UNIVERSIDAD DE GUAYAQUILFACULTAD DE CIENCIAS MEDICAS ALEJO LASCANOESCUELA DE MEDICINABIOFISICA

UNIDAD # 1 BIOFISICA

Definicin: Parte de la biologa y de la fsica que estudia los estados fsicos de los seres vivos y las leyes que rigen la energa vital.Es una sub-disciplina de laBiologaque estudia los principios fsicos subyacentes a todos los procesos de los sistemas vivientes. La biofsica es una ciencia reduccionista porque establece que todos los fenmenos observados en la naturaleza tienen una explicacin cientfica predecibleAporte: El cuerpo humano es un cuerpo biofsico que se rige por las leyes de la fsica y la Medicina Sistmica postula que la salud es un estado de bienestar que resulta por consecuencia de niveles adecuados de energa, inteligencia biolgica y organizacin, lo que encuentra un absoluto respaldo cientfico, de hecho irrefutable.

FORMACION DEL UNIVERSO Y EL ORIGEN DE LA VIDA

Elorigen del universose remonta haca ms de 14 000 aos atrs, podramos decir 14 500 millones de aos. Existen cuatro teoras fundamentales que explican el origen del Universo. stas son: La teora del Big Bang: Esta teora, a partir de una serie de soluciones de ecuaciones de relatividad general, supone que hace entre unos 14.000 y 15.000 millones de aos, toda la materia del Universo (lo cual incluye al Universo mismo) estaba concentrada en una zona extraordinariamente pequea, hasta que explot en un violento evento a partir del cual comenz a expandirse. Toda esa materia, comprimida y contenida en un nico lugar, fue impulsada tras la explosin, comenz a expandirse y a acumularse en diferentes partes. En esa expansin, la materia se fue agrupando y acumulando para dar lugar a las primeras estrellas y galaxias, formando as lo que conocemos como el Universo.La teora Inflacionaria: (Alan Guth) Esta teora supone que una fuerza nica se dividi en las cuatro que ahora conocemos (las cuatro fuerzas fundamentales del universo: gravitatoria, electromagntica, nuclear fuerte y nuclear dbil), provocando el origen del universo.La teora del estado estacionario: (Edward Milne) Los seguidores de esta teora consideran que el universo es una entidad que no tiene principio ni fin: no tiene principio porque no comenz con una gran explosin ni se colapsar en un futuro lejano, para volver a nacer. La teora del universo oscilante: (Paul Steinhardt) Sostiene que nuestro Universo sera el ltimo de muchos surgidos en el pasado, luego de sucesivas explosiones y contracciones. El momento en que el universo se desploma sobre s mismo atrado por su propia gravedad es conocido como Big Crunch, marcara el fin de nuestro Universo y el nacimiento de otro nuevo

LA BIOFSICA Y LA MEDICINA MODERNA

La Biofsica ha hecho grandes aportes a la Medicina.El conocimiento Biofsico ha sido el pilar fundamental para el entendimiento de los fenmenos fisiolgicos que son base del funcionamiento del organismo humano en estado normal y patolgico. Dentro de ellos podemos mencionar: 1. La recepcin de seales exteriores por parte del organismo2. La transmisin del impulso nervioso3. Los procesos bio-mecnicos del equilibrio 4. Desplazamiento del organismo humano5. La ptica geomtrica del ojo6. La transmisin del sonido hasta el odo interno y el cerebro7. La mecnica de la circulacin sangunea8. La respiracin pulmonar9. El proceso de alimentacin y sostenimiento energtico del organismo10. El mecanismo de accin de las molculas biolgicamente funcionales sobre las estructuras celulares (las membranas, los organoides bioenergticos11. Los sistemas mecano-qumicos)12. Los modelos fsico-matemticos de los procesos biolgicos

De otro lado, el establecimiento de las bases biofsicas de los fenmenos arriba mencionados ha sido bsico para el desarrollo de dispositivos tcnicos, aparatos y medidores para obtener bio-informacin, equipos de autometra y telemetra; que permiten un diagnstico mdico ms efectivo y confiable.

LA CIENCIA: MTODO CIENTFICO

Ciencia: Es el conjunto de conocimientos sistemticamente estructurados obtenidos mediante la realizacin del mtodo cientfico.

Mtodo Cientfico: El mtodo cientfico es un proceso destinado a explicar fenmenos, establecer relaciones entre los hechos y enunciar leyes que expliquen los fenmenos fsicos del mundo y permitan obtener, con estos conocimientos, aplicaciones tiles al hombre.

El mtodo cientfico consta de las siguientes fases:

Observacin:Consiste en examinar atentamente los hechos y fenmenos que tienen lugar en la naturaleza y que pueden ser percibidos por los sentidos.Induccin:Obtener conclusiones generales a partir de premisas que contienen datos particulares.Hiptesis:Un juicio, una afirmacin o una negacin de algo.Sin embargo, es un juicio de carcter especial. Las hiptesis son proposiciones provisionales y exploratorias y, por tanto, su valor de veracidad o falsedad depende crticamente de las pruebas empricas.Experimentacin:Una vez formulada la hiptesis, el cientfico debe comprobar si es cierta. Para ello realizar mltiples experimentos modificando las variables que intervienen en el proceso y comprobar si se cumple su hiptesis.Emisin de conclusiones:Consiste en la interpretacin de los hechos observados de acuerdo con los datos experimentales. El anlisis de los datos permitir al cientfico comprobar si su hiptesis era correcta y dar una explicacin cientfica del fenmeno observado. FENOMENOLOGA.

Mtodo de investigacin descriptiva de lo que la experiencia ofrece, penetrando (sin abstraccin) en los distintos aspectos e implicaciones en profundidad del objeto, o, ms bien, de su ausencia. Movimiento filosfico del siglo XX caracterizado por su pretensin de radical fidelidad a lo dado, a lo que realmente se ofrece a la experiencia, para describir los rasgos esenciales, las esencias de las distintas regiones de la realidad que en esta actitud se muestran.Su gran expositor fue E. Husserl en sus Investigaciones lgicas. FIDEISMO Teora filosfico-religiosa que reconoce en la fe el nico fundamento para el conocimiento religioso (incluso sobre la misma existencia de Dios), y, por supuesto, una fuente de saber superior a la razn, y necesaria para la fecundidad de sta.

ESTRUCTURA DE LA MATERIA

Materia: Es todo lo que tienemasay ocupa un lugar en el espacio. La materia se encuentra compuesta de tomos. En el ncleo se encuentran los protones y neutrones.Los protones poseen carga elctrica positiva, mientras que los neutrones no tienen carga.En la corteza se encuentran los electrones, orbitando en torno al ncleo y poseen carga elctrica igual a la de los protones pero de signo negativo.

tomo: Es la cantidad menor de un elemento qumico que tiene existencia propia y que est considerada como indivisible .El tomo est formado por un ncleo con protones y neutrones , por varios electrones orbitales , cuyo nmero vara segn el elemento qumico.

Nmero Atmico: El n atmico es el n de protones que hay en el ncleo de dicho tomo.Masa Atmica: El n msico es la suma de protones y neutrones que contiene el ncleo del tomo. De qu est compuesta la materia?La materia se encuentra compuesta de tomos. En el ncleo se encuentran los protones y neutrones.Los protones poseen carga elctrica positiva, mientras que los neutrones no tienen carga.En la corteza se encuentran los electrones, orbitando en torno al ncleo y poseen carga elctrica igual a la de los protones pero de signo negativo.

EL ELECTRNRepresentado por el smbolo: eEs una partcula subatmica de tipo ferminico. En un tomo los electrones rodean el ncleo, compuesto nicamente de protones y neutrones, formando orbitales atmicos dispuestos en sucesivas capas.

Los electrones tienen una masa de 9,1110-31 kilogramos, unas 1840 veces menor que la de los neutrones y protones. Siendo tan livianos, apenas contribuyen a la masa total de las sustancias. Su movimiento genera la corriente elctrica, aunque dependiendo del tipo de estructura molecular en la que se encuentren, necesitarn ms o menos energa para desplazarse. Estas partculas desempean un papel primordial en la qumica, ya que definen las atracciones entre los tomos.

EL PROTNEs una partcula subatmica con una carga elctrica elemental positiva 1, signo contrario a la del electrn, y una masa 1.836 veces superior a la de un electrn.Tiene una vida media de 1035 aos aunque teoras dicen que el protn puede desintegrarse en otras partculas.El protn y el neutrn, en conjunto, se conocen como nucleones, ya que conforman el ncleo de los tomos.En un tomo, el nmero de protones en el ncleo determina las propiedades qumicas del tomo y qu elemento qumico es.

EL NEUTRNEs una partcula subatmica sin carga netaEst presente en el ncleo de todos los tomos excepto en el protio.Aunque se dice que el neutrn no tiene carga, en realidad est compuesto por tres partculas fundamentales cargadas llamadas quarks.Fuera del ncleo atmico, los neutrones son inestables, teniendo una vida media de 15 minutosCada neutrn se descompone en un electrn, un antineutrino y un protn.Su masa es muy similar a la del protn, aunque ligeramente mayor.

POSITRN O ELECTRN POSITIVOElectrnconcargapositiva. La interaccin con el electrn puede resultar en la aniquilacin de ambos, con lo que se produce un par defotonescuyaenergaequivale a la masa del par electrn-positrn. Esta propiedad define al positrn como la antipartcula asociada al electrn

Es la antipartcula correspondiente al electrn, por lo que posee su misma masa ycarga elctrica(aunque de diferente signo, ya que es positiva). No forma parte de la materia ordinaria, sino de laantimateria, aunque se producen en numerosos procesosradio qumicoscomo parte de transformaciones nucleares.

NIVELES DE ORGANIZACIN DE LA MATERIA

Partculas fundamentales: la componen los quarks y los leptones que son los constituyentes fundamentales de la materia. Especies de leptones se unen para formar electrones y especies de quarks se unen para formar neutrones y protones. La fsica es la ciencia que se encarga del estudio de este mbito junto con el nivel atmico y subatmico.Subatmico: este nivel es el ms simple de todo y est formado por electrones, protones y neutrones, que son las distintas partculas que configuran el tomo.tomo: es el siguiente nivel de organizacin. Es un tomo de oxgeno, de hierro, de cualquier elemento qumico. A nivel biolgico podemos llamar a los tomos como bioelementos y clasificarlos segn su funcin:Molculas: las molculas consisten en la unin de diversos tomos diferentes para formar, por ejemplo, oxgeno en estado gaseoso (O2), dixido de carbono, o simplemente carbohidratos, protenas, lpidos Las molculas pueden ser orgnicas (glucosa, lpidos, grasas) o inorgnicas (agua, sales minerales, gases, xidos) La bioqumica se encarga del estudio de este nivel de organizacin, siendo una de las disciplinas ms punteras y que mayor recursos de investigacin obtiene en investigacin y universidades dentro de las reas de este artculo.Estructuras subcelulares u orgnulos: no es uno de los niveles de organizacin que tradicionalmente se incluyen ya que est a medio a camino entre las molculas y las clulas. Se puede considerar como un paso ms, ya que supone la unin de varias molculas para formar estructuras ms grandes como los orgnulos de las clulas: membranas plasmticas, aparato de Golgi Lacitologa o biologa celularse encarga del estudio delas clulasy los orgnulos que las componen.Celular: las molculas se agrupan en unidades celulares con vida propia y capacidad de autorreplicacin. Las clulas pueden sereucariotas o procariotasdependiendo de su estructura. Tambin pueden formar organismos de vida independiente como son los protozoos o las amebas.Tisular: lasclulasse organizan en tejidos: epitelial, adiposo, nervioso, muscular En plantas hablaramos delparnquima, por ejemplo. La histologa es la ciencia que se encarga del estudio de los tejidos.Organular: los tejidos estn estructurados en rganos: corazn, bazo, pulmones, cerebro, rionesEn las plantas, podemos hablar de hojas,tallo,raz,Sistmico o de aparatos: los rganos se estructuran en aparatos o sistemas ms complejos que llevan a cabo funciones ms amplias. Tenemos el ejemplo de los sistemas digestivos,respiratorios, circulatorios, nerviososOrganismo: nivel de organizacin superior en el cual las clulas, tejidos, rganos y aparatos de funcionamiento forman una organizacin superior como seres vivos: animales,plantas, insectos.

NIVELES DE ORGANIZACIN DE LOS SERES VIVOS

SER:Cualquier cosa que existe. Hay seres vivos, por ejemplo, bacterias, hongos, protozoarios, algas, animales, plantas, etc., y seres inertes, como los virus, una roca, el agua, la luz, el calor, el sol, una pluma, un cuaderno, una silla, una mesa, mi Pepsi, una pieza de pan, etc.

INDIVIDUO:Un individuo es cualquier ser vivo, de cualquier especie. Por ejemplo, un gato, un perro, un elefante, un fresno, un naranjo, un humano.

ESPECIE:Es un conjunto de individuos que poseen el mismo genoma.Genoma es el conjunto de genes que determinan las caractersticas fenotpicas de una especie. Por ejemplo, Felis catus (gato), Fraxinus greggii (fresno), Paramecium caudatum (paramecio), Homo sapiens (Humano), etc.

POBLACIN:Es un conjunto de individuos que pertenecen a la misma especie y que ocupan el mismo hbitat. Por ejemplo, poblacin de amibas en un estanque, poblacin de ballenas en el Golfo de California.

COMUNIDAD:Es un conjunto de poblaciones interactuando entre s, ocupando el mismo hbitat. Por ejemplo, una comunidad de semi-desierto, formada por nopales, mezquites, gramneas, escorpiones, escarabajos, lagartijas, etc.

ECOSISTEMA:Es la combinacin e interaccin entre los factores biticos (vivos) y los factores abiticos (inertes) en la naturaleza. Tambin se dice que es una interaccin entre una comunidad y el ambiente que le rodea. Ejemplo, charcas, lagos, ocanos, cultivo, bosque, etc.

BIOMA:Es un conjunto de comunidades vegetales que ocupan la misma rea geogrfica. Por ejemplo, Tundra, Taiga, Desierto, Bosque Templado Caducifolio.

BISFERA:Unidad ecolgica constituida por el conjunto de todos los ecosistemas del planeta Tierra. Es la parte de nuestro planeta habitada por todos los seres vivos.

GENERALIDADES DE LOS COMPUESTOS QUMICOS

Para saber que es un compuesto primero hay que definir la palabra, Compuesto que, en qumica es la unin de uno o ms elementos de la tabla peridica.A su vez los compuesto se dividen en tres grandes ramas que son los compuestosBinarios, Terciarios y Cuaternarios.Los Compuestos Binarios son: Aquellos que tienen 2 electrones, en los cuales destacan el cido, xido Anhdrido, Sal, Peroxido, Hidruro.Los Compuestos Terciarios son: Aquellos que tienes 3 electrones, en los cuales destacan Orto, Meta, Piro.Los Compuestos Cuaternarios son: Los que tienen 4 electrones, en esta rama entran los radicales.Los compuestos binarios ms importantes y ms sonados.xidos:Se llama xidos a los compuestos que se forman al combinarse oxigeno con los elementos. Puesto que los elementos se clasifican en metales y no metales, hay tres clases de xidos metlicos o bsicos y oxicidos.Perxidos:Algunos xidos tienen un tomo ms de oxigeno que los xidos ordinarios. Para designar a estas sustancias se agrega el prefijo Per. En los perxidos, el oxgeno funciona con valencia 1 Por lo tanto el perxido se forma con un Metal y en Oxigeno.

Anhdridos:Se forman gracias a la combinacin de los no metales con el oxgeno y as de forman anhdridos.

Base:Las bases o hidrxidos se caracterizan por tener en solucin acuosa el radical hidroxilo. Por lo tanto los Hidrxidos se forman con en metal y un (OH)-1 .

cido:Los cidos son compuesto que se forman con un Hidrogeno y un no metal.

Sal:Las sales son compuestos que se forman gracias a la unin de un metal con un no metal. Composicin: Todos los compuestos orgnicos contienen carbono y prcticamente siempre hidrgeno. Tambin es frecuente que posean oxgeno o nitrgeno.Existen grupos importantes de compuestos orgnicos que poseen azufre, fsforo o halgenos y hasta algunos metales.

Carcter covalenteAunque existen muchos compuestos orgnicos inicos, la inmensa mayora son covalentes, lo que se traduce en que poseen las caractersticas de este tipo de sustancias: muchos son gaseosos o lquidos y slidos sus puntos de fusin son relativamente bajos no son conductores. son solubles en disolventes no polares.

Combustibilidad

Los compuestos orgnicos se caracterizan por su facilidad de combustin, transformndose en dixido de carbono y agua y su sensibilidad a la accin de la luz y del calor, experimentando descomposicin o transformacin qumica.

Abundancia

El nmero de compuestos de carbono es enorme y sobrepasa con mucho al del conjunto de los compuestos del resto de los elementos qumicos. Contrariamente a lo que se pensaba a principios del siglo XIX, la sntesis de un nuevo compuesto orgnico es una tarea fcil y anualmente se preparan cientos de miles de nuevos compuestos. La causa de la existencia de un nmero tan elevado de compuestos de carbono se debe al carcter singular de este elemento, que puede: Formar enlaces fuertes con los ms variados elementos, tanto con los muy electronegativos como con los de carcter metlico ms acentuado. Unirse consigo mismo con enlaces covalentes fuertes, formando largas cadenas lineales, ramificadas o cclicas. Formar enlaces mltiples (dobles y triples) consigo mismo o con otros elementos. Como consecuencia de estas caractersticas existen muchos compuestos con la misma composicin pero distinta estructura, fenmeno muy frecuente en qumica orgnica que se conoce con el nombre de isomera.

TABLA PERIODICA

Latabla peridica de los elementosclasifica, organiza y distribuye los distintoselementos qumicosconforme a sus propiedades y caractersticas; su funcin principal es establecer un orden especfico agrupando elementos.Suele atribuirse la tabla aDmitri Mendelyev, quien orden los elementos basndose en suspropiedades qumicas,si bienJulius Lothar Meyer, trabajando por separado, llev a cabo un ordenamiento a partir de las propiedades fsicas de lostomos.La estructura actual fue diseada porAlfred Wernera partir de la versin de Mendelyev. En 1952, el cientfico costarricenseGil Chaverri(1921-2005) present una nueva versin basada en la estructura electrnica de los elementos, la cual permite ubicar las serieslantnidosy losactnidosen una secuencia lgica de acuerdo con sunmero atmico.3 Grupo o FamiliaDe acuerdo a los electrones de valencia, los elementos son agrupados en forma vertical o columna. A este tipo de agrupacin se lo conoce como grupo o familia.GRUPONOMBRE DEL GRUPOELEMENTO INICIAL & FINAL

IAMetales AlcalinosLitio al Francio; son muy reactivos

IIAMetales Alcalinos TrreosBerilio al Radio

IIIB al IIBMetales de Transicin

IIIAGrupo del BoroBoro al Talio

IVAGrupo del CarbonoCarbono al Plomo

VAGrupo de los nitrogenoidesNitrgeno al Bismuto

VIAAnfgenosOxigeno al Polonio

VIIAHalgenosFlor al Astato; son muy energticos

VIIIAGases nobles, raros o inertesHelio al Radn; llamados as porque tienen su configuracin estable excepto el Helio

Niveles o PeriodosEn cambio de acuerdo al nmero de capa que tiene la corona del tomo, se los ha agrupado en forma horizontal o fila. A este tipo de agrupacin se la conoce como niveles de energa o periodos.NOMBRE DEL PERIODONUMERO DE NIVELELEMENTO INICIAL & FINAL

KPrimer periodoHidrogeno y Helio

LSegundo periodoLitio a Nen

MTercer periodoSodio a Argn

NCuarto periodoPotasio a Kriptn

OQuinto periodoRubidio al Xenn

PSexto periodo32 elementos, del 57 al 71 llamados Lantnidos o tierras raras.

QSptimo periodoIncompleto, 14 de ellos fuera de la tabla llamados actnidos a partir del 89

ESTADOS DE LA MATERIAESTADO SLIDO:A bajas temperaturas, losmaterialesse presentan como cuerpos de forma compacta y precisa; y sus tomos a menudo se entrelazan formandoestructurascristalinas, lo que les confiere la capacidad de soportar fuerzas sin deformacin aparente. Los slidos son calificados generalmente como duros y resistentes, y en ellos las fuerzas de atraccin son mayores que las de repulsin. La presencia de pequeos espacios intermoleculares caracteriza a los slidos dando paso a la intervencin de las fuerzas de enlace que ubican a las celdillas en una forma geomtrica.Las sustancias en estado slido presentan las siguientes caractersticas:Forma definidaVolumen constanteCohesin (atraccin)VibracinRigidezIncompresibilidad (no pueden comprimirse)Resistencia a la fragmentacinFluidez muy baja o nulaAlgunos de ellos se subliman (yodo)Volumen tensoESTADO LQUIDOSi se incrementa la temperatura el slido va "descomponindose" hasta desaparecer laestructuracristalina, alcanzandoel estadolquido. Caracterstica principal: la capacidad de fluir y adaptarse a la forma del recipiente que lo contiene. En este caso, an existe cierta unin entre los tomos del cuerpo, aunque mucho menos intensa que en los slidos. El estado lquido presenta las siguientes caractersticas:Cohesin menorMovimiento energa cintica.No poseen forma definida.Toma la forma de la superficie o el recipiente que lo contiene.En el fro se comprime, exceptoel agua.Posee fluidez a travs de pequeos orificios.Puede presentar difusin.No tiene forma fija pero sivolumen. La variabilidad de forma y el presentar unas propiedades muy especficas son caractersticas de los lquidos.ESTADO GASEOSOIncrementando an ms la temperatura se alcanza el estado gaseoso. Las molculas delgasse encuentran prcticamente libres, de modo que son capaces de distribuirse por todo el espacio en el cual son contenidos.El estado gaseoso presenta las siguientes caractersticas:Cohesin casi nula.Sin forma definida.Su volumen slo existe en recipientes que lo contengan.Pueden comprimirse fcilmente.Ejercen presin sobre las paredes del recipiente contenedor.Las molculas que lo componen se mueven conlibertad.Ejercenmovimientoultra dinmico.ESTADO DE PLASMA

El plasma es tambin llamado gas ionizado.El trmino plasma es normalmente reservado a unsistemade partculas cargadas, lo suficientemente grandes para tener uncomportamientocolectivo. Un pequeo nmero de iones y electrones no es, usualmente, llamado plasma.Como las nebulosas y las estrellas estn formadas de plasma, es la forma de materia ms comn deluniversovisible (ms del 99%).El plasma fue identificado como forma de materia por Sir William Crookes en 1879, pero la palabra "plasma" fue aplicada por primera vez al gas ionizado por el Dr. Irving Langmuir.La primera vez que se consigui crear plasma artificialmente fue en un tokamak del CERN en Ginebra (Suiza), en un experimento destinado a fabricar un reactor defusinnuclear.El plasma es un gas ionizado, es decir, los tomos que lo componen se han separado de algunos de sus electrones o de todos ellos. De esta forma el plasma es un estado parecido al gas pero compuesto por electrones y cationes (iones con carga positiva), separados entre s y libres, por eso es un excelente conductor. Un ejemplo muy claro esel Sol

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17Dayana Bajaa