Download FÍSICA MÉDICA

UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO
DEPARTAMENTO ACADÉMICO DE FÍSICA
BIOFÍSICA MUSCULAR
Prof. Dr. Elvar Quezada Castillo
ESTRUCTURA
MICROSCÓPICA
DEL MÚSCULO
ESQUELÉTICO
MIOFILAMENTOS DEL MÚSCULO
ESQUELÉTICO
DISPOSICIÓN DE LOS MIOFILAMENTOS EN
DIFERENTES CORTES TRANSVERSALES
I. Filamentos finos
II. Filamentos gruesos
III. Filamentos gruesos y finos
I
II
III
DISPOSICIÓN DE PUENTES
• Disposición de los
puentes
entre
los
miofilamentos.
• El filamento grueso
central emite puentes
hacia los 6 filamentos
finos que lo rodean.
• Estas
prolongaciones
están distribuidas en
espiral.
CARACTERÍSTICAS FÍSICAS DE LA
CONTRACCIÓN MUSCULAR
CURVAS FUERZA /VELOCIDAD Y CALOR
LIBERADO POR EL MÚSCULO
MÚSCULO EN ACTIVIDAD
Contracción simple
Registro Gráfico de la
contracción
Contracción tetánica
CURVA DEL MÚSCULO EN REPOSO Y EN
ACTIVIDAD
TRABAJO MUSCULAR
• Se define como el producto de la tensión del músculo
por el cambio de longitud durante la contracción:
W = T ΔL
TRABAJO EN UNA CONTRACCIÓN
ISOMÉTRICA
• Contracción isométrica es aquella en la cual cambia
la tensión del músculo pero su longitud permanece
constante
W=0
TRABAJO EN UNA CONTRACCIÓN
ISOTÓNICA
• Contracción isotónica es aquella en la cual
cambia la longitud del músculo pero su tensión
permanece constante.
TRABAJO EN UNA CONTRACCIÓN
AUXOTÓNICA
• Contracción auxotónica es aquella en la cual cambia
tanto la longitud como la tensión del músculo.
TRABAJO EN UNA CONTRACCIÓN A
SOBRE CARGA
• Contracción a sobre carga es una contracción
isométrica seguida de una contracción isotónica.
TRABAJO MÁXIMO DEL MÚSCULO
ESTRIADO
TRABAJO MÁXIMO DEL MÚSCULO
ESTRIADO
• El cambio de longitud del músculo es
L  

Lm
T

 Lm  Lm 1 
Tm
 Tm 
• El trabajo muscular es
W  TL  TL m (1 
T
)
Tm
• El trabajo máximo se obtiene derivando W con respecto
a T e igualando a cero el resultado.
Wmax
1
 Tm L m
4
COMPRESIÓN NORMAL EJERCIDA POR
UN ESFINTER
Músculos circulares:
• Esfínteres (ano, uretra, iris)
• Orbiculares (labios y párpados)
• Están constituidos por fibras circulares y radiales
COMPRESIÓN NORMAL EJERCIDA POR
UN ESFINTER
• Trabajo de fibras circulares
• Trabajo de fibras radiales

W  ( P ds)(r - r0 )  P2 r(r - r0 )
Igualando los primeros miembros tenemos
POTENCIA DE UNA CONTRACCIÓN
MUSCULAR
• La energía de una contracción muscular es
ΔE = a ΔL + T ΔL (a = 0,035 J/cm3)
• La potencia total
P = (a + T) v
O sea, la potencia total es directamente proporcional a la
velocidad de la contracción
POTENCIA DE UNA CONTRACCIÓN
MUSCULAR
• La potencia total
P = (a + T) v
O sea, la potencia total es directamente proporcional a
la velocidad de la contracción
• Experimentalmente A. V. Hill (1949), comprobó que
la potencial muscular es función lineal de la tensión
P = b (Tmax – T)
POTENCIA DE UNA CONTRACCIÓN
MUSCULAR
POTENCIA DE UNA CONTRACCIÓN
MUSCULAR
• Igualando las expresiones anteriores
v (a + T) = b (Tmax – T)
de donde
(T + a) (v + b) = constante
que es la ecuación fundamental de la contracción
muscular
LA CARRERA
MODELO DE J.B. KELLER:
La cantidad de trabajo realizado por las piernas es W = Fd = ½ mv2
Hipótesis:
1. El corredor ejerce una fuerza F que varía con el tiempo pero no
supera una fuerza máxima Fmax.
2. La fuerza disipativa que se opone al movimiento es FD = cv.
3. El corredor dispone de una reserva de energía Eo, que una vez
agotada la velocidad viene limitada por el ritmo σ con que los
procesos metabólicos proporcionan energía.
4. El problema consiste en determinar la fuerza F que el corredor
debe ejercer para correr una determinada carrera tan rápido
como sea posible.
5. Los parámetros de este modelo Fmax, c, Eo y σ se escogen
comparando los tiempos calculados con las marcas mundiales.
CONSTANTES DEL MODELO DE J.B. KELLER
PARA LA CARRERA DE UN ATLETA DE 80 Kg
Fuerza máxima
Fmax = 976 N
Coeficiente de fuerza disipativa
c = 89,7 N-s/m
Energía metabólica almacenada
Eo = 193 000 J
Rítmo de conversión de energía
metabólica
σ = 3330 W
CONSERVACIÓN DE LA ENERGÍA:
SALTO
mgho + ½ mvo2 = mgh + ½ mv2
CONSERVACIÓN DE LA ENERGÍA:
SALTO
mgho + ½ mvo2 = mgh + ½ mv2
CONSERVACIÓN DE LA ENERGÍA:
SALTO
mgho + ½ mvo2 = mgh + ½ mv2
BALANCEO GIGANTE
mgho + 1/2mvo2 = mg h + ½ mv2
IMPULSO Y CANTIDAD DE MOVIMIENTO
Impulso = cambio de cantidad de movimiento
FΔt = mv - mvo
m1v1+m2v2=m1u1+m2u2
BALISTO CARDIÓGRAFO
• Instrumento diseñado para evaluar la acción mecánica
de bombeo del corazón y se basa en las leyes del
movimiento de Newton.
v
ms
vs
m  ms
SALTO DE TRAMPOLÍN
Rotación y traslación
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DEPARTAMENTO ACADÉMICO DE FÍSICA
ELASTICIDAD DE TEJIDOS
BIOLÓGICOS
Prof. Dr. Elvar Quezada Castillo
ELASTICIDAD
Ley de Hooke
CLASES DE ELASTICIDAD
1. Elasticidad por tracción
2. Elasticidad por compresión
CURVA ESFUERZO/DEFORMACIÓN
CLASES DE ELASTICIDAD
3. Elasticidad por flexión
CLASES DE ELASTICIDAD
4. Cizallamiento
5. Torsión
ELASTÓMEROS
• Son materiales como la goma o
caucho que pueden estirase
hasta el doble de su longitud
inicial o más sin llegar al límite
de rotura, volviéndose a su
forma inicial al dejar de actuar
la fuerza que lo deformó.
• Se componen de moléculas de
largas cadenas, como por
ejemplo, la molécula lineal de
polietileno CH3-(CH2)n-CH3
donde n puede valer entre 100 y
1000
ELASTÓMEROS
Cadena reticular de
elastómero
Esfuerzo/deformación
SÓLIDOS BIO-VISCOELÁSTICOS
•
Los sólidos son materiales que dan forma a los organismos
vivientes. Algunos biosólidos son más elásticos que otros.
• Entre los materiales más elásticos del reino animal
tenemos:
- Colágeno (proteína fibrosa e insoluble)
- Elastina (semejante al colágeno y constituyente principal
de fibras elásticas).
- Resilina (proteína elástica encontrada en los artrópodos)
- Aductina (proteína encontrada en las charnelas de las
conchas marinas)
SÓLIDOS BIO-VISCOELÁSTICOS
Curva esfuerzo/deformación
de elastina
La aductina se encuentra en las
Conchas marinas
ELASTICIDAD DEL COLÁGENO
• Elemento básico de tejidos duros y blandos.
• Principal constituyente de vasos sanguíneos, piel,
tendones, córnea, esclerótica, huesos, aponeurosis,
duramadre, útero, etc.
Esfuerzo/deformación
(tendón)
Histéresis
Relajación
ELASTICIDAD DE LOS VASOS
SANGUÍNEOS
EXPERIMENTO DE MAREY
ELASTICIDAD DE LOS VASOS
SANGUÍNEOS
LEY DE LAPLACE
T
P
r
ELASTICIDAD DE LOS VASOS
SANGUÍNEOS
• La presión P4 se llama
presión crítica de cierre.
T
P2
P1
• Por debajo de P4 el vaso
se ocluye.
P3
• A la presión P1 el vaso
estalla.
• A las presiones P2 y P3
el sistema regula la
presión sanguínea.
P4
P5
Q
r
ELASTICIDAD DE LOS MÚSCULOS
• Para longitudes comprendidas entre 0,7 y 1,25 de Lo la
curva es una exponencial
F = A exp (L/cLo)
• A partir de 1,25 de Lo la gráfica se desvía hacia arriba
debido a la participación del tejido conectivo.
MODELO VISCOELÁSTICO DEL
MÚSCULO
ELASTICIDAD DE LA MEMBRANA
PERIODONTAL (MPD)
• El modelo clásico de Synge supone:
• Que la MPD es homogénea, isotrópica
e incomprensible y que la rigidez de
los dientes y el alvéolo es infinita.
• Los puntos de máxima y mínima
presión estarían ubicados sobre un
círculo cuyo centro coincide con el
centro de rotación del diente.
• Los puntos de máxima y mínima
presión dependen de la traslación o
rotación del diente.
ELASTICIDAD DE LA VEJIGA
ELASTICIDAD PULMONAR
Compliancia:
ΔV
C
ΔP
ELASTICIDAD DE LOS HUESOS
CURVA ESFUERZO/DEFORMACIÓN
DE LOS HUESOS
ELASTICIDAD DE LA MANDÍBULA
SECCIÓN ANULAR DE LA MANDÍBULA
•En dirección radial: 10,8 Mpa.
•En dirección circunferencial: 13,3 Mpa.
•En dirección axial: 19,4 Mpa.
HUESO ALVEOLAR
GRACIAS POR SU ATENCIÓN