Biofísica en ciencias de la salud, currículo con resultados de aprend by dante

UNIVERSIDAD CENTRAL DEL ECUADOR FACULTAD DE CIENCIAS MÉDICAS CARRERA DE MEDICINA

BIOFÍSICA EN CIENCIAS DE LA SALUD CURRICULO CON RESULTADOS DE APRENDIZAJE Módulo de mediación presencial del aprendizaje con enfoque constructivista en la Carrera de Medicina Es un documento curricular elaborado de manera estricta solo para fines didácticos en la Educación Superior

Marcia Leonor Zapata Mora

QUITO – ECUADOR 2015

BIOFÍSICA EN CIENCIAS DE LA SALUD CURRICULO CON RESULTADOS DE APRENDIZAJE

Módulo de mediación presencial del aprendizaje con enfoque constructivista en la Carrera de Medicina

Es un documento curricular elaborado de manera estricta solo para fines didácticos en la Educación Superior

MARCIA ZAPATA MORA Doctora en Ciencias de la Educación y Magíster en Docencia Universitaria. Profesora de Biofísica en la Facultad de Ciencias Médicas de la Universidad Central del Ecuador

ÍNDICE GENERAL PRESENTACIÓN……………………………………………………….. 1 INTRODUCCIÓN………………………………………………………… 7 SYLLABUS DEL PROGRAMA DE BIOFÍSICA …………………… 10   

Competencia General del Programa de Biofísica Objetivo General del Programa de Biofísica Unidades de Competencia del Programa de Biofísica

UNIDAD DE COMPETENCIA 1: BIOMECÁNICA…………………. 11 

Unidad de Competencia



Objetivo de la Unidad de Competencia

Elemento de Competencia 1 ………………………………………… 11    

Actividades de Aprendizaje Contenido Científico Producto Acreditable del Aprendizaje Evaluación -acreditación del elemento de competencia.

Elemento de Competencia 2 …………………………………………. 12    

Actividades de Aprendizaje Contenido Científico Producto Acreditable del Aprendizaje Evaluación -acreditación del elemento de competencia.

Elemento de Competencia 3 ………………………………………… 12    

Actividades de Aprendizaje Contenido Científico Producto Acreditable del Aprendizaje Evaluación -acreditación del elemento de competencia.

Elemento de Competencia 4 …………………………………………… 13  Actividades de Aprendizaje  Contenido Científico

 

Producto Acreditable del Aprendizaje Evaluación -acreditación del elemento de competencia.

Resultados de Aprendizaje de Unidad de Competencia 1………… 14 Producto Acreditable INFORMACIÓN CIENTÍFICA DE BIOMECÁNICA ............................. 15 Movimiento…………………………………………………………………….15 Clasificación de fuerzas ……………………………………………………..17 Fuerza de Gravitación Universal …………………………………………. 17 Fuerzas Eléctricas…………………………………………………………….18 Fuerzas Magnéticas…………………………………………………………..20 Fuerzas Electromagnéticas…………………………………………………..20 Fuerzas Nucleares del Átomo………………………………………………. 21 Ley de Coulomb……………………………………………………………… 22 Efectos de las fuerzas en el organismo……………………………………. 23 Palancas………………………………………………………………………. 24 Fuerzas de Fricción ………………………………………………………… 31 Balistograma………………………………………………………………… . 36 UNIDAD DE COMPETENCIA 2: BIOENERGÉTICA …………………  

Unidad de Competencia Objetivo de la Unidad de Competencia

Elemento de Competencia 1 …………………………………………    

Actividades de Aprendizaje Contenido Científico Producto Acreditable del Aprendizaje Evaluación -acreditación del elemento de competencia.

Elemento de Competencia 2 ……………………………………………… 41    

Actividades de Aprendizaje Contenido Científico Producto Acreditable del Aprendizaje Evaluación -acreditación del elemento de competencia.

. Elemento de Competencia 3 ……………………………………………… 42   

Actividades de Aprendizaje Contenido Científico Producto Acreditable del Aprendizaje



Evaluación -acreditación del elemento de competencia.

Elemento de Competencia 4 ………………………………………….. 42    

Actividades de Aprendizaje Contenido Científico Producto Acreditable del Aprendizaje Evaluación -acreditación del elemento de competencia.

Elemento de Competencia 5 ………………………………………….. 42    

Actividades de Aprendizaje Contenido Científico Producto Acreditable del Aprendizaje Evaluación -acreditación del elemento de competencia.

Elemento de Competencia 6 ………………………………………….. 42    

Actividades de Aprendizaje Contenido Científico Producto Acreditable del Aprendizaje Evaluación -acreditación del elemento de competencia.

Resultados de Aprendizaje de Unidad de Competencia 2……….

Producto Acreditable INFORMACIÓN CIENTÍFICA DE BIOENERGÉTICA........................... 44 Generalidades……………………………………………………………. 44 Sistema…………………………………………………………………… 47 Transformaciones en los sistemas……………………………………… 47 Metabolismo……………………………………………………………… 49 Principios de la termodinámica biológica……………………………… 53 Primer Principio de la Entalpía ………………………………………… 53 Segundo Principio de la Entropía ……………………………………… 57 Energía Libre ……………………………………………………………… 58 Energía Libre de Activación ……………………………………………… 60 Velocidad de una Reacción ……………………………………………… 61 Potencial de Transferencia de un Grupo Químico……………………… 64 Reacciones Acopladas……………………………………………………… 65 Modelo de Ajuste Inducido ………………………………………………… 68 Tercer Principio Orden y Desorden…………………………………………70 UNIDAD DE COMPETENCIA 3: SISTEMA MUSCULAR………………. 72 

Unidad de Competencia



Objetivo de la Unidad de Competencia

Elemento de Competencia 1 …………………………………………… 72  Actividades de Aprendizaje  Contenido Científico  Producto Acreditable del Aprendizaje  Evaluación -acreditación del elemento de competencia. Elemento de Competencia 2 ……………………………………………    

Actividades de Aprendizaje Contenido Científico Producto Acreditable del Aprendizaje Evaluación -acreditación del elemento de competencia.

Elemento de Competencia 3 ……………………………………………… 73  Actividades de Aprendizaje  Contenido Científico  Producto Acreditable del Aprendizaje  Evaluación -acreditación del elemento de competencia. Elemento de Competencia 4 ……………………………………………73  Actividades de Aprendizaje  Contenido Científico  Producto Acreditable del Aprendizaje  Evaluación -acreditación del elemento de competencia. Elemento de Competencia 5 ………………………………………………73  Actividades de Aprendizaje  Contenido Científico  Producto Acreditable del Aprendizaje  Evaluación -acreditación del elemento de competencia. Elemento de Competencia 6 ……………………………………………… 73  Actividades de Aprendizaje  Contenido Científico  Producto Acreditable del Aprendizaje  Evaluación -acreditación del elemento de competencia. Resultados de Aprendizaje de Unidad de Competencia 3………… 73

Producto Acreditable. INFORMACIÓN CIENTÍFICA DE SISTEMA MUSCULAR..................... 74 Generalidades……………………………………………………………… 74 La Contracción Muscular…………………………………………………….76. Sistemas que intervienen en la contracción……………………………….78 Papel de los cationes ca y Mg en la formación de los puentes……….. 80 Fenómenos térmicos que acompañan a la Contracción ………………. 80 Elasticidad Muscular…………………………………………………………. 82 Rendimiento Muscular……………………………………………………… 83 UNIDAD DE COMPETENCIA 4: HEMODINÁMICA……………………  

Unidad de Competencia Objetivo de la Unidad de Competencia

Elemento de Competencia 1……………………………………………… 84  Actividades de Aprendizaje  Contenido Científico  Producto Acreditable del Aprendizaje  Evaluación -acreditación del elemento de competencia. Elemento de Competencia 2 …………………………………………… 84  Actividades de Aprendizaje  Contenido Científico  Producto Acreditable del Aprendizaje  Evaluación -acreditación del elemento de competencia. Elemento de Competencia 3 ………………………………………………84    

Actividades de Aprendizaje Contenido Científico Producto Acreditable del Aprendizaje Evaluación -acreditación del elemento de competencia.

Elemento de Competencia 4 ………………………………………………85  Actividades de Aprendizaje  Contenido Científico  Producto Acreditable del Aprendizaje  Evaluación -acreditación del elemento de competencia. Elemento de Competencia 5 ………………………………………………85  Actividades de Aprendizaje  Contenido Científico

 

Producto Acreditable del Aprendizaje Evaluación -acreditación del elemento de competencia.

Elemento de Competencia 6 ………………………………………………85  Actividades de Aprendizaje  Contenido Científico  Producto Acreditable del Aprendizaje  Evaluación -acreditación del elemento de competencia. Elemento de Competencia 7 ……………………………………………… 85  Actividades de Aprendizaje  Contenido Científico  Producto Acreditable del Aprendizaje  Evaluación -acreditación del elemento de competencia. Resultados de Aprendizaje de Unidad de Competencia 4………… 86 Producto Acreditable INFORMACIÓN CIENTÍFICA DE HEMODINÁMICA …………………. 87 Generalidades……………………………………………………………… 87 Flujo o Caudal sanguíneo………………………………………………… 94 Viscosidad…………………………………………………………………… 95 Ley de Poisseuille…………………………………………………………….97 Ley de Reynolds………………………………………………………… 103. Leyes de la Circulación………………………………………………… 107 Presión Transmural ………………………………………………………… 109 UNIDAD DE COMPETENCIA 5: SISTEMA RESPIRATORIO …………112  

Unidad de Competencia Objetivo de la Unidad de Competencia

Elemento de Competencia 1 …………………………………………… 112  Actividades de Aprendizaje  Contenido Científico  Producto Acreditable del Aprendizaje  Evaluación -acreditación del elemento de competencia. Elemento de Competencia 2 …………………………………………… 112  Actividades de Aprendizaje  Contenido Científico  Producto Acreditable del Aprendizaje  Evaluación -acreditación del elemento de competencia.

Elemento de Competencia 3 ……………………………………………112  Actividades de Aprendizaje  Contenido Científico  Producto Acreditable del Aprendizaje  Evaluación -acreditación del elemento de competencia. Elemento de Competencia 4 …………………………………………… 113    

Actividades de Aprendizaje Contenido Científico Producto Acreditable del Aprendizaje Evaluación -acreditación del elemento de competencia.

Elemento de Competencia 5 …………………………………………… 113  Actividades de Aprendizaje  Contenido Científico  Producto Acreditable del Aprendizaje  Evaluación -acreditación del elemento de competencia. Resultados de Aprendizaje de Unidad de Competencia 5………

113

Producto Acreditable INFORMACIÓN CIENTÍFICA DE SISTEMA RESPIRATORIO ……. 114 Generalidades ………………………………………………………………114 Respiración Externa ………………………………………………………..115 Inspiración ………………………………………………………………….. 117 Espiración ……………………………………………………………………118 Variaciones de las Presiones en el Sistema Respiratorio …...…………118 Título de un Gas ……………………………………………………………. 118 Presión Parcial de un Gas……………………………………………… . 118 Presión de Vapor ……………………………………………………………119 Procesos Físicos – Químicos …………………………………………… 120 Ley de Graham …………………………………………………………… 121 Ley de Exner ……………………………………………………………… 122 Transporte de Gases …………………………………………………… 122 Respiración Celular ……………………………………………………… 124 Descompresión Explosiva ……………………………………………… 124 Bibliografía ……………………………………………………….……… 127 Anexo 1: Instructivo para el análisis proposicional ……………….

129

Ejemplo de análisis proposicional………………………………….

130

Ejemplo de un organizador gráfico …………………………………….132 Anexo 2: resultados de aprendizaje de la unidad de competencia.elaborar un ensayo científico …………………………………………… 133

PRESENTACIÓN

La situación histórica y social del mundo globalizado en que vivimos, se concreta en la sociedad del conocimiento, cuyas características, sin precedentes en la historia de la humanidad, constituyen la base subyacente del crecimiento y desarrollo de todos los pueblos civilizados del mundo. La dinámica de estas características tiene como epicentro el desarrollo

exponencial

las

tecnologías

información

comunicación, mismo que está ocasionando cambios vertiginosos y turbulentos en las estructuras más significativas de la sociedad, consecuentemente en las estructuras más significativas de la educación, en todos sus niveles y modalidades. En este contexto, el conocimiento de las TIC,

constituye hoy la

herramienta más poderosa para la producción y el perfeccionamiento del conocimiento y la cultura; es por lo tanto, un recurso indispensable para las actividades de mediación del aprendizaje en los sistemas educativos. Sin embargo, su racionalizada utilización necesita de una organización, planificación y metodologías adecuadas, a fin de evitar usos indebidos y lograr la pertinencia necesaria de sus contenidos, para alcanzar el cumplimiento de los objetivos sociales y educativos deseados. En la Educación Superior, la utilización de dichas tecnologías resulta compatible con la planificación curricular de las asignaturas por módulos, como medio eficiente para lograr efectividad en los sistemas de enseñanza-aprendizaje. Estas dos tecnologías, si se puede decir, en una simbiosis, permiten concretar y consolidar la idea de que cada nivel educativo no solo es complementario del anterior, sino tributario de los subsiguientes en el proceso de formación del ser humano en general y de la

formación

profesional,

particular.

¡Los

ciudadanos

los

profesionales de excelencia se forman a partir del jardín de infantes! Se evidencia además, en esta sociedad del conocimiento, la presencia de escenarios de competitividad e incertidumbre en todos los campos de la actividad humana. Esta realidad, consecuentemente,

demanda desempeños ciudadanos y profesionales de excelencia y, es más, con capacidades de adaptabilidad permanente a las circunstancias cambiantes y evolutivas de la vida y el trabajo. En la Carrera de Medicina y otras profesiones relacionadas con la naturaleza de los seres vivos, la Biofísica es una ciencia transdisciplinaria que traslada las leyes y principios de Física para fundamentar y explicar la base física del origen y transformaciones de los fenómenos biológicos que generan y mantienen la vida; lógicamente, con las consideraciones necesarias sobre la relación sustancial que tienen estos fenómenos con las influencias del medio natural y socio-cultural en los que se desenvuelve la existencia de los seres vivos. Se refiere, concretamente, a las situaciones de armonía y desarmonía, de homeostasis y entropía orgánica que se suceden en la dinámica biofísica de la vida; fenómenos en los que indudablemente intervienen como factores importantes las disposiciones internas de los sujetos y las influencias del medio. En este caso, la Biofísica, a más de su interrelación con otras ciencias importantes vinculadas con la vida, tiene también relación sustancial con la Filosofía que es el conocimiento racional que va abriendo perspectivas y horizontes ontológicos, epistemológicos, axiológicos y teleológicos en la búsqueda de mayores significados para la salud y la vida. Concretamente esta ciencia, en la Carrera de Medicina, se propone explicar a través de los principios y leyes de la Física, la relación sustancial entre las manifestaciones vitales con los procesos físicos, fisiológicos de los órganos del cuerpo humano; para ello, transfiere las leyes y principios de la Física al campo de la Biología para explicar, describir y comprender los procesos biológicos que generan y mantienen la vida. Es necesario además manifestar que la Biofísica es una ciencia relativamente nueva,

en proceso de formación y consolidación, que

demanda de investigaciones científicas aplicadas y de contextualización, que proporcionen cada vez mayores conocimientos y experiencias para

describir y explicar con mayor profundidad científica la dinámica de esas estructuras físico-biológicas que sustentan la vida. Este módulo didáctico de enfoque constructivista, denominado “Talleres Pedagógicos de Biofísica”, tiene las características de un instrumento curricular que preside, con apoyo de las TIC, los procesos de mediación del aprendizaje, dirigidos a la adquisición y desarrollo de competencias genéricas y profesionales específicas de la asignatura, inherentes a las Carreras de Medicina y Odontología, entre otras. Su metodología permite superar el aprendizaje como simple reproducción acumulativa de conocimientos disciplinares pre-elaborados, preestablecidos,

constituyéndose,

más bien,

conjunto

estrategias activas e inter-actuantes de aprendizaje constructivistas, por resultados en términos de competencias, bajo principios de la Teoría Crítica de la Educación y Socio-constructivista del Aprendizaje – cabe recordar que la epistemología de la Teoría Crítica de la Sociedad y de la Educación es el constructivismo -, como dos ciencias de la educación que se dan la mano para construirse y consolidarse en sus teorías y principios, que actualmente están fundamentando a los currícula de la educación en todos sus niveles y modalidades. Cabe destacar, por lo tanto, que la metodología modular de enseñanza-aprendizaje asimila los principios científicos de la Teoría del Aprendizaje Socio-reconstruccionista, Histórico-cultural de Vygotski, de los paradigmas científicos cuanti-cualitativos de investigación y evaluación de los aprendizajes y de las estrategias didácticas que le son afines. Son teorías psicopedagógicas que plantean situaciones de aprendizaje en las que las y los estudiantes se convierten en constructores de sus propios conocimientos y experiencias. El currículo modular permite articular los procesos de enseñanzaaprendizaje del aula, con las instancias de ciencia y tecnología, la investigación científica de laboratorio y de campo, la extensión universitaria y las acciones de desarrollo de la cultura. Además, facilita la integración conciliatoria de los modelos curriculares centrados sólo en los

contenidos disciplinares (currículo tradicional), sólo en las actividades o resultados de aprendizaje (currículo tecnológico-instrumental), que por sí solos no han dado solución a los problemas, y del currículo reconceptualista vigente que propicia la reflexión crítica para adecuar sus elementos básicos y más componentes para atender las necesidades educativas de las comunidades y grupos sociales en los que se aplica. Facilita además la coordinación de las clases teóricas con las clases prácticas, las investigaciones de campo, experimentos, seminarios, tutorías y visitas, como acciones de enseñanza-aprendizaje, indisociables en la educación superior. En todos estos procesos está subyacente el supuesto científico de… “las facultades psíquicas superiores se generan en la actividad del sujeto que aprende” (Vygotski, 1989, pp. 144-146), esto es, en sus actividades de aprendizaje de apropiación e interiorización de conocimientos, aptitudes

actitudes,

mediante

procesos

construcción

reconstrucción, a partir de sus conocimientos previos. Para el efecto, en estos procesos de aprendizaje se tiene muy en cuenta la teoría Vygotskiana denominada Zona de Desarrollo Próximo (ZDP), como estrategia para avanzar a niveles más altos de potencial de aprendizaje, tendientes a la formación de capacidades para el aprendizaje autónomo, muy necesarias para los trabajos académicos de las y los estudiantes y, a futuro, para los desempeños científicos, técnicos y sociales de la vida profesional. En

estos

Módulos

Alternativos

Enseñanza

…

enfoque

constructivista del aprendizaje (OSES, Sonia y CARRASCO, Laura (2013), no se excluye los planteamiento de Benjamín Bloom (1977; p: 24) que asigna la estructura de sistema a la enseñanza-aprendizaje, en el que identifica tres elementos importantes que necesariamente deben ser cumplidos si se quiere tener éxito: los input o entradas, throughpud o procesos y output o salidas; esto es, los conocimientos previos y otros recursos como insumos indispensables para el aprendizaje; las actividades de aprendizaje que realizarán las y los estudiantes para

aprender y los resultados de aprendizaje en términos de capacidades o competencias. Procesos

didácticos

para

aprendizaje

significativo

conocimientos, comprensiones, aptitudes y actitudes, a partir de los textos básicos de los módulos, son la investigación, con los necesarios procedimientos de la lectura científica, el análisis proposicional y categorial de textos de reconocido valor, la aplicación de organizadores gráficos de ideas, la elaboración de textos científicos cortos, ensayos, artículos científicos, informes y monografías inherentes a los temas de estudio. Para abordar este tipo de trabajo académico es necesario tener a nivel de dominio las operaciones intelectuales de lectura comprensiva. Según DE ZUBIRÍA, Miguel (1996), éstas son la decodificación primaria, secundaria y terciaria de textos literarios y científicos entre otros. (pp. 932013). En este caso, para el aprendizaje mediante módulos, el primer paso fundamental es disponer del texto seleccionado y debidamente actualizado para proceder a la identificación de los pensamientos expresados

proposiciones;

luego,

entre

ellas

identificar

las

proposiciones principales, observar sus relaciones (…) ”de causa-efecto, de antecedente consecuente, espaciales, de intensión-consecuencia” (Ibídem), en base a las que se establece la estructura semántica de los textos que se estudien. Al respecto, dicho autor manifiesta que: Con el solo hecho de acostumbrarse a extraer, párrafo por párrafo, los pensamientos o ideas principales se gana mucho en habilidad para descubrir macroproposiciones [proposiciones principales]. Cada profesor puede elegir la técnica que prefiera, pero siempre las ideas principales identificadas

durante

lectura

deben

transcribirse,

pasarse a papel. El hecho de escribirlas – y aconsejo, de numerarlas- facilita mucho las cosas.” (Ibídem, p. 233).

Actividades básicas de aprendizaje en este sistema, por lo tanto, son: la lectura científica individual previa de los textos, los talleres pedagógicos de producción de conocimientos, el aprendizaje por problemas, trabajos en micro grupos, asambleas, la investigación-acción y otras estrategias didácticas interactivas inherentes al desarrollo de la reflexión crítica, la creatividad, entre otras capacidades de la formación profesional. Los resultados de aprendizaje se evalúan a través de pruebas de base estructurada de fin de carrera en las respectivas profesiones, además de la evaluación formativa, continua y cuanti-cualitativa, mediante la observación de los procesos y productos de los aprendizajes realizados.

INTRODUCCIÓN

La Biofísica tiene el papel fundamental de explicar la causalidad física de los procesos vitales y su objetivo esencial es prever la naturaleza y calidad de los procesos físicobiológicos que dan lugar a preservar y mantener la salud y la vida.

El cuerpo humano es una estructura orgánica muy compleja, en cuyo funcionamiento se realizan situaciones de equilibrio y desequilibrio, armonía y desarmonía, homeostasis y entropía que dinamizan el desarrollo de la vida, generando consecuentemente ese sistema y estructura de complejidades bio-psico-sociales que caracterizan el devenir de la vida de los seres humanos.

En ese sistema, explicar científicamente la estructura y dinámica de las interrelaciones y transformaciones físico-vitales que ocurren en el devenir de la vida de los seres humanos desde cuando se forman en el vientre uterino hasta cuando nacen, crecen, se desarrollan y mueren es propósito de la Biofísica, como propedéutica de la Biología y de la Ciencias Médicas, entre otras ciencias importantes.

Por lo dicho, en cierto sentido, la Biofísica es una ciencia reduccionista en cuanto trata de explicar los fenómenos de la vida que es de suma complejidad biológica, psicológica y social, sólo a través de los principios y leyes de la Física.

Sin embargo, mediante estudios interdisciplinarios con otras ciencias, trata de superar esas limitaciones, su mera circunscripción a los procesos físicos internos del cuerpo humano, como generadores de la vida y su mantenimiento con sus respectivas manifestaciones de salud y de enfermedades.

La asignatura, debido a su complejidad, se lo ha dividido en varios módulos que comprenden los temas centrales de la Biofísica, con los que se fundamenta la comprensión en el aprendizaje de las diferentes biológicas, en especial de la Fisiología Humana. Además, se da a conocer los fenómenos físicos que se producen en el proceso vital y en la dinámica misma del cuerpo humano, lo que constituye una temática de gran interés para los estudiantes y profesionales de la Carrera de Medicina; es más, de quienes ejercen el rol de formadores de profesionales de la Medicina en las Universidades.

Al respecto, Pompa Alberto (2002), sostiene que esta ciencia compleja se encarga de … analizar las propiedades de estos organismos desde el nivel celular, destacando los fenómenos eléctricos que caracterizan la actividad de las células, así como las formas en que estas transportan diferentes sustancias a través de sus membranas. Se propone, además, explicar algunas propiedades de los fluidos tanto líquidos como gaseosos, sobre todo aquellas que desempeñan un papel importante en los organismos vivos tales como la tensión superficial, la viscosidad, la compresibilidad, etcétera. Por otra parte, describe las características de los sistemas fluyentes, particularmente del sistema circulatorio. (Ibidem, p. 7). Propósito fundamental de la Biofísica, también es identificar y comprender las leyes y principios de la Física en que se basa la estructura y el funcionamiento del instrumental médico utilizado en el ejercicio profesional.

ÁMBITO DE ESTUDIO DE LA BIOFÍSICA

Los campos de estudio de la Biofísica son: 

La Biomecánica que comprende el estudio de las fuerzas que intervienen en los sistemas vivos.



La Bioenergética que estudia los cambios de la energía en la estructura física de los seres vivos.



Sistema Muscular que comprende el estudio de los músculos lisos y la estructura del esqueleto y los factores que inciden en su dinámica vital y funcional.



La Hemodinámica que estudia el movimiento de la sangre a lo largo de la red circulatoria, atendiendo a las causas que lo producen.



Sistema Respiratorio, que comprende el estudio de la transferencia de gases entre la atmósfera y los seres vivos.

IMPORTANCIA DE LA BIOFÍSICA

La Biofísica es una ciencia aplicada, transdisciplinaria y propedéutica, relativamente nueva en proceso de formación y perfeccionamiento, que nace como necesidad fundamental de las ciencias biológicas para la explicación científica de los procesos físicos que se producen en los fenómenos biológicos de los seres vivos; por ello, tiene suma importancia en la formación de los profesionales de la Medicina, de la Veterinaria, Pecuaria y de la misma Biología. Sus conocimientos y metodologías van a instrumentar a estudiantes y docentes para comprender y fundamentar, con la debida claridad, los referidos procesos físicos de los fenómenos biológicos, que se están produciendo en los seres para generar y mantener la vida, sean estos humanos, animales o vegetales.

SYLLABUS DE LA ASIGNATURA DE BIOFÍSICA Competencia General del Programa de Biofísica

Una vez estudiada la materia de Biofísica, las y los estudiantes de la Carrera de Medicina, demostrarán ser competentes cuando:

Aplican las bases y fundamentos científicos de la dinámica física y biológica de los sistemas, aparatos y órganos del cuerpo humano y su relación con el medio ambiente en el que se desenvuelve, con flexibilidad científica, lógica, ética y espíritu crítico.

Objetivo General del Programa de Biofísica

Una vez realizados los aprendizajes de la asignatura de Biofísica, las y los estudiantes serán capaces de:

Aplicar las bases y fundamentos científicos de la dinámica física y biológica de los diferentes sistemas, aparatos y órganos del cuerpo humano y su relación con el medio ambiente en el que se desenvuelve, utilizando el método científico en la lectura comprensiva de textos convencionales y virtuales, consultas a expertos, prácticas de laboratorio, visitas de observación, estudios de casos, seminarios e investigaciones, con flexibilidad científica, lógica, ética criticidad.

UNIDADES DE COMPETENCIA Unidad 1: Biomecánica Unidad 2: Bioenergética Unidad 3: Sistema Muscular Unidad 4: Hemodinámica Unidad 5: Sistema Respiratorio 10

UNIDAD DE COMPETENCIA 1: BIOMECÁNICA

Una vez estudiada la materia de Biomecánica, las y los estudiantes de la Carrera de Medicina, demostrarán ser competentes cuando: Aplican los conocimientos de la Mecánica a la estática y dinámica del cuerpo humano, con flexibilidad científica, lógica, ética y espíritu crítico.

OBJETIVO DE LA UNIDAD DE COMPETENCIA Una vez estudiada la materia de Biomecánica, las y los estudiantes de la Carrera de Medicina, serán capaces de: Aplicar los conocimientos de la Mecánica a la estática y dinámica del cuerpo humano, mediante la observación simulada y natural de fenómenos, con aplicación de las TIC, lectura científica de textos convencionales

virtuales

seleccionados

formulación

proposiciones científicas del contenido, construcción de organizadores gráficos de ideas, ensayos científicos e informes de investigación, con flexibilidad científica, lógica, ética y espíritu crítico. Elemento de Competencia 1 Aplican los conocimientos de la Mecánica a la estática y dinámica del funcionamiento de las extremidades del cuerpo humano, con flexibilidad científica, lógica, ética y espíritu crítico.

Actividades de Aprendizaje a. Observar situaciones de locomoción natural y simulada del ser humano en el aula y fuera del aula e inferir conocimientos de biomecánica, como trabajo individual previo al trabajo grupal.

b. Analizar el fenómeno de la locomoción, mediante lectura científica de textos seleccionados de Biomecánica, como trabajo individual previo al trabajo grupal. c. Realizar

análisis

proposicional

categorial,

elaborar

organizadores gráficos del conocimiento, en trabajo de micro grupos. d. Discutir en asamblea de aula los productos grupales y realimentar el conocimiento compartido. e. Construir ensayos científicos a partir de las proposiciones científicas

los

organizadores

trabajo

individual

demostración del aprendizaje competencial, como resultado del proceso. Elemento de Competencia 2

Diferencia la

acción y efectos de fuerzas en el organismo, mediante

lectura científica de leyes de la Estática y Dinámica

Diferencia los tipos de palancas y su funcionamiento presentes en el cuerpo, mediante lectura científica de máquinas. Actividades de Aprendizaje a. Trabajo individual previo: análisis proposicional y categorial del tema: Estática y Dinámica. b. Trabajo en micro grupos para construir las proposiciones científicas en consenso grupal y elaboración de organizadores gráficos del conocimiento científico. c. Puesta en común de los productos grupales. Elemento de Competencia 3

Aplica el conocimiento de leyes de la Estática y Dinámica y tipos de palancas para identificar la acción y efectos de fuerzas en el organismo humano.

Actividades de Aprendizaje

a. Observación simulada y natural de movimientos del cuerpo humano en el grupo clase para explicitación de conocimientos previos y esquemas de partida. b. Trabajo individual previo al trabajo grupal: lectura comprensiva de textos con análisis proposicional y categorial del tema “Los tipos de palancas en el organismo humano”. Construcción y formulación de proposiciones científicas en consenso grupal y elaboración de organizadores gráficos de ideas. c.

Puesta en común, discusión y realimentación de los productos grupales.

d. Elaboración de ensayos científicos.

Elemento de Competencia 4

Analiza el movimiento del cuerpo como respuesta a las variaciones de inercia, mediante observación de casos y lectura científica de los principios de la Dinámica.

Actividades de Aprendizaje

a. Observación de casos en el aula mediante simulación de roles para establecer prerrequisitos. b. Trabajo individual previo al trabajo grupal: lectura comprensiva, análisis proposicional y categorial del tema: Leyes de Newton. c. Trabajo en micro grupos para construir proposiciones científicas en consenso y elaboración de organizadores gráficos de ideas. d. Puesta en común, discusión y realimentación de los productos grupales. e. Elaboración de ensayos científicos. 13

Resultados de aprendizaje de la unidad de competencia 1 Producto Acreditable:   

Inventario de las proposiciones científicas formuladas en consenso. Organizadores gráficos de las ideas científicas. Ensayo científico que describa las características, propiedades y principios de la Biomecánica y la explicación de sus relaciones e incidencias con los fenómenos biofísicos del cuerpo humano. El texto debe tener la estructura del ensayo científico y la forma textual de las normas APA, capaz de insertar en una obra científica de autores.

INFORMACIÓN CIENTÍFICA DE BIOMECÁNICA

La Biomecánica es el conjunto de conocimientos interdisciplinares generados a partir de la Mecánica. Hoy en día es posible aplicar con éxito, en los procesos que intervienen en la regulación de los sistemas, modelos matemáticos que permiten simular fenómenos muy complejos en potentes ordenadores. Movimiento En mecánica el movimiento es un fenómeno físico que se define como todo cambio de posición que experimentan los cuerpos de un sistema, o conjunto, en el espacio con respecto a ellos mismos o con arreglo a otro cuerpo que sirve de referencia. Todo cuerpo en movimiento describe una trayectoria.

La parte de la física que se encarga del estudio del movimiento sin estudiar sus causas es la cinemática. La parte de la física que se encarga del estudio de las causas del movimiento es la dinámica.

Estudia el movimiento en los seres vivos, atendiendo a sus causas y consecuencias; se presenta tanto en nivel macro como micro molecular. El movimiento es energía. El agua y los solutos se mueven a través de la membrana para suministrar energía a la célula y pueda cumplir con su trabajo; el tipo movimiento de los animales es muy variado se retuercen, nadan, reptan, caminan, corren, vuelan.

La locomoción puede ser el resultado de un lento deslizamiento de las células: Es el caso del movimiento ameboideo, que se produce gracias a la acción de un seudópodo o a la oscilación de los cilios (diminutas prolongaciones filiformes de la célula); la oscilación de los flagelos, que tienen igual estructura que los cilios pero mayor longitud da lugar al

desplazamiento. En la contracción muscular, el movimiento es el resultado de desplazamiento relativo de los filamentos de actina y misiona.

Las plantas también se mueven respondiendo a variaciones de presión osmótica y pueden orientar sus hojas hacia el sol, así como también “buscan” la luz (fototropismo).

El movimiento del citosol

(componente líquido del citoplasma en el que están suspendidos los organelos) suele acelerarse o desacelerarse con los cambios de la cantidad de energía luminosa.

En los animales superiores, el movimiento es el resultado de la acción conjunta de fuerzas generadas por los músculos que se transmiten hacia los tendones y más tarde a los huesos. La acción de las fuerzas da lugar a: movimiento, estabilidad, empuje, tracción y flujo.

Los seres vivos dependen de las fuerzas, ejemplo: hacen circular la sangre, permiten el flujo de aire hacia y desde los pulmones y propulsan la orina a lo largo del tubo colector.

Se requieren fuerzas para: la transposición de un tendón, una artrodesis (fusión de dos

huesos, anclando una articulación), una

osteotomía (Corte de un hueso) Una fuerza hace posible que una persona permanezca sentada, que un átomo o partícula ocupe un determinado lugar del organismo.

Los huesos contienen cristales de carbonato de calcio y de fosfato de calcio cuyos átomos forman un cristal sólo si las fuerzas eléctricas son los suficientemente grandes para atraparlos y mantenerlos en ese sitio.

Clasificación de las Fuerzas

La Fuerza de Gravitación Universal

Dos cuerpos se atraen con una fuerza que es proporcional a su masa e inversa con el cuadrado de la distancia que los separa. El peso es el resultado de la atracción entre la tierra y los objetos Otra consecuencia de la fuerza gravitacional, es la formación de venas varicosas, cuando la sangre retorna al corazón desde las extremidades inferiores, venciendo a la gravedad y el sistema de válvulas no funciona correctamente.

Fuente: http://www.thewildchildren.com/wp-content/uploads/2013/04/leyde-gravitación.jpg

La fuerza gravitacional ayuda a la conservación de los huesos, evitando la pérdida de sus minerales.

 Largos períodos de permanencia en reposo (convalecencia) modifican la interacción de las fuerzas en el organismo (pérdida ósea).  La falta de gravedad hace que los astronautas pierdan peso.  En el desarrollo de nuestras actividades, no sentimos la acción de las fuerzas gravitacionales porque son extremadamente pequeñas, si se comparan con los otros tipos de fuerzas.

Fuerzas Eléctricas

La materia tiene átomos con electrones negativos y núcleos positivos. Debido a esas cargas eléctricas, se atraen o repelen mutuamente con una fuerza que es proporcional al producto de esas cargas.

Fuente: https://www.google.com.ec/search?q=fuerzas+el%C3%A9ctricas&sourc e=lnms&tbm

Los huesos contienen átomos de carbonato de calcio y fosfato de calcio. Que forman un cristal sólo si las fuerzas eléctricas son lo suficientemente grandes para atraparlos y mantenerlos en el sitio mientras no cambien de valor. El ascensor, el teléfono, la calculadora, el electrocardiograma, etcétera, funcionan gracias a fuerzas eléctricas que resultan de la atracción y repulsión de las cargas eléctricas.

La electricidad es flujo de electrones, iones o de los dos a la vez y genera esas fuerzas, las fuerzas eléctricas son mucho más intensas que las gravitacionales. La fuerza eléctrica la sentimos, oímos y la sabemos en pequeñas cantidades sabe cómo ácido.

La fuerza eléctrica desarrollada entre el protón y el electrón de un átomo de hidrógeno es 1039 veces más grande que la fuerza de atracción gravitacional, la debida a sus masas. 1000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000.000 1000 sixtillones de veces más grande que la de atracción debida a esas masas.

Fuente:https://www.google.com.ec/search?q=fuerza+electrica+de+un+ atomo+de+hidrogeno

Fuerzas Magnéticas

La magnetita es un mineral que atrae a limaduras de hierro. Esta propiedad se denomina magnetismo. Los cuerpos que tienen magnetismo se denominan

imanes, las fuerzas con que se atraen se denominan

magnéticas y son consecuencia de las fuerzas eléctricas existentes en el interior de los imanes.

https://www.google.com.ec/search?q=fuerzas+magn%C3%A9ticas&so urce=lnms&tbm Fuerzas Electromagnéticas Se deben a la atracción o repulsión de fuerzas eléctricas y magnéticas, una fuerza magnética puede ser generada por cargas eléctricas en movimiento. Del mismo modo, una fuerza eléctrica puede ser generada por un campo magnético en movimiento.

Fuente:https://www.google.com.ec/search?q=fuerzas+electromagn%C 3%A9ticas&source

Fuerzas Nucleares del Átomo

Las cargas eléctricas del átomo generan dos clases de fuerzas que son muy grandes 

Fuerza nuclear fuerte



Fuerza nuclear débil

Las dos se utilizan en medicina nuclear

Fuerte Nuclear Fuerte

Es la responsable de la estabilidad del núcleo atómico, vence la repulsión generada por la carga positiva de los protones (p +), impide que los electrones (e-) sean atraídos por el núcleo.

Toda la carga positiva

del átomo se concentra en el núcleo,

mientras que la negativa se distribuye en las órbitas, el volumen del núcleo es la 1/100 000 parte del volumen atómico total; a pesar de que el volumen nuclear es muy pequeño, concentra la mayor cantidad de masa del átomo por lo que la densidad atómica es muy grande. Si el núcleo tuviese el tamaño de una canica, en proporción pesaría 34.000 toneladas.

Fuerza Nuclear Débil

Está involucrada en el decaimiento de los electrones (Radiación ß), por lo que se la considera como una fuerza de carácter eléctrico; hay que vencer la fuerza nuclear débil para que un electrón sea sacado de su órbita, la energía liberada por el decaimiento de los electrones da lugar a la emisión de Rx.

Fuente: https://www.google.com.ec/search?q=Fuerza+nuclear+fuert+e+y+d%C 3%A9bil

Ley de Coulomb “Partículas de igual carga se repelen; las de carga contraria, se atraen”

Los electrones no son atraídos por el núcleo porque: 

Su velocidad desarrolla una fuerza centrífuga que los aleja del núcleo.



La energía de ligazón, que es parte de la energía gravitacional, mantiene al electrón en su órbita.

Nuestro organismo es básicamente una máquina eléctrica: Si la célula está en reposo, entre sus caras hay una diferencia de potencial de 60 mV (milivoltios, < 0.1V); cuyo espesor de la membrana es igual a 0,0075=7 5A°. El potencial transmembrana, si el espesor de la membrana celular fuese igual a 1 centímetro, ese potencial equivaldría a 100. 000 voltios.

EFECTOS DE LA FUERZA EN EL ORGANISMO Cambio de Movimiento. Se producen de 3 maneras: 

Un cuerpo que está en reposo al aplicarle una fuerza se mueve



Un cuerpo que está en movimiento, al aplicar fuerza se detiene



Un cuerpo que está en movimiento con una cierta velocidad al aplicarle una fuerza puede aumentar disminuir su velocidad Las fuerzas que actúan en el organismo, determinan que el cuerpo

se encuentre: 

En equilibrio (Estática)



En movimiento (Dinámica)

Estática. Estudia los efectos de las fuerzas aplicadas a un cuerpo en equilibrio, la cual considera las estructuras en un estado inmóvil.

Un cuerpo en equilibrio también

se denomina estacionario, la

resultante de las fuerzas y momentos que actúan sobre un cuerpo en equilibrio es igual a cero. Los órganos internos se mantienen en su sitio porque se encuentran en equilibrio.

Primera Ley de Newton (Ley e Inercia). Esta ley postula que un cuerpo u objeto permanece en estado de reposo o de movimiento uniforme salvo que actúe sobre él algún otro cuerpo. Cuando el total de todas las fuerzas

que actúan sobre un cuerpo u objeto equivale a cero, entonces se dice que éste se halla en un estado de equilibrio. Dicho estado puede variar en aquellas circunstancias donde interviene la acción de una fuerza desequilibrada.

Fuente: https://www.google.com.ec/search?q=est%C3%A1tica+y+din%C3 %A1mica&source PALANCAS Las fuerzas “internas” producidas por el músculo

se transmiten a

través de los tendones y huesos, hacia el exterior, este proceso se produce gracias a la acción de sistemas de palancas. La palanca es una barra rígida que puede girar alrededor de un punto fijo (punto de apoyo o fulcro) ejerce una fuerza para levantar un peso

Fuente:https://www.google.com.ec/search?q=biofisica+palancas+del+ cuerpo+humano&source En una palanca actúan dos fuerzas:  Potencia  Resistencia

Fuente: https://www.google.com.ec/search?q=biofisica+palancas+del+cuerpo+ humano&source

Potencia. Es la fuerza necesaria para levantar el peso de la Resistencia

Las palancas se clasifican según la posición del apoyo, resistencia y potencia.

Primer Género (son las menos frecuentes en nuestro organismo)  Resistencia  Apoyo  Potencia

Fuente: https://www.google.com.ec/search?q=biofisica+palancas+del+cuerpo+ humano&source Segundo Género  Apoyo  Resistencia  Potencia

Fuente: https://www.google.com.ec/search?q=biofisica+palancas+del+cuerpo+ humano&source

Tercer Género (más frecuentes)  Apoyo  Potencia  Resistencia

Fuente:https://www.google.com.ec/search?q=biofisica+palancas+del+c uerpo+humano&source

Algunos ejemplos de palancas en nuestro cuerpo:

En la cabeza: el trapecio genera una fuerza (potencia) para vencer el peso de la cabeza (resistencia), el punto de apoyo estĂĄ ubicado en la articulaciĂłn occipitatloidea, es una palanca de primer gĂŠnero.

Fuente:https://www.google.com.ec/search?q=biofisica+palancas+del+c uerpo+humano&source Los gemelos y el soleo provocan una fuerza (potencia) para vencer el peso del cuerpo (resistencia), con apoyo en los metatarsianos, es una palanca de segunda clase.

Fuente: https://www.google.com.ec/search?q=biofisica+palancas+del+cuerpo+ humano&source

La fuerza proporcionada por el bíceps (potencia), levanta el antebrazo (resistencia) y se apoya en la articulación del codo, es una palanca de tercer género.

Fuente:https://www.google.com.ec/search?q=biofisica+palancas+del+c uerpo+humano&source

Momento = Fuerza X distancia.

Las palancas son sistemas en equilibrio, por lo que la suma de momentos es igual a cero Sumatoria de los Momentos = 0 El momento producido por la potencia es igual al de la resistencia.

m M x dM = m W x d W mM = Momento de la potencia (fuerza a desarrollar) dM = Distancia a la potencia mW = Momento de la resistencia (peso a levantar) dW = Distancia a la resistencia Ejemplo: Determinar la fuerza desarrollada por el bíceps (M) al levantar un peso (W) Fuerzas que actúen: R = Reacción del húmero sobre el cúbito M = Fuerza desarrollada por el bíceps; W = Peso levantado por la mano; H = Peso del antebrazo, que está aplicado en el centro de gravedad Determinar la fuerza desarrollada por el bíceps (M) al levantar un peso (W)  Se toma como origen a partir del cual se miden las distancias al punto de aplicación de la reacción, se tienen los siguientes valores:  Distancia entre R y M = 4 cm.  Distancia entre R y H = 14 cm.  Distancia entre R y W = 30 cm.  La distancia para R es 0, porque su distancia hasta el punto de apoyo es cero.  Como el sistema está en equilibrio,  Sumatoria de los Momentos = 0  Son positivos producen giro en sentido horario

Esquema:

Fuente: https://www.google.com.ec/search?q=esquema+de+fuerzas+de+palan cas  +W x 0.30 + H x 0.14 - M x0.04= 0 (Ec. Bm1)  W peso que se levanta = 1 Kg  H = peso del antebrazo = 1.5 Kg.  H = 1.5 Kg. M = Fuerza realizada por el bíceps, en Kg FUERZAS DE FRICCIÓN El rozamiento se presenta cuando una superficie se desliza con respecto a otra, hay una Fuerza de fricción entre la suela del zapato y la superficie; la dirección de la fuerza ejercida por el calzado es oblicua.

Fuente:https://www.google.com.ec/search?q=esquemas+de+fuerzas+f riccionales La componente horizontal de la reacción nos permite caminar

Esa fuerza se descompone en dos fuerzas: una vertical y otra horizontal La primera es equilibrada por la reacción del suelo; la componente horizontal es contrarrestada por las fuerzas de fricción y permite el desplazamiento hacia adelante. La fuerza de fricción depende del valor de la reacción vertical N (normal) y del coeficiente de fricción (µ) Ff = µN

Material

Coeficiente de fricción

Ruedas de tren

0.15

Llantas mojadas

1.00

Llantas húmedas

0.70

Tendón y vaina

0.013

Articulación

0.003

En las articulaciones, la fuerza de fricción tiene valores muy bajos, el líquido sinovial es el encargado de la lubricación, la mayor parte de los órganos están bañados por capas de lubricante.

Fuente:https://www.google.com.ec/search?q=fuerzas+de+fricci%C3% B3n+entre+el+tend

DINÁMICA Las fuerzas también dan lugar al cambio del estado de movimiento de un cuerpo; lo aceleran o lo cambian de dirección, la fuerza es proporcional con la masa del cuerpo y la aceleración que adquiere.

Fuente: https://www.google.com.ec/search?q=din%C3%A1mica CINEMÁTICA: El esqueleto del organismo humano es un sistema compuesto de palancas. Puesto que una palanca puede tener cualquier forma, cada hueso largo en el cuerpo puede ser visualizado como una barra rígida que transmite y modifica la fuerza y el movimiento. La descripción del movimiento humano (incluyendo su sistema de palancas y articulaciones) en relación al tiempo y espacio, excluyendo las fuerzas que inducen al movimiento, se conoce como cinemática

F=m*a

Fuente: https://www.google.com.ec/search?q=cinem%C3%A1tica.newton+.-+2da+ley&tbm

Es más fácil mantener el movimiento de una silla de ruedas, que iniciar su movimiento. Primero hay que vencer su inercia; la aceleración es la variación de velocidad en la unidad de tiempo. a = (v final - v inicial) / t Segunda Ley de Newton (Ley de Aceleración): La aceleración resulta cuando se aplican fuerzas externas desbalanceadas sobre un objeto. Esta ley describe la relación existente entre la fuerza aplicada, masa y aceleración. La ley de Newton postula que la aceleración de un objeto es directamente proporcional a las fuerzas desbalanceadas que actúan sobre éste e inversamente proporcional a la masa de dicho objeto. Esto implica que entre mayor sea la aplicación de la fuerza sobre un objeto que posee una masa constante, mayor será la aceleración de dicho objeto. Lo contrario ocurre (menor aceleración) si la fuerza aplicada al objeto es menor. Una fuerza aplicada a un objeto con mayor cantidad de masa resulta con menor aceleración en comparación con la fuerza aplicada a unos objetos de menor masa Ejemplo Calcular la fuerza generada por el impacto de una persona que pesa 60 Kg, que camina con una velocidad de 4 m/s, choca contra pared y retrocede una distancia de 3 centímetros y se detiene en 0,2 segundos. Datos: F=? 34

m = 60 kg Vi = 4m/s d = 3cm t = 0,2 s PROCEDIMIENTO a = (Vf – Vi)/ t a = (0 – 4) / 0.2 = 20 m/s2 F=ma F = 60 kg x 20 m/s2 = 1200 Kg x m/s2 F = 1200 N Para transformar Kilogramos a Newton se multiplica por 9,8 entonces: 60 Kg = 588 N Comparando la fuerza de impacto con el peso de esa persona, se concluye que es el más del doble. Tercera ley de Newton (Ley de Acción-Reacción): Las fuerzas siempre trabajan en parejas. Esta ley de Newton refleja este principio. La tercera ley establece que siempre que un cuerpo u objeto actúa sobre otro, el segundo ejerce una acción igual y opuesta al primero.

Fuente:https://www.google.com.ec/search?q=3ra+ley+de+newton+acc i%C3%B3n+y+reacci

Las fuerzas dan lugar a: 35

   

La aparente variación del peso corporal Cambios en la presión hidrostática de los líquidos orgánicos La distorsión y hasta ruptura de los tejidos elásticos del organismo Un aumento de la tendencia a la separación de los sólidos suspendidos en soluciones.  Aceleraciones muy grandes pueden provocar que los músculos no logren desarrollar fuerzas suficientes.  O que la sangre se acumule en ciertas o se acelere en ciertas regiones del cuerpo, dependiendo de la dirección de las fuerzas.

Fuente: https://www.google.com.ec/search?q=efecto+de+las+fuerzas+en+el+o rganismo&tbm EL BALISTOGRAMA Registra los movimientos del cuerpo producidos por sus fuerzas internas, dolencias relacionadas con temblores como el mal de Parkinson son registradas con la ayuda de sistemas computacionales. Se obtienen gráficos que cambian en función de la frecuencia y amplitud de los temblores y que son sometidos a la evaluación clínica. El sistema registra los temblores mediante acelerómetros colocados en la mano y en el antebrazo del paciente, Los sensores están conectados a un computador que almacena los datos recibidos comparándolos con trazados fisiológicos.

Clasificación de los temblores en función de la frecuencia Diagnóstico

Frecuencia

Características

Holmes

2-5 Hz

Combinación de reposo, postural y acción

Parkinson

3-6 Hz

Reposo

Fisiológico

8-12Hz

Postural, inducido por estrés, medicación, ejercicio

El temblor normal se refleja en el balistograma, los temblores fisiológicos se deben a la vibración pasiva de los tejidos en respuesta a la actividad mecánica del corazón, los temblores no son habitualmente percibidos pero aumentan su intensidad en situaciones de miedo, ansiedad, disturbios metabólicos, ejercicios físicos, abandono del alcohol, uso de drogas con litio. En estas condiciones hay aumento del débito cardíaco, produciéndose exacerbaciones del temblor fisiológico; las sacudidas patológicas son lentas, tienen una frecuencia de 4 a 7 Hz que es la mitad de lo fisiológico, los temblores aparecen en las partes distales de los miembros, cabeza, lengua, cuerdas vocales, y rara vez en el tronco. De los temblores, los síndromes parkisonianos son los más comunes el problema más frecuente e importante para el médico es la evaluación de los temblores del paciente y decidir si son patológicos

La instrumentación del balistograma    

Sensores Acelerómetros Hardware Software

ASPECTOS FUNCIONALES

 Los sensores registran el movimiento del cuerpo del paciente  Mientras más cerca se ubiquen paciente y computador, el registro de datos será en tiempo real  Los acelerómetros registran las aceleraciones  El sistema colecciona los datos registrados en la brazo del paciente (tendón del antebrazo) y dos dedos: índice y medio ACELERÓMETRO

El balistocardiograma registra el impulso que recibe el cuerpo debido a la contracción cardíaca, que impulsa la sangre hacia las arterias aorta y pulmonar, sirve para medir el gasto cardíaco y la fuerza contráctil del corazón. Balistogardiógrafo Indirecto de Starr

Fuente:https://www.google.com.ec/search?q=balistocardi%C3%B3graf o&source  Se compone de una tabla horizontal suspendida, sobre la cual se ubica el paciente  La fuerza de la sangre al salir del corazón, da lugar a movimientos del cuerpo que son amplificados y registrados  En el balistocardiograma durante la sístole, la sangre es impulsada con una fuerza dirigida hacia la cabeza.  Esto genera una reacción con dirección a los pies.  Cuando la sangre llega al arco de la aorta, cambia la dirección de la fuerza y de su reacción: la fuerza de la sangre se dirige hacia los pies y la reacción hacia la cabeza.  Lo que da lugar al movimiento del cuerpo, que se registra en el balistocardiógrafo  El trazado del balistocardiograma tiene ondas positivas cuando la sangre es impulsada en dirección a la cabeza y negativas en caso contrario.  Las ondas se designan con las letras H; I, J, K, L, M, N

Fuente:https://www.google.com.ec/#q=Gr%C3%A1fico+de+las+ondas +en+el+balistocardi  La onda H se debe al movimiento corporal como reacción a las fuerzas provocadas por la contracción auricular e isométrica de los ventrículos. Aparece en el inicio del sístole ventricular  La onda I es consecuencia de la expulsión ventricular de la sangre en la aorta y en dirección a la cabeza, lo que da lugar al movimiento en retroceso del cuerpo  La onda J se debe a la desaceleración de la sangre en la aorta ascendente, a su aceleración en la descendente y a su impacto a nivel del cayado  La onda K es causada por la desaceleración de la sangre en la aorta descendente y por la resistencia periférica a su desplazamiento  La onda L se debe a fuerzas producidas por la sangre en la aorta, al llenado del ventrículo y al desplazamiento del tabique aurículo ventricular  La onda M es causada por el lleno ventricular rápido y por el impacto de la sangre en la punta del corazón  La onda N se origina en el fin del llenado ventricular y se debe a el cierre de las válvulas aurículo ventriculares.  La forma del balistocardiograma depende de la fuerza de expulsión de la sangre; su amplitud depende la fuerza de expulsión y no del volumen minuto circulatorio

UNIDAD DE COMPETENCIA 2: BIOENERGÉTICA Aplica los conocimientos de la energía al funcionamiento y al trabajo celular, con rigurosidad científica, lógica, ética y espíritu crítico. OBJETIVO DE LA UNIDAD DE COMPETENCIA Aplicar los conocimientos de la energía al funcionamiento y al trabajo celular mediante, observación simulada y natural de casos con aplicación de las TIC, lectura científica de textos seleccionados y construcción organizadores gráficos y ensayos científicos con rigurosidad científica, lógica, ética y espíritu crítico. Elemento de competencia 1 1. Analizar la participación de las fuentes de energía en el trabajo celular, mediante lectura científica, del tema fuentes de energía: Actividades de aprendizaje a. Trabajo individual previo: análisis proposicional del tema Introducción a la Bioenergética. b. Trabajo en micro grupos para construir las proposiciones científicas en consenso grupal y elaborar un organizador gráfico. c. Puesta en común de los productos grupales. Elemento de competencia 2 Identifica los principios energéticos a nivel celular con criterio de normalidad, a través de la lectura comprensiva del texto científico: Los Principios Energéticos. Actividades de aprendizaje a. Trabajo individual previo: análisis proposicional del tema (Principios de la Termodinámica) b. Trabajo en micro grupos para construir las proposiciones científicas en consenso grupal y elaborar un organizador gráfico. c. Puesta en común de los productos grupales.

Elemento de competencia 3 Identifica las variaciones de la energía según los principios termodinámicos, mediante ejemplos de las variaciones de energía: Actividades de aprendizaje a) Trabajo individual previo: análisis proposicional del tema: Entalpía. b) Trabajo en micro grupos para construir las proposiciones científicas en consenso grupal y elaborar un organizador gráfico. c) Puesta en común de los productos grupales. Elemento de competencia 4 Diferencia los potenciales de transferencia de grupo en las reacciones metabólicas, mediante ejemplos de transferencia de grupo químico en las reacciones metabólicas, comprendidos en la lectura científica. Actividades de aprendizaje a) Trabajo individual previo: análisis proposicional del tema: Potenciales de transferencia de grupo. b) Trabajo en micro grupos para construir las proposiciones científicas en consenso grupal y elaborar un organizador gráfico. c) Puesta en común de los productos grupales. Elemento de competencia 5 Diferencia las reacciones espontáneas de las conducidas a través de sistemas de acoplamiento que tiene lugar a nivel celular, mediante aplicaciones de reacciones acopladas, mediante Lectura científica Actividades de aprendizaje a) Trabajo individual previo: análisis proposicional del tema: Reacciones conducidas. b) Trabajo en micro grupos para construir las proposiciones científicas en consenso grupal y elaborar un organizador gráfico. c) c Puesta en común de los productos grupales. Elemento de competencia 6 Identifica la participación de las enzimas que intervienen en la velocidad de las reacciones dependiendo de la necesidad celular, mediante revisión bibliográfica.

Actividades de aprendizaje a) Trabajo individual previo: análisis proposicional del tema: Clasificación de enzimas b) Trabajo en micro grupos para construir las proposiciones científicas en consenso grupal y elaborar un organizador gráfico. c) Puesta en común de los productos grupales.

RESULTADO DE APRENDIZAJE DE LA UNIDAD DE COMPETENCIA PRODUCTO ACREDITABLE Ensayo científico que describa las características, propiedades y principios de la Bioenergética y la explicación de sus relaciones e incidencias con los fenómenos biofísicos del cuerpo humano. El texto debe tener la estructura del ensayo científico y la forma textual del modelo APA, capaz de insertar en una obra científica de autores

INFORMACIÓN CIENTÍFICA BIOENERGETICA Ing. Mario León Viteri Dra. Marcia Zapata Generalidades: Estudia la energía y sus transformaciones con relación al fenómeno biológico. La vida requiere un intercambio permanente de materia y energía para dar lugar a los diferentes fenómenos físicos y químicos que se producen en los seres vivos.

La energía es una característica de todo objeto animado o inanimado, presente en la naturaleza de la que sólo se puede sentir sus efectos. Los vegetales, por ejemplo, gracias a la clorofila absorben y almacenan energía solar y la transforman en química al sintetizar substancias a partir del dióxido de carbono y del vapor de agua presentes en la atmósfera, para constituir moléculas útiles para su metabolismo.

Fuente: https://www.google.com.ec/search?q=proceso+de+la+clorofila&source=

Gracias a la energía se desarrolla trabajo; por ejemplo, la energía requerida para la actividad celular es suministrada por el trifosfato de adenosina

(ATP), producido por la mitocondria. Esta energía puede

utilizarse ya sea en la contracción muscular o en la formación de moléculas como ocurre en la síntesis de proteínas; o para transportar moléculas al interior celular en contra de la presión generada por las moléculas presentes en ese interior, o bien para la transmisión de los impulsos a lo largo de los nervios. En esos casos se libera energía por la pérdida de un grupo fosfato del ATP y su conversión en difosfato de adenosina ADP.

Todas las actividades del organismo, incluido el pensar, exigen transformaciones de energía para producir trabajo. Al levantar un peso, conducir una bicicleta, se requiere transformaciones energéticas.

En el organismo la fuente básica de energía son los alimentos, que no son una fuente directa de la misma, deben ser transformados químicamente

para formar moléculas que puedan combinarse con el

oxígeno presente en las células en un proceso químico que se denomina CICLO DE KREBS.

Fuente:https://www.google.com.ec/search?q=fuente+de+energ%C3 %ADa+son+los+alimentos

Esa energía es utilizada en el funcionamiento de los órganos para obtener trabajo mecánico externo o para mantener constante la temperatura corporal.

Bajo condiciones basales, cerca del 25% de la

energía corporal es requerida por los músculos esqueléticos y el corazón, el 19% por el cerebro, el 10% por el riñón, el 27% por el hígado y el bazo, un pequeño porcentaje, alrededor del 5% se desperdicia con las heces y la orina. El exceso de energía se almacena como grasa. Parte de la energía es utilizada para el funcionamiento de los órganos y otra se manifiesta como calor corporal. Una fracción de ese calor se utiliza para mantener constante la temperatura corporal pero el resto es disipado hacia el exterior.

Otros tipos de energía, la solar o la proveniente

de aparatos

externos pueden ayudar al mantenimiento de la temperatura corporal, pero no se utilizan en el funcionamiento de los sistemas del organismo.

Fuente: https://www.google.com.ec/search?q=energia+solar+y+los+seres+vivos&s ource

Entonces, desde el punto de vista biofísico, los seres vivos somos sistemas convertidores de energía. SISTEMA: Es todo conjunto de materia que puede intercambiar

energía entre sí o con el medio ambiente; Según su complejidad pueden ser: aislados, cerrados y abiertos. En los aislados, la masa, el volumen y la energía permanecen constantes, sin que se establezca intercambio de materia y energía con el exterior, por ejemplo una reacción química que ha finalizado y que esté aislada del exterior. En los cerrados, la masa, la presión y la temperatura, permanecen constantes pero hay intercambio de energía con el medio ambiente; por ejemplo un conjunto de células en un medio sin nutrientes. En los abiertos

hay intercambio de materia y energía con el medio

ambiente; por ejemplo, el ser humano.

TRANSFORMACIONES EN LOS SISTEMAS

Un sistema tiene dos estados de energía; un inicial y otro final; según el nivel de energía las transformaciones pueden ser: cíclicas y acrílicas. Son cíclicas cuando el estado energético inicial es igual al final, es decir son los mismos.

A-B-C-D-A

Son acíclicas si los estados inicial y final, son diferentes.

A-B-C-D-E

Por su sentido se clasifican en reversibles e irreversibles. Reversibles: Cuando los estados de transformación son secuenciales e iguales en los dos sentidos.

A-B-C-D-E-D-C-B-A

Irreversibles: Cuando las transformaciones son diferentes; aún cuando los estados inicial y final sean los mismos.

A-B-C-D-E-B-A

Ejemplos:

REACCION

ESTADO

SENTIDO

A-B-C-D-E

Aciclica

Irreversible

A-B-C-D-E-F-A

Cíclica

Irreversible

A-B-C-D-E-D-C

ACÍCLICA

Parcialmente reversible.

La reversibilidad de una reacción es rara en los sistemas orgánicos y generalmente se presenta

cuando la diferencia energética en dos

estados termodinámicos es infinitamente pequeña.

Un sistema que pasa del estado A al B, con el aporte de una pequeña cantidad de energía, es posible que al disiparse

ésta, se

devuelva desde el estado B hacia el A.

Por ejemplo si al hielo se le suministra un diferencial de calor, se transformara en agua; pero al disiparse ese energía el agua se volverá a su estado inicial de hielo, produciéndose una reversibilidad

HIELO +d(Q) = AGUA AGUA – d(Q) = HIELO

Los seres vivos se comportan, desde este punto de vista, como sistemas abiertos que operan con reacciones cíclicas e irreversibles y que transforman la energía. Esto significa que al final de cada ciclo u operación vital el organismo se encuentra en las mismas condiciones termodinámicas para repetirlo.

sistema

estacionario

cuando,

pesar

las

transformaciones energéticas, sus propiedades estructurales permanecen constantes. Por ejemplo en el ciclo menstrual se producen alteraciones, sin embargo su estructura es constante.

Un sistema se encuentra en equilibrio cuando no sufren transformaciones energéticas.

En resumen los seres vivos constituyen sistemas convertidores de energía, estacionarios, abiertos cíclicos e irreversibles.

METABOLISMO

El metabolismo es un conjunto de transformaciones de energía que se produce en los seres vivos, para la renovación de energía y sus constituyentes.

Para lograr este objetivo se requieren reacciones químicas y físico químicas que transforman la energía química en potencial y está en trabajo convenientemente utilizado por el organismo.

El metabolismo se compone de tres fases: anabolismo, fase intermedia o intermediario y el catabolismo.

Fuente: https://www.google.com.ec/search?q=fases+del+metabolismo&source=ln ms&tbm

En el anabolismo, se presenta la asimilación y síntesis de las substancias nutritivas, con la respectiva absorción, transporte y distribución de las mismas, para obtener energía.

En la fase intermedia, hay un proceso de introducción y elaboración hacia el interior celular, de las moléculas que proporcionan la energía de acuerdo con sus necesidades; transformando la contenida en los compuestos orgánicos y la derivada de la energía de la luz.

En el catabolismo hay un consumo de energía y una eliminación de los desechos producidos por las reacciones.

Las moléculas grandes se rompen, liberan energía para cubrir las necesidades orgánicas y se transforman en moléculas simples.

La aportación continúa de energía al organismo se logra través de los alimentos, es decir mediante la combustión de substancias orgánicas. Esto hace posible que los seres vivos constituyan sistemas estacionarios pues a pesar de sus cambios termodinámicos o energéticos su estructura permanece constante.

La energía debe cumplir con dos condiciones:

Que se encuentre apta para su utilización, y

2. Que sea convertible de acuerdo con las necesidades orgánicas.

La termodinámica y la cinética de las reacciones establecen los principios y leyes que gobiernan las transformaciones de materia y energía.

La termodinámica estudia el origen y variaciones de energía, las fuerzas químicas que están interviniendo y los estados de equilibrio de las reacciones.

La cinética de las reacciones se ocupa de la velocidad con se lleva a cabo las mismas. Las misiones de los alimentos son:

1. Formar la masa o substancia que requiere el organismo para crecer, mantener o reparar el desgaste. 2. Suministrar la energía necesaria para asegurar el funcionamiento de la célula.

3. Aportar substancias reguladoras del metabolismo, por ejemplo las vitaminas.

La característica más notable del metabolismo es su constancia, es decir se mantiene en equilibrio: así, el consumo basal de oxígeno y el nivel de glucemia en ayunas son casi constantes y varía muy poco de un día a otro. Si se presenta una variación, que debe ser accidental, ese consumo y ese nivel vuelven lo antes posible a los valores normales, restableciendo el equilibrio. Esta constancia se mantiene gracias a la intervención de factores nerviosos y humerales.

Como se indicó anteriormente (pág. 4) el metabolismo es un conjunto de reacciones químicas que se producen en todas las células del organismo. La Intensidad del metabolismo se refiere a la velocidad con que se libera el calor, energía, durante las reacciones químicas. Durante las fases del metabolismo (anabolismo, intermediario y catabolismo) las condiciones energéticas son muy distintas. En el anabolismo, el nivel de energía al final de cada ciclo es superior al inmediatamente anterior. La energía es almacenada en forma de compuestos fosfóricos con enlaces de alta energía (macro érgicos) y en forma de prótidos, lípidos y glúcidos. En el catabolismo, ocurre lo contrario, ese nivel de energía disminuye con relación al inmediatamente anterior. La oxidación lenta y gradual de los glucósidos, prótidos y lípidos produce energía y moléculas simples, dióxido de carbono y agua.

Fuente:https://www.google.com.ec/search?q=energ%C3%ADa+y+metabo lismo&source

Estos cambios y transformaciones energéticas presiden los fenómenos vitales y se rigen por los tres principios de la termodinámica. PRINCIPIOS DE LA TERMODINAMICA Los principios de la termodinámica son 3: 1. Entalpía o de Meyer 2. Entropía o de Carnot 3. Orden y desorden o de Nerst.

PRIMER PRINCIPIO DE LA ENTALPIA Establece las condiciones de indestructibilidad e imposibilidad de crear energía, ésta solo se transforma. Cualquier cuerpo con una temperatura mayor al cero absoluto (0°K) posee energía debido a su agitación molecular, es la energía interna (Ei) la que puede alterarse mediante la entrega o utilización de calor, energía, por otro sistema.

El calor es una forma de energía producida por la agitación de las moléculas y al depender de la masa es una propiedad extensiva. La temperatura es una propiedad intensiva por no depende de la masa.

Si un sistema posee una energía inicial (E1) y se le suministra o cede una cantidad de energía denominada entalpia (H), el nivel energético aumenta a un valor E2, sin embargo la variación de energía interna (Ei = E2-E1), no es igual a la entalpia, pues parte de esa energía se consume en el trabajo necesario (W) para aumentar la presión o el volumen del sistema.

E2 - E1 = H - W

Ec.1.1

E2 – E1 = Variación de energía interna H = Entalpia W = Trabajo realizado por el sistema

El trabajo (W) también puede expresarse en función de la presión (P) y el volumen (V), mediante la siguiente relación:

W = P*V,

Reemplazando el valor de trabajo en la ecuación 1.1

E2 - E1 = H - P*V

Y despejando H, la cantidad de energía suministrada es igual a:

H = (E2-E1)+P*V

Ec.1.2

La variación de energía interna es positiva si el sistema recibe energía y negativa cuando la ceda.

La cantidad de calor que da lugar a la variación de la energía interna se denomina ENTALPIA (H).

En la mayoría de las reacciones químicas que se producen en la célula viva casi no aparecen alteraciones de volumen y, en consecuencia, la variación de energía interna E2 - E1) refleja la de la Entalpía. La mínima variación de la entalpía (H) representa el estado de energía en el metabolismo basal; es la mínima cantidad de energía para mantener las funciones esenciales reducidas al mínimo.

Si el estado de energía final (E2) es menor que el inicial (E1) la transformación se denomina exergónica, exotérmica y espontánea. Si ocurre lo contrario, el estado final es mayor que el inicial, se denomina endergónica, endotérmica y conducida.

Las reacciones transcurren espontáneamente cuando el sistema emite energía (-Q) y pasa a un nivel energético más pobre, es decir cuando la variación de energía interna (Ei) es negativa. Así las moléculas de un sistema más caliente ceden calor a las de un frío, a costa de su energía interna.

La variación de la energía interna no es el único factor que decide la espontaneidad de una reacción; Así en el caso del hielo que funde con una variación de energía aproximada de 1 cal/mol, o lo que es lo mismo de 4,18855 joule/mol, se produce un aumento de la energía interna, ya que el hielo acepta el calor del agua líquida que le circunda. Los átomos de agua ceden su energía cinética al hielo, por lo que en la fusión del hielo no se libera energía sino que se la consume. Existen por tanto sistemas capaces de tomar energía del medio ambiente y otros que no pueden hacerlo.

En las reacciones espontáneas, las del metabolismo, el calor liberado se denomina según el tipo de reacción: de combustión, de hidrólisis, de ionización, etc.

Ejemplos de variación de la entalpía:

Oxidación de la glucosa C6H12O6=6H2O+6CO2 Variación de la entalpía: - 637 kcal/mol Neutralización del NaOH y del HCl: NaOH +HCL = CLNa+H2O

Variación de la entalpía: -13,80 kcal/mol

La energía siempre se transforma, así la química de los alimentos se vuelve en mecánica para la contracción muscular y una parte puede transformarse en calor y electricidad (bioelectrogénesis). La energía luminosa que actúa en la visión en eléctrica al dar paso a los impulsos que se conducen a través del nervio óptico; la eléctrica transmitida por el estímulo nervioso en energía mecánica para dar lugar a la contracción muscular, la sonora que interviene en la audición, en eléctrica por excitación de la cóclea; la mental del pensamiento, en eléctrica (ondas electroencefalografías).Otras formas de energía son: de superficie (tensión superficial), de concentración (difusión y ósmosis,

imbibición

(presión oncótica), etc.

El empeño de los seres vivos es mantener constantes los niveles de energía interna Ei y de la entalpía. Los gastos de energía se reparan mediante la ingestión de los alimentos. De modo que se establece un equilibrio, entre la energía suministrada por los alimentos y el trabajo realizado por el organismo.

En condiciones fisiológicas, o sea en estado normal, existe equilibrio entre la energía absorbida y el trabajo realizado. En el patológico, hay aumento de las actividades de defensa inmunológica por lo que se requiere más trabajo del organismo para reparar los danos, mientras que el aporte de energía externa no es igual, la variación de energía interna disminuye drásticamente, es negativa, por lo que se utilizan las reservas orgánicas; las mismas que serán repuestas durante la convalecencia.

Fuente: https://www.google.com.ec/search?q=termodinamica+entalp

SEGUNDO PRINCIPIO O DE LA ENTROPIA

Establece

las

condiciones

para

que

realicen

las

transformaciones, considerando que es imposible utilizar toda la energía para la obtención de otro tipo de trabajo. Toda evolución termodinámica exige el transporte y la transformación de energía desde una fuente rica o caliente hacia una fría o pobre, si no hay diferencia en el nivel de energía, la reacción no se produce; ejemplo, el funcionamiento de una pila de batería depende de la diferencia del flujo de electrones entre los dos polos (en el negativo se produce un flujo mayor que en el positivo).

En los seres vivos, el fenómeno es el mismo; no se presenta el transporte de material a través de la membrana celular si no hay diferencia de energía generada por la diferencia de concentración entre

los medios intra y extracelular. La sangre no circularía sino existe la diferencia de presión entre la aorta y las cavas. El impulso nervioso no se trasmitirá entre dos puntos del nervio mientras no se presente una diferencia de voltaje entre los mismos.

ENERGÍA LIBRE G

Es la almacenada por un sistema y disponible para que se lleve a cabo una reacción, a temperatura constante. La energía libre representa la energía potencial de las estructuras ordenadas y que se degrada en el transcurso de las reacciones espontáneas dando lugar a trabajo, energía mecánica o ambos a la vez. Hace posible el trabajo celular, la temperatura debe ser constante porque la energía térmica no realiza trabajo celular. De esto se deduce que para que funcione un sistema, se requiere disponer de energía, energía libre (G) que es el resultado entre el aporte o entalpía y la cantidad de energía que no puede ser aprovechada por el sistema y que se denomina ENTROPIA (S).

En toda transformación energética se presenta una determinada cantidad de calor, el nivel de energía sufre variaciones no permanece constante pues una parte se pierde, lo que representa una disminución en la capacidad de producir trabajo. Esa pérdida se conoce con el nombre de entropía.

G=H-ST

1.3

En la que:

G = Energía libre o disponible para que se realice la reacción H = Entalpía (energía entregada al sistema o cedida por éste). S = Entropía (energía perdida y no utilizada por el sistema).

T = Temperatura absoluta (-273°C).

Toda reacción química se realiza en el sentido en que aumenta la entropía. Entre la entropía y el desorden hay una relación directa. En un sistema formado por un conjunto de moléculas, la entropía es más alta cuando más grande es su desorden, cuanto más dispuestas al azar están sus moléculas. Por ejemplo una substancia cristalizada, con sus átomos dispuestos regularmente, tiene una menor entropía que otra substancia en estado líquido que no presenta esa regularidad.

Si finaliza una reacción y alcanza el equilibrio, se termina la energía libre (G). Si la energía libre tiene un valor negativo, menor que 0, la reacción es espontánea porque se emite energía. Si la energía libre es positiva, mayor que 0, es conducida. G=0

La reacción ha finalizado

G menor que 0

La reacción es espontánea

G mayor que 0

La reacción es conducida

En la unión de los aminoácidos, reacción

muy frecuente en la

célula viva se presenta las variaciones de la entalpía (H) y entropía (S) para la alteración de las dimensiones de estado, cuando las distintas moléculas se forman a partir de sus distintos átomos.

CUADRO 1.1 Variación de la entalpía molar (H) y la entropía (S) al combinarse dos aminoácidos.

Aminoácidos Entalpía (H) Kcal/mol

DL-leucina

Glicina

Leucil glicina +

Agua

-154.16

-126.60

-207.10

-68.32

49.50

26.10

67.20

16.72

Entropía Cal/mol 16.72

Las variaciones de la energía para toda la reacción serán iguales a la suma de las energías finales menos la suma de las energías iniciales. PARA LA ENTALPIA:

H = -207.10+(-68.32)-(-154.16+(-126.60)) = 5.40kcal/mol

PARA LA ENTROPIA:

S =67.20+16.72-(49.50+26.10) = 8.30cal/mol

Entonces variación de energía libre, G = H-ST

H = 5.40kcal/mol = 5400cal/mol S = 8.30cal/mol°K T = 25°C = 273°k + 25 = 298°K G = 5400cal/mol-8.30*298cal/mol°K*°K = 2926cal/mol

La variación de energía libre es de 2926 calorías por cada mol de los aminoácidos que se están uniendo.

Esta reacción no puede

transcurrir espontáneamente en la célula viva, cuando la temperatura es de 298°K,

porque la variación de energía libre (G) es positiva. Sin

embargo la célula lleva a cabo un mecanismo especial para dar lugar a estas reacciones sin suministro de energía. ENERGÍA LIBRE DE ACTIVACIÓN (G#)

Las reacciones, incluso las espontáneas, no son instantáneas. Algunas son incluso demasiado lentas!!! Cierta población de átomos debe aumentar su contenido de energía para que los enlaces químicos inicien su ruptura y comience la reacción G # Para romper los enlaces se requiere que las moléculas reaccionantes se pongan en íntimo contacto y que tengan la orientación correcta. La

temperatura determina la energía cinética y la vibración de las moléculas que chocan con mayor frecuencia y con la fuerza para romper los enlaces. En sus reacciones, la célula utiliza catalizadores o enzimas. Los catalizadores modifican la cinética de la reacción pues disminuyen la energía libre de activación; pero no modifican la energía libre ni afecta a los productos resultantes ni al equilibrio energético, Al término de una reacción conducida, la energía libre AUMENTA. En una espontánea, disminuye hasta llegar a un valor cero. (G=0)

Condiciones estándar para el cálculo de energía libre en las reacciones:  Potencial hidrógeno

 Temperatura

25ºC

 Concentración

1 mol / litro

La energía libre calculada en condiciones estándar se simboliza con Go; la energía libre de activación, bajo esas mismas condiciones se simboliza con G0# VELOCIDAD DE UNA REACCIÓN

1. Depende directamente de la concentración. 2. Aumenta o disminuye según lo haga la concentración Esta es la acción de masas de GULBERG Y WAAGE.  ejemplo, en la reacción reversible:  A + B  C+D  Hay que considerar dos velocidades:  A+B  V1 A+ B  C+D  V2 C + D  En consecuencia:

V1 = k1AB V2 = k2CD

 Las constantes k dependen de la concentración de los sustratos.

La constante de equilibrio (K)  En su inicio y en un lapso muy corto, toda reacción es reversible.  En ese lapso se producen cambios de energía con valores que van decreciendo en un sentido y en otro.  E1E2  E3E2  La reacción finaliza y alcanza el equilibrio En la reacción A + B  C + D, a medida que las sustancias A y B, del primer miembro se van transformando en las del segundo, C y D, disminuye la concentración de A y B mientras aumenta la de C y D. En consecuencia la velocidad V1 se va reduciendo mientras la V2 aumenta. Si el proceso no se interrumpe, llegará un momento en que las velocidades se igualarán. V1 = V2. Por ejemplo de A y B se convertirán en C y D un total de 100 moles/litro por hora y, también cada hora, C y D darán lugar a 100 moles/litro de A y B; en ese momento se habrá alcanzado el equilibrio químico. La expresión matemática de ese equilibrio es la igualdad de las velocidades V1 = V2 Recordando que:

V1 = k1AB V2 = k2CD k1AB = k2CD K1 / K2 =?

El cociente k1/K2, entre dos constantes es otra constante que se denomina CONSTANTE DE EQUILIBRIO (K); La constante de equilibrio se mide en unidades absolutas. (C) * (D) K=

(1.4) (A) * (B)

Relación entre la energía libre (G) y la constante de equilibrio (K) Se relaciona a través de la siguiente ecuación

G= -2.303 RT log K  G = Energía Libre, en calorías R = Constante general de los gases = 1.987cal/mol°k que se aproxima para los cálculos a 2cal/mol°K. T = Temperatura absoluta °K , (°K = 273+°C)

G = - RT ln K; siendo ln = -2.303log G = -2.303RTlogK En las que: Ln

= Logaritmo natural (base e)

Log

= Logaritmo vulgar (base 10)

Análisis del logaritmo de K Si K es mayor que 1, el logaritmo de K es positivo y G es negativa, en consecuencia la reacción es espontánea. Si K es menor que 1, el logaritmo de K es negativo y G es positiva por lo que la reacción es conducida. Ejercicio: 0.02 moles de glucosa-1-fosfato, en solución acuosa y condiciones estándar, dan lugar a 0.001 moles de glucosa- 1- fosfato y 0.019 moles de glucosa-6- fosfato. Calcular: 1. La variación de energía libre 2. Constante de equilibrio K 3. Si la reacción es conducida o espontánea.  K = 0.019*0.01 / 0.02 = 0.001 K = 0.001 < 1  Conducida  G = - 2.303 RT log K G = - 2.303 * 2 * 298 * log 0.001 G = + 4147.96 cal G es positiva, la reacción es conducida.

POTENCIAL DE TRANSFERENCIA DE GRUPO (PTG) Muchas reacciones metabólicas de la célula – síntesis de proteínas – son: Anabólicas y endergónicas  conducidas. La evolución de las especies ha desarrollado mecanismos para “impulsar” este tipo de reacciones. Según una hipótesis, las reacciones se llevan a cabo en dos etapas: 1.- Las moléculas se deshacen en sus elementos. AB + CD  A + B + C + D 2.- Los elementos se unen en su nueva configuración A + B + C + D  AD + BC En la práctica experimental: La hidrólisis de una molécula de ATP da lugar a ADP y un grupo fosfato con un aporte de energía de alrededor de 100 Kcal/mol, en una reacción forzada. Adenina-ribosa –P-P-P + energía (100 Kcal/mol) → AR-P-P + ~P Pero si, previamente, el ATP se une a otra molécula, por ejemplo agua, en lugar de requerir energía, la libera: A~P~P~P + H2O → A~P~P~P~H2O La energía del enlace P H 2O es mayor que la del enlace con el resto del sustrato. Por lo que se separa del ATP en una reacción espontánea y liberando 7,0 Kcal/mol A~P~P

P~H2O

- 7.4 Kcal/mol, (el signo menos indica

liberación de energía). La variación de energía libre (G) debido a la transferencia de un grupo químico recibe el nombre de potencial de transferencia de grupo En la reacción anterior, se transfirió el fosfato al agua y se produjo una variación de la energía libre. En lugar de requerir 100 Kcal/mol, libera 7,0 Kcal/mol.

El PTG del ATP es -7 Kcal/mol

Variación de G en la transferencia de grupos químicos (PTG) en Kcal/mol.

ATP

-7.00

Fructosa-6-

-3.80

fosfato

Glucosa-1-

-5.00

fosfato

Glucosa-6-

Fructosa-1-

-2.40

fosfato

-3.40

Glucosa

-220.00

-2.00

Agua

- 56.80

-7.00

Dióxido

fosfato

Glicerina-1fosfato

Argininafosfato

de -92.00

Carbono

REACCIONES ACOPLADAS

Una reacción conducida no puede llevarse a cabo sin un aporte de energía, las reacciones endergónicas celulares están acopladas a reacciones celulares exergónicas. En el acoplamiento de energía; la reacción espontánea proporciona la energía para impulsar la conducida. Las reacciones acopladas aprovechan los potenciales de transferencia de grupo para que una reacción conducida puede llevarse a cabo sólo si absorbe menos energía libre de la que libera la reacción espontánea a la que está acoplada; para que la conducida se vuelva espontánea.

Los sustratos se acoplan a los grupos fosfato. La unión entre aminoácidos o de un aminoácido con un fosfato requiere suministro de energía, son reacciones conducidas. Ejemplo, la unión de la arginina con un fosfato requiere aporte energético: Arginina + P = Arginina-fosfato + 7 Kcal/mol (1) Si el ATP se une al agua, absorbe la energía interna de ésta y se degrada a ADP con liberación de un fosfato y energía, es una reacción espontánea:

ATP+H2O=ADP + fosfato - 7 cal/mol (2) Si se acoplan la arginina, el ATP y el agua, se tiene: Arg + ATP + H2O  ADP + Fosfato  Arginina + H2O + 0 Kcal/mol La energía liberada por la unión entre el agua y el ATP es utilizada para que la arginina se una al fosfato. El Potencial de Transferencia de Grupo del ATP hace posible que la unión entre la Arginina y el fosfato sea espontánea; será necesario que una molécula de arginina choque con una de ATP, en presencia de agua, para lograr la unión entre el fosfato y la arginina y también degradación del ATP a ADP, el ATP es uno de los principales portadores de energía. En general por cada reacción conducida que ocurre en la célula hay otra espontánea y acoplada que la impulsa, a menudo la exergónica implica la degradación del ATP. En la célula, la energía se almacena temporalmente, en el ATP, y es fácilmente disponible, por lapsos muy breves. Si hay un ingreso adicional de energía, la célula la deposita en lípidos, almidón o glucógeno, la célula gasta ATP en forma continua por lo que debe reponerse de inmediato. Si el ATP se hidroliza a ADP, con liberación de 7 Kcal / mol, para su resíntesis a partir del ADP requiere un suministro de 7 Kcal/mol. La energía para la reconformación del ATP proviene de:

1. El medio ambiente celular, y 2. El fraccionamiento de macromoléculas a través de sus PTG En la resíntesis del ATP la energía que proviene del entorno celular no es suficiente para la recarga total del ATP; esta energía presente en el ambiente es utiliza por la célula en el control de las concentraciones de los sustratos de las reacciones que ocurren en su interior. Por lo que la mayor parte de la energía necesaria para la recarga del ATP es obtenida por medio de reacciones acopladas; si en una reacción espontánea, el grupo fosfato procedente de la hidrólisis del ATP, no es transferido a otra molécula, se libera y se denomina fosfato inorgánico. La glucosa, debidamente aislada, libre de bacterias y mohos, sin someterla a temperaturas altas, ni a ácidos ni bases fuertes es estable por tiempo indefinido. Su hidrólisis espontánea requeriría un tiempo relativamente largo. Al cabo del cual cedería su PTG. Las necesidades energéticas de la célula no permiten esperar ese tiempo demasiado largo, por lo que regula la cinética de sus reacciones empleando enzimas y catalizadores; El sistema de regulación química está dirigido por las enzimas. La velocidad de reacción, en ausencia de catalizadores, depende de las probabilidades de choques al azar

entre las moléculas, la

presencia de enzimas aumenta las probabilidades de colisión, porque que su estructura es ordenada. Esa estructura ordenada, reduce la dependencia de los procesos aleatorios, al azar, y contribuye al desarrollo de una reacción; las enzimas forman un complejo enzima sustrato este complejo se descompone y libera el sustrato. La molécula de enzima se regenera y puede reiniciar el proceso para formar un nuevo complejo enzima-sustrato Sustratos + Enzima  Complejo ES  Producto de la reacción + Enzima  - - -

La molécula de la enzima tiene uno o más sitios activos en los que se une el sustrato para formar el complejo ES. Los sitios activos de la enzima son cavidades localizadas en la superficie de sus moléculas y están formadas por cadenas laterales de aminoácidos.

El Modelo de Ajuste Inducido

La interacción de una enzima y los sustratos es similar a la acción de una cerradura y su llave; la enzima es el equivalente a una cerradura molecular y la llave molecular es el sustrato. El sustrato no se ajusta perfectamente en el sitio activo porque éste no es rígido y se deforma durante la colisión, la unión con el sustrato determina cambios en la forma de las moléculas de la enzima y en la del sustrato por esta razón, los enlaces químicos se distorsionan. La proximidad y orientación de los reactivos y los esfuerzos de distorsión en los enlaces críticos, facilitan la rotura de algunos enlaces y la formación de otros; por lo que el complejo ES se rompe en productos distintos de los que le formaron el sustrato se une a los átomos con los que puede reaccionar en estructuras altamente ordenadas que hacen posible una reacción específica al final de la reacción, el sustrato se transforma en producto y se separa de la enzima; la enzima queda libre para catalizar las reacciones de más moléculas de sustrato y formar más producto resultante. Las enzimas son catalizadores de alta eficiencia El peróxido de hidrógeno (H2 O2) se descompone lentamente en presencia de una sola molécula de la enzima

catalasa, se descompone muy

rápidamente, en alrededor de cinco millones de moléculas de H

por minuto a 0 °C. La catalasa, además de su actividad enzimática, protege a la célula porque el peróxido de hidrógeno es un subproducto tóxico de varias reacciones celulares; toda reacción química es catalizada por una enzima. Debido a la relación entre el sitio activo y

la forma del sustrato, las enzimas son específicas

para un solo

tipo de reacción y para un único sustrato. La ureasa descompone la urea en amoniaco y dióxido de carbono pero no actúa en ningún otro sustrato, la sacarasa desdobla la sacarosa sin actuar en la maltosa ni en la lactosa. Propiedad descriminativa y microscópica de las proteínas. Las enzimas actúan como detectores de señales químicas, porque reconocen a otras moléculas según su forma y no catalizan más que un solo tipo de reacción metabólica. La propiedad discriminativa es fundamental para que se lleven a cabo las reacciones en el sitio, instante y momento adecuado para el suministro

energía

para

trabajo

celular,

Electividad o

Especificidad de Acción de las Proteínas esta propiedad por la que catalizan un solo tipo de reacción metabólica. En los seres vivos se producen reacciones químicas que requieren: orientación precisa y alto rendimiento que lo consiguen con el concurso de las enzimas. El funcionamiento de las enzimas depende de la temperatura, el PH y la concentración de las sustancias, para las enzimas humanas, la temperatura óptima varía entre 35 a 40 ºC; a temperaturas bajas las reacciones enzimáticas son muy lentas o no reaccionan; pero entra en actividad con el aumento de la misma. 

Las temperaturas altas inhiben la acción de la mayoría de las enzimas y esa desactivación es irreversible aún con el enfriamiento de la enzima.



El potencial hidrógeno óptimo varía entre 6 y 8.



Sin embargo algunas como la pepsina, que interviene en la secreción de células del revestimiento gástrico, funciona sólo en un medio muy ácido (PH 2).

Mientras que la tripsina, que desdobla las proteínas que secreta el páncreas funciona mejor con valores ligeramente mayores a 7 (básica), la síntesis de cada enzima es controlada por un gen

específico; el gen se activa la señal de una hormona o algún otro producto del metabolismo al activarse el gen, se sintetiza la enzima. La cantidad de enzima determina la velocidad inicial de la reacción. A temperatura y PH constantes, la velocidad de la reacción depende de las concentraciones del sustrato y de la enzima; si hay un exceso de sustrato, la concentración de la enzima es el factor determinante de la velocidad V de la reacción [Enzima] Conclusión del II Principio: El organismo es un estado estacionario, en el que se produce una serie de reacciones (metabolismo) por lo que la entropía está aumentando continuamente, requiere expulsar el exceso de materia y entropía (desorden) que está produciendo; que las reemplaza

con

materia y energía en estado de orden (entropía negativa)

III PRINCIPIO: DEL ORDEN Y DESORDEN

La elección de las moléculas sustrato, realizada por las enzimas, no es posible sin gasto de energía. La adaptación de la molécula sustrato a la estructura superficial de la enzima ocurre por medio de enlaces de baja energía (débiles). La energía liberada, en esa adaptación, es poca y se reparte en el ambiente, al término de la reacción, la enzima se suelta, para lo que a utiliza la energía liberada en esa adaptación. Los seres vivos realizan todos estos procesos, gracias a sus estructuras ordenadas; estructuras que son capaces de almacenar no solo energía sino también información que es utilizada, más tarde, en las reacciones. La información almacenada en estructuras altamente ordenadas, es la razón para que las enzimas “reconozcan” a las moléculas sustratos y las recojan para la reacción; mientras rechazan a otras moléculas de otros sustratos.

Si bien en la naturaleza todo tiende al desorden, los seres vivos han desarrollado estructuras altamente ordenadas, sólo así consiguen llevar adelante las transformaciones y cambios de energía; empleando sistemas de baja entropía y de elevada energía libre contrarrestando la tendencia natural al equilibrio. La vida es, entonces, una expresión de lucha contra la naturaleza; Carneiro de Leao “ La vida es una tentativa permanente para evitar el equilibrio entre el medio interno y el externo, de no lograrlo la consecuencia es la muerte”

UNIDAD DE COMPETENCIA 3: SISTEMA MUSCULAR Aplica las leyes y fenómenos físicos presentes en la contracción muscular, analiza las variaciones de energía y la elasticidad del músculo, con rigurosidad científica, lógica, ética y espíritu crítico. OBJETIVO DE LA UNIDAD DE COMPETENCIA Aplicar las leyes y fenómenos físicos presentes en la contracción muscular, analiza las variaciones de energía y la elasticidad del músculo, mediante, observación simulada y natural de casos con aplicación de las TIC, lectura científica de textos seleccionados y construcción organizadores gráficos y ensayos científicos con rigurosidad científica, lógica, ética y espíritu crítico. Elemento de competencia 1 Analiza los procesos y fenómenos físicos de la contracción mediante lectura científica, del tema, revisión bibliográfica del comportamiento iónico Actividades de aprendizaje a. Trabajo individual previo: análisis proposicional del tema Introducción a la bioenergética b. Trabajo en micro grupos para construir las proposiciones científicas en consenso grupal y elaborar un organizador gráfico. c. Puesta en común de los productos grupales. Elemento de competencia 2 Identifica los sistemas que aportan energía para la contracción a través de la lectura comprensiva del texto científico: Los Sistemas Energéticos Actividades de aprendizaje a. Trabajo individual previo: análisis proposicional del tema: Los Sistemas Energéticos b. Trabajo en micro grupos para construir las proposiciones científicas en consenso grupal y elaborar un organizador gráfico. c. Puesta en común de los productos grupales.

Elemento de competencia 3 Clasifica los tipos de contracción y las variaciones de longitud del sarcómero mediante ejemplos de observación de Variaciones de longitud del sarcómero Actividades de aprendizaje a. Trabajo individual previo: análisis proposicional del tema: Tipos de contracción b. Trabajo en micro grupos para construir las proposiciones científicas en consenso grupal y elaborar un organizador gráfico. c. Puesta en común de los productos grupales. Elemento de competencia 4 Analiza la elasticidad y la histéresis muscular, mediante ejemplos de elasticidad a. Trabajo individual previo: análisis proposicional del tema: Elasticidad b. Trabajo en micro grupos para construir las proposiciones científicas en consenso grupal y elaborar un organizador gráfico. c. Puesta en común de los productos grupales. Elemento de competencia 5 Diferencia los calores generados durante la contracción. A través de gráficos típicos a. Trabajo individual previo: análisis proposicional del tema: Calores producidos durante la contracción b. Trabajo en micro grupos para construir las proposiciones científicas en consenso grupal y elaborar un organizador gráfico. c. Puesta en común de los productos grupales. Elemento de competencia 6 Analiza el rendimiento del músculo, considerado como máquina, mediante revisión bibliográfica de máquinas eléctricas Actividades de aprendizaje a. Trabajo individual previo: análisis proposicional del tema: Máquinas b. Trabajo en micro grupos para construir las proposiciones científicas en consenso grupal y elaborar un organizador gráfico. c. Puesta en común de los productos grupales. RESULTADO DE APRENDIZAJE DE LA UNIDAD DE COMPETENCIA PRODUCTO ACREDITABLE Ensayo científico que describa las características, propiedades y principios del Sistema Muscular y la explicación de sus relaciones e incidencias con los fenómenos biofísicos del cuerpo humano. El texto debe tener la estructura del ensayo científico y la forma textual del modelo APA, capaz de insertar en una obra científica de autores

INFORMACIÓN CIENTÍFICA SISTEMA MUSCULAR

Ing. Mario León Viteri Dra. Marcia Zapata Mora Generalidades: El movimiento de los animales es un trabajo mecánico que depende de un sistema compuesto por unidades capaces de contraerse (los músculos) que ejercen tracción mediante cuerdas (los tendones) sobre un conjunto de palancas (los huesos).

El movimiento de las plantas y otros seres unicelulares, por ejemplo su orientación hacia el sol, no es el resultado de un trabajo mecánico sino de las alteraciones de la presión osmótica, es decir de un trabajo de transporte. Las células vegetales contienen determinados órganos contráctiles que también se encuentran en las células eucariotas; en la membrana de las mitocondrias se encuentran elementos contráctiles que originan variaciones de volumen de esos orgánulos celulares durante los procesos respiratorios. Las células procariotas también realizan trabajo mecánico. Muchas bacterias poseen flagelos, que tienen su origen en fibras contráctiles, para su locomoción. Los elementos estructurales que participan en la contracción poseen propiedades muy parecidas a la de los músculos.

Los mecanismos moleculares que conducen a la contracción muscular son muy homogéneos aunque los músculos pueden desarrollar diferentes funciones. Así los estriados pueden contraerse voluntariamente a velocidades muy altas (1000 contracciones por segundo, en el vuelo de los insectos) mientras que los músculos lisos que se contraen y relajan involuntariamente pueden hacerlo con regularidad y lentitud. Otro tipo de músculo es el cardíaco que, siendo estriado, no responde a la voluntad; se contrae y relaja con un ritmo extraordinariamente constante a lo largo de la vida del organismo. También se debe citar al músculo aductor de los 74

moluscos que puede permanecer contraído con gran fuerza durante un tiempo relativamente largo.

La estructura celular de los músculos da lugar a dos clases: los músculos lisos y los estriados. Los lisos están conformados por células alargadas en forma de huso con un núcleo también alargado. Los extremos de la célula se continúan en tendones finos o en fibras elásticas. En el interior de la célula se encuentran pequeñas fibrillas que aparecen uniformes al microscopio. Por lo que se les denomina fibras musculares lisas, como son las de los intestinos, bronquios, uretra, vejiga, iris. Las fibras musculares estriadas son células unidas en un sincicio, constituida por tejido conectivo. A partir de una célula original y tras múltiples divisiones del núcleo se origina una estructura de varios centímetros de longitud que puede contener más de cien núcleos colocados en su periferia. En estas fibras musculares polinucleadas encontramos gran cantidad de fibrillas paralelas al eje longitudinal y numerosas secciones isotrópicas y aniso trópicas que al microscopio

aparecen como zonas

claras y obscuras, respectivamente. Las secciones de las fibrillas coinciden unas sobre otras, por lo que la fibra muscular se presenta estriada transversalmente.

Las fibras musculares estriadas tienen un diámetro que varía entre 10 y 100 micras y su longitud puede ser de 30 o 40 cm. El sarcolema que las envuelve tiene un espesor de 100 A°. Las bandas claras (I) miden 0,8 micras de longitud y las obscuras (A), 1,5 micras.

Cada banda I está atravesada por una estría denominada línea Z. En el centro de la banda A se localiza una zona menos obscura, es la banda H. La distancia entre dos líneas Z

determina la longitud del

sarcómero.

Existen dos clases de filamentos en las miofibrillas, los gruesos de 110° de diámetro y 1,5 u de longitud y los finos con 50° y 2 u, respectivamente. Los gruesos ocupan la banda A y los finos se disponen en todo el sarcómero, desde la banda H hasta la línea Z. En la banda I los finos se disponen en forma hexagonal; en la banda H los gruesos, en forma triangular a distancias entre 140°. Cada filamento grueso emite prolongaciones hacia los finos, son los puentes transversales.

Los filamentos gruesos están constituidos por misiona y los finos por actina. La misiona representa el 60% del total de proteínas musculares y la actina el 12%. Estos prótidos son los responsables de la contracción muscular. LA CONTRACCION MUSCULAR

De acuerdo con la variación de la longitud de las fibras, la contracción muscular puede ser de dos clases: elástica o pasiva y motora o activa.

En la elástica, el músculo se alarga cuando actúa una fuerza externa y al cesar ésta, la fibra se encoge. En la motora, se produce el acortamiento voluntario o también reflejo del músculo. La disminución de la longitud del músculo se debe al deslizamiento de los filamentos gruesos sobre los finos.

Cuando el músculo está en reposo, los puentes transversales se encuentran estirados sin posibilidad de combinarse con la actina (filamentos finos), debido a que se presenta una repulsión eléctrica entre la misiona y el extremo libre del ATP (adenosintrifosfato).

Cuando el músculo recibe un estímulo umbral se libera ión calcio (Ca+), en el sarcómero. Este ion se fija en la actina y en el extremo libre del ATP; lo que da lugar a una reordenación de las cargas y fuerzas

eléctricas. Se elimina la repulsión y se activa la misiona que a partir de ese momento se identifica como adenosintrifosfatasa obligando al ATP a contraerse y provocando el deslizamiento de los filamentos gruesos y a la disminución de la longitud del sarcómero.

Se hidroliza el ATP y se fracciona a ADP (Adenosindifosfato) y en un radical fosfato con una liberación de 11.000 cal/mol. Esta energía química es transformada en mecánica para dar lugar a la contracción muscular. El calor que se disipa durante la contracción ayuda a que el ADP resintesís el ATP.

Cuando se acortan los puentes, las moléculas de ATP se acercan a la misiona y la hidrolizan, esto da lugar a la ruptura de los puentes y a la recuperación de su posición primitiva. El ATP, regenerado por el fosfato de creatina, aparece tenso e inclinado para reiniciar el proceso en presencia

del

Ca+.

Este

proceso

contracción

progresa

indefinidamente, pues al cabo de un tiempo relativamente pequeño, el Ca+ es reabsorbido por el retículo sarcoplasmático y en músculo entra en estado de relajación.

duración

del

impulso

aproximadamente

(milisegundo) y afecta a una porción pequeña del músculo; la acción gradual, total y sin interrupciones se debe a una integración espacial y temporal de las fibrillas.

El impulso nervioso da lugar a una variación del potencial que provoca la contracción de la unidad motora y en consecuencia una fuerza interna. Esa fuerza se mantiene mientras el Ca+ no sea reabsorbido y desaparezcan los puentes. La fuerza externa comienza más tarde e incluso alcanza su valor cuando la unidad motora no ejerce fuerza alguna. La acción final llega con retraso respecto a la fuerza original. Este comportamiento se debe a las características elásticas del músculo.

Sistemas que intervienen en la contracción: 1. Miosina,

representa el 60% de los prótidos musculares, forma los

filamentos gruesos y participa en la hidrólisis del ATP 2. Actina, es el 12% del total de las proteínas musculares; está presente en los filamentos finos. 3. Glucógeno, proveniente de la agregación sanguínea. 4. ATP, Creatina Fosfato 5. Iones Ca y Mg cuyos enlaces son de alta energía.

Por la acción de estos sistemas, se presentan fenómenos físicos químicos: 

Un aumento en el consumo de oxígeno, por parte del músculo



Una disminución del glicógeno y un aumento del ácido láctico



Liberación de calor, producto de las reacciones e hidrolizaciones de los sistemas.

Con la contracción se inicia, en forma simultánea, la degradación del glicógeno, a cuyo ciclo se incorporan los radicales fosfatos procedentes de la hidrólisis del ATP. Para que se resíntesis de ATP se necesita radicales fosfato y energía que provienen de la hidrólisis de la creatina fosfato y del catabolismo glucídico.

La creatina fosfato en presencia de la creatina fosfatasa se degrada en una molécula de creatina y en otra de radical fosfato; esta última

una

al ADP

(adenosindifosfato)

y regenera

ATP

(adenosintrifosfato).

Durante la degradación del glicógeno muscular, cuando el ácido fosfopirúvico se transforma en ácido pirúvico, se liberan radicales fosfato macroérgicos, de modo que por cada molécula hidrolizada de glicógeno se regeneran 3 de ATP y 1 de Creatina fosfato. En estas reacciones se libera una energía de 29.000 cal/mol.

Si el proceso de contracción se desarrolla en ausencia del oxígeno, el músculo se contrae pero el ácido pirúvico actúa como aceptor de los hidrógenos producidos durante la secuencia de reacciones y se transforma en ácido láctico. Si la concentración del ácido láctico supera el 0,04% se bloquean o inhiben los grupos enzimáticos que intervienen en el metabolismo glucídico y al no regenerarse el ATP, por falta de radicales fosfato, el músculo pierde su capacidad de recuperación y se fatiga.

Si la contracción se desarrolla en presencia de oxígeno, la quinta parte del ácido láctico entra en el ciclo de los ácidos tricarboxílicos y es oxidado hasta su conversión en dióxido de carbono (CO2) y agua; con una liberación de 325.000 cal/mol que son utilizadas para resintetizar el glicógeno a partir de las restantes cuatro quintas partes del ácido láctico.

Creatina fosfato ===Creatina + radical fosfato ===ADP ===ATP Q=11.000 cal/mol

Ac Fosfopirúvico == Ac Pirúvico + radical fosfato ==ADP ===ATP ==Creatina

===Creatina

Fosfato

1/5 A Láctico + O2 ===========CO2 + H2O

Q= 325.000 cal/mol

325.000 cal/mol + 4/5 A. Láctico ============Resíntesis del glicógeno.

En resumen, la contracción muscular se cumple con reacciones químicas que liberan la energía necesaria para el acortamiento y para transformarla en fenómenos que tienen que ver con la reconstitución del ATP, de la Creatina fosfato y del Glicógeno; contando además, con la participación de la misiona, actina y las enzimas correspondientes.

El papel de los cationes Ca y Mg en la formación de los puentes: Cuando el músculo es colocado en glicerina se observa: 1. La activación del centro de la ATP-asa requiere la presencia de iones Ca2+, Si se extraen los iones Ca2++ no se produce la hidrólisis del complejo ATP- Mg2+ 2. La ATP-asa de la misiona sólo hidroliza el ATP en presencia del Mg++ La ATP-asa solo desdobla un complejo ATP-Mg2 3. El complejo ATP-Mg2+ origina la disolución del precipitado y la relajación de un músculo tratado con glicerina 4.

Al añadir simultáneamente ATP-Mg2+ e iones Ca2+ se refuerza la

precipitación dando lugar a la contracción del músculo tratado. Si se trata por separado: Miosina + ATP + Ca + Mg No hay precipitación Actina + ATP + Ca + Mg Tampoco se produce la precipitación Miosina + Actina +ATP + Ca +Mg se produce contracción Conclusión 

El mecanismo básico de la contracción muscular depende de la acción conjunta de las dos proteínas en presencia del ATP y de cationes divalentes

 El aporte de Calcio al sistema Acto Misiona ATP-Mg da lugar a una contracción  La falta de iones Calcio conduce al relajamiento del sistema

FENÓMENOS TÉRMICOS QUE ACOMPAÑAN A LA CONTRACCIÓN Calores: El músculo disipa calor durante el reposo, la contracción y la restitución a su estado inicial. Se puede distinguir 3 clases de calor: de reposo, inicial y el de restitución.

El calor de reposo es una pequeña y constante cantidad de calor que resulta de los procesos metabólicos que ocurren con el músculo en ese estado. Depende de la masa muscular contraída y del tiempo que el músculo permanezca en reposo y equivale, aproximadamente, a 2 calorías por cada kilogramo de masa muscular y por cada minuto en que permaneció en reposo.

Respondiendo a un estímulo, el músculo se contrae y produce una mayor cantidad de energía, es el denominado calor inicial que puede alcanzar valores de hasta 3 cal/kg de masa muscular. Se produce en presencia o ausencia de oxígeno, lo que indica que es consecuencia de la liberación de energía por parte de substancias contenidas en el músculo. El calor inicial está compuesto por dos fracciones: calor de activación y calor de contracción.

El calor de activación es emitido después de recibir el estímulo y antes de que aparezca un acortamiento visible. Se origina por la emisión de energía de aquellas reacciones que hacen pasar al músculo desde el estado de reposo hasta uno dispuesto para la contracción. Es contante e independiente del acortamiento muscular y del trabajo que realice. Es el resultado del balance entre la energía liberada durante la hidrólisis del ATP, de la fosfocretatina y del glicógeno muscular y la consumida en la resíntesis del ATP y de la fosfocreatina, otra fracción del inicial es el calor de contracción que aparece durante la misma y depende del acortamiento, del área transversal contraída y de la constante de acortamiento. Qc = A*S*L Donde: Qc: Calor de contracción, en calorías A : Constante de acortamiento (0,146 cal/cm2* cm) S : Superficie transversal contraída (cm2) L : Longitud de acortamiento (cm)

Una contracción de 1 cm, con un área de 1 cm2 libera 0,146 calorías.

Tras la contracción, se libera calor durante la recuperación, hasta unos 30 minutos luego de la terminación de la misma. Se denomina calor de restitución y se genera solo en presencia de oxígeno. Está formado por los calores de relajación, pos relajación y recuperación.

El calor de relajación se debe a que la energía que lo mantenía en tensión, se transforma en calor conforme se relaja. El de pos relajación es originado por las reacciones químicas que ocurren desde el término de la relajación hasta el inicio de la recuperación.

El calor de recuperación, denominado también como calor de oxidación, es producido por los procesos respiratorios celulares que proporcionan nueva energía química al músculo para que esté en condiciones de iniciar una nueva

contracción. Es el resultado de la

diferencia entre la energía liberada por la oxidación del ácido láctico a agua y dióxido de carbono y la necesaria para la resíntesis del glicógeno.

Se cumple el primer principio, cada transformación determina una pérdida de energía pero pueden llevarse a cabo reacciones que permiten aprovechar la energía para lograr que las substancias retornen a su estado inicial gracias al aporte de energía externa. En el proceso de recuperación, las substancias no vuelven a su estado inicial, entran nuevas especies, a través de la alimentación, y se eliminan las ya transformadas, vías heces, orina, transpiración y calor. ELASTICIDAD MUSCULAR

El comportamiento elástico del músculo ha sido estudiado en la contracción pasiva. Dada su morfología, la elasticidad del músculo liso es mayor que la del estriado pues se deforma con mayor facilidad.

En el estado de reposo (a), el músculo tiene una longitud y una fuerza que es la del tono; si es estirado, requiere una fuerza para aumentar su longitud, hasta el punto (b). Si a partir de (b), continúa la tracción, la longitud muscular aumenta pero la fuerza necesaria para lograr ese aumento disminuye hasta (c). Si en (c) cesa la fuerza que lo tracciona, la longitud muscular disminuye hasta (d), en que aún no alcanza el valor del tono muscular. A partir de (d) la longitud disminuye pero la fuerza aumenta para mantener el tono fisiológico.

Los estados en carga y descarga no se superponen porque el músculo es un sistema elástico viscoso, y para recuperar su forma inicial debe vencer su propia resistencia (el rozamiento de las miofibrillas y la viscosidad de los líquidos: intra y extra celular) En la contracción activa, la longitud de la fibra muscular trabaja dentro de un margen comprendido entre la de reposo y sus 2/3. Si se contrae a un valor menor al 1/3 de su longitud de reposo el músculo entra en un estado irreversible denominado estado delta o de Ramsey Street.

En la contracción pasiva, la longitud de la fibra muscular puede alcanzar valores tan altos como el doble de la del reposo.

RENDIMIENTO MUSCULAR Cuando un músculo realiza trabajo, transforma energía, la misma que debería ser igual a la suministra para su funcionamiento (1 principio). Sin embargo por efecto de los calores disipados, la energía devuelta es menor y el rendimiento muscular fluctúa entre 20% a 25%. Lo que significa que la energía perdida en forma de calor se ubica entre el 75% al 80% de la energía recibida por el sistema, es un rendimiento similar al de los motores de combustión. Sin embargo hay que considerar que la célula es la única estructura capaz de transformar la energía química directamente en mecánica.

UNIDAD DE COMPETENCIA 4: HEMODINÁMICA

Identifica los factores que inciden en la calidad del flujo sanguíneo a lo largo de la red circulatoria con rigurosidad científica, lógica, ética y espíritu crítico. OBJETIVO DE LA UNIDAD DE COMPETENCIA Identificar los factores que inciden en la calidad del flujo sanguíneo a lo largo de la red circulatoria, mediante, observación simulada y natural de casos con aplicación de las TIC, lectura científica de textos seleccionados y construcción organizadores gráficos y ensayos científicos con rigurosidad científica, lógica, ética y espíritu crítico. Elemento de competencia 1 Analiza la participación de los factores que afectan al flujo sanguíneo en su recorrido, mediante lectura científica de la geometría de los vasos sanguíneos. Actividades de aprendizaje a. Trabajo individual previo: análisis proposicional del tema: Geometría de los vasos b. Trabajo en micro grupos para construir las proposiciones científicas en consenso grupal y elaborar un organizador gráfico. c. Puesta en común de los productos grupales. Elemento de competencia 2 Calcula la cantidad de oxígeno que requieren los órganos y tejidos del cuerpo humano, mediante ejercicios de aplicación de la cantidad de oxígeno que requieren los tejidos. Actividades de aprendizaje a. Trabajo individual previo: análisis proposicional del tema: Necesidad de flujo sanguíneo b. Trabajo en micro grupos para construir las proposiciones científicas en consenso grupal y elaborar un organizador gráfico. c. Puesta en común de los productos grupales. Elemento de competencia 3 Diferencia los componentes del Sistema Cardiocirculatorio, mediante un cuadro sinóptico de las características relevantes de sus estructuras

Actividades de aprendizaje a. Trabajo individual previo: análisis proposicional del tema: Estructura del corazón. b. Trabajo en micro grupos para construir las proposiciones científicas en consenso grupal y elaborar un organizador gráfico. c. Puesta en común de los productos grupales. Elemento de competencia 4 Sintetiza la transformación del trabajo cardíaco en la circulación sanguínea, mediante revisión bibliográfica de Bioenergética. Actividades de aprendizaje a. Trabajo individual previo: análisis proposicional del tema: Trabajo y energía b. Trabajo en micro grupos para construir las proposiciones científicas en consenso grupal y elaborar un organizador gráfico. Puesta en común de los productos grupales. Elemento de competencia 5 Analiza la viscosidad de la sangre, mediante consulta bibliográfica de presión y resistencia de líquidos. Actividades de aprendizaje Trabajo individual previo: análisis proposicional del tema: Viscosidad Trabajo en micro grupos para construir las proposiciones científicas en consenso grupal y elaborar un organizador gráfico. Puesta en común de los productos grupales. Elemento de competencia 6 Demuestra la ley de Poisseuille y su aplicación en el flujo sanguíneo, mediante observación en el laboratorio de la incidencia del área, longitud, presión y caudal de los distintos vasos. Actividades de aprendizaje Trabajo individual previo: análisis proposicional del tema: Diámetro y radio de los vasos Trabajo en micro grupos para construir las proposiciones científicas en consenso grupal y elaborar un organizador gráfico. Puesta en común de los productos grupales. Elemento de competencia 7 Demuestra la Presión transmural, de acuerdo a las propiedades elásticas del vaso, mediante lectura científica de tensión de la pared del vaso. 85

Actividades de aprendizaje a. Trabajo individual previo: análisis proposicional del tema: Tensión b. Trabajo en micro grupos para construir las proposiciones científicas en consenso grupal y elaborar un organizador gráfico. c. Puesta en común de los productos grupales. RESULTADO DE APRENDIZAJE DE LA UNIDAD DE COMPETENCIA 4 PRODUCTO ACREDITABLE Ensayo científico que describa las características, propiedades y principios de la Hemodinámica y la explicación de sus relaciones e incidencias con los fenómenos biofísicos del cuerpo humano. El texto debe tener la estructura del ensayo científico y la forma textual del modelo APA, capaz de insertar en una obra científica de autores

INFORMACIÓN CIENTÍFICA HEMODINAMICA Ing. Mario León Viteri Dra. Marcia Zapata Generalidades: Para cumplir sus funciones la célula necesita alimentos que le suministren combustible y oxígeno para combinarlos y obtener energía; también debe disponer de un sistema que le permita eliminar los productos de la combustión, dióxido de carbono, agua y calor; este último para disiparlo al exterior. La sangre cumple con esta función. Este tejido representa aproximadamente el 7% de la masa total del cuerpo, es decir 4,5 kilogramos o 4,6 litros para un individuo que pese 64 kg. La sangre, los vasos sanguíneos y el corazón constituyen el sistema cardiovascular. (SCV).

La sangre es un líquido, el plasma, que contiene diferentes tipos de células (glóbulos, plaquetas) en suspensión. En la microcirculación, las células suspendidas son tan pequeñas, en relación con el radio de los vasos, que permiten considerar a la sangre como un líquido homogéneo como el agua pero con una viscosidad mayor. En la microcirculación, capilares,

arteriolas y

vénulas,

sangre

constituye

líquido

heterogéneo.

La sangre y su función de oxigenar a las células es tan importante que el corazón es el primero de los órganos mayores que se desarrolla en el embrión. Ocho semanas después de la concepción, el corazón ya está bombeando sangre hacia los tejidos del feto. Como en el feto aun no funcionan los pulmones, la sangre se oxigena a través de la madre, vía cordón umbilical. El corazón fetal tiene una abertura que permite el flujo directo de la sangre desde la aurícula derecha a la izquierda de tal manera que solo el 10% de la sangre circula por los pulmones fetales. 87

Después del nacimiento, la circulación en el infante se modifica; la sangre, ahora, es enviada a los pulmones. La abertura entre las aurículas se cierra pocos minutos después del nacimiento. Si ese cierre no es el apropiado, la sangre no es oxigenada debidamente y el infante tendrá un aspecto azulado que se le conoce como un “niño azul”. Este defecto solo es corregido por cirugía cardiaca.

El corazón básicamente es una bomba doble que provee la presión y fuerza necesaria para que la sangre circule a través de los 2 sistemas de circulación: la Pulmonar o Menor, hacia los pulmones, y la Sistémica o Mayor hacia el resto del cuerpo.

El corazón está compuesto por el músculo auricular, el ventricular y las fibras musculares excitadoras y conductoras; hay una diferencia entre la estructura muscular del corazón izquierdo y la del derecho debido al diferente trabajo que realiza cada uno.

Al hacer un corte transversal se

observa que el ventrículo

izquierdo tiene una forma que aproximadamente circular para garantizar eficiencia en la necesidad de alta presión para la circulación sanguínea. El espesor de sus paredes es mayor que las del derecho porque requiere del trabajo de un mayor número de fibras cardiacas que el derecho. La presión generada por el ventrículo izquierdo varía entre 120 y 80 mm Hg, mientras que la del derecho varía entre 21 y 10 mm Hg, para la sístole y la diástole, respectivamente.

CORTE TRANSVERSAL DEL CORAZÓN

Fuente:https://www.google.com.ec/search?q=el+corazon.+corte+transversal&espv

Las arterias son tubos elástico musculares, en cuya estructura cambia la relación entre las fibras elásticas y las musculares según se alejen del corazón. Así en la aorta predominan los elementos elásticos mientras que en las arteriolas predominan los elementos musculares lisos.

Los elementos elásticos soportan presiones altas y por sus características físicas pueden, al deformarse, almacenar la energía acumulada durante la sístole. Los elementos musculares, presentes en las paredes vasculares, son gobernados por factores nerviosos y humerales que permiten modificar la luz vascular y, en consecuencia, regular el caudal sanguíneo.

Entre las arterias predominantemente elásticas tenemos a la aorta, la pulmonar primitiva, subclavia y la ilíaca primitiva.

En las arterias más alejadas del corazón, es decir las periféricas, en el tramo entre las elásticas y las arteriolas, predomina el tejido muscular, los capilares se caracterizan porque su pared está constituida por una capa simple de tejido endotelial y de poco espesor; en las venas, disminuye notablemente la proporción de tejido elástico.

Fuente:https://www.google.com.ec/search?q=estructuras+de+las+a rterias+y+arteriolas&espv

VASOS SANGUÍNEOS DIÁMETRO Y ESPESOR

VASO

DIAMETRO

ESPESOR

Aorta

2.5 cm

2mm

Arterias medianas

0.4 cm

1mm

Arteriolas

30 u

20 u

Precapilares

30 u

20 u

Capilar verdadero

Vena

0.5 cm

0.5 mm

Cava

3 cm

1.5 mm

Todas las paredes vasculares, con excepción de los capilares, están constituidas por una capa endotelial, fibras de elastina, fibras colágenas, y músculo liso. La capa endotelial, presente en todos los vasos, se caracteriza porque ofrece una pared lisa que disminuye el rozamiento entre sangre y paredes y, en consecuencia favorece la circulación. Este tejido tiene una permeabilidad selectiva que hace posible el transporte de agua, electrolitos, oxígeno y CO2.

La elastina se encuentra en todos los vasos, excepto en capilares y en las anastomosis venosas (conexiones directas entre arterias y venas). Se distiende fácilmente y producen tensión elástica sin consumo de energía química que se utiliza para contrarrestar la distensión provocada por la presión sanguínea.

Las fibras colágenas forman una red y son más resistentes a la distensión que las de elastina, mientras que las fibras musculares lisas producen tensión activa, por contracción, modificando la luz vascular y el caudal de sangre.

Los capilares al tener una estructura simple, son adosamientos celulares, y un espesor muy pequeño, facilitan la difusión y el transporte de substancias a través de la pared.

La sangre, en un individuo normal, circula a lo largo del sistema antes de ser bombeada por la otra sección del corazón; hacia el otro sistema. La sangre es bombeada por la contracción del músculo cardiaco desde el ventrículo izquierdo, con una presión de 120 mm Hg, hacia el sistema arterial, vía aorta, la que se subdivide en vasos cada vez más pequeños, arterias, arteriolas y finalmente capilares, que dan lugar, estos últimos, al lecho capilar. Durante pocos segundos y en el lecho capilar se produce el intercambio de oxígeno y nutrientes por dióxido de carbono y catabolitos celulares.

Luego de su paso por el lecho capilar, la sangre se colecta en pequeños vasos (las vénulas) que gradualmente se hacen más grandes (las venas) antes de ingresar al lado derecho del corazón a través de dos venas principales: la cava superior y la cava inferior.

El retorno sanguíneo es momentáneamente almacenado en la aurícula derecha y en una contracción débil del corazón se genera una presión entre 5 o 6 mm Hg que impulsa la sangre hacia el ventrículo derecho, desde el cual y desde la siguiente contracción ventricular es bombeada con una presión de 25 mm Hg, vía arteria pulmonar, hacia el sistema capilar de los pulmones. En los capilares pulmonares se presenta el fenómeno de difusión: la sangre elimina el CO2 hacia el exterior y recibe el O2 del aire atmosférico.

La sangre, ahora oxigenada, retorna al corazón a través de la aurícula izquierda, en donde una débil contracción produce una presión de 7 u 8 mm Hg que la impulsa hacia el ventrículo izquierdo. En la

siguiente contracción la sangre es impulsada para reiniciar su circulación con un volumen de aproximadamente 80 mililitros: es el volumen asistólico.

GRAFICO DEL SISTEMA DE DISTRIBUCION

Fuente:https://www.google.com.ec/search?q=distribución+de+la+sangre +en+el+siste

El volumen total de sangre, aproximadamente 5 litros, no se reparte uniformemente entre los dos sistemas; alrededor del 80% de la sangre circula por el sistema mayor y el 20% restante por el pulmonar.

Del volumen sanguíneo presente en el sistema mayor, el 12% del total se reparte en las arterias, el 8% en los capilares y el 60% en las venas. En la circulación pulmonar el 9% se distribuye en arterias, un 9% en venas y un 2% en capilares.

La distribución varía con la posición, de pie o sentado, pues la sangre se acumula en los miembros inferiores por efecto de la gravedad.

La mayor parte del volumen sanguíneo se encuentra en el sistema de baja presión: las venas.

Para que se produzca el flujo de un líquido o un gas, es necesaria una fuerza, que genere una presión. El flujo debe vencer la inercia para cambiar su estado de movimiento, (de reposo a flujo o de flujo a reposo). De tal manera que hay dos clases de resistencias: las inerciales y las cinemáticas.

Debido a que las velocidades de los líquidos biológicos son relativamente bajas, las resistencias

cinemáticas no tienen mayor

importancia, lo que significa que las resistencias de inercia consumen la mayor parte de la energía que en forma de presión proporciona el trabajo cardiaco.

FLUJO SANGUÌNEO

El flujo o caudal de sangre (Q) depende de: 

Una fuerza propulsora provocada por el consumo de presión a lo largo de la red circulatoria, y



De la resistencia al flujo de sangre a lo largo del trayecto.

Q = ΔP/ R La presión es generada por el corazón durante la sístole. La resistencia depende de la geometría de los vasos o sea de su longitud, diámetro y de las características de la sangre, especialmente de la viscosidad. El trabajo cardíaco debe vencer: La inercia de la sangre. Tiene que propulsarla desde el reposo relativo V = 0 cm/s en la diástole hacia la raíz de la aorta en la sístole 30 a 50 cm/s. Mantener el movimiento de la sangre, venciendo las resistencias cinemáticas.

Las velocidades de circulación de los líquidos biológicos son pequeñas por lo que las resistencias cinemáticas no consumen mucha energía. La mayor parte del trabajo cardíaco se gasta en vencer las resistencias inerciales, es decir en introducir el volumen sistólico en la raíz de la aorta.

VISCOSIDAD La resistencia que ofrecen los líquidos a su deformación se denomina viscosidad y se debe a fuerzas de atracción molecular (adhesión) que se oponen al desplazamiento del líquido.

La unidad de viscosidad en el sistema CGS es el poisse (p), que corresponde a la resistencia que opone una lámina liquida de 1 centímetro cuadrado de superficie ubicada a 1 cm de la pared cuando requiere una fuerza de 1 dina para desplazarse con una velocidad de 1 cm/s.

El poisse es una unidad demasiado pequeña para medir los fenómenos biológicos por lo que se emplea el pascalsegundo (pas) en el sistema internacional.

La viscosidad del agua a 20 ºC es de 1 cp y a 37 ºC es de 0,7 cp.

La unidad SI es el pascalsegundo (Pas) que equivale a 10 poisses. La viscosidad de un jarabe espeso puede ser 100 Pas; la del agua es de 0,001 Pas a 20 ºC. y la de la sangre varía entre 0,003 a 0,004 Pas es decir entre 0,03 a 0,04 poisses. Su valor es proporcional al hematocrito (contenido de glóbulos rojos en la sangre). La sangre en consecuencia es un líquido de elevada viscosidad y esta propiedad es un factor decisivo en el buen funcionamiento de la circulación. La viscosidad dificulta el desplazamiento sanguíneo. La reducción de valor o la falta de viscosidad disminuyen la estimulación de las fibras cardiacas y arteriales; lo que permite, paralelamente, la difusión a través de las paredes de los vasos,

de los diversos componentes plasmáticos, con perjuicio a la circulación sanguínea. La viscosidad sanguínea también disminuye con la subnutrición, específicamente con la baja proteica, la reducción de los glóbulos rojos, la elevación del grado de oxigenación y las hemorragias.

GRAFICO DE VISCOSIDAD VERSUS HEMATOCRITO

https://www.google.com.ec/search?q=variación+de+la+viscosidad+ de+la+sangre+con+la+temperatura.-+hematocrito

La temperatura también influye en el valor de la viscosidad, con la que es inversamente proporcional. Si disminuye la temperatura de la sangre, aumenta su viscosidad; lo que reduce el flujo de sangre y puede ser la causa para que manos y pies se enfríen.

En el caso de los líquidos orgánicos, la viscosidad se la compara con la del agua a igual temperatura. En ese caso se denomina viscosidad relativa y como es una relación entre viscosidades, no tiene unidades. Solo nos indica las veces que un líquido es más o menos viscoso que el agua,

Ec. 2.1 Viscosidad del líquido Viscosidad Relativa = -----------------------------Viscosidad del agua

Viscosidad medida a igual temperatura

LÍQUIDO

VISCOSIDAD RELATIVA

Cefalorraquídeo

1.024

Orina

1.00 a 1.14

Sangre

4.50

Plasma

2.10

Suero

1.90

LEY DE POISSEUILLE

Poisseuille (siglo XIX) estableció que el flujo (Q) de un líquido con una viscosidad () a lo largo de un vaso de longitud l, con un radio (r), por efecto de una gradiente de presión p es igual a:

Ecuación de Poisseuille:

Ec 2.2 P * R4 Q=

/8 *l

Como el flujo varía exponencialmente con la cuarta potencia del radio, al duplicarse este, el caudal se hace 16 veces mayor. Y al triplicarse, 81 veces mayor y viceversa.

La sangre fluye por el sistema sin cumplir exactamente con esta ley ya que nos es un líquido perfecto sino un sistema compuesto de células y líquidos que circulan por tubos elásticos que se expanden y no rígidos y porque, si bien es un efecto insignificante, debemos considerar que la viscosidad sanguínea también modifica el flujo.

Si bien la ley de Posseuille no se cumple fielmente, nos ayuda a comprender el flujo sanguíneo. Poisseuille hizo sus experimentos en el laboratorio con agua y en vasos rígidos por lo que hay diferencias con las fisiológicas.

Laboratorio Líquido Viscosidad

agua constante

condiciones fisiológicas sangre varía con el hematocrito

Clase de fluido

Newtoniano

No newtoniano

Vasos

rígidos

elásticos

Presión

constante

variable

Los líquidos se denominan newtonianos, cuando la viscosidad es casi constante con las condiciones de flujo; la sangre no cumple fielmente con la ley de Poisseuille pero ayuda a comprender el flujo sanguíneo. Q = ∆P/R

El flujo o caudal, requiere de una gradiente de presión para vencer las resistencias.

A la gradiente o consumo de presión se lo denomina presión de perfusión efectiva (PPE).- Es la diferencia entre las presiones de entrada y salida a una parte del sistema de circulación. Ejemplo: P aorta = 100 mmHg (entrada) P arteriolas = 20 mmHg (salida) PPE = 100 – 20 PPE = 80 mmHg

Q sanguíneo es semejante a 80 ml/s (Q directamente proporcional al consumo de presión). Entonces: R = PPE/ caudal R = 80mmHg / 80 ml/s R = 1 mmHg/ml/s La unidad de resistencia periférica (URP) exige una gradiente de presión de 1 mmHg para permitir el flujo de 1 ml de sangre en cada segundo.

PRESION DE PERFUSION EFECTIVA CAUDAL O FLUJO

= -------------------------------------------------RESISTENCIAS AL FLUJO

PRESION DE PERFUSION EFECTIVA Ec 2.4

RESISTENCIAS = ----------------------------------------------------CAUDAL SANGUINEA

La unidad de resistencia periférica (URP) es la que demanda una presión De 1 mmHg para permitir el flujo de 1 ml/s. Si la presión sistólica es 90 mmHg y el gasto ventricular izquierdo es 90 m/s la resistencia periférica total es de 1 URP

La unidad de resistencia absoluta (URA) requiere una presión

dina/cm2 para permitir el flujo de 1 ml/s

1 URA = 1333 URP

La facilidad para el flujo sanguíneo se denomina Conductancia y tiene una relación inversa con la resistencia. De acuerdo con la ley de Poisseuille, el caudal depende de la cuarta potencia del radio; en consecuencia al variar la luz vascular están cambiando las resistencias y las conductancias.

En la circulación las dos terceras partes de las resistencias se desarrollan en las arteriolas pequeñas, cuyo diámetro puede alcanzar valores entre 4 a 25 micras, es decir hasta 4 veces por lo que el flujo, teóricamente, puede aumentar hasta 256 veces. Fisiológicamente se han registrado variaciones de hasta 100 veces. TIPOS DE FLUJO . En la mayor parte del organismo, el flujo de la sangre corresponde a un régimen laminar o perfilado caracterizado porque es ordenado, silencioso, regular, como lo indica su nombre el flujo se realiza en láminas. A diferencia del régimen turbulento que se presenta solo en el corazón y en las inmediaciones de la aorta y que se caracteriza por fluir en todas las direcciones, se mezcla continuamente, su velocidad es más alta, es ruidoso. Si el flujo sanguíneo totalmente laminar, no sería posible la audición de los ruidos cardiacos.

Para que un flujo sea considerado como laminar los vasos deben ser los suficientemente largos y lisos, por lo que en el sistema circulatorio, solo se tiene flujo laminar puro en la aorta torácica.

100

En el flujo laminar, la capa muy fina de sangre que está en contacto con las paredes, es esencialmente estacionaria, prácticamente no se mueve. La siguiente capa, en dirección al centro del vaso, tiene una velocidad pequeña, pero conforme se acercan al eje la velocidad de las láminas aumenta para hacerse máxima en el centro del vaso.

DISTRIBUCION DE VELOCIDAD LAMINAR EN UN VASO

https://www.google.com.ec/search?q=distribucion+de+la+velocidad+en+fl ujo+laminar Esta variación de la velocidad de la sangre en un vaso, afecta a la distribución de los glóbulos rojos. Hay más en el eje que en la cercanía de la pared, provocando una variación de la viscosidad aparente.

101

DISTRIBUCION DE GLOBULOS ROJOS

Esto produce dos efectos: cuando la sangre fluye desde un vaso de mayor calibre hacia uno más pequeño, el porcentaje de glóbulos rojos en la sangre es ligeramente menor que en el vaso principal, fenómeno que se acrecienta por el rozamiento en las paredes.

DISTRIBUCION DE G. R. EN UNA DERIVACION

El segundo efecto es más importante, debido a que el plasma a lo largo de las paredes del vaso se mueve con una velocidad menor que los glóbulos rojos, la sangre, en las extremidades, tiene un hematocrito mayor que al salir del corazón. Esto determina un incremento en manos y pies

102

de aproximadamente un 10% que debe considerarse al medir la volemia con técnicas de disolución por radioisótopos.

Si se reduce el radio de un vaso, la velocidad de flujo aumenta gradualmente, hasta que alcanza un valor en que flujo cambia de laminar a turbulento, se denomina velocidad critica; esa velocidad aumenta si hay obstrucciones en el vaso.

GRAFICO DE VELOCIDAD CRÍTICA

Fuente:https://www.google.com.ec/search?q=velocidad+crítica+en+un+vas o+cuando+cambia+de+laminar+a+turbulento

LEY DE REYNOLDS (1883) determinó que la velocidad crítica es directamente proporcional a la viscosidad del líquido e inversamente proporcional a su densidad y radio.

103

Ec 2.5 K*  Vc = ----------D*R

En la que: Vc = velocidad critica K = Constante de Reynolds = 1000 para líquidos biológicos D = Densidad de la sangre = 1 g/ml R = Radio del vaso en cm  = Viscosidad de la sangre 0,04 poisses = 0,04 g/cm*s

En la aorta, por ejemplo con un radio de 1 cm la velocidad crítica es:

1000*0.04 g/cm*s Vc = -----------------------

= 40 cm/s

1gr/cm3 * 1 cm

La velocidad sanguínea en la aorta cambia desde 0 a 50 cm/s de tal manera que el flujo es turbulento en la parte final de la sístole. En el ejercicio forzado, el volumen de sangre bombeada por el corazón se incrementa 3 o 4 veces por lo que la velocidad critica es excedida con largueza; razón por la cual los ruidos cardiacos son diferentes a los del paciente en reposo. El flujo laminar es más eficiente que el turbulento lo que significa que un aumento de presión provoca un mayor flujo de sangre en el régimen laminar que en el turbulento. Pr Según la Ec 2.4

Q = ---------

por lo que

104

Ec 2.6

Pr = Q * Rs

De la Ec 2.6 se deduce que si la presión permanece constante, cualquier modificación del gasto cardiaco debe ir acompañada de una modificación proporcional de la resistencia y viceversa.

Sobre estos factores actúan 3 tipos fundamentales de regulación:

1) Autorregulación local 2) Regulación a través del sistema nervioso central 3) Procesos de control del volumen sanguíneo

La autorregulación local del tono arteriolar depende de dos aspectos: a) Autorregulación automática, independiente del S.N.C. y b) Una dependiente de este sistema.

En el primer caso, el elemento controlado es el caudal sanguíneo. La finalidad de la autorregulación local es evitar caudales de sangre no justificados, que serían un peligro para los capilares.

Muchos tejidos tienen la propiedad de mantener constante la percusión sanguínea a pesar de las grandes variaciones de la presión de percusión. Este fenómeno se explica por dos teorías: 1. La miogenica que otorga al músculo liso arteriolar la propiedad de contraerse en respuesta a un flujo máximo que distiende la pared arteriolar; y

105

la teoría metabólica según la cual intervienen determinadas

substancias químicas transportadas por la sangre o producidas por los tejidos que provocarían la vasodilatación con el objeto de mejorar el aporte nutritivo; en el caso de exceso de sangre se provocaría la vasoconstricción. La suma de las diversas autorregulaciones locales crea el tono arteriolar.

La autorregulación local con intervención del S.N.C. se superpone a la autorregulación local y modifica la respuesta específica de cada órgano.

La autorregulación local tiene inconvenientes; al constituir un sistema ciego, las necesidades de caudal sanguíneo y presión arterial no considera el estado de los otros territorios vasculares. Por ejemplo en el caso de anoxia hística (falta de oxígeno para la respiración celular) provocada por una hemorragia aguda, la autorregulación local no controlada daría lugar a una vaso dilatación que agravaría la caída de tensión. De igual modo, una necesidad de nutrientes acompañada de una hipovolemia (baja cantidad de sangre) provocaría una vasodilatación que no podría ser compensada con la elevación del gasto cardiaco y alguna parte del lecho vascular recibiría más sangre que otras regiones vitales.

A diferencia de la auto regulación que adapta el caudal sanguíneo de cada órgano a sus necesidades, la regulación nerviosa vela por la compatibilidad de estas necesidades con el equilibrio del organismo en su totalidad. Esta regulación se basa en detectarlas variaciones de presión alrededor de una posición de equilibrio y en corregirlas para que esa presión vuelva a sus valores fisiológicos.

Por otro lado, el organismo dispone de medios para controlar la adaptación del lecho vascular a la modificación de la volemia y sus consecuencias hemodinámicas. Se destaca la propiedad de los riñones

106

para excretar agua y sodio en función de la presión arterial. Un aumento de esa presión provoca diuresis y natroiuresis elevadas; y la disminución, efectos contrarios. Esta respuesta da lugar a un efecto regulador sobre la presión arterial, es decir que mediante este mecanismo, se controla el capital hidrosodico y la volemia.

La variación de la presión arterial puede ir acompañada de un cambio en la presión capilar y los intercambios en los sectores vascular e intersticial pueden verse afectados por este mecanismo.

LEYES DE LA CIRCULACIÓN

Las leyes de la circulación son 4: del caudal, de la presión, del área y de la velocidad.

LEY DEL CAUDAL

Se denomina lecho circulatorio a la suma de los calibres de todos los vasos arteriales, capilares y venosos de la misma especie.

En toda sección del lecho circulatorio pasa igual cantidad de sangre por unidad de tiempo. Equivale, en promedio, a 5 litros por minuto y se le conoce como Volumen Minuto Circulatorio (VMC). La sangre como todo líquido constituye una sola unidad y no puede circular por tramos ni intermitentemente.

LEY DE LA PRESION El desplazamiento de la sangre se realiza a favor de la gradiente de presión (desde la mayor hacia la menor presión). El flujo requiere un consumo o caída de presión. Las presiones mayores se encuentran en los ventrículos y las menores en las aurículas, por esa razón la sangre sale y regresa al corazón.

107

La ley dice: La presión en el sistema circulatorio, disminuye constantemente conforme los vasos se alejan del corazón para asegurar el flujo sanguíneo.

Del análisis del gráfico de la ley se deduce que el mayor consumo de presión se presenta en la parte arterial porque, debido a que los radios van disminuyendo, se presenta en esa parte una mayor resistencia.

LEY DEL AREA

El radio de los vasos en el sistema arterial va disminuyendo para hacerse mínimo en los capilares y luego aumenta progresivamente, en el sector venoso, hasta que en la cava se hace nuevamente grande. Sin embargo el número de vasos de la misma especie va aumentando en la parte arterial y disminuyendo en la venosa; por esa razón el área tiene la misma variación.

El área total del lecho circulatorio es mínima en la aorta, aumenta progresivamente en la parte arterial para hacerse máxima en los capilares y luego, en el sector venoso, disminuye para hacerse nuevamente mínima en la cava. El área de la aorta tiene un valor promedio de 3 cm2. La superficie toral de los 13 millones de capilares es entre 600 a 800 veces el área de la aorta.

LEY DE LA VELOCIDAD

La sangre, como todo líquido, cumple con la ecuación de continuidad

Caudal sanguíneo = Área transversal del lecho circulatorio * Velocidad de la sangre

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Q= A * V

De acuerdo con la ley del caudal, éste es un valor constante y es de 5 litros por minuto. En consecuencia, si el caudal (Q) es constante y el área total del lecho circulatorio aumenta la velocidad de la sangre disminuye y viceversa.

El área es mínima en la aorta, la velocidad sanguínea es máxima y en promedio es de 30 cm/s. En la parte arterial el área total aumenta progresivamente, la velocidad de la sangre disminuye paulatinamente. La superficie es máxima en capilares, la velocidad sanguínea es mínima. En el sector venoso el área disminuye progresivamente, esa velocidad va aumentando. En la cava el área es mínima, la velocidad es máxima.

Si el área de los capilares es 600 veces menor que el de la aorta, la velocidad de la sangre en los capilares será 600 veces menor, es decir

V sangre en capilares = Velocidad sangre en aorta/600 = 30/600 = 0.05 cm/s = 0.5 mm/s

Si la longitud media de los capilares es de 2 mm, significa que la sangre tarda 4 s en recorrer uno de esos vasos. Tiempo suficiente para que se produzcan los fenómenos de difusión y ósmosis; los mismos que están favorecidos porque el espesor de la pared es de aproximadamente 1 micra.

PRESIÒN TRANSMURAL Es la ejercida por la tensión de las paredes vasculares. La tensión es el resultado de las propiedades del tejido elástico presente en esas paredes. PRESIONES QUE INTERACTÙAN EN EL VASO 

La intravascular o sanguínea (Ps). 109



La ejercida por la tensión de las paredes o transmural (Pt).



La de los tejidos circundantes al vaso (P tejidos).



La intersticial debido al líquido (Pi).

La presiòn sanguínea trata de dilatar al vaso, mientras que las otras actúan en sentido contrario, es decir tratan de colapsar al mismo. La suma de la P tejidos + P líquido se denomina presiòn exterior (Pe) La fuerza necesaria para vencer la elasticidad de la pared vascular por unidad de longitud se denomina tensión √ = F / L Unidades: dinas/cm;

Recordando que: P = F / A

A mayor valor de la presiòn, la inclinación de la recta que representa a la presiòn también es mayor, esto es peligroso para los vasos de diámetro pequeño como las arteriolas y capilares cuya estructura no está preparada para soportar esas tensiones. Ejemplo: Calcular la tensión de la pared vascular aplicando la ecuación de Laplace √ = P*R Si la P = 1; P = 3; P = 5 Radio

Tensión

Aplicaciones de la ecuación de Laplace Calcular la tensión de la aorta tomando los datos del cuadro adjunto VASO

PRESIÓN dinas/cm2

RADIO

AORTA p=100mmHg

1.3 * 105

1.2

TENSIÓN dinas/cm

110

ARTERIAS

1.2 * 105

0.5

2.6 * 104

0.0006

2.0 * 104

0.02

1.3 * 104

1,5

P = 90mmHg CAPILARES P = 20 mmHg VÉNULAS P = 15mmHg CAVA p = 10 mmHg

111

UNIDAD DE COMPETENCIA 5: SISTEMA RESPIRATORIO Analiza los factores que inciden en el intercambio gaseoso, entre la atmósfera y el sistema pulmonar, con rigurosidad científica, lógica, ética y espíritu crítico. OBJETIVO DE LA UNIDAD DE COMPETENCIA Analizar los factores que inciden en el intercambio gaseoso, entre la atmósfera, alvéolos y la célula, mediante, observación simulada y natural de casos con aplicación de las TIC, lectura científica de textos seleccionados y construcción organizadores gráficos y ensayos científicos con rigurosidad científica, lógica, ética y espíritu crítico. Elemento de competencia 1 Identifica los fenómenos que inciden en el intercambio gaseoso entre la atmósfera y el sistema pulmonar, mediante lectura científica de difusión, ósmosis y convección. Actividades de aprendizaje a. Trabajo individual previo: análisis proposicional del tema: ósmosis y difusión b. Trabajo en micro grupos para construir las proposiciones científicas en consenso grupal y elaborar un organizador gráfico. c Puesta en común de los productos grupales. Elemento de competencia 2 Diferencia entre respiración externa e interna, mediante lectura científica de estructura alveolar. Actividades de aprendizaje a. Trabajo individual previo: análisis proposicional del tema: Difusión de gases b. Trabajo en micro grupos para construir las proposiciones científicas en consenso grupal y elaborar un organizador gráfico. c Puesta en común de los productos grupales. Elemento de competencia 3 Diferencia de presiones gaseosas, mediante revisión bibliográfica de física de los gases Actividades de aprendizaje

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a. Trabajo individual previo: análisis proposicional del tema: Presiones parciales de los gases y presión de vapor. b. Trabajo en micro grupos para construir las proposiciones científicas en consenso grupal y elaborar un organizador gráfico. c Puesta en común de los productos grupales. Elemento de competencia 4 Diferencia los procesos químicos de los físicos en el intercambio gaseoso, mediante revisión bibliográfica de física de los gases. Actividades de aprendizaje a. Trabajo individual previo: análisis proposicional del tema: Disolución de los gases en volúmenes líquidos b. Trabajo en micro grupos para construir las proposiciones científicas en consenso grupal y elaborar un organizador gráfico. c. Puesta en común de los productos grupales. Elemento de competencia 5 Diferencia el comportamiento del transporte de oxígeno y CO2, a través de las membranas alveolar y fases líquidas, mediante lectura científica de solubilidad y difusión de gases. Actividades de aprendizaje a. Trabajo individual previo: análisis proposicional del tema: Solubilidad de los gases b. Trabajo en micro grupos para construir las proposiciones científicas en consenso grupal y elaborar un organizador gráfico. c Puesta en común de los productos grupales. RESULTADO DE APRENDIZAJE DE LA UNIDAD DE COMPETENCIA 5 PRODUCTO ACREDITABLE Ensayo científico que describa las características, propiedades y principios del Sistema Respiratorio y la explicación de sus relaciones e incidencias con los fenómenos biofísicos del cuerpo humano. El texto debe tener la estructura del ensayo científico y la forma textual del modelo APA, capaz de insertar en una obra científica de autores

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SISTEMA RESPIRATORIO Ing. Mario León Viteri Dra. Marcia Zapata Generalidades: El oxígeno consumido en la combustión de los alimentos y necesario para la obtención de la energía utilizada en el metabolismo celular es absorbido a través de los pulmones. El dióxido de carbono (CO2) procedente de las reacciones metabólicas se elimina por la misma vía. El pulmón cumple con las siguientes funciones:

a- Intercambio gaseoso b- Regula el potencial hidrógeno (pH) c- Interviene en el intercambio de calor con el medio ambiente d- Mantiene el equilibrio hídrico del organismo e- Es responsable de la formación de la voz (fonación)

El intercambio de gases entre la atmósfera y el alvéolo se denomina respiración externa, ventilación o hematosis. El intercambio entre el aire y la sangre ocurre en los capilares pulmonares. La sangre transporta él oxigeno desde los alvéolos hasta los tejidos y células y el CO2 en sentido contrario, desde la célula hasta el alvéolo. Finalmente se produce ese intercambio entre la sangre y la célula en un proceso denominado RESPIRACIÓN INTERNA, celular o hística.

El aparato respiratorio se compone básicamente de dos cajas de volumen variable, la una dentro de la otra. La primera impone las variaciones primarias de volumen. Está constituida por la caja torácica y se encuentra limitada en su parte inferior por el diafragma. La acción de los músculos respiratorios provoca variaciones de volumen favorecidos por la gran elasticidad de los pulmones. Esas variaciones de volumen dan lugar a gradientes de presión que provoca el 114

flujo de aire. La segunda cámara es la alveolar (pulmones) que se encuentran en contacto directo con la atmósfera. Esta cámara también sufre las variaciones de volumen impuestas por la primera.

Fuente:https://www.google.com.ec/search?q RESPIRACION EXTERNA Es el intercambio de gases entre la atmósfera y el pulmón. Sumariamente se puede considerar que se produce por la concurrencia de 3 factores a) Vías, b) Estructura osteo muscular y c) Alvéolos.

Las Vías son los conductos por los que el aire fluye hacia y desde los pulmones con un régimen laminar que puede volverse turbulento en accesos de tos en los que alcanza una velocidad d 800km/h. La tráquea y los bronquios principales y lobulares pueden disminuir su sección transversal con la tos, debido a su estructura cartilaginosa lo que provoca un aumento de la velocidad del aire (Q = A*V) lo que favorece la

115

expectoración. Las vías también cumplen con las funciones de calentar y humedecer el aire, filtrar las impurezas que ingresan con el aire inspirado. La nariz retiene la totalidad de las impurezas con un diámetro de 10 micras y hasta un 75% de las de 5 micras. Las partículas penetran en el árbol bronquial tanto más lejos cuanto más pequeñas y redondeadas sean. Las partículas hasta de 1 micra de diámetro se eliminan con el aire espirado. Las de menor diámetro difunden con el aire inspirado hacia los tabiques alveolares donde se depositan en la película de moco que recubre el epitelio bronquial; desde donde son transportadas hacia la faringe gracias a los movimientos ondulantes de los cilios vibrátiles de la mucosa. Los cilios tienen una longitud de 0,1mm y tienen una frecuencia de 1000 vibraciones/minuto. Las secreciones bronquiales forman una película de 5 micras de espesor extendida por toda la superficie interna de las vías. La velocidad de transporte de la película de moco varía entre 1 y 3cm/minuto por lo que el tiempo requerido para alcanzar el exterior (nariz) es de aproximadamente 30 minutos.

La caja osteo muscular, gracias. A los cartílagos de las costillas y a la acción de los músculos respiratorios, permite la variación de los tres ejes, lo que da lugar a variaciones de volumen y en consecuencia diferencias de presiones que determinan el flujo de aire a favor de esas gradientes.

La caja interior (alvéolo) o sistema respiratorio propiamente dicho está formado por la tráquea, un tubo de unos 3cm2 de área transversal, se ramifica en dos bronquiolos principales. Estos bronquiolos se subdividen en conductos alveolares, que están subdivididos por tabiques que forman los alvéolos. Tienen un diámetro de 0,2mm y un espesor de paredes de 0,4 micras.

Al nacer el número de alvéolos es de 30 millones, a los 8 años es de 300millones y pasada esa edad es relativamente constante y cubren

116

una superficie de unos 70m2.Los pulmones son entonces estructuras esponjosas debido al gran número de cavidades que componen los alvéolos. A través de esas paredes se produce el intercambio por difusión.

Envolviendo cada pulmón se encuentra la pleura, en cuya cavidad se desarrolla la presión intrapleural, que sumada a la gran elasticidad del tejido pulmonar tratan de colapsar (cerrar) al pulmón. Actuando hacia el interior del pulmón se equilibra con la presión intrapulmonar. La presión intrapleural siempre es menor que la atmosférica por lo que se dice que es una presión negativa. En el inicio de la inspiración tiene un valor de 753 mmHg y al inicio de espiración vale 756mmHg.

INSPIRACIÓN Es el fenómeno por el que el aire atmosférico penetra en el interior de los pulmones, debido a la disminución de las presiones intrapulmonar (PIP) e intrapleural (pip).

En la inspiración normal, los músculos respiratorios se contraen y provocan el descenso del diafragma y la rotación de las costillas hacia fuera. Esto determina un aumento del volumen de la caja torácica. La distensión del tórax es acompañada por las hojas parietales de la pleura, lo que provoca un aumento del volumen intrapleural. De acuerdo con la ley de Bolle & Mariotte (P*V = Constante) se produce una disminución de la PIP y de la pip. Lo que da lugar a la entrada del aire atmosférico hacia el alvéolo provocando la distensión de la pared pulmonar hasta que alcance un nuevo volumen y equilibrio.

Ayuda a esa distensión, la reducción de la tensión superficial de la lámina de agua que baña al alvéolo, gracias a la acción de las sustancias tenso activas, hipotónicas o surfactante que es secretada por las mismas células alveolares y que favorecen la dilatabilidad pulmonar. La tensión

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superficial es mayor en aquellos que tienen menor volumen. Al terminar la inspiración, el pulmón se encuentra totalmente dilatado por lo que la tensión de las paredes también lo está y tienden, ahora, a colapsar el pulmón; lo que favorece al proceso de la espiración.

ESPIRACIÓN Es un proceso pasivo en que la mezcla gaseosa sale desde los pulmones hacia el exterior. Se debe a la relajación de los músculos respiratorios, a la elasticidad de la pared pulmonar y al aumento de la tensión superficial de la capa de agua que baña a los alvéolos. Lo que da como resultado una disminución del volumen intrapulmonar y del espacio intrapleural que provoca un aumento de las presiones respectivas dando lugar al flujo de aire hacia el exterior. En la espiración forzada interviene, adicionalmente, la contracción de los músculos respiratorios. VARIACIONES DE LAS PRESIONES EN EL SISTEMA RESPIRATORIO

PRESIÓN

INSPIRACIÓN

ESPIRACIÓN

Intrapulmonar (PIP)

730mmHg

790mmHg

Intrapleural (pip)

753mmHg

756mmHg

TITULO DE UN GAS (i) Es la relación entre su volumen y el volumen total de la solución, medidos a igual temperatura y presión. i = Volumen del gas /volumen total de la mezcla gaseosa PRESIÓN PARCIAL (p)

La presión parcial de un gas en una mezcla es la que tendría, si a igual temperatura, se encontrase solo ocupando el volumen total de la

118

solución. Se debe al choque de sus moléculas. La suma de las presiones parciales es igual a la presión total. El valor de la presión parcial depende de la concentración de los gases en la mezcla.

p1  p2  p3  pn  PT p p  i  PT La Ley de Dalton expresa que la Presión total será la sumatoria de las presiones parciales de los gases que lo conforman dicha mezcla

PRESIÓN DE VAPOR (pv) Es aquella en la que los estados líquido y gaseoso coexisten a una determinada temperatura. La ebullición y la evaporación exigen, por lo tanto, determinados valores de presión y temperatura. Se diferencian en que la primera es un fenómeno de masa, mientras que la segunda es de superficie. En el caso del agua, algunos de los valores son:

Temperatura PV = mm Hg

0º 4.58

20º 17.53

37º 47.07

50º 92.51

60º 149.38

100º 760

.PRESIONES PARCIALES GAS

AIRE

ATMOSFÉRICO

ALVEOLAR

ESPIRADO

Pp mmHg

Oxígeno

20.84

158

100

118

Nitrógeno

78.50

596

573

565

de 0.04

0.3

5.30

4.23

0.70

5.5

0.13

Dióxido carbono Agua

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ANÁLISIS DE LOS GASES QUE INTERVIENEN EN LA RESPIRACIÓN 1. La disminución del título del oxígeno en el aire alveolar se debe a que una parte se queda en el denominado espacio muerto y en consecuencia no llega a los pulmones. 2. El oxígeno tiene tendencia a permanecer en el espacio alveolar, debido a la gradiente de presión. 3.Si bien el nitrógeno no interviene en el intercambio gaseoso, la variación de su presión parcial da lugar a su contribución para un mejor ingreso del O2y salida del CO2, es decir es un acarreador físico de gases. 4. La presión del H2O es la misma en los aires alveolar y espirado debido a que el interior de las cavidades aéreas es húmedo y se encuentra a 37°C, por lo que se hallan saturados de vapor de agua. 5-Como la presión del agua es menor en la atmósfera que el alveolar o que en el espirado, el organismo está perdiendo constantemente agua en forma de vapor. Esa pérdida depende del equilibrio hídrico del organismo. PROCESOS FÍSICOS –QUÍMICOS El intercambio de gases en los pulmones depende de las Presiones parciales en los diversos compartimentos: alvéolo, líquido intersticial, plasma y líquido intracelular. Los gases deben intercambiarse en los alvéolos; transportarse, a través de la sangre, y finalmente ingresar o salir de las células, dando lugar, finalmente a la respiración celular o interna. El intercambio de gases, O2 y CO2, entre la sangre y el aire alveolar transforma la sangre venosa en arterial. El factor principal es la gradiente de pP de los gases entre el alvéolo y la sangre.

PRESIONES PARCIALES (mmHg) GAS

SANGRE ARTERIAL

SANGRE VENOSA

Oxígeno

100 mmHg

37 mmHg

Nitrógeno

573 mmHg

Dióxido de carbono

40 mmHg

46 mmHg

120

Otros factores que condicionan el intercambio son las estructuras interpuestas entre el aire alveolar y la sangre: membranas alveolar, capilar, y del glóbulo rojo y las fases líquidas constituidas por el líquido intersticial y el plasma.

Fuente:https://www.google.com.ec/search?q=alveolos+pulmonares+y+la+s ngre

En el intercambio y transporte de gases es determinante la permeabilidad de las membranas y la solubilidad de los gases en las fases líquidas.

Siendo el aire alveolar una mezcla gaseosa, se desarrollan Pp. La p02 alveolar es de 100mmHg y en la sangre venosa es de 37mmHg en consecuencia, la gradiente de presión, unida a la permeabilidad de la membrana da lugar al intercambio de los gases, siguiendo la ley de Graham que establece que la velocidad de difusión de un gas a través de una membrana es inversamente proporcional a la raíz cuadrada de su peso molecular.

V 

1 PM

121

Si el peso molecular del O2 es 32 y el CO2 es 44, se concluye que el O2 es más rápido, en un 15%, en su desplazamiento a través de las membranas alveolar, capilar y del eritrocito.

Como los gases también atraviesan láminas líquidas hay que considerar que su solubilidad va a determinar la velocidad de difusión en las mismas y que está regida por la ley de Exner que indica que esa velocidad en las láminas líquidas es directamente proporcional a la solubilidad del gas e inversamente proporcional a la raíz cuadrada de su peso molecular. Por lo que puede concluir que el CO2 es 20 % más rápido que el O2 en el plasma y en el líquido intersticial. V fases líquidas = S/ Finalmente, atravesando todos estos obstáculos e inclusive la membrana del eritrocito, el O2 se coloca delante de la molécula de hemoglobina (Hb) a la que se une si hay la suficiente presión parcial para

O2  Hb  HbO2  Hb  O2 dar lugar a una estructura débil, la oxihemoglobina, que será la encargada de transportar, vía sangre, a ese gas hasta las células.

Cada 100ml de sangre arterial contiene 14 g de Hb, 19 cc de O2 y 0,0476g de Fe.

TRANSPORTE DE GASES Es un proceso físico químico en el que los gases son transportados desde los alvéolos hacia los tejidos y viceversa, a través de la sangre. En la sangre, la hemoglobina (Hb) almacena y transporta el oxígeno (O2). El bicarbonato presente en el plasma sanguíneo lo hace con el CO2.

122

TRANSPORTE DEL OXIGENO El oxígeno se une al átomo de hierro (Fe) presente en la Hb, mediante un enlace débil, de baja energía, que se mantiene si la PpO2 es igual o mayor a 20mmHg, dando lugar a una molécula de oxihemoglobina (Ohb). La formación de Ohb es directamente proporcional con la PpO2 y con el potencial (pH) y es inversamente proporcional con la temperatura. Otro factor que influye en la formación de la Ohb es la concentración de cada uno de los electrolitos.

A la presión alveolar del O2 en la sangre, 100mmHg, se disuelven 0,3 cc de O2 en 100ml de plasma; mientras que en 100ml de sangre arterial se transportan, vía hemoglobina, 20ml de O2. Es claro entonces que el proceso químico de transporte de O2 es más eficiente que el físico (disolución en el plasma). A medida que la sangre alcanza los tejidos, la pO2 disminuye y permite su liberación en cualquier tejido o estructura cuya presión sea menor a aquella en que se formó el enlace para fijar el O2 a la Hb.

TRANSPORTE DEL DIÓXIDO DE CARBONO El CO2 resultante del metabolismo celular es transportado por la sangre de tres maneras: a) Formando los carbonatos del plasma b) en el glóbulo rojo unido al grupo amina, la carbaminohemoglobina, y c) disuelto en el plasma. Transportado en cualquiera de esas formas, el CO2 pasa desde la sangre al aire alveolar en virtud de su presión parcial. De los 200 cc de CO2 por minuto que se produce en el organismo, solo 1,8 ml se transportan disueltos en el plasma. El resto se transporta formando los compuestos químicos. La mayor parte formando ácido carbónico que se disocia en dos iones H+ Y bicarbonato (HCO¯³).

123

Alguna parte del CO2 permanece en el interior celular en forma de solución.

RESPIRACIÓN CELULAR Es la fijación de O2 y la eliminación de CO2 a nivel celular; depende de las presiones parciales de esos gases. En el caso del O2, intervienen además la disociación de la Ohb a nivel celular (por la baja de PpO2 y pH y por el aumento de la temperatura) a favor de una abundancia de CO2, necesario para la restauración de los carbonatos del plasma sanguíneo.

La mayor parte del bicarbonato producido por el eritrocito debe difundir al plasma a través de la membrana celular. Esta membrana es muy permeable para los aniones (q-) como el HCO¯3 y el Cl- y poco permeable para los cationes (q+) como el Na+ y el K+.

Como los iones Cloro son los más abundantes en el plasma, es decir en el exterior celular, difunden al interior de la célula, dando lugar a un intercambio cloruro-bicarbonato. Cada ion Cloro que ingresa a la célula reemplaza a un ion HCO¯3 que sale. La reacción inversa ocurre en los capilares pulmonares donde la sangre pierde CO2 y gana O2. DESCOMPRESIÓN EXPLOSIVA También conocida como hipo presión es el paso desde una presión alta a una baja, en un lapso muy pequeño. Es el caso del ascenso brusco de los aviones, sin cabina altimática, en que la presión atmosférica disminuya rápidamente o el de los buzos en que la presión total también disminuye al salir desde las profundidades.

La descompresión explosiva da lugar a efectos fisiológicos que depende del tiempo en que se produce esa disminución de presión. Los efectos fisiológicos se deben principalmente a la liberación de gases y van 124

desde pérdida de conciencia, cefaleas, embolias gaseosas y hasta la muerte. La solubilidad de un gas en un líquido depende de su presión parcial y del coeficiente de solubilidad. En el caso de los buzos, la Pp aumenta con la profundidad y en consecuencia esta aumentada la cantidad de gases disueltos en los líquidos orgánicos. Al retornar a la superficie, disminuyen la presión total y la parcial, por lo que los gases ya no pueden mantenerse en disolución, liberándose al interior de los tejidos que pueden provocar embolia y destrucción tisular. La expansión de los gases en las cavidades abdominales forzar al diafragma hacia arriba y puede provocar alteraciones cardíacas. Inmediatamente después de la descompresión aparecen burbujas gaseosas en el interior de los vasos sanguíneos. A los pocos segundos cae la presión arterial y luego se eleva a valores mayores a los normales; en ese momento la circulación se detiene completamente a pesar de que el corazón sigue latiendo durante un tiempo, pero su contracción es deficiente ya que solo impulsa gases, provocándose incluso la muerte. Si se comprime al paciente en un lapso entre 2 o 3 minutos, colocándole en un pulmón de acero, (para que al aumentar la presión total aumenta la presión parcial), retorna la circulación y se recupera. Como los efectos de la descompresión se deben a la liberación de los gases y tomando en cuenta que el N2 es el más numeroso, se concluye que ese gas es el responsable principal de esos efectos.

Para determinar los límites a partir de los cuales se presentan los trastornos, se utiliza el coeficiente de expansión relativa de los gases

ERG 

P0  47 PF  47

(ERG).

Po = Presión al inicio de la descompresión en mmHg Pf = Presión al final de la descompresión en mmHg 125

Como el ERG es una relación entre presiones tiene unidades absolutas.

Si el ERG es menor o igual a 2,3 no se presenta los efectos de la descompresión explosiva. Los procesos normales de la respiración tienen lugar en una variación de presión atmosférica entre 450 a 760 mm de Hg. Con la altitud sobre el nivel del mar, esas presiones están disminuidas y en consecuencia disminuye la formación de la OHb. A 3000 m de altura sobre el nivel del mar, la presión atmosférica es de 524mmhg, el título del O2 es del 13% por lo que la pO2 es 68 mmHg, por lo que de acuerdo con la curva de saturación de la OHB alcanza un valor del 90% por lo que el sistema transportador está funcionando con eficiencia. A los 4000 m de altitud es posible realizar actividad física sin ayudas especiales a cambio de un aumento en la frecuencia y en la profundidad respiratorias. A 6000 m se requiere ayuda de botellones de O2, respirando ese gas con un título de un 100%.

126

BIBLIOGRAFÍA BLOON, Benjamin (1977). Características Humanas y Aprendizaje Escolar. Voluntad Editores Ltda. & Cia. S.C.A. Bogotá, D. E. - Colombia BEST & TAYLOR. (2003). Bases fisiológicas de la práctica médica. Directores Mario A. Dvrorkin, Daniel P. Cardinali. 13ª ed. Editorial Médica Panamericana Buenos; Madrid. CICARDO, Vicente (1987) Biofísica. Printed in Argentina libreros editores S.R.L. Buenos Aires, Argentina CÓRDOVA, A. [et al.]. (2003). Fisiología dinámica. Barcelona: Masson. FOX, S.I. (2003). Fisiología humana. 7ª ed. Madrid: McGraw-Hill, Interamericana. DE ZUBIRÍA Samper, Miguel (1996). Teoría de las seis lecturas. Mecanismos del aprehendizaje semántico. Fundación Alberto Merani para el Desarrollo de la Inteligencia. Santafé de Bogotá. FRUMENTO, A. S. (1995) Biofísica. 1995 Mosby / Doyma Libros, S.A. Juan Alvarez Mendizábal, 3, 2 o 28008 Madrid. España. GUYTON & HALL: (2011) Tratado de Fisiologia Medica (12ª ED.) J.E. HALL , S.A. ELSEVIER ESPAÑA, 2011 MARTÍN Cuenca, E. (2006) Fundamentos de fisiología. Madrid: Thomson. POCOCK, Gillian (2005). Fisiología humana: la base de la medicina. 2ª ed. Barcelona: Masson. OSES, Sonia y CARRASCO, Laura (2013). Módulos alternativos en la Enseñanza de la Ciencias. Estrategia Didáctica Orientada al Logro de Aprendizajes Significativos. Universidad de la Frontera, Facultad de Medicina, Ciencias Sociales y Humanidades, Departamento de Ciencias Básicas…TemucoChile (e-mail: sonia,osses@ufrontera.cl;lauracarrasco@ufrontera.cl) POMPA NÚÑEZ, Alberto. (2002). Biofísica. Editorial Félix Varela, La Habana, Cuba RHOADES, R.A. Tanner, G.A. (1996) Fisiología médica. Barcelona: Masson. ROJAS Bravo, Gustavo (1975). El Módulo: Estructura Teórica Metodológica. Universidad autónoma Metropolitana Unidad Xochimilco. Centro de Investigaciones Educativas. Seminario de Integración Metodológica. México.

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ANEXO 1 INSTRUCTIVO PARA REALIZAR EL ANÁLISIS PROPOSICIONAL

El análisis proposicional consiste en la identificación de las ideas principales y secundarias en la lectura de los textos científicos. Se realiza mediante el siguiente proceso: LECTURA DE ESTUDIO 

Lectura global del tema para identificar la idea central del texto científico. Además del texto de lectura presentada en el módulo, se consultarán otros textos de la bibliografía sugerida, tanto convencional como virtual. Por lo general tiene relación explícita o implícita con el tema de la lectura.



Lectura de los párrafos para identificar las ideas principales y secundarias de los textos científicos. Subrayar las ideas principales en el texto (por lo general hay una en cada párrafo). Copiar las ideas principales entre comillas cuando son copias textuales. Parafrasear las que demandan ese proceso, debido a la extensión o a la complejidad de la expresión de las ideas. Éstas fundamentarán el texto científico que estructurará posteriormente.

ANÁLISIS DE LAS IDEAS PRINCIPALES 

Formular las ideas principales del texto, como proposiciones científicas, esto es, con pensamientos completos que tengan sujeto y predicado. Las proposiciones deben ser expresadas con lenguaje propio, mismas que luego serán fundamentadas con las citas de los autores consultados. (trabajo individual previo para el trabajo grupal).



Clasificar las proposiciones principales de acuerdo con la secuencia y la estructura diseñada para el texto que redactará posteriormente.

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

Elaborar un organizador gráfico con las palabras claves de las proposiciones. (tarea individual para trabajo grupal).



Exponer el trabajo elaborado en asamblea de grupo clase para la realimentación correspondiente. (Se sorteará entre los estudiantes, considerando la equidad de género).

SÍNTESIS Y COMENTARIO 

Elaborar un texto científico utilizando las proposiciones clasificadas y el organizador gráfico respectivo que han sido realimentados en el análisis del grupo clase.



Utilizar las citas bibliográficas para fundamentar las ideas expresadas en el texto, aplicando el modelo APA.



Este texto es el ensayo científico que se elaborará al final del estudio de la Unidad de Competencia correspondiente.

EJEMPLO DE ANÁLISIS PROPOSICIONAL

Identifique las proposiciones científicas contenidas en el siguiente texto BIOMECÁNICA La Biomecánica es el conjunto de conocimientos interdisciplinares de la Física y la Biología, generados a partir de la aplicación de las leyes de la Mecánica, como parte de la Física para comprender los fenómenos físicos en los seres vivos. Hoy en día es posible aplicar con éxito, las leyes de la mecánica a los procesos que intervienen en la regulación de los sistemas biológicos, mediante modelos matemáticos que permiten simular fenómenos muy complejos. Movimiento En mecánica el movimiento es un fenómeno físico que se define como todo cambio de posición que experimentan los cuerpos de un sistema, en el espacio con respecto a ellos mismos o con arreglo a otro cuerpo que sirve de referencia. Todo cuerpo en movimiento describe una trayectoria.

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La parte de la Física que se encarga del estudio del movimiento sin estudiar sus causas es la Cinemática. La parte de la Física que se encarga del estudio de las causas del movimiento es la Dinámica. PROPOSICIONES

1. La Biomecánica es el conjunto de conocimientos interdisciplinares entre la Física y la Biología, generados a partir de la aplicación de las leyes de la Mecánica a la comprensión de los fenómenos físicos en los seres vivos. 2. La mecánica es posible aplicar con éxito en los procesos que intervienen en la regulación de los sistemas no solo físicos, sino también de los sistemas biológicos. 3. Hoy en día la mecánica se aplica mediante modelos matemáticos que permiten simular fenómenos muy complejos. 4. El movimiento es un fenómeno físico que se define como todo cambio de posición que experimentan los cuerpos de un sistema, en el espacio con respecto a ellos mismos o con arreglo a otro cuerpo que sirve de referencia 5. Todo cuerpo en movimiento describe una trayectoria. 6. La Cinemática es la parte de la Física que se encarga del estudio del movimiento sin estudiar sus causas. 7. La Dinámica es la parte de la Física que se encarga del estudio de las causas del movimiento.

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Ejemplo de elaboración de un organizador gráfico MECÁNICA

Se divide CINEMÁTICA

DINÁMICA

Estudia MOVIMIENTO SIN CAUSAS

MOVIMIENTO CON CAUSAS

Se aplica a

SERES VIVOS

Se llama

BIOMECÁNICA

TEXTO CIENTÍFICO La Biomecánica es una ciencia interdisciplinaria que proviene de la aplicación de las leyes de la Mecánica a la comprensión de los fenómenos físicos en los seres vivos. Se entiende, en este caso, que el estudio de Biomecánica comprende aspectos teóricos y también prácticos y objetivos en el aprendizaje. La mecánica se divide en Cinemática y Dinámica. La Cinemática estudia el movimiento sin atender a las causas que lo generan, mientras que la Dinámica estudia el movimiento, analizando sus causas. Se desprende, por lo tanto que el estudio de la Mecánica, aplicada a comprensión los fenómenos biológicos que se dan en el cuerpo humano es muy importante en la Carrera de Medicina; de igual modo el estudio de la Cinemática.

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ANEXO 2 RESULTADOS DE APRENDIZAJE DE LA UNIDAD DE COMPETENCIA ELABORAR UN ENSAYO CIENTÍFICO Ensayo es: “Un escrito en prosa, generalmente breve, que expone sin rigor sistemático, pero con hondura, madurez y sensibilidad, una interpretación personal sobre cualquier tema, sea filosófico, científico, histórico, literario, etc.” (Editorial Playor S.A.- Madrid, p. 37). Se trata de un ensayo formal, de exposición de ideas con base en la información científica. ESTRUCTURA DEL ENSAYO 1. Título del ensayo 2. Selección y determinación de las proposiciones principales o macro proposiciones en el texto científico: consiste en identificar las ideas principales y subrayarlas en el texto para distinguirlas de las ideas las secundarias. Éstas últimas servirán para realizar las argumentaciones y derivaciones en la redacción de los párrafos. 3. Clasifique y ordene las ideas principales de acuerdo con la secuencia y la estructura del texto del ensayo que usted ha diseñado. 4. Elaborar párrafos o textos científicos con cada proposición principal. Cada párrafo debe tener la idea principal (puede ir al comienzo al medio o al fin), las ideas argumentales y finalmente las derivadas que se las pone en base a un proceso de reflexión. Las argumentales sustentan científicamente a la proposición principal y las derivadas hablan de su aplicación, utilidad o valor del respectivo conocimiento. En este proceso sirven de apoyo las ideas secundarias a más de las que usted redacta con su criterio y punto de vista. En este caso se observa su estilo propio. 5. Conclusiones (del texto se extraen ideas generales y se las expresa en forma de proposiciones científicas de mayor complejidad, esto es como verdaderas categorías científicas. Ver Miguel De Zubiría pp.72 - 75) 6. Bibliografía Nota: Utilice las normas APA para la estructuración del texto, citas, notas bibliográficas.

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