BIOFISICA GRUPO 13 LAURA SEMPERTEGUI ORTEGA

Universidad de Guayaquil

Facultad de ciencias médicas

Dr. Alejo Lascano Bahamonde.

Escuela de medicina.Título: Separatas de Biofísica

Docente: Dr. Cecil Flores Balseca

Ciclo: Segundo Semestre

Grupo: 2

1

BIOFISICA GRUPO 13 LAURA SEMPERTEGUI ORTEGA

ContenidoSistema Nervioso.............................................................................................1

¿QUÉ ES EL SISTEMA NERVIOSO?.............................................................1

¿CÓMO ES EL SISTEMA NERVIOSO?..........................................................1

Sistema Bioeléctrico.........................................................................................5

Electrodiagnóstico............................................................................................7

La electroterapia es una disciplina que se engloba dentro de la medicina física y rehabilitación y se define como el arte y la ciencia del tratamiento de lesiones y enfermedades por medio de la electricidad....................................................16

Tipos de Corriente y efectos de la electricidad en los seres vivos.................17

Efectos de los campos electromagnéticos sobre órganos y sistemas...........22

Iones en repolarización de membrana. Fisiología de la membrana,..............25

Sonido, Audición y Ondas sonoras................................................................28

Sonido..............................................................................................................28

Física del sonido............................................................................................28

Propagación del sonido..............................................................................29

Magnitudes físicas del sonido.....................................................................30

Velocidad del sonido...................................................................................30

Reverberación............................................................................................31

Resonancia.................................................................................................31

Percepción.....................................................................................................32

Proceso de la audición humana.....................................................................32

Divisiones del sistema auditivo......................................................................33

Onda sonora..................................................................................................33

Propagación de ondas...................................................................................33

Modo de propagación.................................................................................33

Velocidad y energías del sonido....................................................................34

Velocidad en mecánica clásica......................................................................35

Velocidad media.........................................................................................35

Velocidad instantánea................................................................................35

Celeridad o rapidez.....................................................................................36

Velocidad relativa.......................................................................................36

Velocidad angular.......................................................................................36

2

BIOFISICA GRUPO 13 LAURA SEMPERTEGUI ORTEGA

Velocidad en mecánica relativista..................................................................37

Velocidad en mecánica cuántica....................................................................38

Unidades de velocidad...................................................................................38

Sistema Internacional de Unidades (SI).....................................................38

Sistema Cegesimal de Unidades................................................................39

Sistema Anglosajón de Unidades...............................................................39

Navegación marítima y Navegación aérea.................................................39

Aeronáutica.................................................................................................39

Unidades de Planck (Unidades naturales)..................................................39

Densidad de energía acústica........................................................................40

Flujo de energía sonora.................................................................................40

Conservación de la energía acústica.............................................................41

Disipación de la energía acústica..................................................................41

ELEMENTOS DE UNA ONDA.......................................................................42

CUALIDADES DEL SONIDO.........................................................................43

La voz humana...............................................................................................46

Un audímetro o audiómetro...........................................................................47

BIOFISICA DE LA LUZ Y LA VISION............................................................48

CUALIDADES DE LA LUZ.............................................................................51

Sistema visual humano..................................................................................55

Elementos básicos de la física nuclear..........................................................58

Radiaciones..................................................................................................60

Constitución del átomo y modelos atómicos..................................................61

Radiación y Radiobiología.............................................................................61

Orígenes de las radiaciones ionizantes.........................................................62

Radiaciones: naturaleza y propiedades.........................................................66

Radioactividad................................................................................................72

Los rayos X....................................................................................................74

Tubo de Coolidge...........................................................................................76

Radiopacidad.................................................................................................76

Radiolucides...................................................................................................76

3

BIOFISICA GRUPO 13 LAURA SEMPERTEGUI ORTEGA

UNIDAD # 3: SISTEMAS BIOFÍSICOS BIOELÉCTRICOS

Electrofisiología: Sistema Nervioso

Es el estudio de las propiedades eléctricas de células y tejidos biológicos. Incluye medidas de cambio de voltaje o corriente eléctrica en una variedad amplia de escalas, desde el simple canal iónico de proteínas hasta órganos completos como el corazón. En neurociencias, se incluyen las medidas de la actividad eléctrica de neuronas, y particularmente actividad de potencial de acción. Registros a gran escala de señales eléctricas del sistema nervioso como Electroencefalografía, también se pueden clasificar como registros electrofisiológicos.

Técnicas electrofisiológicas clásicas

La electrofisiología es la ciencia y rama de la fisiología que pertenece al flujo de iones en tejidos biológicos y, en particular, a las técnicas de registro eléctrico que permiten las mediciones de este flujo. Las técnicas de electrofisiología implican colocar electrodos en varias preparaciones de tejido biológico. Los principales tipos de electrodos son: 1) Conductores sólidos simples, como discos y agujas (individuales o arreglos, usualmente aislados exceptuando la punta), 2) trazos en un tablero con circuitos impresos, también aislados, y 3) tubos huecos llenos con un electrolito, como pipetas de vidrio llenas de solución de cloruro de potasio u otra solución electrolítica. Las preparaciones principales incluyen 1) organismos vivos, 2) tejidos extirpados, 3) células disociadas de tejido extirpado, 4) tejidos y células desarrollados artificialmente, o 5) híbridos de los anteriores.

Técnicas ópticas electro fisiológicas

Las técnicas electro fisiológicas ópticas fueron creadas por científicos e ingenieros para sobreponerse a una de las principales limitaciones de las técnicas clásicas. Las técnicas clásicas permiten observación de la actividad eléctrica a aproximadamente un solo punto de todo el volumen del tejido. Esencialmente, las técnicas clásicas singularizar un fenómeno distribuido. El interés en la distribución espacial de la actividad bioeléctrica exige el desarrollo de moléculas capaces de emitir luz en función de su entorno eléctrica o química. Un ejemplo de estos son la tinción voltaje-sensitiva y las proteínas fluorescentes. Después de introducir uno o más de este tipo de compuestos en el tejido por perfusión, inyección o expresión génica, la distribución unidimensional o bidimensional de la actividad eléctrica puede ser observada y registrada.

SISTEMA BIOELÉCTRICO

Potenciadores eléctricos de la membrana celular

1) El potencial de reposo: Es la diferencia de potencial que existe entre el interior y el exterior de una célula. Lo que mantiene a este potencial en reposo, es la Bomba Na+/K+ (Bomba Sodio/Potasio), dado que si salen 3 Na+ (Sodio) a la parte extracelular, entran 2 K+ (Potasio) a la parte intracelular. Se debe a que la membrana celular se comporta como una barrera

4

BIOFISICA GRUPO 13 LAURA SEMPERTEGUI ORTEGA

semipermeable selectiva, es decir, permite el tránsito a través de ella de determinadas moléculas e impide el de otras. Este paso de sustancias es libre, no supone aporte energético adicional para que se pueda llevar a cabo. En las células eléctricamente excitables, el potencial de reposo es aquel que se registra por la distribución asimétrica de los iones (principalmente sodio ypotasio) cuando la célula está en reposo fisiológico, es decir, no está excitada. Este potencial es generalmente negativo, y puede calcularse conociendo la concentración de los distintos iones dentro y fuera de la célula. La distribución asimétrica de los iones se debe a los gradientes de los potenciales electroquímicos de los mismos. El potencial electroquímico está compuesto por elpotencial químico, directamente relacionado con la concentración de las especies, y con la carga de los distintos iones.

2) Un potencial de acción también llamado impulso eléctrico, es una onda de descarga eléctrica que viaja a lo largo de lamembrana celular modificando su distribución de carga eléctrica. Los potenciales de acción se utilizan en el cuerpo para llevar información entre unos tejidos y otros, lo que hace que sean una característica microscópica esencial para la vida de losanimales. Pueden generarse por diversos tipos de células corporales, pero las más activas en su uso son las células delsistema nervioso para enviar mensajes entre células nerviosas (sinapsis) o desde células nerviosas a otros tejidos corporales, como el músculo o las glándulas.

3) El potencial de membrana:Ain impulso hay máscationes, en especial de sodio, fuera de la membrana celular y másaniones (-iones) dentro de lo que crea un potencial de reposo

Sistema Bio-eléctricoEl Sistema Cuántico Bio-Eléctrico es una nueva herramienta que analiza este fenómeno. La energía y la baja frecuencia magnética del cuerpo humano se captan al sostener el sensor, y a continuación el equipo las amplifica y las analiza mediante el microprocesador que incorpora. Los datos se comparan con el espectro cuántico de resonancia magnética estándar de enfermedades y de nutrición, así como con otros indicadores incorporados en el equipo para diagnosticar si las formas de las ondas presentan irregularidades a través del uso de la aproximación de Fourier. De esta manera se puede realizar el análisis y diagnóstico del estado de salud y obtener los principales problemas del paciente, también como distintas propuestas estándares de curación o prevención, basándose en el resultado del análisis de la forma de la onda.El método de análisis cuántico de resonancia magnética es un emergente método de detección espectral, rápido, preciso y no invasivo, lo que lo hace especialmente apropiado para la comparación de los efectos de curación de diferentes medicinas y productos médicos, y para la comprobación de posibles estados anormales de salud. Los principales elementos de análisis ascienden a más de treinta, e incluyen los siguientes sistemas:Cardiovascular y Cerebro vascular

5

BIOFISICA GRUPO 13 LAURA SEMPERTEGUI ORTEGA

• Función Gastrointestinal• Función de la Vesícula Biliar• Función Pancreática• Función Renal• Función Pulmonar• Sistema Nervioso• Padecimientos Oseos• Densidad Mineral Osea• Enfermedad de Hueso Reumatoide• Glucosa en la Sangre• Condición Física• Toxinas• Oligoelementos• Vitaminas• Aminoácidos• Coenzimas• Metales Pesados• Próstata• Función Sexual Masculina• Ginecología• Piel• Colágeno• Obesidad• Sistema Endocrino• Sistema Inmunológico• Mamas• Alergias• Ojos

Electrodiagnóstico Definición

El Electrodiagnóstico es un modelo de intervención fisioterápica que permite una evaluación cualitativa de la placa neuromotora. Se observará la durabilidad contráctil, localización del punto motor más allá de la anatomofisiología neurológica. Utilizaremos corriente galvánica en sus formas de presentación cuadrangular y triangular para la obtención de una gráfica denominada curva i/t, que nos informará sobre el estado aproximado del músculo (denervado, parcialmente denervado, etc.).

Observaciones

Con este modelo fisioterápico como hemos mencionado con anterioridad vamos a realizar una gráfica a través de la excitabilidad de la placa motora mediante dos formas diferentes de corriente galvánica, utilizando el método interpolar a través de una aplicación longitudinal en los puntos motores de los músculos afectados. La atención al paciente adquiere una importancia fundamental para procesar las

6

BIOFISICA GRUPO 13 LAURA SEMPERTEGUI ORTEGA

informaciones, así como el acoplamiento entre el aparato de electroterapia y el paciente, que fundamentalmente será determinado por la intensidad de corriente por unidad de superficie.

Objetivos

Utilizamos corriente galvánica cuya intensidad debe permanecer constante y el flujo de cargas se realiza en el mismo sentido.

Procedimientos eléctricos cuyo objetivo es la captación del potencial de acción o las respuestas del tejido excitable a la acción eléctrica.

Intervención

Después del electrodiagnóstico, tendremos los parámetros de la intensidad, tiempo y forma de pulso con los que podremos trabajar en las lesiones neurológicas periféricas. Habilidades

Las indicaciones más frecuentes son: Diagnósticas: Lesiones centrales: no presentan síndrome de reacción degenerativa; Lesiones periféricas; Exclusión de parálisis histéricas. Pronósticas: Lesión total; Lesión parcial. Otros

Realizado con corriente galvánica interrumpida, que produce estímulos de larga duración, capaz de estimular el complejo neuromuscular. El electrodiagnóstico es de suma importancia en fisioterapia, pues permite obtener los parámetros necesarios para el tratamiento de las patologías. Si un músculo no está afectado uniformemente, algunos fascículos se estimularan de forma desigual, apareciendo curvas incongruentes apareciendo más hipérboles que se corresponden a cada unidad funcional, indicando la presencia de la reinervación de esos fascículos no afectos. Evitar

Es necesario dedicar especial atención a la intensidad de corriente, resistencia de la piel del paciente, y sensación percibida por el paciente, para evitar la provocación de los efectos adversos de la electroterapia, tales como erosiones, quemaduras, cauterizaciones. Con la utilización de electrodos de pequeñas dimensiones, no exceder la dosis recomendada para la aplicación, así como contactos irregulares sobre la superficie de aplicación. No aplicar en casos de: espasticidad, área cardiaca, marcapasos y tromboflebitis.

ELECTROTERAPIA

Es una técnica que se engloba dentro de la medicina física y rehabilitación y se define como el arte y la ciencia del tratamiento de lesiones y enfermedades por medio de la electricidad.

La Historia de la Electroterapia se remonta a la aplicación de las descargas del pez torpedo en la época griega y romana (véase, Historia, en fisioterapia).

7

BIOFISICA GRUPO 13 LAURA SEMPERTEGUI ORTEGA

Imagen de un TENS, aparato que genera pulsos eléctricos con fines analgésicos.

Actualmente, la tecnología ha desarrollado numerosos aparatos (productos sanitarios) para la aplicación de la electroterapia sin correr riesgos de efectos secundarios, como los TENS o los estimuladores de alta o baja frecuencia.

Los principales efectos de las distintas corrientes de electroterapia son:

Antiinflamatorio. Analgésico. Mejora del trofismo. Potenciación neuro-muscular. Térmico, en el caso de electroterapia de alta frecuencia fortalecimiento muscular mejora transporte de medicamentos disminución de edema control de dolor Mejora sanación de heridas

Efectos de la electricidad sobre el cuerpo humano

Cuando alguna parte o partes del cuerpo humano entran en contacto con dos puntos u objetos entre los que existe una diferencia de potencial (voltaje), se establece el paso de una corriente eléctrica a través del cuerpo que puede producir efectos muy diversos, desde un leve cosquilleo hasta la muerte, pasando por contracciones musculares, dificultades o paro respiratorio, caídas, quemaduras, fibrilación ventricular y paro cardíaco. Esto se conoce como choque eléctrico.

El choque eléctrico puede producirse al tocar elementos sometidos a tensión, como cables o barras metálicas desnudas (contacto directo), u objetos, normalmente inofensivos, cuya tensión se debe a fallos y defectos de aislamiento (contacto indirecto).

8

BIOFISICA GRUPO 13 LAURA SEMPERTEGUI ORTEGA

Esquema de red trifásica

Para poder comprender el proceso es necesario puntualizar que la red de distribución en baja tensión -la que entra en nuestros domicilios, oficinas, locales comerciales, etc.- es trifásica y el neutro está conectado a tierra.A partir del esquema anterior puede inferirse que si una persona entra en contacto con una de las fases L1, L2, L3 y tiene los pies apoyados en el suelo (o toca alguna masa metálica, tubería, etc. que haga buen contacto con tierra) se cerrará el circuito estableciéndose una corriente que atravesará su cuerpo, produciéndole el choque. Lo mismo ocurrirá si toca la carcasa metálica de algún aparato que presente defectos de aislamiento.

Los factores que determinan la severidad de las lesiones son:

El tipo de corriente, continua (pilas y baterías) o alterna (red eléctrica).En general, la corriente alterna de baja frecuencia (50 – 60 Hz) que se distribuye a través de la red puede llegar a ser hasta 3 o 5 veces más peligrosa que la continua. Puesto que se trata del tipo de corriente al que habitualmente estamos expuestos en viviendas, locales, comercios, oficinas, etc., nos centraremos en los riesgos que lleva asociados la alterna.

La intensidad y el tiempo.En general, cuanto mayor es la intensidad y/o el tiempo en que circula corriente por nuestro cuerpo, más graves son las consecuencias. La tabla siguiente muestra los efectos generados en función de la intensidad y el tiempo de exposición, en un adulto de más de 50 kg de peso, suponiendo que los puntos de contacto son dos extremidades.

9

BIOFISICA GRUPO 13 LAURA SEMPERTEGUI ORTEGA

Las definiciones de los términos empleados son:

Umbral de percepción: Valor mínimo de intensidad que provoca una sensación en una persona.Umbral de reacción: Corriente mínima que produce una contracción muscular.Umbral de no soltar: Valor máximo de la intensidad para el cual una persona puede soltarse de unos electrodos que provocan el paso de la corriente. En corriente alterna se considera que este valor es de 10 mA, para cualquier tiempo de exposición.Umbral de fibrilación ventricular: Valor mínimo de la intensidad que puede originar fibrilación ventricular. Decrece sustancialmente cuando la duración del paso de corriente se prolonga más allá de un ciclo cardíaco. Es la causa principal de muerte por accidentes eléctricos.La tensión y la resistenciaLa tensión (voltaje) no es peligrosa en sí misma, pero, de acuerdo con la ley de Ohm, ocasiona el paso de una corriente cuyos efectos ya se han descrito y cuya magnitud depende, además, de la resistencia.

La tensión de contacto, que es la existente en el punto de contacto antes de que éste se produzca, es fácil de estimar o calcular. En el caso de instalaciones de baja tensión (domésticas o industriales), en Europa suele ser de 230 V si el contacto es entre fase y neutro (o entre fase y tierra), que es el caso más frecuente, y de 400 V si se tocan dos fases simultáneamente.

El problema reside en determinar el valor de la resistencia, ya que ésta, en el caso del cuerpo humano no sólo depende de condiciones externas o ambientales (grado de humedad de la piel, presión de contacto, estado de la epidermis y zona de contacto, etc.) sino también del valor de la tensión. Por tanto, podríamos decir que la corriente depende doblemente de la tensión estableciéndose entre ambas una relación

10

BIOFISICA GRUPO 13 LAURA SEMPERTEGUI ORTEGA

directamente proporcional a través de la ley de Ohm, y una dependencia con la resistencia, que figura en el denominador de dicha ley.

Tomando como referencia la resistencia de una mano a la otra en condiciones de piel seca, una corriente alterna a frecuencia de la red (50 Hz) y una superficie de contacto de 50 a 100 cm2, la NTP 400 del Instituto Nacional de Seguridad e Higiene en el Trabajo establece los siguientes valores para la resistencia (más propiamente impedancia) del cuerpo humano.

Según puede verse, en el caso de una red doméstica a 230 V, el 5% de la población tendría una resistencia inferior o igual a 1000 Ω, el 50% no superaría los 1350 Ω y el 95% tendría un valor igual o menor que 2125 Ω. Obviamente el peor caso corresponde a los 1000 Ω, que darían lugar al paso de una corriente de 230 mA cuyas consecuencias podrían ser fatales.

El recorrido de la corrienteLa gravedad de un accidente depende del camino de la corriente a través del cuerpo. Una trayectoria larga, en principio, presentará mayor resistencia dejando pasar menos intensidad pero si atraviesa órganos vitales como el corazón, los pulmones, el hígado, etc., puede provocar lesiones mucho más graves. Los recorridos más peligrosos son los que afectan a la cabeza (daños cerebrales) o al tórax (parada cardiorrespiratoria).

Los valores de intensidad y tiempo reflejados en la “Tabla de Efectos Fisiológicos” corresponden a un trayecto “mano izquierda – dos pies”. Para otros caminos debe aplicarse un coeficiente de corrección F llamado “factor de corriente de corazón” que permite calcular la equivalencia del riesgo de las corrientes que atraviesan el cuerpo siguiendo otros recorridos.La intensidad equivalente viene dada por la fórmula:

11

BIOFISICA GRUPO 13 LAURA SEMPERTEGUI ORTEGA

Ieq = Iref/F siendo Iref la intensidad correspondiente al trayecto mano izquierda – dos pies y F el factor de corriente de corazón

Corriente de corazón “F”

La utilidad de la Bomba de Na y K en la generación de impulso nervioso

Funcionamiento y estructura

Estructura proteica

La bomba sodio potasio es una proteína transmembrana que actúa como un transportador de intercambio antiporte (transferencia simultánea de dos solutos en diferentes direcciones) que hidroliza ATP (función ATPasa). Es una ATPasa de transporte tipo P, es decir, sufre fosforilaciones reversibles durante el proceso de transporte. Está formada por dos subunidades, alfa y beta, que forman un tetrámero integrado en la membrana. La subunidad alfa está compuesta por diez segmentos transmembrana y en ella se encuentra el centro de unión del ATP que se localiza en el lado citosólico de la membrana (tiene un peso molecular de aproximadamente 100.000 daltons). También posee dos centros de unión al potasio extracelulares y tres centros de unión al sodio intracelulares que se encuentran accesibles para los iones según si la proteína está fosforilada. La subunidad beta contiene una sola región helicoidal transmembrana y no parece ser esencial para el transporte ni para la actividad, aunque podría realizar la función de anclar el complejo proteico a la membrana lipídica.

Funcionamiento

El funcionamiento de la bomba electrogénica de Na+/ K+(sodio-potasio) , se debe a un cambio de conformación en la proteína que se produce cuando es fosforilada por el ATP. Como el resultado de la catálisis es el movimiento transmembrana de cationes, y

12

BIOFISICA GRUPO 13 LAURA SEMPERTEGUI ORTEGA

se consume energía en forma de ATP, su función se denomina transporte activo. La demanda energética es cubierta por la molécula de ATP, que al ser hidrolizada, separa un grupo fosfato, generando ADP y liberando la energía necesaria para la actividad enzimática. En las mitocondrias, el ADP es fosforilado durante el proceso de respiración generándose un reservorio continuo de ATP para los procesos celulares que requieren energía. En este caso, la energía liberada induce un cambio en la conformación de la proteína una vez unidos los tres cationes de sodio a sus lugares de unión intracelular, lo que conlleva su expulsión al exterior de la célula. Esto hace posible la unión de dos iones de potasio en la cara extracelular que provoca la desfosforilación de la ATP, y la posterior traslocación para recuperar su estado inicial liberando los dos iones de potasio en el medio intracelular.[cita requerida]

Los procesos que tienen lugar en el transporte son:

1. Unión de tres Na+ a sus sitios activos.2. Fosforilación de la cara citoplasmática de la bomba que induce a un cambio de

conformación en la proteína. Esta fosforilación se produce por la transferencia del grupo terminal del ATP a un residuo de ácido aspártico de la proteína.

3. El cambio de conformación hace que el Na+ sea liberado al exterior.4. Una vez liberado el Na+, se unen dos iones de K+ a sus respectivos sitios de

unión de la cara extracelular de las proteínas.5. La proteína se desfosforila produciéndose un cambio conformacional de ésta,

lo que produce una transferencia de los iones de K+ al citosol.

Funciones

La bomba de sodio-potasio es crucial e imprescindible para que exista la vida animal ya que tiene las funciones expuestas a continuación. Por ello se encuentra en todas las membranas celulares de los animales, en mayor medida en células excitables como las células nerviosas y células musculares donde la bomba puede llegar a acaparar los dos tercios del total de la energía en forma de ATP de la célula.

Fisiología de la membrana

La célula como sistema de membranas Transporte de moléculas de elevada masa molecular Introducción a la biología celular (II): la membrana plasmática

Linkwithin

La membrana actúa como un filtro selectivo bidireccional. Debido a su interior hidrofóbico, impide prácticamente el paso de todas las moléculas solubles en agua. Sin embargo, su permeabilidad selectiva permite la salida de catabolitos y de algunas sustancias de síntesis, y la entrada hacia el citosol de las sustancias necesarias para el correcto funcionamiento celular.

Funciones de las membranas biológicas

La comunicación de la célula con el medio extracelular está medida por la membrana plasmática que la rodea y que debe permitir el intercambio de moléculas necesarias

13

BIOFISICA GRUPO 13 LAURA SEMPERTEGUI ORTEGA

para la vida celular. La membrana contiene, por tanto, los mecanismos para transportar físicamente moléculas, permitiendo que la célula tome los metabolitos necesarios para su metabolismo, construya sus macromoléculas y, además, libere los productos del catabolismo celular y las sustancias de secreción.

La membrana actúa como una barrera semipermeable, permitiendo el paso, mediante mecanismos diversos, de determinadas sustancias a favor o en contra de un gradiente de concentración osmótico o eléctrico. En esencia, las funciones de la membrana son:

. Intercambio de sustancias, lo que implica un transporte iónico y molecular, y un transporte macromolecular que se realiza mediante los siguientes mecanismos: fagocitosis, endocitosis, pinocitosis, endocitosis mediada y exocitosis.

. Reconocimiento de la información de origen extracelular y transmisión al medio intracelular.

. Reconocimiento y adhesividad celular.

Receptores de membrana

La transducción de señales es la respuesta de la célula a estímulos externos; la membrana desempeña un papel importante en este proceso. Las células son capaces de responde a estos estímulos y señales externas gracias a los receptores de membrana. Estas moléculas, de naturaleza generalmente proteica, reconocen de forma específica a una determinada molécula-mensaje. Las células dotadas con receptores de membrana reciben el nombre de células diana.

La actividad fisiológica de las células diana se ve afectada por un solo tipo de molécula-mensaje. Sin embargo, una misma molécula-mensaje puede interactuar con varios receptores. Las moléculas-mensaje pueden ser hormonas, neurotransmisores o factores químicos, entre los que se encuentran los factores de crecimiento.

A la molécula-mensaje se la denomina primer mensajero, y al unirse a su receptor de membrana induce en este un cambio en la conformación molecular que produce una señal de activación de una molécula o segundo mensajero. Este actúa estimulando o deprimiendo alguna actividad bioquímica. Entre las moléculas que actúan como segundos mensajeros se encuentran el AMP cíclico y el GMP cíclico.

Sonido, Audición y Ondas sonoras. El Sonido

14

BIOFISICA GRUPO 13 LAURA SEMPERTEGUI ORTEGA

Desde un punto de vista físico, el sonido es una vibración que se propaga en un medio elástico (sólido, líquido o gaseoso), cuando nos referimos al sonido audible por el oído humano, lo definimos como una sensación percibida en el órgano del oído, producida por la vibración que se propaga en un medio elástico en forma de ondas.

Para que se produzca un sonido es necesaria la existencia de:

Un emisor o cuerpo vibrante. Un medio elástico transmisor de esas vibraciones. Un receptor que capte dichas vibraciones.

El sonido tiene orígenes y características muy diferentes:

Fenómenos de la naturaleza: Una gota que cae sobre una superficie, las hojas de los árboles movidas por el viento, las olas del mar, etc.

Muchos animales tienen la capacidad de producir sonido: el ladrido de un perro, el canto de un pájaro, etc.

La voz humana: una de las formas más complejas de comunicación en la que se basa el lenguaje verbal.

Dispositivos creados por el hombre también pueden producir sonido: el motor de un coche, una explosión, etc.

Algunos dispositivos han sido creados expresamente para la producción de un tipo de sonido: el sonido de los instrumentos musicales.

La Audición

15

BIOFISICA GRUPO 13 LAURA SEMPERTEGUI ORTEGA

La audición es uno de los cinco sentidos propios de los animales, con características particulares y diferenciadas en cada especie. Este sentido supone procesos fisiológicos y psicológicos y se relaciona con el equilibrio. Nos permite interpretar sonidos, y nos ayuda a comunicarnos; el órgano receptor de este sentido es el oído.

Funcionamiento de la audición

El sonido se canaliza en el conducto auditivo y provoca el movimiento del tímpano. El tímpano vibra con el sonido. Las vibraciones del sonido se desplazan por la cadena de huesecillos hasta la

cóclea. Las vibraciones del sonido hacen que el fluido de la cóclea se mueva. El movimiento de este fluido hace que las células ciliadas se inclinen. Las células

ciliadas producen señales neurales que son captadas por el nervio auditivo. Las células ciliadas de un extremo de la cóclea envían información de los sonidos graves, y las células ciliadas del otro extremo envían información de los sonidos agudos.

El nervio auditivo envía las señales al cerebro, donde se interpretan como sonidos.

16

BIOFISICA GRUPO 13 LAURA SEMPERTEGUI ORTEGA

Ondas sonoras y sonido

Las ondas sonoras: son ondas mecánicas longitudinales: mecánicas porque necesitan un medio material para su propagación y longitudinales porque las partículas del medio actúan en la misma dirección en la que se propaga la onda. Ej: Si hacemos el vacío en una campana de vidrio en la que hay un despertador sonando, a medida que va saliendo el aire el sonido se va apagando hasta que desaparece del todo.

Pueden propagarse en medios sólidos, líquidos y gaseosos.

La propagación de una onda sonora consiste en sucesivas compresiones y dilataciones del medio de propagación, producidas por un foco en movimiento vibratorio. Al paso de la onda el medio experimenta variaciones periódicas de presión.

Como el sonido se propaga en forma de ondas, tenemos que saber qué características tiene la onda sonora para ver cómo se comporta.

Es una onda mecánica.

Las ondas mecánicas no pueden desplazarse en el vacío, necesitan hacerlo a través de un medio material (aire, agua, cuerpo sólido). Además dicho medio debe ser elástico y no rígido para permitir la transmisión del sonido.

Es una onda longitudinal.

En las ondas longitudinales el movimiento de las partículas se desplaza en la misma dirección que la onda.

Es una onda tridimensional.

Son ondas que se propagan en tres direcciones. Las ondas tridimensionales se conocen también como ondas esféricas, porque sus frentes de ondas son esferas concéntricas que salen de la fuente de perturbación expandiéndose en todas direcciones.

17

BIOFISICA GRUPO 13 LAURA SEMPERTEGUI ORTEGA

Sonido: Es la propagación de la vibración de un cuerpo elástico en un medio material. Requiere fuente emisora de ondas sonoras, un medio transmisor, y un receptor o detector de sonidos.

Diremos que una onda mecánica longitudinal es sonora cuando la percibimos como sonido a través de los oídos. Esto ocurre cuando la frecuencia de oscilación está entre 16 y 20.000 Hz (muchas personas comienzan a no oír a partir de 15.000 Hz).

Las frecuencias más bajas que las audibles se llaman infrasonidos, y a las ondas que las producen ondas infrasónicas. Las frecuencias más altas que las audibles se llaman ultrasonidos y las ondas que las producen ondas ultrasónicas.

Velocidad y energías del sonido

Las partículas del medio se comprimen en las zonas de máxima amplitud de la ondulación y se separan en las de mínima amplitud. Estas zonas se denominan compresión y rarefacción.

La rapidez de propagación del sonido está relacionada con variables físicas propias del material como la densidad, la temperatura, la elasticidad, presión, salinidad, etc.

En el caso de medios gaseosos, como el aire, las vibraciones son trasmitidas de un punto a otro mediante choques entre las partículas que constituyen el gas. De este modo cuando mayor sea la densidad del gas, mayor será la rapidez de la onda.

18

BIOFISICA GRUPO 13 LAURA SEMPERTEGUI ORTEGA

En los medios sólidos, son las fuerzas que unen entres sí las partículas constitutivas del cuerpo las que se encargan de propagar la perturbación de un punto a otro. Este procedimiento más directo explica por qué la rapidez del sonido es mayor en los sólidos que en los gases.

La rapidez del sonido varía muy poco con la temperatura en los sólidos y líquidos, sin embargo en los gases, aumenta con la temperatura porque se incrementa la probabilidad de los choques entre las moléculas.

El alcance de una onda de sonido en un medio, está directamente con la energía que absorbe y la rapidez específicamente en un sólido, se ve afectada por la densidad y por la elasticidad.

A nivel molecular un material con alta elasticidad (rígido) se caracteriza por grandes fuerzas entre sus moléculas. Esto hace que las partículas vuelvan rápidamente a sus posiciones de equilibrio y estén dispuestas a iniciar de nuevo un movimiento, lo que les permite vibrar a altas velocidades. Por lo tanto, el sonido viaja más rápido a través de medios con mayor elasticidad.

La densidad de un medio representa la masa por unidad de volumen. Así mientras más denso es un material, mayor será la masa de las moléculas, si se considera un mismo volumen, lo que implica que el sonido se trasmite más lentamente. Esto se debe a que las ondas de sonido trasportan energía, que es la responsable de la vibración de un medio, y se necesita más energía para hacer vibrar las moléculas grandes que la requerida para hacer vibrar moléculas más pequeñas. Por esto, el sonido viaja más lento en un objeto más denso, si ambos tienen la misma propiedad elasticidad.

ENERGÍA DEL SONIDO

La energía sonora (o energía acústica) es la energía que transmiten o transportan las ondas sonoras. Procede de la energía vibracional del foco sonoro y se propaga a las partículas del medio que atraviesan en forma de energía cinética (movimiento de las partículas), y de energía potencial (cambios depresión producidos en dicho medio, o presión sonora). Al 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 forma de energía térmica. La energía acústica suele tener valores absolutos bajos, y su unidad de medida es el julio (J). Aunque 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 acústica.

BIOFÍSICA DE LA PERCEPCIÓN AUDITIVALa percepción sonora es el resultado de los procesos psicológicos que tienen lugar en el sistema auditivo central y permiten interpretar los sonidos recibidos.

La psicoacústica estudia la percepción del sonido desde la psicología (percepción sonoro subjetiva) y describe la manera en que se perciben las cualidades (características) del sonido, la percepción del espacio a través del sonido escucha binaural y el fenómeno del enmascaramiento, entre otras cosas.

19

BIOFISICA GRUPO 13 LAURA SEMPERTEGUI ORTEGA

Marshall McLuhan en su teoría de la percepción afirma que la imagen sonora necesita ser fortalecida por otros sentidos. No porque la imagen sonora sea débil, sino porque la percepción humana tiene gran dependencia de la percepción visualy el sentido del oído necesita que la vista confirme lo que ha percibido.

Teorías de la Audición

Teoría del Lugar

Esta teoría afirma que existe una organización tonotópica de las frecuencias en la membrana basilar. En otras palabras, que las células sensoriales que se encuentran cercanas a la base de la membrana basilar son afectadas principalmente por tonos de alta frecuencia, en cambio, las localizadas cerca al helicotrema son estimuladas principalmente por tonos de baja frecuencia. Además afirma que diferentes frecuencias excitan distintas fibras nerviosas en el área auditiva primaria.

En 1863, Hermann von Helmholtz propuso la primera versión de la teoría, bajo el supuesto de que la cóclea poseía propiedades de resonancia. Sin embargo, Georg von Békésy fue la persona que estudío y realizó descubrimientos acerca de la operación del oído interno que respaldan la teoría. Los hallazgos básicos de Békésy se relacionan con la hidrodinámica del oído interno. Según él, la operación general del proceso auditivo consiste en que una onda viajera de sonido comienza en la región más rígida y angosta de la membrana basilar y viaja hacia la región más ancha. En el camino, las vibraciones de alta frecuencia generan ondas cuyo punto máximo de desplazamiento se encuentra cerca del estribo mientras que las vibraciones de baja frecuencia generan ondas cuyo punto máximo de desplazamiento se encuentran cerca al helicotrema.

La teoría, además de de explicar la recepción de frecuencia ha sido propuesta para explicar como se registra la intensidaddel sonido. Según esta, mientras más intenso es un sonido, mayor es la región de la membrana basilar involucrada.

Teoría de Frecuencia

También llamada teoría de periodicidad, afirma que la membrana basilar vibra en su totalidad reproduciendo las vibraciones del sonido. Según esta teoría, el tono escuchado está determinado por la frecuencia de impulsos que viajan por el nervio auditivo que se correlaciona con la frecuencia de la onda sonora; el cerebro es el instrumento analizador para percibir tonos. Fue propuesta por Ernest Gleen Wever y Charles Bray en 1930. La mayor parte de la evidencia que respalda esta teoría proviene del estudio con peces que no tienen sistemas periféricos de análisis de frecuencias, por lo que estos animales si deben tener esta capacidad discriminatoria.

La teoría fue criticada, puesto que una fibra nerviosa no puede responder directamente más de 1000 veces por segundo, lo cual significa que no puede transmitir frecuencias de más de 1000 Hz, en consecuencia la teoría no podría explicar todo el intervalo de frecuencias audibles. Para corregir este problema, la teoría desarrollo, en 1949, el principio de andanada, que dice que cada fibra nerviosa no dispara en el mismo momento, sino que más bien la actividad neural total o lospotenciales de acción totales se distribuyen en una serie de fibras nerviosas auditivas, lo cual significa que disparan o se activan coordinadamente para producir la frecuencia del estímulo.

20

BIOFISICA GRUPO 13 LAURA SEMPERTEGUI ORTEGA

Fases de la percepción sonora

La percepción auditiva se da en cinco fases:

Detección.

Discriminación.

Identificación.

Reconocimiento.

Comprensión.

Percepción de las cualidades del sonido

Las cualidades (características) del sonido son:

Intensidad o potencia

Tono o altura

Timbre o color

Duración.

Estas cualidades vienen determinadas por los propios parámetros de las ondas sonoras, principalmente la frecuencia y la amplitud.

Los parámetros psicoacústicos más relevantes son:

Sonoridad: percepción subjetiva de la intensidad (amplitud).

Altura está ligada a la percepción del tono (en concreto, con la frecuencia fundamental de la señal sonora; cómo se percibe lo grave o agudo que es un sonido).

Timbre: es la capacidad que permite distinguir la misma nota producida por dos instrumentos musicales diferentes. El timbre está caracterizado por la forma de la onda, es decir, por su componente armónico.

Duración: es el tiempo que vibra la onda del sonido.

Debido a la sensibilidad (eficiencia de la respuesta en frecuencia) del oído humano, estos términos en el contexto de la psicoacústica no son totalmente independientes. Las cuatro se influyen mutuamente. Modificando un parámetro cambian los otros y cambia la percepción del sonido. Por ejemplo, si se modifica la intensidad de un sonido (su sonoridad) esto afecta a la percepción de la altura y del timbre, etc.

Escucha binaural

La manera en que el ser humano percibe el sonido depende del hecho físico de que cuenta con dos oídos. La escucha binaural es la responsable de la percepción (detección) de la dirección del sonido, y además el oído sabe cuando escucha su canto o no (sonido) por eso el oído tiene ese conducto que lo lleva al caracol.

21

BIOFISICA GRUPO 13 LAURA SEMPERTEGUI ORTEGA

Audiómetro.

Equipo eléctrico que sirve para medir y evaluar la audición tanto a nivel umbral como supra umbral, permite explorar las posibilidades audiométricas a través del área auditiva. Pueden producir intensidades desde 10 hasta 110 o 120 dBs y cubren desde el tono 128 hasta el 16 000 Hz, mediante un potenciómetro graduado de 5 en 5 dBs. Se utiliza para realizar pruebas audiométricas. Permite determinar el nivel auditivo de un paciente en cada uno de sus oídos.

La luz y el espectro electromagnético

La astronomía no podría existir si no existiera la luz o si el ser humano no pudiera verla. De hecho, miramos al cielo porque allí vemos luces. Una postura holística sería pensar que, cuando nos llega -nos toca- la luz de las estrellas, estamos siendo tocados por esas estrellas, aunque quizás se encuentren, no solo a una distancia impensable, sino tambien en un pasado remoto. Sea como sea, la posibilidad de conocer lo que hay allá nos la está dando la luz. Cuando miramos al cielo debemos ser muy conscientes de estas importantes ideas: Vemos con nuestros ojos, que son órganos de percepción limitados a un estrecho

margen de longitudes de onda: los ojos ven únicamente la -estrecha- franja de la luz visible.

La luz visible es una pequeña parte del espectro electromagnético y, aunque no somos conscientes de que existe, nuestro entorno es una infinita mezcla de distintas radiaciones y frecuencias que nos bombardea desde cientos o miles de fuentes invisibles a nuestros sentidos.

La atmósfera de la Tierra sirve de escudo a muchas de esas frecuencias. Vamos a adentrarnos en ese maremagnum de radiaciones, intentando comprender y desentrañar ese complejo mundo de las ondas electromagnéticas y su utilidad en la astronomía.

¿Como consigue ver nuestro ojo?...

22

BIOFISICA GRUPO 13 LAURA SEMPERTEGUI ORTEGA

El ojo humano es un órgano complejo y evolucionado. Pero en la tarea de ver, el ojo hace una parte y el cerebro el resto, y quizá la parte más importante la realiza el cerebro. El ojo se comporta como una cámara oscura, con una lente (cristalino) que se enfoca mediante los músculos que rodean el ojo y a través de la cual pasa la luz. Dicha luz se proyecta en el fondo del ojo (retina) formando una imagen invertida, que es detectada por el nervio óptico y enviada al cerebro, donde se interpreta. Es importante el hecho de que tenemos dos ojos, lo que suministra una visión estereoscópica, que permite al cerebro percibir distancias y volúmenes. Pero el ojo humano tiene la limitación de "ver" una gama reducida de longitudes de onda (luz visible) en razón de los detectores que tiene en la retina. Estos detectores son de dos tipos: conos y bastones.

Los bastones son células que nos permiten ver en la oscuridad, porque se activan en ausencia de luz y hacen que distingamos las luces de las sombras. Pero no ven colores. Los conos son células que funcionan con luz ambiente intensa y nos permiten ver los colores. Hay bastones sensibles al color rojo, al verde y al azul. Decir que son sensibles significa que absorben la luz de una determinada frecuencia dentro del espectro, debido a unas moléculas denominadas opsinas, que son las que generan las reacciones químicas necesarias para estimular el nervio óptico. Hay una opsina para cada color. Los bastones también perciben la luz a causa de una opsina especial, la rodopsina. Cada opsina se encuentra codificada en un gen, así que los seres humanos tenemos tres genes responsables de la visión. Cuando una especie posee más genes de este tipo, se encuentra capacitada para percibir más longitudes de onda. Hay gente que, operada de cataratas, puede percibir la luz ultravioleta. Esto se debe a que esta radiación se filtra por la córnea. Las opsinas para el rojo y el verde provienen del cromosoma X, mientras que las del azul, provienen del cromosoma 7, y la rodopsina del 3(1).

23

BIOFISICA GRUPO 13 LAURA SEMPERTEGUI ORTEGA

Las opsinas se descubrieron en 2007 investigando la capacidad fotoreceptora de las Hidras, animales acuáticos que, a pesar de no tener ojos, son capaces de percibir la luz. Se cree que esta capacidad fotoreceptora, estuvo presente en la Tierra desde hace 600 millones de años, época de aparición de este tipo de animales.

La opsina sensible al rojo se llama eritropsina (eritro=rojo en griego) y detecta longitudes de onda de alrededor de 560 nm. La opsina sensible al verde se llama cloropsina (cloro=verde en griego) y es sensible a longitudes de onda entorno a los 530 nm. La cianopsina (ciano=azul en griego) es sensible al azul y detecta longitudes de onda de alrededor de 430 nm. La mezcla de las señales detectadas por todas ellas nos permite ver el espectro visible al completo.

¿Qué es el espectro electromagnético?...

El espectro electromagnético es el conjunto de las ondas electromagnéticas que existen en el Universo, de distintas frecuencias. Cada cuerpo presente en el Universo tiene una vibración particular, a una frecuencia determinada. Esta vibración provoca que dicho cuerpo emita energía con una longitud de onda característica, que sirve para identificarlo. La forma de identificar esta energía es midiendo su longitud de onda.

24

BIOFISICA GRUPO 13 LAURA SEMPERTEGUI ORTEGA

Ahora bien...¿qué longitudes de onda se han medido sobre el espectro electromagnético?.

Historia

Hasta el año 1800 no se conocía más que el espectro visible. William Herschel descubrió la luz infrarroja, radiación que estaba fuera del espectro de luz visible. Se llama a esta radiación o luz "infrarroja" porque su frecuencia es menor que el rojo.

Herschel estaba interesado por saber cuánto calor transmitía cada color del espectro, puesto que sabía que la energía de la luz dependía del color. Así pues, hizo pasar luz blanca a través de un prisma, de tal forma que originara un arco iris en su salida. Puso un termómetro sobre cada color y también dispuso sendos termómetros a ambos lados del espectro como control. La temperatura medida indicaba que aumentaba al ir del violeta al rojo pero, para su sorpresa, el termómetro situado al lado del rojo indicaba una temperatura más alta que los anteriores.

En posteriores experimentos, Herschel detectó que esta luz invisible se comportaba igual que la visible, es decir, se reflejaba, transmitía o absorbía exactamente igual que la visible. Años más tarde, cuando se pudo medir la frecuencia de la luz, se estableció que su frecuencia era menor que la de la luz roja y se le llamó "infrarrojo"(2).

Conceptos relativos a la luz. Color

Soporte material de la energía electromagnética.La dualidad onda partícula de la luz es una de las características de la luz menos comprendidas. De una parte su naturaleza ondulatoria no ofrece ninguna duda por los fenómenos de interferencia y, por otra parte, el comportamiento de la luz como partícula deducido del efecto fotoeléctrico es curioso, porque yo no veo nada raro ni

25

BIOFISICA GRUPO 13 LAURA SEMPERTEGUI ORTEGA

ninguna partícula en una vibración que haga una bola saltar una pequeña barrera en una superficie a partir de cierta energía. .La incógnita sigue siendo la eterna pregunta de qué es la luz o si la luz tiene masa o no. Según la física relativista y la Mecánica Cuántica un fotón de la luz es una partícula sin masa. Claro que otro problema de laFísica Moderna es que tampoco se sabe muy bien qué es la masa, y así sucesivamente. El concepto de luz como una partícula abstracta parece más del ámbito de la filosofía que de la ciencia.La definición de luz más adecuada de la Física Moderna sería un campo de fuerzas matemático o abstracto que se reproduce a sí mismo en un espacio vacío. Después hay todo tipo de singularidades, de incertidumbres y de versiones. Desde viajes en el tiempo hasta efectos de otras dimensiones.La falta de un concepto claro de la luz y la masa se agrava con la famosa ecuación de Einstein de transformación de masa en energía y viceversa E = m c². El cerebro acaba por creérselo literalmente y parece que son dos cosas totalmente intercambiables y que la naturaleza de la luz y de la masa debe ser la misma.

La luz en los fenómenos de creación de masa y ondina.La masa para el Modelo Estándar de la Mecánica Cuántica es un misterio y, ahora que se ha encontrado la partícula de Higgs, que se supone es la que aporta la masa a las partículas con masa, el misterio continúa.

En la Mecánica Global, la masa será la materia reticular comprimida debido a la energía electromagnética o energía de torsión transversal sobre la globina. Así, la energía de torsión se transforma en energía reversible de compresión y energía de tensión de la curvatura longitudinal o energía potencial gravitatoria. La transformación de globina en masa es simultánea con la transformación de un tipo de energía elástica en otro.

26

BIOFISICA GRUPO 13 LAURA SEMPERTEGUI ORTEGA

La ondina es un tipo de masa, por ser materia comprimida, muy inestable que se corresponde con los electrones. Para desplazarse de una órbita a otra los electrones se convierten en energía electromagnética hasta que se vuelve a comprimir la materia reticular, relajando las diferencias de la tensión transversal y consiguiendo un nuevo punto de equilibrio gravito-magnético.La teoría del todo incorpora una nueva teoría del átomo con las características citadas de los electrones.

La luz visible, es decir las ondas electromagnéticas para las cuales el ojo humano esta adaptado, se encuentran entre longitudes de onda de 400 nm (violeta) y 700 nm (rojo). Como lo predijeron las ecuaciones de Maxwell existen longitudes de onda por encima y por debajo de estos límites. Estas formas de "luz invisible" se han encontrado y organizado de acuerdo a sus longitudes de onda en el espectro electromagnético. Si las ondas electromagnéticas se organizan en un continuo de acuerdo a sus longitudes obtenemos el espectro electromagnético en donde las ondas más largas (longitudes desde metros a kilómetros) se encuentran en un extremo (Radio) y las más cortas en el otro (longitudes de onda de una billonésima de metros) (Gamma).

Cualidades de la luzExtraído de: aquí

Según su comportamiento ante la luz, los medios se pueden clasificar en:

• Transparentes: Dejan pasar una gran parte de la luz que les llega y permiten ver los objetos a través de ellos. Ejemplos: Agua, aire y vidrio. • Opacos: No dejan pasar la luz. Ejemplos: Madera y metal.

• Translúcidos: Sólo dejan pasar una parte de la luz que reciben. Los objetos visibles se muestran borrosos a través de ellos. Ejemplos: Vidrio esmerilado y algunos plásticos

La luz es una onda que se propaga en las tres direcciones del espacio. Para estudiar sus efectos se emplean líneas perpendiculares a las ondas, que indican la dirección de propagación. Es lo que denominamos rayos. En un medio que sea homogéneo, la luz se propaga en línea recta, lo cual explica la formación de sombras y penumbras. Por ello, cuando iluminamos un objeto con un foco grande y observamos la imagen en una pantalla podemos distinguir:

- Zona de sombra, que no recibe ningún rayo.

27

BIOFISICA GRUPO 13 LAURA SEMPERTEGUI ORTEGA

- Zona de penumbra, que recibe sólo parte de los rayos.

- Zona iluminada, que recibe todos los rayos que proceden del foco de luz.

De esta forma se pueden explicar el eclipse de Sol y el eclipse de Luna.

Sistema visual humano

El sistema visual humano está compuesto por:

El ojo El ojo humano puede considerarse un sistema óptico (conjunto de superficies que separan medios con diferente índice de refracción), que permite formar la imagen de objetos exteriores en el plano de la retina. En cierto modo podemos asimilar el ojo humano a una cámara fotográfica convencional, en la que el plano en el que se sitúa el sensor de imagen (o la película fotográfica, en el caso de las cámaras más antiguas) se corresponde con la retina. La córnea y el cristalino son los dos componentes ópticos del ojo humano que modifican las trayectorias de la luz haciendo que la imagen se forme en el plano retiniano, como hacen las lentes que constituyen el objetivo de una cámara fotográfica. Entre la córnea y el cristalino hay una sustancia líquida llamada humor acuoso. Antes del cristalino tenemos el iris, cuya abertura central (pupila) puede variar de tamaño, lo que permite regular la cantidad de luz que entra en el ojo. El humor vítreo es una sustancia gelatinosa que ocupa el 80% del globo ocular: toda la zona comprendida entre el cristalino y la retina. La zona de la retina que permite una visión con el máximo detalle o resolución se conoce con el nombre de fóvea. Las señales producidas cuando la luz actúa sobre los pigmentos existentes en los fotorreceptores de la retina salen del ojo por medio del nervio óptico, que agrupa alrededor de un millón de fibras para cada retina.

Constitución del átomo y modelos atómicos.

28

BIOFISICA GRUPO 13 LAURA SEMPERTEGUI ORTEGA

Modelos atómicos

1. Modelo de Dalton.Las hipótesis en las que Dalton basaba su modelo eran las siguientes:

· Los elementos están formados por partículas diminutas, e indivisibles llamadas átomos. Los átomos de un mismo elemento son todos iguales entre sí en masa, tamaño y en cualquier otra propiedad.

· Los compuestos químicos están formados por unas partículas, llamadas moléculas, todas iguales entre sí. Es decir, las moléculas se forman por la unión de varios átomos.

En las reacciones químicas, los átomos ni se crean ni se destruyen, sólo cambia la manera en que están unidos. Las reacciones químicas son pues una redistribución de los átomos.

2. Modelo atómico de Thomson.

Descubrió el electrón. El electrón es una partícula constituyente del átomo, caracterizada por:

· Carga eléctrica negativa.

· Masa extremadamente pequeña.

El electrón era una partícula con una masa extremadamente pequeña, exactamente 9,1 10-31 kg. También se encontró que el electrón tenía una carga eléctrica negativa, con un valor de 1,6 10-19 C. El culombio (C) es la unidad de carga eléctrica en el Sistema Internacional de Unidades. Se define como la cantidad de carga que pasa por la sección de un conductor eléctrico en un segundo, cuando la corriente eléctrica es de un amperio, y se corresponde con la carga de 6,24 × 1018 electrones.

3. Modelo atómico de Rutherford.

Descubrió el protón.

El protón es una partícula constituyente del átomo, que tiene:

· Carga positiva y de igual valor a la del electrón.

· Una masa mucho mayor a la del electrón, unas dos mil veces.

Se atribuye a Rutherford el descubrimiento del protón, una partícula con una masa muy grande, comparada con la del electrón (mp = 1,7 10-27 kg) y una carga exactamente igual a la del electrón, pero de signo positivo (qp = 1,6 10-19 C). Según el modelo atómico de Rutherford los electrones orbitan en el espacio vacío alrededor de un minúsculo núcleo atómico, situado en el centro del átomo donde se encuentran los protones.

29

BIOFISICA GRUPO 13 LAURA SEMPERTEGUI ORTEGA

4. Modelo atómico de Bohr.

La tercera partícula constituyente del átomo, que ya predijo Rutherford, tardó mucho en encontrarse, más de 30 años. Se descubrió por casualidad al estudiar la reacciones nucleares. La explicación de esta tardanza está en que dado que no tiene carga eléctrica, no es fácil detectarla.

Esta nueva partícula, el neutrón, tiene una masa similar a la del protón (mn = 1,7 10-27 kg) y no tiene carga eléctrica, es neutra. El neutrón es una partícula constituyente del átomo que tiene:

- Una masa similar a la del protón.

- No tiene carga eléctrica. es una partícula neutra.

Generalizado

Las partículas fundamentales son el electrón, el protón y el neutrón, ya que son necesarias y suficientes para construir un modelo atómico aceptable y satisfactorio.

Electrón

· Masa muy pequeña, despreciable respecto a la de las otras partículas.

· Carga eléctrica negativa.

Protón

· Masa muy grande, unas dos mil veces la del electrón.

· Carga eléctrica positiva de igual valor que la del electrón.

Neutrón

· Masa muy grande, similar a la del protón.

· No tiene carga eléctrica

Orígenes de las radiaciones ionizantes.Las personas están expuestas continuamente a radiaciones ionizantes. De estas radiaciones, unas proceden de la propia naturaleza, sin que el hombre haya

30

BIOFISICA GRUPO 13 LAURA SEMPERTEGUI ORTEGA

intervenido en su producción y otras están originadas por acciones ocasionadas por el hombre.

Causas naturales

Constituyen el fondo radiactivo natural que puede provenir de tres causas:

Espacio exterior (radiación cósmica ): Llegan a la Tierra cada segundo (protones (86%) y partículas alfa (12%)). Puesto que la atmósfera absorbe parcialmente las radiaciones, el fondo natural debido a esta causa varía con la altitud, de tal modo que es menor a nivel del mar que en lo alto de una montaña. Para el promedio mundial, la radiación cósmica supone un 10% de la dosis. Corteza terrestre: Supone un 14% de la dosis promedio mundial. Organismo humano: Principalmente isótopos de carbono y potasio, contribuyen aproximadamente el 52% de la dosis promedio mundial.Como promedio, la dosis procedente del fondo natural que recibe una persona en España es del orden de 2,4 mSv/año.

Causas artificiales

Se deben a la exposición a diversas fuentes de origen no natural, como son: exploraciones radiológicas con fines médicos (fuente mayoritaria, dan lugar a unas dosis sobre la población semejantes a la radiación cósmica), viajes en avión (en este caso, la mayor dosis de radiación cósmica que se recibe son el vuelos a gran altura), etc.

La radiactividad es un fenómeno físico por el cual algunos cuerpos o elementos químicos, llamados radiactivos, emiten radiaciones que tienen la propiedad de impresionar placas fotográficas, ionizar gases, producir fluorescencia, etc.

Es uno de los grandes descubrimientos del hombre contemporáneo y, a la par que se fueron conociendo sus efectos, también se descubrieron aplicaciones de gran utilidad, ya que las sustancias radiactivas o los instrumentos emisores de radiaciones ionizantes resultan insustituibles en medicina, agricultura, industria, ciencias de la tierra, biología y otras muchas ramas.

31

BIOFISICA GRUPO 13 LAURA SEMPERTEGUI ORTEGA

La emisión de radiaciones ionizantes es una característica común a muchos átomos en cuyo núcleo el número de neutrones resulta escaso o excesivo, lo que les hace inestables (radiactivos), por lo que sus ligaduras nucleares se transforman buscando configuraciones más estables, a la vez que se libera energía, asociada a la radiación emitida.

Tipos de radiacionesSegún su interacción con la materia:

Alfa: Con capacidad limitada de penetración en la materia pero mucha intensidad energética. Beta : Algo más penetrantes pero menos intensas que las radiaciones alfa. Gamma : Es la radiación más penetrante de todas.Radiación y Radiobiología.

Radiobiologia

La radiobiología es la ciencia que estudia los fenómenos que se producen en los seres vivos tras la absorción de energía procedente de las radiaciones ionizantes.

Las dos grandes razones que han impulsado la investigación de los efectos biológicos de las radiaciones ionizantes son:

1. Protección Radiológica: Poder utilizar esas radiaciones de forma segura en todas las aplicaciones médicas o industriales que las requieran.2. Radioterapia: Utilización de las radiaciones ionizantes principalmente en neoplasias, preservando al máximo los órganos críticos (tejido humano sano).

Radiación

La radiación es la emisión, propagación y transferencia de energía en cualquier medio en forma de ondas electromagnéticas o partículas.

Una onda electromagnética es una forma de transportar energía (por ejemplo, el calor que transmite la luz del sol).

Las ondas o radiaciones electromagnéticas se pueden clasificar en:

Radiación no ionizante: No tienen la suficiente energía como para romper los enlaces que unen los átomos del medio que irradian (ondas de radio y TV, microondas, luz visible, etc.). Radiación ionizante: Tienen suficiente energía como para producir ionizaciones de los átomos del medio o materia que es irradiado. Van desde los rayos X hasta la radiación cósmica.

32

BIOFISICA GRUPO 13 LAURA SEMPERTEGUI ORTEGA

domingo, 7 de junio de 2015Radiaciones: naturaleza y propiedades.Extraído de: aquí

Las radiaciones electromagnéticas se caracterizan por la existencia en cada punto del espacio en que se transmiten de un campo eléctrico y un campo magnético relacionados entre sí. Las ondas electromagnéticas presentan una variación periódica que se propaga en el vacío a una velocidad de 300.000 km/seg.

La radiación electromagnética es portadora de una cantidad de energía y presenta características específicas según la banda de frecuencias (o longitud de onda) en que se halle inscrita. La radiación electromagnética puede propagarse sin un soporte material, es decir, viajar por el vacío.

33