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Biofísica Objetivos y Contenidos

Dr. Juan José Aranda Aboy

Dr. Juan José Aranda Aboy Profesor - Investigador Titular

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OBJETIVOS GENERALES

• Describir y analizar los seres vivos desde el punto de vista de la Física, lo que implica tomar en cuenta conocimientos de Matemáticas, Biología, Química e Informática.

• Dar las bases iniciales para la experimentación física, y aplicación y protección del ser vivo utilizando las Ciencias Fisicomatemáticas.

• Explicar el método que emplea la Física para tratar problemas fisiológicos y otros temas biomédicos.


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1. Introducción

Física, Química, Biología, Matemáticas, Informática y Modelos.

¿Qué es Biofísica? Las unidades del Sistema

Internacional (SI) en las ciencias de la salud, según la O.M.S.

Objetivos: Definir qué se entiende por Biofísica. Referenciar las unidades SI en las ciencias de la

salud.


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2. Biomecánica

Estática. Momento de una fuerza. Elasticidad por flexión plana. Elasticidad

por torsión. Elasticidad en tubos. Tensión en la pared de los ventrículos. Elasticidad en vasos sanguíneos.

Objetivo: Explicar las características biomecánicas del cuerpo

humano.


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3. Conceptos básicos de la Termodinámica clásica

Ley cero: Termometría Primera Ley de la Termodinámica Transmisión del Calor Segunda Ley. Interpretación en

sistemas no aislados.

Objetivos: Caracterizar los sistemas biológicos a partir de sus

propiedades termodinámicas. Describir los conceptos de Entropía y Equilibrio en

sistemas no aislados.


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4. Tensión Superficial y Dinámica de fluidos

Tensión superficial. Coeficiente. Ley de Laplace - Young.

Capilaridad. Ley de Jurin. Ley de Tate. Embolia gaseosa.

Ecuación de Bernouilli. Fenómeno de Venturi. Viscosidad cinemática. Bingham. Casson. Ley de Pouseuille - Hagen. Número de Reynolds. Flujo turbulento. Objetivo: Explicar las leyes físicas que gobiernan los fluidos líquidos y

gaseosos dentro del cuerpo humano.


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5. La Respiración

Volumen pulmonar. Flujo pulmonar. Difusión pulmonar. Hipopresión e Hiperpresión. Objetivo: Caracterizar y describir las leyes físicas que gobiernan la

respiración humana.


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6. La Circulación Corporal Suspensiones de partículas en fluidos en

movimiento. Trabajo y rendimiento cardiacos. Gasto cardiaco. Ley de Fick. Flujo sanguíneo. Método Doppler-Fizzeau. Presión sanguínea. Método de Riva-Rocci.

Objetivos: Caracterizar y describir las leyes físicas que regulan el

proceso de la circulación corporal. Describir los principales métodos y técnicas para evaluar la

circulación corporal.


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7. Bioelectricidad y biomagnetismo.

Potencial creado por un dipolo. Potencial creado por una hoja eléctrica. Dipolo cardiaco equivalente. Vectorcardiograma. Electrocardiografía. Triángulo de Einthoven. Electroencefalografía, Electro miografía y

Electro oculografía. Campos Magnéticos. Resonancia. Objetivos: Describir el campo electromagnético de los sistemas biológicos. Caracterizar y explicar los principales biopotenciales generados por el cuerpo

humano. Caracterizar y explicar el concepto de Resonancia Magnética.


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8. Biofísica sensorial

Luz y Visión Fuentes luminosas. Receptores

luminosos. Agudeza visual. Decibelio y fon. Oído externo, medio e interno.

Fenómenos de transducción.

Objetivo: Caracterizar y explicar los elementos que integran los

sistemas de percepción visual y auditiva de los seres humanos.


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9. Biofísica de las radiaciones

Origen y clasificación de las radiaciones. Interacción con la materia. Detección de las radiaciones ionizantes.

Dosimetría Radiaciones no ionizantes.

Objetivos: Explicar las principales causas de exposición a radiaciones con

que nos encontramos los seres vivos. Describir los efectos comprobados de las radiaciones a la salud. Caracterizar y explicar las principales normas de seguridad para

los seres humanos relativas al uso médico de radiaciones.


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10. Termodinámica de Procesos Irreversibles

Hipótesis y Métodos. Entropía. Modelación de Sistemas biológicos Caos

Objetivos: Describir las diferencias esenciales entre la

Termodinámica de los Procesos Irreversibles y la Clásica. Caracterizar y modelar sistemas biológicos.


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Seminarios1. Conducción del calor y Análisis de Fourier. 2. Digitalización de señales analógicas. Toma de

muestras. Teorema de Nyquist. 3. Análisis de señales bioeléctricas. 4. Análisis de electrocardiogramas (ECG) como función

no lineal. 5. Rescate de una señal repetitiva inmersa en ruido:

Electroencefalograma (EEG) 6. Potenciales evocados visuales y auditivos. 7. Análisis de funciones fisiológicas como fenómenos

caóticos. Cada grupo presentará su trabajo en la fecha asignada. Se

tomará en cuenta tanto la calidad de la documentación escrita como la de la presentación oral para la nota correspondiente.


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Experiencias de Laboratorio 1

1: Medición de la viscosidad. Fórmula de Stokes. Ley de Poiseuille.

Objetivo: Comprobar, mediante métodos de simulación, la conducta de los fluidos: agua, alcohol, aceite, mercurio y glicerina.

2: Tensión superficial. Objetivo: Comprobar, mediante métodos de simulación, las

características de interacción molecular en los fluidos: agua, alcohol, aceite, benceno, petróleo y glicerina.

3: Interferencia y difracción. Objetivo: Comprobar, mediante métodos de simulación, los

patrones característicos de interferencia y difracción para describir sustancias.


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Experiencias de Laboratorio 24: Funciones diastólica y sistólica del corazón.

Gradientes de presión. Objetivo: Comprobar, mediante métodos de simulación, la función

de bomba del corazón, así como la variación de la presión en dicho músculo y en los grandes vasos.

5: Osciloscopio. Estudio y visualización de Electrocardiogramas (ECGs) y Electroencefalogramas (EEGs).

Objetivo: Comprobar las características de los dos biopotenciales principales.

6: Electrocardiograma (ECG) dinámico no lineal y Análisis tiempo-frecuencia.

Objetivo: Comprobar y describir las características del Electrocardiograma de alta resolución y analizar el fenómeno de la variabilidad R-R


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SISTEMA DE EVALUACIÓN La evaluación de la asignatura se

realiza con las ponderaciones:

Parte teórica: Dos pruebas solemnes 20% cada una Presentación del Seminario 10% Un examen global 30 %.

Parte práctica: Experiencias de Laboratorio: 20 %.

Se recomienda cumplir con un 70 % de asistencia a clases.


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204840-7)

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Hobbie,R.K. “Intermediate Physics for Medicine and Biology” 3rd Ed. Springer-Verlag, 1997 (ISBN 1-56396-458-9)

Jou,D.; Llebot,J.E. y Pérez García,C. “Física para Ciencias de la Vida” McGrawHill / Interamericana, 1994 (ISBN 84-481-1817-0)

Krauskopft, K.B. y Beiser,A. “El Universo de las Ciencias Físicas” 5ta Edición McGrawHill, 1990 (ISBN 0-07-035484-7)

Montero,F. y Morán,F. “Biofísica: Procesos de Autoorganización en Biología”, Eudema Universidad, 1992 (84-7754-099-3)

Parisi,M. “Temas de Biofísica”. McGrawHill /Interamericana, 2001 (ISBN 956-278-144-5)

Serway,R.A “Física” 3ra edición. McGrawHill, 1993 (ISBN 970-10-0328-4)

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