MÓDULO 7: BIOFÍSICA ● Introducción ▪¿Qué estudia la biofísica del cuerpo humano? Estudia las leyes y principios básicos y fundamentales de la física relacionados con procesos biológicos (Dinámica). También estudia aquellos principios físicos del comportamiento de las moléculas, átomos y núcleos atómicos (Mecánica de los fluidos). Finalmente estudia la radiactividad y su utilidad en la salud incluidos los instrumentos para detectarla. ● Dinámica del cuerpo humano: Las Leyes de Newton ▪¿Qué estudian las Leyes de Newton? Las Leyes de Newton estudian el movimiento asociado a las fuerzas. ▪¿Cuáles son las clasificaciones del movimiento según Aristóteles? 1. Movimiento Natural: Un objeto se desplaza hacia arriba cuando es liviano y hacia abajo cuando es pesado. Ejemplos: Humo y roca. 2. Movimiento Violento: Movimiento provocado por fuerzas. ▪¿Cuál es la suposición de Aristóteles? Su suposición era que todos los objetos tendían a su lugar natural. Ejemplo de la época: La tierra no se mueve de su sitio por esta razón. ▪¿Qué plantearon Copérnico y Galileo Galilei? Copérnico consideró que la Tierra giraba alrededor del sol, pero fue Galileo Galilei quien agregó que se requería una fuerza para que haya movimiento. ▪¿Qué conceptos planteó Galileo? Sin los siguientes conceptos los cuerpos se moverían indefinidamente. INERCIA: Resistencia a cambiar de estado de movimiento. FRICCIÓN: Fuerza que actúa entre dos cuerpos que resbalan juntos. ▪¿Cuáles son las Leyes de movimiento que elaboró Newton a partir de las anteriores? Leyes de movimiento: 1. Fuerza: Algo que arrastra o empuja un cuerpo en reposo o que varía su movimiento. 2. Peso: Es la fuerza que la gravedad hace sobre un objeto. 3. Masa gravitatoria: Peso dividido por la aceleración gravitatoria de un objeto. ● Leyes de Newton ▪¿Cuál es la 1ra Ley de Newton? Un cuerpo está en reposo cuando la suma total de las fuerzas que actúan sobre el objeto es nula. Un objeto en movimiento sigue moviéndose en velocidad constante. También se dice que hay una fuerza que hacemos hacia abajo cuando nos sentamos y una hacia arriba dejándonos en reposo. ▪¿Cuál es la 2da Ley de Newton? Cuando existe una fuerza sobre un objeto, el objeto experimenta una aceleración en la misma dirección de la fuerza. ▪¿De qué depende la cantidad de inercia en un objeto? DE LA MASA. Cuanta más masa mayor será la fuerza necesaria para cambiarle su estado al objeto. ▪¿Por qué varía el peso en diferentes puntos de la Tierra y en la luna? Varía porque en esos puntos la aceleración de la gravedad es diferente en cada uno y hay que saber que para calcular el peso se multiplica la masa por la aceleración de la gravedad. ▪¿Masa y volumen son lo mismo? No, masa y volumen son cosas diferentes: Masa es la cantidad de materia que posee un cuerpo y volumen es el espacio que ocupa. ▪¿Cuál es la 3ra Ley de Newton? Para cada acción existe siempre una reacción igual de intensa y en la misma dirección, sólo que en sentido opuesto. Ejemplo: Al nadar uno interactúa con el agua, la persona empuja el agua hacia atrás (Fuerza de acción) y el agua impulsa a la persona hacia adelante (Fuerza de reacción). ▪La fuerza de acción y reacción van de la mano, ninguna puede existir sin la otra. ● Mecánica de fluidos en el cuerpo humano ▪¿Qué estudia la mecánica de fluidos? Estudia el comportamiento de los fluidos en reposo o en movimiento y las fuerzas que provocan esas cosas. ▪¿A qué se lo conoce como "fluido"? Son tanto los gases como los líquidos y esto es porque fluyen, es decir, se mueven libremente y se adaptan a su recipiente. ▪¿Por qué para un fluido no se usan los conceptos de masa y fuerza? Para los fluidos no se usan los conceptos de masa y fuerza porque la masa de un fluido no siempre es igual, por eso se usa en su lugar Densidad y Presión. ▪¿Qué es Densidad? Es la masa de un fluido que ocupa un volumen fijo sin importar su forma. (D=m/v) ▪¿Qué es Presión? Es la fuerza ejercida por el fluido hacia las paredes del recipiente. (P=|F|/Área de la superficie) ▪¿Cuándo se desplaza un fluido por un tubo? Se desplaza cuando la presión en el inicio es mayor que al final del tubo (de mayor presión a menor presión). ▪¿De qué depende el flujo o caudal? El flujo o caudal depende de la diferencia o gradiente entre el inicio y el final del tubo. El caudal además depende de las dimensiones del tubo y de la naturaleza del fluido. ▪¿Qué mide el flujo o caudal? El caudal mide las fuerzas de rozamiento o fricción entre las propias moléculas del fluido y las moléculas de la pared del tubo. Velocidad = Caudal = Área transversal del tubo. ▪¿Qué pone en evidencia la Ecuación de continuidad? Q1=Q2 (Q: caudal o gasto en volumen) quiere decir que cuando un fluido llena por completo un tubo, la cantidad de fluido en un extremo y el otro del tubo es igual. ▪¿A qué se refiere la ecuación "A1v1=A2"? Esto pasa cuando todo el fluido se mueve a velocidad constante (el producto es constante también). ● Flujo Laminar ▪¿Qué es el flujo laminar o en capas? Es cuando el flujo de un fluido está sin corrientes y uniforme (las líneas no se cruzan). Se puede usar Q1=Q2 porque es un fluido lleno dentro de un tubo igual de un lado y del otro. ▪¿Cómo se desplaza el fluido laminar? Se desplaza en láminas cilíndricas donde todas sus partículas se mueven de forma simétrica y paralela al eje vascular, aumentando su velocidad en el centro del tubo (velocidad máxima). ▪¿Qué sucede en el caso del sistema vascular? Cuando la arteria sea de mayor tamaño (tubo) el fluido se va a desplazar mucho más rápido. ● Flujo turbulento ▪Si presenta remolinos el flujo es turbulento. Biológicamente se pueden escuchar con el estetoscopio. ▪El perfil de velocidades se aplana y se pierde la presión debido a los remolinos. ▪La baja presión del flujo turbulento provoca la pérdida entre el gradiente de presión y el flujo. ▪Se determina si el fluido es laminar o turbulento con el número de Reynolds (NR). NR < 2000 = Flujo laminar NR ≥ 3000 = Flujo turbulento 2000 < NR < 3000 = Flujo inestable (puede pasar de laminar a turbulento y viceversa) ▪En regiones estrechas de la circulación sanguínea aparecen remolinos locales en las capas limítrofes de la corriente. ▪Los remolinos pueden generar coágulos. ● Ecuación de Bernoulli ▪Establece que el trabajo que se hace sobre un fluido que va de un lado a otro es igual a la variación de su energía mecánica. ▪En la ecuación de Bernoulli se muestra que si la velocidad es constante en cualquier punto del tubo va a tener los mismos valores de Pa + &gya +½&va^2 (& es densidad). ▪Aún cuando cambia las dimensiones del tubo el fluido incomprensible (de densidad constante) tiene un caudal constante. ▪Condiciones para usar la ecuación: 1. Fluido incomprensible (densidad constante o uniforme). 2. Fluido no viscoso. No pierde energía mecánica con el rozamiento. 3. Flujo laminar. 4. La velocidad no varía durante su observación (Flujo-estacionario o en reposo). ▪ La ecuación puede dar una explicación válida en arterias mayores, pero no sirve para los conductos sanguíneos más estrechos, como los capilares venosos y arteriales. ● Viscosidad ▪La viscosidad es la resistencia interna al caudal o flujo del fluido. Cuando más resistencia, más viscoso. ▪La resistencia es producida por las fuerzas de interacción de las moléculas que se deslizan. ▪Una capa de fluido al moverse arrastra a las siguientes capas. ▪Fluidos homogéneos: Son los que tienen viscosidad constante como el agua y una solución de electrolitos. ▪Fluidos heterogéneos: De viscosidad variable como la sangre, que se modifica según las dimensiones del tubo y del tipo de flujo. ▪La sangre no es un fluido constante porque está formada por células y plasma que modifican al fluido, luego el hematocrito, la velocidad del flujo y el diámetro del vaso modifican la viscosidad. A mayor velocidad menor viscosidad porque las células se ponen en el eje central del vaso. ● Ley de Poiseullie ▪Relaciones: Caudal, viscosidad, caída de presión, radio y longitud del tubo. ▪La ley sólo se aplica para fluidos laminares de fluidos homogéneos con viscosidad constante, pero por ejemplo, en los vasos sanguíneos esto no se cumple siempre. ▪En el fluido viscoso se ven caídas de presión debido al trabajo efectuado contra las fuerzas de rozamiento. ▪Si la velocidad del flujo es alta o si el gradiente de presión es elevado se generan remolinos o turbulencias que modifican el patrón del flujo. Con estas turbulencias se necesita una mayor presión para mantener el mismo caudal/flujo. ▪Hemodinámica: Tiene como factor la deformación y recuperación de un vaso. ▪La velocidad de la sangre depende del área total transversal de cada sección, al bajar la velocidad se pueden efectuar intercambios que deben realizarse en la sección. Ejemplo: Aorta y grandes arterias: vel 20 cm/s y disminuye en las arteriolas hasta llegar a los capilares con 0,03 cm/s (baja vel porque los vasos pequeños generan más resistencia al flujo). ● El sistema circulatorio ▪Posee elementos que se efectúan mutuamente para realizar funciones en el cuerpo. ▪Sonido del corazón en el estetoscopio: 2 sonidos: cierre de las válvulas tricúspide y mitral. El segundo sonido se asocia al cierre de las válvulas aórtica y pulmonar. ▪Murmullo del corazón: Se puede asociar el flujo turbulento al cierre incompleto de las válvulas y al flujo que se origina de esas aberturas anormalmente pequeñas. ▪¿Cómo surge la Gravedad de la circulación? Cuando los animales evolucionaron a una posición erguida surgió un problema con la circulación sanguínea; la parte superior del cuerpo tendía a descender al corazón, teniendo una dificultad para subir desde las extremidades inferiores. Para retardar el drenaje sanguíneo de la mitad superior, los músculos que rodeaban a las venas se contrajeron y se relajaron. Las extremidades inferiores tienen venas con una capacidad mayor de expansión y almacenamiento de sangre. Contienen válvulas que se abren cuando la sangre fluye hacia el corazón y se cierran cuando la sangre se aleja. Se devuelve al corazón por el bombeo asociado con la respiración y la flexión de los músculos. ● Tensión artificial-agentes tensoactivos en los pulmones ▪Tensión superficial: F/2L (fuerza/ 2 × longitud del perímetro de esa superficie) Imaginate: Una tabla horizontal. Abajo hay moléculas que se mueven hacia todos los lados, menos hacia arriba, porque no hay moléculas arriba de la tabla que puedan atraerse con las de abajo, entonces esas moléculas superficiales son atraídas hacia el interior. A esto se lo llama tensión superficial. ● Alvéolos Pulmonares-agentes tensoactivos ▪Su tensión se debe tanto al tejido de la membrana como a un líquido que contiene una lipoproteína tensoactiva. Eso da la elasticidad para su reajuste. ▪El caso del agente tensoactivo, en realidad lo que permite es que el alvéolo no se colapse luego de eliminar el aire. Es decir, que sus paredes no se peguen entre sí, como sucede cuando se desinfla un globo. Al estar esta sustancia las paredes de los alvéolos no se pegan. ▪Para que pueda llevarse a cabo el intercambio gaseoso debe haber una diferencia de presión entre el interior alveolar y el fluido circundante. ▪Los alvéolos no se pegan por su factor surfactante, pero lo único que no se mantiene igual es su proporción por unidad de superficie alveolar. ▪Cuando el alvéolo se contrae: disminuye su área y aumenta la concentración superficial de surfactante, por eso se reduce la tensión superficial. ● Estructura nuclear ▪p+ (carga positiva) = e- (carga negativa) igual cantidad de carga ▪p+ 1840 veces más que la masa del e▪n° (sin carga) 0,1% más pesados que los p+ ▪Zona nuclear: p+ y n°. ▪Zona extranuclear: e-. ▪Numero atómico (Z)= cantidad de p+ y e▪Número másico (A)= n° + p+ ▪Isótopos: Mismo Z pero diferente cantidad de n° ● Radiactividad ▪Fenómeno físico que consiste en la emisión de partículas o radiaciones (o ambas) de ciertos cuerpos. Esto es procedente de la desintegración espontánea del núcleo del átomo ya que estos elementos son muy inestables y esto permite que se transformen en núcleos atómicos de elementos más estables produciendo una transmutación de elementos. ▪Ejemplo: Cuando un núcleo de Uranio emite una partícula alfa, se transforma en un núcleo de Torio. ESTA TRANSMUTACIÓN NO SUCEDE EN LA DESINTEGRACIÓN DE GAMMA. ▪¿Cuáles son los tipos de radiactividad? Natural: Radiactividad de los isótopos de la naturaleza. Artificial o Inducida: Radiactividad de los radioisótopos producidos artificialmente. ▪El Uranio emite rayos que pueden atravesar un recipiente. El Uranio y otros elementos radiactivos no sólo contienen las propiedades de sí mismos, sino que tienen trazas de otros, como el Polonio, que a su vez es más radiactivo que el propio Uranio. ● Tipos de partículas: ▪Partículas alfa: Tienen carga positiva. Tienen poca penetración en la materia. Núcleos de He. ▪Partículas beta: Tienen carga negativa. Penetran un poco más en la materia. Son e▪Rayos gamma: No tienen carga. Penetran profundamente en la materia. Son fotones que emiten energía mayor a la de los rayos x. ● Radiación ionizante ▪Cuando la radiación atraviesa la materia, deja átomos ionizados (esto causa el daño en los organismos vivos, como por ejemplo, matando tejidos o provocando cáncer). ● La interacción de la radiación con la materia ▪Categorías de la radiación: 1. Iones positivos: Partículas alfa o p+. No pasan la piel. 2. Electrones y positrones: Penetración en tejidos blandos de 0,4 cm. 3. Rayos gamma: Los rayos gamma no son los que dan ionización sino que ceden energía a los e- y son ellos los que la producen. 4. Neutrones: Los n° atraviesan 1mt en agua porque ellos interaccionan con los núcleos atómicos pequeños. ▪Para producir daños en la materia se necesita un determinado tipo de radiación y energía, y también una determinada dosis de radiación. ● Ley de la radiosensibilidad (Ley de Bergonié y Tribondeau) ▪Esta ley dice que los tejidos y órganos más sensibles a la radiación son los que tienen una alta actividad reproductiva. Ejemplo: Glándula tiroides, médula ósea órganos reproductivos. ● Efectos perjudiciales de la radiación ▪Dosis equivalente: Como no todas las radiaciones tienen la misma nocividad, se multiplica la radiación absorbida por un coeficiente para medir la peligrosidad del elemento. ● Exposición crónica a la radiación ▪Es mayor la tasa de cáncer en países donde su suelo tiene una alta cantidad de elementos radiactivos. ● Usos de la radiación ▪Investigación médica: La radiación se ha utilizado para hacer posible el seguimiento de los aminoácidos, los azúcares, el ADN y la penicilina de forma precisa. Ejemplo: Recorrido de la construcción de proteínas a partir de aminoácidos. ▪Diagnosis: Se administra un compuesto marcado radiactivamente que es absorbido por el órgano a estudiar. ▪Terapia: Células cancerosas: Son atacadas con radiación porque son muy vulnerables a ella.
