Unidad 3

SISTEMAS BIOELECTRICOS

El sistema nervioso

Es una red de tejidos de origen ectodérmico3 4 5 en los animales diblásticos y triblásticos cuya unidad básica son las neuronas. Su función primordial es la de captar y procesar rápidamente las señales ejerciendo control y coordinación sobre los demás órganos para lograr una oportuna y eficaz interacción con el medio ambiente cambiante.1 Esta rapidez de respuestas que proporciona la presencia del sistema nervioso diferencia a la mayoría de los animales (eumetazoa) de otros seres pluricelulares de respuesta motil lenta que no lo poseen como los vegetales, hongos, mohos o algas.

Cabe mencionar que también existen grupos de animales (parazoa y mesozoa) como los poríferos,6 7 8 placozoos y mesozoos que no tienen sistema nervioso porque sus tejidos no alcanzan la misma diferenciación que consiguen los demás animales ya sea porque sus dimensiones o estilos de vida son simples, arcaicos, de bajos requerimientos o de tipo parasitario.

Las neuronas son células especializadas,9 cuya función es coordinar las acciones de los animales10 por medio de señales químicas y eléctricas enviadas de un extremo al otro del organismo.

Para su estudio desde el punto de vista anatómico el sistema nervioso se ha dividido en central y periférico, sin embargo para profundizar su conocimiento desde el punto de vista funcional suele dividirse en somático y autónomo.

Otra manera de estudiarlo y desde un punto de vista más incluyente, abarcando la mayoría de animales, es siguiendo la estructura funcional de los reflejos estableciéndose la división entre sistema nervioso sensitivo o aferente, encargado de incorporar la información desde los receptores, en sistema de asociación, nota 1 encargado de almacenar e integrar la información, y en sistema motor o eferente, que lleva la información de salida hacia los efectores.

 El arco reflejo

Es la unidad básica de la actividad nerviosa integrada11 y podría considerarse como el circuito primordial del cual partieron el resto de las estructuras nerviosas. Este circuito pasó de estar constituido por una sola neurona multifuncional en los diblásticos12 a dos tipos de neuronas en el resto de los animales llamadas aferentes y eferentes. En la medida que se fueron agregando intermediarios entre estos dos grupos de neuronas con el paso del tiempo evolutivo, como interneuronas y circuitos de mayor plasticidad, nota 2 el sistema nervioso fue mostrando un fenómeno de concentración en regiones estratégicas dando pie a la formación del sistema nervioso central, siendo la cefalización el rasgo más acabado de este fenómeno. Para optimizar la transmisión de señales existen medidas como la redundancia, que consiste en la creación de vías alternas que llevan parte de la misma información garantizando su llegada a pesar de daños que puedan ocurrir. La mielinización de los axones en la mayoría de los vertebrados y en algunos invertebrados como anélidos y crustáceos es otra medida de optimización. Este tipo de recubrimiento incrementa la rapidez de las señales y disminuye el calibre de los axones ahorrando espacio y energía.

El sistema nervioso se compone de varios elementos celulares como tejidos de sostén o mantenimiento llamados neuroglía,15 un sistema vascular especializado y las neuronas3 que son células que se encuentran conectadas entre sí de manera compleja y que tienen la propiedad de generar, propagar, codificar y conducir señales por medio de gradientes electroquímicos (electrolitos) a nivel de membrana axonal y de neurotransmisores a nivel de sinapsis y receptores.

NEURONAS

Son un tipo de células del sistema nervioso cuya principal función es la excitabilidad eléctrica de su membrana plasmática.

Las partes anatómicas de estas células se divide en cuerpo celular neuronal o soma, axones o cilindroejes y las dendritas.

CLASIFICACIÓN MORFOLÓGICA

En base a la división morfológica entre las distintas partes anatómicas de las neuronas y sus distintas formas de organización se clasifican en cuatro variedades:

Unipolares:

Son células con una sola proyección que parte del soma, son raras en los vertebrados.

Bipolares:

 Con dos proyecciones que salen del soma, en los humanos se encuentran en el epitelio olfativo y ganglios vestibular y coclear.

Seudounipolares:

 Con una sola proyección pero que se subdivide posteriormente en una rama periférica y otra central, son características en la mayor parte de células de los ganglios sensitivos humanos.

Multipolares:

 Son neuronas con múltiples proyecciones dendríticas y una sola proyección axonal, son características de las neuronas motoras.

SEÑALES NEURONALES

Estas señales se propagan a través de propiedades de su membrana plasmática, al igual que muchas células, pero en este caso está modificada para tener la capacidad de ser una Excitabilidad neuronal membrana excitable en sentido unidireccional controlando el movimiento a través de ella de iones disueltos desde sus proximidades para generar lo que se conoce como potencial de acción.

Por medio de sinapsis las neuronas se conectan entre sí, con los músculos Unión neuromuscular placa neuromuscular, con glándulas y con pequeños vasos sanguíneos. Utilizan en la mayoría de los casos neurotransmisores enviando una gran variedad de señales dentro del tejido nervioso y con el resto de los tejidos, coordinando así múltiples funciones

Anatómicamente, el sistema nervioso de los seres humanos se agrupa en distintos órganos, los cuales conforman estaciones por donde pasan las vías neurales. Así, con fines de estudio, se pueden agrupar estos órganos, según su ubicación, en dos partes: sistema nervioso central y sistema nervioso periférico.

SISTEMA NERVIOSO CENTRAL

El sistema nervioso central está formado por el encéfalo y la médula espinal, se encuentra protegido por tres membranas, las meninges. En su interior existe un sistema de cavidades conocidas como ventrículos, por las cuales circula el líquido cefalorraquídeo.24

El encéfalo es la parte del sistema nervioso central que está protegida por los huesos del cráneo. Está formado por el cerebro, el cerebelo y el tallo cerebral.24

Cerebro es la parte más voluminosa. Está dividido en dos hemisferios, uno derecho y otro izquierdo, separados por la cisura interhemisférica y comunicados mediante el Cuerpo calloso. La superficie se denomina corteza cerebral y está formada por re plegamientos denominados circunvoluciones constituidas de sustancia gris. Subyacente a la misma se encuentra la sustancia blanca. En zonas profundas existen áreas de sustancia gris conformando núcleos como el tálamo, el núcleo caudado o el hipotálamo.24

Cerebelo está en la parte inferior y posterior del encéfalo, alojado en la fosa cerebral posterior junto al tronco del encéfalo.24

Tronco del encéfalo compuesto por el mesencéfalo, la protuberancia anular y el bulbo raquídeo. Conecta el cerebro con la médula espinal.24

La médula espinal es una prolongación del encéfalo, como si fuese un cordón que se extiende por el interior de la columna vertebral. En ella la sustancia gris se encuentra en el interior y la blanca en el exterior.24

SISTEMA NERVIOSO PERIFÉRICO

Sistema nervioso periférico está formado por los nervios, craneales y espinales, que emergen del sistema nervioso central y que recorren todo el cuerpo, conteniendo axones de vías neurales con distintas funciones y por los ganglios periféricos, que se encuentran en el trayecto de los nervios y que contienen cuerpos neuronales, los únicos fuera del sistema nervioso central.25

Los nervios craneales son 12 pares que envían información sensorial procedente del cuello y la cabeza hacia el sistema nervioso central. Reciben órdenes motoras para el control de la musculatura esquelética del cuello y la cabeza.25 Estos tractos nerviosos son:

      Par I. Nervio olfatorio, con función únicamente sensitiva quimiorreceptora.

      Par II. Nervio óptico, con función únicamente sensitiva fotorreceptora.

      Par III. Nervio motor ocular común, con función motora para varios músculos del ojo.

      Par IV. Nervio patético, con función motora para el músculo oblicuo mayor del ojo.

      Par V. Nervio trigémino, con función sensitiva facial y motora para los músculos de la masticación.

      Par VI. Nervio abducen externo, con función motora para el músculo recto del ojo.

   Par VII. Nervio facial, con función motora somática para los músculos faciales y sensitiva para la parte más anterior de la lengua.

      Par VIII. Nervio auditivo, recoge los estímulos auditivos y del equilibrio-orientación.

    Par IX. Nervio glosofaríngeo, con función sensitiva quimiorreceptora (gusto) y motora para faringe. Par X. Nervio neumogástrico o vago, con función sensitiva y motora de tipo visceral para casi todo el cuerpo.

      Par XI. Nervio espinal, con función motora somática para el cuello y parte posterior de la cabeza.

      Par XII. Nervio hipogloso, con función motora para la lengua.

Los nervios espinales son 31 pares .y se encargan de enviar información sensorial (tacto, dolor y temperatura) del tronco y las extremidades, de la posición, el estado de la musculatura y las articulaciones del tronco y las extremidades hacia el sistema nervioso central y, desde el mismo, reciben órdenes motoras para el control de la musculatura esquelética que se conducen por la médula espinal.25 Estos tractos nerviosos son:

Ocho pares de nervios raquídeos cervicales (C1-C8)

Doce pares de nervios raquídeos torácicos (T1-T12)

Cinco pares de nervios raquídeos lumbares (L1-L5)

Cinco pares de nervios raquídeos sacros (S1-S5)

Un par de nervios raquídeos coccígeos (Co)

 

ELECTRODIAGNOSTICO

El Electrodiagnóstico es un modelo de intervención fisioterápica que permite una evaluación cualitativa de la placa neuromotora. Se observará la durabilidad contráctil, localización del punto motor más allá de la anatomofisiología neurológica.

Después del electrodiagnóstico, tendremos los parámetros de la intensidad, tiempo y forma de pulso con los que podremos trabajar en las lesiones neurológicas periféricas.

¿PARA QUÉ SIRVE Y COMO SE SOLICITA UN ESTUDIO ELECTRODIAGNÓSTICO?

Con el fin de optimizar la prestación del servicio de apoyo en el Servicio de Electrodiagnóstico, en pos de sacar el máximo provecho de este servicio en el manejo de los pacientes y para obviar anomalías en los procesos de facturación y cobro de los mismos,  me permito sugerir la indicación y adecuada solicitud de los diferentes estudios:

ELECTROMIOGRAFIA: Estudio del comportamiento electrofisiológico de los Músculos de una región corporal.  Está indicado en sospecha de Neuropatías que causen atrofia, hipertrofia o distrofia. También en miopatias como la miastenia gravis, las distrofias musculares autoinmunes y las enfermedades inflamatorias del músculo esquelético.

NEUROCONDUCCIONES: Estudio de las facultades electrofisiológicas de los Nervios periféricos, y su integridad en mielina, axón, y capacidad de conducir el impulso nervioso.  Se utiliza en la investigación de patologías de Nervios periféricos en las extremidades y en el esqueleto axial.

REFLEJO H Y ONDA F: Es un estudio que se utiliza en la investigación de Radiculopatías (ciática, cervical) y en las patologías proximales de nervios o segmentarias de la médula espinal. .  la indicación más común es la de investigar atrapamiento de raíces en la columna vertebral o en mielitis transversas.

POTENCIALES EVOCADOS: Son estudios que se utilizan en el diagnóstico de alteraciones en la integridad de la vía neurológica periférica y central de los sistemas sensoriales del cuerpo: visión, audición y sensación.

Potenciales evocados Visuales:  Estudio de la integridad de la neurovía visual: (Esclerosis múltiple, secuelas de IMOC, Enfermedad cerebrovascular, Tumores de quiasma óptico, etc.

Observaciones

Con este modelo fisioterápico como hemos mencionado con anterioridad vamos a realizar una gráfica a través de la excitabilidad de la placa motora mediante dos formas diferentes de corriente galvánica, utilizando el método interpolar a través de una aplicación longitudinal en los puntos motores de los músculos afectados. La atención al paciente adquiere una importancia fundamental para procesar las informaciones, así como el acoplamiento entre el aparato de electroterapia y el paciente, que fundamentalmente será determinado por la intensidad de corriente por unidad de superficie.

Objetivos

Utilizamos corriente galvánica cuya intensidad debe permanecer constante y el flujo de cargas se realiza en el mismo sentido.

Procedimientos eléctricos cuyo objetivo es la captación del potencial de acción o las respuestas del tejido excitable a la acción eléctrica.

Intervención

Después del electrodiagnóstico, tendremos los parámetros de la intensidad, tiempo y forma de pulso con los que podremos trabajar en las lesiones neurológicas periféricas.

Habilidades

Las indicaciones más frecuentes son: Diagnósticas: Lesiones centrales: no presentan síndrome de reacción degenerativa; Lesiones periféricas; Exclusión de parálisis histéricas. Pronósticas: Lesión total; Lesión parcial.

Otros

Realizado con corriente galvánica interrumpida, que produce estímulos de larga duración, capaz de estimular el complejo neuromuscular. El electrodiagnóstico es de suma importancia en fisioterapia, pues permite obtener los parámetros necesarios para el tratamiento de las patologías. Si un músculo no está afectado uniformemente, algunos fascículos se estimularan de forma desigual, apareciendo curvas incongruentes apareciendo más hipérboles que se corresponden a cada unidad funcional, indicando la presencia de la reinervación de esos fascículos no afectos.

 Evitar

Es necesario dedicar especial atención a la intensidad de corriente, resistencia de la piel del paciente, y sensación percibida por el paciente, para evitar la provocación de los efectos adversos de la electroterapia, tales como erosiones, quemaduras, cauterizaciones. Con la utilización de electrodos de pequeñas dimensiones, no exceder la dosis recomendada para la aplicación, así como contactos irregulares sobre la superficie de aplicación. No aplicar en casos de: espasticidad, área cardiaca, marcapasos y tromboflebitis.

LOS PRINCIPALES EFECTOS DE LAS DISTINTAS CORRIENTES DE ELECTROTERAPIA SON:

      Anti-inflamatorio.

      Analgésico.

      Mejora del trofismo.

      Potenciación neuro-muscular.

      Térmico, en el caso de electroterapia de alta frecuencia fortalecimiento muscular mejora transporte de medicamentos disminución de edema control de dolor

      Mejora sanación de heridas Potencial de Acción unidad básica de comunicación de un nervio en reposo tiene una carga de 60-90mV. la velocidad de la que se propaga el potencial de Acción depende el diámetro del nervio así como si este esta mielinizada o no.

      Se aplica en procesos dolorosos, inflamatorios músculo-esqueléticos y nerviosos periféricos, así como en atrofias y lesiones musculares y parálisis.

Existe la posibilidad de aplicarla combinada con la ultrasonoterapia.

LA ELECTROTERAPIA

Es una disciplina que se engloba dentro de la medicina física y rehabilitación y se define como el arte y la ciencia del tratamiento de lesiones y enfermedades por medio de la electricidad

Es una prescripción médica y es aplicada por un fisioterapeuta o bien una técnica de tratamiento aplicada a manos de un Kinesiólogo, dependiendo del país.

PRECAUCIÓN: Productos fraudulentos Bajo este nombre hay en ocasiones presentes información de productos fraudulentos, tenga en cuenta la siguiente información de las Autoridades Sanitarias.

CLASIFICACIÓN DE LAS CORRIENTES

Las corrientes en electroterapia podemos clasificarlas de varias formas:

      Según metodología

      Según los efectos generados

      Según las frecuencias

      Según las formas

 SEGÚN METODOLOGÍA O MODO DE APLICACIÓN

Todas las corrientes se aplican en general de acuerdo a cuatro métodos regulables en los equipos:

      Pulsos aislados

      En ráfagas o trenes

      Frecuencia fija

      Modulaciones o cambios constantes y repetitivos

SEGÚN LOS EFECTOS GENERADOS

      Cuando aplicamos electroterapia en todas sus posibilidades podemos buscar efectos de:

      Cambios bioquímicos

      Estímulo sensitivo en fibra nerviosa

      Estímulo motor en fibra nerviosa o fibra muscular

      Aporte energético para que el organismo absorba la energía y la aproveche en sus cambios metabólicos.

SEGÚN LAS FRECUENCIAS

      Baja frecuencia.- de 0 a 1000 Hz (aproximadamente)

      Media frecuencia.- de 2.000 a 10.000 Hz (también aproximadamente)

      Alta frecuencia.- en dos bandas;

      Radiofrecuencia de 500.000 hasta 2450 Nhz (microondas)

Banda de la luz desde los infrarrojos medios y cercanos (IR-B e IR-A) hasta el límite de las radiaciones no ionizantes en los ultravioletas tipo (UV-A). Los ultrasonidos no forman parte de este espectro.

Los límites de la baja frecuencia son muy relativos y depende de unos aparatos a otros. Algunos de baja (combinando pulsos con reposos) generan corrientes consideradas de media frecuencia, mientras que otros no van más allá de los 200 Hz.

La banda de media frecuencia es muy amplia, pero en la actualidad únicamente se emplean desde los 2.000 hasta los 10.000 Hz.

En alta frecuencia aplicamos puntos concretos de la banda, aunque disponemos de un espectro muy amplio, solamente podemos usar puntos controlados por la legislación.

SEGÚN LAS FORMAS

Además de lo aclarado anteriormente en la introducción, referente a baja frecuencia, debemos clasificar las corrientes en grandes grupos en lugar de dispersarlas para estudiarlas de una en una porque ello conducirá a confusión:

Galvánica

Interrumpidas galvánicas

Alternas

Interrumpidas alternas

Moduladas

Galvánica

La galvánica tiene polaridad, es única en su grupo y se destina a provocar cambios electroquímicos en el organismo.

 Interrumpidas galvánicas

Todas aquellas que están conformadas por pulsos positivos o negativos, pero todos en el mismo sentido, luego, poseen polaridad. Los pulsos pueden ser de diferentes formas y frecuencias, así como agrupados en trenes, impulsos aislados, modulados o frecuencia fija. Son las más características de la baja frecuencia. Veamos algunos ejemplos de forma:

Alternas

Reciben el nombre de alternas porque su característica fundamental se manifiesta en el constante cambio de polaridad, en consecuencia, no poseen polaridad. La forma más característica es la sinusoidal perfecta de mayor o menor frecuencia, empleada en media y alta frecuencia. Existen otras corrientes cuya forma no es la típica sinusoidal, sino que pueden dibujarse como cuadrangulares, triangulares, etcétera, pero que, aunque siguen manteniendo la alternancia en la polaridad, realmente se les denominan bifásicas.

Interrumpidas alternas y moduladas

En este grupo entran un gran conjunto de corrientes no bien definidas y difíciles de clasificar, pero que normalmente consisten en aplicar interrupciones en una alterna para formar pequeñas ráfagas o paquetes denominados pulsos o modulaciones. Es muy frecuente encontrar estos pequeños paquetes de alterna en magnetoterapia, media frecuencia, alta frecuencia, pulsos de láser, media frecuencia e incluso en algunos TENS.

 Moduladas

Las moduladas se caracterizan por ser corrientes que están sufriendo cambios constantes durante toda la sesión. Pueden pertenecer al grupo de las interrumpidas galvánicas o al de las alternas. Las modulaciones más habituales son las de amplitud, modulaciones en frecuencia y modulaciones en anchura de pulso. Por lo que se refiere a la forma de la modulación, en media frecuencia las más habituales son la sinusoidal y la cuadrangular.

Corriente eléctrica

La corriente eléctrica o intensidad eléctrica es el flujo de carga eléctrica por unidad de tiempo que recorre un material. ¹ Se debe al movimiento de las cargas (normalmente electrones) en el interior del material. En el Sistema Internacional de Unidades se expresa en C/s (culombios sobre segundo), unidad que se denomina amperio. Una corriente eléctrica, puesto que se trata de un movimiento de cargas, produce un campo magnético, un fenómeno que puede aprovecharse en el electroimán.

El instrumento usado para medir la intensidad de la corriente eléctrica es el galvanómetro que, calibrado en amperios, se llama amperímetro, colocado en serie con el conductor cuya intensidad se desea medir.

 LA CORRIENTE ELÉCTRICA Y LOS HUMANOS

La electricidad provoca quemaduras en nuestro cuerpo, pero también suele producir graves lesiones en el corazón y el sistema nervioso, pudiendo causar la parada cardíaca y respiratoria.

Al tener contacto simultáneo con un conductor eléctrico y con la tierra, nos convertimos en un conductor para la corriente y con el paso de ella a través de nuestro cuerpo se lesionan, tanto el sitio donde tenemos contacto con el conductor de la corriente, el sitio donde tenemos contacto con tierra, por donde sale la electricidad, así como todo el trayecto dentro de nuestro cuerpo por donde pasó la corriente.

El riesgo eléctrico es la posibilidad de circulación de la corriente eléctrica a través de nuestro cuerpo, siendo para ello necesario que el cuerpo sea conductor, que pueda formar parte del circuito y que exista una diferencia de tensiones entre dos puntos de contacto. Debido a que la electricidad es el tipo de energía más utilizada, a veces caemos en la despreocupación olvidándonos de las mínimas medidas de prevención en su uso.

EFECTOS DE ELECTRICIDAD EN LOS SERES VIVOS

EFECTOS FÍSICOS INMEDIATOS

Según el tiempo de exposición y la dirección de paso de la corriente eléctrica para una misma intensidad pueden producirse lesiones graves, tales como: asfixia, fibrilación ventricular, quemaduras, lesiones secundarias a consecuencia del choque eléctrico, tales como caídas de altura, golpes, etc., cuya aparición tiene lugar dependiendo de los valores.

EFECTOS SOBRE EL ORGANISMO

Paro cardíaco: Se produce cuando la corriente pasa por el corazón y su efecto en el organismo se traduce en un paro circulatorio por parada cardíaca.

Asfixia: Se produce cuando la corriente eléctrica atraviesa el tórax. el choque eléctrico tetaniza el diafragma torácico y como consecuencia de ello los pulmones no tienen capacidad para aceptar aire ni para expulsarlo. Este efecto se produce a partir de 25-30 mA.

Quemaduras: Internas o externas por el paso de la intensidad de corriente a través del cuerpo por Efecto Joule o por la proximidad al arco eléctrico. Se producen zonas de necrosis (tejidos muertos), y las quemaduras pueden llegar a alcanzar órganos vecinos profundos, músculos, nervios e inclusos a los huesos. La considerable energía disipada por efecto Joule, puede provocar la coagulación irreversible de las células de los músculos estriados e incluso la carbonización de las mismas.

Tetanización: O contracción muscular. Consiste en la anulación de la capacidad de reacción muscular que impide la separación voluntaria del punto de contacto (los músculos de las manos y los brazos se contraen sin poder relajarse). Normalmente este efecto se produce cuando se superan los 10 mA.

Fibrilación ventricular: Se produce cuando la corriente pasa por el corazón y su efecto en el organismo se traduce en un paro circulatorio por rotura del ritmo cardíaco. El corazón, al funcionar incoordinadamente, no puede bombear sangre a los diferentes tejidos del cuerpo humano. Ello es particularmente grave en los tejidos del cerebro donde es imprescindible una oxigenación continua de los mismos por la sangre. Si se logra la recuperación del individuo lesionado, no suelen quedar secuelas permanentes. Para lograr dicha recuperación, hay que conseguir la reanimación cardíaca y respiratoria del afectado en los primeros minutos posteriores al accidente. Se presenta con intensidades del orden de 100 mA y es reversible si el tiempo es contacto es inferior a 0.1 segundo

La fibrilación se produce cuando el choque eléctrico tiene una duración superior a 0.15 segundos, el 20% de la duración total del ciclo cardíaco medio del hombre, que es de 0.75 segundos.

Lesiones permanentes: Producidas por destrucción de la parte afectada del sistema nervioso (parálisis, contracturas permanentes, etc.)

Se fija el tiempo máximo de funcionamiento de los dispositivos de corte automático en función de la tensión de contacto esperada:

Por encima de estos valores se presenta fibrilación ventricular y por debajo no se presentan efectos peligrosos.

EFECTOS FÍSICOS NO INMEDIATOS

Se manifiestan pasado un cierto tiempo después del accidente. Los más habituales son: Manifestaciones renales:

Los riñones pueden quedar bloqueados como consecuencia de las quemaduras debido a que se ven obligados a eliminar la gran cantidad de mioglobina y hemoglobina que les invade después de abandonar los músculos afectados, así como las sustancias tóxicas que resultan de la descomposición de los tejidos destruidos por las quemaduras.

Trastornos cardiovasculares:

La descarga eléctrica es susceptible de provocar pérdida del ritmo cardíaco y de la conducción aurículaventricular e interventricular, manifestaciones de insuficiencias coronarias agudas que pueden llegar hasta el infarto de miocardio, además de trastornos únicamente subjetivos como taquicardias, sensaciones vertiginosas, cefaleas rebeldes, etc.

Trastornos nerviosos:

La víctima de un choque eléctrico sufre frecuentemente trastornos nerviosos relacionados con pequeñas hemorragias fruto de la desintegración de la sustancia nerviosa ya sea central o medular. Normalmente el choque eléctrico no hace más que poner de manifiesto un estado patológico anterior. Por otra parte, es muy frecuente también la aparición de neurosis de tipo funcional más o menos graves, pudiendo ser transitorias o permanentes.

Trastornos sensoriales, oculares y auditivos:

Los trastornos oculares observados a continuación de la descarga eléctrica son debidos a los efectos luminosos y caloríficos del arco eléctrico producido. En la mayoría de los casos se traducen en manifestaciones inflamatorias del fondo y segmento anterior del ojo. Los trastornos auditivos comprobados pueden llegar hasta la sordera total y se deben generalmente a un traumatismo craneal, a una quemadura grave de alguna parte del cráneo o a trastornos nerviosos.

Iones de re polarización de membrana

En la membrana celular hay proteínas especializadas, llamadas canales del sodio, del calcio y del potasio a través de las cuales pasan los iones y están también la bombas del sodio y del calcio que trabajan contra gradiente, debido a la diferencia de concentraciones de iones, a través de las membranas, consumiendo energía; es evidente que cuanto más aumentan las concentraciones del sodio y del calcio en la sangre más aumenta el consumo de energía. La bomba sodio/potasio facilita los desplazamientos de estos iones a través de la membrana y tiene una gran importancia porque mantiene altas las concentraciones de potasio y bajas las del sodio dentro la célula.

Concentraciones altas de potasio dentro de la célula son necesarias para numerosos procesos: uno es la síntesis proteica en los ribosomas; además, numerosas enzimas de la glicolisis requieren potasio, por ejemplo la pirúvico quinasa. La bomba del sodio induce el intercambio de 3 iones de sodio que salen de la célula contra 2 iones de potasio que entran en la célula; dicha bomba está formada por 1318 aminoácidos y está ubicada a lo largo de la membrana celular; así mismo la bomba del calcio (compuesta por una sola proteína de 1220 aminoácidos) expulsa iones calcio de la célula contra el gradiente de concentración, consumiendo energía.

FISIOLOGIA DE LA MEMBRANA

La función de la membrana es la de proteger el interior de la célula frente al líquido extracelular que tiene una composición diferente y de permitir la entrada de nutrientes, iones u otros materiales específicos. También se intercomunica con otras células a través de las hormonas, neurotransmisores, enzimas, anticuerpos, etc.

GRADIENTE ELECTROQUIMICO

El gradiente electroquímico es debido a que el número de iones (partículas cargadas) del líquido extracelular es muy diferente del citosol (*). En el líquido extracelular los iones más importantes son el Na+ y el Cl-, mientras que en el interior de la célula predomina el K+ y fosfatos orgánicos anicónicos. Como resultado de esto, existe una diferencia de potencial eléctrico a través de la membrana (potencial de membrana) que se mide en voltios. El voltaje en las células vivas es de -20 a -200 mV (milivoltios), representando el signo negativo que el interior es más negativo que el exterior. En algunas condiciones especiales, algunas células pueden tener un potencial de membrana positivo

PERMEABILIDAD SELECTIVA

La membrana plasmática regula la entrada y salida de materiales, permitiendo la entrada de unos y restringiendo el paso de otros. Esta propiedad se llama permeabilidad selectiva

La membrana es permeable cuando permite el paso, más o menos fácil, de una sustancia. La permeabilidad de la membrana depende de varios factores relacionados con las propiedades físico-químicas de la sustancia: Solubilidad en los lípidos: Las sustancias que se disuelven en los lípidos (moléculas hidrófobas, no polares) penetran con facilidad en la membrana dado que esta está compuesta en su mayor parte por fosfolípidos. Tamaño: la mayor parte de las moléculas de gran tamaño no pasan a través de la membrana. Sólo un pequeño número de moléculas no polares de pequeño tamaño pueden atravesar la capa de fosfolípidos

Carga: Las moléculas cargadas y los iones no pueden pasar, en condiciones normales, a través de la membrana. Sin embargo, algunas sustancias cargadas pueden pasar por los canales proteicos o con la ayuda de una proteína transportadora.

También depende la permeabilidad de una membrana de la naturaleza de las proteínas de membrana existentes:

Canales: algunas proteínas forman canales llenos de agua por donde pueden pasar sustancias polares o cargadas eléctricamente que no atraviesan la capa de fosfolípidos.

Transportadoras: otras proteínas se unen a la sustancia de un lado de la membrana y la llevan del otro lado donde la liberan.

En general, estos canales y proteínas transportadoras muy altamente selectivas permitiendo el paso a un única sustancia

TRANSPORTE DE MATERIALES A TRAVES DE LAS MEMBRANAS PLASMATICAS

Los mecanismos que permiten a las sustancias cruzar las membranas plasmáticas son esenciales para la vida y la comunicación de las células. Para ello, la célula dispone de dos procesos:

Transporte pasivo: cuando no se requiere energía para que la sustancia cruce la membrana plasmática

Transporte activo: cuando la célula utiliza ATP como fuente de energía pasa hacer atravesar la membrana a una sustancia en particular

TRANSPORTE PASIVO

   

      Los mecanismos de transporte pasivo son:

      Difusión simple

      Osmosis

      Ultrafiltración

      Difusión facilitada

      Difusión Simple

Las moléculas en solución están dotadas de energía cinética y, por tanto tienen movimientos que se realizan al azar. La difusión consiste en la mezcla de estas moléculas debido a su energía cinética cuando existe un gradiente de concentración, es decir cuando en una parte de la solución la concentración de las moléculas es más elevada. La difusión tiene lugar hasta que la concentración se iguala en todas las partes y será tanto más rápida cuanto mayor sea energía cinética (que depende de la temperatura) y el gradiente de concentración y cuanto menor sea el tamaño de las moléculas.

Osmosis

Es otro proceso de transporte pasivo, mediante el cual, un disolvente - el agua en el caso de los sistemas biológicos - pasa selectivamente a través de una membrana semi-permeable. La membrana de las células es una membrana semi-permeable ya que permite el paso del agua por difusión pero no la de iones y otros materiales.

La ósmosis puede entenderse muy bien considerando el efecto de las diferentes concentraciones de agua sobre la forma de las células. Para mantener la forma de un célula, por ejemplo un hematíe, esta debe estar rodeada de una solución isotónica, lo que quiere decir que la concentración de agua de esta solución es la misma que la del interior de la célula. En condiciones normales, el suero salino normal (0.9% de NaCl) es isotónico para los hematíes.

Si los hematíes son llevados a una solución que contenga menos sales (se dice que la solución es hipotónica), dado que la membrana celular es semi-permeable, sólo el agua puede atravesarla. Al ser la concentración de agua mayor en la solución hipotónica, el agua entra en el hematíe con lo que este se hincha, pudiendo eventualmente estallar (este fenómeno se conoce con el nombre de hemolisis.

Ultrafiltración

En este proceso de transporte pasivo, el agua y algunos solutos pasan a través de una membrana por efecto de una presión hidrostática. El movimiento es siempre desde el área de mayor presión al de menos presión. La ultrafiltración tiene lugar en el cuerpo humano en los riñones y es debida a la presión arterial generada por el corazón. Esta presión hace que el agua y algunas moléculas pequeñas (como la urea, la creatinina, sales, etc.) pasen a través de las membranas de los capilares microscópicos de los glomérulos para ser eliminadas en la orina. Las proteínas y grandes moléculas como hormonas, vitaminas, etc., no pasan a través de las membranas de los capilares y son retenidas en la sangre.

BIOFISICA DEL SONIDO Y AUDICION

SONIDO

El sonido (del latín sonĭtus, por analogía prosódica con ruido, chirrido, rugido, etcétera), en física, es cualquier fenómeno que involucre la propagación en forma de ondas elásticas (sean audibles o no), generalmente a través de un fluido (u otro medio elástico) que esté generando el movimiento vibratorio de un cuerpo.

El sonido humanamente audible consiste en ondas sonoras que se producen cuando las oscilaciones de la presión del aire, son convertidas en ondas mecánicas en el oído humano y percibidas por el cerebro. La propagación del sonido es similar en los fluidos, donde el sonido toma la forma de fluctuaciones de presión.1 En los cuerpos sólidos la propagación del sonido involucra variaciones del estado tensional del medio.

Representación esquemática del oído, propagación del sonido. Azul: ondas sonoras. Rojo: tímpano. Amarillo: Cóclea. Verde: células de receptores auditivos. Púrpura: espectro de frecuencia de respuesta del oído. Naranja: impulso del nervio.

La propagación del sonido involucra transporte de energía sin transporte de materia, en forma de ondas mecánicas que se propagan a través de un medio elástico sólido, líquido o gaseoso. Entre los más comunes se encuentran el aire y el agua. No se propagan en el vacío, al contrario que las ondas electromagnéticas. Si las vibraciones se producen en la misma dirección en la que se propaga el sonido, se trata de una onda longitudinal y si las vibraciones son perpendiculares a la dirección de propagación es una onda transversal.

La fonética acústica concentra su interés especialmente en los sonidos del habla: cómo se generan, cómo se perciben, y cómo se pueden describir gráfica o cuantitativamente.

AUDICIÓN HUMANA

Más allá de las ondas sonoras (física del sonido), el proceso de la audición humana implica procesos fisiológicos, derivados de la estimulación de los órganos de la audición, y procesos psicológicos, derivados del acto consciente de escuchar un sonido.

El oído capta los sonidos de la siguiente manera:

La oreja capta las ondas sonoras que se transmiten a través del conducto auditivo hasta el tímpano. El tímpano es una membrana flexible que vibra cuando le llegan las ondas sonoras. Esta vibración llega a la cadena de huesecillos que amplifican el sonido y lo transmite al oído interno a través de la ventana oval. Finalmente las vibraciones "mueven" los dos líquidos que existen en la cóclea (perilinfa y endolinfa), deformando las células ciliadas existentes en el interior. Estas células transforman las ondas sonoras en impulsos eléctricos que llegan al nervio auditivo y de este nervio a la corteza auditiva que es el órgano encargado de interpretar los sonidos.

El lóbulo temporal se ocupa de varias funciones, incluido el lenguaje. Cuando se escucha música, o hablar a alguien, esta región está tratando de descifrar la información. El procesamiento de información de audio y memoria auditiva se gestionan aquí.

ONDA SONORA

Una onda sonora es una onda longitudinal que transmite lo que se asocia con sonido. Si se propaga en un medio elástico y continuo genera una variación local de presión o densidad, que se transmite en forma de onda esférica periódica o cuasiperiódica. Mecánicamente las ondas sonoras son un tipo de onda elástica.

Las variaciones de presión, humedad o temperatura del medio, producen el desplazamiento de las moléculas que lo forman. Cada molécula transmite la vibración a las que se encuentren en su vecindad, provocando un movimiento en cadena. Las diferencias de presión generadas por la propagación del movimiento de las moléculas del medio, producen en el oído humano una sensación descrita como sonido.

Propagación de ondas

Modo de propagación

El sonido está formado por ondas mecánicas elásticas longitudinales u ondas de compresión en un medio. Eso significa que:

·         Para propagarse precisan de un medio material (aire, agua, cuerpo sólido) que transmita la perturbación (viaja más rápido en los sólidos, luego en los líquidos va lento, y aún más lento en el aire, y en el vacío no se propaga). Es el propio medio el que produce y propicia la propagación de estas ondas con su compresión y expansión. Para que pueda comprimirse y expandirse es imprescindible que éste sea un medio elástico, ya que un cuerpo totalmente rígido no permite que las vibraciones se transmitan. Así pues, sin medio elástico no habría sonido, ya que las ondas sonoras no se propagan en el vacío.

·         Además, los fluidos sólo pueden transmitir movimientos ondulatorios en que la vibración de las partículas se da en dirección paralela a la velocidad de propagación a lo largo de la dirección de propagación. Así los gradientes de presión que acompañan a la propagación de una onda sonora se producen en la misma dirección de propagación de la onda, siendo por tanto éstas un tipo de ondas longitudinales (en los sólidos también pueden propagarse ondas elásticas transversales).

ENERGÍA SONORA

La energía sonora (o energía acústica) es la energía que transmiten o transportan las ondas sonoras. Procede de la energía vibracional del foco sonoro y se propaga a las partículas del medio que atraviesan en forma de energía cinética (movimiento de las partículas), y de energía potencial (cambios de presión producidos en dicho medio o presión sonora). Al irse propagando el sonido a través del medio, la energía se transmite a la velocidad de la onda, pero una parte de la energía sonora se disipa en forma de energía térmica.1 La energía acústica suele tener valores absolutos bajos, y su unidad de medida es el julio (J). Aunque puede calcularse a partir de otras magnitudes como la intensidad sonora, también se pueden calcular otras magnitudes relacionadas,como la densidad o el flujo de energía acústica.

A partir de la definición de intensidad acústica, se puede calcular la energía acústica que atraviesa una superficie A:

    E_{son} = \int_A \left[\int_0^{\Delta t} I_{son}(\mathbf{r},t)\ dt \right] dA

Dónde:

    I_{son} es la intensidad acústica, que es función del punto escogido y del tiempo.

    \Delta t el intervalo de tiempo durante el que se pretende medir la energía sonora.

VELOCIDAD DEL SONIDO

La velocidad del sonido es la dinámica de propagación de las ondas sonoras. En la atmósfera terrestre es de 343 m/s (a 20 °C de temperatura, con 50 % de humedad y a nivel del mar). La velocidad del sonido varía en función del medio en el que se trasmite. Dado que la velocidad del sonido varía según el medio, se utiliza el número Mach 1 para indicarla. Así un cuerpo que se mueve en el aire a Mach 2 avanza a dos veces la velocidad del sonido en esas condiciones, independientemente de la presión del aire o su temperatura.

La velocidad o dinámica de propagación de la onda sonora depende de las características del medio en el que se realiza dicha propagación y no de las características de la onda o de la fuerza que la genera. Su propagación en un medio puede servir para estudiar algunas propiedades de dicho medio de transmisión.

Medios de propagación

La velocidad del sonido varía dependiendo del medio a través del cual viajen las ondas sonoras.

La definición termodinámica de la velocidad del sonido, para cualquier medio, es a²=(dp/dρ)s es decir la derivada parcial de la presión con respecto de la densidad a entropía constante.

La velocidad del sonido varía también ante los cambios de temperatura del medio. Esto se debe a que un aumento de la temperatura se traduce en un aumento de la frecuencia con que se producen las interacciones entre las partículas que transportan la vibración, y este aumento de actividad hace aumentar la velocidad.

Por ejemplo, sobre una superficie nevada el sonido es capaz de desplazarse atravesando grandes distancias. Esto es posible gracias a las refracciones producidas bajo la nieve, que no es un medio uniforme. Cada capa de nieve tiene una temperatura diferente. Las más profundas, donde no llega el sol, están más frías que las superficiales. En estas capas más frías próximas al suelo, el sonido se propaga con menor velocidad

En general, la velocidad del sonido es mayor en los sólidos que en los líquidos y en los líquidos es mayor que en los gases. Esto se debe al mayor grado de cohesión que tienen los enlaces atómicos o moleculares conforme más sólida es la materia.

La velocidad del sonido en el aire (a una temperatura de 20 °C) es de 343 m/s. Si deseamos obtener la equivalencia en kilómetros por hora podemos determinarla mediante la siguiente conversión física: Velocidad del sonido en el aire en km/h = (343 m/1 s) · (3600 s/1 h) · (1 km/1000 m) = 1234,8 km/h.

      En el aire, a 0 °C, el sonido viaja a una velocidad de 331,5 m/s (por cada grado centígrado que sube la temperatura, la velocidad del sonido aumenta en 0,6 m/s)

      En el agua (a 25 °C) es de 1493 m/s.

      En la madera es de 3700 m/s.

      En el hormigón es de 4000 m/s.

      En el acero es de 6100 m/s.

      En el aluminio es de 6400 m/s.

ELEMENTOS DE UNA ONDA

      Cresta: es la parte más elevado de una onda.

      Valle: es la parte más baja de una onda.

      Elongación: es el desplazamiento entre la posición de equilibrio y la posición en un instante determinado.

      Amplitud: es la máxima elongación, es decir, el desplazamiento desde el punto de equilibrio hasta la cresta o el valle.

      Longitud de onda (l): es la distancia comprendida entre dos crestas o dos valles.

      Onda completa: cuando ha pasado por todas las elongaciones positivas y negativas.

      Período (T): el tiempo transcurrido para que se realice una onda completa.

      Frecuencia (f): Es el número de ondas que se suceden en la unidad de tiempo.

LAS CUALIDADES DEL SONIDO

Un aspecto importante que debemos conocer para sensibilizar nuestros oídos a la escucha activa es la identificación de las cualidades sonoras. 

Podemos distinguir cuatro cualidades: 

La altura o tono.

Está determinado por la frecuencia de la onda. Medimos esta característica en ciclos por segundos o Hercios (Hz). Para que podamos percibir los humanos un sonido, éste debe estar comprendido en la franja de 20 y 20.000 Hz. Por debajo tenemos los infrasonidos y por encima los ultrasonidos.

La intensidad.

Nos permite distinguir si el sonido es fuerte o débil. Está determinado por la cantidad de energía de la onda. Los sonidos que percibimos deben superar el umbral auditivo (0 dB) y no llegar al umbral de dolor (140 dB). Esta cualidad la medimos con el sonómetro y los resultados se expresan en decibeles (dB). 

La duración.

 Esta cualidad está relacionada con el tiempo de vibración del objeto. Por ejemplo, podemos escuchar sonidos largos, cortos, muy cortos, etc..

El timbre.

Es la cualidad que permite distinguir la fuente sonora. Cada material vibra de una forma diferente provocando ondas sonoras complejas que lo identifican. Por ejemplo, no suena lo mismo un clarinete que un piano aunque interpreten la misma melodía.

VOZ HUMANA

La voz humana consiste en un sonido emitido por un ser humano usando las cuerdas vocales para hablar, cantar, reír, llorar, gritar, etc. Los pulmones deben producir un flujo de aire adecuado para que las cuerdas vocales vibren. Las cuerdas vocales son una estructura vibradora, que realizan un 'ajuste fino' de tono y timbre. Los articuladores (tracto vocal) consisten en lengua, paladar, labios, etc. Articulan y filtran el sonido.

Las cuerdas vocales, en combinación con los articulares, son capaces de producir grandes rangos de sonidos. El tono de la voz se puede modular para mostrar emociones tales como ira, sorpresa, o felicidad. Los cantantes usan la voz (música) humana como un instrumento para crear música

Tipos de voz y las cuerdas vocales

Hombres y mujeres tienen cantidades diferentes de cuerdas vocales y tamaños diferentes. La voz de los hombres adultos tienen habitualmente un tono más bajo y tienen cuerdas más grandes. Los pliegues del sistema vocal masculino (que se deben medir verticalmente en el diagrama) tienen una longitud de entre 17 mm y 25 mm.7 Coincidiendo con las características del cuerpo femenino, que tiene menor masa muscular que el masculino, las mujeres tienen cuerdas más pequeñas. En su caso, la longitud están entre 12.5 mm y 17.5 mm.

En ambos sexos, las cuerdas se encuentran dentro de la laringe. Están sujetas en su parte de atrás (la parte más cercana a la espina dorsal) al cartílago aritenoide y a la parte delantera (la parte debajo de la barbilla) al cartílago de la tiroides. No tienen borde externo ya que se funden con un lado del tubo mientras que los bordes internos están sueltos para poder vibrar libremente. En resumen la diferencia entre una voz masculina y femenina no solo está dada por la diferencia de longitud en las cuerdas vocales sino también en su grosor, su tensión media, el tamaño de la laringe, la resonancia que genera la estructura ósea, que en definitiva definen una altura y timbre característico, de allí que se pude detectar una voz suave y sonora que sin embargo se la ubica como masculina, o bien un hombre con nuez prominente pero que sin embargo su voz es alta en el tenor o contralto cercano, pues de pronto sus cuerdas son finas a pesar de su laringe grande, por ello que no son extrañas voces que cómodamente pueden ser catalogadas como bajas de mujer o altas de hombre sin ser chocantes al oído.

AUDÍMETRO

Un audímetro o audiómetro —también denominado people meter (‘medidor de personas’ en inglés)— es un aparato que se conecta a algunos televisores y mide la audiencia de manera permanente y automática; sus datos se utilizan para generar datos estadísticos. El nombre proviene de audi (una mala abreviación de la palabra «audiencia»), y metro: ‘medidor’. El nombre correcto sería «audiencímetro».

El aparato no puede ser adquirido, ni tampoco puede una persona ofrecerse voluntariamente para el estudio de la misma. La empresa encargada realiza los estudios correspondientes y lo ofrece a un grupo estadísticamente significativo de personas.

Actualmente, a través de audímetros instalados en los televisores de los hogares participantes de los Estudios de Audiencias, se realiza el registro continuo de audiencia minuto a minuto, por cada persona frente al televisor. Esto último, gracias al catastro previo de individuos realizado en el hogar participante y un código que se debe seleccionar con el control remoto mientras se mira televisión. Los actuales meter permiten que la transmisión de los datos sea en tiempo real, recogiendo “qué” y “quién” está viendo la televisión dentro del panel.

Características técnicas:

      Voltaje 220

      Frecuencia 50 HZ

      Potencia 25 VA

      Temperatura 15 a 35°

      Humedad 30ª 90%

      Dimensiones 378 X 394 X 110 mm

      Peso 3.9 k

      Estructura: gabinete de plástico con chasis de aluminio y frontal de plástico laminado

Tiene 2 canales separados, uno para señal sonora y otro para enmascaramiento.

Salidas: cascos, vía ósea, altavoces externos para campo libre.

También posee una pantalla de visualización de los resultados, memoria interna y ofrece la posibilidad de imprimir los resultados de la audiometría.

ELEMENTOS BÁSICOS DE LA FÍSICA NUCLEAR

Física nuclear

La física nuclear es una rama de la física que estudia las propiedades y el comportamiento de los núcleos atómicos. En un contexto más amplio, se define la física nuclear y de partículas como la rama de la física que estudia la estructura fundamental de la materia y las interacciones entre las partículas subatómicas. Asimismo, la física nuclear es conocida mayoritariamente por la sociedad, por el aprovechamiento de la energía nuclear en centrales nucleares y en el desarrollo de armas nucleares, tanto de fisión como de fusión nuclear.

El núcleo del átomo se descubre gracias a los trabajos realizados en la Universidad de Manchester, bajo la dirección de Ernest Rutherford entre los años 1909 a 1911. El experimento utilizado consistía en dirigir un haz de partículas de cierta energía contra una plancha metálica delgada, de las probabilidades que tal barrera desviara la trayectoria de las partículas , se dedujo la distribución de la carga eléctrica al interior de los átomos.

  Constitución del Átomo y Modelos Atómicos

La descripción básica de la constitución atómica, reconoce la existencia de partículas con carga eléctrica negativa, llamados electrones, los cuales giran en diversas órbitas (niveles de energía) alrededor de un núcleo central con carga eléctrica positiva. El átomo en su conjunto y sin la presencia de perturbaciones externas es eléctricamente neutro.

El núcleo lo componen los protones con carga eléctrica positiva, y los neutrones que no poseen carga eléctrica.

El tamaño de los núcleos atómicos para los diversos elementos están comprendidos entre una cienmilésima y una diezmilésima del tamaño del átomo.

La cantidad de protones y de electrones presentes en cada átomo es la misma. Esta cantidad recibe el nombre de número atómico, y se designa por la letra "Z". A la cantidad total de protones más neutrones presentes en un núcleo atómico se le llama número másico y se designa por la letra "A".

Si designamos por "X" a un elemento químico cualquiera, su número atómico y másico se representa por la siguiente simbología: _ZX^A

Por ejemplo, para el Hidrogeno tenemos: ₁H¹.

Si bien, todas las características anteriores de la constitución atómica hoy en día son bastante conocidas y aceptadas, a través de la historia han surgido diversos módelos que han intentado dar respuesta sobre la estructura del átomo. Algunos de tales modelos son los siguientes:

a) El Modelo de Thomson.

Thomson sugiere un modelo atómico que tomaba en cuenta la existencia del electrón, descubierto por él en 1897. Su modelo era estático, pues suponía que los electrones estaban en reposo dentro del átomo y que el conjunto era eléctricamente neutro. Con este modelo se podían explicar una gran cantidad de fenómenos atómicos conocidos hasta la fecha. Posteriormente, el descubrimiento de nuevas partículas y los experimentos llevado a cabo por Rutherford demostró la inexactitud de tales ideas.

b) El Modelo de Rutherford.

Basado en los resultados de su trabajo que demostró la existencia del núcleo atómico, Rutherford sostiene que casi la totalidad de la masa del átomo se concentra en un núcleo central muy diminuto de carga eléctrica positiva. Los electrones giran alrededor del núcleo describiendo órbitas circulares. Estos poseen una masa muy ínfima y tienen carga eléctrica negativa. La carga eléctrica del núcleo y de los electrones se neutralizan entre sí, provocando que el átomo sea eléctricamente neutro.

El modelo de Rutherford tuvo que ser abandonado, pues el movimiento de los electrones suponía una pérdida continua de energía, por lo tanto, el electrón terminaría describiendo órbitas en espiral, precipitándose finalmente hacia el núcleo. Sin embargo, este modelo sirvió de base para el modelo propuesto por su discípulo Neils Bohr, marcando el inicio del estudio del núcleo atómico, por lo que a Rutherford se le conoce como el padre de la era nuclear.

c) El Modelo de Bohr.                                                                                                

El físico danés Niels Bohr ( Premio Nobel de Física 1922), postula que los electrones giran a grandes velocidades alrededor del núcleo atómico. Los electrones se disponen en diversas órbitas circulares, las cuales determinan diferentes niveles de energía. El electrón puede acceder a un nivel de energía superior, para lo cual necesita "absorber" energía. Para volver a su nivel de energía original es necesario que el electrón emita la energía absorbida ( por ejemplo en forma de radiación). Este modelo, si bien se ha perfeccionado con el tiempo, ha servido de base a la moderna física nuclear.

d) Modelo Mecano - Cuántico.

Se inicia con los estudios del físico francés Luis De Broglie, quién recibió el Premio Nobel de Física en 1929. Según De Broglie, una partícula con cierta cantidad de movimiento se comporta como una onda. En tal sentido, el electrón tiene un comportamiento dual de onda y corpúsculo, pues tiene masa y se mueve a velocidades elevadas. Al comportarse el electrón como una onda, es imposible conocer en forma simultánea su posición exacta y su velocidad, por lo tanto, sólo existe la probabilidad de encontrar un electrón en cierto momento y en una región dada en el átomo, denominando a tales regiones como niveles de energía. La idea principal del postulado se conoce con el nombre de Principio de Incertidumbre de Heisenberg, el cual en estricto rigor indica que "variables canónicamentes conjugadas no pueden determinarse simultáneamente con una precisión mejor que

Radiación y Radiobiología

Radiobiología

La radiobiología es la ciencia que estudia los fenómenos que se producen en los seres vivos tras la absorción de energía procedente de las radiaciones ionizantes.

Las dos grandes razones que han impulsado la investigación de los efectos biológicos de las radiaciones ionizantes son:

1. Protección Radiológica: Poder utilizar esas radiaciones de forma segura en todas las aplicaciones médicas o industriales que las requieran.
2. Radioterapia: Utilización de las radiaciones ionizantes principalmente en neoplasias, preservando al máximo los órganos críticos (tejido humano sano).

Tipos de efectos de la radiación sobre los seres vivos

Los efectos de las radiaciones ionizantes sobre los seres vivos se pueden clasificar desde distintos puntos de vista:

Según el tiempo de aparición

• Precoces: Aparecen en minutos u horas después de haberse expuesto a la radiación, por ejemplo eritema cutáneo, náuseas.
• Tardíos: Aparecen meses u años después de la exposición, por ejemplo cáncer radioinducido, radiodermitis crónica, mutaciones genéticas.

Desde el punto de vista biológico

• Efectos somáticos: Sólo se manifiestan en el individuo que ha sido sometido a la exposición de radiaciones ionizantes por ejemplo el eritema.
• Efecto hereditario: No se manifiestan en el individuo que ha sido expuesto a la radiación, sino en su descendencia, ya que lesionan las células germinales del individuo expuesto, por ejemplo las mutaciones que afectan a células germinales (espermatozoides y óvulos).

Según la dependencia de la dosis

       Efecto estocástico: Son efectos absolutamente aleatorios, probabilísticos; pudiendo aparecer tras la exposición a pequeñas dosis de radiación ionizante. No necesitan una dosis umbral determinada para producirse; si bien al aumentar la dosis aumenta la probabilidad de aparición de estos efectos, que suelen ser de tipo tardío. Se cree que el único efecto estocástico es el cáncer radioinducido y las mutaciones genéticas.

       Efecto no estocástico: Se necesita una dosis umbral para producirlos, por debajo de la cual, la probabilidad de aparición de los mismos es muy baja. Suelen ser efectos precoces, por ejemplo el eritema cutáneo.

EL FENÓMENO DE LA RADIACIÓN

Consiste en la propagación de energía en forma de ondas electromagnéticas o partículas subatómicas a través del vacío o de un medio material.

La radiación propagada en forma de ondas electromagnéticas (rayos UV, rayos gamma, rayos X, etc.) se llama radiación electromagnética, mientras que la radiación corpuscular es la radiación transmitida en forma de partículas subatómicas (partículas α, neutrones, etc.) que se mueven a gran velocidad en un medio o el vacío, con apreciable transporte de energía.

Si la radiación transporta energía suficiente como para provocar ionización en el medio que atraviesa, se dice que es una radiación ionizante. En caso contrario se habla de radiación no ionizante. El carácter ionizante o no ionizante de la radiación es independiente de su naturaleza corpuscular u ondulatoria.

       Son radiaciones ionizantes los rayos X, rayos γ, partículas α y parte del espectro de la radiación UV entre otros. Por otro lado, radiaciones como los rayos UV y las ondas de radio, TV o de telefonía móvil, son algunos ejemplos de radiaciones no ionizantes.

 RADIACTIVIDAD NATURAL

En Febrero de 1896, el físico francés Henri Becquerel investigando con cuerpos fluorescentes (entre ellos el Sulfato de Uranio y el Potasio), halló una nueva propiedad de la materia a la que posteriormente Marie Curie llamó "Radiactividad". Se descubre que ciertos elementos tenían la propiedad de emitir radiaciones semejantes a los rayos X en forma espontánea. Tal radiación era penetrante y provenía del cristal de Uranio sobre el cual se investigaba.

       Marie y Pierre Curie al proseguir los estudios encontraron fuentes de radiación natural bastante más poderosas que el Uranio original, entre estos el Polonio y el Radio

       La radiactividad del elemento no dependía de la naturaleza física o química de los átomos que lo componen, sino que era una propiedad radicada en el interior mismo del átomo.

       Hoy en día se conocen más de 40 elementos radiactivos naturales, que corresponden a los elementos más pesados. Por arriba del número atómico 83, todos los núcleos naturales son radiactivos.

DESINTEGRACIONES ALFA, BETA, GAMMA.

La radiactividad es un fenómeno que se origina exclusivamente en el núcleo de los átomos radiactivos. La causa que los origina probablemente se debe a la variación en la cantidad de partículas que se encuentran en el núcleo.

       Cuando el núcleo atómico es inestable a causa del gran número de protones que posee (ocurre en los elementos más pesados, es decir con Z = 83 o superior), la estabilidad es alcanzada, con frecuencia, emitiendo una partícula alfa, es decir, un núcleo de Helio (2He4 ) formado por dos protones y dos neutrones.

       Cuando la relación de neutrones/protones en un núcleo atómico es elevada, el núcleo se estabiliza emitiendo un neutrón, o bien como ocurre con frecuencia, emitiendo una partícula beta, es decir, un electrón.

       Cuando la relación de neutrones/protones es muy pequeña, debe ocurrir una disminución en el número de protones o aumentar el número de neutrones para lograr la estabilidad del núcleo. Esto ocurre con la emisión de un electrón positivo o positrón, o bien absorbiendo el núcleo un electrón orbital.

       Los rayos gamma son ondas electromagnéticas de gran energía, muy parecidos a los rayos X, y en ciertas ocasiones se presentan cuando ocurre una desintegración de partículas beta, o bien una emisión de positrones. Por lo tanto, la radiación gamma no posee carga eléctrica y su naturaleza ondulatoria permite describir su energía en relación a su frecuencia de emisión.

RADIACTIVIDAD ARTIFICIAL.

Al bombardear diversos núcleos atómicos con partículas alfa de gran energía, se pueden transformar en un núcleo diferente, por lo tanto, se transforma en un elemento que no existe en la naturaleza. Los esposos Irene Curie y Frédéric Joliot, experimentando con tales procesos descubren la radiactividad artificial, pues se percatan que al bombardear ciertos núcleos con partículas procedentes de fuentes radiactivas estos se vuelven radiactivos. Si la energía de las partículas es adecuada, entonces puede penetrar en el núcleo generando su inestabilidad y por ende, induciendo su desintegración radiactiva.

       Desde el descubrimiento de los primeros elementos radiactivos artificiales, el hombre ha logrado en el tiempo obtener una gran cantidad de ellos. Es clave en este proceso la aparición de los llamados aceleradores de partículas y de los reactores nucleares. Estos últimos son fuente importante de neutrones que son utilizados para producir gran variedad de radioisótopos.

RADIACIONES IONIZANTES.

Son radiaciones con la energía necesaria para arrancar electrones de los átomos. Cuando un átomo queda con un exceso de carga eléctrica, ya sea positiva o negativa, se dice que se ha convertido en un ion (positivo o negativo).

Son radiaciones ionizantes los rayos X, las radiaciones alfa, beta, gamma y la emisión de neutrones.

La radiación cósmica (proveniente del Sol y del espacio interestelar) también es un tipo de radiación ionizante, pues está compuesta por radiaciones electromagnéticas y por partículas con gran cantidad de energía. Es así como, los llamados rayos cósmicos blandos, se componen principalmente de rayos gamma, electrones o positrones, y la radiación cósmica primaria ( que llega a las capas más altas de la atmósfera ) se compone fundamentalmente de protones. Cuando la radiación cósmica interactúa con la atmósfera de la Tierra, se forman en ella átomos radiactivos (como el Tritio y el Carbono-14) y se producen partículas alfa, neutrones o protones.

Las radiaciones ionizantes pueden provocar reacciones y cambios químicos con el material con el cual interaccionan. Por ejemplo, son capaces de romper los enlaces químicos de las moléculas o generar cambios genéticos en células reproductoras.

CARACTERÍSTICAS DE LOS EFECTOS BIOLÓGICOS DE LAS RADIACIONES IONIZANTES

Aleatoriedad: La interacción de la radiación con las células es una función de probabilidad y tiene lugar al azar. Un fotón o partícula puede alcanzar a una célula o a otra, dañarla o no dañarla y si la daña puede ser en el núcleo o en el citoplasma.

Rápido depósito de energía: El depósito de energía a la célula ocurre en un tiempo muy corto, en fracciones de millonésimas de segundo.

No selectividad: La radiación no muestra predilección por ninguna parte o biomolecular, es decir, la interacción no es selectiva.

Inespecificidad lesiva: Las lesiones de las radiaciones ionizantes es siempre inespecífica o lo que es lo mismo esa lesión puede ser producida por otras causas físicas.

Latencia: Las alteraciones biológicas en una célula que resultan por la radiación no son inmediatas, tardan tiempo en hacerse visibles a esto se le llama "tiempo de latencia" y puede ser desde unos pocos minutos o muchos años, dependiendo de la dosis y tiempo de exposición.

RADIACIONES NO IONIZANTES.

Son aquellas que no son capaces de producir iones al interactuar con los átomos de un material.

Las radiaciones no ionizantes se pueden clasificar en dos grandes grupos: los campos de origen electromagnético y las radiaciones ópticas.

Dentro de los campos electromagnéticos se pueden distinguir aquellos generados por las líneas de corriente eléctrica o por campos eléctricos estáticos. Otros ejemplos son las ondas de radiofrecuencia, utilizadas por las emisoras de radio en sus transmisiones, y las microondas utilizadas en electrodomésticos y en el área de las telecomunicaciones.

Entre las radiaciones ópticas se pueden mencionar los rayos infrarrojos, la luz visible y la radiación ultravioleta. Estas radiaciones pueden provocar calor y ciertos efectos fotoquímicos al actuar sobre el cuerpo humano 

RADIACIÓN ULTRAVIOLETA

La radiación ultravioleta (UV) es el factor de riesgo principal para la mayoría de los cánceres de piel. La luz solar es la fuente primordial de rayos UV, los cuales pueden ser dañinos al ADN en las células de su piel. Las lámparas y camas bronceadoras también son fuentes de radiación ultravioleta. Las personas que se exponen mucho a la luz procedente de estas fuentes tienen un mayor riesgo de cáncer de piel.

LA RADIACIÓN ULTRAVIOLETA TIENE TRES RANGOS DE LONGITUD DE ONDA:

LOS RAYOS UVA envejecen a las células y pueden dañar el ADN de la célula. Se asocian con el daño de la piel a largo plazo, tal como arrugas, aunque también se cree que desempeñan un papel en ciertos cánceres de piel.

LOS RAYOS UVB pueden causar daño directo al ADN, y son los rayos principales que causan quemaduras de sol. Asimismo, se cree que causan la mayoría de los cánceres de piel.

LOS RAYOS UVC no penetran nuestra atmósfera y por lo tanto no están en la luz solar. No son normalmente una causa de cáncer de piel.

Los rayos UVA y UVB producen sólo una pequeña porción de los rayos solares, pero son la causa principal de los efectos dañinos del sol en la piel. Los rayos UV dañan el ADN de las células de la piel. Los cánceres de piel comienzan cuando este daño afecta el ADN de los genes que controlan el crecimiento de las células de la piel.

Tanto los rayos UVA como los UVB dañan la piel y causan cáncer de piel. Los rayos UVB son causantes más potentes de al menos ciertos cánceres de piel, pero hasta donde se sabe, ningún rayo UV es seguro.

El grado de exposición a la luz ultravioleta que una persona recibe depende de la intensidad de los rayos, del tiempo que la piel ha estado expuesta y de si ésta ha estado protegida con ropa o bloqueador solar.

El cáncer de piel es una de las consecuencias de mucha exposición al sol, pero también hay otros efectos. Las quemaduras y los bronceados son los resultados a corto plazo de la exposición excesiva a los rayos UV, y son señales de daño a la piel. La exposición prolongada pueden causar envejecimiento prematuro de la piel, arrugas, pérdida de la elasticidad de la piel, manchas oscuras (pecas, algunas veces llamadas "manchas de envejecimiento" o "manchas del hígado" y cambios precancerosos de la piel (tal como áreas ásperas, secas y escamosas llamadas queratosis actínica).

Los rayos UV del sol también aumentan el riesgo de una persona de cataratas y ciertos otros problemas visuales y pueden suprimir el sistema inmunológico de la piel. Las personas de piel más oscura por lo general tienen una probabilidad menor de padecer cáncer de piel en comparación con la gente de piel blanca, aunque aún pueden llegar a tener cataratas y supresión del sistema inmunológico de la piel.

Rayos X

La denominación rayos X designa a una radiación electromagnética, invisible para el ojo humano, capaz de atravesar cuerpos opacos y de imprimir las películas fotográficas. Los actuales sistemas digitales permiten la obtención y visualización de la imagen radiográfica directamente en una computadora (ordenador) sin necesidad de imprimirla. La longitud de onda está entre 10 a 0,01 nanómetros, correspondiendo a frecuencias en el rango de 30 a 30000 PHz (de 50 a 5000 veces la frecuencia de la luz visible).

Los rayos X son una radiación electromagnética de la misma naturaleza que las ondas de radio, las ondas de microondas, los rayos infrarrojos, la luz visible, los rayos ultravioleta y los rayos gamma. La diferencia fundamental con los rayos gamma es su origen: los rayos gamma son radiaciones de origen nuclear que se producen por la desexcitación de un nucleón de un nivel excitado a otro de menor energía y en la desintegración de isótopos radiactivos, mientras que los rayos X surgen de fenómenos extranucleares, a nivel de la órbita electrónica, fundamentalmente producidos por desaceleración de electrones. La energía de los rayos X en general se encuentra entre la radiación ultravioleta y los rayos gamma producidos naturalmente. Los rayos X son una radiación ionizante porque al interactuar con la materia produce la ionización de los átomos de la misma, es decir, origina partículas con carga (iones).

Producción de rayos X

Los rayos X se pueden observar cuando un haz de electrones muy energéticos (del orden de 1 keV) se desacelera al chocar con un blanco metálico. Según la mecánica clásica, una carga acelerada emite radiación electromagnética, de este modo, el choque produce un espectro continuo de rayos X a partir de cierta longitud de onda mínima dependiente de la energía de los electrones. Este tipo de radiación se denomina Bremsstrahlung, o ‘radiación de frenado’. Además, los átomos del material metálico emiten también rayos X monocromáticos, lo que se conoce como línea de emisión característica del material. Otra fuente de rayos X es la radiación sincrotrón emitida en aceleradores de partículas.

Para la producción de rayos X en laboratorios, hospitales, etc. se usan los tubos de rayos X, que pueden ser de dos clases: tubos con filamento o tubos con gas.

EL TUBO DE RAYOS X

Los rayos X son generados por la desaceleración o la detención súbita de los electrones de alta velocidad, y para una producción con un buen rendimiento, es necesario que se cumplan ciertos requisitos.

un tubo de producción de rayos X consiste en una fuente de electrones y un blanco, con el cual los electrones pueden interactuar después de ser acelerados a través del vacío. La resultante de dicha interacción son rayos X y calor. La fuente de electrones es un filamento en incandescencia y por ese medio los electrones se disponen en un estado de semilibertad, como una nube adyacente a la superficie del cátodo. Debido a la aplicación de una fuente de potencial, cuyo polo positivo se une al blanco y el polo negativo al cátodo; la nube de electrones puede ser acelerada a través del vacío y causar el choque e interacción con el material del blanco.

En la interacción entre los electrones acelerados y el blanco, más del 99% de la energía es disipada en forma de calor. La energía restante es irradiada en forma de rayos X.

Generalmente se utilizan blancos de tungsteno por tener alto punto de fusión, aumentando así la vida útil del mismo.

Un colimador es un tubo que hace de obstáculo, oponiéndose a la salida y dejando pasar sólo rayos útiles, es decir aquellos que son paralelos. Encauza los rayos hacia delante, o lo que es lo mismo, los dirige en dirección paralela y hace que no sean divergentes.

Es la pieza metálica (níquel) cuya rendija enfoca los electrones al ánodo.

LEY DE ABSORCIÓN DE LOS RAYOS X

La absorción de rayos X posee un comportamiento complejo debido a que la radiación X emitida (espectro) es policromática. La absorción de la radiación X monocromática sigue la ley de Lambert, cuya expresión es:

dónde: I = intensidad emergente o transmitida

            I0 = intensidad incidente

            m = coeficiente de absorción

            x = espesor

El coeficiente de absorción es una constante que depende del material absorbente y de la longitud de onda de la radiación. Cada tejido presenta un coeficiente de absorción determinado; por ejemplo: µ hueso > µ dermis.

CONCEPTOS DE RADIOPACIDAD Y RADIOLUCIDES

RADIOLUCIDO: Es aquel término que se emplea en la acentuación de los rayos X, es decir, son tejidos blandos y que por tanto permiten el paso de la luz. Es todo aquel cuerpo que se deja atravesar por la energía radiante, (se ve como una zona negra.

RADIOPACO: Es todo aquel cuerpo que ofrece resistencia a ser atravesado por los rayos X y aparece en la radiografía como una zona blanca.