UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLO DEPARTAMENTO ACADÉMICO DE FÍSICA Prof. Dr. Elvar Quezada Castillo...
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UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLODEPARTAMENTO ACADÉMICO DE FÍSICA
Prof. Dr. Elvar Quezada Castillo
BIOFÍSICA MUSCULAR
ESTRUCTURA MICROSCÓPICA DEL MÚSCULO ESQUELÉTICO
MIOFILAMENTOS DEL MÚSCULO ESQUELÉTICO
DISPOSICIÓN DE LOS MIOFILAMENTOS EN DIFERENTES CORTES TRANSVERSALES
I. Filamentos finos
II. Filamentos gruesos
III. Filamentos gruesos y finos
I II III
DISPOSICIÓN DE PUENTES
• Disposición de los puentes entre los miofilamentos.
• El filamento grueso central emite puentes hacia los 6 filamentos finos que lo rodean.
• Estas prolongaciones están distribuidas en espiral.
CARACTERÍSTICAS FÍSICAS DE LA CONTRACCIÓN MUSCULAR
CURVAS FUERZA /VELOCIDAD Y CALOR LIBERADO POR EL MÚSCULO
MÚSCULO EN ACTIVIDAD
Registro Gráfico de la contracción
Contracción simple
Contracción tetánica
CURVA DEL MÚSCULO EN REPOSO Y EN ACTIVIDAD
TRABAJO MUSCULAR
• Se define como el producto de la tensión del músculo por el cambio de longitud durante la contracción:
W = T ΔL
TRABAJO EN UNA CONTRACCIÓN ISOMÉTRICA
• Contracción isométrica es aquella en la cual cambia la tensión del músculo pero su longitud permanece constante
W = 0
TRABAJO EN UNA CONTRACCIÓN ISOTÓNICA
• Contracción isotónica es aquella en la cual cambia la longitud del músculo pero su tensión permanece constante.
TRABAJO EN UNA CONTRACCIÓN AUXOTÓNICA
• Contracción auxotónica es aquella en la cual cambia tanto la longitud como la tensión del músculo.
TRABAJO EN UNA CONTRACCIÓN A SOBRE CARGA
• Contracción a sobre carga es una contracción isométrica seguida de una contracción isotónica.
TRABAJO MÁXIMO DEL MÚSCULO ESTRIADO
TRABAJO MÁXIMO DEL MÚSCULO ESTRIADO
• El cambio de longitud del músculo es
• El trabajo muscular es
• El trabajo máximo se obtiene derivando W con respecto a T e igualando a cero el resultado.
mm LTW 41
max
mmm
m
m
TT
LLTL
L 1
)1(m
m TT
LTLTW
COMPRESIÓN NORMAL EJERCIDA POR UN ESFINTER
Músculos circulares:• Esfínteres (ano, uretra, iris)• Orbiculares (labios y párpados)• Están constituidos por fibras circulares y radiales
COMPRESIÓN NORMAL EJERCIDA POR UN ESFINTER
• Trabajo de fibras circulares
• Trabajo de fibras radiales
Igualando los primeros miembros tenemos
)r-r(r 2P)r-ds)(r P(W 00
POTENCIA DE UNA CONTRACCIÓN MUSCULAR
• La energía de una contracción muscular es
ΔE = a ΔL + T ΔL (a = 0,035 J/cm3)
• La potencia total
P = (a + T) vO sea, la potencia total es directamente proporcional a
la velocidad de la contracción
POTENCIA DE UNA CONTRACCIÓN MUSCULAR
• La potencia total
P = (a + T) v
O sea, la potencia total es directamente proporcional a la velocidad de la contracción
• Experimentalmente A. V. Hill (1949), comprobó que la potencial muscular es función lineal de la tensión
P = b (Tmax – T)
POTENCIA DE UNA CONTRACCIÓN MUSCULAR
POTENCIA DE UNA CONTRACCIÓN MUSCULAR
• Igualando las expresiones anteriores
v (a + T) = b (Tmax – T) de donde (T + a) (v + b) = constante
que es la ecuación fundamental de la contracción muscular
LA CARRERAMODELO DE J.B. KELLER:
La cantidad de trabajo realizado por las piernas es W = Fd = ½ mv2
Hipótesis: 1. El corredor ejerce una fuerza F que varía con el tiempo pero no
supera una fuerza máxima Fmax. 2. La fuerza disipativa que se opone al movimiento es FD = cv. 3. El corredor dispone de una reserva de energía Eo, que una vez
agotada la velocidad viene limitada por el ritmo σ con que los procesos metabólicos proporcionan energía.
4. El problema consiste en determinar la fuerza F que el corredor debe ejercer para correr una determinada carrera tan rápido como sea posible.
5. Los parámetros de este modelo Fmax, c, Eo y σ se escogen comparando los tiempos calculados con las marcas mundiales.
CONSTANTES DEL MODELO DE J.B. KELLER PARA LA CARRERA DE UN ATLETA DE 80 Kg
Fuerza máxima Fmax = 976 N
Coeficiente de fuerza disipativa c = 89,7 N-s/m
Energía metabólica almacenada Eo = 193 000 J
Rítmo de conversión de energía metabólica
σ = 3330 W
CONSERVACIÓN DE LA ENERGÍA: SALTO
mgho + ½ mvo2 = mgh + ½ mv2
CONSERVACIÓN DE LA ENERGÍA: SALTO
mgho + ½ mvo2 = mgh + ½ mv2
CONSERVACIÓN DE LA ENERGÍA: SALTO
mgho + ½ mvo2 = mgh + ½ mv2
BALANCEO GIGANTE
mgho + 1/2mvo2 = mg h + ½ mv2
IMPULSO Y CANTIDAD DE MOVIMIENTO
Impulso = cambio de cantidad de movimiento
FΔt = mv - mvo
m1v1+m2v2=m1u1+m2u2
BALISTO CARDIÓGRAFO
• Instrumento diseñado para evaluar la acción mecánica de bombeo del corazón y se basa en las leyes del movimiento de Newton.
ss
s vmm
mv
SALTO DE TRAMPOLÍN
Rotación y traslación
ELASTICIDAD DE TEJIDOS BIOLÓGICOS
Prof. Dr. Elvar Quezada Castillo
UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLODEPARTAMENTO ACADÉMICO DE FÍSICA
ELASTICIDAD
Ley de Hooke
CLASES DE ELASTICIDAD
1. Elasticidad por tracción
2. Elasticidad por compresión
CURVA ESFUERZO/DEFORMACIÓN
CLASES DE ELASTICIDAD
3. Elasticidad por flexión
CLASES DE ELASTICIDAD
4. Cizallamiento 5. Torsión
ELASTÓMEROS
• Son materiales como la goma o caucho que pueden estirase hasta el doble de su longitud inicial o más sin llegar al límite de rotura, volviéndose a su forma inicial al dejar de actuar la fuerza que lo deformó.
• Se componen de moléculas de largas cadenas, como por ejemplo, la molécula lineal de polietileno CH3-(CH2)n-CH3 donde n puede valer entre 100 y 1000
ELASTÓMEROS
Esfuerzo/deformaciónCadena reticular de
elastómero
SÓLIDOS BIO-VISCOELÁSTICOS
• Los sólidos son materiales que dan forma a los organismos vivientes. Algunos biosólidos son más elásticos que otros.
• Entre los materiales más elásticos del reino animal tenemos:
- Colágeno (proteína fibrosa e insoluble) - Elastina (semejante al colágeno y constituyente principal
de fibras elásticas). - Resilina (proteína elástica encontrada en los artrópodos) - Aductina (proteína encontrada en las charnelas de las
conchas marinas)
SÓLIDOS BIO-VISCOELÁSTICOS
Curva esfuerzo/deformación de elastina
La aductina se encuentra en las Conchas marinas
ELASTICIDAD DEL COLÁGENO
• Elemento básico de tejidos duros y blandos.• Principal constituyente de vasos sanguíneos, piel,
tendones, córnea, esclerótica, huesos, aponeurosis, duramadre, útero, etc.
Esfuerzo/deformación(tendón)
Histéresis Relajación
ELASTICIDAD DE LOS VASOS SANGUÍNEOS
EXPERIMENTO DE MAREY
ELASTICIDAD DE LOS VASOS SANGUÍNEOS
LEY DE LAPLACErT
P
ELASTICIDAD DE LOS VASOS SANGUÍNEOS
• La presión P4 se llama
presión crítica de cierre.
• Por debajo de P4 el vaso se ocluye.
• A la presión P1 el vaso estalla.
• A las presiones P2 y P3
el sistema regula la presión sanguínea.
P1
P2
P3
P4
P5
r
Q
T
ELASTICIDAD DE LOS MÚSCULOS
• Para longitudes comprendidas entre 0,7 y 1,25 de Lo la curva es una exponencial
F = A exp (L/cLo)• A partir de 1,25 de Lo la gráfica se desvía hacia arriba
debido a la participación del tejido conectivo.
MODELO VISCOELÁSTICO DEL MÚSCULO
ELASTICIDAD DE LA MEMBRANA PERIODONTAL (MPD)
• El modelo clásico de Synge supone:• Que la MPD es homogénea, isotrópica
e incomprensible y que la rigidez de los dientes y el alvéolo es infinita.
• Los puntos de máxima y mínima presión estarían ubicados sobre un círculo cuyo centro coincide con el centro de rotación del diente.
• Los puntos de máxima y mínima presión dependen de la traslación o rotación del diente.
ELASTICIDAD DE LA VEJIGA
ELASTICIDAD PULMONAR
ΔP
ΔVC
Compliancia:
ELASTICIDAD DE LOS HUESOS
CURVA ESFUERZO/DEFORMACIÓN DE LOS HUESOS
ELASTICIDAD DE LA MANDÍBULA
SECCIÓN ANULAR DE LA MANDÍBULA
• En dirección radial: 10,8 Mpa.• En dirección circunferencial: 13,3 Mpa.• En dirección axial: 19,4 Mpa.
HUESO ALVEOLAR
GRACIAS POR SU ATENCIÓN