biofisica 1º semana
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Biofísica
especial
Biofísica
especial
Rossana bosco b.
2009
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“La biofísica es esa rama del conocimientoque aplica los principios de la física, la
química, los métodos de análisis matemático
y de modelaje por computadoras paracomprender cómo funcionan los sistemas
biológicos”.
Biophysical Society, 2008
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Ultrasonidos enUltrasonidos enMedicinaMedicina
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Sonido:Sonido: Energía vibratoria que seEnergía vibratoria que se
propaga a través de un medio propaga a través de un medio
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ONDA TRANSVERSAL
Las partículas vibran perpendicularmente a la
dirección de propagación de la onda.
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ONDA LONGITUDINAL
Las partículas vibran paralelamente a la
dirección de propagación de la onda
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Características de las ondasCaracterísticas de las ondas
F= ciclos . s-1 (Hertz)
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Los líquidos y gases soportan ondaslongitudinales, mientras que los
sólidos toleran otras formas devibración además de laslongitudinales.
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Efecto piezoeléctrico directo
Efecto piezoeléctrico inverso
Generación del ultrasonido
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Transductor
Es un dispositivo que transforma un tipo de energía en otra.
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Z = p C
El valor obtenido al multiplicar la densidad del medio por la velocidadde propagación se conoce como IMPEDANCIA ACUSTICA (Z)
Donde:Z = Impedancia Acústica (Rayls)p = densidad (Kg/m3)C = Velocidad de propagación del sonido
Cuando se propaga el haz ultrasónico a través de los tejidos y encuentradiferencias de IMPEDANCIA ACUSTICA se produce una INTERFASE
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ECO (REFLEXIÓN)
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Modalidades de emisión ultrasónica
•Continua
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•Pulsada
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Características físicas del ultrasonido
a) Frecuencia: Terapia: 1-3 MHz
Diagnóstico: 1-20 MHz
A mayor frecuencia,A mayor frecuencia,menor penetración ymenor penetración ymejor resolución.mejor resolución.
A menor frecuencia,A menor frecuencia,mejor penetración ymejor penetración ymenor resolución.menor resolución.
Λ = Velocidad de propagación de la onda
F
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b) Intensidad (Potencia):
La OMS limita la intensidad en usos terapéuticos (emisióncontinua) a un máximo de 3 W.cm-2.
En diagnóstico: 1-10mW.cm-2.
Intensidad= potencia (mW)área (cm2)
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c) Atenuación:
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A medida que viaja por lo tejidos, el ultrasonido esatenuado por varios mecanismos:
Absorción
Reflexión
Refracción
Dispersión
Absorción:
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Absorción:
Es la pérdida de energía mecánica por conversión a calor que seproduce en los materiales. Depende de:
la distancia recorrida por la onda,la viscosidad del tejido yel cuadrado de la frecuencia de la onda.
En los tejidos densos y compactos (hueso) la absorción es más importante.
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Reflexión
Refracción
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Divergencia
P ió d l US
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Propagación del US
• Pobre o nula en el AIRE
• Buena en LÍQUIDOS y SÓLIDOS
Ve lo c i dad de p ropagac i ón de l u l t r a son i do en d i f e r en t e s ma te r i a l e s
MEDIOV (m/s)
Hueso 3.500
Músculo estr iado 1.580
Corazón 1.575
Plasma 1.570
Hígado 1.550
Cerebro 1.545
Vaso sanguíneo 1.530
Piel 1.519
LCR 1.510
Grasa profunda 1.450
Agua (20 ºC) 1.492
Grasa subcutánea 1.215
Pulmón 650Aire (20 ºC) 343
aprox. 1500m/s
M i d ió d l US
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Mecanismo de acción del US
Energía ultrasónica
Acción térmica(calor)
Acción mecánica(micromasaje)
Acción química(>difusión)
EFECTOS BIOLÓGICOS DEL US
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EFECTOS BIOLÓGICOS DEL US
Vasodilatación de la zona con hiperemia y aumento del flujo
sanguíneo.
Incremento del metabolismo local , con estimulación de las
funciones celulares y de la capacidad de regeneración tisular.
Incremento de la flexibilidad de los tejidos ricos en colágeno,con disminución de la rigidez articular y de la contractura.
Efecto antiálgico y espasmolítico.
Reparación tisular
Ca++ intracelular permeabilidad de piel y membrana celular
degranulación de mastocitos
liberación de histamina y la respuesta de macrófagossíntesis rotéica or los fibroblastos
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Aplicaciones del US en medicina
• Terapia: Dolores artrósicos, mialgias, distensiones,tendopatías, espasmos musculares, cicatricesretráctiles, liberación de adherencias.
Sonoforesis (anestésicos, antiinflamatorios)
•Diagnóstico:
Ecografía
Doppler
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Efecto Doppler
C. Doppler (1805- 1853)
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“Efecto Doppler"
Fenómeno físico, por el cual la frecuencia de la onda ultrasónica, que encuentra
un objeto en movimiento, genera una onda con una variación de frecuencia
directamente proporcional a la velocidad del objeto que se mueve.
En el caso de la aplicación clínica del Doppler, el objeto al cual se le analiza la
velocidad de movimiento está representado por los hematíes.
DF = 2 V . Fi . cos (α)
C
DF : Diferencia de frecuencia entre la onda incidente (Fi) y la reflejada (Fr)
V: Velocidad del objeto explorado.
Fi: Frecuencia de la onda incidente.
cos α: Coseno del ángulo formado entre la dirección del haz ultrasónico y el eje del vaso
explorado.C: Constante de la velocidad de propagación del haz ultrasónico (1.540m/seg)
C. Doppler (1805 1853)
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Contraindicaciones :
Inflamaciones agudas de cavidades cerradas (apendicitis)
Los ultrasonidos continuos no deben utilizarse en el período
agudo de los traumatismos musculosqueléticos
Marcapasos
Laminectomía
Insuficiencia vascular Tumores
Globo ocular
Útero gestante
Precauciones:
Epífisis en crecimiento
Pacientes con implantes metálicos
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"Hay que hacer las cosas ordinarias, con un amor extraordinario."Madre Teresa de Calcuta
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BIOFÍSICA DE LA VISIÓN
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El proceso visual es un fenómeno hibrido de física y bioquímica
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Cámara Estenopéica
Índice de refracción
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Índice de refracción
Es una medida que determina la reducción de la velocidad de la luz alpropagarse por un medio.
IR = Velocidad de la luz en el vacío (300Km.s-1)Velocidad de la luz en otro medio
Punto focal
Ojo reducido = 59 dioptrias
C i t li 20 di t í ( d lt )
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Acomodación positiva Acomodación negativa
(cristalino relajado)
Cristalino: 20 dioptrías (adulto)34 dioptrías (niños)
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Punto focal
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Miopía
Hipermetropía
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Biofísica de la audición
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P= F/A
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P= F/A
A
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Onda viajera
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El h i l h t di i fi i ló i
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El ser humano es un animal homeotermo que en condiciones fisiológicasnormales mantiene una temperatura corporal constante y dentro de unos
límites muy estrechos, entre 36,6 +/- 0,38ºC, a pesar de las ampliasoscilaciones de la temperatura ambiental.
Regulación de la temperatura
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g p
Regulación
Producción
(Termogénesis)
Pérdida
(Termolisis)
Metabolismo basal
(hormonas tiroideas)
ATPasas
SN simpático
(grasa parda)
Escalofríos
Ingesta alimenticia
OvulaciónActividad muscular
RadiaciónConvección
Conducción
Evaporación
CALOR
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Radiación
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Radiación
Mecanismo de termolisis más importante
(50% de la pérdida total de calor)
Infrarrojo
Convección
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Convección
15% de la pérdida
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C d ió
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Conducción
5% de la pérdida
E ió
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Evaporación
30% de las pérdidas
Por cada gramo de agua evaporado se pierden 0,6 calorías
• Pérdidas insensibles (piel y pulmones):
12-16 cal/hr
• Sudoración :
A > humedad del medio ambiente < cantidad de calor
podrá ser eliminada
Orina y heces
1% de las pérdidas
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Calor Neutro Frío
Temperatura rectal >43ºC MUERTE