Introducción a la Biofísica
1. El Método Científico
- Observación: Algo que no puede observarse no puede ser investigado.
- Delimitación del problema: Nos planteamos el ¿por qué? o ¿el cómo? del fenómeno que nos preocupa.
- Hipótesis: Posible respuesta al problema, se formula por medio de inducciones y a partir de estas se hacen deducciones para ver si es lógica y cierta la hipótesis.
- Experimentación: Para confirmar o rechazar la hipótesis.
- Teoría: Las teorías tienen un valor predictivo para ciertos resultados, no se comprometen a afirmar que algo sucederá, solo se limita a señalarnos el porcentaje probabilístico de que así sea.
2. Tipos de Ciencia
- Ciencia formal: Establecen el razonamiento lógico, trabaja por la mente, crea su propio objeto de estudio, matemáticas.
- Ciencia fáctica: Estudian los acontecimientos a partir de la experimentación y la observación, física, biología, química, biofísica.
- Biofísica: Difícil de definir, se encuentra en la frontera de la bioquímica y la fisiología. Ciencia encargada de cuantificar y explicar por mediante modelos matemáticos los procesos biológicos.
3. Pioneros de la Biofísica
- William Harvey: Fue el primero en describir el sistema circulatorio y calculó el flujo de sangre por hora en la aorta, que era una cantidad superior al total de la sangre en el organismo.
- Stephen Hales: Inventó un método para determinar la presión sanguínea.
- Joseph Priestley: Descubrió el oxígeno y que las plantas lo producen, concluyó que la respiración animal y vegetal es inversa.
- Richard Caton: Pionero en el uso de electroencefalogramas.
- Gregor Mendel: Publicó un tratado con las leyes de hibridación hoy conocidas como las leyes de Mendel.
- Centrifugación: Técnica de separación de moléculas por sedimentación.
- Herramientas de la biofísica: Termodinámica, electricidad, mecánica, óptica y radiaciones electromagnéticas.
Biomecánica
1. Definición de Biomecánica
La biomecánica es una disciplina que se ocupa del análisis físico de sistemas biológicos, como el funcionamiento de los músculos, tendones, ligamentos, cargas y sobrecargas de estructuras específicas, y factores que influencian el desempeño.
2. Movimiento Celular
Las células móviles están constituidas por una médula fibrosa interna o axonema constituida por microtúbulos y otras proteínas. Animales con movimiento ameboideo poseen lobopodios o filopodios. Los cilios y flagelos sirven para transmitir las ondas de fuerza en algún sustrato sólido. Los cefalópodos forman un embudo por el cual el agua se presuriza y así pueda nadar a través de la vegetación del fondo del mar.
3. Tipos de Huesos
- Largos: Constan de una zona cilíndrica la diáfisis y dos extremos llamados epífisis – húmero, radio, tibia.
- Anchos o planos: Costillas, cintura pélvica y huesos del cráneo.
- Cortos: Carpianos de manos y muñecas y los tarsianos de los pies y tobillos.
- Irregulares: No se les puede clasificar dentro de los otros grupos de huesos, son todos distintos en tamaño y forma, se localizan en la parte media del cuerpo, las vértebras, pelvis y muchos huesos del cráneo.
4. Palancas de Segundo Género
El punto de aplicación de la resistencia se encuentra situado entre el punto de apoyo y al punto de aplicación de la potencia. Es muy rara en el cuerpo humano, el único ejemplo es: cuando el humano se levanta con el talón y todo el cuerpo descansa en la planta del pie. El punto de apoyo es el suelo sobre la cabeza de los metatarsianos, la potencia la ejerce los músculos sóleo y gemelos y la resistencia es todo el cuerpo.
5. Músculo Esquelético
Encontramos sarcómeros, esta formada por fibras de actina y miosina. Es de velocidad de contracción lenta y poca fuerza, muy resistente a la fatiga, predominan en músculos del tronco.
6. Adaptaciones para la Natación
Forma hidrodinámica, escamas que evitan la fricción, musculatura en forma de W.
7. Fuerzas de Van der Waals
Los electrones de un átomo crean un campo magnético que estimulan y atraen los electrones de un átomo cercano – los geckos.
8. Tono Muscular
- Hipotonía: La elasticidad de un músculo es excesiva y su consistencia blanda.
- Hipertonía: Es un exceso de rigidez que producen articulaciones fijadas a menudo en posturas anómalas.
9. Pulso Arterial
Permite detectar la presión arterial, es la acción de la arteria aorta que crea una onda que se transmite hasta las extremidades.
10. Cinemática
Se ocupa de la descripción del movimiento.
Termodinámica Biológica
1. Equilibrio Termodinámico
Cuando sus propiedades macroscópicas, presión, volumen, temperatura, no cambian con el tiempo.
2. Importancia de los Balances
Los balances térmicos e hídricos.
3. Ciclos Biogeoquímicos
Dependen de la concentración óptima y de la duración o permanencia de los elementos de un ecosistema: ciclo del agua, ciclo del carbono, ciclo del hidrógeno, etc.
4. Tipos de Energía
- Energía: Potencial o capacidad para mover materia.
- Energía cinética: Es la energía asociada con un objeto en virtud de su movimiento.
- Energía potencial: Es la energía que un objeto tiene según su posición en un campo de fuerza.
- Energía mecánica: Es la suma de la energía cinética y potencial.
5. Calorías
Caloría: es la energía necesaria para elevar un grado centígrado la temperatura de un gramo de agua.
6. Segunda Ley de la Termodinámica
2da ley de termodinámica: la cantidad de entropía del universo tiende a incrementarse en el tiempo.
7. Temperatura
Temperatura: implica la energía media individual de las moléculas y cualquier instrumento utilizado para la medida de las temperaturas se denomina termómetro.
8. Termorregulación
Es la capacidad de un organismo para regular su temperatura.
9. Ectotermia
Organismos con una temperatura corporal variable – ranas.
10. Endotermia
Endotermia: es una forma de regulación de la temperatura de alto coste, se basa en el control de la temperatura mediante el calor metabólico y la capacidad de aislamiento térmico del animal – aves y mamíferos.
11. Radiación
Pérdida de calor en forma de rayos infrarrojos, existe un intercambio de energía entre el cuerpo y el medio ambiente u objetos más fríos situados a distancia.
12. Convección
Es la transferencia de calor desde el cuerpo hasta las partículas de aire o agua que entran en contacto con él, estas partículas se calientan al entrar en contacto con la superficie corporal.
Bioacústica
1. Sonido
Se produce por el movimiento vibratorio de las moléculas de una sustancia elástica, la energía de propagación del sonido se absorbe en el medio por el cual se propaga y que puede ser sólido líquido o gaseoso.
2. Velocidad del Sonido en el Agua
Por la concentración de sales y muchos otros factores, temperatura.
3. Ventajas de la Comunicación Acústica
Se pueden transferir rápidamente a distancias considerables y sin contacto visual.
4. Audición en Anuros
Tiene tímpanos sobre sus patas delanteras, y estos están conectados por fosas nasales en la parte superior del cuerpo.
5. Sistema Auditivo en Peces
Membrana timpánica, el opérculo, los pulmones y los tubos eustaquianos.
6. Tipos de Cantos en Aves
Cantos de advertencia, cantos de respuesta, cantos de liberación y cantos de amenaza.
7. Comunicación Acústica en Reptiles
Movimiento de la cola, fricción de escamas y bufidos.
8. Vocalizaciones Embrionarias
Vocalizaciones producidas por crías desde el huevo, son de baja frecuencia presumiblemente porque son el resultado de las propiedades del filtro acústico que se generan en la cáscara del huevo.
9. Siringe en Aves
Es producido por la siringe, la frecuencia del canto puede ser cambiada variando la tensión muscular, el tono de la canción se puede variar cambiando la abertura del pico y la posición de la lengua.
10. Aprendizaje Vocal en Aves
Presentan estructuras cerebrales especializadas llamadas conchas o anillos externos, que participan en el aprendizaje vocal y dentro de estas se encuentran núcleos que controlan el aprendizaje vocal, interactúan entre ellos.
11. Fonación en Mamíferos
Es el sonido producido en la laringe por la salida del aire que al atravesar las cuerdas vocales las hace vibrar.
12. Infrasonidos
Son el resultado de cuerdas vocales muy largas interactuando a una baja frecuencia, y no necesita que se tensen periódicamente los músculos de la laringe.
13. Ronroneo en Felinos
Solo ronronea al exhalar.
Bioelectricidad
1. Conductores Eléctricos
Son aquellos que poseen conductancia eléctrica, en los cuales los electrones son los portadores de la carga, tienen una conducción sin transferencia substancial de masa.
2. Agua en el Cuerpo Humano
75-45% dependiendo de la edad.
3. Propiedades del Agua
Posee un momento bipolar eléctrico, enlaces por puentes de hidrógeno, tiene asociación dipolar.
4. pH
pH, es el término que nos indica la concentración de iones de hidrógeno en una disolución, es el número que expresa la alcalinidad o acidez de un medio.
5. Acidosis
Se da cuando el pH sanguíneo se encuentra en un valor de 6.8 y 7.35.
6. Bomba Sodio-Potasio
La proteína transmembrana bombea 3 cationes de Na+ sacándolos de la célula y lo propio hace con 2 cationes de K+ al interior de ella.
7. Potencial de Acción
Es una explosión de actividad eléctrica creada por una corriente despolarizadora.
8. Electrolocalización
La habilidad de usar campos eléctricos para localizar objetos y ubicarse en el espacio.
9. Electrorecepción
Porque presentan propiedades electrostáticas que permiten que estas atrapen todas las partículas con carga eléctrica.
10. Órganos Eléctricos en Peces
Tienen 3 órganos de generadores de electricidad pareados a lo largo de todo el vientre. 1-Órgano de Sachs, órgano de Hunter y el órgano principal.
11. Magnetorrecepción
El campo geomagnético interactúa con inclusiones de magnetita presentes en los tejidos corporales, convirtiendo la energía magnética en estímulos mecánicos que generan una señal neural.
12. Electrólisis
Es un proceso por el cual se separan los elementos de un compuesto por medio de la electricidad.
Radiaciones Ionizantes
1. Iones
Cuando se forma un ion el número de protones del núcleo no cambia, lo único que varía es el número de electrones que aumenta o disminuye.
2. Rayos X
O rayos X son radiaciones electromagnéticas de frecuencia alta y por tanto de baja longitud de onda, son lo suficientemente pequeñas como para poder atravesar huecos entre átomos y dentro de átomos y hacer las radiografías.
3. Radiactividad
Porque pueden emitir espontáneamente partículas cargadas o radiación electromagnética, o romperse en varios núcleos más pequeños modificando su identidad.
4. Rayos Gamma
Son radiaciones que viajan a la velocidad de la luz, son muy penetrantes, muy dañinas.
5. Radiografías
Por las ondas que atraviesan huecos entre átomos y dentro de átomos.
6. Fluoroscopia
Utiliza un material que produce una pequeña cantidad de luz cuando la radiación incide sobre él.
7. Unidades de Medida de Radiación
- El Roentgen: Unidad utilizada para la medición de la exposición a la radiación.
- El Rad: Unidad de medida de la dosis de radiación absorbida.
- El Rem: Unidad utilizada para cuantificar los efectos biológicos de la radiación.
8. Radiación Natural
Las radiaciones ionizantes que provienen de la naturaleza y que rodean al hombre, radiaciones cósmicas y terrestres.
9. Isótopos Estables
Los isótopos estables han sido ampliamente utilizados como marcadores nutricionales no peligrosos.
10. Aplicaciones Industriales de la Radiación
- Industria del petróleo.
- Industria del cemento.
- Industria metalúrgica.