"Año del Bicentenario del Perú: 200 años de Independencia" UNIVERSIDAD PRIVADA DE TACNA FACULTAD DE CIENCIAS DE LA SALUD ESCUELA PROFESIONAL DE TECNOLOGÍA MÉDICA ESPECIALIDAD EN TERAPIA FÍSICA Y REHABILITACIÓN “EFECTOS FISIOLÓGICOS DE LA ACELERACIÓN” - INFORME CURSO: BIOFÍSICA CICLO: 2021-I ESTUDIANTE: ZEA BEROLATTI, Diego Alejandro DOCENTE: Msc. Fsca. Vanessa Olvea de Villanueva. TACNA – PERU 2021 INDICE I. INTRODUCCIÓN--------- ----------------------------------------1 II. DESARROLLO 1. ALGUNOS PRINCIPIOS FÍSICOS-----------------------2 III. EFECTOS FISIOLÓGICOS POR ACELERACIONES--6 1. CLASIFICACIÓN DE ACELERACIONES POR INTERVALO DE TIEMPO---------------------------------7 2. EJES DE ACELERACIÓN-------------------------------8 3. DE LAS ACELERACIONES POSITIVAS Y NEGATIVAS Y SUS REPERCUSIONES EN LA FISIOLOGÍA HUMANA------------------------------------9 4. ESTUDIO ESTADÍSTICO------------------------------10-14 INTRODUCCIÓN El cuerpo humano se encuentra sometido constantemente por la fuerza de la gravedad de la tierra, sin embargo, este se adapta muy bien al entorno de tener que lidiar con una fuerza de esta magnitud. De todas maneras, la evolución de la tecnología nos muestra nuevos horizontes, como lo es la evolución de la aviación y la introducción de nuevas naves con la capacidad de generar sustanciales aceleraciones resultando en fuerzas mucho más largas que se elevan a nueve veces la fuerza de aceleración debido a la gravedad. En este caso, el fin de este informe es dar a conocer los cambios fisiológicos producidos en seres humanos por efecto de tales fuerzas de aceleración estudiando la exposición del hombre a altos niveles de aceleraciones donde se origina la aparición de síntomas y signos clínicos, incluyendo el riesgo de pérdida de conciencia que puede comprometer la seguridad en vuelo, constituyendo el entrenamiento en centrifuga humana un método útil para mejorar la tolerancia a las altas aceleraciones. Así también como en el caso de efectos fisiológicos de la aceleración también observaremos algunos casos en donde podamos observar cambios físicos y sensaciones como la del vértigo, entre otras. 1 DESARROLLO I. ALGUNOS PRINCIPIOS FÍSICOS A) LA ACELERACIÓN O, MEJOR DICHO, FUERZAS G La aceleración se puede definir como el cambio de velocidad de un objeto en función del tiempo y como la velocidad es una magnitud vectorial que posee: Intensidad, dirección, sentido y punto de aplicación, la aceleración resulta, bien de un cambio de velocidad en una línea recta (aceleración lineal), bien del cambio en la dirección de desplazamiento (aceleración radial). Las aceleraciones se cuantifican en unidades G, unidad que equivale a la aceleración de la gravedad terrestre, que es constante y de valor 9,81 m/seg2. Estas, en función de la tercera ley de Newton, provocan una reacción de la misma intensidad, dirección y sentido opuesto, generando una fuerza de inercia que actúa sobre -en este caso, el piloto- en distintas direcciones, en función de las cuáles producen diferentes efectos. 2 B) RAPIDEZ Podemos definirla como: La magnitud escalar que determina la relación de la distancia recorrida por un cuerpo u objeto y el tiempo que necesita para cubrir dicha distancia. 𝑑 𝑟= 𝑡 C) VELOCIDAD Magnitud física que expresa la relación entre el espacio recorrido por un objeto, el tiempo. Debido a que la velocidad también considera la dirección en que se produce el desplazamiento de un objeto, es considerada una magnitud de carácter vectorial. D) ACELERACIÓN LINEAL O TANGENCIAL Se presenta cuando la velocidad tangencial de un cuerpo cambia, lo que da origen al movimiento circular no uniforme. Esto se debe a que tanto la magnitud como la dirección de la velocidad tangencial cambian. 3 E) ACELERACIÓN RADIAL O CENTRÍPETA La aceleración apunta hacia el centro de una trayectoria curva y es perpendicular a la velocidad del objeto. Hace que un objeto cambie su dirección y no su rapidez a lo largo de una trayectoria circular. También se llama aceleración radial. F) LA FUERZA CENTRÍFUGA G)PESO EFECTIVO Y EL ESTADO DE INGRAVIDEZ Podemos definir al peso efectivo mediante con la comparación entre el peso real y el efectivo puesto que, mientras que el peso real de una persona se determina por su masa y la aceleración de la gravedad, el "peso percibido" o "peso efectivo", viene del hecho de que uno es soportado por el suelo, silla, etc. Si todos estos soportes fueran quitados de repente la persona comenzaría una caída libre, sentiría de repente que "flota", entonces la ingravidez, se refiere al estado de estar en caída libre en el cual no se percibe soporte. 4 El estado de ingravidez puede alcanzarse de varias maneras, todas ellas implicando significativos principios físicos. Como es el clásico ejemplo en el que se imagina el supuesto caso de como se sentiría una persona dentro de un ascensor al momento de que el cable de este se rompa de manera repentina. -Entonces: • Cuando se acelera hacia arriba se siente que el peso es mayor del normal, puesto que la fuerza de soporte que requiere el suelo del ascensor es mayor del normal. El soporte debe producir un exceso sobre la fuerza de gravedad para acelerar hacia arriba. • En cambio, cuando se acelera hacia abajo se siente que el peso es menor del normal puesto que la fuerza de soporte que requiere el suelo del ascensor es igualmente menor. Este apoyo menor del normal, permite que se acelere el cuerpo. 5 H) LA FUERZA CENTRÍFUGA La fuerza centrífuga es una fuerza hacia afuera aparente en un marco de referencia giratorio o mejor dicho “La resistencia al cambio de dirección impuesta por una fuerza centrípeta”. Es una resistencia por inercia y no una fuerza activa. La fuerza centrífuga resulta de la masa multiplicada por la aceleración centrífuga. No existe cuando un sistema se describe en relación con un marco de referencia inercial. Todas las mediciones de posición y velocidad deben realizarse en relación con algún marco de referencia. Por ejemplo, se podría realizar un análisis del movimiento de un objeto en un avión de pasajeros en vuelo con respecto al avión de pasajeros, a la superficie de la Tierra o incluso al Sol. La definiremos por la siguiente fórmula: 𝒗𝟐 𝑨𝒄 = 𝑹 Dónde: Ac = Aceleración Centrípeta. v = Velocidad tangencial. r = Radio de giro. II. EFECTOS FISIOLÓGICOS POR ACELERACIÓNES Para mayor comprensión del tema, tendremos que adentrarnos en la clasificación en las fuerzas de aceleración siendo clasificadas por el intervalo de tiempo en las que estas ocurren. 6 1. CLASIFICACIÓN DE LAS ACELERACIONES POR INTERVALO DE TIEMPO A) ACELERACIONES DE LARGA DURACIÓN Son aquellas que actúan durante más de 1 segundo. Estas ocurren durante una maniobra sostenida. El eje más probable en el que se experimentarán estas aceleraciones es el vertical, y a menudo se hace referencia a tales aceleraciones simplemente como G (z) positiva o negativa. Provocarán en el organismo: • • Alteración en el flujo sanguíneo y fluidos corporales. Distorsión de tejidos y órganos. B) ACELERACIONES DE DURACIÓN INTERMEDIA Podremos encontrarlas en aeronaves militares dentro de los mecanismos de escape asistido, duran entre 0.5 - 2 segundos. C) ACELERACIONES DE DURACIÓN CORTA Las aceleraciones de corta duración son aquellas que se producen en un cuerpo durante menos de aproximadamente un segundo. La causa más probable de aceleraciones de corta duración es un accidente aéreo. Durante un choque, el cuerpo estará sujeto a aceleraciones tanto verticales como transversales (o más adecuadamente desaceleraciones). Vale la pena señalar que el cuerpo humano puede soportar aceleraciones de corta duración de + 25G en el eje vertical y 45G en el eje transversal sin daño permanente. *Gráfica # de Fuerzas G – Tiempo que explica los efectos del cuerpo ante aceleraciones de largaintermedia-corta duración. * 7 2. EJES DE ACELERACIÓN El cuerpo puede verse afectado por aceleraciones en tres planos distintos. Las fuerzas de aceleración en los aviones se denominan fuerzas G y el nombre dado a las fuerzas en los diferentes planos se basa en el eje vertical del cuerpo la figura que sigue. La siguiente nomenclatura se usa habitualmente: • +Gz (G-positivo). - Ocurre cuando el cuerpo se acelera hacia arriba. La fuerza de inercia es hacia abajo y los órganos internos serán forzados hacia abajo en relación con el esqueleto (y el avión). + Gz ocurre durante el giro, una recuperación de un picado o un impacto por apertura de un paracaídas. • -Gz (G negativo). - Se produce al acelerar el cuerpo hacia abajo con la fuerza de inercia hacia la cabeza. Por ejemplo, maniobras de picado o volar boca abajo. • + Gx (G transversal transversal). - Ocurre cuando el cuerpo se acelera hacia adelante como para el despegue. La fuerza de inercia es hacia atrás y la fuerza de inercia hacia adelante. Por ejemplo: Aterrizajes con gancho en un portaaviones o una colisión frontal. • (G transversal transversal hacia atrás) Es lo opuesto a + Gx con aceleración hacia atrás y la fuerza de inercia hacia adelante. Por ejemplo, aterrizajes con gancho en un portaviones o una colisión frontal. • + Gy o -Gy (G lateral derecho o izquierdo) Actúa en todo el cuerpo hacia la izquierda o la derecha, respectivamente. Se experimentan fuerzas G laterales bastante altas en las carreras de Fórmula 1. En aviación este será solo un problema menor hasta que las aeronaves futuras puedan maniobrar de lado. 8 3. DE LAS ACELERACIONES POSITIVAS Y NEGATIVAS DE GZ Y SUS REPERCUSIONES EN LA FISIOLOGÍA HUMANA A) ACELERACIONES POSITIVAS DE GZ Cuando el cuerpo está expuesto a aceleraciones positivas prolongadas de Gz, los principales efectos fisiológicos son aquellos causados por la incapacidad del sistema cardiovascular para bombear sangre al cerebro. La aplicación de + Gz hace que la presión sanguínea a nivel cerebral disminuya, lo que resulta en una reducción en el suministro de oxígeno al cerebro. Además, los órganos internos son forzados hacia abajo en relación con el cuerpo. El efecto fisiológico en el cuerpo se puede resumir de la siguiente manera: • La sangre y los órganos internos son forzados a desplazarse hacia abajo. • La presión sanguínea cae a nivel cerebral (y aumenta en las extremidades por debajo del nivel del corazón) • Los primeros órganos afectados son los ojos con el oscurecimiento visual o efecto tunel que comienza entre +3 a + 3.5Gz y se llega a una pérdida total de visión a + 4.5Gz aproximadamente. • La pérdida de conciencia inducida por G (G-LOC) también puede ocurrir a valores de + Gz alrededor de 4.5 Factores que afectan la capacidad de soportar + Gz B) ACELERACIONES NEGATIVAS DE GZ La aceleración negativa de Gz no es bien tolerada por el cuerpo. La persona promedio puede tolerar aproximadamente -2Gz durante aproximadamente 5 minutos, -3Gz durante aproximadamente 10 a 15 segundos y un máximo de -5Gz durante aproximadamente 5 segundos. Los efectos fisiológicos en el cuerpo se pueden resumir de la siguiente manera: • • • Aumento de la presión arterial a la altura de la cabeza. Molestias en la cabeza, hinchazón de los tejidos y pequeñas hemorragias en la cara y los ojos. Visión borrosa causada por la producción excesiva de lágrimas y el fenómeno de "enrojecimiento" causado por pequeñas hemorragias que manchan las lágrimas de rojo. 9 • • • Disminución de la frecuencia cardíaca. Confusión mental y eventual inconsciencia. Dificultad para respirar causada por el diafragma forzado hacia arriba Los pilotos que están expuestos regularmente a G negativo tienen un riesgo significativamente mayor de sufrir accidentes cerebrovasculares debido a la presión arterial más alta producida a nivel de la cabeza. 4. ESTUDIO ESTADÍSTICO 4.1 EFECTOS DE LAS ACELERACIONES POSITIVAS EN EL ORGANISMO - Gráfico Frecuencia Cardiaca - +Gz. – Como podemos apreciar en el gráfico, la frecuencia cardiaca se encuentra en aumento ante el aumento de +Gz. 10 - Gráfico Gasto Cardiaco - +Gz. – Al contrario de lo que fue la frecuencia cardiaca, el gasto cardiaco se encuentra en disminución ante el aumento de +Gz. - Gráfico Frecuencia Respiratoria - +Gz. – La frecuencia respiratoria se encontrará en aumento con respecto al incremento de Gz+. 11 4.2 E.E DE EFECTOS FISIOLÓGICOS DE LA ACELERACIÓN TOMANDO COMO EJEMPLO ESTUDIO PILOTOS EN ETAPA DE ENTRENAMIENTO Para la mejor comprensión del tema, introduzco un estudio tomado a un grupo de pilotos en etapa de entrenamiento físico con el fin de poder mostrar estadísticamente los efectos consecuentes después de haber sido sometidos a estas pruebas. El proyecto va de esta manera: “En un grupo de 81 pilotos de combate que recibieron entrenamiento en una centrifuga humana avanzada, exponiéndose a un nivel de aceleración de +7 Gz durante 15 segundos, con una velocidad de comienzo de 6 G/segundo, se evaluó la aparición de síntomas y signos. También se estudió la tolerancia individual relajada a las aceleraciones.” - Resultados: Los síntomas y signos experimentados por los 81 pilotos en el curso de su exposición a +7 Gz durante 15 segundos, fueron los siguientes: A) Síntomas visuales 12 B) Dolores músculo-esqueléticos C) Hemorragias petequiales 13 D) Tolerancia relajada a fuerzas +Gz E) Porcentaje de pilotos con visión negra en el primer y el cuarto cuartil 14
