UNIDAD 3
SISTEMA NERVIOSO
El Sistema
Nervioso, el más completo y desconocido de todos los que conforman
el cuerpo
humano, asegura junto con el Sistema Endocrino, las funciones de control del organismo.
Capaz de recibir e integrar innumerables datos procedentes de los distintos órganos sensoriales para lograr una respuesta del cuerpo, el Sistema Nervioso se encarga por lo general de controlar las actividades rápidas. Además, el Sistema Nervioso es el responsable de las funciones intelectivas, como la memoria, las emociones o las voliciones.
Su constitución anatómica es muy compleja, y las células que lo componen, a diferencia de las del resto del organismo, carecen de capacidad regenerativa.
A continuación se dará a conocer todo lo relacionado con el sistema Nervioso Central.
Capaz de recibir e integrar innumerables datos procedentes de los distintos órganos sensoriales para lograr una respuesta del cuerpo, el Sistema Nervioso se encarga por lo general de controlar las actividades rápidas. Además, el Sistema Nervioso es el responsable de las funciones intelectivas, como la memoria, las emociones o las voliciones.
Su constitución anatómica es muy compleja, y las células que lo componen, a diferencia de las del resto del organismo, carecen de capacidad regenerativa.
A continuación se dará a conocer todo lo relacionado con el sistema Nervioso Central.
Nociones fundamentales sobre el sistema nervioso y sus
funciones
El ser humano está dotado de mecanismos nerviosos, a través
de los cuales recibe información de las alteraciones que ocurren
en su ambiente externo e interno y de otros, que
le permiten reaccionar a la información de forma adecuada. Por medio de estos
mecanismos ve y oye, actúa, analiza, organiza y guarda en su encéfalo registros de sus experiencias.
Estos mecanismos nerviosos están configurados en líneas de comunicación llamadas en su conjunto sistema nervioso.
Estos mecanismos nerviosos están configurados en líneas de comunicación llamadas en su conjunto sistema nervioso.
El sistema nervioso se divide en:
Sistema nervioso central:
Comprende:
·
Encéfalo.
·
Médula Espinal.
Se
le llama también "de la vida en relación" porque sus funciones son:
·
Percibir los estímulos procedentes del mundo
exterior.
·
Transmitir los impulsos nerviosos sensitivos a
los centros de elaboración.
Sistema
nervioso periférico:
Comprende:
·
Nervios craneales.
·
Nervios raquídeos.
Tiene como función recibir y transmitir, hacia el sistema
nervioso central los
impulsos sensitivos, y hacia los órganos efectores los impulsos motores.
Sistema nervioso vegetativo:
Sistema nervioso vegetativo:
Comprende:
·
Tronco simpático: formado por cordones nerviosos
que se extienden longitudinalmente a lo largo del cuello, tórax y abdomen a
cada lado de la columna vertebral.
Este sistema es llamado, también, autónomo". Está en
relación con las vísceras, las glándulas, el corazón,
los vasos sanguíneos y músculos lisos.
Su función es eferente, transmitiendo impulsos que regulan las funciones de las vísceras de acuerdo con las exigencias vitales de cada momento.
Su función es eferente, transmitiendo impulsos que regulan las funciones de las vísceras de acuerdo con las exigencias vitales de cada momento.
POTENCIAL DE MEMBRANA O POTENCIAL DE ACCIÓN
POTENCIALES DE MEMBRANA
Normalmente
hay potenciales eléctricos a través de las membranas en todas las células. De
las cuales:
·
Las células nerviosas y
musculares son AUTOEXCITABLES
·
Es decir, son capaces de
autogenerar impulsos electroquímicos
·
En sus membranas, y en muchos
casos, de transmitir señales a
·
Lo largo de las mismas.
POTENCIALES DE MEMBRANA CREADAS POR DIFUSIÓN
[ Na +] intracelular > [ Na ] intracelular = difunde =
> cargas + intracel = pero, luego la difusion se frena por esas cargas (+) =
POTENCIAL DE NERNST
CONCEPTOS
Cuando el potencial de membrana es generado por la por
difusión de diferentes iones (por diferente permeabilidad a la membrana)
Depende
de:
*
polaridad de la carga eléctrica de cada ión.
*
permeabilidad de la membrana para cada ión.
* [
] de cada uno de los iones en el int-ext celular.
Esos
iones son:
Na+
K+ Cl-
=
desarrollan potenciales de membrana en membranas de células neuronales,
musculares y nervios de conducción.
= el
gradiente de [ ] de cada uno a través de la membrana determina el VOLTAJE del
potencial de membrana
La
permeabilidad de los canales de Na y K sufren cambios durante la conducción del
impulso nervioso. Mientras que los canales de Cl. no cambian, por lo tanto los
cambios de
permeabilidad
para Na y K son importantes para la: TRANSMISIÓN DE LA SEÑAL A LOS NERVIOS.
·
De reposo: cuando no están transmitiendo señales
= - 90 Mv
·
Es producido por:
·
DIFUSIÓN PASIVA DEL K: a través
de un canal proteico = - 94 Mv
·
DIFUSIÓN PASIVA DEL Na: a través
de canales proteicos pero con menos permeabilidad que el K = + 61 Mv
La
combinación de ambos genera un POTENCIAL NETO de – 86 Mv. Donde la bomba de
sodio y potasio es:
BOMBA
Na-K: Saca 3 Na+ y mete 2 K = - 90 Mv
EL POTENCIAL DE ACCIÓN
·
Permite transmitir señales
nerviosas en las células nerviosas que Son cambios rápidos del potencial de
membrana = y que se desplaza a lo largo de la fibra nerviosa.
·
ETAPAS:
·
REPOSO: la membrana está
POLARIZADA con – 90 MV
·
DESPOLARIZACIÓN: > permeab Na
- entra Na a la cel - se positiviza el interior de la celula (porque el
potencial de membrana disminuye a -50-70 Mv y se abren canales de Na por
VOLTAJE)
·
REPOLARIZACION: < permeab K =
sale K al ext = se negativiza el interior celular nuevamente.
Inicio del potencial de acción
·
Cualquier acontecimiento que
aumente RÁPIDAMENTE el potencial
·
De membrana y sobrepase el
UMBRAL alrededor de los – 65 Mv
·
Provocará que se abran los
canales de Na (por voltaje) en forma PROGRESIVA y RECLUTANTE.
Propagación del potencial de acción
Es decir, un potencial de acción de un SEGMENTO EXCITABLE de la
membrana puede excitar segmentos adyacentes = la PROPAGACIÓN DE LA
DESPOLARIZACIÓN a lo largo de :
* la
fibra nerviosa = impulso nervioso = POT ACC ( >1 para
que la fibra muscular = impulso muscular = UMBRAL se de la propagacion) como un
"FACTOR DE SEGURIDAD"
Potencial de acción en meseta
·
A: DESPOLARIZACIÓN. por canales
rápidos de Na abiertos por volt.
·
B: MESETA. Prolongación del Tiempo de
despolarización = T de contracción muscular cardiaca. Es por canales lentos de
Ca por voltaje
·
C: REPOLARIZACIÓN. Por entrada
de K (abertura de canales de K) y termina entrada de Na (se cierran los
canales)
LA RITMICIDAD DE CIERTOS TEJIDOS EXCITABLES
En
base a la alta permeabilidad a los Na (y Tb. CA) para permitir la
DESPOLARIZACIÓN AUTOMÁTICA.
El
potencial de membrana en reposo es de – 60 a – 70 Mv
Estas
descargas repetitivas se dan en neuronas, músculo liso y cardiaco. En donde se
manifiestan como ritmo cardiaco, peristalsis y ritmo respiratorio. Tb hay una
HIPERPOLARIZACIÓN al final del potencial de acción, debido a canales de K = una
excesiva permeabilidad al K y eso retrasa. La siguiente despolarización.
El fenómeno de excitación
Cualquier
fenómeno que aumente la permeabilidad al Na producirá la apertura de los
canales de Na automáticamente.
Pueden
ser:
·
fenómenos físicos
·
fenómenos químicos
·
fenómenos eléctricos
Los
ESTABILIZADORES DE LA MAMBRANA Inhiben la excitabilidad (hipercalcemia, hipocalemia,
procaína, Tetracína, por disminución de activación de canales de Na)
La membrana está formada por
una bicapa lipídica, por proteínas periféricas
en la parte interna y externa y por proteínas integrales que
atraviesan de punta a punta la membrana, son los llamados canales por donde
pasan los iones. Esos canales pueden estar en estados diferentes, abiertos o
cerrados.
Se ha medido la composición
que tiene el líquido extracelular e intracelular y se ha averiguado que es
diferente.
B.
CONCEPTO DE POTENCIAL DE
MEMBRANA O DE ACCIÓN
C.
BASES IÓNICAS DEL POTENCIAL DE
REPOSO
CONCENTRACIONES
PARA DIRENENTES IONES
|
IONES
|
INTRACELULAR
|
EXTRACELULAR
|
|
Na
+
|
14
mM
|
142
mM
|
|
K
-
|
140
mM
|
4
mM
|
|
Cl
-
|
4
mM
|
120
mM
|
|
HCO
3 - (bicarbonato)
|
10
mM
|
25
mM
|
|
H
+ (hidrogeniones)
|
100
mM
|
40
mM
|
|
Mg
2 +
|
30
mM
|
15
mM
|
|
Ca
2 +
|
1
mM
|
18
mM
|
Cuando
una célula está en reposo (no estimulada ni excitada) los canales de potasio
están abiertos, el potasio tenderá a salir hacia el exterior (iones de K), son
cargas positivas por tanto el interior celular será negativo respecto al
exterior celular
POTENCIAL DE REPOSO. BASES IÓNICAS
Todas
las células tienen potencial de reposo (hepatocito) en base a una diferencia
iónica dentro y fuera de la célula, pero no todas tienen capacidad de
desarrollar potenciales de acción.
Las
células excitables (neuronas) poseen u potencial de reposo muy estable (entre
-60 y -100 mV). En las células no excitables, el potencial de reposo es menos
estable, pueden haber oscilaciones entre (-40 y -60 mV), está más
despolarizado.
También
se puede medir mediante la Ecuación de Goldman
Ecuación
de Nernst. Ecuación de Golman reducida a un solo ión.
R =
Constante general de los gases
Z =
valencia
F =
constante de FaradaE = poder de equilibrio (calculado
el potencial de Nerst es más aproximado el reposo de esa célula).
El
potencial de reposo se debe principalmente a la permeabilidad a otros iones.
La
contracción sincronizada de todas las células que están acopladas
eléctricamente constituyendo el tejido cardíaco, genera la contracción
sincrónica de cada una de las cámaras del corazón.
La
contracción de cada célula está asociada a un potencial de acción.
Hay
que tener en cuenta:
·
Colocar un electrodo en el
interior de la célula y otro en el exterior
·
El potencial de reposo siempre
es negativo. – 80 mv.
·
El interior celular siempre es
negativo
·
La permeabilidad más importante
durante el potencial de reposo en la de potasio
·
También participan pero con
muchísima menor permeabilidad otros iones como el sodio,
·
También participan la bomba
sodiopotásica electrogénica, intercambia iones,
3
moléculas de Na, por 2 moléculas de K, por cada molécula de ATP hidrolizada. De
esta manera ese poquito sodio que se había perdido es devuelto al interior de
la célula.
CONCEPTO DE POTENCIAL DE ACCIÓN BASES IÓNICAS
Todas
las células poseen potencial de reposo pero no todas son capaces de generar un
potencial de acción. Las células excitables que generan potenciales de acción
son:
·
Neuronas. Células nerviosas
·
Células musculares. Músculo liso (vísceras
internas, útero, uréteres e intestino), músculo estriado (músculo esquelético y
del corazón)
·
Célelas sensoriales. Preceptores de la vista y
del oído
·
Células secretoras. Glándulas
salivares, parotida
·
Células relacionadas con el sistema Endocrino. Adenohipófisis, islote de Langerhans
(insulina)
El
hepatocito no requiere un potencial de acción. Las células las podemos
estimular de forma:
·
Mecánica. Punzón
·
Química. Con un neurotransmisor
·
Eléctrica. Es la más parecida a la fisiología y mide exactamente la intensidad del
estímulo que estamos aplicando a esa célula.
El
potencial de acción de la fibra nerviosa dura de alrededor de unos 2 msg, en la
fibra muscular esquelética también son excitables, es similar al potencial
reacción pero tienen mayor amplitud 5 msg.
El
potencial de acción en la fibra muscular cardiaca tiene características
distintas, posee una gran meseta y su amplitud es mucho mayor 200 msg.
El
potencial de acción se caracteriza porque existe una inversión de
la polaridad, el interior celular negativo pasa a positivo en el momento en que
el potencial de acción pasa por ahí. El potencial de acción no es decremencial,
no disminuye durante su traslado, es mantenido.
PROPAGACIÓN DEL POTENCIAL DE ACCIÓN:
LEY DEL TODO O NADA
El
potencial de acción responde a la ley de
todo o nada, el potencial para que tenga lugar necesita de un estímulo liminal
que llegue al punto crítico de dispara de esa célula.
a.
Despolarización lenta. -70 mv
hasta -55 mv
b.
Despolarización rápida. - 55 mV
hasta +35 mV.
c.
Repolarización rápida. + 35 mv
2/3 del descenso
d.
Repolarización lenta (hasta - 70
mV)
e.
Hiperpolarización. -70 mV hasta
- 75 mV.
El
potencial de acción se produce o no siendo igual. No se produce si el estímulo
no alcanza el punto crítico de la célula, y si se supera si que hay potencial.
La ley se cumple para fibras aisladas, para una fibra única, pero no se cumple
cuando existen múltiples fibras nerviosas (axones)
BASES IÓNICAS
En 1954,
dos investigadores llamados Hodgkin y Huuxley midieron las corrientes iónicas
que suceden durante el potencial de acción.
Las bases
iónicas son:
·
Permeabilidad al sodio y al potasio
·
Despolarización al sodio y al potasio
·
Repolarización al sodio y al potasio
Se
observan cambios de conductancia para el Na y el K durante el potencial de
acción. Durante la despolarización y repolarización midieron la conductancia.
El
potencial de acción en su fase de despolarización existe un
aumento de la permeabilidad del Na (hay más Na fuera por eso entra), es
básicamente en la neurona, fibra muscular.
En el caso de la producción de
insulina aumentará la permeabilidad del calcio.
La repolarización es debida
a un aumento del pk, siempre debido a la conductancia al K (salida del K).
Además pueden aparecer otros iones que estudian morfologías un poco distintas.
El potencial
de equilibrio para
el sodio se puede calcular utilizando la ecuación de Golman, para la medida
exacta lo mejor es el registro intracelular.
La bomba
sodiopotásica electrogénica también participa porque tiene la capacidad de
devolver a su sitio los iones
A.
CONDUCCIÓN DEL IMPULSO NERVIOSO O
ASPECTOS ESPECILAES DE TRAMSMISIÓN DE SEÑALES EN LOS TRONCOS NERVIOSOS.
PERÍODOS REFRACTARIOS
Supone
una situación de inescitabilidad de la membrana cuando una célula acaba de ser
estimulada y acaba de generar un potencial de acción, el potencial de acción
inmediatamente no puede generar otro.
·
Absoluto:
período de tiempo inmediatamente después de un potencial de acción en donde no
hay respuesta independientemente de la intensidad del estímulo que se le
aplique.
·
Relativo:
período de tiempo después del período absoluto en donde si que hay respuesta
pero sólo si se le aplica una intensidad de estímulo por encima del umbral de
excitación de la célula
TEORÍA DE LOS CIRCUITOS LOCALES
O TEORIA DEL POZO O FUENTE
Por el
hecho de existir cargas positivas al lado de negativas se generan unas
corrientes locales que van desde el positivo al negativo, esa corriente va a
ser la que va a ir desplazando la zona vecina. No se puede volver hacia atrás
porque está el período refractario absoluto.
Existen
dos tipos de células nerviosas:
·
Neuronas mielínicas
·
Neuronas no mielínicas.
La
conducción del impulso nervioso es diferente para cada una de ellas. La
conducción nerviosa en las fibras mielínicas es
una transmisión rápida, por término medio tienen unas 20 um de diámetro con una velocidad de
conducción de unos 100 m/sg.
El
potencial de acción es enviado mediante la Teoría
saltatoria, lo que hace esa despolarización es que va saltando de nodo
de Ranvier en nodo.
La transmisión
sin mielina es
lenta por término medio de 0,5 um de diámetro y la velocidad de conducción de
alrededor de 0,5 m/sg, la transmisión se va produciendo en toda la zona de
axón.
La
transmisión del impulso nervioso saltatorio de las células con melina es más
económica energéticamente para el organismo. Una molécula de ATP intercambia 3
de Na y 2 de K.
La velocidad
de conducción se
mide conociendo 2 parámetros.
·
La distancia entre el
estimulador y el registrador
Potencia
(tiempo transcurrido entre en encendido de Eshm y el inicio del potencial de
acción).
Factores
que condicionan la velocidad de conducción
·
El diámetro de la fibra.
A mayor diámetro, mayor velocidad de conducción. Existe una relación entre el
incremento del diámetro y en incremento de la velocidad de conducción.
·
La temperatura.
La velocidad de conducción se eleva progresivamente al elevar la temperatura,
desde 5ºC hasta 40ºC, a partir de los 40ºC se estabiliza.
Si
se superan los 45ºC hay un bloqueo de la conducción nerviosa y como
consecuencia la muerte, por eso es
tan importante controlar la temperatura del organismo. Una fiebre que
supere los 40ºC se debe bajar porque podría causar daños irreversibles en el
sistema nervioso.
·
La edad de la fibra.
La velocidad de la fibra es mayor en función de la edad y se detiene
manteniendo una velocidad fija cuando se llega a la pubertad.
Bomba sodio-potasio
En bioquímica, la bomba
sodio-potasio es
una proteína integral de membrana fundamental
en lafisiología de
las células que
se encuentra en todas nuestras membranas celulares.
Su función es eltransporte de
los iones inorgánicos
más importantes en biología (el
sodio y el potasio) entre el medio extracelular y el citoplasma, proceso
fundamental en todo el reino animal. La
bomba expulsa a la matriz extracelular 3 iones sodio (Na+)
a la vez que ingresa 2 iones potasio (K+)
por transporte activo (gasto
deATP), lo que mantiene el gradiente de solutos y
la polaridad eléctrica de la membrana (escaso sodio y abundante potasio
intracelulares).
Descubrimiento
Esta proteína fue descubierta por el danés Jens
Skou de forma casual en 1957,1 y por ello recibió el premio
Nobel en 1997. Desde entonces
la investigación ha determinado muchos de los aspectos tanto de la estructura y
funcionamiento de la proteína,
como de su función en la fisiología,
de tremenda importancia en la medicina.
Funcionamiento y estructura
Estructura proteica
La bomba sodio potasio ATP (adenosin trifosfato) es una
proteína transmembrana que actúa como un transportador de intercambio antiporte
(transferencia simultánea de dos solutos en diferentes direcciones) que
hidroliza ATP (función ATPasa). Es una ATPasa
de transporte tipo P, es decir, sufre fosforilaciones reversibles durante el
proceso de transporte. Está formada por dos subunidades, alfa y beta, que
forman un tetrámero integrado en la membrana. La subunidad alfa está compuesta
por diez segmentos transmembrana y en ella se encuentra el centro de unión del
ATP que se localiza en el lado citosólico de la membrana (tiene un peso
molecular de aproximadamente 100.000 daltons). También posee dos centros de
unión al potasio extracelulares y tres centros de unión al sodio intracelulares
que se encuentran accesibles para los iones según si la proteína está
fosforilada. La subunidad beta contiene una sola región helicoidal
transmembrana y no parece ser esencial para el transporte ni para la actividad,
aunque podría realizar la función de anclar el complejo proteico a la membrana
lipídica.
Funcionamiento
El funcionamiento de la bomba electrogénica de Na+/
K+(sodio-potasio) , se debe a un cambio de conformación en la
proteína que se produce cuando es fosforilada por el ATP. Como el resultado de
la catálisis es
el movimiento transmembrana de cationes, y se
consume energía en
forma de ATP, su función se denomina transporte activo. La demanda energética
es cubierta por la molécula de ATP, que al ser hidrolizada, separa
un grupo fosfato, generando ADP y
liberando la energía necesaria para la actividad enzimática. En las mitocondrias, el ADP
es fosforilado durante el proceso de respiración generándose
un reservorio continuo de ATP para los procesos celulares que requieren
energía. En este caso, la energía liberada induce un cambio en la conformación
de la proteína una vez unidos los tres cationes de sodio a sus lugares de unión
intracelular, lo que conlleva su expulsión al exterior de la célula. Esto hace
posible la unión de dos iones de potasio en la cara extracelular que provoca la
desfosforilación de la ATP, y la posterior traslocación para recuperar su
estado inicial liberando los dos iones de potasio en el medio intracelular.[cita requerida]
Los procesos que tienen lugar en el transporte son:
1.
Unión de
tres Na+ a sus sitios
activos.
2.
Fosforilación
de la cara citoplasmática de la bomba que induce a un cambio de
conformación en la proteína. Esta fosforilación se produce por la transferencia
del grupo terminal del ATP a un residuo de ácido aspártico de la proteína.
3.
El cambio
de conformación hace que el Na+ sea
liberado al exterior.
4.
Una vez
liberado el Na+, se unen dos iones de K+ a sus respectivos sitios de unión de
la cara extracelular de las proteínas.
5.
La proteína
se desfosforila produciéndose un cambio conformacional de ésta, lo que produce
una transferencia de los iones de K+ al citosol.
Funciones
La bomba de sodio-potasio es crucial e imprescindible
para que exista la vida animal ya
que tiene las funciones expuestas a continuación. Por ello se encuentra en
todas las membranas celulares de los animales, en mayor medida en células excitables
como las células nerviosas y células musculares donde la bomba puede llegar a
acaparar los dos tercios del total de la energía en forma de ATP de la célula.
Mantenimiento de la osmolaridad y del volumen
celular
La bomba de Na+/K+ juega
un papel muy importante en el mantenimiento del volumen celular. Entre el
interior y el exterior de la célula existen diferentes niveles deconcentración de
solutos. Como quiera que la bomba extrae de la célula más moléculas de
las que introduce tiende a igualar las concentraciones y,
consecuentemente, la presión osmótica. Sin la existencia de la bomba, dado que los
solutos orgánicos intracelulares, a pesar de contribuir en sí mismos poco a la
presión osmótica total, tienen una gran cantidad de solutos inorgánicos
asociados, la concentración intracelular de estos (que generalmente son iones)
es mayor que la extracelular. Por ello, se produciría un proceso osmótico, consistente en el paso de
agua a través de la membrana plasmática hacia
el interior de la célula, que aumentaría de volumen y diluiría sus componentes.
Las consecuencias serían catastróficas ya que la célula podría llegar a
reventar (proceso conocido como lisis).
Absorción y reabsorción de moléculas
El gradiente producido por el Na+ impulsa
el transporte acoplado (activo secundario) de diferentes moléculas al interior
de la célula. Lo que quiere decir que el fuerte gradiente que impulsa al sodio a
entrar en la célula (véase más adelante) es aprovechado por proteínas especiales
de membrana para "arrastrar" otros solutos de interés utilizando la
energía que se libera cuando el sodio se introduce en la célula. Ejemplos de
este proceso son la absorción de nutrientes en las células de la mucosa
intestinal y la reabsorción de solutos en el túbulo renal.
Potencial eléctrico de membrana
Esta bomba es una proteína electrogénica
ya que bombea tres iones cargados positivamente hacia
el exterior de la célula e introduce dos iones positivos en el interior
celular. Esto supone el establecimiento de una corriente eléctrica neta
a través de la membrana celular, lo
que contribuye a generar un potencial eléctricoentre el interior y el exterior
de la célula ya que el exterior de la célula está cargado positivamente con
respecto al interior de la célula. Este efecto electrogénico directo en la
célula es mínimo ya que sólo contribuye a un 10% del total del potencial
eléctrico de la membrana celular. No obstante, casi todo el resto del potencial
deriva indirectamente de la acción de la bomba de sodio y potasio, y se debe en
su mayor parte al potencial de reposo para el potasio.
Mantenimiento de los gradientes de sodio y potasio
Impulsos nerviosos
La concentración intracelular
de sodio es alrededor de 5 mM mientras que la extracelular es mucho mayor (145
mM). Sin embargo, las concentraciones intra y extracelulares de potasio son
140 mM y 5 mM respectivamente. Esto nos indica que hay un fuerte gradiente electroquímico que
impulsa a las dos sustancias a moverse: el sodio hacia
adentro y el potasio hacia
afuera de la célula. Como la membrana es impermeable a estos solutos,
controlando la entrada y salida de estas sustancias (principalmente), la célula
genera cambios de concentración de iones a ambos lados de la membrana, y como
los iones tienen carga eléctrica, también se modifica el potencial a través
suyo. Combinando estos dos factores, las células de un organismo son capaces de
transmitirse señales
eléctricas (véase:potencial de acción) y comunicarse entre ellas,
paso fundamental para la evolución del reino animal.
La bomba de Na+/K+ contribuye
a equilibrar el potencial de membrana y mantener el potencial de reposo (es
decir, las concentraciones constantes a ambos lados) cuando el impulso nervioso ya
se ha transmitido. Este impulso nervioso hace que los canales de Na+ se
abran generando un desequilibrio en la membrana y despolarizándola, debido a la
entrada de sodio a favor de gradiente, que al ser un catión revierte localmente
el estado de electronegatividad del lado interno de la membrana. Cuando el
impulso ha pasado los canales de Na+ se
cierran y se abren los de K+, que implica la salida de potasio de la
célula restaurando la electronegatividad intracelular. Para que el potencial de
membrana sea normal la bomba de Na+/K+ funciona
manteniendo las concentraciones de los iones constantes (expulsando el sodio
que entra e introduciendo el potasio que sale).
Electrostática
La electrostática es
la rama de la Física que
analiza los efectos mutuos que se producen entre los cuerpos como consecuencia
de su carga eléctrica, es decir, el estudio de las cargas eléctricas en
equilibrio. La carga eléctrica es la propiedad de la materia responsable de los
fenómenos electrostáticos, cuyos efectos aparecen en forma de atracciones y
repulsiones entre los cuerpos que la poseen.
Históricamente, la electrostática fue la rama del electromagnetismo que
primero se desarrolló. Con la postulación de la Ley de Coulomb fue
descrita y utilizada en experimentos de laboratorio a partir del siglo XVII, y ya en
la segunda mitad del siglo XIX las leyes de Maxwell concluyeron
definitivamente su estudio y explicación, y permitieron demostrar cómo las
leyes de la electrostática y las leyes que gobiernan los fenómenos magnéticos pueden
ser estudiadas en el mismo marco teórico denominado electromagnetismo.
Electricidad estática
La electricidad estática es un fenómeno que se debe a una
acumulación de cargas eléctricas en un objeto. Esta acumulación
puede dar lugar a una descarga eléctrica cuando dicho objeto se pone en
contacto con otro.
Antes del año 1832, que fue
cuando Michael
Faraday publicó
los resultados de sus experimentos sobre la identidad de la electricidad, los
físicos pensaban que la electricidad estática era algo diferente de la
electricidad obtenida por otros métodos. Michael Faraday demostró que la
electricidad inducida desde un imán, la electricidad producida por una batería,
y la electricidad estática son todas iguales.
La electricidad estática se produce cuando ciertos
materiales se frotan uno contra el otro, como lana contra plástico o las suelas
de zapatos contra la alfombra, donde el proceso de frotamiento causa que se
retiren los electrones de la superficie de un material y se reubiquen en la
superficie del otro material que ofrece niveles energéticos más favorables. O
cuando partículas ionizadas se depositan en un material, como ocurre en los
satélites al recibir el flujo del viento
solar y de
los cinturones de radiación
de Van Allen. La capacidad de electrificación de los cuerpos por
rozamiento se denomina efecto triboeléctrico;
existe una clasificación de los distintos materiales denominada secuencia triboeléctrica.
La electricidad estática se utiliza comúnmente en la xerografía,
en filtros de aire, en algunas pinturas de automóvil, en algunos aceleradores de partículassubatómicas,
etc. Los pequeños componentes de los circuitos eléctrónicos pueden dañarse
fácilmente con la electricidad estática. Sus fabricantes usan una serie de dispositivos
antiestáticos y
embalajes especiales para evitar estos daños. Hoy la mayoría de los componentes semiconductores de efecto de campo, que son los
más delicados, incluyen circuitos internos de protección antiestática.
Aislantes y conductores
Los materiales se comportan de forma diferente en el momento
de adquirir una carga eléctrica. Así, una varilla metálica sostenida con la
mano y frotada con una piel no resulta cargada. Sin embargo, sí es posible
cargarla cuando al frotarla se usa para sostenerla un mango de vidrio o de plástico y el metal no se toca con las
manos al frotarlo. La explicación es que las cargas pueden moverse libremente
entre el metal y el cuerpo humano, lo que las iría descargando en cuanto se
produjeran, mientras que el vidrio y el plástico no permiten la circulación de
cargas porque aíslan eléctricamente la varilla metálica del cuerpo humano.
Esto se debe a que en ciertos materiales, típicamente en los metales, los electrones más alejados de los núcleos
respectivos adquieren fácilmente libertad de movimiento en el interior del
sólido. Estos electrones
libres son
las partículas que transportarán la carga eléctrica. Al depositar electrones en
ellos, se distribuyen por todo el cuerpo, y viceversa, al perder electrones,
los electrones libres se redistribuyen por todo el cuerpo para compensar la
pérdida de carga. Estas sustancias se denominan conductores.
En contrapartida de los conductores eléctricos, existen
materiales en los que los electrones están firmemente unidos a sus respectivos
átomos. En consecuencia, estas sustancias no poseen electrones libres y no será
posible el desplazamiento de carga a través de ellos. Al depositar una carga
eléctrica en ellos, la electrización se mantiene localmente. Estas sustancias
son denominadas aislantes o dieléctricos.
El vidrio y los plásticos son ejemplos típicos.
La distinción entre conductores y aislantes no es absoluta:
la resistencia de los aislantes no es infinita
(pero sí muy grande), y las cargas eléctricas libres, prácticamente ausentes de
los buenos aislantes, pueden crearse fácilmente suministrando la cantidad
adecuada de energía para separar a un electrón del átomo al que esté ligado
(por ejemplo, mediante irradiación o calentamiento). Así, a una temperatura de 3000 K,
todos los materiales que no se descomponen por la temperatura, son conductores.
Entre los buenos conductores y los dieléctricos existen
múltiples situaciones intermedias. Entre ellas destacan los materiales semiconductores por su importancia en la
fabricación de dispositivos electrónicos que son la base de la actual
revolución tecnológica. En condiciones ordinarias se comportan como
dieléctricos, pero sus propiedades conductoras se modifican mediante la adición
de una minúscula cantidad de sustancias dopantes. Con esto se
consigue que pueda variarse la conductividad del material semiconductor como
respuesta a la aplicación de un potencial eléctrico variable en su electrodo de
control.
Ciertos metales adquieren una conductividad infinita a
temperaturas muy bajas, es decir, la resistencia al flujo de cargas se hace
cero. Se trata de lossuperconductores. Una vez que se establece
una corriente eléctrica de circuito cerrado en un superconductor, los
electrones fluyen por tiempo indefinido.
Generadores electrostáticos
Los generadores de electricidad
estática son máquinas
que producen altísimas tensiones con una muy pequeña intensidad de corriente. Hoy se utilizan
casi exclusivamente para demostraciones escolares de física. Ejemplos de tales
generadores son el electróforo,
la máquina de Wimshurst y el generador de Van de Graaff.
Al frotar dos objetos no conductores se genera una gran
cantidad de electricidad estática. En realidad, este efecto no se debe a la
fricción, pues dos superficies no conductoras pueden cargarse con solo apoyar
una sobre la otra. Sin embargo, al frotar dos objetos aumenta el contacto entre
las dos superficies, lo que aumentará la cantidad de electricidad generada.
Habitualmente los aislantes son buenos para generar y para conservar cargas
superficiales. Algunos ejemplos de estas sustancias son el caucho,
los plásticos y el vidrio.
Los objetos conductores raramente generan desequilibrios
de cargas, excepto, por ejemplo, cuando una superficie metálica recibe el impacto de un sólido o un líquido no conductor, como en los
transportes de combustibles líquidos. La carga que se transfiere durante la
electrificación por contacto se almacena en la superficie de cada objeto, a fin
de estar lo más separada posible y así reducir la repulsión entre las cargas.
Carga inducida
La carga inducida se produce cuando un objeto cargado repele
o atrae los electrones de la superficie de un segundo objeto. Esto crea una
región en el segundo objeto que está con una mayor carga positiva, creándose
una fuerza atractiva entre los objetos. Por ejemplo, cuando se frota un globo,
el globo se mantendrá pegado a la pared debido a la fuerza atractiva ejercida
por dos superficies con cargas opuestas (la superficie de la pared gana una
carga eléctrica inducida pues los electrones libres de la superficie del muro
son repelidos por los electrones que ha ganado el globo al frotarse; se crea
así por inducción electrostática una superficie de carga positiva en la pared,
que atraerá a la superficie negativa del globo).
Carga por fricción
En la carga por fricción se transfiere gran cantidad de
electrones porque la fricción aumenta el contacto de un material con el otro.
Los electrones más internos de un átomo están fuertemente unidos al núcleo, de
carga opuesta, pero los más externos de muchos átomos están unidos muy
débilmente y pueden desalojarse con facilidad. La fuerza que retiene a los
electrones exteriores en el átomo varia de una sustancia a otra. Por ejemplo
los electrones son retenidos con mayor fuerza en la resina que en la lana, y si
se frota una torta de resina con un tejido de lana bien seco, se transfieren
los electrones de la lana a la resina. Por consiguiente la torta de resina
queda con un exceso de electrones y se carga negativamente. A su vez, el tejido
de lana queda con una deficiencia de electrones y adquiere una carga positiva.
Los átomos con deficiencia de electrones son iones, iones positivos porque, al
perder electrones (que tienen carga negativa), su carga neta resulta positiva.
Carga por inducción
Se puede cargar un cuerpo por un procedimiento sencillo que
comienza con el acercamiento a él de una varilla de material aislante, cargada.
Considérese una esfera conductora no cargada, suspendida de un hilo aislante.
Al acercarle la varilla cargada negativamente, los electrones de conducción que
se encuentran en la superficie de la esfera emigran hacia el lado lejano de
esta; como resultado, el lado lejano de la esfera se carga negativamente y el
cercano queda con carga positiva. La esfera oscila acercándose a la varilla,
porque la fuerza de atracción entre el lado cercano de aquella y la propia
varilla es mayor que la de repulsión entre el lado lejano y la varilla. Vemos
que tiene una fuerza eléctrica neta, aun cuando la carga neta en las esfera
como un todo sea cero. La carga por inducción no se restringe a los
conductores, sino que puede presentarse en todos los materiales.
Aplicaciones
La electricidad estática se usa habitualmente en xerografía en la que un pigmento en polvo
(tinta seca o tóner) se fija en las áreas cargadas previamente, lo que hace
visible la imagen impresa.
En electrónica,
la electricidad estática puede causar daños a los componentes, por lo que los
operarios han de tomar medidas para descargar la electricidad estática que
pudieran haber adquirido. Esto puede ocurrir a una persona por frotamiento de
las suelas de los zapatos (de materiales como la goma) contra suelos de tela o
alfombras, o por frotamiento de su vestimenta contra una silla de plástico. Las
tensiones generadas así serán más altas en los días con baja humedad relativa
ambiente. Hoy las alfombras y las sillas se hacen con materiales que generen
poca electricidad por frotamiento. En los talleres de reparación o en fábricas
de artefactos electrónicos se tiene el cuidado de evitar la generación o de
descargar estas cargas electrostáticas.
Al aterrizar un avión se debe proceder a su descarga por
seguridad. En los automóviles también puede ocurrir la electrificación al
circular a gran velocidad en aire seco (el aire húmedo produce menores cargas),
por lo que también se necesitan medidas de seguridad para evitar las chispas
eléctricas.
Se piensa que la explosión en 2003 de un cohete en el Centro de Lanzamiento de
Alcántara en Brasil,
que mató a 21 personas, se debió a chispas originadas por electricidad estática.
Electrodinámica
La electrodinámica es
la rama del electromagnetismo que
trata de la evolución temporal en sistemas donde interactúan campos
eléctricos y magnéticos con
cargas en movimiento.
Electrodinámica clásica (CED)
Albert
Einstein desarrolló
la teoría de la relatividad especial merced
a un análisis de la electrodinámica. Durante finales del siglo XIX los físicos
se percataron de una contradicción entre las leyes aceptadas de la
electrodinámica y la mecánica
clásica. En particular, las ecuaciones de Maxwell predecían
resultados no intuitivos como que la velocidad de la luz es
la misma para cualquier observador y que no obedece a la invariancia galileana. Se creía, pues, que las
ecuaciones de Maxwell no eran correctas y que las verdaderas ecuaciones del
electromagnetismo contenían un término que se correspondería con la influencia
del éter
lumínico.
Después de que los experimentos no arrojasen ninguna
evidencia sobre la existencia del éter, Einstein propuso la revolucionaria idea
de que las ecuaciones de la electrodinámica eran correctas y que algunos
principios de la mecánica clásica eran inexactos, lo que le llevó a la formulación
de la teoria de la relatividad especial.
Unos quince años antes del trabajo de Einstein, Wiechert y
más tarde Liénard, buscaron las expresiones de los campos electromagnéticos de
cargas en movimiento. Esas expresiones, que incluían el efecto del retardo de
la propagación de la luz, se conocen ahora como potenciales de Liénard-Wiechert. Un hecho
importante que se desprende del retardo, es que un conjunto de cargas
eléctricas en movimiento ya no puede ser descrito de manera exacta mediante
ecuaciones que sólo dependa de las velocidades y posiciones de las partículas.
En otras palabras, eso implica que el lagrangiano debe
contener dependecias de los "grados de libertad" internos del campo.1
Lagrangiano clásico y energía
El lagrangiano del campo electromagnético clásico
viene dado por un escalar construido a partir del tensor campo
electromagnético:
![S_{c,em}[ F_{\mu\nu},\Omega ] = - \frac{1}{16\pi c}
\int_\Omega F_{\mu\nu}F^{\mu\nu} d\Omega](file:///C:/Users/Usuario/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image010.png){kind=small}
De hecho este lagrangiano puede reescribirse en términos de
los campos eléctrico y magnético para
dar (en unidades cgs):
![S_{c,em}[ \mathbf{E},\mathbf{B},\Omega ] =
-\frac{1}{8\pi}\int_\R \int_V \Big(\mathbf{E}^2-\mathbf{B}^2\Big) \ d^3\mathbf{x}\ dt](file:///C:/Users/Usuario/AppData/Local/Temp/msohtmlclip1/01/clip_image011.png){kind=small}
Introduciendo este lagrangiano en las ecuaciones de
Euler-Lagrange, el resultado son las ecuaciones de Maxwell y
aplicando una transformación de Legrendre generalizada se
obtiene la expresión de la energía electromagnética:
Ecuaciones de evolución del
campo[editar]
Las ecuaciones de Euler-Lagrange aplicadas
al lagrangiano anterior proporcionan las ecuaciones de evolución siguiente:
Que expresado en términos de los campos eléctricos y
magnéticos equivalen a las dos ecuaciones siguientes:
Estas son las ecuaciones de Maxwell homogéneas.
Para obtener las otras dos es necesario considerar en el lagrangiano la
interacción entre la materia con carga eléctrica y el campo electromagnético
propiamente dicho.
Electrodinámica cuántica (QED)
La electrodinámica cuántica (ó
QED, Quantum
ElectroDynamics), como sugiere su nombre, es la versión cuántica de
la electrodinámica. Esta teoría cuántica se describe el campo electromagnético
en términos de fotones intercambiados
entre partículas cargadas, al estilo de la teoría cuántica de campos. Por tanto, la
electrodinámica cuántica se centra en la descripción cuántica del fotón y
su interacción/intercambio de energía y momento lineal con las partículas
cargadas.
Se puede señalar que la formulación de la teoría de la
relatividad restringida se compone de dos partes, una de ellas «cinemática»,
descrita anteriormente, y que establece las bases de la teoría del movimiento –
y, por consiguiente, del conjunto de la teoría– dándoles su expresión
matemática, y una parte «electrodinámica» que, combinando las propuestas de la
primera parte con la teoría electromagnética de Maxwell, Hertz y Lorentz ,
establece deductivamente un cierto número de teoremas sobre las propiedades de
la luz y, en general de las ondas electromagnéticas como, asimismo, la dinámica
del electrón.
En la parte correspondiente a la electrodinámica, Albert
Einstein formula su teoría aplicando, para un espacio vacío, la transformación
de coordenadas –que forma la base de la cinemática relativista– a las
ecuaciones de Maxwell-Hertz; esta aplicación revela, una vez más, que la
transformación, lejos de ser un simple artificio de cálculos, posee un sentido
físico esencial: las leyes del electromagnetismo clásico determinan las
propiedades de dos vectores diferentes, uno del otro, el campo eléctrico de
componentes 
en
el sistema 
y
el campo
magnético de
componentes 
;
ahora bien, transformando las ecuaciones de a 
e
imponiendo, en función a los principios de la relatividad, que las nuevas
componentes de los campos 
en K, se obtienen unas
relaciones donde las componentes transformadas del campo eléctrico y del campo
magnético respectivamente dependen, a su vez, de los componentes iniciales de
ambos campos, lo que conduce con asombrosa naturalidad a la unificación teórica
del magnetismo y de la electricidad. Para ello, las relaciones necesarias en
las condiciones que interesan son:
en
el sistema y
el campo
magnético de
componentes ;
ahora bien, transformando las ecuaciones de a e
imponiendo, en función a los principios de la relatividad, que las nuevas
componentes de los campos en K, se obtienen unas
relaciones donde las componentes transformadas del campo eléctrico y del campo
magnético respectivamente dependen, a su vez, de los componentes iniciales de
ambos campos, lo que conduce con asombrosa naturalidad a la unificación teórica
del magnetismo y de la electricidad. Para ello, las relaciones necesarias en
las condiciones que interesan son:
Por otro lado, la distinción entre fuerza eléctrica y fuerza
magnética no es sino una consecuencia del estado de movimiento del sistema de
coordenadas; en que, el análisis cinemático elimina la anomalía teórica
prerelativista: la distinta explicación de un mismo fenómeno (la inducción
electromagnética) no es más que una apariencia debida al desconocimiento del
principio de relatividad y de sus consecuencias.
Por otra parte, en función de las fórmulas relativistas es
factible extender los resultados precedentes a las ecuaciones de Maxwell cuando
existen corrientes de convección; la conclusión es que la electrodinámica de
los cuerpos en movimiento de Lorentz están conforme con el principio de
relatividad.
Ahora, en cuanto a la dinámica del electrón lentamente
acelerado, que exigiría una larga discusión, sólo citaremos el siguiente
resultado: si se atribuye una masa m a un electrón lentamente acelerado por un
campo eléctrico y en función de esta masa se puede evaluar la energía cinética
de un electrón, medida en un sistema en reposo respecto al cual ha sido
acelerado por el campo hasta una velocidad v.
Pero donde la formulación teórica de la parte de la
electrodinámica de la relatividad restringida coloca su acento es en la
propagación de las ondas electromagnéticas, de donde se deduce, siempre
siguiendo el mismo método de aplicación algebraica de las fórmulas de Lorentz,
las leyes de los dos fenómenos ópticos más conocidos y de gran importancia para
la astronomía: el efecto Doppler (aparente cambio de frecuencia para una fuente
en movimiento y que analizaremos en la siguiente separata) y la aberración, ya
mencionada anteriormente.
corriente galvánica
Es una corriente de flujo constante, sin cambios de
polaridad y superior a las fuerzas iónicas y moleculares.
Su paso por el organismo humano a través de la piel,
mediante el uso de electrodos provoca que la materia viva se comporte como un
conductor de segundo orden.
Fenómenos químicos de la corriente galvánica
Con el Ánodo:
Oxidación. Los aniones (-) reaccionan con el oxígeno,
con otros elementos o con el electrodo ánodo, haciendo que el componente
resultante pierda electrones.
Los electrones abandonan por el electrodo la disolución y al ion que los contenía.
Los electrones abandonan por el electrodo la disolución y al ion que los contenía.
Con el
Cátodo:
Reducción. Los cationes (+) al reaccionar con
determinados elementos o con el electrodo cátodo, sufren un aumento de
electrones.
Los electrones penetran a través del electrodo en la disolución asociándose a los iones.
Los electrones penetran a través del electrodo en la disolución asociándose a los iones.
Efectos polares de la corriente galvánica
Bajo el ánodo:
·
Reacción ácida
·
Oxidación (perdida de e-)
·
pH bajo
·
Liberación de protones
·
Concentración de aniones no metales
·
Quemadura acida-seca-coagulada
·
Coagulación
·
Anaforesis
·
Vasoconstricción
·
Sedación
·
Nivel de polarización bajo de membrana
·
Actividad metabólica baja
·
Absorción de calor
·
Abundancia de iones negativos (Cl-OH)
·
Se aplica en procesos de inflamación
Bajo el cátodo
Bajo el cátodo
·
Reacción alcalina
·
Reducción(aumento de electrones)
·
pH alto
·
Concentración de cationes metales
·
Quemadura alcalina-húmeda-blanda
·
Vasodilatacion
·
Irritación
·
Nivel de polarización de membrana alto
·
Actividad metabólica alta
·
Liberación de calor
·
Abundancia de iones positivos (Na+, K+, Ca++, H30+)
La dosis se establece entre un mínimo de 50 µA/cm2 y un
máximo de 1 mA/cm2 .
La corriente galvánica produce distintas sensaciones en cada paciente, el cual puede no percibir nada y al retirar los electrodos la zona de estimulación puede haber sufrido quemadura.
Debe calcularse la dosis según los centímetros cuadrados del electrodo más pequeño.
Técnicas utilizadas para aplicar la corriente galvánica
La corriente galvánica produce distintas sensaciones en cada paciente, el cual puede no percibir nada y al retirar los electrodos la zona de estimulación puede haber sufrido quemadura.
Debe calcularse la dosis según los centímetros cuadrados del electrodo más pequeño.
Técnicas utilizadas para aplicar la corriente galvánica
·
Baño galvánico: Se practica en todo el cuerpo o grandes zonas de él. Las
sesiones suelen durar entre 10 a 20 minutos, con el agua a 34°C.
En los tratamientos en que se aprovecha el efecto descendente de la corriente galvánica el paciente refiere somnolencia, pesadez, sedación y dificultad para realizar tareas que requieran de su total atención (conducir por ejemplo).
En los tratamientos en que se aprovecha el efecto descendente de la corriente galvánica el paciente refiere somnolencia, pesadez, sedación y dificultad para realizar tareas que requieran de su total atención (conducir por ejemplo).
·
Electrólisis: Se emplea en la depilación
eléctrica, consiste en alterar la estructura química de la materia que rodea al
electrodo hasta el punto de destruirla por quemadura electrolítica.
Se emplean dos electrodos. El activo que es el cátodo posee forma de aguja que se aplica sobre la zona a quemar.
Se emplean dos electrodos. El activo que es el cátodo posee forma de aguja que se aplica sobre la zona a quemar.
·
Iontoforesis: Mediante la corriente
galvánica se introduce medicamento a través de la piel, basándose en el efecto
de electroforesis, consistente en el rechazo de iones de la misma polaridad que
el electrodo.
·
Hiper – hidrosis: Tratamiento de la sudoración exagerada y localizada en algunas
zonas del organismo, principalmente en plantas de manos y pies.
Se introducen los segmentos corporales afectados en cubetas de agua potable, empleando un electrodo de goma conductora en cada recipiente. Nunca se emplean electrodos metálicos. En los procesos con sudor ácido (pH bajo) el cátodo (-) resultará más eficaz.
En los casos de sudor alcalino, el ánodo (+) será el más adecuado.
La intensidad de la corriente galvánica dependerá mucho del electrodo más pequeño, tratando de que circule la dosis recomendada de 0.15 a 0.2 mA/cm2.
En este caso no es fácil calcular la superficie dado que el contacto del agua con la piel, será el tamaño del electrodo.
Contraindicaciones y precauciones
Se introducen los segmentos corporales afectados en cubetas de agua potable, empleando un electrodo de goma conductora en cada recipiente. Nunca se emplean electrodos metálicos. En los procesos con sudor ácido (pH bajo) el cátodo (-) resultará más eficaz.
En los casos de sudor alcalino, el ánodo (+) será el más adecuado.
La intensidad de la corriente galvánica dependerá mucho del electrodo más pequeño, tratando de que circule la dosis recomendada de 0.15 a 0.2 mA/cm2.
En este caso no es fácil calcular la superficie dado que el contacto del agua con la piel, será el tamaño del electrodo.
Contraindicaciones y precauciones
·
Endoprótesis y osteosíntesis: Dada la conductividad de
los metales, se acumularán en él cargas eléctricas que lo convertirán en un
pseudoelectrodo.
Los metales son buenos conductores y no oponen resistencia por lo que no existe el riesgo de quemadura por acumulo de calor en él.
Los metales son buenos conductores y no oponen resistencia por lo que no existe el riesgo de quemadura por acumulo de calor en él.
·
Marcapasos: Aparatos de precisión, necesarios para el control
cardíaco.
Debe evitarse que el ritmo de los impulsos producidos por él se vea afectado por cualquier interferencia eléctrica.
Si la cubierta del marcapasos es metálica, deben tomarse en cuenta las indicaciones mencionadas para los metales.
Debe evitarse que el ritmo de los impulsos producidos por él se vea afectado por cualquier interferencia eléctrica.
Si la cubierta del marcapasos es metálica, deben tomarse en cuenta las indicaciones mencionadas para los metales.
·
Problemas cardíacos: Cuando el sistema generador de impulsos cardíacos se encuentra
afectado por diversas patologías, la influencia de campos eléctricos puede
alterar el ritmo y la aparición de extrasístoles o ausencias extemporáneas de
latidos.
·
Embarazo: Se contraindica la
aplicación de todo tipo de corrientes con el fin de influir lo menos en el
proceso de gestación.
·
Tumores malignos: Los procesos electroquímicos generados por la aplicación de la
corriente, pueden contribuir a un mayor descontrol del metabolismo y
reproducción de las células malignas, favoreciendo el proceso patológico
·
Tromboflebitis: El trombo puede aumentar de tamaño.
·
Precaución en zonas próximas a glándulas endocrinas: En el tratamiento debe tenerse en cuenta su proximidad para no
provocar efectos a nivel general que no son buscados ni deseados.
·
Piel en mal estado o con heridas: La presencia de lesiones
en la piel provoca concentración excesiva de la energía eléctrica, con el
riesgo inminente de quemadura.
·
Alteraciones de la sensibilidad del paciente: Debe observarse
cuidadosamente la respuesta neurovegetativa del paciente a la aplicación de la
corriente. Si el paciente no puede responder a las alteraciones
electroquímicas se corre el riesgo de quemaduras.
·
Precauciones ante respuestas neurovegetativas exageradas: Observar si el
paciente durante las primeras sesiones hace una respuesta alérgica ante el
galvanismo o si las respuestas neurovegetativas generalizadas o locales son
exageradas. Por esto se recomienda siempre que las primeras sesiones sean
con dosis bajas y tiempos cortos.
Biofísica de la audición
Es una onda mecánica – Porque necesitan un medio
material (aire, agua,
cuerpo sólido) para su propagación. Además dicho medio debe ser elástico y no
rígido para permitir la transmisión del sonido.
Es
una onda longitudinal - Porque las partículas del
medio actúan en la misma dirección en
la que se propaga la onda.
Es una onda tridimensional - Son ondas que se propagan en tres
direcciones. Las ondas tridimensionales se conocen también como ondas
esféricas, porque sus frentes de ondas son esferas concéntricas que salen de la
fuente de perturbación expandiéndose en todas direcciones.
|
20 - 360 Hz
|
Tonos graves
|
|
360 – 1400 Hz
|
Tonos medios
|
|
1400 – 20000 Hz
|
Tonos agudos
|
¿Cuáles son las cualidades del sonido y explicar en qué
unidades se expresa?
Se expresa en decibel (dB)
¿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)?
Esta
cualidad la medimos con el sonómetro y los resultados se expresan en decibeles
(dB).
El
nivel de intensidad sonora se mide en W/m2
Mínima
intensidad: 10-12 W/m2 - 0
dB
Máxima
intensidad: 101 W/m2 – 130 dB
·
1. Escribe la
diferencia entre una onda longitudinal y una transversal.Dibujalo
Ondas
longitudinales:
Donde
la vibración de la onda es paralela a la dirección de propagación de la propia
onda. Estas ondas se deben a las sucesivas compresiones y enrarecimientos del
medio. De este tipo son las ondas sonoras.
Ondas
transversales:
Donde
la vibración es perpendicular a la dirección de la onda. Por ejemplo, las ondas
sobre la superficie del agua.
Define los parámetros
característicos de las ondas (periodo, frecuencia, velocidad,
amplitud y longitud de onda)
Represéntalo
en un esquema y escribe sus formulas físicas
FRECUENCIA
(f): Es
el número de ciclos que se forman por unidad de tiempo
AMPLITUD
"A": Magnitud
del máximo desplazamiento
LONGITUD
DE ONDA "?": Es la distancia entre dos
crestas, dos valles o dos nodos no consecutivos
VELOCIDAD
"V": Magnitud
de la velocidad de propagación de la onda (depende únicamente de las
características del medio)
¿Qué entiendes por atributo subjetivo del sonido y en
que unidades se expresa?
El
término «sonido» tiene un doble sentido: por un lado se emplea en sentido
subjetivo para designar la sensación que experimenta un observador cuando las
terminaciones de su nervio auditivo reciben un estímulo, pero también se emplea
en sentido objetivo para
describir las ondas producidas por compresión del aire que pueden estimular el
nervio auditivo de un observador
Cuando
se escucha aisladamente un sonido sostenido, es posible distinguirle tres
atributos subjetivos básicos: intensidad, tono y timbre.
-
Intensidad: al vibrar un foco sonoro producirá ondas de una determinada
amplitud, siendo la intensidad proporcional al cuadrado de la misma, teniendo
así sonidos fuertes o débiles. EL atributo subjetivo de la intensidad tiene
relación con la magnitud de la presión de
una onda de sonido. De acuerdo con esta magnitud los sonidos pueden ser fuertes
o intensos en un extremo y débiles en el otro.
Actualmente
se ha podido establecer una escala numérica
para indicar los valores aparentes
de esta propiedad en función de
la presión y la frecuencia de los sonidos.
·
Se expresa en decibel (dB)
-
Tono: permite distinguir los sonidos agudos de los graves, siendo los agudos
los producidos por focos que vibran a frecuencias elevadas y los graves los que
vibran a frecuencias bajas. El tono representa la posición del sonido en la
escala musical y es en función de la frecuencia. - -- -Timbre: esta cualidad
nos permite distinguir dos sonidos de igual intensidad y tono producidos por
dos focos diferentes.
Medimos
esta característica en ciclos por segundos o Hercio (Hz
Escribe la anatomía funcional de la cóclea. Dibújalo
·
1) La Rampa vesicular
·
2) El conducto coclear
o rampa media
·
3) La rampa timpática
La
rampa vestibular y el conducto coclear están separados por la membrana de
Reissner (también llamada membrana vestibular); la rampa timpánica y el
conducto coclear están divididos por la membrana o lamina basilar. Sobre su
superficie se encuentra el órgano de corti, que es un mecanoreceptor, que
contiene una serie de células sensibles
a estímulos electromecánicos, las células ciliadas. Se trata de los órganos
receptores terminales que generan impulsos nerviosos como respuesta a las
vibraciones sonoras. Los cilios de estas células se encuentran en contacto con
la membrana tectoria. Cuando se produce un estímulo el estribo ejerce presión
sobre la ventana oval, esto genera una onda en la perilinfa que viaja a lo
largo de la cóclea desplazando la membrana basilar. Esto produce flexión de los
cilios en contacto con la membrana tectoria lo que se traduce en cambios de
potencial celular que generan estímulos nerviosos a través de las células
bipolares del nervio coclear. Las prolongaciones periféricas de estas células
bipolares viajan hasta el ganglio coclear a partir del cual se origina este
nervio. Al llegar al Bulbo Raquídeo, el nervio coclear se divide en dos raíces:
una ventral y otra dorsal. La raíz dorsal se dirige al Pedúnculo Cerebelar
inferior, terminando en el núcleo coclear dorsal o tubérculo acústico,
adyacente al receso lateral del cuarto ventrículo. La raíz ventral termina en
el núcleo coclear ventral, situado hacia caudal y lateral del pedúnculo
cerebelar inferior. De los núcleos cocleares dorsales y ventrales nacen las
segundas neuronas, las que se decusan parcialmente, terminando en los núcleos
trapezoideos ventrales y dorsales. Algunas fibras auditivas pasan a través de
dichos núcleos sin interrupción, uniéndose a las fibras que dejan estos
núcleos, formando el fascículo o lemnisco lateral, el cual se dirige hacia
cefálico terminando en dos centros: Colículo inferior y Cuerpo Geniculado
medial. A partir de este punto nacen las radiaciones acústicas que integran la información en
la corteza temporal.
Escribe como se realiza la transmisión de las ondas
sonoras en el interior del sentido de la audición
·
Es en la cóclea donde ocurre
la transformación de energía mecánica en
eléctrica mediante un fenómeno mecánico-químico-eléctrico que tiene lugar en la
membrana basilar.
al
hundirse la platina del estribo dentro del espacio perilinfático produce
movimientos en este líquido, el cual se transmite a lo largo del laberinto
membranoso formando torbellinos que se extienden hasta el helicotrema. Debido a
la resistencia ejercida
por las distintas paredes y al impulso mecánico de progresión, se generan
presiones en la endolinfa a través de la membrana de Reissner y en la basilar
que está situada debajo de ella..."
Esta
energía bioeléctrica es conducida por el VIII par craneal a los centros
nerviosos y de ahí a las localizaciones acústicas de la corteza cerebral, en la
cual se integran los sonidos tomando conciencia de
la imagen acústica.
·
El efecto inicial de una
onda sonora que penetra por la ventana oval es una torsión de
la membrana basilar de la base de la cóclea en la dirección de la ventana
redonda. Sin embargo, la tensión elástica que se va acumulando en las fibras
basilares a medida que se inclina hacia la ventana redonda genera una onda que
viaja por la membrana basilar hacia el helicotrema.
Cada
onda parece bastante débil al principio pero se fortalece cuando llega a la
porción de la membrana basilar que tiene una frecuencia natural de resonancia
igual a la frecuencia sonora correspondiente. En este punto la membrana basilar
puede vibrar en ambos sentidos con tal facilidad que la energía de la onda se
disipa. En consecuencia la onda se extingue en este punto y ya no recorre la
distancia restante de la membrana basilar.
La
onda viajera se propaga rápidamente por la porción inicial de la membrana
basilar, pero cada vez más despacio a medida que avanza por la cóclea.
FUNCIÓN
DEL ÓRGANO DE CORTI
Es
el órgano receptor que genera impulsos nerviosos como respuesta a la vibración
de la membrana basilar. El órgano de corti descansa sobre la superficie de las
fibras basilares y la membrana basilar. Los auténticos receptores sensoriales
de este órgano son dos tipos de células nerviosas llamadas células ciliadas: una
sola hilera de células ciliadas internas, y entre 3 y 4 hileras de células
ciliadas externas. Las bases y los lados de las células ciliadas entablan
sinapsis con una red de
terminaciones nerviosas cocleares. Las fibras nerviosas estimuladas por las
células ciliadas se dirigen al ganglio espiral de corti, situado en el modiolo
de la cóclea. El ganglio espiral a su vez envía axones hacia el nervio coclear
y luego hacia el sistema nervioso central,
a la altura de la parte superior del bulbo raquídeo.
Las señales auditivas
se transmiten principalmente por las células ciliadas internas. Alrededor del
90 % de las fibras nerviosas auditivas se estimulan por las células ciliadas
internas. A pesar de ello, si se lesionan las células externas y las internas
permanecen intactas, se produce una gran pérdida de audición
Cada célula postciliada
posee unos 100 estereocilios en su borde apical los cuales van alargándose cada
vez más en sentido opuesto al modiolo, y las puntas de los estereocilios as
cortos se unen mediante un filamento delgado a la parte posterior del
estereocilio adyacente más largo. Por tanto cada vez que los cilios se inclinan
en la dirección de los más largos, tirasn de laspunas de los eterieocilios mas
pequeños hacia fuera de la superficie de la célula ciliada. Esto provoca la
apertura de canales de cationes, con lo que los iones de potasio alcanzan en
seguida las puntas de los etstereocilios, lo que a su vez provoca la
despolarización de toda la célula ciliada.
Así
pues, cuando las fibras basilares se inclinan hacia la parte vestibular las
células ciliadas de despolarizan y al girar en sentido contrario se hiperpolarizan,
por lo que generan un potencial de receptor alterante. Este, a su vez estimula
las terminaciones nerviosas cocleares que establecen sinapsis con la base de
las células ciliadas.
¿Por qué se plantea que la
intensidad es un atributo físico del sonido y la sonoridad es un atributo
subjetivo. Fundamenta tu respuesta
Aunque
la razón del sonido detectable más fuerte al más suave es 1012, no percibimos
factores de 1012 en el volumen de
los sonidos que oímos, porque: la intensidad es un atributo físico y
La
intensidad es un atributo físico
La
intensidad de un sonido puede medirse mediante la energía que transporta por
unidad de superficie (medida en perpendicular a la dirección de propagación);
se expresa en W/m2. Esta magnitud que depende de la amplitud y frecuencia de la
fuente sonora, y es independiente de cualquier consideración subjetiva (del
observador).
La
sonoridad es un atributo subjetivo
Es
una medida subjetiva de la intensidad con la que un sonido es percibido por el
oído humano. Es decir, la sonoridad es el atributo que nos permite ordenar
sonidos en una escala del más fuerte al más débil. Dado que es una sensación
característica del oyente, no es susceptible de una medida física directa,
sino en base a enjuiciamientos con respecto a sonidos de referencia
conocidos.La sonoridad depende fundamentalmente del nivel de presión sonora del
estímulo, y, en menor medida, de su frecuencia, duración y complejidad
espectral
El hecho
físico objetos
con propiedades y atributos -intensidad, magnitud, concentración"el hecho
Psicológico constituido
por sensaciones de brillo, pesadez o salinidad que aquellos atributos físicos
producen se estudia en ¨.
Explica cómo se puede
discriminar los volúmenes del sonido
Estudios
realizados por especialistas del Instituto Nacional de Ciencias Fisiológicas,
en Japón, y en la Universidad de
Münster, Alemania, ratifican
lo dañino de escuchar música a
altos volúmenes. Según los investigadores, esa práctica puede ocasionar cambios
neurofisiológicos a la hora de discriminar claramente los sonidos, aunque el
umbral de audición sea normal.
Se
trata de alteraciones auditivas relacionadas con la nitidez del sonido y no
pueden ser detectadas mediante las pruebas usuales
de audición, en las que se examinan una serie de tonos aislados y en un medio ambiente silencioso.
Los
resultados de esta nueva investigación podrían
ser el primer paso hacia un futuro plan de evaluación auditiva
a mayor escala para personas que llevan muchos años oyendo música de
reproductores portátiles a través de auriculares.
En
el experimento se analizó la respuesta cerebral ante el sonido mediante
magneto-encefalografía. De esta forma pudieron registrarse las respuestas
cerebrales de dos grupos de
adultos jóvenes: los de un grupo habían
escuchado música regularmente a todo volumen, en tanto el del otro, no.
Tras
examinar a los que escucharon un sonido de una frecuencia determinada con
ruidos de fondo mientras miraban una película, se demostró la imposibilidad de
discriminar el sonido de tales ruidos, y fue considerablemente más pronunciada
en aquellos habituales a los reproductores portátiles.
Se
corroboró también que esa dificultad no puede ser detectada con las pruebas de
audición estándares actuales, incapaces de descubrir ninguna diferencia de
capacidad auditiva entre los integrantes de un grupo y los del otro
Explica el ultrasonido y sus
aplicaciones medicas
Un
ultrasonido es una onda acústica o sonora cuya frecuencia está por encima del
espectro audible del oído humano (aproximadamente 20.000 Hz). Estas vibraciones
se producen a través de transductores piezoeléctricos. El transductor tiene la
virtud de que cuando se aplica una corriente eléctrica equivalente
a la frecuencia de resonancia del material piezoeléctrico, transforma la
energía en vibraciones mecánicas equivalentes e la frecuencia aplicada,
produciendo ondas de presión acústica.
El
ultrasonido es una técnica que utiliza ondas sonoras para tomar imágenes del feto dentro
del útero. Debido a que utiliza ondas sonoras en lugar de radiaciones, el
ultrasonido es más seguro que
los rayos X. Poco a poco,
el ultrasonido se ha convertido en una parte cada vez más importante de los
cuidados prenatales, ya que proporciona información que puede ayudar al médico
a planear el seguimiento de unamujer embarazada,
mejorando así las probabilidades de éxito del embarazo.
El
ultrasonido se basa en el rebote de ondas sonoras sobre el cuerpo del feto en desarrollo. Los ecos
producidos por estas ondas se convierten en una imagen, llamada sonograma, que
aparece en un monitor de televisión. Esta
técnica también suele denominarse sonografía o sonar.
El
examen mediante ultrasonido tiene muchas aplicaciones durante el embarazo,
permitiendo encontrar respuestas a toda una serie de dudas médicas. Algunas de
las dudas más importantes que el ultrasonido es capaz de esclarecer son las
siguientes:
·
Embarazo ectópico. El
ultrasonido puede utilizarse para diagnosticar que el embrión se está
desarrollando fuera de lugar, normalmente en una de las trompas de Falopio o en
el abdomen en lugar del útero.
·
Más de un bebé. El
ultrasonido se utiliza para ver si una mujer lleva mellizos, trillizos e
inclusive un número todavía mayor de fetos.
·
Verificar la fecha estimada
del parto. El tamaño del
feto, que puede medirse utilizando ultrasonido, permite a los médicos estimar
la fecha del parto con precisión.
·
Evaluar el crecimiento
fetal. Cuando el feto crece de manera más lenta o más rápida de lo esperado, el
ultrasonido puede ayudar a determinar la razón-como el exceso de líquido
amniótico o el crecimiento insuficiente del feto.
·
Posibilidad de aborto espontáneo.
Cuando se producen sangrados o hemorragias al comienzo del embarazo o cuando
los latidos del corazón o
los movimientos del feto parecen haberse detenido, el ultrasonido puede ayudar
a determinar si el feto ha muerto y la mujer perderá
su bebé.
·
Ayudar a realizar otros
diagnósticos prenatales. Cuando es necesario realizar una amniocentesis o un análisis del
vello coriónico, los doctores utilizan el ultrasonido a manera de guía para
extraer las células necesarias para probar la existencia de ciertos defectos de
nacimiento.
·
Diagnosticar ciertos
defectos de nacimiento. Las imágenes de ultrasonido pueden utilizarse para
diagnosticar ciertos defectos de nacimiento de la estructura corporal,
como la ausencia de extremidades y a veces el labio leporino y la espina
bífida. También puede permitir el diagnóstico de
las malformaciones de ciertos órganos internos, inclusive las vías urinarias.
Un tipo especial de ultrasonido llamada la eco cardiografía permite registrar
el flujo de sangre a
través de las cavidades y válvulas del
corazón y los vasos sanguíneos, posibilitando la detección de muchas
malformaciones cardíacas como también las anomalías potencialmente peligrosas
del ritmo del corazón.
·
Comprobar el bienestar del
feto al final del embarazo a través de una prueba llamada el perfil biofísico
fetal .Esta prueba se realiza mediante ultrasonido y en adición a la prueba de
"non-stress" (una comprobación
especial de los latidos del corazón del feto que suele realizarse cuando la
madre tiene diabetes o
alta presión arterial, o cuando se ha superado la fecha estimada del parto).
Las comprobaciones realizadas con ultrasonido incluyen la visualización de los
movimientos fetales, de sus movimientos de respiración, de su
tonicidad muscular y la medición de
la cantidad de líquido amniótico.
·
Ayudar a escoger el método de
alumbramiento. El ultrasonido puede contribuir significativamente a determinar
en cuáles embarazos será necesario realizar una intervención cesárea (también
llamada en inglés "C-sección"),
como por ejemplo cuando el feto es especialmente grande o se encuentra en una
posición anormal, o cuando la placenta se encuentra obstruyendo la salida del
bebé del útero.
Los
exámenes por ultrasonido pueden ayudar a diagnosticar diversas enfermedades y
a evaluar el daño en
los órganos luego de una enfermedad.
El
ultrasonido se usa para ayudar a los médicos a diagnosticar síntomas tales
como:
·
Dolores
·
Hinchazón
·
Infección
El
ultrasonido es una forma útil de examinar muchos de los órganos internos del
cuerpo, incluyendo en forma enunciativa y no limitativa:
·
corazón y vasos sanguíneos,
incluyendo la aorta abdominal y sus principales ramificaciones
·
hígado
·
vesicular biliar
·
bazo
·
páncreas
·
riñones
·
vejiga
·
útero, ovarios y niño no
nato (feto) en pacientes embarazadas
·
ojos
·
glándula tiroides y glándula
paratiroides
Explica en qué consiste el
efecto Doppler y sus aplicaciones en medicina
·
El efecto Doppler consiste
en el cambio que
se produce en la frecuencia de una onda debida al movimiento relativo
entre la fuente y el observador. Cuando una onda es emitida por un sistema en
movimiento, la longitud de onda percibida es diferente a la emitida
·
El efecto doppler consiste
en la variación de frecuencia de una onda al ser emitida o recibida por un
objeto en movimiento.
·
Cuando el emisor de una onda
electromagnética se acerca al receptor, la frecuencia de la onda recibida será
mayor que la frecuencia emitida. Si por el contrario la fuente de ondas se
aleja del receptor, la frecuencia recibida será proporcionalmente menor.
El
ultrasonido Doppler consiste en una técnica especial de ultrasonido que evalúa
la circulación de la sangre a través de los vasos sanguíneos, incluyendo las
arterias y venas más importantes del organismo que se encuentran en el abdomen,
brazos, piernas y cuello.
Existen
tres tipos de ultrasonido Doppler:
·
El Doppler a color utiliza
una computadora para
convertir las mediciones Doppler en un conjunto de colores para
visualizar la velocidad y la dirección del flujo sanguíneo a través de un vaso
sanguíneo.
·
El Doppler con energía es
una técnica más avanzada que es más sensible que el Doppler a color y es capaz
de brindar un mayor detalle del flujo sanguíneo, especialmente en los vasos que
se encuentran dentro de los órganos. No obstante, el Doppler con energía no
ayuda al radiólogo a determinar la dirección del flujo, que puede ser
importante en algunas situaciones.
·
Doppler espectral. En lugar
de mostrar las mediciones Doppler en forma visual, el Doppler espectral exhibe
las mediciones de flujo sanguíneo de manera gráfica, en función de la distancia
recorrida por unidad de tiempo
Las dificultades auditivas con que instrumento pueden
valorarse y que permite
Para
determinar la naturaleza de
cualquier incapacidad auditiva se emplea el audímetro. El audiómetro sirve para
facilitar tonos en diferentes frecuencias y niveles de intensidad.
Simplemente
se trata de un audífono conectado a un oscilador electrónico capaz de emitir
tonos puros que alberguen desde las frecuencias más bajas hasta las más altas,
instrumento calibrado de modo que el sonido con un nivel de intensidad nulo a
cada frecuencia sea el volumen que apenas puede escucharse con un iodo normal.
Un mecanismo calibrado para controlar el volumen puede incrementarlo más allá
del valor cero.
Si el volumen ha de de elevarse 30 decibelios por encima de lo normal antes de
que sea posible escucharlo, se dice que la persona tiene
hipoacusia de 30 decibelios para esa frecuencia concreta.
Al
efectuar una prueba auditiva mediante un audímetro, se exploran unas 8 a 10
frecuencias que cubren todo el espectro audible y se determina la pérdida de
audición para cada una de ellas. De este modo se traza el denominado
audiograma. El audímetro además de estar equipado con un audífono para examinar
la conducción aérea por el oído, consta de un vibrador mecánico para estudiar
la conducción ósea desde la apófisis mastoides del cráneo hasta la cóclea.
Para
efectuar una audiometría se emiten unos sonidos, que actuando sobre el oído
producen una sensación sonora en la persona explorada. Como aparato emisor y
receptor de la respuesta se utiliza el audiómetro.
En
la audiometría individual los sonidos que emitimos desde el audiómetro pueden
llegar a la persona explorada a través de unos auriculares, que transmiten el
sonido por vía área, o bien a través de un vibrador, aplicado en el hueso
temporal, con lo que la transmisión del sonido es por vía ósea.
El
sonido que llega a través de los auriculares hace vibrar la membrana timpánica,
la transmis del sonido
ión
sigue a través de la cadena de huesecillos (situada en la caja del tímpano)
hasta llegar a la ventana oval, y a continuación por los líquidos
endolinfáticos hasta el órgano de Corti, donde están las terminaciones de las
neuronas sensoriales que la conducirán a los centros cefálicos de la audición.
El
sonido que llega a través del vibrador estimula directamente a los líquidos
laberínticos y órgano de Corti, por lo que llega directamente al órgano de
percepción, sin pasar a través del tímpano, cadena osicular y ventana oval.
La
comparación de los resultados obtenidos en ambas pruebas, con vibrador y
auriculares, permite localizar la parte del oído que está afectada.
