Sistemas biofísicos mecánicos

SISTEMAS BIOFÍSICOS MECÁNICOS: FUERZA Y ENERGÍA

Fuerza: Es aquello capaz de modificar el estado de reposo o movimiento de un cuerpo. Puede ser desde la desarrollada por una mesa que sostiene pasivamente un cuerpo, como una máquina de escribir o un cuaderno, hasta la representada por el empuje de un tractor o la de un músculo que mueve a la vez un hueso, a modo de palanca para desplazar o mover un cuerpo.
Ejemplo: La fuerza que se produce al contraerse las fibras musculares, la peristalsis.

Trabajo y energía: Estos son dos términos equivalentes. El trabajo resulta de aplicar una fuerza sobre un cuerpo y de producir movimiento a lo largo de un espacio determinado, se cuantifica considerando la magnitud de la fuerza y la distancia recorrida por el objeto. La energía es la capacidad, aunque no se haya llevado a cabo, de realizar trabajo, por ejemplo, un vehículo en movimiento lleva una cantidad de energía (cinética)  que le permitiría mover un objeto, moverlo en función de la velocidad  y la masa o peso que posea el vehículo.

Formas que puede adoptar la energía:

·         Energía química: es la resultante de la suma de todas las energías contenidas en los enlaces que unen unos átomos con otros. Ejemplo: La obtención del ATP es una forma de energía quimica

·         Energía eléctrica: resulta del movimiento de los electrones de un punto o región en que están acumulados hacia otro donde hay menos. Ejemplo: La comunicación que existen entre las neuronas es decir la sinapsis.

·         Energía potencial: es aquella que puede resultar de la caída de un cuerpo desde una altura determinada sobre la superficie terrestre.

·         Energía calorífica: es la que existe en un cuerpo al que se eleva la temperatura y se traduce en el aumento del movimiento de sus moléculas. Ejemplo: El hipotamalo es el termómetro natural del cuerpo humano hace que se eleve la temperatura como cuando existe una infección bacteriana.

·         Energía nuclear: proviene de la ruptura del núcleo de un átomo, con pérdida de materia, que se transforma en energía. Ejemplo: El rompimiento de las moléculas de ATP por hidrolisis

Los seres vivos son transformadores de energía y lo hacen de diferentes maneras hay otras en la cuales no se percibe movimiento alguno como el funcionamiento de nuestros riñones, nuestras glándulas y otros que requieren la transformación constante de la energía almacenada por el metabolismo de diversas formas. Tal vez, las funciones más complicadas sean aquellas realizadas por el sistema nervioso, que en última instancia comprenden el pensamiento mismo. El hecho de que nuestras células nerviosas sean inmóviles, no quiere decir que no requieran energía. En resumen, las grandes funciones en que la energía en los seres vivos se transforma son:

Ø  Movimiento  

Ø  Transporte de nutrientes 

Ø  Síntesis de nuevas moléculas y degradación

Además, es necesario insistir: en toda transformación de energía hay una parte que por fuerza se libera en calor. Las fuerzas de energía determinan la posición de los electrones en los átomos y sus interacciones con otros átomos que permiten que las moléculas se constituyan y se transformen.

Hay dos tipos de energía: energía cinética y energía potencial. Ambos, a su vez, existen en muchas formas distintas:

ü  La energía cinética : es la energía de movimiento, e incluye la luz (movimiento de fotones), el calor (movimiento de moléculas), la electricidad (movimiento de partículas con carga eléctrica) y el movimiento de objetos grandes, como el de tus ojos cuando observas esta página y el de los corredores de maratón que se esfuerzan por terminar esa durísima competencia.

ü  La energía potencial: o energía almacenada, incluye la energía química almacenada en los enlaces que mantienen a los átomos unidos en las moléculas, la energía eléctrica almacenada en una batería y la energía de posición almacenada en un pingüino que se prepara para saltar. En las condiciones adecuadas, la energía cinética se puede transformar en energía potencial, y viceversa.

Biofisica.spot (2016)

ELASTICIDAD Y RESISTENCIA DE LOS TEJIDOS HUMANOS

La elasticidad es una propiedad que también se encuentra en muchos órganos, tejidos y músculos de los organismos, teniendo esto relación con la capacidad de crecer y volverse elásticos de acuerdo a diferentes situaciones. Un ejemplo claro de órgano elástico es la del estómago, que puede aumentar varias veces su tamaño original para luego volver a su estado de reposo luego de haberse realizado el proceso de alimentación. Los nervios, encargados de transmitir señales eléctricas, los músculos, y los vasos sanguíneos con su alto contenido en electrolitos y agua son buenos conductores. Los huesos, los tendones y la grasa tienen una gran resistencia y tienden a calentarse y coagularse antes que transmitir la corriente. Alrededor de 85% de la masa muscular esquelética del ser humano está compuesta por fibras musculares propiamente dichas. El 15% restante está formado en gran parte por tejido conectivo compuesto en cantidades variables por fibras colágenas, reticulares y elásticas

Tomado del libro de Principios de anatomía y fisiología de (Gerard J. Tortora) 

Fibras colágenas: Son las más abundantes; están formadas por la proteína colágeno, brindan rigidez y resistencia al tejido. Se encuentran en la gran mayoría de los tejidos conectivos, sobre todo en el hueso, el cartílago, los tendones y los ligamentos. Son flexibles y resistentes.
Fibras elásticas. Son más pequeñas que las de colágeno, se ramifican y vuelven a reunirse libremente unas con otras. Están constituidas por la proteína (colágeno) y elastina. Al igual que las fibras de colágeno, proporcionan resistencia, pero además pueden estirarse ampliamente, sin romperse. son muy abundantes en la piel, los vasos sanguíneos y los pulmones, se estiran sin romperse hasta el 150% de su longitud.

Biofisica.spot (2016)

LEYES DE NEWTON

1.      Primera ley o ley de inercia: Todo cuerpo permanece en su estado de reposo o de movimiento rectilíneo uniforme a menos que otros cuerpos actúen sobre él.

Ejemplo: El almacenamiento de energía en forma de glucógeno en el cuerpo humano específicamente en el cuerpo Humano.

2.      Segunda ley o Principio Fundamental de la Dinámica: La fuerza que actúa sobre un cuerpo es directamente proporcional a su aceleración.

Ejemplo: La manipulación de la terapia pasiva del kinesiólogo, donde el aplicara una fuerza a un segmento del cuerpo, como la pierna del paciente y esta seguirá el mismo vector de movimiento que la fuerza que se esta aplicando.

3.      Tercera ley o Principio de acción-reacción: Cuando un cuerpo ejerce una fuerza sobre otro, éste ejerce sobre el primero una fuerza igual y de sentido opuesto.

Ejemplo: La estimulación nerviosa de un nervio hacia un musculo esquelético para que se produzca el movimiento de este.

Ecured.cu (2018)

RESISTENCIA Y ESTRUCTURA DE LOS MÚSCULOS Y HUESOS

El hueso o tejido óseo está constituido por una matriz en la que se encuentran células dispersas. La matriz está constituida por 25% de agua, 25% de proteínas y 50% de sales minerales. Poseen cuatro tipos de células:

ü  Células osteoprogenitoras: células no especializadas derivadas del mesénquima, el tejido del que derivan todos los tejidos conjuntivos. Se encuentran células osteoprogenitoras en la capa interna del periostio (tejido que rodea exteriormente al hueso), en el endostio y en los canales del hueso que contienen los vasos sanguíneos. A partir de ellas se general los osteoblastos y los osteocitos.

ü  Osteoblastos: son células que forman el tejido óseo pero que han perdido la capacidad de dividirse por mitosis. Segregan colágeno y otros materiales utilizados para la construcción del hueso. Se encuentran en las superficies óseas y a medida que segregan los materiales de la matriz ósea, esta los va envolviendo, convirtiéndolos en osteocitos.

ü  Osteocitos: son células óseas maduras derivadas de los osteoblastos que constituyen la mayor parte del tejido óseo. Al igual que los osteoblastos han perdido la capacidad de dividirse. Los osteocitos no segregan materiales de la matriz ósea y su función es la mantener las actividades celulares del tejido óseo como el intercambio de nutrientes y productos de desecho.

ü  Osteoclastos: son células derivadas de monocitos circulantes que se asientan sobre la superficie del hueso y proceden a la destrucción de la matriz ósea (resorción ósea).

Las sales minerales más abundantes son la hydroxiapatita (fosfato tricálcico) y cálcico. En menores cantidades hay hidróxido de magnesio y cloruro y sulfato magnésicos. Estas sales minerales se depositan por cristalización en el entramado formado por las fibras de colágeno, durante el proceso de calcificación o mineralización. El hueso no es totalmente sólido sino que tiene pequeños espacios entre sus componentes, formando pequeños canales por donde circulan los vasos sanguíneos encargados del intercambio de nutrientes. En función del tamaño de estos espacios, el hueso se clasifica en compacto o esponjoso.

Hueso Compacto (hueso cortical). Constituye la mayor parte de la diáfisis de los huesos largos así como de la parte externa de todos los huesos del cuerpo. El hueso compacto constituye una protección y un soporte. Tiene una estructura de láminas o anillos concéntricos alrededor de canales centrales llamados canales de Havers que se extienden longitudinalmente. Los canales de Havers están conectados con otros canales llamados canales de Volkmann que perforan el periostio. Ambos canales son utilizados por los vasos sanguíneos, linfáticos y nervios para extenderse por el hueso. Entre las láminas concéntricas de matriz mineralizada hay pequeños orificios o laguna donde se encuentran los osteocitos. Para que estas células puedan intercambiar nutrientes con el líquido intersticial, cada laguna dispone de una serie de canalículos por donde se extienden prolongaciones de los osteocitos. Los canalículos están conectados entre sí y, eventualmente a los canales de Havers. El conjunto de un canal central, las láminas concéntricas que lo rodean y las lagunas, canalículos y osteocitos en ellas incluidos recibe el nombre de osteón o sistema de Havers. Las restantes láminas entre osteonas se llaman láminas intersticiales. Hueso esponjoso. A diferencia del hueso compacto, el hueso esponjoso no contiene osteonas, sino que las láminas intersticiales están dispuestas de forma irregular formando unos tabiques o placas llamadas trabéculas. Estos tabiques forman una estructura esponjosa dejando huecos que están llenos de la médula ósea roja. Dentro de las trabéculas están los osteocitos que yacen en sus lagunas con canalículos que irradian desde las mismas. En este caso, los vasos sanguíneos penetran directamente en el hueso esponjoso y permiten el intercambio de nutrientes con los osteocitos. El hueso esponjoso es el principal constituyente de las epífisis de los huesos largos y del interior de la mayor parte de los huesos.

Resistencia de los huesos.

Ø  Sostén: los huesos son el soporte de los tejidos blandos, y el punto de apoyo de la mayoría de los músculos esqueléticos.

Ø  Protección: los huesos protegen a los órganos internos, por ejemplo el cráneo protege al encéfalo, la caja torácica al corazón y pulmones.

Ø  Movimientos: en conjunto con los músculos.

Ø  Homeostasis de minerales: el tejido óseo almacena calcio y fósforo para dar resistencia a los huesos, y también los libera a la sa

Ø  ngre para mantener en equilibrio su concentración.

Ø  Producción de células sanguíneas: en la médula ósea roja (tejido conectivo especializado) se produce la hemopoyesis para producir glóbulos rojos, blancos y plaquetas.

Ø  Almacenamiento de triglicéridos: la médula ósea roja es reemplazada paulatinamente en los adultos por médula ósea amarilla, que contiene adipocitos.