ue, por acción de la tensión superficial en la interfase lí!uido/aire, tiende a achicarse y colapsar. Seg7n laley de &aplace, la presión necesaria para impedir el colapso de una burbuja se describe con la siguienteecuación?
+TSresión ///////////// r
"e ella se desprende !ue si aumenta la tensión superficial 3TS4, !ue favorece el colapso, se necesita mayor presión para impedirlo, mientras !ue si aumenta el radio 3r4, !ue tiene una relación inversa, disminuye latendencia al colapso. Esto e(plica !ue, en alvéolos bien inflados, se necesite una pe!ue$a presión paraimpedir el colapso6 en cambio, en los alvéolos de radio reducido, como sucede normalmente en el reciénnacido y en los alvéolos basales del adulto o en algunas condiciones patológicas 3hipoventilación, edemaalveolar4, la presión positiva intraalveolar o negativa perialveolar necesaria para distender esos alvéolos ymantenerlos distendidos es considerablemente mayor 3ig. +/)>4.
&a tensión superficial del lí!uido pulmonar es menor !ue la del agua o la del plasma, lo !ue obviamentefacilita la distensión del pulmón. Esto se debe a la presencia de una sustancia tensoactiva o surfactante !uese dispone entre las moléculas del lí!uido en la superficie alveolar ,disminuyendo la tensión superficial. %ldisminuir el radio del alvéolo estas moléculas se concentran, con lo !ue baja aun más la tensiónsuperficial. "e esta manera, la presión necesaria para mantener distendidos los alvéolos resultarelativamente constante dentro de una amplia gama de radios alveolares, con la consiguiente estabili#aciónalveolar. &a acción del surfactante es similar a la del jabón !ue se agrega al agua para el juego de hacer pompas o globos con un tubo y agua jabonosa. El surfactante es producido por los neumocitos tipo AA delepitelio alveolar y sus principales elementos activos son fosfolípidos.
En el nivel corriente de ventilación la tensión superficial representa más del G< de las fuer#as elásticas yes aun más importante en las primeras respiraciones del recién nacido. uando falta el surfactante por prematuridad, se produce una grave condición, llamada distrés respiratorio del recién nacido, con colapsoalveolar difuso.
Este efecto de la tensión superficial sobre la curva presión/volumen se ilustra en la igura +/)G? la curva %corresponde a un pulmón normal con suractante y distendido con aire6 la curva 5 es la del mismo pulmón pero lleno con suero, y la a un pulmón depletado de surfactante y lleno con aire.
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!e puede obser7ar Jue4
a4 &as presiones necesarias para distender el pulmón con aire son muy superiores a las !ue se necesitan para hacerlo con suero fisiológico. Esta diferencia se debe a la tensión superficial, !ue se desarrolla en lainterfase aire/lí!uido y no en la interfase lí!uido/lí!uido.
b4 &a presión de colapso de la interfase aire/lí!uido se reduce considerablemente cuando e(iste surfactanteen el lí!uido alveolar.
E(perimentalmente se ha observado !ue para iniciar la distensión de un pulmón colapsado debe aplicarsecambios de presión considerables antes de obtener un cambio de volumen notorio. Esto se debe a !ue senecesita una mayor presión para abrir vías aéreas y alvéolos !ue están con sus paredes h7medas en
contacto y adheridas . @na ve# sobrepasado un determinado nivel de presión, las paredes se despegan y seobtienen cambios de volumen proporcionales a las variaciones de la presión transpulmonar.
% vol7menes pulmonares altos la elasticidad pulmonar se va acercando a su límite, por lo !ue se re!uieren presiones mayores para lograr un mismo cambio de volumen.
RESISTENCIA DE LA VIA AEREA 4RVA5
&a resistencia !ue opone la vía aérea al movimiento del aire se debe al roce de éste con las paredes de losconductos. Se mide a través de la presión necesaria para obtener un flujo aéreo de ) litro por segundo.0epresenta el C< o más de las resistencias friccionales !ue se oponen a los movimientos ventilatorios. Elotro +< corresponde a la resistencia friccional de los tejidos, !ue no anali#aremos mayormente, por su
menor importancia y dificultades para su medición en clínica. ara medir la 0P% es necesario conocer ladiferencia de presión entre alvéolo y boca, y el flujo aéreo resultante?
alv / boca cm -+=0P% ////////////////// //////////// lujo aéreo &Bseg
"e los tres factores !ue deben medirse en esta ecuación el 7nico !ue constituye problema es la presión
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alveolar, !ue sólo puede medirse en forma indirecta. ara ello se utili#a una cámara hermética o pletismógrafo dentro de la cual se introduce al sujeto, !uien respira el aire e(terior a través de un tubo.&os cambios de presión !ue se producen en la cámara como consecuencia de los cambios de volumen deltóra( son registrados y son de la misma magnitud pero de sentido inverso alos ocurridos dentro delalvéolo.
&a resistencia !ue opone un tubo al flujo laminar de un fluido depende de varios factores, !ue se ilustranen la ecuación de oiseuille?
& es el largo del tubo6 la viscosidad del gas y r, el radio del tubo. %un cuando esta ecuación no se aplicae(actamente a un sistema con áreas de flujo turbulento como la vía aérea, es válida para destacar !ue elradio es el determinante más importante de la resistencia por estar elevado a la cuarta potencia ? unareducción del radio a la mitad significa !ue la resistencia aumenta )H veces.
&a resistencia de la vía aérea durante la respiración tran!uila es normalmente inferior a + cm -+=B & Bseg.
DISTRIBUCION DE LA RESISTENCIA EN LA VIA AEREA
Estudios e(perimentales reali#ados en pulmones aislados han logrado establecer !ue la contribución a laresistencia global es muy diferente para distintas #onas de la vía aérea. En la Tabla +/+ se resume ladistribución en un individuo normal. Si se respira a través de la nari# la resistencia se duplica.
T%5&% +/+ "AST0A5@AN9 "E &% 0ESASTE9A% E9 &% Pw% %R0E%
Nrgano 0esistencia
åe y faringe ,G
5ron!uios mayores de + mm de diámetro ,G
5ron!uios menores de + mm ,+
Total - cm /OK#Kse'
&a escasa participación de los bron!uios menores de + mm, o vía periférica, en la resistencia total se debefundamentalmente a los siguientes hechos?
). omo se destacó en el capítulo de morfología, cuando un bron!uio se divide en dos el área conjunta de
los bron!uios hijos es mayor !ue la del bron!uio madre. Esto va aumentando el área total de sección enforma muy significativa, aun!ue los bron!uios individuales vayan siendo cada ve# más finos. El área de latrá!uea es de +,G cm+, mientras !ue el área conjunta de las vías periféricas llega a ). cm +, o sea, >.veces más. Esta característica ha hecho homologar la sección total de la vía aérea a una trompeta con unárea muy pe!ue$a cerca de de la bo!uilla 3vías centrales4 y una muy grande en el e(tremo contrario o pabellón 3vías periféricas4.
+. "ado !ue la cantidad de aire !ue pasa por unidad de tiempo a través de la trá!uea es la misma !ue fluye por la sección progresivamente mayor de la periferia, la velocidad del aire va disminuyendo cada ve# más para llegar prácticamente a cero en las unidades terminales, donde las moléculas se mueven por difusión
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gaseosa y no por flujo. &a menor velocidad significa menor resistencia, la cual disminuye aun más por!uea este nivel el flujo es laminar, lo !ue opone mucho menos obstáculo al flujo !ue las turbulenciasasociadas a la alta velocidad del aire en los bron!uios de mayor diámetro.
:. =tro factor determinante es la ley física !ue indica !ue las resistencias acopladas en serie se suman ensu valor absoluto, mientras !ue si se acoplan en paralelo se suman en su valor recíproco, lo !ue significauna resistencia total menor. E(isten sólo ++ a +> generaciones de bron!uios colocados en serie !ue participan en la resistencia total a través de la suma de sus valores absolutos, y + o más generaciones de bron!uios finos dispuestos en paralelo !ue participan en la resistencia total como la suma de sus valoresrecíprocos. El efecto puede apreciarse a través del siguiente ejemplo, en !ue se da un valor arbitrario de +a cada una de las resistencias? trá!uea, laringe y cada uno de los bron!uios fuentes.
Resisencias en serie!0. laringe Y 0. trá!uea 0. total
+ Y + >
Resisencia en paralelo!0. bron!uio der. Y 0. bron!uio i#!. 0. total
)B+ Y )B+ )
omo se verá más adelante, esta característica significa !ue fenómenos obstructivos de la región periférica pesan muy poco en la resistencia total y producen pocos síntomas, salvo cuando ya son muy pronunciadosy e(tensos. or esta ra#ón, la pe!ue$a vía aérea, constituida por ramas menores de + mm, ha sido llamada'#ona muda'.
RESISTENCIA DE LA VIA AEREA . VOLUMEN PULMONAR
&a resistencia de la vía aérea varía inversamente en relación con el volumen pulmonar, siguiendo unacurva !ue no es lineal 3ig. +/)H4.
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% vol7menes pulmonares altos la resistencia es menor, debido a !ue la tracción del tejido elástico pulmonar sobre las paredes de la vía aérea es mayor, por lo !ue aumenta el calibre bron!uial, sucediendolo inverso a vol7menes pulmonares bajos. Esta relación inversa e(plica la acentuación !ue sueleobservarse en los fenómenos obstructivos de la vía aérea durante la espiración o en dec7bito,en el cualdisminuye el volumen pulmonar por despla#amiento cefálico del diafragma por presión de las víscerasabdominales.
RE"I"TENCIA D/RANTE #A RE"PIRACION TRAN</I#A
"urante la respiración tran!uila, la resistencia de la vía aérea es muy baja y la diferencia observada entreinspiración y espiración es mínima, aun cuando la vía aérea se encuentra algo más distendida en lainspiración.
RE"I"TENCIA D/RANTE #A RE"PIRACION 0OR=ADA
%un cuando la espiración for#ada no es parte de la respiración espontánea normal, es de uso corriente en pruebas funcionales para evaluar e la resistencia al flujo de las vías aéreas.
Esto se puede e(plicar por la reduccion del diametro con aumento de la resistencia de la vía aérea amedida !ue el volumen pulmonar se va reduciendo en la espiracion. "icho en otra forma, a vol7menes
pulmonares bajos el flujo aéreo tiene un límite y e(iste un flujo aéreo má(imo !ue no puede ser sobrepasado por más !ue se aumente el esfuer#o. &a e(plicación de este fenómeno es compleja y tienerelación con los cambios de calibre !ue e(perimenta la vía aérea durante la espiración for#ada. Tanto losalvéolos como la vía aérea se encuentran sometidos a la presión pleural6 la presión intraalveolar es laresultante de la suma algebraica de la presión pleural y la presión de retracción elástica del pulmón. En laigura +/)C se es!uemati#an tres situaciones, todas ellas con el mismo volumen pulmonar.
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De la ilustració se desprede Jue4
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a4 En condiciones estáticas, sin flujo aéreo y con la glotis abierta, la presión alveolar y en el interior de lavía aérea es cero, o sea, igual a la atmosférica. &a presión de retracción elástica, !ue al volumen de esteejemplo es de YG cm -+=, se e!uilibra con la presión pleural de /G, lo !ue mantiene los alvéolos y las víasaéreas en un grado de distensión estable.
b4 En un a inspiración for#ada mantenida , la presión pleural es negativa 3/)+ cm - +=4 y la presión deretracción elástica es de YG cm de agua, ? la presión intraalveolar resultante de la suma algebraica esnegativa 3/; cm -+=4. Esto significa una diferencia con la presión atmosférica !ue hace entrar el aire. % pesar de !ue la presión intraluminal se desgasta por el roce del aire a medida !ue penetra por la vía aérea,la presión pleural es siempre más negativa !ue la de la vía aérea, por lo cual ésta se mantiene distendida.
c4 En la espiración for#ada, la presión intrapleural se hace positiva 3Y)+ cm - +=4, y se suma a la la presión de retracción elástica de YG cm - += y la presión alveolar resultante es positiva, Y); cm - +=. or el roce del aire !ue sale, esta presión cae a lo largo de la vía aérea en proporción a la resistenciaencontrada, hasta el punto en !ue la presión intrabron!uial se iguala a la pleural 3punto de igual presión oA4. @n poco más allá de este punto la presión intraluminal es menor !ue la pleural y se produce elcolapso de la vía aérea6 con ello cesa el flujo y, por lo tanto, la resistencia desaparece y el segmentocolapsado se reabre. "e esta manera se establece una condición oscilatoria !ue determina !ue el flujoalcan#a un nivel má(imo no sobrepasable en la espiración for#ada. Todo este fenómeno ha sido llamadocompresión dinámica
"e lo e(puesto se deduce !ue durante la inspiración el esfuer#o desplegado es determinante importante delflujo inspiratorio . "urante la espiración for#ada, en cambio, el aumento del esfuer#o espiratorio si bienincrementa la presión alveolar !ue impulsa el flujo también aumenta la presión pleural !ue comprime lavía aérea, por lo !ue la resistencia espiratoria aumenta. "e esta manera, un mayor esfuer#o espiratorio creasu propia mayor resistencia, fijándose un flujo má(imo !ue es imposible de sobrepasar, por más esfuer#ovoluntario !ue se haga. Si la relación entre presión transpulmonar y flujo espiratorio se mide a diversosniveles de volumen pulmonar, se observa !ue !ue el flujo alcan#ado dependa del esfuer#o voluntariomientras los vol7menes pulmonares estén sobre el ;< de la capacidad vital.
E suma lo fudametal es Jue los fluBos má%imos e espiració for?ada depede delesfuer?o mietras el 7olume pulmoar es alto @ e cambio co 7olHmees pulmoaresbaBo el L0+ de la C: el fluBo má%imo es determiado por4
a, #a ma'itud de la presió de retracció elástica Jue es la propulsora del fluBo @ esidepediete de la 7olutad2
b, #a resistecia Jue opoe la 7&a aFrea al paso del aire etre el al7Folo @ el sitio dode
se produce la compresió diámica2
CURVA FLUOHVOLUMEN
&a relación entre volumen pulmonar y flujos espiratorios e inspiratorios má(imos puede representarsegráficamente mediante la curva flujo/volumen 3ig. +/)*4. Esta se obtiene registrando en un gráfico de
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coordenadas el volumen pulmonar y el flujo aéreo durante una espiración for#ada desde T hasta P0, ydesde allí una inspiración for#ada hasta T. &os cambios de volumen pulmonar se inscriben en el ejehori#ontal, y se e(presan como porcentaje de la P, mientras !ue los flujos aéreos inspiratorio yespiratorio se representan en el eje vertical. %lgunos espirometrosmas recientes entregan esta curva, perosu disponibilidad no es muy amplia por lo !ue su uso corresponde mas bien a centros especiali#ados
Se puede observar !ue la curva espiratoria es apro(imadamente triangular y !ue el má(imo flujoespiratorio se alcan#a a vol7menes pulmonares altos 3entre ;G y )< de la P4. Este flujo espiratoriomá(imo 3E84 depende del esfuer#o efectuado y de la resistencia de las vías aérea mayores y, como severá más adelante, se mide frecuentemente en clínica en forma simplificada con la denominación de E,sigla de 'pea2e(piratoryflo^'. "espués de alcan#ado este má(imo, los flujos espiratorios vandisminuyendo gradualmente a medida !ue se reduce el volumen pulmonar. @na ve# !ue se ha sobrepasadoun esfuer#o mínimo, los flujos espiratorios má(imos medidos al G y +G< de la P 3E8G y E8+G 4son, independientes del esfuer#o desarrollado y sólo dependen de la presión de retracción elástica , de laresistencia de la vía aérea entre el alvéolo y el punto de igual presión.
&a curva inspiratoria semicircular y el flujo inspiratorio má(imo se produce cuando el volumen pulmonar es apro(imadamente del G< de la P 3A8G. 4 Este índice depende del esfuer#o y de la resistencia de lavía aérea central, especialmente de la e(tratorácica !ue, como veremos, se estrecha durante la inspiraciónfor#ada. Esta parte de la curva flujo/volumen se usa en clínica para el estudio de obstrucciones de la víaaérea alta, pudiendo diferenciar si es intra o e(tratorácica.
VOLUMENES RESIDUALES
El resultado final de la interacción entre los vol7menes, las fuer#as y las resistencias anali#ados es un flujoaéreo cuyas características interesa describir cualitativa y cuantitativamente, tanto en el sujeto normal
como en los enfermos. @sualmente se registran los flujos en maniobras for#adas ya !ue así se determina lamá(ima potencialidad ventilatoria del fuelle tóraco/pulmonar. &os índices más usados en clínica son?
COMPARACIÓN CAPACIDAD VITAL LENTA . FOR:ADA
En un individuo normal o con una limitación restrictiva pura sin obstrucción bron!uial, la capacidad vitalreali#ada en forma lenta, a la velocidad espontáneamente elegida por el sujeto 3P4, no difieresignificativamente de a!uella reali#ada en forma for#ada 3P4, con la má(ima velocidad espiratoria. Encambio, en los pacientes obstructivos, la introducción de esta e(igencia puede producir colapso espiratorio
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bron!uial con aumento del P0, y por lo tanto reducción importante de la P en comparación con la Plenta.
VOLUMEN ESPIRATORIO FOR:ADO DEL PRIMER SEGUNDO 4VEF>5
El tra#ado espirométrico !ue muestra la curva +/+ se obtuvo en un sujeto normal !ue hi#o unainspiración má(ima y luego una espiración for#ada má(ima. El cambio de volumen pulmonar fue
registrado a velocidad rápida.
En este tra#ado espirométrico se puede medir el volumen de aire espirado en el primer segundo,denominado volumen espiratorio for#ado del primer segundo o PE ). 9ormalmente la espiración for#adatotal dura G/H segundos y durante el primer segundo se espira apro(imadamente un ;/C< de la P.
Esta medición, de ejecución simple, es de significación fisiológica compleja debido a !ue registra losflujos espiratorios má(imos !ue se suceden a medida !ue el volumen pulmonar va disminuyendo, con lo!ue van cambiando tanto los factores !ue generan el flujo 3presión de retracción elástica4 como los !ue seoponen a él 3calibre de las vías aéreas4.
En el +/:< inicial de esta espiración for#ada, el esfuer#o muscular voluntario es un factor determinantefundamental, ya !ue a este nivel no se produce compresión dinámica. % medida !ue contin7a la espiracióncon reducción del volumen pulmonar, las vías aéreas se estrechan, haciéndose susceptibles a lacompresión dinámica. En esta etapa !ueda como generador neto del flujo la presión de retracción elástica, por lo cual, sobrepasado un esfuer#o voluntario crítico, los dos tercios finales de la espiración se hacenindependientes del esfuer#o y el flujo registrado traduce la interacción entre elasticidad pulmonar yresistencia de la vía aérea. "ebe tenerse presente !ue un buen rendimiento en la porción esfuer#o/dependiente puede encubrir una limitación moderada de los factores mecánicos recién anali#ados, por lo!ue la sensibilidad del PE) es limitada para captar obstrucción de bron!uios finos !ue pesan poco en laresistencia global de la vía aérea.
El PE) se mide en litros y se e(presa en dos formas? como porcentaje del valor teórico normaldeterminado por la edad, talla y se(o, y como porcentaje de la capacidad vital for#ada 3P4 del mismosujeto. % los +G a$os, esta 7ltima relación es de C>< promedio, con un límite inferior normal de ;:<. onla edad disminuye, llegando a ;*< como promedio con un límite inferior de HC< a los ; a$os.
Esta doble forma de presentación para un mismo resultado deriva de !ue, si sólo se conoce el valor absoluto, no se puede diferenciar si una reducción del PE) se debe a lentitud del flujo aéreo o a unareducción del volumen de aire disponible para ser espirado, sin !ue e(ista reducción del flujo aéreo. Enesta disyuntiva, la comparación entre PE) y P permite diferenciar los mecanismos responsables? si el problema es una disminución del flujo, el PE) se reduce proporcionalmente más !ue la P, por lo !ue
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la relación PE) B P cae bajo el porcentaje normal6 si la alteración primaria es una reducción devolumen pulmonar funcionante, la P y el PE) disminuyen en la misma proporción y la relaciónPE) BP se mantiene normal. @nos ejemplos permitirán comprender mejor estos indicadores, !ue sonde muy amplia aplicación clínica.
Sujeto ) C:3 > & ;C< del teórico
:E3- ),C+ & >H,C< del teórico:E3KC:3+ >G < limitación del flujo aéreo Sujeto +C:3 + & :*< del teórico:E3- ),C & >H,C< del teórico:E3- KC:3+ * < reducción de volumen con flujo normal
"ebe tenerse presente !ue si el paciente presenta simultáneamente una alteración obstructiva !ue reduce elPE) y otra restrictiva !ue reduce la P , la relación puede aparecer como normal.
FLUO ESPIRATORIO FOR:ADO ENTRE EL @ . JK DE LA CAPACIDADVITAL FOR:ADA O FLUO MA/IMO DE MEDIA ESPIRACION
Esta medición se reali#a también a partir de la curva espirométrica de espiración for#ada 3ig. +/+4. Elflujo espiratorio se mide entre el +G y el ;G< de la P, con lo cual se desecha el primer +G<, !ue esesfuer#o/dependiente, y el 7ltimo +G<, !ue depende del tiempo !ue el sujeto sostenga el esfuer#oespiratorio, centrándose la medición en el G< central donde los factores determinantes del flujo má(imoson las propiedades mecánicas del pulmón. Este índice funcional es muy sensible a la obstrucción de lavía aérea, pero sus valores teóricos normales tienen una dispersión demasiado amplia, por lo !ue suempleo en clínica es limitado.
2ENTI#ACION MA>IMA 2O#/NTARIA 72M29
Si un adulto joven respira lo más rápida y profundamente !ue puede, durante )G/: segundos logramovili#ar un volumen !ue e!uivale a )+ o más litros de aire por minuto. omo en reposo se ventilan H a; litros por minuto, resulta evidente !ue el fuelle pulmonar tiene una enorme reserva ventilatoria. Anclusodurante un ejercicio intenso, !ue e(ige ventilar : a > litros por minuto, !ueda un amplio margen dereserva ventilatoria. %un!ue en ejercicio de gran intensidad puede desarrollarse fatiga de los m7sculosinspiratorios, se ha demostrado !ue el factor limitante más importante del ejercicio es la capacidad delaparato circulatorio para aumentar el gasto cardíaco.
&a medición del má(imo potencial ventilatorio del pulmón tiene un carácter global y representa laresultante de m7ltiples factores. or ser el flujo del aire un determinante fundamental, esta prueba detecta,muy especialmente, la obstrucción bron!uial, pero también se altera en afecciones !ue comprometen ladistensibilidad del pulmón y tóra( y depende en forma importante de la capacidad muscular y de lacolaboración del sujeto. uantitativamente se e(presa como porcentaje de un valor teórico calculado sobrela base de la superficie corporal, se(o y edad.
El enfermo con una limitación de tipo restrictivo, pese a tener un volumen pulmonar utili#able limitado, escapa# de obtener buenos valores de ventilación má(ima, debido a !ue puede aumentar la frecuencia
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respiratoria en forma tal !ue compensa la disminución del volumen de cada ciclo respiratorio. En cambio,en el paciente obstructivo no es posible aumentar el flujo y, por lo tanto, el volumen movili#ado por minuto baja considerablemente. En el tra#ado espirométrico de estos pacientes se puede observar elfenómeno llamado de 'atrapamiento aéreo' o 'hiperinflación dinámica', con elevación del nivel de fin deespiración. Se debe a compresión dinámica por efecto de las espiraciones for#adas, a insuficiente tiempo para terminar la espiración por la lentitud del flujo y, posiblemente, a la adopción refleja de un nivel dedistensión pulmonar !ue aumente el calibre de las vías aéreas.
El uso clínico de esta prueba es hoy muy restringido por su carácter demasiado global, por depender muycríticamente de la colaboración del paciente y e(igir un esfuer#o !ue puede resultar desagradable.
0#/,O E"PIRATORIO MA>IMO A A#TO 2O#/MEN O PE07 Pea?E'piraory0lo@ 9
Si bien la curva flujo/volumen proporciona el valor de flujo espiratorio má(imo a alto volumen 3} ;G<P4 3ig. +/);4, resulta más práctico medirlo con un flujómetro, instrumento más simple y económico.%un cuando el E necesita bastante colaboración del sujeto, su reproducibilidad, una ve# aprendido, es
habitualmente muy buena. or medir básicamente el flujo cuando el pulmón está más distendido, susensibilidad para detectar obstrucciones leves es baja, pero, por su simplicidad, puede ser utili#ado enforma seriada por el médico en la consulta o sala de hospitali#ación o incluso por el paciente en su casa."e acuerdo a los cambios de E !ue se registren , se puede detectar preco#mente e(acerbaciones de laobstrucción y adecuar la medicación.
FORMAS &UÍMICAS EN &UE SE TRANSPORTA EL CO@-En los tejidos la sangre arterial entrega parte del o(ígeno !ue transporta y retira =+ transformándose ensangre venosa. &a composición gaseosa de ésta es diferente seg7n los órganos de donde proviene y suestado metabólico? en el miocardio la e(tracción de o(igeno es siempre muy alta y los m7sculos e(traenmucho más o(ígeno y producen mucho más =+ cuando se contraen !ue cuando están en reposo. or estara#ón los gases válidos para la mayoría de las aplicaciones clínicas son los medidos en sangre venosami(ta obtenida por cateterismo de la arteria pulmonar. omo este procedimiento es complejo e invasivoen clínica su uso está restringido a pacientes críticos en @nidades de Tratamiento Antensivo donde se usa para medir la cuantía de los cortocircuitos y evaluar globalmente la hipo(ia tisular.En reposo los valores oscilan alrededor de > mm-g para la =+, de ;< para la saturación de -b y de)> mlBdl para el contenido. Este remanente forma parte de las reservas de o(igeno !ue pueden mantener la vida por unos minutos en un paro respiratorio.Salvo !ue e(istan cortocircuitos importantes, la desaturación e(cesiva de la sangre venosa no se traduceen hipo(emia arterial por!ue la mayor diferencia de presión de =+ entre capilar y alveolo incrementa ladifusión de este gas desde el alveolo a la sangre capilar.El =+ se produce a nivel las mitocondrias, como producto final del metabolismo celular. "esde las
mitocondrias atraviesa el citoplasma, pasa a la sangre en los capilares tisulares y es llevado por la sangreal alvéolo, desde donde se elimina a la atmósfera gracias a la ventilación alveolar.El =+ es transportado en la sangre, tanto en combinaciones !uímicas como en solución física. "ebido a!ue tiene la propiedad de hidratarse, formando ácido carbónico en una reacción reversible, el transporte de=+ y su eliminación son parte fundamental del e!uilibrio ácido/base. &a cantidad total de = + en lasangre arterial es de apro(imadamente >C vol7menes en )ml de sangre.
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Transpore en el plasma!Se reali#a en tres formas?)./ arte se mantiene disuelta físicamente en el plasma,dependiendo de la presión parcial de =+ y de su
coeficiente de solubilidad.+./ =tra parte forma compuestos carbamínicos con las proteínas plasmáticas en una reacción rápida !ue nore!uiere de catali#ador?
0/9-+ Y =+ 0/9-==/ Y -Y
:./ @na pe!ue$a cantidad reacciona con el agua para formar ácido carbónico e implicarse en el e!uilibrioácido/base?
=+ Y -+= -+=: -Y Y -=:/
Transpore por el gló(ulo ro)o!&a mayor parte del =+ !ue difunde desde los tejidos hacia los capilares entra al glóbulo rojo, donde setransporta en las siguientes formas?
)./@na pe!ue$a fracción permanece disuelta en el lí!uido dentro del glóbulo+./arte del =+ se combina con los grupos amino de la hemoglobina para formar compuestoscarbamínicos.:./&a mayor parte del =+ !ue penetra al glóbulo rojo a nivel tisular se hidrata como en el plasma, pero amayor velocidad, ya !ue en el eritrocito e(iste una alta concentración de la en#ima anhidrasa carbónica!ue catali#a la reacción. El bicarbonato !ue se forma se disocia en - Yy -=:. &os iones -Yson captados por la hemoglobina y los aniones -=: salen del glóbulo rojo hacia el plasma, donde la concentración deeste ión es menor, intercambiándose por el anión cloro 3efecto -amburger4.%l entregar =+ la -b o(igenada se transforma en -b reducida, !ue por ser un ácido débil tiene poder tamponador de -Y. on ello aumenta la capacidad de transporte de =+3efecto -aldane4. "e este modo, laentrega de =+ y la captación de =+ !ue tienen lugar en los capilares sistémicos son dos procesos !ue sefavorecen mutuamente? un aumento de la presión de =+ en la sangre capilar, con la consiguientedisminución del p-, !ue facilita la entrega de =+ 3efecto 5ohr4, a la par !ue el aumento de -b reducidafacilita la captación de =+ 3efecto -aldane4.En los pulmones, la =+ alveolar 3> mm-g4 es menor !ue la =+ de la sangre venosa 3>H mm-g4 ylas reacciones antes descritas se despla#an hacia la i#!uierda debido a !ue parte del = + difunde desde lasangre al alvéolo. %l mismo tiempo, la -b reducida se o(igena, transformándose en un ácido más fuerte,lo !ue significa liberar =+ del glóbulo rojo. Simultáneamente, el bicarbonato del plasma entra aleritrocito donde forma -+=:, !ue se disocia en =+ y -+= en presencia de la en#ima anhidrasacarbónica. El =+ formado difunde a través de la membrana del eritrocito al plasma, atraviesa lamembrana alvéolo/capilar y es eliminado con la ventilación.
U0idad )#s(i)ato)ia
&a unidad respiratoria está compuesta por bron!uiolos respiratorios,conductos alveolares, los atrios y los alvéolos. &as paredesalveolares son e(tremadamente delgadas, y en su interior e(iste unared casi sólida de capilares interconectados. or tanto, es obvio !uelos gases alveolares están muy pró(imos a la sangre de loscapilares6 el intercambio gaseoso entre el aire alveolar y la sangre pulmonar, se produce a través de las membranas de todas las porciones terminales de los pulmones, no meramente en los propiosalvéolos. Estas membranas se denominan colectivamente membranarespiratoria, llamada también membrana pulmonar.
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M#')a0a )#s(i)ato)iaEstá constituida por las siguientes capas
• @na capa de lí!uido !ue reviste el alvéolo y !ue contiene el agente tensioactivo !ue disminuye latensión superficial del lí!uido alveolar?
• El epitelio alveolar compuesto de células epiteliales finas6
• @na membrana basal epitelial6• @n espacio intersticial fino entre el epitelio alveolar y la membrana capilar6• @na membrana basal del capilar !ue en muchos lugares se fusiona con la membrana basal
epitelial6• &a membrana endotelial capilar.
% pesar de la cantidad de capas presentes, la membrana respiratoria tiene un espesor de tan solo ,+ micrasen algunos lugares, y es en promedio de ,H micras.El diámetro del capilar es de tan solo micras, por lo !ue el hematíe debe deformarse, y su membrana se pone en contacto con la pared del capilar, entonces del o+ no precisa atravesar cantidades significativasde plasma cuando difunde. Esto aumenta la velocidad de la difusión.
R#"!la+ió0 d# la a+ti3idad d#l +#0t)o )#s(i)ato)ioEl centro respiratorio está compuesto de varios grupos de neuronas locali#adas bilateralmente en el bulbora!uídeo y en la protuberancia. Está dividido en tres grupos principales de neuronas?
• Drupo respiratorio dorsal, locali#ado en la porción dorsal del bulbo, !ue origina principalmente lainspiración
• Drupo respiratorio ventral, locali#ado en la parte ventrolateral del bulbo, !ue puede originar laespiración o la inspiración, dependiendo de !ué neuronas del grupo se estimulen
• entro neumotá(ico, locali#ado dorsalmente en la parte superior de la protuberancia, !ue ayuda acontrolar la frecuencia y el patrón respiratorio.
El grupo respiratorio dorsal de neuronas desempe$an el papel del control de la respiración.
R#"!la+ió0 d# la a+ti3idad d#l +#0t)o )#s(i)ato)io * Vitalo'#t)ia-0egulación de la respiraciónEl centro respiratorio está compuesto de varios grupos de neuronas locali#adas bilateralmente en el bulbora!uídeo y en la protuberancia. Está dividido en tres grupos principales de neuronas?
• Drupo respiratorio dorsal, locali#ado en la porción dorsal del bulbo, !ue origina principalmente lainspiración
• Drupo respiratorio ventral, locali#ado en la parte ventrolateral del bulbo, !ue puede originar laespiración o la inspiración, dependiendo de !ué neuronas del grupo se estimulen
• entro neumotá(ico, locali#ado dorsalmente en la parte superior de la protuberancia, !ue ayuda a
controlar la frecuencia y el patrón respiratorio.El grupo respiratorio dorsal de neuronas desempe$an el papel del control de la respiración.
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Sonido? Adicin : Onda+ +ono*a+.
SONIDO
El sonido, en física, es cual!uier fenómeno !ue involucre la propagación en forma de ondas elásticas 3seanaudibles o no4, generalmente a través de un fluido 3u otro medio elástico4 !ue esté generando elmovimiento vibratorio de un cuerpo.El sonido humanamente audible consiste en ondas sonoras !ue se producen cuando las oscilaciones de la presión del aire, son convertidas en ondas mecánicas en el oído humano y percibidas por el cerebro. &a propagación del sonido es similar en los fluidos, donde el sonido toma la forma de fluctuaciones de presión. En los cuerpos sólidos la propagación del sonido involucra variaciones del estado tensional delmedio.&a propagación del sonido involucra transporte de energía sin transporte de materia, en forma de ondasmecánicas !ue se propagan a través de un medio elástico sólido, lí!uido o gaseoso. Entre los más comunesse encuentran el aire y el agua. 9o se propagan en el vacío, al contrario !ue las ondas electromagnéticas.Si las vibraciones se producen en la misma dirección en la !ue se propaga el sonido, se trata de una ondalongitudinal y si las vibraciones son perpendiculares a la dirección de propagación es una ondatransversal.&a fonética ac7stica concentra su interés especialmente en los sonidos del habla? cómo se generan, cómose perciben, y cómo se pueden describir gráfica yBo cuantitativamente.
AUDICIÓN-&a audición constituye los procesos psico/fisiológicos !ue proporcionan al ser humano la capacidad deoír.
FÍSICA DEL SONIDO&a física del sonido es estudiada por la ac7stica, !ue trata tanto de la propagación de las ondas sonoras enlos diferentes tipos de medios continuos como la interacción de estas ondas sonoras con los cuerpos
físicos.
PROPAGACIÓN DEL SONIDO 4ONDAS SONORAS5
iertas características de los fluidos y de los sólidos influyen en la onda de sonido. Es por eso !ue elsonido se propaga en los sólidos y en los lí!uidos con mayor rapide# !ue en los gases. En general cuantomayor sea la compresibilidad 3)B 4 del medio tanto menor es la velocidad del sonido. También la densidades un factor importante en la velocidad de propagación, en general a mayor sea la densidad 34, a igualdadde todo lo demás, tanto mayor es la velocidad de la propagación del sonido. &a velocidad del sonido serelaciona con esas magnitudes mediante?
En los gases, la temperatura influye tanto la compresibilidad como la densidad, de tal manera !ue el factor de importancia suele ser la temperatura misma.&a propagación del sonido está sujeta a algunos condicionales. %sí la transmisión de sonido re!uiere lae(istencia de un medio material donde la vibración de las moléculas es percibida como una onda sonora.En la propagación en medios compresibles como el aire, la propagación implica !ue en algunas #onas las
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moléculas de aire, al vibrar se juntan 3#onas de compresión4 y en otras #onas se alejan 3#onas derarefacción4, esta alteración de distancias entre las moléculas de aire es lo !ue produce el sonido. Enfluidos altamente incompresibles como los lí!uidos las distancias se ven muy poco afectadas pero semanifiesta en forma de ondas de presión. &a velocidad de propagación de las ondas sonoras en un mediodepende de la distancia promedio entre las partículas de dicho medio, por tanto, es en general mayor enlos sólidos !ue en los lí!uidos y en estos, a su ve#, !ue en los gases. En el vacío no puede propagarse elsonido, nótese !ue por tanto las e(plosiones realmente no son audibles en el espacio e(terior .&as ondas sonoras se producen cuando un cuerpo vibra rápidamente. &a frecuencia es el n7mero de
vibraciones u oscilaciones completas !ue efect7an por segundo. &os sonidos producidos son audibles por un ser humano promedio si la frecuencia de oscilación está comprendida entre + -# y + -#. or encima de esta 7ltima frecuencia se tiene un ultrasonido no audible por los seres humanos, aun!ue algunosanimales pueden oír ultrasonidos inaudibles por los seres humanos. &a intensidad de un sonido estárelacionada con el cuadrado de la amplitud de presión de la onda sonora. @n sonido grave corresponde aonda sonora con frecuencia baja mientras !ue los sonidos agudos se corresponden con frecuencias másaltas.
MAGNITUDES FÍSICAS DEL SONIDO
omo todo movimiento ondulatorio, el sonido puede representarse mediante la Transformada de ourier como una suma de curvas sinusoides, tonos puros, con un factor de amplitud, !ue se pueden caracteri#ar por las mismas magnitudes y unidades de medida !ue a cual!uier onda de frecuencia bien definida?&ongitud de onda 34, frecuencia 3f4 o inversa del período 3T 4, amplitud 3relacionada con el volumen y la potencia ac7stica4 y fase. Esta descomposición simplifica el estudio de sonidos complejos ya !ue permiteestudiar cada componente frecuencial independientemente y combinar los resultados aplicando el principio de superposición, !ue se cumple por!ue la alteración !ue provoca un tono no modificasignificativamente las propiedades del medio.&a caracteri#ación de un sonido arbitrariamente complejo implica anali#ar?
• Poencia ac6sica! El nivel de potencia ac7stica 31& o^er1attage&evel4 es la cantidadde energía radiada al medio en forma de ondas por unidad de tiempo por una fuente determinada.
&a unidad en !ue se mide el vatio y su símbolo 1. &a potencia ac7stica depende de la amplitud.• Especro de *recuencias? &a distribución de dicha energía entre las diversas ondas
componentes.
VELOCIDAD
&o !ue conocemos como velocidad es una magnitud física, a partir de la cual se puede e(presar el
despla#amiento !ue reali#a un objeto en una unidad determinada de tiempo.
&a velocidad es representada mediante el símbolo P, y la unidad de medida dentro del Sistema
Anternacional es el mBs.
ara determinar la velocidad de un objeto deben considerarse dos elementos fundamentales? por una parte,
en !ué dirección se reali#a dicho despla#amiento, y por otra parte cuales la rapide# de dicho
despla#amiento.
&a rapide# también es conocida como celeridad. %sí como la velocidad es el resultado del ritmo o del
cambio de posición a través del tiempo o de una unidad de tiempo, por su parte la aceleración o rapide# es
el cambio !ue se reali#a en la velocidad en dicha unidad de tiempo.
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omo decíamos, dentro del Sistema Anternacional de unidades, la unidad de medida de la velocidad es el
mBs 3metro por segundo46 pero también encontramos al 2mBh 32ilómetro por hora4 y al 2mBs 32ilómetro por
segundo4.
Ouien primero logró abordar el estudio del fenómeno físico !ue permite la velocidad fue %ristóteles, sin
embargo este gran físico de la historia no llegó a definir un concepto o noción de lo !ue era velocidad. Sus
e(perimentos y las e(plicaciones !ue el físico ha reali#ado sobre los mismos, eran sólo descripciones pero
!ue no utili#aba las matemáticas como una herramienta aplicadas al cálculo de la velocidad.or eso, el primer concepto de velocidad se lo atribuye al físico y matemáticos Dalileo Dalilei, !uien
aborda el estudio de la velocidad a partir de la e(perimentación por el movimiento de cuerpos situados en
un plano !ue se encontraba inclinado.
ENERGÍA SONORA
&a eer'&a soora 3o eer'&a acHstica4 es la energía !ue transmiten o transportan las ondas sonoras.
rocede de la energía vibracional del foco sonoro y se propaga a las partículas del medio !ue atraviesan enforma de energía cinética 3movimiento de las partículas4, y de energía potencial 3cambiosde presión producidos en dicho medio o presión sonora4. %l irse propagando el sonido a través del medio,la energía se transmite a la velocidad de la onda, pero una parte de la energía sonora se disipa en formadeenergía térmica.) &a energía ac7stica suele tener valores absolutos bajos, y su unidad de medida esel julio 3U4. %un!ue puede calcularse a partir de otras magnitudes como la intensidad sonora, también se pueden calcular otras magnitudes relacionadas,como la densidad o el flujo de energía ac7stica.
% partir de la definición de intensidad ac7stica, se puede calcular la energía ac7stica !ue atraviesa unasuperficie A?
"onde?
es la intensidad ac7stica, !ue es función del punto escogido y del tiempo.
el intervalo de tiempo durante el !ue se pretende medir la energía sonora.
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Elemenos de una onda
• Cresta4 es la parte más elevado de una onda.
• :alle? es la parte más baja de una onda.
• Elo'ació4 es el despla#amiento entre la posición de e!uilibrio y la posición en un instantedeterminado.
• Amplitud4 es la má(ima elongación, es decir, el despla#amiento desde el punto de e!uilibriohasta la cresta o el valle.
• #o'itud de oda (l,4 es la distancia comprendida entre dos crestas o dos valles.
• Oda completa4 cuando ha pasado por todas las elongaciones positivas y negativas.
• "er&odo (T,4 el tiempo transcurrido para !ue se realice una onda completa.
• 3recuecia (f,4 Es el n7mero de ondas !ue se suceden en la unidad de tiempo.
LAS CUALIDADES DEL SONIDO
@n aspecto importante !ue debemos conocer para sensibili#ar nuestros oídos a la escucha activa es laidentificación de las cualidades sonoras.
odemos distinguir cuatro cualidades?
#a altura o too. Está determinado por la frecuencia de la onda. 8edimos esta característica en ciclos por
segundos o -ercios 3-#4. ara !ue podamos percibir los humanos un sonido, éste debe estar comprendidoen la franja de + y +. -#. or debajo tenemos los infrasonidos y por encima los ultrasonidos.
#a itesidad. 9os permite distinguir si el sonido es fuerte o débil. Está determinado por la cantidad deenergía de la onda. &os sonidos !ue percibimos deben superar el umbral auditivo 3 d54 y no llegar alumbral de dolor 3)> d54. Esta cualidad la medimos con el sonómetro y los resultados se e(presan endecibeles 3d54.
#a duració. Esta cualidad está relacionada con el tiempo de vibración del objeto. or ejemplo, podemosescuchar sonidos largos, cortos, muy cortos, etc..
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El timbre. Es la cualidad !ue permite distinguir la fuente sonora. ada material vibra de una formadiferente provocando ondas sonoras complejas !ue lo identifican. or ejemplo, no suena lo mismo unclarinete !ue un piano aun!ue interpreten la misma melodía.
VO: $UMANA
&a 7o? <umaa consiste en un sonido emitido por un ser humano usando las cuerdas vocales para hablar,cantar, reír, llorar, gritar, etc. &os pulmones deben producir un flujo de aire adecuado para !ue las cuerdasvocales vibren. &as cuerdas vocales son una estructura vibradora, !ue reali#an un Qajuste finoQde tono y timbre. &os articuladores 3tracto vocal4 consisten en lengua, paladar, labios, etc. %rticulan yfiltran el sonido.
&as cuerdas vocales, en combinación con los articulares, son capaces de producir grandes rangos desonidos.) + : El tono de la vo# se puede modular para mostrar emociones tales como ira, sorpresa,o felicidad.> G &os cantantes usan la vo# 3m7sica4 humana como un instrumento para crear m7sica.H
LA L!' Y EL ES5ECTRO ELECTROMA&N@TICO
Se llama lu# 3del latínlu(, lucis4 a la parte de la radiación electromagnética !ue puede ser percibida por el ojo humano. En física, el término lu# se usa en un sentido
más amplio e incluye todo el campo de la radiación conocido como espectroelectromagnético, mientras !ue la e(presión lu# visible se$ala específicamente laradiación en el espectro visible.&a óptica es la rama de la física !ue estudia el comportamiento de la lu#, suscaracterísticas y sus manifestaciones.&a lu# es una radiación !ue se propaga en forma de ondas. &as ondas !ue se pueden propagar en el vacío se llaman =9"%S E&ET0=8%D9RTA%S. &a lu# es unaradiación electromagnética.
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LA LU: COMO FENÓMENO ONDULATORIO
&a lu# es una forma de energía radiante, y aun!ue su precisa naturale#a re!uiere complejas teorías físicas,todos los fenómenos relativos a la óptica mineral pueden ser correctamente e(plicados considerandoe(clusivamente su naturale#a ondulatoria, así, en este programa se considerará !ue la lu# se propaga comoconsecuencia de una vibración de partículas.En la figura siguiente se muestra como a partir de un nivel de reposo se produce una progresiva vibraciónde partículas !ue como consecuencia originan una onda !ue se propaga en dirección perpendicular a la devibración. or tanto, el resultado de la vibración de partículas adyacentes es una propagación de la ondaresultante.
ara la e(plicación de las propiedades ópticas de los cristales es importante tener siempre en cuenta !uelas direcciones de vibración y de propagación son perpendiculares. Esto es estrictamente cierto para todoslos medios isótropos, pero en determinadas condiciones de los anisótropos, el ángulo puede ser diferentede los * grados, sin embargo, se puede considerar !ue ambas son siempre perpendiculares 3aceptar estosimplicará en gran medida las e(plicaciones sin !ue se afecten la esencia de los conceptos4. or otra parte,es igualmente importante recordar !ue la propagación es un simple resultado de la vibración y por tantoserá esta la !ue condicione a a!uella.% continuación se repasará muy brevemente algunos conceptos relativos a la lu#.
OndaEs el movimiento sinusoidal causado por un grupo de particulas vibrando.
RayoEs el camino rectilíneo seguido por la onda 3camino recorrido por la lu#4
#ongiud de ondaEs la distancia entre dos puntos en fase 3siendo puntos en fase a!uellos !ue encuentran vibrando de la
misma menera, a igual distancia del nivel de reposo y moviendose en la misma dirección4.
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&as ondas de diferente longitud de onda producen, cuando son recogidas por el ojo humano, sensaciones
fisiológicas correspondientes a los diferentes colores.
Estos valores son, apro(imadamente?
violeta >) milimicras
a#ul >C milimicras
verde G: milimicras
amarillo GC milimicras
naranja H+ milimicras
rojo ;) milimicras
0recuenciaEs el n7mero de oscilaciones por segundo, siendo un oscilación la parte de onda comprendida entre dos
puntos en fase. &a frecuencia regula la velocidad de propagación.
2elocidad de propagaciónEs una característica del medio en !ue se propaga la lu# y es medida por el índice de refracción 3n4 !ue
representa le ra#ón entre la velocidad de la lu# en el vacio 3c4 y la del medio considerado 3v4.
ncBv
or esta ra#ón, el 'n' de los minerales es siempre mayor de ) 3varian entre ),>: y :,++6 siendo los valores
más normales alrededor de ),H4. El índice de refracción del aire es considerado como ).
"e lo anteriormente e(puesto se desprende !ue la velocidad y el índice de refracción son valores inversos
3a alta velocidad le corresponderá un índice pe!ue$o y viceversa4.
En los medios anisótropos, como son la mayoría de los minerales, la velocidad 3y por tanto el índice de
refracción4 varian con la dirección de vibración de la lu#.
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&u# natural y lu# polari#ada plana
&a lu# natural, la procedente del sol, vibra en cual!uier momento en todas las direcciones del espacio
3algo dificil de imaginar4, posee pues infinitas direcciones de vibración y su eje coincide con el rayo. Estas
direcciones se pueden representar vibrando dentro de un plano perpendicular a la dirección de
propagación.
&a lu# polari#ada vibra en una sola dirección para cada momento, pero la dirección de vibración cambia
con el tiempo. En la lu# polari#ada plana 3frecuentemente, por simplicidad, se le llama lu# polari#ada4 la
dirección de vibración es 7nica y constante con el tiempo
E!"ECTRO E#ECTROMAGN$TICO
Se denomina espectro electromagnético a la distribución energética del conjunto de las ondaselectromagnéticas. 0eferido a un objeto se denomina espectro electromagnético o simplemente espectro ala radiación electromagnética !ue emite 3espectro de emisión4 o absorbe 3espectro de absorción4 unasustancia. "icha radiación sirve para identificar la sustancia de manera análoga a una huella dactilar. &osespectros se pueden observar mediante espectroscopios !ue, además de permitir ver el espectro, permitenreali#ar medidas sobre el mismo, como son la longitud de onda, la frecuencia y la intensidad de laradiación.
"iagrama del espectro electromagnético, mostrando el tipo, longitud de onda con ejemplos, frecuencia ytemperatura de emisión de cuerpo negro.
El espectro electromagnético se e(tiende desde la radiación de menor longitud de onda, como los rayosgamma y los rayos F, pasando por la lu# ultravioleta, la lu# visible y los rayos infrarrojos, hasta las ondaselectromagnéticas de mayor longitud de onda, como son las ondas de radio. Se cree !ue el límite para lalongitud de onda más pe!ue$a posible es la longitud de lanc2 mientras !ue el límite má(imo sería eltama$o del @niverso aun!ue formalmente el espectro electromagnético es infinito y continuo.
Rango energ.ico del especro
12#
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El espectro electromagnético cubre longitudes de onda muy variadas. E(isten frecuencias de : -# ymenores !ue son relevantes en el estudio de ciertas nebulosas.) or otro lado se conocen frecuenciascercanas a +,*)+; -#, !ue han sido detectadas provenientes de fuentes astrofísicas.
&a energía electromagnética en una particular longitud de onda 3en el vacío4 tiene una frecuencia f asociada y una energía de fotónE. or tanto, el espectro electromagnético puede ser e(presado igualmenteen cual!uiera de esos términos. Se relacionan en las siguientes ecuaciones?
, o lo !ue es lo mismo
, o lo !ue es lo mismo
"onde 3velocidad de la lu#4 y es la constante de lanc2 ,
.
or lo tanto, las ondas electromagnéticas de alta frecuencia tienen una longitud de onda corta y muchaenergía mientras !ue las ondas de baja frecuencia tienen grandes longitudes de onda y poca energía.
or lo general, las radiaciones electromagnéticas se clasifican basándose en su longitud de la onda enondas de radio, microondas, infrarrojos, visible !ue percibimos como lu# visible ultravioleta, rayos F yrayos gamma.
El comportamiento de las radiaciones electromagnéticas depende de su longitud de onda. uando laradiación electromagnética interact7a con átomos y moléculas puntuales, su comportamiento tambiéndepende de la cantidad de energía por !uantum !ue lleve. %l igual !ue las ondas de sonido, la radiaciónelectromagnética puede dividirse en octavas.:
&a espectroscopia puede detectar una región mucho más amplia del espectro electromagnético !ue elrango visible de > a ; nm. @n espectrómetro de laboratorio com7n y corriente detecta longitudes deonda de + a +G nm.
andas del especro elecromagn.icoara su estudio, el espectro electromagnético se divide en segmentos o bandas, aun!ue esta división esine(acta. E(isten ondas !ue tienen una frecuencia, pero varios usos, por lo !ue algunas frecuencias pueden!uedar en ocasiones incluidas en dos rangos.
5anda &ongitud de onda 3m4 recuencia 3-#4 Energía 3U4
0ayos gamma ~ )())+m } :,())C-# } +k))G U
0ayos F ~ )()*m } :,())G-# } +k))C U
@ltravioleta e(tremo ~ +()*m } ),G())G-# } **:k)+) U
@ltravioleta cercano ~ :C()*m } ;,C*())>-# } G+:k)+) U
&u# Pisible ~ ;C()*m } :C>())+-# } +GGk)+) U12$
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Anfrarrojo cercano ~ +,G()Hm } )+())+-# } ;*k)+) U
Anfrarrojo medio ~ G()Hm } H,())+-# } >k)+) U
Anfrarrojo lejanoBsubmilimétrico ~ )():m } :()*-# } +k)+> U
8icroondas ~ )+m } :()C-#n. ) } +k)+> U
@ltra %lta recuencia / 0adio ~ ) m } :()H-# } )*.Ck)+H U
8uy %lta recuencia / 0adio ~ ) m } :()H-# } )*.Ck)+C U
=nda orta / 0adio ~ )C m } ),;()H-# } )).++k)+C U
=nda 8edia / 0adio ~ HG m } HG():-# } >+.*k)+* U
=nda &arga / 0adio ~ )():m } :():-# } )*.Ck): U
8uy 5aja recuencia / 0adio } )():m ~ :():-# ~ )*.Ck): U
CONCEPTOS RELATIVOS A LA LU:- COLOR
El color 3en griego? •€/B/‚ƒ„ xchroma, chrómatos4 es una percepción visual !ue se genera en elcerebro de los humanos y otros animales al interpretar las se$ales nerviosas !ue le envían losfotorreceptores en la retina del ojo, !ue a su ve# interpretan y distinguen las distintas longitudes de onda!ue captan de la parte visible del espectro electromagnético 3la lu#4.
Todo cuerpo iluminado absorbe una parte de las ondas electromagnéticas y refleja las restantes. &as ondasreflejadas son captadas por el ojo e interpretadas en el cerebro como distintos colores seg7n las longitudesde ondas correspondientes.
El ojo humano sólo percibe las longitudes de onda cuando la iluminación es abundante. on poca lu# seve en blanco y negro. En la denominada síntesis aditiva 3com7nmente llamada 'superposición de coloreslu#'4 el color blanco resulta de la superposición de todos los colores, mientras !ue el negro es la ausenciade color. En la síntesis sustractiva 3me#cla de pinturas, tintes, tintas y colorantes naturales para crear
colores4 el blanco solo se da bajo la ausencia de pigmentos y utili#ando un soporte de ese color mientras!ue el negro es resultado de la superposición de los colores cian, magenta y amarillo.
&a lu# blanca puede ser descompuesta en todos los colores 3espectro4 por medio de un prisma. En lanaturale#a esta descomposición da lugar al arco iris.
12)
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LA FÍSICA DEL COLOR
El espectro visible por los humanos
"entro del espectro electromagnético se constituyen todos los posibles niveles de energía de la lu#. -ablar de energía es e!uivalente a hablar de longitud de onda6 por ello, el espectro electromagnético abarca todas
las longitudes de onda !ue la lu# puede tener. "e todo el espectro, la porción !ue el ser humano es capa#de -e*cibi* e+ ,: -eea en co,-a*acin con toda+ la+ eGi+tente+. E+ta *e7in?deno,inada e+-ect*o 8i+ible? co,-*ende lon7itde+ de onda de+de lo+ 3$ n,;a+ta lo+ #$ n, H1 n, 1 nan,et*o ?1 ,,J. La l de cada na de
e+ta+ lon7itde+ de onda e+ -e*cibida en el ce*eb*o ;,ano co,o n colo*die*ente. 5o* e+o? en la de+co,-o+icin de la l blanca en toda+ ++ lon7itde+ deonda? ,ediante n -*i+,a o -o* la ll8ia en el a*co i*i+? el ce*eb*o -e*cibe todo+ lo+colo*e+.
or tanto, del Espectro visible, !ue es la parte del espectro electromagnético de la lu# solar !ue podemosnotar, cada longitud de onda es percibida en el cerebro como un color diferente.
9e^ton uso por primera ve# la palabra espectro 3del latín, 'apariencia' o 'aparición'4 en )H;) al describir sus e(perimentos en óptica. 9e^ton observó !ue cuando un estrecho ha# de lu# solar incide sobre un prisma de vidrio triangular con un ángulo, una parte se refleja y otra pasa a través del vidrio y sedesintegra en diferentes bandas de colores. También 9e^ton hi#o converger esos mismos rayos de color en una segunda lente para formar nuevamente lu# blanca. "emostró !ue la lu# solar tiene todos los coloresdel arco iris.
uando llueve y luce el sol, cada gota de lluvia se comporta de igual manera !ue el prisma de 9e^ton yde la unión de millones de gotas de agua se forma el fenómeno del arco iris.)
% pesar !ue el espectro es continuo y por lo tanto no hay cantidades vacías entre uno y otro color, se puedeestablecer la siguiente apro(imación?
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PROPIEDADES DE LA LU:
El estudio de la visión comien#a cuando el hombre trata de e(plicar el fenómeno de la visiónconsiderandolo como una facultad anímica !ue le permite relacionarse con el mundo e(terior.
ara las civili#aciones antiguas la percepción visual re!uería un 'algo' !ue enla#ara nuestro espíritu con elobjeto visto, y así la escuela atomista sostenía !ue la visión se producía por!ue los objetos emiten'imagenes' !ue desprendiendose de ellos, venían a nuestra alma a través de los ojos. &a escuela pitagóricasostenía, por el contrario, !ue la visión se producía por medio de un 'fuego invisible' !ue saliendo de los
ojos, a modo de tentáculo, iba a tocar y e(plorar los objetos. -asta trece siglos después, con el árabe%lha#en 3*HG/):* d..4, no hay indicios del menor progreso. %lha#en sienta la idea de !ue la lu# procedede los objetos o !ue va del Sol a los objetos y de éstos a los ojos.
-oy en día las propiedades físicas de la lu#, en las !ue se basa el sistema visual para recoger informaciónsobre el mundo !ue nos rodea, son mejor conocidas.
Caracer%sicas *%sicas de la luB+
&a lu# es una radiación electromagnética visible para nuestros ojos. Esta radiación la podemos describir bien considerando un modelo corpuscular, bien considerando un modelo ondulatorio. En el primer caso podemos considerar !ue la lu# está compuesta por pe!ue$as partículas denominadas fotones, cuya masaen reposo es nula y !ue representan unidades o cuantos de energía. En el segundo caso, la lu# al igual !uecual!uier otra onda, puede ser caracteri#ada en términos de su longitud de onda 3distancia sucesiva entredos ondas4, frecuencia 3n7mero de ondas por espacio de tiempo4 y amplitud 3diferencia entre los picosmá(imos y mínimos4.
&a cantidad de energia de una radiación electromagnética es proporcional a su frecuencia. &as radiaciónesemitidas a frecuencias altas 3longitudes de onda cortas4 poseen la mayor cantidad de energía. @n ejemplode ello son las radiaciones gamma y los 0ayos F, con longitudes de onda menores de ) /*3~) nm4. or elcontrario la radiaciones con frecuencias mas bajas 3longitudes de onda mas largas4 tales como las emitidas por los radares y las ondas de radio 3con longitudes de onda mayores de ) mm4 poseen menor cantidad deenergia.
9uestro sistema visual sólo es capa# de detectar una pe!ue$a parte del espectro electromagnético. %sí laretina humana sólo puede detectar longitudes de onda comprendidas entre los >/; nm 3igura +4.omo fué demostrado por Asaac 9e^ton 3)H>+/);+H4 en la primera mitad del siglo FPAAA, la me#cla de lasdiferentes longitudes de onda en este rango emitidas por el Sol, corresponde al color !ue percibimos como blanco, mientras !ue cuando la lu# posee sólo una determinada longitud de onda la percibimos como unode los colores del arcoiris. Es interesante destacar !ue un color de los !ue denomimamos 'caliente' comoel rojo o naranja, esta formado por radiaciones de longitud de onda larga, y por tanto posee menor energía!ue colores !ue son considerados 'frios' como el a#ul o el violeta.
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#eyes Opicas+
&a lu# no es más !ue una radiación electromagnética. En el vacio las radiaciones electromagnéticas viajanen linea recta y así pueden ser descritas como rayos de lu#. En nuestro medio, los rayos de lu# viajantambién en linea recta hasta !ue interaccionan con los átomos o moléculas de la atmosfera y otros objetos.Estas interacciones dan lugar a los fenómenos de refle(ión, absorción y refracción.
0efle(ión. uando los rayos de lu# llegan a un cuerpo en el cual no pueden continuar propagandose, salendesviados en otra dirección, es decir, se reflejan. &a forma en !ue esto ocurre depende del tipo desuperficie sobre la !ue inciden y del angulo !ue forman sobre la misma. %sí las superficies pulidas reflejan de una forma regular la mayor parte de las radiaciones luminosas !ueles llegan mientras !ue las superficies rugosas act7an como si estuvieran formadas por infinidad de pe!ue$as superficies dispuestas irregularmente y con distinta orientación, por lo !ue las direcciones de losrayos reflejados son distintas. &a mayor parte de lo !ue nosotros vemos es lu# !ue ha sido reflejada por losobjetos situados en nuestro entorno. or tanto los objetos reciben directamente la lu# del Sol, reflejandolao difundiendola hacia otros objetos !ue se encuentran en la sombra.
%bsorción. E(isten superficies y objetos !ue absorben la mayor parte de las radiaciones luminosas !ue les
llegan. Estos objetos se ven de color negro. =tros tipos de superficies y objetos, absorben sólo unasdeterminadas gamas de longitudes de onda, reflejando el resto.
Esto sucede por ejemplo con los pigmentos !ue se utili#an en las técnicas de pintura. or ejemplo un pigmento rojo absorbe longitudes de onda cortas pero refleja un determinado rango de longitudes de ondalarga, cuyo pico se centra alrededor de los HC nm, por lo !ue se percibe como rojo. omo veremos másadelante, las células sensibles a la lu# de la retina, los fotorreceptores, contienen pigmentos visuales !ueutili#an esta propiedad para generar cambios en su potencial de membrana. "istintos tipos de pigmentos anivel de los fotorreceptores dan lugar a la visión en color propia de muchos animales.
0efracción. El cambio de dirección !ue sufren los rayos luminosos al pasar de un medio a otro, donde suvelocidad es distinta, da lugar a los fenómenos de refracción. %sí si un ha# de rayos luminosos incide
sobre la superficie de un cuerpo transparente, parte de ellos se reflejan mientras !ue otra parte se refracta,es decir penetran en el cuerpo transparente e(perimentando un cambio en su dirección de movimiento.Esto es lo !ue sucede cuando la lu# atraviesa los medios transparentes del ojo para llegar hasta la retina.
Sist#'a 3is!al ;!'a0oEn el Sistema Pisual -umano definimos fotorreceptores como a!uella célula o mecanismo capa# decaptar la lu#. &os fotorreceptores se locali#an en el interior del ojo y e(isten dos tipos diferentes? conos y bastones.
Di+t*ibcin de lo+ oto**ece-to*e+ en el oo&os conos forman un mosaico he(agonal regular en la fóvea, la mayor densidad de conos se encuentra enla foveola descendiendo esta densidad seg7n nos alejamos en la retina periférica. &os bastones seencuentran por la fóvea siguiendo de una manera más desorgani#ada el patrón de los conos. E(iste una#ona donde no e(iste ning7n fotorreceptor, es el punto ciego.
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Pigmentos visuales
&os bastones contienen rodopsina, !ue es una proteína !ue presenta una mayor sensibilidad a laslongitudes de onda cercanas a Gnm, es decir, a la lu# verde a#ulada, por lo tanto es la responsable de lavisión escotópica 3condiciones de baja luminosidad4.
ada cono contiene uno de tres tipos de opsinas? &a eritropsina !ue tiene mayor sensibilidad para laslongitudes de onda largas 3lu# roja4, la cloropsina con mayor sensibilidad para longitudes de onda
medias3lu# verde4 y por 7ltimo la cianopsina con mayor sensibilidad para las longitudes de onda pe!ue$as3lu# a#ul4, por ello los conos son los responsables de la percepción del color y dan lugar a la visióntricromática.
Ultraestructura de las terminaciones sinápticas de los conos y bastones
&a información codificada por los fotorreceptores se transmite a través de sus terminaciones sinápticasllamadas pedículos en el caso de los conos y esférulas en el caso de los bastones. %mbas están llenas devesículas sinápticas. En las sinapsis, !ue es la región de contacto entre los a(ómas y las dendritas, e(istenunas estructuras densas llamadas Sinapsis en intilla. &as células !ue intervienen en los procesos !ue sereali#an en esta #ona son las células bipolares, las células hori#ontales, las células interple(iformes y las
ganglionales.
&os pedículos forman una estructura conocida como triada en la !ue se encuentran tres procesos? + procesos laterales !ue corresponden a células hori#ontales y un proceso central alineado con la sinápsis encintilla 3células bipolares4. %demás e(isten otros tipos de células bipolares !ue tienen contactos basalescon el pedículo. En estas terminaciones sinápticas hay apro(imadamente : Sinapsis en intillas.
&as esférulas contienen dos sinápsis en cintilla !ue forman una estructura conocida como diada compuesta por una estructura lateral 3compuesto por las terminaciones a(ónicas de las células hori#ontales4 y unelemento central 3compuesto por las dentritasintervaginantes de las células bipolares para los bastones4.or lo general no e(isten contactos basales en las esférulas.
E(isten también sinápsis de tipo eléctrico en la retina de tipo cono/cono y bastón/cono.
0ooransducción&a fototransducción es el proceso a través del cual la información captada por las células fotorreceptoras se convierte en se$al eléctrica y luego semanda al cerebro.
%un!ue la estructura de los conos y los bastones es diferentes, el mecanismo
de transducción en ambos es muy similar.
Adaptación al brillo
El ojo humano puede discriminar un rango total de niveles enorme 3)) niveles4 pero no a la ve#. %!uíes donde aparece el fenómeno de adaptación al brillo !ue dependiendo del brillo subjetivo percibido el ojo puede discriminar unos niveles u otros.
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ELEMENTOS DE LA FÍSICA NUCLEAR
Es una pe!ue$a región central del átomo donde se encuentran distribuidos los neutrones y protones,
partículas fundamentales del n7cleo, !ue reciben el nombre de nucleones.
Energ%a de enlace nuclear
ara e(plicar la naturale#a de las fuer#as nucleares !ue mantienen unidas a las partículas dentro de losn7cleos, es necesario anali#ar sus propiedades. En general, un n7cleo tiene una masa y está cargadoeléctricamente. %demás, tiene un tama$o !ue se puede medir por su radio. &os nucleones se mueven bajola acción de sus interacciones mutuas y la intensidad de sus interacciones se puede medir por su energía deenlace o energía de ligadura nuclear.
E m k c+
"onde le llamado Idefecto de masaJ 3m 4 es igual a la masa de los nucleones menos la masa del n7cleo.
&a energía de enlace nuclear, se define como la energía necesaria para separar los nucleones de un n7cleo,o bien como la energía !ue se libera cuando se unen los nucleones para formar el n7cleo.
El origen de la energía de ligadura o de enlace nuclear reside en la desaparición de una parte de la masa delos nucleones !ue se combinan para formar el n7cleo. Esta diferencia de masa recibe el nombre de defectomásico, y se transforma en energía cuyo cálculo se puede reali#ar por la ecuación de Einstein, Em.c+
Si a la suma de las masas de los nucleones y electrones de un átomo le restamos la masa medidae(perimentalmente a través del espectrógrafo de masas, obtenemos el defecto másico, y podemos calcular
la energía total de enlace. &a energía de enlace o de ligadura será e!uivalente a la energía liberada en laformación de un n7cleo.
&a u.m.a. se define como la doceava parte de la masa del átomo H)+y ) u.m.a.)QHH.)/+;Wg, por lo !uesustituyendo en la ecuación de Einstein, Em.c+, E *:).G 8eP, es decir, ) u.m.a. libera *:)QG 8eP. or tanto, la energía liberada 354 en la formación de un n7cleo será?
5 defecto másico *:) 8eP.
%hora bien, es más interesante calcular la energía de enlace por nucleón, y representarla frente al n7meromásico %. &a energía de enlace por nucleón se obtiene dividiendo la energía de enlace del n7cleo por sus% nucleones, y es la energía necesaria para e(traer del n7cleo una de sus partículas constituyentes.
Si bien en los n7cleos livianos se observa un aumento abrupto de la energía de enlace por nucleón frente aln7mero másico %, a partir de %), la energía de enlace por nucleón es prácticamente constante.
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El má(imo corresponde a n7cleos semipesados con %H+ 3e, o, 9i4, donde las fuer#as de atracciónserán má(imas. El decrecimiento de la energía para %}H se debe a la repulsión culombiana entre los protones cuyo n7mero va aumentando y reduce por tanto la estabilidad de los n7cleos. En los n7cleosligeros, cada nucleón es atraído por pocos nucleones, lo !ue también reduce su estabilidad.
% mayor energía de enlace nuclear más estable será el n7cleo.
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