LA FÍSICA APLICADA A LOS ORGANISMOS VIVOS I. LA FRICCIÓN Y EL MOVIMIENTO DE LOS ANIMALES En biomecánica, la locomoción animal es el estudio para conocer cómo se mueven los animales. No todos los animales se mueven, pero la capacidad de moverse está extendida en cualquier parte del reino animal. Como todos los animales son heterótrofos, tienen que obtener alimento de su entorno. Algunos animales, como por ejemplo las esponjas son sésiles, y mueven el fluido el cual está a través de su cuerpo (esto se conoce como alimentación por filtración). filtración). Aun así, la mayoría de animales se tiene que mover para encontrar alimento, para aparearse y para otras necesidades. Por lo tanto, la capacidad de moverse eficientemente es esencial para su supervivencia. La locomoción requiere energía para superar la fricción y a menudo también la gravedad. En un medio terrestre, hay que superar la gravedad del entorno, a pesar de que la fricción del aire es una cuestión menor (excepto para todos los animales reptadores como los gusanos, para los cuales la fricción es mucho más alta). En medios acuosos, en cambio, la fricción pasa a ser el obstáculo principal, y la gravedad es menos importante. Algunos animales con una flotabilidad innata no tienen que gastar muchas energías para mantener una posición vertical, mientras que otros se hunden y tienen que esforzarse para mantenerse a flote. La fricción puede ser un problema en el vuelo, y los cuerpos aerodinámicamente eficientes de los pájaros remarcan este punto. El vuelo presenta un problema diferente del movimiento dentro el agua, ya que no hay ninguna manera de que un organismo vivo sea menos denso que el aire. En fin la locomoción sólo se presenta en animales, los cuales la utilizan con el fin de buscar su supervivencia, como por ejemplo buscar pareja, su alimento, etc. Pues todos los animales necesitamos desplazarnos y satisfacer todas nuestras necesidades vitales.
II. LA GRAVITACIÓN Y EL DESEMPEÑO HUMANO Según nos dice Vayer, el equilibrio es un aspecto de la educación del esquema corporal porque condiciona las actividades de la persona frente al mundo exterior. Levoult lo define diciendo que es la función que segura el mantenimiento y re establecimiento de la postura en movimiento y en reposo, mediante la distribución del tono muscular. Los elementos fundamentales y necesarios para una correcta elaboración del esquema corporal son: la actividad tónica, el equilibrio y conciencia corporal. Referirse al equilibrio del ser humano remite a la concepción global de las relaciones ser-mundo. El “equilibrio-postural-humano” es el resultado de distintas integraciones sensorio-perceptivo-motrices que conducen al aprendizaje en general y al aprendizaje propio de la especie humana en particular, y que, a su vez, puede convertirse, si existen fallos, en obstáculo más o menos importante, más o menos significativo, para esos logros. El sentido del equilibrio o capacidad de orientar correctamente el cuerpo en el espacio, se consigue a través de una ordenada relación entre el esquema corporal y el mundo exterior. El equilibrio es un estado por el cual una persona, puede mantener una actividad o un gesto, quedar inmóvil o lanzar su cuerpo en el espacio, utilizando la gravedad o resistiéndola. El equilibrio requiere de la integración de dos estructuras complejas:
El propio cuerpo y su relación espacial. Estructura espacial y temporal, que facilita el acceso al mundo de los objetos y las relaciones.
Características orgánicas del equilibrio: 1. La musculatura y los órganos sensorio motores son los agentes más destacados en el mantenimiento del equilibrio. 2. El equilibrio estático proyecta el centro de gravedad dentro del área delimitada por los contornos externos de los pies. 3. El equilibrio dinámico, es el estado mediante el que la persona se mueve y durante este movimiento modifica constantemente su polígono de sustentación.
El equilibrio está vinculado directamente con los siguientes sistemas:
El sistema laberíntico. El sistema de sensaciones placenteras. El sistema kinestésico. Las sensaciones visuales. Los esquemas de actitud.
Factores que intervienen en el equilibrio Gravedad : Es la fuerza mediante la cual todos los cuerpos son atraídos hacia la
tierra. Newton, a través de sus experimentos y observaciones, llegó a la conclusión de que existía una fuerza de atracción entre todos los objetos materiales y que la intensidad de esta atracción era proporcional a la distancia entre ellos. La atracción de la gravedad de la tierra se dirige hacia su centro y la fuerza de gravedad, actúa correctamente sobre el cuerpo humano y si no se le opone otra fuerza, el cuerpo cae al suelo. La gravedad actúa sobre el equilibrio humano y está presente en todos sus movimientos. La misma puede ejercer una acción de ayuda al movimiento o de oposición a la realización del mismo, dependiendo, de la forma en que se ejecute el movimiento, si es en su sentido o sentido contrario.
El centro de gravedad: el centro de gravedad de un conjunto de masas es un punto en el que es necesario aplicar la fuerza para equilibrar la suma de las masas de ese conjunto.
La base de sustentación: es el área que delimita los puntos de apoyo. Podemos adoptar una posición de mayor base (de pie) o de menos base (de puntillas). A mayor base, mayor equilibrio. La línea de gravedad: es la proyección del centro de gravedad al suelo. Cuando la línea de gravedad cae dentro de la base de sustentación, implica mayor equilibrio, y cuando cae fuera, mayor desequilibrio. Cuando el centro de gravedad está más alto, hay menor estabilidad.
Factores de los que depende el equilibrio
Físicos:
-Las relaciones antropométricas: los bajos son más equilibrados que los altos. -La masa corporal: el tipo de constitución. -La adherencia. Fisiológicos:
-La vista: cuanta mayor visibilidad tenga, mejor me podré mover. -Los factores laberínticos: dentro del oído interno, están los factores del equilibrio. -Los factores kinestésicos: existen unos sensores nerviosos que están mandando continuamente información al cerebro. -Receptores táctiles: complementan a los anteriores (a los kinestésicos).
Tipos de equilibrio - Estático: capacidad de mantener nuestro cuerpo en un lugar o en una posición. - Dinámico: capacidad de mantener el equilibrio de nuestro cuerpo en movimiento. - Reequilibrio: capacidad de recuperar el equilibrio después de estar en el aire (saltar). - Equilibrar objetos: capacidad de manejar o equilibrar objetos o móviles.
Entre los equilibrios mayormente estudiados tenemos a:
Equilibrio estático: Consiste en el mantenimiento de la postura del cuerpo (sobre todo de la cabeza) en relación a la fuerza de la gravedad. Equilibrio dinámico : Consiste en el mantenimiento de la posición del cuerpo (sobre todo de la cabeza) en respuesta a movimientos bruscos como rotación, aceleración o desaceleración. En conjunto, los órganos receptores del equilibrio reciben el nombre de aparato vestibular, formado por el sáculo, el utrículo y los conductos semicirculares membranosos.
III. FUERZA MUSCULAR La fuerza muscular es la expresión de la tensión muscular transmitida al hueso a través del tendón. Se puede medir con la resistencia máxima (RM) que se puede oponer a una contracción muscular.
El DRAE lo define como vigor, robustez y capacidad para mover algo o a alguien que tenga peso o haga resistencia; como para levantar una piedra, tirar una barra, etc. La fuerza muscular es la capacidad neuromuscular de soportar o vencer una sobrecarga. Es el conjunto de contracciones musculares que tienen como fin vencer, mantener o al menos generar la fuerza suficiente para intentar superar una resistencia Algunos ejemplos de ejercicios de fuerza muscular son: levantamiento de pesas, aeróbicos y el fisicoculturismo. La fuerza muscular se mide en grados de 0 al 5:
0 no hay fuerza muscular.
1 indicio de contracción.
2 movimiento activo que no vence la gravedad.
3 movimiento activo que vence la gravedad.
4 movimiento activo que vence la gravedad y pequeña oposición.
5 movimiento activo que vence oposición completa. Contracción muscular normal.
Se puede clasificar dependiendo de ciertos aspectos. Considerando efectos externos tendremos:
FUERZA-MÁXIMA (O PURA).-es la fuerza mas elevada que el sistema neuromuscular se halla en situación de desarrollar mediante una contracción voluntaria. Prevalece el componente de la carga sin tener en cuenta la velocidad.
FUERZA-VELOCIDAD.- Es la capacidad del sistema neuromuscular para superar una resistencia con una determinada rapidez de contracción. Prevalece el componente de la velocidad con disminución de la carga.
FUERZA RESISTENCIA.- Es la capacidad del organismo para oponerse a la fatiga de larga duración. Carga y velocidad mantienen unos valores medios y constantes respecto a un periodo de tiempo relativamente largo. En este caso, aparte la intervención muscular, resulta necesario el apoyo orgánico o bien la funcionalidad cardio circulatoria y respiratoria.
La fuerza puede desarrollarse mediante:
-
Contracción concéntrica .- Los puntos de inserción muscular se acercan durante la contracción.
-
Contracción excéntrica .- Los puntos de inserción muscular, se alejan durante la contracción, el músculo busca resistirse a la carga, y va cediendo. En el caso de una aplicación rápida de contracción excéntrica-concéntrica (inversión del movimiento) se obtiene una acción denominada pliometria, la cual también utiliza la fuerza almacenada y restituida por el componente tendinoso y muscular.
-
Contracción isométrica .- La distancia entre las dos cabezas articulares permanece invariable. La carga no resulta vencida ni tampoco se cede a ella. Normalmente este tipo de fuerza se manifiesta contra una resistencia fija. Es asimismo isométrico el trabajo desarrollado por los músculos fijadores.
III.1 CLASIFICACIÓN DE LA FUERZA MUSCULAR Según se traten los objetivos y la estructura técnico-funcional de las acciones la fuerza muscular se divide y califica de la siguiente forma: · Máxima fuerza sedentaria: Capacidad para desarrollar máxima tensión muscular estática sin previo proceso de entrenamiento.
· Máxima fuerza inicial: Capacidad para desarrollar máxima tensión estática al comienzo de un proceso de entrenamiento.
· Máxima fuerza final: Capacidad para desarrollar máxima tensión muscular estática después de un proceso de entrenamiento.
· Máxima fuerza explosiva: Capacidad para llegar al desarrollo de altos niveles de tensión muscular con relación al tiempo. · Máxima fuerza muscular fisiológica: Capacidad para desarrollar máxima tensión muscular voluntaria y en las cuales no participan de manera significativa factores psicoemocionales y/o exógenos. · Fuerza muscular absoluta: Capacidad para desarrollar máxima tensión muscular estática no solamente con la voluntad, sino también con factores psicoemocionales y/o exógenos.
· Máxima fuerza dinámica: Es la capacidad de la persona en desplazar una máxima carga (una sola vez) a través del recorrido articular completo. Este tipo de fuerza está supeditado a distintos factores:
- La máxima fuerza estática: Se puede considerar como la fuerza absoluta o fuerza pura, y en donde no existen impulsos. La máxima fuerza dinámica se ubica en aproximadamente en el 80% de la estática, y es por dicho motivo entonces, que teóricamente cuanto mayor es la fuerza estática, tanto mayor será también la dinámica. También se puede determinar que cuanto mayor es la masa a desplazar, tanto menor será la velocidad de movimiento. - La magnitud de la masa a desplazar - La velocidad de contracción del grupo muscular en cuestión: está relacionado básicamente con el mosaico de la composición de fibras musculares, y en donde existen ventajas en la predominancia de las fibras del grupo II y su hipertrofia. - La coordinación: Este aspecto se aprecia en relación a una mejora de la coordinación intra e intermuscular. Esto se aprecia en que existe un mayor sincronismo en el reclutamiento de las fibras musculares para un estímulo determinado, esto significa que con el mayor entrenamiento se acorta el tiempo para inervar a las mismas. La mejor coordinación posibilita que sean activadas aquellas unidades motoras que están estrictamente relacionados con el nivel del estímulo. - Las medidas antropométricas - El nivel de contracción y/o elongación muscular: El nivel de elongación y/o contracción muscular determinará también la mayor o menor capacidad de trabajo. Esto, estará supeditado al ángulo de tracción a través del cual se efectúa el trabajo.
III.2 ESFUERZO Fuerza se define como una interacción entre dos cuerpos; es una cantidad física vectorial que se describe mediante los conceptos intuitivos de “empujar” y “jalar”. Desde el punto de vista de la Dinámica, cuando se aplica una fuerza a un
cuerpo, el efecto que tiene dicha fuerza es darle al cuerpo una aceleración y, por tanto, cambiar el estado de reposo o de movimiento uniforme que tenía el cuerpo
antes de la aplicación de la fuerza. Esto viene descrito por la Segunda Ley de Newton. En el ámbito de la Mecánica de los Medios Continuos, lo que nos interesa es el comportamiento que tiene la materia cuando se le aplica una fuerza. En este contexto, el efecto que tiene una fuerza aplicada sobre un determinado cuerpo es la deformación del mismo. Para estudiar cómo se producen las deformaciones, debemos centrarnos primero en entender que la acción de la fuerza aplicada y el efecto producido dependerán directamente del área sobre la que está actuando la fuerza. Este efecto se denomina esfuerzo, se define como “fuerza por unidad de área” y lo vamos a representar por s. Por ejemplo, se tiene un área A sobre la que se aplica una fuerza de magnitud F1y se tiene la misma área A pero ahora se le aplica otra fuerza de magnitud F2, mayor que F1, como se indica la figura. ¿Cuál de las dos fuerzas ejercerá un mayor esfuerzo sobre A? La respuesta correcta es F2.
Ahora se tiene un área A1 sobre la que está actuando una fuerza de magnitud F y se tiene la misma fuerza pero ahora actuando sobre otra área A2 mayor que la primera. ¿En cuál de los dos casos descritos se está realizando un mayor esfuerzo? En este caso la misma fuerza ejerce un mayor esfuerzo sobre el área más pequeña, A1.
Matemáticamente, las relaciones anteriores entre fuerza, área y esfuerzo se pueden resumir por la expresión:
o bien : La relación anterior es una relación tensorial, de ahí que a s se le denominetensor de esfuerzos:
El uso de los tensores es muy común en Física, siempre que tengamos que describir propiedades de la materia que varíen con la dirección. Si tenemos un cuerpo sólido al que se le aplica una fuerza en su superficie, con una determinada magnitud y en una determinada dirección, los esfuerzos generados se aplican en en interior del cuerpo desde unas zonas hacia las zonas vecinas, dependiendo de su estructura molecular. Por ello, el tensor de esfuerzos no es un escalar, sino una matriz que describe la distribución de los esfuerzos en todas las direcciones del espacio dentro del material.
¿Cómo se distribuye el esfuerzo s alrededor de un punto situado dentro del material? Vamos a suponer a la superficie de un determinado cuerpo sólido se le aplica una fuerza externa
. Ahora nos fijamos en un punto P dentro de este cuerpo y
elegimos un elemento de volumen infinitesimal DV de forma cúbica de forma que contenga al punto P, como se observa en la figura:
Vamos a describir el efecto que tiene la fuerza externa
sobre el punto P.
Supongamos que tenemos un plano perpendicular a la dirección x que atraviesa el volumen generando el área DyDz. Debido a las fuerzas internas dentro del cuerpo, el material ubicado en la parte izquierda del plano ejerce una fuerza
sobre el
material ubicado en la derecha y, por la Tercera Ley de Newton, el material de la derecha ejercerá una fuerza sobre el de la izquierda de igual magnitud y dirección que
, pero de sentido contrario. Esta fuerza no necesita ser perpendicular al
área, puede tener cualquier orientación, por tanto, componentes
es un vector con tres
que está aplicado al área DyDz. Como el
área DyDz es muy pequeña, se puede decir que
es proporcional al área, y el
factor de proporcionalidad corresponde al esfuerzo. Así, para cada componente de la fuerza
tenemos un esfuerzo dado por:
,
,
Ahora consideramos un plano perpendicular al eje cortando al volumen DV por el área DzDx. De la misma manera que con el plano anterior, una parte del material ejercerá una fuerza de atracción interna sobre la parte vecina y viceversa,
, la cual no tiene que ser perpendicular al
área formada por el plano dentro del volumen. Los esfuerzos generados sobre el área DzDx son:
,
,
Realizamos el mismo procedimiento pero ahora eligiendo un plano perpendicular al eje z. La fuerza interna ejercida entre zonas vecinas a través del área DxDydentro del volumen es
, y los esfuerzos
generados son:
,
,
Al final, lo que obtenemos es un conjunto de nueve escalares, los cuales son las nueve componentes del tensor de esfuerzos:
Las nueve componentes del tensor de esfuerzos nos describen el estado de esfuerzos interno que tiene un punto determinado dentro de un cuerpo sólido. La distribución de las nueve componentes del tensor de esfuerzos, alrededor del punto P, se puede observar en la siguiente figura:
Por la configuración anterior, podemos observar que, para que el punto no rote o no se desplace por el efecto de la fuerza aplicada, el tensor de esfuerzos debe ser un tensor simétrico, de manera que:
,
,
Estas componentes se denominan “componentes tangenciales” y los componentes , cuyas direcciones son perpendiculares a las tres caras del cubo, respectivamente, se denominan “componentes normales”.
Vemos que, debido a la simetría del tensor de esfuerzos, hemos pasado de tener nueve componentes a tener seis componentes diferentes que me describen el estado de esfuerzos en un punto del material. Pero aún podemos reducir más el número de componentes. Siempre podemos elegir un sistema de coordenadas en el
que los esfuerzos tangenciales sean nulos y sólo tendríamos tres componentes normales que contienen toda la información sobre el estado de esfuerzos en P. Estas
tres
principales”
componentes
normales
se
denominan
“esfuerzos
.
En el nuevo sistema de ejes, el tensor de esfuerzos se puede describir gráficamente mediante un elipsoide triaxial, cuyos tres ejes corresponderían a los tres ejes del sistema y cuyas magnitudes corresponderían a las magnitudes de los tres esfuerzos principales. Este elipsoide se llama “elipsoide de esfuerzos de Lamé”.
En resumen, para cualquier estado de esfuerzos en un punto, podemos elegir un sistema de ejes para el que las componentes tangenciales sean todas nulas y sólo estarían presentes tres componentes normales. Si el elipsoide es una esfera, los esfuerzos son todos iguales en todas direcciones. Este estado de esfuerzos correspondería, por ejemplo, a la presión hidrostática. El tensor de esfuerzos y, por tanto, el elipsoide de Lamé varían de punto a punto dentro del material. Para conocer el estado de esfuerzos de todo el sólido necesitamos conocer el elipsoide de Lamé en función de la posición. Físicamente, un esfuerzo tangencial corresponde a una fuerza aplicada tangencialmente o paralelamente a la superficie, como por ejemplo una fuerza de rozamiento entre dos cuerpos cuyas superficies están en contacto. A este tipo de esfuerzos también se les llama “esfuerzos de cizalla”.
Desde el mismo punto de vista, un esfuerzo normal corresponde a una fuerza aplicada perpendicularmente a la superficie en cuestión, y su acción correspondería a “jalar” o “empujar”, dependiendo del sentido de aplicación de la
fuerza. A este tipo de esfuerzos se les denomina “esfuerzos de compresión”, cuando la fuerza está dirigida hacia la superficie, o “esfuerzos de tensión”, cuando la fuerza
está dirigida hacia fuera de la superficie.
IV. DEFORMACION DE LOS HUESOS El sistema esquelético está expuesto a patologías de naturaleza circulatoria, inflamatoria, neoplásica, metabólica y congénita, tal como los otros órganos del cuerpo. Aunque no existe un sistema estandarizado de clasificación, los trastornos de los huesos son numerosos y variados.
Deformaciones Las malformaciones congénitas de los huesos no son muy frecuentes, y por lo general incluyen la ausencia de algún hueso tal como una falangeo la formación de huesos adicionales como una costilla. Otras deformaciones incluyen el sindactilismo, que es la fusión de dos dedos adyacentes; o el aracnodactilismo, en la que aparecen dedos con la apariencia de una araña, asociado con el síndrome de Marfan. La acondroplasia es el trastorno del crecimiento óseo más frecuente y la principal causa de enanismo.
IV.1. TRASTORNOS DEL HUESO 1) OSTEOPOROSIS: Es la pérdida de masa ósea por desacoplamiento entre osteoclastos (osteolisis) y osteoblastos (osteogénesis) por: - Aumento de osteolisis. - Disminución de osteogénesis. * Causas: - Osteoporosis involutiva: + Tipo 1 o posmenopáusica, en mujeres a los 45-55 años. Los osteoclastos tienen receptores de estrógenos, cuya unión inhibe su actividad. Tras la menopausia, al disminuir los estrógenos, la actividad osteoclástica está exacerbada. Afecta sobre todo a la parte trabecular, especialmente en las vértebras. + Tipo 2 o senil, en ambos sexos a partir de los 65 años.
Probablemente se produce por déficit de vitamina D. Afecta sobre todo a la cortical de los huesos de las extremidades (cadera, fémur). - Inmovilización prolongada. La falta de estímulo mecánico deprime la osteogénesis, produciendo el desacople. - Enfermedades endocrinas: + Déficit de estrógenos (p.e. tras extirpación de ovarios) + Hipertiroidismo. El exceso de hormonas tiroideas activa tantoosteolisis como osteogénesis, pero desacopladas. + Sindrome de Cushing (exceso de cortisol). Produce osteoporosis debido a: " Inhibe síntesis proteica, luego deprime la actividad de osteoblastos. " Inhibe absorción intestinal de Ca++, produciendo hipocalcemia, que estimula liberación PTH, que estimula osteolisis. - Defecto hereditario de la síntesis de colágeno I, que es lo que ocurre en la osteoporosis de la osteogénesis imperfecta. * Síntomas: - Disminución de la densidad ósea. - Dolor sordo y poco intenso. Se produce por el esfuerzo que deben hacer los músculos dorsales para estabilizar la columna alterada. - Fracturas espontáneas o ante golpes mínimos. Son características las microfracturas vertebrales que van deformando las vértebras. Evidentemente, la fractura se acompaña de dolor agudo. Ante una fractura de fémur o cadera se ve: + Acortamiento del miembro. + Paciente tiende a ponerse en rotación externa. + Signo del tren de la marcha de Lembourre: Le haces ponerse a la pata coja sobre la pierna sana. " Enc.n, la pelvis vascula hacia el lado que apoya. " Si hay fractura, la pelvis no vascula, sino que se hunde hacia el lado que no apoya, el enfermo, porque se inhibe la contracción muscular para evitar el dolor. - Deformación de las vértebras por la acción de microfracturas repetidas: + En zona dorsal, el peso cae sobre el borde anterior del cuerpo vertebral, que es el que se rompe. Esto origina una vértebra con forma de cuña.
+ En zona lumbar, el peso cae sobre el centro de la vértebra, que se hunde dando una imagen de "diabolo" o "hueso de pez". Estas deformaciones óseas tienen su manifestación externa: - Viejo pierde estatura, al aplastarse las vértebras. - Se acentúa la cifosis dorsal (joroba) por la forma de cuña que adoptan las vértebras torácicas.
2) OSTEOSCLEROSIS: Se produce por predominio de la osteogénesis. La forma más conocida es la osteopetrosis, que se produce por un defecto heredado en el número de osteoclastos. Se corrige con trasplante de médula ósea, que aporta un número normal de osteoclastos. * Manifestación: - Aumento de la densidad ósea. - Pancitopenia (anemia, trombocitopenia, leucopenia), porque el hueso hipertrófico deja una cavidad medular muy pequeña.
3) RAQUITISMO Y OSTEOMALACIA Son los trastornos en los que el hueso sufre un defecto de mineralización. Puede que la masa ósea incluso esté aumentada para compensar, pero está descalcificada. * Causas: Se produce por una disminución de la concentración plasmática de Ca++ y fósforo, que puede estar motivada por: a) Malabsorción intestinal de Ca++ y fósforo. b) Déficit de vitamina D causada por: - Aporte insuficiente. - Malabsorción. - Carencia de sol. - Insuficiencia renal, pues no hay 1-hidroxilación. - Factor tumoral inhibe las hidroxilasas. - Se forma vitamina normal, pero los tejidos se hacen resistentes a su acción. Crean situación de resistencia a la vitamina D. Otras causas son: + Síndrome de Fanconi.
- Acidosis. Se recurre a las sales óseas para usarlas como tampones contra los H+. * Manifestación: - En Rx se ven zonas de hueso con menor densidad ósea junto con otras zonas con densidad aumentada por hiperóstosis compensadora. [Las zonas de Looser son erosiones producidas por las pulsaciones de las aa nutricias, que se ven como bandas radiotrasparentes perpendiculares al borde del hueso y simétricas; en cuello de fémur, pelvis y omóplato]. - Seudofracturas. Se ven líneas de discontinuidad en la cortical del hueso, que no son auténticas fracturas. - Dolor sordo, por irritación del periostio al deformarse los huesos. - Deformaciones. Los huesos son "blandos", y se deforman con las líneas de presión. Así: + Vértebras con forma de diábolo. + Pelvis se estrecha. + Acetábulo se hunde hacia dentro. En el raquitismo, como es en niños, se afecta el modelado del hueso: - Muñecas y rodillas muy anchas, al serlo los cartílagos de conjunción. - "Rosario raquítico", que es un conjunto de nódulos en las uniones costocondrales.
4) ENFERMEDAD DE PAGET Es la formación de un tejido óseo normal en cantidad y mineralización, pero con una estructura alterada. Se produce por un remodelamiento excesivo y anormal, en el que una osteolisis exagerada se sigue de una osteogénesis también acelerada, pero que origina un tejido óseo anormal y muy vascularizado. La causa es desconocida. Quizá virus. * Manifestación: - Dolor sordo, por irritación del periostio al aumentar la masa ósea que rodea. - Deformaciones óseas: + Agrandamiento del cráneo. + Abombamiento lateral del fémur. + Abombamiento anterior de la tibia.
IV.2. FRACTURAS Una de las afecciones óseas más comunes es la fractura. Estas se resuelven por procesos naturales, tras la alineación e inmovilización de los huesos afectados. En el proceso de cura, los vasos sanguíneos dañados desarrollan una especie de hematoma óseo que servirá como adhesivo y posteriormente se irá formando un tejido fibroso o conjuntivo compuesto por células llamadas osteoblastos, las cuales crearán un callo óseo que unirá las partes separadas. Sin embargo, la falta de tratamiento o inmovilización puede ocasionar un crecimiento anormal. Los métodos para acelerar la recuperación de un hueso incluyen la estimulación eléctrica, ultrasonido, injertos óseos y sustitutos orgánicos con compuestos cálcicos, tales como huesos de cadáveres, coral y cerámicas biodegradables.
Osteogénesis imperfecta Es más conocida como la enfermedad de los huesos de cristal. Es una enfermedad congénita que se caracteriza porque los huesos de las personas que la padecen se parten muy fácilmente, con frecuencia tras un traumatismo o a veces sin causa aparente. Esta enfermedad es causada por la falta o insuficiencia del colágeno, por causa de un problema genético.
V. VIBRACIÓN DEL SONIDO: El sonido es la característica del medio molecular en que se encuentra el individuo. Una principal característica que debe tener el sonido en que su frecuencia se mantenga entre los 20 y 20000 Hz.1 Otra de las características que posee el sonido es la amplitud que se relaciona psicológicamente con la sonoridad. Dado que el número de amplitudes diferentes que puede oír el ser humano es muy grande se utiliza una escala logarítmica de
presiones llamada de decibeles que abrevia la inmensidad de valores posibles.
PERCEPCIÓN La audición es la percepción de las ondas sonoras que se propagan por el espacio, en primer lugar, por nuestras orejas, que las transmiten por los conductos auditivos externos hasta que chocan con el tímpano, haciéndolo vibrar. Estas vibraciones generan movimientos oscilantes en la cadena de huesecillos del oído medio (martillo, yunque y estribo), los que son conducidos hasta el perilinfa del caracol. Aquí las ondas mueven los cilios de las células nerviosas del Órgano de Corti que, a su vez, estimulan las terminaciones nerviosas del nervio auditivo. O sea, en el Órgano de Corti las vibraciones se transforman en impulsos nerviosos, los que son conducidos, finalmente, a la corteza cerebral, en donde se interpretan como sensaciones auditivas. Como también se puede mandar al cerebro para dar la señal de los sonidos que generan las ondas sonoras.
INTENSIDAD DEL SONIDO Y SONORIDAD La intensidad de una onda sonora es una medida de la energía que se propaga por unidad de tiempo y por unidad de área. Si una fuente emisora, por ejemplo un parlante, vibra, se genera una onda que avanza en todas las direcciones con una velocidad característica para el medio, transfiriendo energía en una superficie esférica. Si el parlante tiene una potencia (rapidez con que se emite energía) de 1000 watt, emite más energía por segundo que otro de 500 watt, y además, a medida que la onda esférica se propaga, la energía se distribuye en aéreas esféricas cada vez mayores. Entonces la intensidad sonora es como la potencia transferida por una onda sonora a través de una superficie colocada perpendicularmente a la dirección de propagación de la onda, Matemáticamente: I = P. S
Donde: P es la potencia, S la superficie perpendicular a la dirección de propagación I la intensidad sonora. La intensidad sonora Se mide en W/m2, es decir, watt sobre metro cuadrado. La menor intensidad de sonido que puede percibir el oído humano es del orden de 10 –12 W/m2; a este valor se lo denomina umbral de la audición. La intensidad de sonido máxima llamada umbral de dolor es de 1 W/m2. Este valor representa el máximo tolerado por el oído humano, y es un billón de veces mayor que el valor mínimo audible. Si se supera este valor máximo la sensación se vuelve dolorosa y con riesgo de daños físicos u otros tipos de trastornos en la salud. No todas las personas tienen la misma sensibilidad frente a los sonidos, pero es indudable que este intervalo de intensidades detectadas por el oído humano es muy amplio. Debido a esto se adopta una escala logarítmica para analizar y comparar las intensidades de distintos sonidos. La unidad de esta escala es el decibel (dB) en homenaje a Alexander Graham Bell (1847-1922), científico e inventor ingles a quien se le atribuye la invención del teléfono. El valor 10 –12 W/m2 corresponde a 0 dB; las restantes escalas son factores de diez, con lo cual un sonido diez veces más intenso que el umbral de la audición, tiene una intensidad de 10 decibeles (corresponde al valor 10 –11 W/m2). Un sonido de 20 dB corresponde a un sonido 100 veces más intenso que el umbral de la audición. La intensidad relativa, β, de un sonido en decibeles se expresa de la siguiente
forma: β = 10
= 10
・
・
log _ I I0
log. I .10–12 W/m2
Donde:
I es la intensidad del sonido y Io representa al umbral de la audición.
VI. EL FLUJO SANGUÍNEO Es la cantidad de sangre que atraviesa la sección de un punto dado de la circulación en un período determinado. Normalmente se expresa en mililitros por minuto o litros por minuto, se abrevia Q. El análisis de los factores que determinan el flujo sanguíneo es relativamente complejo ya que es un flujo pulsátil, que discurre por un circuito cerrado de tubos distensibles con múltiples ramificaciones y de calibre variable. Además el fluido circulante, la sangre, es un fluido pseudoplástico con propiedades no lineales y compuesto de líquido (plasma) y elementos formes (hematíes, leucocitos, plaquetas y otros).
VALORES NORMALES EN EL SER HUMANO El flujo sanguíneo global de la circulación de un adulto en reposo es de unos 5000 ml/min, cantidad que se considera igual al gasto cardíaco porque es la cantidad que bombea el corazón en la aorta en cada minuto. Corresponde
al
resultado
de
multiplicar el volumen de eyección que el ventrículo expulsa en cada latido (unos 70 ml) por la frecuencia cardíaca (unos 75 latidos por minuto).
El gasto cardíaco disminuye en posición sentado y de pie frente a su valor en decúbito, por el contrario, aumenta de manera importante con el ejercicio, con el aumento de la temperatura corporal y en los estados de ansiedad. Este aumento se produce sobre todo por el aumento de la frecuencia cardíaca más que por el del volumen sistólico.
FUNCIÓN FISIOLÓGICA El flujo sanguíneo es el parámetro más relevante de la función cardiovascular ya que ésta consiste, esencialmente, en aportar un flujo de sangre a los tejidos.
VII. PROPIEDADES ELÉCTRICAS DEL TEJIDO ANIMAL El estudio de las propiedades eléctricas de los tejidos biológicos data desde el siglo XIX. El desarrollo de esta línea de investigación y sus aplicaciones clínicas se ha visto incrementado en los últimos tiempos, debido a la comprobada aplicación del análisis de las propiedades dieléctricas de los tejidos biológicos. La humanidad ha mostrado interés en los fenómenos eléctricos presentados por los seres vivos. Las primeras contribuciones en esta área que hicieron posible mostrar que el tejido era un conductor y que su resistencia variaba con la frecuencia datan de fines del siglo XIX. Estudios posteriores proporcionaron las bases para el estudio de la impedancia del tejido (bioimpedancia) y demostraron su dependencia con la frecuencia y destacaron el movimiento de energía
almacenada y disipación al nivel de la membrana del tejido. Formalmente, los estudios de las propiedades eléctricas de materiales biológicos, comenzaron a desarrollarse en la década de 1920, cuando los biofísicos aplicaron la teoría de mezcla Maxwell–Frick a estudios sobre dieléctricos heterogéneos. A partir de entonces, varios autores han presentado resultados sobre estudios de propiedades eléctricas de tejidos biológicos. Las propiedades eléctricas de los tejidos son una consecuencia directa de la composición y estructura de esos tejidos. En los tejidos biológicos las corrientes eléctricas influyen en las partes de los componentes que tienen una carga eléctrica neta y/o un momento dipolar eléctrico. Los transportadores de carga son principalmente iones y la fuente más importante del momento dipolar yace en las moléculas polares de agua del tejido y en las estructuras proteínicas y lipídicas que constituyen las membranas o interfaces de las células. El movimiento de estas cargas que induce un fenómeno de conducción en el material, y la polarización de varios dipolos, resulta en un fenómeno de relajación dieléctrica. La membrana celular limita el paso de la corriente de baja frecuencia a través de la célula, pero permite el paso de la corriente de alta frecuencia, lo que hace posible manifestar el aspecto capacitivo de la membrana implicado en los mecanismos de relajación al nivel de la interfaz membrana-electrolito. En este aspecto se ha dado un paso fundamental hacia el desarrollo de los estudios por bioimpedancia eléctrica. Este se efectúa mediante la aplicación de una corriente eléctrica al organismo, registrando una serie de parámetros físicos (resistencia, reactancia, impedancia y ángulo de fase). Los estudios sobre la aplicación de las propiedades eléctricas de tejidos biológicos en el diagnóstico de enfermedades son cada día más frecuentes y el objetivo principal de caracterizar eléctricamente un tejido biológico radica en el hecho de conocer su comportamiento desde el punto de vista eléctrico Estas propiedades y sus componentes tienen especial interés en: Estudiar el efecto de las ondas electromagnéticas de alta frecuencia usada en radar y técnica de comunicación sobre los tejidos biológicos.
Determinar el comportamiento y las características de las moléculas que constituyen el tejido. Estas características son momento dipolar, condición de la molécula, tipo de molécula, etc.
Diagnóstico médico: Conociendo las propiedades eléctricas de los tejidos sanos y comparándolas con las características de tejidos anómalos, es posible diagnosticar tempranamente la aparición de cualquier patología o enfermedad. Esta aplicación ha sido la razón fundamental del desarrollo reciente de estudios de las propiedades eléctricas de tejidos biológicos y de su aplicación práctica en medicina. El cáncer de mama es la forma más frecuente de cáncer en mujeres, le corresponde alrededor del 20% de los cánceres en el sexo femenino en países desarrollados, ocupando en Venezuela el segundo lugar hasta el año 1995. Es bien conocido que los tejidos normales y anómalos difieren morfológicamente y puede presumirse que estas diferencias inducen cambios en las propiedades eléctricas de dichos tejidos. Los cambios histológicos y citológicos en tejido canceroso, provocan cambios en el contenido de agua celular, electrolitos y propiedades de la membrana celular, lo cual a su vez provoca cambios en las propiedades eléctricas de dicho tejido, permitiendo la posibilidad de identificar lesiones cancerosas.
VII. LA VOZ HUMANA La física ha establecido que para que exista sonido y/o la voz humana se requieren tres elementos: El cuerpo elástico que vibra, son dos membranas situadas en la garganta llamadas cuerdas vocales. El medio de propagación es el aire proveniente de los pulmones. La caja de resonancia está formada por la caja torácica, la faringe, las cavidades orales y nasales. Estos son los que amplifican y hacen perceptibles al oído a través de las ondas que las transmiten por el aire. Del mismo modo, nuestra voz cumple con todos las cualidades acústicas de cualquier sonido: altura, intensidad, duración y timbre.
La diferencia fundamental que existe entre la voz humana y cualquier otro instrumento musical, es que se trata del único instrumento, en que la forma y disposición de la caja de resonancia se modifica continuamente, adoptando diversas posiciones que cambian, amplían o disminuyen su capacidad. Así se convierte en el más perfecto de todos.
Producción de la voz La voz se produce por la vibración de las cuerdas vocales cuando se acercan entre sí como consecuencia del paso del aire a través de la laringe. La laringe es el órgano más importante de la voz, y se encuentra localizada en la parte central del cuello y en el tramo final de la tráquea. Está formada básicamente por músculos y cartílagos.
En su interior se encuentran las cuerdas vocales
(también llamadas pliegues vocales), porque en realidad, no tienen forma de cuerda, sino que se trata de una serie de repliegues o labios membranosos, son dos bandas de tejido muscular que se insertan en los cartílagos. respira y al cerrarse se produce la fonación.
Al abrirse se
Las cuerdas vocales pueden
tensarse o distenderse, lo que producirá sonidos agudos en el primer caso, y graves en el segundo. Hay 4 cuerdas vocales: 2 superiores que no participan en la articulación de la voz, y, 2 inferiores, las verdaderas cuerdas vocales, responsables de la producción de la voz. Si se abren y se recogen a los lados, el aire pasa libremente, sin hacer presión: respiramos. Si, por el contrario, se juntan, el aire choca contra ellas, que vibran a modo de lengüetas, produciendo un sonido tonal. La frecuencia de este sonido depende del tamaño y tensión de las cuerdas, y de la velocidad del flujo del aire proveniente de los pulmones. Son los movimientos de los cartílagos de la laringe los que permiten variar el grado de apertura entre las cuerdas y una depresión o una elevación de la estructura laríngea, con lo que varía el tono de los sonidos producidos por el paso del aire a través de ellos.
Esto junto a la disposición de los otros elementos de la cavidad oral (labios, lengua y boca) permite determinar los diferentes sonidos que emitimos. En la producción de la voz podemos distinguir tres fases: Se genera una corriente de aire procedente de los pulmones que asciende por los bronquios y la tráquea. En esta fase es fundamental la acción del diafragma, la cavidad torácica, la musculatura abdominal y de la espalda La corriente de aire pasa por la laringe y por las cuerdas vocales, que han de estar cerradas, el paso del aire a través de ellas produce una turbulencia, lo que trasforma el aire en sonido. Este sonido es el primer esbozo de la voz, es un sonido que sólo posee un tono (frecuencia) y un volumen (intensidad). Este sonido es enviado a través de la garganta, la nariz y la boca, dándole "resonancia." El sonido de la voz de cada persona (timbre) está determinado por el tamaño y la forma de las cuerdas vocales y el tamaño y forma de la garganta, la nariz y la boca (las cavidades resonantes).
VII.1. Clasificación de las voces: Las voces femeninas Se clasifican en: soprano, mezzosoprano y contralto, siendo la de soprano la más aguda y la de contralto la más grave. Soprano: es la más aguda de las voces femeninas, y se distinguen por su facilidad y espontaneidad en el registro agudo. Mezzosoprano: tiene un timbre rotundo y más grave que la de soprano y tiene la facilidad de producir sonidos graves (media). Contralto: es la de registro más grave, su timbre es oscuro y cálido y es la menos común entre las voces femeninas (grave). Las voces más comunes son las de soprano y mezzosoprano, la contralto es una voz muy rara de hallar.
Las voces masculinas Se clasifican en: Tenor, Barítono y Bajo, siendo la del tenor la voz más aguda y el bajo la voz más grave. Tenor: es la más aguda, timbre claro y brillante. Barítono: es una voz moderadamente grave, muy sonora, muy ancha o densa (media). Bajo: es muy grave, potentísima y de una densidad y solemnidad difíciles de olvidar. En las voces masculinas, las más comunes son la de barítono, y la de tenor, la más rara es la de bajo profundo.
BIBLIOGRAFIA: http://www.slideshare.net/denimega/friccion-estatica-y-dinamica http://friccion-fisica.wikispaces.com/Definici%C3%B3n
Cromer, A.(1976)Física Para las Ciencias de la Vida y la Salud.3ra Ed. Barcelona(España). Edit. Reverte. S.A HTTP://physics.info/
