UNIDAD 2

UNIDAD Nº 2

2.1 MAGNITUDES Y MEDIDAS, FUERZA Y ENERGIA 

 

Una Magnitud es todo aquello que se puede medir; Ejemplos: longitud, masa, tiempo, temperatura.

Para medir las magnitudes se utilizan aparatos con los que las comparamos con las unidades de medida, que son específicas para cada magnitud.

Estas magnitudes se pueden medir directamente y se llaman Magnitudes

Fundamentales.

1. Para la magnitud masa, se utiliza una balanza y la unidad de medida es el gramo o kilogramo

2. Para la magnitud longitud, se utiliza una cinta métrica y la unidad de medida es el metro

Pero existen algunas magnitudes que se tienen que medir utilizando fórmulas matemáticas, por lo que se calculan de forma indirecta, y se llaman Magnitudes Derivadas o Indirectas.

1. Para calcular la velocidad de un objeto se utiliza una fórmula en la que se relacionan el espacio y el tiempo

La unidad de medida es el Km/h o el m/sg

2. Para calcular la densidad de una sustancia se utiliza una fórmula en la que se relacionan la masa y el volumen

  La unidad de medida es el g/L o el kg/m3

Las unidades de medida son específicas para cada magnitud, y se adoptan como patrón para comparar con ella cantidades de la misma especie. Las unidades se escriben con símbolos, detrás de la cantidad y no se terminan nunca en un punto.

 Ejemplo: diez metros, se escribe 10 m nunca 10 m.

Para evitar confusiones se ha establecido un sistema de medidas internacional (SI), que está basado en el sistema métrico decimal de potencias de 10.

Algunos países utilizan otro tipo de medidas, sobre todo los anglosajones, como por ejemplo: la yarda, la libra, la milla, el pie, la pulgada

 Pero en nuestra vida diaria, además de las medidas del SI, utilizamos otras, y para averiguar su valor en el SI, se realizan una serie de equivalencias.

Por ejemplo:

 El tiempo lo medimos en horas y minutos

 La temperatura en grados centígrados (ºC)

 Las longitudes pequeñas en Angstroms y las grandes en años-luz

 La masa en quintales o toneladas

 El volumen en litros

 La superficie en áreas o en hectáreas

Las Equivalencias entre unidades se realizan con cantidades mayores Múltiplos, si las medidas son enormes; o en cantidades menores, Submúltiplos, si son muy pequeñas.

Medida

La Medida es el resultado de medir, es decir, de comparar la cantidad de magnitud que queremos medir con la unidad de esa magnitud. Este resultado se expresará mediante un número seguido de la unidad que hemos utilizado: 4m, 200 Km , 5 Kg ...

Las unidades deben ser:

·         reproducibles por cualquiera y no manipulables por el poder (que nadie varíe de manera localista lo que corresponde a un mismo nombre: libra de Roma y libra de Florencia).

La idea de cómo deben ser las unidades, surge como una consecuencia de la Revolución Francesa.

·         universales y contrastables: utilizadas por todos los países y accesibles para el que quiera calibrar con ellas otros patrones de medida.

·         inalterables por las condiciones atmosféricas, el uso, etc.

Para que se puedan basarse unas en o otras y tener múltiplos y submúltiplos en un sistema coherente surge el S.I.

El Sistema Internacional de unidades (S.I. ) establece siete unidades básicas con sus múltiplos y submúltiplos (Sistema Internacional ampliado) correspondientes a siete magnitudes fundamentales.

Además, en la XI conferencia Internacional de Pesos y Medidas celebrada en París en 1960 , por sugerencia de Alemania, se establece un tercer grupo de unidades complementarias (radián y estereorradián).

A las unidades fundamentales le corresponden las Magnitudes fundamentales siguientes:

Longitud, Masa, Tiempo, Intensidad de corriente eléctrica, Temperatura absoluta, Intensidad luminosa y Cantidad de materia.

Fuerza

En física, fuerza es toda causa capaz de modificar el estado de reposo o de movimiento de un cuerpo  

Clasificación de las fuerzas

Las fuerzas se pueden clasificar de acuerdo a algunos criterios: según su punto de aplicación y según el tiempo que dure dicha aplicación.

Según su punto de aplicación:

a) Fuerzas de contacto: son aquellas en que el cuerpo que ejerce la fuerza está en contacto directo con el cuerpo que la recibe.

Un golpe de cabeza a la pelota, sujetar algo, tirar algo, etc.

b) Fuerzas a distancia: el cuerpo que ejerce la fuerza y quien la recibe no entran en contacto físicamente.

El ejemplo más familiar de una fuerza de este tipo es la atracción gravitatoria terrestre, responsable de que todos los cuerpos caigan hacia el suelo. Otro ejemplo es la fuerza que un imán ejerce sobre otro imán o sobre un clavo.

Según el tiempo que dura la aplicación de la fuerza:

a) Fuerzas impulsivas: son, generalmente, de muy corta duración, por ejemplo: un golpe de raqueta.

b) Fuerzas de larga duración: son las que actúan durante un tiempo comparable o mayor que los tiempos característicos del problema de que se trate.

Por ejemplo, el peso de una persona es una fuerza que la Tierra ejerce siempre sobre la persona. La fuerza que ejerce un cable que sostiene una lámpara, durará todo el tiempo que la lámpara esté colgando de ese cable. La fuerza que ejerce el cable sobre un teleférico durará mientras ahí esté.
   
Asimismo, las fuerzas que actúan sobre un cuerpo pueden ser exteriores e interiores.

a)   Fuerzas exteriores: son las que actúan sobre un cuerposiendo ejercidas por otros cuerpos.

b)   Fuerzas interiores: son las que una parte de un cuerpo ejerce sobre otra parte de si mismo.

Unidades de fuerza

El primer paso para poder cuantificar una magnitud física es establecer una unidad para medirla.

En el Sistema Internacional  (SI) de unidades la fuerza se mide en newton (símbolo: N), en el CGS en dinas (símbolo, dyn) y en el sistema técnico en kilopondio (símbolo: kp), siendo un kilopondio lo que comúnmente se llama un kilogramo, un kilogramo fuerza o simplemente un kilo.

2.2.             LEYES DE NEWTON

Las Leyes de Newton, también conocidas como Leyes del movimiento de Newton, son tres principios a partir de los cuales se explican la mayor parte de los problemas planteados por la dinámica, en particular aquellos relativos al movimiento de los cuerpos.

Las Leyes de Newton permiten explicar tanto el movimiento de los astros como los movimientos de los proyectiles artificiales creados por el ser humano, así como toda la mecánica de funcionamiento de las máquinas.

Primera ley de Newton o ley de la inercia

En esta primera ley, Newton expone que “Todo cuerpo tiende a mantener su estado de reposo o movimiento uniforme y rectilíneo a no ser que sea obligado a cambiar su estado por fuerzas ejercidas sobre él”.

Esta ley postula, por tanto, que un cuerpo no puede cambiar por sí solo su estado inicial, ya sea en reposo o en movimiento rectilíneo uniforme, a menos que se aplique una fuerza neta sobre él. Newton toma en cuenta, sí, que los cuerpos en movimiento están sometidos constantemente a fuerzas de roce o fricción, que los frena de forma progresiva.

Por ejemplo, los proyectiles continúan en su movimiento mientras no sean retardados por la resistencia del aire e impulsados hacia abajo por la fuerza de gravedad.

La situación es similar a la de una piedra que gira amarrada al extremo de una cuerda y que sujetamos de su otro extremo. Si la cuerda se corta, cesa de ejercerse la fuerza centrípeta y la piedra vuela alejándose en una línea recta tangencial a la circunferencia que describía (Tangente: es una recta que toca a una curva sin cortarla). 

 Segunda ley de Newton o ley de aceleración o ley de fuerza

La segunda ley del movimiento de Newton dice que “Cuando se aplica una fuerza a un objeto, éste se acelera. Dicha a aceleración es en dirección a la fuerza y es proporcional a su intensidad y es inversamente proporcional a la masa que se mueve”.

Esta ley explica qué ocurre si sobre un cuerpo en movimiento (cuya masa no tiene por qué ser constante) actúa una fuerza neta: la fuerza modificará el estado de movimiento, cambiando la velocidad en módulo o dirección.

En concreto, los cambios experimentados en la cantidad de movimiento de un cuerpo son proporcionales a la fuerza motriz y se desarrollan en la dirección de esta; esto es, las fuerzas son causas que producen aceleraciones en los cuerpos.

Ejemplo: Si un carro de tren en movimiento, con una carga, se detiene súbitamente sobre sus rieles, porque tropezó con un obstáculo, su carga tiende a seguir desplazándose con la misma velocidad y dirección que tenía en el momento del choque. 

 Tercera Ley de Newton o Ley de acción y reacción

Enunciada algunas veces como que "para cada acción existe una reacción igual y opuesta".

En términos más explícitos: La tercera ley expone que por cada fuerza que actúa sobre un cuerpo, éste realiza una fuerza de igual intensidad y dirección pero de sentido contrario sobre el cuerpo que la produjo.

Dicho de otra forma, las fuerzas siempre se presentan en pares de igual magnitud, sentido opuesto y están situadas sobre la misma recta.

Este principio presupone que la interacción entre dos partículas se propaga instantáneamente en el espacio (lo cual requeriría velocidad infinita), y en su formulación original no es válido para fuerzas electromagnéticas puesto que estas no se propagan por el espacio de modo instantáneo sino que lo hacen a velocidad finita "c".

Es importante observar que este principio de acción y reacción relaciona dos fuerzas que no están aplicadas al mismo cuerpo, produciendo en ellos aceleraciones diferentes, según sean sus masas. Por lo demás, cada una de esas fuerzas obedece por separado a la segunda ley.

2.3.             ELASTICIDAD Y RESISTENCIA DE LOS MATERIALES

Elasticidad

Propiedad en virtud de la cual un cuerpo se deforma de manera proporcional a la carga aplicada y recupera su forma original una vez ha cesado la acción de la carga. Un cuerpo se denomina perfectamente elástico si no experimenta deformaciones permanentes, es decir, siempre recupera su figura inicial; por el contrario, un cuerpo se dice que es perfectamente plástico si sufre deformaciones permanentes, de modo que mantiene a lo largo del tiempo la nueva configuración adquirida.

Resistencia

La resistencia de materiales es el estudio de las propiedades de los cuerpos sólidos que les permite resistir la acción de las fuerzas externas, el estudio de las fuerzas internas en los cuerpos y de las deformaciones ocasionadas por las fuerzas externas. A diferencia de la Estática, que trata del estudio de las fuerzas que se inducen en las diferentes componentes de un sistema, analizándolo como cuerpo rígido, la Resistencia de Materiales se ocupa del estudio de los efectos causados por la acción de las cargas externas que actúan sobre un sistema deformable.

Propiedades mecánicas de los materiales: cuando una fuerza actúa sobre un cuerpo, se presentan fuerzas resistentes en las fibras del cuerpo que llamaremos fuerzas internas. Fuerza interna es la resistencia interior de un cuerpo a una fuerza externa. Cuando usamos el término esfuerzo, queremos decir la magnitud de la fuerza por unidad de área. Resistencia: la resistencia de un material es la propiedad que tienen para resistir la acción de las fuerzas. Los tres esfuerzos básicos son los de compresión, tensión y cortante. Por lo tanto, al hablar de la resistencia de un material deberemos conocer el tipo de esfuerzo a que estará sujeto. Por ejemplo, los esfuerzos de tensión y compresión del acero estructural son casi iguales, mientras que el fierro vaciado es más resistente a compresión y relativamente débil en tensión. Rigidez: La propiedad que tiene un material para resistir deformaciones se llama rigidez. Si, por ejemplo, dos bloques de igual tamaño, uno de acero y otro de madera están sujetos a cargas de compresión, el bloque de madera se acortara más que el de acero. La deformación (acortamiento) de la madera es probablemente 30 veces mayor que la del acero, y decimos que éste último es, por lo tanto, más rígido. Elasticidad: es la habilidad de un material para recuperar sus dimensiones originales al retirar el esfuerzo aplicado.

2.4.             RESISTENCIA Y ESTRUCTURA DE LOS HUESOS

Los huesos del esqueleto humano presentan la siguiente estructura desde fuera hacia dentro: el borde externo del hueso está rodeado por el periostio. Le sigue la sustancia ósea con la sustancia cortical externa. Ésta conforma la zona exterior fija del hueso. Siguiendo hacia dentro en la anatomía del hueso, a continuación aparece el tejido óseo (sustancia esponjosa).

Las vigas que forman la parte medular de un edificio son sometidas a pruebas mecánicas que determinan su resistencia ante las fuerzas a las que pueden estar sujetas, que se reducen a las de tensión, compresión y torsión. Estas mismas pruebas se utilizan para obtener la resistencia de los huesos, la cual no sólo depende del material con el que están constituidos sino de la forma que tienen. Para efectuar las pruebas de resistencia mecánica se usa una muestra de material en forma de I a la que se aplica la fuerza.

2.5.             CONTRACCION MUSCULAR

La contracción muscular siempre es un acto voluntario, que se ejecuta cuando el hombre tiene necesidad de tomar o acercarse a un objeto o por una reacción defensiva. En muchas ocasiones, cuando la reacción es  defensiva, el acto se reduce a la acción de los mecanismos reflejos; pero cuando la acción muscular se realiza por el deseo o la necesidad de tomar o acercarse a objetos, personas o por motivos de trabajo, esta actividad es dirigida y controlada por el cerebro.

Cuando se realizan actos repetitivos, como por ejemplo, al manejar, al caminar o simplemente en un trabajo que requiere la misma actividad, estos movimientos pueden llegar a automatizarse;  no obstante, la energía nerviosa del estímulo para la respuesta, estará siempre presente.

Una contracción muscular, por tanto, es un proceso fisiológico desarrollado por los músculos cuando, según la tensión, se estiran o se acortan. Este proceso está controlado por el sistema nervioso central y permite producir fuerza motora.

La contracción muscular ocurre siempre que las fibras musculares generan una tensión en sí mismas, situación que puede ocurrir, cuando el músculo está acortado, alargado, moviéndose, permaneciendo en una misma longitud o en forma estática

Tipos de contracción muscular

Contracciones Isotónicas: igual tensión

Desde el punto de vista fisiológico, las contracciones isotónicas son a aquellas contracciones en la que las fibras musculares además de contraerse, modifican su longitud. De modo que existen 2 tipos de contracciones isotónicas

Concéntricas:

Tiene lugar cuando un músculo desarrolla una tensión suficiente para superar una resistencia, de forma tal que éste se acorta y moviliza una parte del cuerpo venciendo dicha resistencia. Por ejemplo, al llevarnos un vaso de agua a la boca, se produce un acortamiento muscular concéntrico en nuestro brazo.

Excéntricas:

Se produce cuando una resistencia dada es mayor que la tensión ejercida por un músculo determinado, de forma que éste se alarga. Siguiendo con el ejemplo anterior, la contracción muscular excéntrica se produciría al llevar el vaso de agua desde nuestra boca hacia la mesa. 

Contracciones isométricas: igual longitud

La contracción muscular isométrica se basa en la estabilidad del músculo, es decir, al contrario que ocurre en la contracción muscular isotónica, el músculo permanece estático, sin acortarse ni alargarse, pero aunque permanece estático, sigue generando tensión. Un ejemplo de ello puede ser cuando sostenemos a un bebé en brazos, ya que, pese a que nuestros brazos permanecen estáticos, éstos generan tensión para evitar que el niño caiga al suelo.

2.6.             BIOMECANICA DE LA MARCHA

La marcha es un proceso de locomoción en el que el nuestro cuerpo estando de pie, se desplaza de un lugar a otro, siendo su peso soportado  de forma alternante por ambos miembros inferiores. 

Mientras el cuerpo se desplaza sobre la pierna de soporte, la otra pierna se balancea hacia delante como preparación para el siguiente apoyo. Uno de los pies se encuentra siempre en el suelo y, en el período de transferencia de peso del cuerpo de la pierna retrasada a la adelantada, existe un breve intervalo de tiempo durante el cual ambos pies descansan sobre el suelo.

Biomecánica de la fase de apoyo de la marcha: La fase de apoyo comienza cuando el talón contacta con el suelo y termina con el despegue de los dedos. La división en dos fases del contacto del metatarsiano del pie y de la punta de los dedos, constituye un período de doble apoyo que caracteriza la marcha y que no ocurre en la carrera. Esta fase de apoyo influye de la siguiente manera en las distintas partes del cuerpo:

1. Columna vertebral y pelvis: Rotación de la pelvis hacia el mismo lado del apoyo y la columna hacia el lado contrario, Inclinación lateral de la pierna de apoyo. 

2. Cadera: Los movimientos que se producen son la reducción de la rotación externa, después de una inclinación interna, impide la aducción del muslo y descenso de la pelvis hacia el lado contrario. Los músculos que actúan durante la primera parte de la fase de apoyo son los tres glúteos que se contraen con intensidad moderada, pero en la parte media disminuyen las contracciones del glúteo mayor y del medio. En la última parte de esta fase se contraen los abductores. 

3. Rodilla: Los movimientos que se producen son ligera flexión durante el contacto, que continúa hacia la fase media, seguida por la extensión hasta que el talón despega cuando se flexiona la rodilla para comenzar con el impulso. La flexión baja la trayectoria vertical del centro de gravedad del cuerpo, incrementándose la eficacia de la marcha. La musculatura actuante son los extensores del cuádriceps que se contraen moderadamente en la primera parte de la fase de apoyo, siguiendo una relajación gradual. Cuando la pierna llega a la posición vertical la rodilla aparentemente se cierra y produce una contracción de los extensores. Los isquiotibiales se activan al final de la fase de apoyo. 

4. Tobillo y pie: Los movimientos producidos en este fase son la ligera flexión plantar seguida de una ligera flexión dorsal. Por ello los músculos que actúan son el tibial anterior en la primera fase de apoyo, y el extensor largo de los dedos y del dedo gordo que alcanzan su contracción máxima cerca del momento de la transición de la fase de impulso y apoyo. Sin embargo, la fuerza relativa de estos músculos está influenciada por la forma de caminar cada sujeto.

Biomecánica de la fase de Oscilación de la Marcha: Esta fase, como ya sabemos, comienza con el despegue de los dedos y termina con el choque del talón. En ella intervienen las siguientes partes del cuerpo:

1. Columna y pelvis: Los movimientos que se producen son la rotación de la pelvis en sentido contrario a la pierna que se apoya y a la columna, con ligera rotación lateral de la pelvis hacia la pierna que no se ha apoyado. La rotación de la pelvis alarga el paso y disminuye la desviación lateral del centro de gravedad del cuerpo. Entre los músculos destacan los semiespinales, oblicuo externo abdominal que se contraen hacia el mismo lado de la rotación de la pelvis. En cambio, los músculos elevadores de la columna y oblicuo abdominal interno se contraen hacia el lado contrario. Mientras, el psoas y el cuadrado lumbar ayudan a mantener la pelvis hacia el lado de la extremidad impulsada. 

2. Cadera: Los movimientos son de flexión, rotación externa (por la rotación de la pelvis), abducción al comienzo y al final de la fase. Para ello los músculos actuantes son el sartorio, tensor de la fascia lata, pectíneo, psoas ilíaco, recto femoral y la cabeza corta del bíceps femoral, que se contraen precozmente en 
la primera fase del impulso, cada uno con su propio patrón. El sartorio y la cabeza corta del bíceps, por ejemplo, cuando los dedos pierden el contacto con la superficie y el tensor, tanto en esta fase como en la parte media del impulso. La contracción de los isquiotibiales con una intensidad moderada durante la extensión de la rodilla, como parte de la oscilación y los glúteos mayor y medio, se contraen ligeramente al final del impulso; a su vez el glúteo mayor sirve como ayuda al equilibrio y como guía de desplazamiento hacia delante de la extremidad. 

3. Rodilla: Los movimientos son la flexión en la primera mitad y extensión en la segunda parte. Para ello los músculos que trabajan al igual que en la flexión de la cadera hay una pequeña oscilación debida a los extensores del cuádriceps que se contraen ligeramente al final de esta fase, así como el sartorio y los isquiotibiales que aumentan su actividad en la marcha rápida. 

4. Tobillo y pie: Hay dorsiflexión (evita la flexión plantar) y trabajan el tibial anterior, extensor largo de los dedos y del pulgar que se contraen al comienzo de la fase de oscilación y que disminuye durante la parte media de esta fase. Al final de la misma este grupo de músculos se contraen otra vez potentemente como preparación del contacto del talón; los flexores plantares están completamente relajados durante toda la fase.

2.7.             LÍQUIDOS. MECANICA DE FLUIDOS. LEY DE STOKES

El líquido es un estado de agregación de la materia en forma de fluido altamente incompresible lo que significa que su volumen es, bastante aproximado, en un rango grande de presión. Es el único estado con un volumen definido, pero no forma fija. Un líquido está formado por pequeñas partículas vibrantes de la materia, como los átomos y las moléculas, unidas por enlaces intermoleculares. El agua es, con mucho, el líquido más común en la Tierra y el más abundante. Como un gas, un líquido es capaz de fluir y tomar la forma de un recipiente. A diferencia de un gas, un líquido no se dispersa para llenar cada espacio de un contenedor, y mantiene una densidad bastante constante. Una característica distintiva del estado líquido es la tensión superficial, dando lugar a fenómenos humectantes.

Su forma es esférica si sobre él no actúa ninguna fuerza externa. Por ejemplo, una gota de agua en caída libre toma la forma esférica.¹

Como fluido sujeto a la fuerza de la gravedad, la forma de un líquido queda definida por su contenedor. En un líquido en reposo sujeto a la gravedad en cualquier punto de su seno existe una presión de igual magnitud hacia todos los lados, tal como establece el principio de Pascal. Si un líquido se encuentra en reposo, la presión hidrostática en cualquier punto del mismo viene dada por:

Donde  es la densidad del líquido,  es la gravedad (9,8 m/s) y  es la distancia del punto considerado a la superficie libre del líquido en reposo. En un fluido en movimiento la presión no necesariamente es isótropa, porque a la presión hidrostática se suma la presión hidrodinámica que depende de la velocidad del fluido en cada punto.

Mecánica de los fluidos

Parte de la Física que se ocupa de la acción de los fluidos en reposo o en movimiento, así como de las aplicaciones y mecanismos de ingeniería que utilizan fluidos. La mecánica de fluidos es fundamental en campos tan diversos como la aeronáutica, la ingeniería química, civil e industrial, la meteorología, las construcciones navales y la oceanografía.

La mecánica de fluidos puede subdividirse en dos campos principales: La estática de fluidos, o hidrostática, que se ocupa de fluidos en reposo, y la dinámica de fluidos, que trata de fluidos en movimiento. El término de hidrodinámica se aplica al flujo de líquidos o al flujo de los gases a baja velocidad, en el que puede considerarse que el gas es esencialmente incompresible. La aerodinámica, o dinámica de gases, se ocupa del comportamiento de los gases cuando los cambios de velocidad y presión son suficientemente grandes para que sea necesario incluir los efectos de compresibilidad.

Entre las aplicaciones de la mecánica de fluidos están la propulsión a chorro, las turbinas, los compresores y las bombas. La hidráulica estudia la utilización en ingeniería de la presión del agua o del aceite.

Ley de Stokes

Se refiere a la fuerza de fricción experimentada por objetos esféricos moviéndose en el seno de un fluido viscoso en un régimen laminar de bajos números de Reynolds. Fue derivada en 1851 por George Gabriel Stokes tras resolver un caso particular de las ecuaciones de Navier-Stokes. En general la ley de Stokes es válida en el movimiento de partículas esféricas pequeñas moviéndose a velocidades bajas. La ley de Stokes puede escribirse como:

R es el radio de la esfera, v su velocidad y η la viscosidad del fluido.

La condición de bajos números de Reynolds implica un flujo laminar lo cual puede traducirse por una velocidad relativa entre la esfera y el medio inferior a un cierto valor crítico. En estas condiciones la resistencia que ofrece el medio es debida casi exclusivamente a las fuerzas de rozamiento que se oponen al deslizamiento de unas capas de fluido sobre otras a partir de la capa límite adherida al cuerpo. La ley de Stokes se ha comprobado experimentalmente en multitud de fluidos y condiciones.

Si las partículas están cayendo verticalmente en un fluido viscoso debido a su propio peso puede calcularse su velocidad de caída o sedimentación igualando la fuerza de fricción con el peso aparente de la partícula en el fluido.

dónde:

V_s es la velocidad de caída de las partículas (velocidad límite)

g es la aceleración de la gravedad,

ρ_p es la densidad de las partículas y

ρ_f es la densidad del fluido.

η es la viscosidad del fluido.

r es el radio equivalente de la partícula.

2.8.             ESTÁTICA DE FLUIDOS O HIDROSTÁTICA. PRINCIPIOS DE PASCAL Y ARQUIMEDES

Una característica fundamental de cualquier fluido en reposo es que la fuerza ejercida sobre cualquier partícula del fluido es la misma en todas direcciones. Si las fuerzas fueran desiguales, la partícula se desplazaría en la dirección de la fuerza resultante.

De ello se deduce que la fuerza por unidad de superficie (Presión) que el fluido ejerce contra las paredes del recipiente que lo contiene, sea cual sea su forma, es perpendicular a la pared en cada punto. Si la presión no fuera perpendicular, la fuerza tendría una componente tangencial no equilibrada y el fluido se movería a lo largo de la pared. Este concepto se conoce como principio de Pascal.

Principio de pascal

La presión aplicada a un fluido contenido en un recipiente se transmite íntegramente a toda porción de dicho fluido y a las paredes del recipiente que lo contiene, siempre que se puedan despreciar las diferencias de presión debidas al peso del fluido. Este principio tiene aplicaciones muy importantes en hidráulica.

La superficie de los líquidos

La superficie superior de un líquido en reposo situado en un recipiente abierto siempre será perpendicular a la fuerza total que actúa sobre ella. Si la gravedad es la única fuerza, la superficie será horizontal. Si actúan otras fuerzas además de la gravedad, la superficie "libre" se ajusta a ellas. Por ejemplo, si se hace girar rápidamente un vaso de agua en torno a su eje vertical, habrá una fuerza centrífuga sobre el agua además de la fuerza de la gravedad, y la superficie formará una parábola que será perpendicular en cada punto a la fuerza resultante.

Principio de arquímedes

El segundo principio importante de la estática de fluidos fue descubierto Arquímedes. Cuando un cuerpo está total o parcialmente sumergido en un fluido en reposo, el fluido ejerce una presión sobre todas las partes de la superficie del cuerpo que están en contacto con el fluido. La presión es mayor sobre las partes sumergidas a mayor profundidad. La resultante de todas las fuerzas es una dirigida hacia arriba y llamada el empuje sobre el cuerpo sumergido.

Un cuerpo total o parcialmente sumergido en un fluido es empujado hacia arriba con una fuerza que es igual al peso del fluido desplazado por dicho cuerpo.

Empuje y fuerza ascensional:

E = δ.g.V_d

Fa = δ.g.V_d - m.g

E: Empuje (N)

Fa: Fuerza ascencional (N)

2.9.             VISCOSIDAD SANGUINEA Y PERFILES DE FLUJO. LEY DE POISEVILLE

Viscosidad de la sangre es una medida de la resistencia al flujo de la sangre, que está siendo de formado por cualquiera de deformación por esfuerzo cortante o extensional. Blood viscoso puede causar calambres en las piernas dolorosas o dolor en las piernas causadas por la mala circulación, una enfermedad llamada claudicación intermitente. Los médicos también pueden recetar medicamentos para estas condiciones, incluido el accidente cerebrovascular, la impotencia, la infertilidad masculina, la enfermedad de Raynaud, y los nervios y problemas de circulación causados por la diabetes.

En pascal-segundo, la viscosidad de la sangre a 37 º C es normalmente de 3 10-3 a 4 10-3. La unidad análoga en el gramo centímetro segundo sistema de unidades es el equilibrio, y la viscosidad de la sangre a 20 º C es normalmente de 10 centipoises.

Los plasmas viscosidad se determina por el contenido de agua y componentes macromoleculares, por lo que estos factores que afectan la viscosidad de la sangre son la concentración de proteínas de plasma y los tipos de proteínas en el plasma, pero estos efectos son mucho menor que el efecto de hematocrito que no están significativo, y la elevación de la viscosidad del plasma se correlaciona con la progresión de las enfermedades vasculares coronarias y periféricas. La anemia puede llevar a disminuir la viscosidad de la sangre, lo que puede conducir a insuficiencia cardíaca.

Otros factores que influyen en la viscosidad de la sangre incluyen la temperatura, donde un aumento en la temperatura da como resultado una disminución de la viscosidad. Esto es particularmente importante en la hipotermia, donde un aumento de la viscosidad de la sangre puede causar problemas con la circulación sanguínea.

LA LEY DE POISEUILLE

También conocida como ley de Hagen-Poiseuille, después de los experimentos llevados a cabo en 1839 por Gotthilf Heinrich Ludwig Hagen (1797-1884) es una ley que permite determinar el flujo laminar estacionario Φ_V de un líquido incompresible y uniformemente viscoso (también denominado fluido newtoniano) a través de un tubo cilíndrico de sección circular constante. Esta ecuación fue derivada experimentalmente en 1838, formulada y publicada en 1840 y 1846 por Jean Louis Marie Poiseuille (1797-1869). La ley queda formulada del siguiente modo:

donde V es el volumen del líquido que circula en la unidad de tiempo t, v_media la velocidad media del fluido a lo largo del eje z del sistema de coordenadas cilíndrico, r es el radio interno del tubo, ΔP es la caída de presión entre los dos extremos, η es la viscosidad dinámica y L la longitud característica a lo largo del eje z. La ley se puede derivar de la ecuación de Darcy-Weisbach, desarrollada en el campo de la hidráulica y que por lo demás es válida para todos los tipos de flujo. La ley de Hagen-Poiseuille se puede expresar también del siguiente modo:

donde Re es el número de Reynolds y ρ es la densidad del fluido. En esta forma la ley aproxima el valor del factor de fricción, la energía disipada por la pérdida de carga'RTYERY', el factor de pérdida por fricción o el factor de fricción de Darcy λ en flujo laminar a muy bajas velocidades en un tubo cilíndrico.

2.10.          HEMODINÁMICA

La hemodinámica es aquella parte de la biofísica que se encarga del estudio de la dinámica de la sangre en el interior de las estructuras sanguíneas como arterias, venas, vénulas, arteriolas y capilares así como también la mecánica del corazón propiamente dicha mediante la introducción de catéteres finos a través de las arterias de la ingle o del brazo. Esta técnica conocida como cateterismo cardíaco permite conocer con exactitud el estado de los vasos sanguíneos de todo el cuerpo y del corazón.

Participantes de la circulación sanguínea

• Arterias: las arterias están hechas de tres capas de tejido, uno muscular en el medio y una capa interna de tejido epitelial.

• Capilares: los capilares irrigan los tejidos, permitiendo además el intercambio de gases dentro del tejido. Los capilares son muy delgados y frágiles, teniendo solo el espesor de una capa epitelial.

• Venas: las venas transportan sangre a más baja presión que las arterias, no siendo tan fuerte como ellas. La sangre es entregada a las venas por los capilares después que el intercambio entre el oxígeno y el dióxido de carbono ha tenido lugar. Las venas transportan sangre rica en residuos de vuelta al corazón y a los pulmones. Las venas tienen en su interior válvulas que aseguran que la sangre con baja presión se mueva siempre en la dirección correcta, hacia el corazón, sin permitir que retroceda. La sangre rica en residuos retorna al corazón y luego todo el proceso se repite.

• Corazón: es el órgano principal del aparato circulatorio. Es un músculo estriado hueco que actúa como una bomba aspirante e impelente, que aspira hacia las aurículas la sangre que circula por las venas, y la impulsa desde los ventrículos hacia las arterias. Tiene 4 cavidades, 2 aurículas y 2 ventrículos.

2.11.          PRESIÓN EN EL SISTEMA CIRCULATORIO

La circulación en el ser humano es doble porque en su recorrido la sangre establece dos circuitos: el mayor o sistémico y el menor o pulmonar.  

Circulación mayor:

Es el recorrido que efectúa la sangre oxigenada (representada con color rojo) que sale del ventrículo izquierdo del corazón y que, por la arteria aorta llega a todas las células del cuerpo, donde se realiza el intercambio gaseoso celular o tisular: deja el O₂ que transporta y se carga con el dióxido de carbono, por lo que se convierte en sangre carboxigenada (representada con color azul). Esta sangre con CO₂ regresa por las venas cavas superior e inferior a la aurícula derecha del corazón.

Circulación menor:

Es el recorrido que efectúa la sangre carboxigenada que sale del ventrículo derecho del corazón y que, por la arteria pulmonar, llega a los pulmones donde se realiza el intercambio gaseoso alveolar o hematosis: deja el CO₂ y fija el O₂. Esta sangre oxigenada regresa por las venas pulmonares a la aurícula izquierda del corazón.

Presión sanguínea

Llamada también Presión sanguínea diastólica; Presión sanguínea sistólica; Presión arterial, o Tensión arterial, es una medición de la fuerza que se aplica sobre las paredes de las arterias a medida que el corazón bombea sangre a través del cuerpo.

La presión sanguínea constituye uno de los principales signos vitales y está determinada por la fuerza y el volumen de sangre bombeada, así como por el tamaño y la flexibilidad de las arterias.

La presión de la sangre disminuye a medida que la sangre se mueve a través dearterias, arteriolas, vasos capilares y venas.

El término presión sanguínea generalmente se refiere a la presión arterial, es decir, a la presión en las arterias más grandes, las arterias que forman los vasos sanguíneos que toman la sangre que sale desde el corazón.

Conceptualmente, hay dos componentes o medidas de presión arterial que son:

Presión arterial sistólica

Corresponde al valor máximo de la tensión arterial en sístole (cuando el corazón se contrae). Se refiere al efecto de presión que ejerce la sangre eyectada del corazón sobre la pared de los vasos.

Presión arterial diastólica

Corresponde al valor mínimo de la tensión arterial cuando el corazón está en diástole o entre latidos cardíacos. Depende fundamentalmente de la resistencia vascular periférica. Se refiere al efecto de distensibilidad de la pared de las arterias, es decir el efecto de presión que ejerce la sangre sobre la pared del vaso.

Correcto uso de un esfigmomanómetro digital.

Comúnmente, la presión arterial es medida por medio de un esfigmomanómetro, que usa la altura de una columna de mercurio para reflejar la presión de circulación, por ello las lecturas de presión arterial o sanguínea se miden en milímetros de mercurio (mmHg) y usualmente se dan en dos números: por ejemplo, 120 sobre 75 (escrito como 120/75).

El número superior es la lectura de la presión arterial sistólica y representa la presión máxima ejercida cuando el corazón se contrae.

El número inferior es la lectura de la presión arterial diastólica y representa la presión en las arterias cuando el corazón se encuentra en reposo.

Estas medidas de presión sanguínea tienen grandes variaciones de un individuo a otro ya que no son estáticas, experimentan variaciones naturales entre un latido del corazón a otro y a través del día; también cambian en respuesta al estrés, por factores alimenticios, por medicamentos, o por enfermedades.

La presión de pulso es la diferencia entre la presión sistólica y la diastólica.

La referencia a la presión sistólica y diastólica da pie para explicar la apertura y cierre de las válvulas del corazón, así como las entradas y salidas de sangre, como el resultado lógico de los cambios de presión que se producen en cada momento de la sístole y la diástole.

Las válvulas que controlan el flujo de la sangre por el corazón son cuatro: La válvula tricúspide controla el flujo sanguíneo entre la aurícula derecha y el ventrículo derecho. La válvula pulmonar controla el flujo sanguíneo desde el ventrículo derecho hacia las arterias pulmonares, las cuales transportan la sangre a los pulmones para oxigenarla. La válvula mitral o bicúspide permite que la sangre rica en oxígeno proveniente de los pulmones pase de la aurícula izquierda al ventrículo izquierdo. La válvula aórtica permite que la sangre rica en oxígeno pase desde el ventrículo izquierdo hacia la aorta, la arteria más grande del cuerpo, la cual transporta la sangre al resto del organismo.

 Cabe hacer notar que durante la expulsión de la sangre hacia las arterias, en la fase de sístole, las válvulas tricúspide y mitral o bicúspide deben permanecer cerradas para que la sangre no se devuelva al lecho venoso y para mantener la presión sanguínea hasta el máximo.

Luego, en la fase de diástole, estas válvulas se abrirán para la entrada de un nuevo flujo de sangre, cerrándose las válvulas pulmonar y aórtica.

2.12.          TENSION ARTERIAL Y FLUJO SANGUINEO

La tensión (opresión) arterial es la medida de la presión que la sangre ejerce sobre las paredes de las arterias como consecuencia del bombeo del corazón y la contracción de las paredes arteriales.

Al contraerse el corazón, esta presión arterial es la tensión arterial sistólica (también llamada alta o máxima). Cuando se relaja (para que entre sangre de nuevo en sus cavidades), la presión arterial es la tensión arterial diastólica (también llamada baja o mínima).

Los niveles aconsejados de una tensión normal son intentar no superar los 120 mmHg para la máxima o sistólica, y 80 mmHg para la mínima o diastólica, pero para considerar que una persona mayor de 18 años es hipertensa como enfermedad, deberá tener una tensión máxima mayor de 140, o una mínima mayor de 90, en cada una de las tres tomas mencionadas.

Flujo sanguíneo

Se denomina flujo sanguíneo al volumen de sangre que atraviesa la sección transversal de un vaso, en la unidad de tiempo. Se mide en mililitros o litros por minuto. El mayor flujo de sangre se da a la salida de los ventrículos del corazón, arteria pulmonar y aorta, denominándose flujo cardíaco y está entre 3,5 y 7 litros /minuto. El flujo decrece según vamos entrando en otros vasos. El flujo cardíaco Fc=Rc*Vc, con Rc ritmo cardíaco (pulsaciones por minuto) y Vc volumen eyectado cada vez.

A partir del flujo se puede conocer, y calcular la cantidad de sangre que está circulando en un cuerpo y los tamaños de los vasos. Además se puede indicar el estado de funcionalidad de los vasos (rigidez, obstrucción...), con lo cual también se puede determinar el estado del sistema circulatorio.

2.13.          MECÁNICA CIRCULATORIA. SISTOLE, DIASTOLE Y PULSO

Uno de contracción llamado sístole y otro de dilatación llamado diástole. Pero la sístole y la diástole no se realizan a la vez en todo el corazón.

Sístole

La sístole simultánea de las dos aurículas precede a la de los dos ventrículos, igualmente simultánea. El comienzo de la sístole de los ventrículos está señalado por el cierre de las válvulas auriculoventriculares; su terminación por el de las válvulas sigmoideas aórticas y pulmonares.

Diástole

La diástole es el período en el que el corazón se relaja después de una contracción, llamado período de sístole, en preparación para el llenado con sangre circulatoria. En la diástole ventricular los ventrículos se relajan, y en la diástole auricular las aurículas están relajadas. Juntas se las conoce como la diástole cardíaca y constituyen, aproximadamente, la mitad de la duración del ciclo cardíaco, es decir, unos 0,5 segundos.¹

Durante la diástole las aurículas se llenan de sangre por el retorno venoso desde los tejidos por la vía de la vena cava superior e inferior y se produce un aumento progresivo de la presión intra-auricular hasta superar la presión intra-ventricular.

Pulso

El pulso es el número de latidos cardíacos por minuto.

El pulso o ritmo cardiaco es la velocidad a la que palpita tu corazón para bombear sangre a todo el cuerpo. En otras palabras, es el número de veces que tu corazón palpita por minuto. Cuando el médico te toma el pulso, por lo general también puede darse cuenta de si tu corazón es fuerte y si los vasos sanguíneos son duros o suaves.

El pulso se puede medir en:

·         La parte posterior de las rodillas

·         La ingle

·         El cuello

·         La sien

·         La parte alta o la cara interna del pie

·         La muñeca

·         En estas áreas, una arteria pasa cerca de la piel.

Para medir el pulso en la muñeca, coloque los dedos índice y medio sobre la parte anterior de la muñeca opuesta debajo de la base del pulgar. Presione con los dedos hasta que sienta el pulso.

2.14.          LEYES DE VELOCIDAD Y PRESIÓN

ANATOMIA Y FISIOLOGIA - Circulación de la sangre

LEYES DE LA CIRCULACION SANGUINEA

A) LEY DE LA VELOCIDAD. A medida que las arterias se alejan y se van dividiendo, aumenta la superficie de sección del sistema vascular. En otras palabras, al dividirse una arteria en dos ramas, la suma de la superficie de sección de éstas es mayor que la superficie de sección de la arteria madre. De este modo, a medida que se aleja la sangre del corazón, va ocupando un lecho cada vez mayor, y tiene su amplitud máxima al nivel de los capilares.

Podría representarse al sistema vascular por dos conos truncados que se miran por la base. Es fácil darse cuenta que, como en los ríos, la velocidad de la corriente será menor cuanto mayor sea la amplitud del lecho vascular. De allí que la velocidad de la sangre disminuye a medida que se aleja del corazón, llega a un mínimo en los capilares y aumenta otra vez progresivamente en las venas.

B) LEY DE LA. PRESION. La sangre circula en el sistema vascular debido a diferencias de presión. La periódica descarga de sangre por parte del corazón y la resistencia opuesta al curso de la sangre por el pequeño calibre de las arteriolas, crean en el sistema vascular una presión que es máxima en la aorta, cae bruscamente al nivel de las arteriolas y capilares y sigue, luego, cayendo paulatinamente al nivel de las venas para ser mínima al nivel de las aurículas.

C) LEY DEL CAUDAL. La cantidad de sangre que sale del corazón por la aorta o la arteria pulmonar en un minuto, es igual a la que le llega por las venas cavas y pulmonares en el mismo espacio de tiempo, y es igual también a la que pasa en la unidad de tiempo por cualquier sección completa del sistema circulatorio (conjunto de capilares pulmonares, conjunto de capilares del circuito aórtico).

La línea llena representa la presión en los distintos segmentos del árbol vascular; el rayado la velocidad de la sangre. El espacio entre las dos líneas punteadas es el lecho vascular.

2.15.          VOLUMEN MINUTO CARDIACO Y CIRCULACION SISTEMICA

Se define gasto cardíaco o volumen minuto como la cantidad de sangre bombeada cada minuto por cada ventrículo. De esta forma el flujo que circula por el circuito mayor o menor corresponde a lo proyectado por el sistema de bombeo. Se calcula mediante el producto del volumen sistólico, (volumen impulsado en cada latido cardíaco) por la frecuencia cardiaca (número de latidos o ciclos cardíacos por minuto). Para un individuo adulto medio, el gasto cardíaco se encuentra entre 5-6 litros/min, aunque puede variar dependiendo, por ejemplo, de la actividad que se esté realizando.

Circulación sistemática

Circulación sanguínea sistémica es una parte del sistema cardiovascular o sistema circulatorio. El sistema circulatorio se divide en dos partes: la circulación sistémica y la circulación pulmonar. En el primer caso, la sangre purificada a partir del corazón se recoge con la ayuda de las arterias y se suministra a diferentes partes del cuerpo. Luego, la sangre impura de diferentes partes del cuerpo es llevado al corazón con la ayuda de las venas. Después viene el papel de la circulación pulmonar, que consiste en la purificación de la sangre que se hace en los pulmones. El corazón proporciona la sangre a los pulmones, donde se elimina el dióxido de carbono de las células de la sangre y se sustituye con el oxígeno. Entonces esta sangre oxigenada se transfiere al corazón para el proceso ulterior.

Vía de circulación sistémica

Esta vía de circulación por arterias, arteriolas, capilares, venas, vénulas, etc Todos estos órganos del sistema circulatorio participar en este proceso y se les asigna un trabajo en particular. Vamos a ver cómo la sangre oxigenada llegue a diferentes partes de nuestro cuerpo y cómo se toma la sangre oxigenada regresa al corazón para una mayor purificación.

La sangre oxigenada

El proceso comienza cuando la sangre oxigenada se envía al corazón humano a partir de los pulmones. La sangre llega a la aurícula izquierda y luego el corazón bombea la sangre oxigenada al ventrículo izquierdo. De la sangre del ventrículo izquierdo se bombea a la arteria principal conocida como la aorta. Aorta más se divide en dos arterias principales. Una arteria llega hasta el hombro y la cabeza y el otro baja a las piernas, el estómago y otras partes inferiores del cuerpo. La arteria subiendo divide en arteria subclavia que va al hombro y la arteria carótida, que suministra sangre a la cabeza y la región del cuello.

La arteria que va hacia abajo, se divide en la arteria hepática, que va al hígado, la arteria renal que va al riñón, la arteria mesentérica, que suministra sangre al estómago y el intestino y, finalmente, la arteria ilíaca que va a los genitales y las piernas. Las arterias se dividen en arteriolas y luego en los capilares. Estos capilares son numerosos en número y se unen y forman vénulas que además se une y forma las venas.

2.16.          CORAZONES ARTIFICIALES

Un corazón artificial es una prótesis que se implanta en el cuerpo para reemplazar al corazón biológico. Es distinto de una máquina de bypass cardiopulmonar (CPB), que es un dispositivo externo utilizado para proveer las funciones del corazón y los pulmones. El CPB oxigena la sangre, y por lo tanto no es preciso se encuentre conectado a ambos circuitos sanguíneos. Además, un CPB es adecuado para ser utilizado solo durante algunas pocas horas, mientras que se han utilizado corazones artificiales por períodos que exceden un año de uso.

Tipos

Corazón artificial total: (por sus siglas en inglés TAH) su implantación requiere la extracción del corazón nativo. Es un procedimiento de cirugía similar a un trasplante de corazón con un donante humano de corazón.

Dispositivo de asistencia cardíaca: (por sus siglas en inglés VAD) no se debe extraer el corazón del paciente durante la implantación, sino que el dispositivo se coloca junto al corazón existente para brindar un soporte adicional mientras el órgano se recupera. Los dispositivos de asistencia ventricular pueden brindar soporte al ventrículo izquierdo (LVAD, Left Ventricular Assist Device), al ventrículo derecho (RVAD, Right Ventricular Assist Device') o a ambos ventrículos (BiVAD, Biventricular Assist Device). A diferencia de la implantación del TAH, el dispositivo de asistencia provee solo una parte del trabajo total desarrollado por el corazón del paciente.

2.17.          SISTEMA NERVIOSO. SISTEMA BIOELECTRICO

El Sistema Nervioso, el más completo y desconocido de todos los que conforman el cuerpo humano, asegura junto con el Sistema Endocrino, las funciones de control del organismo.

Capaz de recibir e integrar innumerables datos procedentes de los distintos órganos sensoriales para lograr una respuesta del cuerpo, el Sistema Nervioso se encarga por lo general de controlar las actividades rápidas. Además, el Sistema Nervioso es el responsable de las funciones intelectivas, como la memoria, las emociones o las voliciones.

Su constitución anatómica es muy compleja, y las células que lo componen, a diferencia de las del resto del organismo, carecen de capacidad regenerativa.

Nociones fundamentales sobre el sistema nervioso y sus funciones

El ser humano está dotado de mecanismos nerviosos, a través de los cuales recibe información de las alteraciones que ocurren en su ambiente externo e interno y de otros, que le permiten reaccionar a la información de forma adecuada. Por medio de estos mecanismos ve y oye, actúa, analiza, organiza y guarda en su encéfalo registros de sus experiencias.

Estos mecanismos nerviosos están configurados en líneas de comunicación llamadas en su conjunto sistema nervioso

El sistema nervioso se divide en:

Sistema nervioso central:

Comprende:

-       Encéfalo.

-       Médula Espinal.

Se le llama también "de la vida en relación" porque sus funciones son:

-       Percibir los estímulos procedentes del mundo exterior.

-       Transmitir los impulsos nerviosos sensitivos a los centros de elaboración.

-       Producción de los impulsos efectores o de gobierno.

-       Transmisión de estos impulsos efectores a los músculos esqueléticos.

Sistema nervioso periférico:

Comprende:

-       Nervios craneales.

-       Nervios raquídeos.

Tiene como función recibir y transmitir, hacia el sistema nervioso central los impulsos sensitivos, y hacia los órganos efectores los impulsos motores.

Sistema nervioso vegetativo:

Comprende:

-       Tronco simpático: formado por cordones nerviosos que se extienden longitudinalmente a lo largo del cuello, tórax y abdomen a cada lado de la columna vertebral.

-       Ganglios periféricos. (Los ganglios son grupos de cuerpos celulares).

Este sistema es llamado, también, autónomo". Está en relación con las vísceras, las glándulas, el corazón, los vasos sanguíneos y músculos lisos.

Su función es eferente, transmitiendo impulsos que regulan las funciones de las vísceras de acuerdo con las exigencias vitales de cada momento.

La neurona: es la célula nerviosa, derivada del neuroblasto.

Es la unidad funcional del sistema nervioso pues sirve de eslabón comunicante entre receptores y efectores, a través de fibras nerviosas.

Consta de tres partes:

-       Cuerpo o soma: compuesto fundamentalmente por núcleo, citoplasma y nucléolo.

-       Dendritas: terminaciones nerviosas.

-       Axón: terminación larga, que puede alcanzar hasta un metro de longitud.

Los nervios: son, generalmente, haces o conjuntos de axones, salvo los nervios sensoriales que están constituidos por dendritas funcionales largas que van desde el "asta" dorsal de la médula hasta los receptores sensoriales y cumplen la función de conducir los impulsos como los axones.

Las distintas fibras que componen un nervio se mantienen unidad por tejido conjuntivo.

Los nervios pueden clasificarse de diversas maneras:

Por su origen:

Raquídeos: Constituidos por fibras nerviosas de las raíces anteriores o motrices y de las raíces posteriores o sensitivas, que salen de la médula a través de los agujeros intervertebrales.

Los nervios raquídeos tienen elementos viscerales y somáticos Los viscerales están relacionados con las estructuras vecinas a los aparatos digestivo, respiratorio, urogenital y el sistema vascular y la mayor parte de las glándulas.

Los somáticos están relacionados con los tejidos de revestimiento corporal y los músculos voluntarios.

Craneales: Son 12 pares de nervios que nacen del tronco cerebral, a nivel del cuarto ventrículo, por encima del bulbo y sirven en su mayoría a sentidos especializados de la cara y la cabeza. Su funcionamiento es mixto, es decir, contiene fibras sensitivas y motoras.

Entre los nervios craneales se encuentran: el olfatorio; el óptico, que se une al sistema nervioso central a nivel del tálamo; el ocular motor común; el troclear o patético; el ocular motor externo; el trigémino, con fibras sensitivas de temperatura, dolor, tacto y presión; el facial; el estato-acústico; con receptores acústicos y de posición y movimientos de la cabeza; el glosofaríngeo; el vago; el espinal accesorio y el hipogloso.

Por su función:

Sensitivos o aferentes: Conducen los impulsos que informan de las distintas sensaciones.

Motores o eferentes: Conducen los impulsos para las funciones motrices.

Mixtos: Contienen fibras sensitivas y fibras motoras.

Por los receptores:

Interoceptivos: Para impulsos producidos por los estímulos ajenos al cuerpo: tacto, temperatura, dolor, presión, y órganos sensoriales como el ojo y el oído.

Propioceptivos: Para estímulos nacidos en el mismo cuerpo: músculos, tendones, articulaciones y los relacionados con el equilibrio.

Interoceptivos: Para los impulsos procedentes de las vísceras: sistema digestivo, respiratorio, circulatorio, urogenital y las glándulas.

2.18.          ELECTRODIAGNÓSTICO Y ELECTROTERAPIA

 El electrodiagnóstico incluye: Electroencefalografía, electromiografía, potenciales provocados por estimulación sensorial (espinal y cerebral), registro de potenciales de acción de un nervio-conducción nerviosa y electrorretinograma.

Electroencefalograma: es un indicador diagnóstico con una excelente especificidad (> 95%) pero baja sensibilidad (< 50%). El electroencefalograma es un registro de la actividad cortical, sin embargo, no es un reflejo directo del marcapaso de esta actividad, esto se debe a la gran cantidad de sinapsis involucradas desde el marcapaso hasta la actividad cortical más superficial.

Potenciales provocados: La estimulación mediante pulsos eléctricos de nervios periféricos sensitivos produce potenciales generados en astas dorsales de médula espinal, en regiones subcorticales (tálamo) y corticales (corteza parietal). Estos potenciales pueden registrarse con electrodos de superficie sobre columna vertebral o sobre el cráneo, sin embargo, para poder distinguirlos de la actividad eléctrica aleatoria no relacionada con el estímulo, es necesaria la utilización de la conversión analógico-digital y el proceso de promediación

Electromiografía: Registro de la actividad muscular (actividad eléctrica) mediante electrodos de aguja (existen diversos tipos) que se insertan en el vientre del músculo. Dependiendo del tamaño del músculo, pueden ser necesarias de una a 5 inserciones para obtener adecuadamente el registro.

Estudios de conducción nerviosa: El estudio de conducción nerviosa es especialmente útil para el diagnóstico de la enfermedad de nervio periférico o neuropatía. Para el diagnóstico de una enfermedad de nervio periférico puede utilizarse un algoritmo sumamente sencillo.

La electroterapia

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.

La electroterapia es la parte de la fisioterapia que, mediante una serie de estímulos físicos producidos por una corriente eléctrica, consigue desencadenar una respuesta fisiológica, la cual se va se ha producir un efecto terapéutico.

Se engloba dentro de este término todas aquellas actuaciones en las cuales, de una forma u otra, se utiliza una corriente eléctrica en el cuerpo humano con fines terapéuticos.

2.19.          TIPOS DE CORRIENTES Y ELECTRICIDAD EN LOS SERES VIVOS

Clasificación de las corrientes en electroterapia

1-Según efectos

-       Efectos electroquímicos

-       Efectos sobre nervio y músculo

-       Efectos sensitivos

-       Efectos por aporte energético para mejorar metabolismo

2- Según frecuencias

-       Baja Frecuencia: de 0 Hz  a 1.000 Hz

-       Mediana Frecuencia: de 1.000 Hz a 20.000Hz

-       Alta Frecuencia: de 100.000Hz a 5MHz

3-Según forma de onda

-       Corriente Directa: Es una corriente monofásica, ya sea continua  o pulsada.

-       Corriente Alterna: Es una corriente bifásica pulsátil.

Corrientes de frecuencia media: se trata de corrientes alternas que se generan mediante la superposición de una frecuencia básica (2-9,5 KHz) con una frecuencia de modulación (0-250 Hz). En la corriente AMF (corriente de frecuencia media modulada en amplitud) y en las corrientes de frecuencia media para la estimulación muscular /MT y KOTS, esta superposición ya se realiza en el aparato. Por este motivo, la corriente premodulada sólo se puede transmitir al paciente a través de dos electrodos. Por el contrario, en la corriente de interferencia IF clásica, la superposición de las dos frecuencias sólo tiene lugar en el tejido del paciente, por lo que se necesitan siempre 4 electrodos para el tratamiento. La elevada eficacia terapéutica de las corrientes de frecuencia media es el resultado de la mínima irritación que producen en la piel y de su marcada actuación en profundidad, logrando con ello una buena aceptación por parte de los pacientes.

Se consideran corrientes de baja frecuencia las corrientes de impulso con frecuencias por debajo de los 1000 Hz. Con las diferentes corrientes de baja frecuencia DF, MF, CP, LP (corrientes diadinámicas) UR (corriente ultra-estimuladora), HV (corriente de alta tensión), FaS (corriente umbral farádica), TENS (impulsos rectangulares monodireccionales o bidireccionales) y T/R (corriente exponencial) se cubre todo el ámbito de aplicación arriba mencionado. Al contrario que en las corrientes de frecuencia media, determinadas corrientes de baja frecuencia también se pueden emplear para el tratamiento de las parálisis periféricas.

La corriente galvánica (G) consiste en una corriente continua que hace fluir al tejido una energía constante. La corriente galvánica se aplica fundamentalmente para la estimulación del riego sanguíneo y la atenuación del dolor, así como para la ionoforesis (administración de un preparado con ayuda de la corriente).

2.20.          EFECTOS DE LOS CAMPOS ELECTROMAGNÉTICOS SOBRE LOS ÓRGANOS Y SISTEMAS.

Efecto de magnetización (Efecto biológico primario)

-       Responsable de la orientación de moléculas y átomos dipolares. 

-       Se produce sobre elementos con momentos magnéticos "no nulos".

Comprende las siguientes acciones:

-       Modificación de la permeabilidad de membranas.

-       Estabilización de la bomba de Na. 

-       Favorecimiento de los procesos de enlace. 

-       Estimulación de la reproducción celular. 

-       Activación de los sistemas REDOX.

Efecto piezoeléctrico (Efecto biológico secundario)

Efecto directo: 

-       Produce la polarización eléctrica de la masa de un cuerpo o la creación de cargas eléctricas en su superficie, cuando se somete a fuerzas mecánicas.

Efecto inverso:

-       Deformación de un cuerpo cuando se le somete a un campo eléctrico.

-       Orientación arquitectónica de las trabéculas óseas en zonas dañadas.

Efecto metabólico.

-       Responsable de todos los procesos tróficos estimulantes y de reparación tisular, mediante: Control local del riego sanguíneo de cada tejido.

-       Control nervioso del riego sanguíneo de grandes segmentos de la circulación.

-       Control humoral de determinadas sustancias que aumentan o disminuyen el riego sanguíneo.

Efectos físicos no inmediatos

Se manifiestan pasado un cierto tiempo después del accidente. Los más habituales son:

Manifestaciones renales: Los riñones pueden quedar bloqueados como consecuencia de las quemaduras debido a que se ven obligados a eliminar la gran cantidad de mioglobina y hemoglobina que les invade después de abandonar los músculos afectados, así como las sustancias tóxicas que resultan de la descomposición de los tejidos destruidos por las quemaduras.

Trastornos cardiovasculares: La descarga eléctrica es susceptible de provocar pérdida del ritmo cardíaco y de la conducción aurículo- ventricular e intraventricular, manifestaciones de insuficiencias coronarias agudas que pueden llegar hasta el infarto de miocardio, además de trastornos únicamente subjetivo como taquicardias, sensaciones vertiginosas, cefaleas rebeldes, etc.

Trastornos nerviosos: La víctima de un choque eléctrico sufre frecuentemente trastornos nerviosos relacionados con pequeñas hemorragias fruto de la desintegración de la sustancia nerviosa ya sea central o medular. Normalmente el choque eléctrico no hace más que poner de manifiesto un estado patológico anterior. Por otra parte, es muy frecuente también la aparición de neurosis de tipo funcional más o menos graves, pudiendo ser transitorias o permanentes.

Trastornos sensoriales, oculares y auditivos: Los trastornos oculares observados a continuación de la descarga eléctrica son debidos a los efectos luminosos y caloríficos del arco eléctrico producido. En la mayoría de los casos se traducen en manifestaciones inflamatorias del fondo y segmento anterior del ojo. Los trastornos auditivos comprobados pueden llegar hasta la sordera total y se deben generalmente a un traumatismo craneal, a una quemadura grave de alguna parte del cráneo o a trastornos nerviosos.

2.21.          IONES DE REPOLARIZACION DE LA MEMBRANA. FISIOLOGÍA DE LA MEMBRANA.

Iones de repolarización de la membrana: La membrana de cualquier célula presenta una distribución asimétrica de sus iones, así es como en el medio extracelular existe un predominio de Na+ y en el medio intracelular, predomina el K+.

Esta diferencia de concentración es mantenida por la bomba Na+ - Ka+ ATPasa con gasto de ATP.

Si describimos la situación de otros iones nos encontramos con que hay cloruro (Cl-) en el espacio extracelular, mientras que en la cara interna de la membrana plasmática se acumulan proteínas, sulfatos y fosfatos que le dan un carácter negativo al interior de la membrana neuronal.

Como el interior de la neurona es negativo el Cl- que está en el exterior no puede difundir (penetrar por difusión) hacia el interior de la neurona.

Estas distintas concentraciones de iones determinan que exista el llamado potencial de reposo de la membrana o simplemente potencial de membrana.

Dicho potencial de reposo o en equilibrio es electronegativo en el interior de la célula, y positivo en el exterior; es decir, hay una diferencia de potencial a ambos lados de la membrana, diferencia que se mantiene en equilibrio en ciertas cifras (en ciertos milivoltios) mediante una continua difusión de iones a un lado y otro de la membrana.

Este potencial de reposo representa una energía potencial que se aprovecha para la generación de un potencial de acción (PA). El potencial de reposo tiene un valor de -70 mv (milivolts).

En la neurona este potencial es más inestable, lo que aumenta su excitabilidad con respecto a otras células del organismo. El potencial de reposo neuronal representa el estado polarizado, básico para la generación de un potencial de acción.

Fisiologia de la membrana: La función de la membrana es la de proteger el interior de la célula frente al líquido extracelular que tiene una composición diferente y de permitir la entrada de nutrientes, iones u otros materiales específicos. También se intercomunica con otras células a través de las hormonas, neurotransmisores, enzimas, anticuerpos, etc.

-       Gradiente electroquímico

El gradiente electroquímico es debido a que el número de iones (partículas cargadas) del líquido extracelular es muy diferente del del citosol (*). En el líquido extracelular los iones más importantes son el Na+ y el Cl-, mientras que en el interior de la célula predomina el K+ y fosfatos orgánicos aniónicos. Como resultado de esto, existe una diferencia de potencial eléctrico a través de la membrama (potencial de membrana) que se mide en voltios. El voltage en las células vivas es de -20 a -200 mV (milivoltios), representando el signo negativo que el interior es más negativo que el exterior. En algunas condiciones especiales, algunas células pueden tener un potencial de membrana positivo

• Permeabilidad selectiva

La membrana plasmática regula la entrada y salida de materiales, permitiendo la entrada de unos y restingiendo el paso de otros. Esta propiedad se llama permeabilidad selectiva

La membrana es permeable cuando permite el paso, más o menos fácil, de una sustancia. La permeabilidad de la membrana depende de varios factores relacionados con las propiedades físico-químicas de la sustancia:

-       Solubilidad en los lípidos: Las sustancias que se disuelven en los lípidos (moléculas hidrófobas, no polares) penetran con facilidad en la membrana dado que esta está compuesta en su mayor parte por fosfolípidos.

-       Tamaño: la mayor parte de las moléculas de gran tamaño no pasan a través de la membrana. Sólo un pequeño número de moléculas no polares de pequeño tamaño pueden atravesar la capa de fosfolípidos

-       Carga: Las moléculas cargadas y los iones no pueden pasar, en condiciones normales, a través de la membrana. Sin embargo, algunas sustancias cargadas pueden pasar por los canales proteícos o con la ayuda de una proteína transportadora.

También depende la permeabilidad de una membrana de la naturaleza de las proteínas de membrana existentes:

-       Canales: algunas proteínas forman canales llenos de agua por donde pueden pasar sustancias polares o cargadas eléctricamente que no atraviesan la capa de fosfolípidos.

-       Transportadoras: otras proteínas se unen a la sustancia de un lado de la membrana y la llevan del otro lado donde la liberan.

En general, estos canales y proteínas transportadoras muy altamente selectivas permitiendo el paso a única sustancia

Transporte de materiales a través de las membranas plasmáticas

Los mecanismos que permiten a las sustancias cruzar las membranas plasmáticas son esenciales para la vida y la comunicación de las células. Para ello, la célula dispone de dos procesos:

1. Transporte pasivo: cuando no se requiere energía para que la sustancia cruce la membrana plasmática
2. Transporte activo: cuando la célula utiliza ATP como fuente de energía pasa hacer atravesar la membrana a una sustancia en particular
• TRANSPORTE PASIVO

Los mecanismos de transporte pasivo son:

Difusión simple

Osmosis

Ultrafiltración

Difusión facilitada

Difusión Simple

Las moléculas en solución están dotadas de energía cinética y, por tanto tienen movimientos que se realizan al azar. La difusión consiste en la mezcla de estas moléculas debido a su energía cinética cuando existe un gradiente de concentración, es decir cuando en una parte de la solución la concentración de las moléculas es más elevada. La difusión tiene lugar hasta que la concentración se iguala en todas las partes y será tanto más rápida cuanto mayor sea energía cinética (que depende de la temperatura) y el gradiente de concentración y cuanto menor sea el tamaño de las moléculas.

Algunas sustancias como el agua, el oxígeno, dióxido de carbono, esteroides, vitaminas liposolubles, urea, glicerina, alcoholes de pequeño peso molecular atraviesan la membrana celular por difusión, disolviéndose en la capa de fosfolípidos.

Algunas sustancias iónicas también pueden cruzar la membrana plasmática por difusión, pero empleando los canales constituidos por proteínas integrales llenas de agua. Algunos ejemplos notables son el Na+, K+, HCO3, Ca++, etc. Debido al pequeño tamaño de los canales, la difusión a través de estos es mucho más lenta que a través de la bicapa fosfolipídica

Osmosis: Es otro proceso de transporte pasivo, mediante el cual, un disolvente - el agua en el caso de los sistemas biológicos - pasa selectivamente a través de una membrana semi-permeable. La membrana de las células es una membrana semi-permeable ya que permite el paso del agua por difusión pero no la de iones y otros materiales. Si la concentración de agua es mayor (o lo que es lo mismo la concentración de solutos menor) de un lado de la membrana es mayor que la del otro lado, existe una tendencia a que el agua pase al lado donde su concentración es menor.

El movimiento del agua a través de la membrana semi-permeable genera un presión hidrostática llamada presión osmótica (*). La presión osmótica es la presión necesaria para prevenir el movimiento neto del agua a través de una membrana semi-permeable que separa dos soluciones de diferentes concentraciones

Ultrafiltración: En este proceso de transporte pasivo, el agua y algunos solutos pasan a través de una membrana por efecto de una presión hidrostática. El movimiento es siempre desde el área de mayor presión al de menos presión. La ultrafiltración tiene lugar en el cuerpo humano en los riñones y es debida a la presión arterial generada por el corazón. Esta presión hace que el agua y algunas moléculas pequeñas (como la urea, la creatinina, sales, etc) pasen a través de las membranas de los capilares microscópicos de los glomérulos para ser eliminadas en la orina. Las proteínas y grandes moléculas como hormonas, vitaminas, etc., no pasan a través de las membranas de los capilares y son retenidas en la sangre.

Difusión facilitada: Algunas moléculas son demasiado grandes como para difundir a través de los canales de la membrana y demasiado insolubles en lípidos como para poder difundir a través de la capa de fosfolípidos. Tal es el caso de la glucosa y algunos otros monosacáridos. Esta sustancias, pueden sin embargo cruzar la membrana plasmática mediante el proceso dedifusión facilitada, con la ayuda de una proteina transportadora (*). En el primer paso, la glucosa se une a la proteína transportadora, y esta cambia de forma, permitiendo el paso del azúcar. Tan pronto como la glucosa llega al citoplasma, una kinasa (enzima que añade un grupo fosfato a un azúcar) transforma la glucosa en glucosa-6-fosfato. De esta forma, las concentraciones de glucosa en el interior de la célula son siempre muy bajas, y el gradiente de concentración exterior --> interior favorece la difusión de la glucosa.

La difusión facilitada es mucho más rápida que la difusión simple y depende:

-       del gradiente de concentración de la sustancia a ambos lados de la membrana

-       del número de proteínas transportadoras existentes en la membrana

-       de la rápidez con que estas proteínas hacen su trabajo 

La insulina, una hormona producida por el páncreas, facilita la difusión de la glucosa hacia el interior de las células, disminuyendo su concentración en la sangre. Esto explica por qué la ausencia o disminución de la insulina en la diabetes mellitus aumenta los niveles de glucosa en sangre al mismo tiempo que obliga a las células a utilizar una fuente de energía diferente de este monosacárido

TRANSPORTE ACTIVO Y OTROS PROCESOS ACTIVOS

Algunas sustancias que son necesarias en el interior de la célula o que deben ser eliminadas de la misma no pueden atravesar la membrana celular por ser muy grandes, llevar una carga eléctrica o porque deben vencer un gradiente de concentración. Para estos casos, la naturaleza ha desarrollado el transporte activo, un proceso que consume energía y que requiere del concurso de proteínas integrales que actúan como "bombas" alimentadas por ATP, para el caso de moléculas pequeñas o iones y el transporte grueso específico para moléculas de gran tamaño como proteínas y polisacáridos e incluso células enteras como bacterias y hematíes

Transporte activo

Por este mecanismo pueden ser transportados hacia el interior o exterior de la célula los iones H+ (bomba de protones) Na+ y K+ (bomba de sodio-potasio), Ca++ , Cl-, I, aminoácidos y monosacáridos. Hay dos tipos de transporte activo:

Transporte activo primario: en este caso, la energía derivada del ATP directamente empuja a la sustancia para que cruce la membrana, modificando la forma de las proteínas de transporte (bomba) de la membrana plasmática. El ejemplo más característico es la bomba de Na+/K+, que mantiene una baja concentración de Na+ en el citosol extrayéndolo de la célula en contra de un gradiente de concentración. También mueve los iones K+ desde el exterior hasta el interior de la célula pese a que la concentración intracelular de potasio es superior a la extracelular. Esta bomba debe funcionar constantemente ya que hay pérdidas de K+ y entradas de Na+ por los poros acuosos de la membrana.

Esta bomba actúa como una enzima que rompe la molécula de ATP y también se llama bomba Na+/K+-ATPasa. Todas las células poseen cientos de estas bombas por cada um2 de membrana. Su mecanismo de acción se muestra esquemáticamente en la figura

Transporte activo secundario: La bomba de sodio/potasio mantiene una importante diferencia de concentración de Na+ a través de la membrana. Por consiguiente, estos iones tienen tendencia a entrar de la célula a través de los poros y esta energía potencial es aprovechada para que otras moléculas, como la glucosa y los aminoácidos, puedan cruzar la membrana en contra de un gradiente de concentración. Cuando la glucosa cruza la membrana en el mismo sentido que el Na+, el proceso se llama Symporte o cotransporte; cuando los hacen en sentido contrario, el proceso se llama Antiporte o contratransporte

Transporte Grueso

Algunas sustancias más grandes como polisacáridos, proteínas y otras células cruzan las membranas plasmáticas mediante varios tipos de transporte grueso:

Endocitosis: es el proceso mediante el cual la sustancia es transportada al interior de la célula a través de la membrana. Se conocen tres tipos de endocitosis:

Fagocitosis: en este proceso, la célula crea unas proyecciones de la membrana y el citosol llamadas seudópodos que rodean la partícula sólida. Una vez rodeada, los seudópodos se fusionan formando una vesícula alrededor de la partícula llamada vesícula fagocítica o fagosoma. El material sólido dentro de la vesícula es seguidamente digerido por enzimas liberadas por los lisosomas. Los glóbulos blancos constituyen el ejemplo más notable de células que fagocitan bacterias y otras sustancias extrañas como mecanismo de defensa

Pinocitosis: en este proceso, la sustancia a transportar es una gotita o vésicula de líquido extracelular. En este caso, no se forman pseudópodos, sino que la membrana se repliega creando una vesícula pinocítica. Una vez que el contenido de la vesícula ha sido procesado, la membrana de la vesicula vuelve a la superficie de la célula.

De esta forma hay un tráfico constante de membranas entre la superficie de la célula y su interior.

Endocitosis mediante un receptor: este es un proceso similar a la pinocitosis, con la salvedad que la invaginación de la membrana sólo tiene lugar cuando una determinada molécula, llamada ligando, se une al receptor existente en la membrana. Una vez formada la vesícula endocítica está se une a otras vesículas para formar una estructura mayor llamada endosoma. Dentro del endosoma se produce la separación del ligando y del receptor: Los receptores son separados y devueltos a la membrana, mientras que el ligando se fusiona con un liposoma siendo digerido por las enzimas de este último. Aunque este mecanismo es muy específico, a veces moléculas extrañas utilizan los receptores para penetrar en el interior de la célula. Así, el HIV (virus de la inmunodeficiencia adquirida) entra en las células de los linfocitos uniéndose a unas glicoproteínas llamadas CD4 que están presentes en la membrana de los mismos

Las vesículas endocíticas se originan en dos áreas específicas de la membrana:

-       Los "hoyos recubiertos" ("coated pits") son invaginaciones de la membrana donde se encuentran los receptores

-       Los caveólos son invaginaciones tapizadas por una proteína especializada llamada caveolina, y parece que juegan diversos papeles:

La superficie de los cavéolos dispone de receptores que pueden concentrar sustancias del medio extracelular

Se utilizan para transportar material desde el exterior de la célula hasta el interior mediante un proceso llamado transcitosis. Esto ocurre, por ejemplo, en las células planas endoteliales que tapizan los capilares sanguíneos.

Están implicados en el proceso de envío de señales intracelulares: la unión de un ligando a los receptores de los caveólos pone en marcha un mecanismo intracelular de envío de señales

-       Exocitosis Durante la exocitosis, la membrana de la vesícula secretora se fusiona con la membrana celular liberando el contenido de la misma. Por este mecanismo las células liberan hormonas (p.ej. la insulina), enzimas (p.ej. las enzimas digestivas) o neurotransmisores imprescindibles para la transmisión nerviosa.