UNIVERSIDAD SAN PEDRO
DOCENTE: MIGUEL ANGEL FALCON POVIS
FACULTAD DE MEDICINA HUMANA ESCUELA PROFESIONAL DE MEDICINA CHIMBOTE
INTRODUCCION:
PRACTICA DE N° 13 BASES BIOFÍSICAS DE LA AUDICIÓN
Las ondas se hallan presentes o son la base de muchos fenómenos físicos, pues su principal propiedad es el transporte de energía sin transporte neto de masa. En esta práctica se comienza por repasar la cinemática de las oscilaciones, con los importantes fenómenos de la amortiguación y de la resonancia, para pasar después a las características generales de las ondas y su descripción. Se deduce la velocidad de propagación de las ondas y se estudia las ondas estacionarias en una cuerda. Se extiende el estudio al sonido (ondas de presión) y sus principales características, como son la velocidad de propagación, la intensidad, la escala decibélica, el tono y el timbre. Dedicamos una sección a la discusión de la física del habla y de la audición, especialmente útil para alumnos de ciencias de la vida y de la salud. Por su importancia en las aplicaciones médicas, se dedica cierta atención a los ultrasonidos y al efecto Doppler. El mundo está lleno de sonidos que tienen una importancia funcional impresionante, porque conllevan información acerca de una gran diversidad de fuentes y enriquecen las entradas sensoriales de los individuos, lo cual permite optimizar el desempeño del sistema nervioso en relación con su entorno. El oído es el órgano encargado de percibir estos sonidos y de traducirlos de forma que puedan ser interpretados por el sistema nervioso central e integrados con la demás información sensorial y para este fin utiliza una serie de fascinantes mecanismos biofísicos, los cuales son el objeto de la presente revisión. La audición es uno de los sentidos especiales más importantes para la comunicación humana y animal y para el desarrollo del lenguaje y la socialización. El oído es el órgano especializado en tomar las ondas sonoras, transmitirlas hacia el órgano sensorial y traducirla en señales eléctricas que puedan ser analizadas e integradas en el sistema nervioso central. La presente revisión describe los principales mecanismos biofísicos utilizados por este órgano y sus e structuras para realizar esta tarea.
EL SONIDO El sonido es una forma de energía mecánica, generada por la vibración de un cuerpo a una determinada frecuencia, la cual hace vibrar a su vez el aire circundante, permitiendo la propagación de la onda. Cuando las moléculas de aire se acercan a la onda, la presión sobre éstas se incrementa (compresión) y cuando se alejan de la onda la presión disminuye (rarefacción); de esta forma el sonido puede definirse como una onda que provoca continuas compresiones y rarefacciones del medio en el que viaja (1). Debido a que la onda sonora depende de la interacción con moléculas, éstas no pueden transmitirse en el vacío. La velocidad del sonido varía dependiendo del medio en el que se desplace la onda y de la temperatura; en el aire a 20 ˚C es de alrededor de 400 metr os por segundo. Los sonidos se distinguen por su tono y su intensidad; el primero está determinado fundamentalmente por la frecuencia de la onda sonora, mientras que el segundo está determinado por la amplitud de ésta, aunque existen otros condicionantes que pueden influirlo. El oído humano sólo puede percibir un rango de frecuencias entre 20 y 20.000 Hz. La intensidad refleja que tan densamente agrupadas están las moléculas de aire durante la fase de compresión a causa de una onda sonora y es proporcional a la presión ejercida por la onda; la unidad utilizada para medir el nivel de intensidad relativa son los decibeles (dB), de acuerdo a la equivalencia dB = 10 log (I/I 0), donde I es la presión del sonido que está siendo medido y I 0 es la presión de referencia utilizada, la cual corresponde a la mínima presión del sonido audible por el oído humano a 4 kHz (2 x 10 -5 Pa), el cual corresponde a 0 dB. El máximo nivel de intensidad audible es de 120 dB. El oído es un órgano de gran complejidad, cuyo funcionamiento aún no está comprendido en su totalidad, pero que ha sido objeto de intensa investigación en los últimos 50 años por parte de diferentes disciplinas, que han buscado comprender los mecanismos responsables de la transducción de las ondas sonoras en una señal eléctrica que pueda ser tr ansmitida por neuronas e interpretada, analizada e integrada por el sistema nervioso. Estos mecanismos son de alta complejidad y muchos de ellos aún requieren de mucha más investigación. La fisiología y la biofísica auditivas continúan siendo entonces, un inmenso campo para seguir siendo explorado. En medicina los ultrasonidos se usan tanto para técnicas diagnósticas como terapéuticas. Entre las primeras destaca la e cografía, que presenta la ventaja sobre los rayos X de no ser ionizante. Al igual que lo que señalamos para el control de calidad de las piez as metálicas, los aparatos de ecografía emiten pulsos cortos y reciben las señales reflejadas, consecuencia de la estructura interna de la zona de exploración. Estas señales (ecos) tienen distintas intensidades y un retardo diferente según su situación y el material que compone dicha zona. Sintetizando esas señales en un ordenador se obtienen las imágenes ecográficas, entre las que destacan las de los fetos (no se debe usar rayos X en mujeres embarazadas) y del movimiento del corazón (técnica de ecografía Doppler). Las intensidades y la gama de frecuencias de los ultrasonidos están limitadas, por un lado, por la frecuencia del piezoeléctrico que los produce, y por otro por los efectos mecánicos que tienen sobre los tejidos. A baja intensidad y frecuencia son usados con fines terapéuticos, pues la energía mecánica es absorbida y disipada por las moléculas de agua, lo que da lugar a un efecto térmico. Pero si la intensidad es demasiado elevada, se puede producir un efecto de evaporación (cavitación) u otros efectos nocivos para el organismo.
MATERIALES:
Libro de consulta Formulario. Calculadora.
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DOCENTE: MIGUEL ANGEL FALCON POVIS
FACULTAD DE MEDICINA HUMANA ESCUELA PROFESIONAL DE MEDICINA CHIMBOTE
I. LUEGO DE LEER DETENIDAMENTE, CON LA AYUDA DE TU LIBRO USADOS EN LA ASIGNATURA RESPONDE LAS SIGUIENTES PREGUNTAS: 1. Establecer las características de las ondas sonoras indicando los límites de la frecuencia de audición. 2. ¿Cuáles son las cualidades del sonido y explicar en qué unidades se expresa? 3. ¿Cómo se mide el nivel de intensidad de una onda sonora y cuál es la mínima y la máxima intensidad que el oído puede escuchar, (tolerar)? 4. Escribe la diferencia entre una onda longitudinal y una onda tr ansversal. Dibújalo. 5. Define los parámetros característicos de las ondas (periodo, frecuencia, velocidad, amplitud y longitud de onda). 6. ¿Qué entiendes por atributo subjetivo y objetivo del sonido. 7. Describe la anatomía funcional del sistema auditivo. Dibújalo. 8. Describe como se realiza la transmisión de la onda sonora en el interior del sentido de la audición. 9. Explica el ultrasonido y sus aplicaciones médicas. 10. Explica en que consiste el ef ecto Doppler y su aplicación médica. 11. Las dificultades auditivas con que instrumento pueden valorarse y que permite. 12. ¿Qué entiendes por hipoacusia y por qué es necesario realizar esta prueba en los bebes r ecién nacidos?. 13. Explica ¿Cómo se realiza el fenómeno del habla? 14. Explica: Audiómetro 15. Explica. El sonido y sus aplicaciones en la medicina. 16. Explica ¿Qué entiendes por Hiperacusia y Presbiacusia?
II. PROBLEMAS DE APLICACIÓN: LEE DETENIDAMENTE CADA CASO Y DESARROLLA CORRECTAMENTE EN EQUIPO: 1. ¿Cuál es el nivel de sensación sonora en decibelios correspondiente a una onda de intensidad 10-10 W/m2? ¿Y de intensidad 10 2
W/m2? (Intensidad umbral 10 -12 W/m2)
2. El oído humano percibe sonidos cuyas frecuencias están comprendidas entre 20 y 20 000 Hertz. Calcular la longitud de onda de los sonidos extremos, si el sonido se propaga en el aire con la velocidad de 330 m/s.
3. La velocidad media del flujo sanguíneo en la aorta durante la sístole es 1,5 10−2 m/s. ¿Cuál es el corrimiento de frecuencia en un aparato de medida de flujo mediante EFCTO DOPPLER cuya fuente tiene una frecuencia de 10 5Hz? Dato: =1570 / 4. Para verificar la respiración de un bebé que no ha nacido se utiliza el diagnostico por ultrasonido. La longitud de onda seleccionada es de 2,5mm y la velocidad del sonido a través de los tejidos es de 1 500 m/s. Cuando se dirige a la pared torácica del feto el corrimiento Doppler observado del haz reflejado es de 16 Hz. Encuentre la velocidad de la pared torácica.
5. Las ondas ultrasónicas tienen muchas aplicaciones en medicina y en tecnología. Una de sus ventajas es que las ondas ultrasónicas de gran intensidad pueden usarse sin miedo a dañar el oído. Consideremos una onda ultrasónica de intensidad 105 W/ Calcular: a) b) c)
¿Cuál es el nivel de Intensidad de esta onda? ¿Cuánta energía cae sobre una superficie de 1 en 1 min?
= ¿Cuál es la amplitud de presión de la onda en el aire? ( = √ 2); = 1,2/3 ( 20°)
6. En una exploración cerebral, los ecos del lado derecho del cráneo, la línea media del cerebro y el lado izquierdo del cráneo se observan tras tiempos de 0,110−s, 1,2610−s y 2,410−s. Si la velocidad del sonido es 1 540m/s. Calcular: a) b)
Cuanto se halla desplazada la línea media? ¿Qué hemisferio del cerebro es mayor?
7. Se dirigen ondas sonoras de frecuencia 110 Hz hacia el tórax de un feto y se propagan por el cuerpo con una rapidez de 1 500m/s. ¿Cuál será el cambio de frecuencia que puede esperarse si el tórax de un feto normal se mueve con una rapidez máxima de 0,10m/s?
8. Se llama ultrasonido a las frecuencias arriba de la gama que puede detectar el oído humano, o sea, mayores de 20 000 Hz. Se pueden usar y producir imágenes al reflejarse en las superficies. En una exploración típica de ultrasonido, las ondas viajan con
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una rapidez de 1 500 m/s. Para obtener una imagen detallada, la longitud de onda no debe ser mayor que 1,0 mm. ¿Qué frecuencia se requiere?
9. Para examinar los latidos del corazón de un feto se aprovecha el efecto Doppler, utilizando ondas ultrasónicas de frecuencia 2 x 108 Hz. Se observa una frecuencia de latido (máxima) de 600 Hz. Suponiendo que la rapidez del sonido en los tejidos sea 1 500 m/s, calcular la velocidad máxima de la superficie del corazón que late.
11. Una de las técnicas para determinar el flujo sanguíneo en un vaso sanguíneo superficial consiste en medir el corrimiento Doppler de los ultrasonidos. En una de esas determinaciones se detecta un corrimiento Doppler de 100 Hz en un instrumento que tiene una fuente de frecuencia de 5 x 106 Hz. ¿Cuánto vale la velocidad media de la sangre que circula por el vaso? (velocidad del sonido en la sangre, c = 1.570 m/s)
12. La velocidad media del flujo de sangre en la aorta durante la sístole es de 1,5 x 10 –2 m/s a) ¿Cuál es el corrimiento Doppler en un instrumento con una señal de frecuencia 10 5 Hz? (velocidad del sonido en la sangre, 1.570 m/s). Resultados: a) 1,91 Hz
13. La intensidad sonora audible para una persona está comprendida entre los 10–12 W/m2 y 1 W/m2. Si la densidad del aire es = 1,3 kg/m 3 y la v elocidad de propagación del sonido es v = 344 m/s, calcúlese la gama de variación de las amplitudes de oscilación de presión que producen las ondas sonoras audibles. De la última fórmula deducimos que las amplitudes de variación de presión se relacionan con la intensidad a través de la rela ción
√ 2 TERMODINAMICA BIOLOGICA: 14. Una persona desnuda con un cuerpo de 1,5 m 2 de área y con la piel a 40 °C de temperatura está en una sauna a 80 °C. a) ¿Cuánto calor absorbe la persona por radiación de las paredes, suponiendo que el coeficiente de emisión vale 1. b) ¿Cuánto calor absorbe la persona por conducción suponiendo que la conductividad calorífica vale 1,21 x 10 –3 cal/cm s °C y que el flujo se establece en una distancia de 3 cm? c) ¿Cuánta energía radia la persona? d) ¿Cuánto sudor ha evaporado por hora, suponiendo que no haya ninguna transferencia convectiva? (Despréciese la producción metabólica de calor. Calor latente de ebullición, 539 kcal/s)
