Biofísica

Especial

Biofísica

Especial

Rossana Bosco B.

2011

“ La biofísica es esa rama del conocimiento que aplica los principios de la física, la

química, los métodos de análisis matemático y de modelaje por

computadoras para comprender cómo funcionan los sistemas biológicos”.

Biophysical Society, 2008

Ultrasonidos en MedicinaUltrasonidos en MedicinaUltrasonidos en MedicinaUltrasonidos en MedicinaUltrasonidos en MedicinaUltrasonidos en MedicinaUltrasonidos en MedicinaUltrasonidos en Medicina

Sonido: Sonido: Sonido: Sonido: Sonido: Sonido: Sonido: Sonido: Energía vibratoria que se Energía vibratoria que se propaga a través de un mediopropaga a través de un medio

ONDA TRANSVERSAL

Las partículas vibran perpendicularmente a la dirección de propagación de la onda.

ONDA LONGITUDINAL

Las partículas vibran paralelamente a la dirección de propagación de la onda

Características de las ondasCaracterísticas de las ondas

F= ciclos . s -1 (Hertz)

Los líquidos y gases soportan ondas longitudinales, mientras que los sólidos toleran otras formas de

vibración además de las longitudinales.

Efecto piezoeléctrico directo

Efecto piezoeléctrico inverso

Generación del ultrasonido

Transductor

Es un dispositivo que transforma un tipo de energía en otra.

Z = p C

El valor obtenido al multiplicar la densidad del medi o por la velocidad de propagación se conoce como IMPEDANCIA ACUSTICA (Z)

Donde:Z = Impedancia Acústica (Rayls)p = densidad (Kg/m 3)C = Velocidad de propagación del sonido

Cuando se propaga el haz ultrasónico a través de lo s tejidos y encuentra diferencias de IMPEDANCIA ACUSTICA se produce una INTERFASE

ECO (REFLEXIÓN)

Modalidades de emisión ultrasónica

•Continua

•Pulsada

Características físicas del ultrasonido

a) Frecuencia: Terapia: 1-3 MHz

Diagnóstico: 1-20 MHz

A mayor frecuencia, A mayor frecuencia, menor penetración y menor penetración y mejor resolución.mejor resolución.

A menor frecuencia, A menor frecuencia, mejor penetración y mejor penetración y menor resolución.menor resolución.

Λ = Velocidad de propagación de la onda

F

b) Intensidad (Potencia):

La OMS limita la intensidad en usos terapéuticos (em isión continua) a un máximo de 3 W.cm -2.

En diagnóstico: 1-10mW.cm -2.

Intensidad= potencia (mW )

área (cm 2)

c) Atenuación:

A medida que viaja por lo tejidos, el ultrasonido e s atenuado por varios mecanismos:

Absorción

Reflexión

Refracción

Dispersión

Absorción:

Es la pérdida de energía mecánica por conversión a calor que se produce en los materiales. Depende de:

la distancia recorrida por la onda, la viscosidad del tejido y el cuadrado de la frecuencia de la onda.

En los tejidos densos y compactos (hueso) la absorc ión es más importante.

Reflexión

Refracción

Divergencia

Propagación del US

• Pobre o nula en el AIRE

• Buena en LÍQUIDOS y SÓLIDOS

Velocidad de propagación del ultrasonido en diferentes materiales

343Aire (20 ºC)

650Pulmón

1.215Grasa subcutánea

1.492Agua (20 ºC)

1.450Grasa profunda

1.510LCR

1.519Piel

1.530Vaso sanguíneo

1.545Cerebro

1.550Hígado

1.570Plasma

1.575Corazón

1.580Músculo estriado

3.500Hueso

V (m/s)MEDIO

aprox. 1500m/s

Mecanismo de acción del US

Energía ultrasónica

Acción térmica(calor)

Acción mecánica(micromasaje)

Acción química(>difusión)

EFECTOS BIOLÓGICOS DEL US

Vasodilatación de la zona con hiperemia y aumento del flujo sanguíneo.

Incremento del metabolismo local , con estimulación de las funciones celulares y de la capacidad de regeneración tisular.

Incremento de la flexibilidad de los tejidos ricos en colágeno, con disminución de la rigidez articular y de la contractura.

Efecto antiálgico y espasmolítico .

Reparación tisular

Ca++ intracelular permeabilidad de piel y membrana celular degranulación de mastocitos liberación de histamina y la respuesta de macrófagos síntesis protéica por los fibroblastos

Aplicaciones del US en medicina

• Terapia: Dolores artrósicos, mialgias, distensiones, tendopatías, espasmos musculares, cicatrices retráctiles, liberación de adherencias.

Sonoforesis (anestésicos, antiinflamatorios)

•Diagnóstico:

Ecografía

Doppler

Efecto Doppler

“Efecto Doppler"

Fenómeno físico, por el cual la frecuencia de la onda ultrasónica, que encuentra un objeto en movimiento, genera una onda con una variación de frecuencia directamente proporcional a la velocidad del objeto que se mueve.

En el caso de la aplicación clínica del Doppler, el objeto al cual se le analiza la velocidad de movimiento está representado por los hematíes.

DF = 2 V . Fi . cos (α)C

DF : Diferencia de frecuencia entre la onda incidente (Fi) y la reflejada (Fr)V: Velocidad del objeto explorado.Fi: Frecuencia de la onda incidente.cos α: Coseno del ángulo formado entre la dirección del haz ultrasónico y el eje del vaso explorado.C: Constante de la velocidad de propagación del haz ultrasónico (1.540m/seg)

C. Doppler (1805- 1853)

Contraindicaciones :

Inflamaciones agudas de cavidades cerradas (apendicitis)

Los ultrasonidos continuos no deben utilizarse en el período agudo de los traumatismos musculosqueléticos

Marcapasos

Laminectomía

Insuficiencia vascular

Tumores

Globo ocular

Útero gestante

Precauciones:

Epífisis en crecimiento

Pacientes con implantes metálicos

"Hay que hacer las cosas ordinarias, con un amor extraordinario." Madre Teresa de Calcuta

El ser humano es un animal homeotermo que en condiciones fisiológicas normales mantiene una temperatura corporal constante y dentro de unos

límites muy estrechos, entre 36,6 +/- 0,38ºC, a pesa r de las amplias oscilaciones de la temperatura ambiental.

Regulación de la temperatura

Regulación

Producción

(Termogénesis)

Pérdida

(Termolisis)

Metabolismo basal

(hormonas tiroideas)

ATPasas

SN simpático

(grasa parda)

Escalofríos

Ingesta alimenticia

Ovulación

Actividad muscular

Radiación

Convección

Conducción

Evaporación

CALOR

Radiación

Mecanismo de termolisis más importante

(50% de la pérdida total de calor)

Infrarrojo

Convección

15% de la pérdida

Conducción

5% de la pérdida

Evaporación

30% de las pérdidas

Por cada gramo de agua evaporado se pierden 0,6 caloría s

• Pérdidas insensibles (piel y pulmones):

12-16 cal/hr

• Sudoración :

A > humedad del medio ambiente < cantidad de calor podrá ser eliminada

Orina y heces

1% de las pérdidas

Calor Neutro Frío

Temperatura rectal >43ºC MUERTE

BIOFBIOFÍÍSICA DE LA VISISICA DE LA VISI ÓÓNN

EL OJO COMO SISTEMA ÓPTICO

Un ojo anatómica y ópticamente normal es aquel que t iene una correcta relación entre:

• el largo axial,

•los índices de refracción y

•las curvaturas de los medios refractivos

Índice de Refracción

Es una medida que determina la reducción de la velocidad de la luz al propagarse por un medio

homogéneo.

n= velocidad de la luz en el vacío (300.000 Km /s)velocidad de la luz en el medio

1,34 1,4 1,33 1,38

�� Acomodación:Acomodación: El cristalino modifica su El cristalino modifica su curvatura. curvatura.

�� Punto cercano del ojo. Punto cercano del ojo. 25 25 cmscms..�� Punto lejano del ojo. Punto lejano del ojo. Infinito.Infinito.

Características de una lente.Características de una lente.

�� Eje.Eje.�� Punto focal (Punto focal ( F F ).).�� Distancia focal ( Distancia focal ( f f ).).

P= 1 / f(m)

Ejm: ¿Cuál es la potencia de una lente de 20cm de distancia focal?

P = 1 / 0,20 m = 5,0 D.

f es positiva para lentes convergentes y negativa

para divergentes.

TIPOS DE LENTES

Vicios de refracción del ojoVicios de refracción del ojo

�� Ametropías. Ametropías.

1.1. Hay disminución de la agudeza visual.Hay disminución de la agudeza visual.2.2. Son susceptibles de corregirse por medios ópticos. Son susceptibles de corregirse por medios ópticos.

Normal Miope

Miopía.Miopía.

Visión lejana defectuosa.Visión lejana defectuosa.

Causas.Causas.a)a) Globo ocular alargado.Globo ocular alargado.b)b) Córnea o cristalino Córnea o cristalino

demasiado convexo.demasiado convexo.

1.1. Los rayos de luz Los rayos de luz convergen convergen anteriormente a la anteriormente a la retina. retina.

2.2. Se corrige mediante Se corrige mediante una lente divergente. una lente divergente.

HipermetropíaHipermetropía

Visión cercana y lejana Visión cercana y lejana defectuosa.defectuosa.

Causas.Causas.

a)a) El globo ocular es más El globo ocular es más corto. corto.

b)b) Córnea o cristalino Córnea o cristalino menos curvos. menos curvos.

Los rayos de luz convergen Los rayos de luz convergen posteriormente a la posteriormente a la retina. retina.

Se corrige mediante una Se corrige mediante una lente convergente. lente convergente.

PresbiciaPresbicia

�� Visión cercana Visión cercana defectuosa.defectuosa.

�� Causas.Causas. Pérdida de la Pérdida de la capacidad de capacidad de acomodación del acomodación del cristalino.cristalino.

�� Los rayos de luz Los rayos de luz convergen convergen posteriormente a la posteriormente a la retina. retina.

Astigmatismo

Biofísica de la audición

Recuento anatómico

P= F/A

23*1,3=30

Krakatoa (180 dB) : su erupción en 1883 originó uno de losruidos más altos históricamente registrado. La explosión

cataclísmica llegó a escucharse hasta en la Isla de Rodrí guez, cerca de Mauricio, a 4800Km