BIODINÁMICA MEDICA

BIODINAMICA MEDICA: TRABAJO, ENERGIA, POTENCIA. BIOFISICA MUSCULAR

"Si he visto más lejos que los otros hombres es porque me he aupado a hombros de gigantes"

Isaac Newton

Como habrán visto en sus teorías, a esta altura de nuestra asignatura, se han podido dar cuerna de la gran importancia de las leyes de Newton. Sus leyes nos sirven para analizar el movimiento de los objetos, como la que involucra a la fuerza y la masa que se utiliza para determinar la aceleración del cuerpo. De esta manera las leyes de Newton nos permiten hacer anticipaciones acerca del estado final del objeto en movimiento. Pero este no es el único punto de vista que podemos establecer ante el movimiento de un objeto, nos podemos acercar a él desde la perspectiva del TRABAJO, la ENERGIA y la POTENCIA.

TRABAJO

El concepto físico de trabajo difiere fundamentalmente de la idea común que de él se tiene. En el lenguaje popular o corriente la expresión trabajo se aplica a cualquier esfuerzo físico o mental que se hace en orden a producir un determinado resultado, así por ejemplo, cuando una persona intenta levantar una piedra sin lograrlo, se dice que ha trabajado mucho y a los estudiantes se les oye decir: me costó mucho trabajo levantarme hoy para ir a clases

En física el trabajo se define como una fuerza que actúa sobre un objeto para causar un

desplazamiento.

En toda idea de trabajo intervienen siempre como elementos una fuerza, un cuerpo u objeto y un efecto obtenido que se manifiesta por un desplazamiento del objeto o cuerpo en la dirección de la fuerza aplicada. Así cuando vamos al supermercado y observamos a las personas “empujando” sus carritos de compras, veremos que sus fuerzas si están realizando trabajo o al levantar un ladrillo para colocarlo sobre una mesa, se estará realizando trabajo y así podemos encontrar muchos ejemplos. Pero recuerden siempre que para que exista trabajo, la fuerza debe ser la causante del desplazamiento.

Matemáticamente el trabajo puede expresarse con la siguiente ecuación:

Dónde:

W= Trabajo

F = Fuerza

d= desplazamiento o distancia

 θ= ángulo formado entre la fuerza y el vector de desplazamiento.

ENERGIA

Albert Einsten consideraba que la materia y la energía son formas diferentes de una misma cosa y que una puede transformarse en la otra

CONCEPTO

La energía se define como la CAPACIDAD PARA PRODUCIR TRABAJO

Existen muchas formas de energía (calorífica, magnética, radioactiva), pero en mecánica nos ocuparemos de dos tipos, la energía potencial y la energía cinética.

ENERGIA POTENCIAL

Es la energía almacenada o inactiva, es cuando un sistema tiene la capacidad de producir trabajo. Por ejemplo un peso suspendido por una cuerda (recuerden como Schwarzennger elimina al extraterrestre en la película “Depredador”), o un arco (con o sin flecha) cuando se encuentra tenso.

Esta energía almacenada de acuerdo a la posición del objeto es la denominada energía potencial.

Existen dos formas de energía potencial, una dependiente de la gravedad y otra dependiente de la capacidad elástica del objeto.

La energía potencial gravitacional: Aquella que resulta de la posición vertical del objeto (altura a la que se encuentra) .Esta energía será el resultado de la fuerza de atracción que ejerce la tierra sobre el objeto. La energía potencial gravitacional, dependerá de dos variables, la masa del objeto suspendido (en el caso de la película “Depredador” fue un troncazo) y de la altura. Existirá como es lógica una relación directa entre la energía potencial gravitacional y la masa del objeto.

La energía potencial elástica: La energía almacenada                         en los materiales elásticos como resultado de                       su compresión o estiramiento (como un resorte). La cantidad de energía potencial elástica almacenada, dependerá de la capacidad de estiramiento o compresión del objeto. Esto evidentemente tiene aplicación para entender el trabajo muscular.

ENERGIA CINÉTICA

Es la energía que depende del movimiento, un objeto en movimiento sin importar la dirección tiene energía cinética. La energía cinética más conocida es la translacional, es decir, la involucrada en el desplazamiento de un objeto de un lugar a otro.

La energía cinética (translacional) depende de dos variables, la masa (m) del objeto y de la velocidad (v) del mismo.

Es una magnitud escalar, no tiene dirección. Además, al igual que el trabajo y la energía potencial, la unidad de la energía cinética será el Joule.

POTENCIA

No solo es necesario conocer el trabajo que se ha realizado, sino que es indispensable también tener en cuenta el tiempo durante el cual dicho trabajo debe ser terminado.

Si dos personas o maquinas realizan el mismo trabajo (elevar 200 litros de agua a 10 mts de altura) empleando cada una de ellas diferente tiempo, física mente se le califica diciendo que tienen distinta potencia; si por ejemplo si una persona emplea la mencionada operación dos horas y la otra cinco horas, la primera tiene mayor potencia que la segunda.

El concepto físico de potencia se define como la CANTIDAD de trabajo que tiene que realizar una fuerza (que causa desplazamiento) en la unidad de tiempo

La potencia de un mecanismo es un concepto muy importante pues en un motor, por ejemplo lo que interesa no es la cantidad total de trabajo que puede hacer hasta que se descomponga sino la rapidez con la que pueda entregar el trabajo

POTENCIA = TRABAJO

TIEMPO

La unidad de la potencia es el Watt. Un Watt es equivalente a un Joul/ segundo.

Por cuestiones de uso histórico ocasionalmente nos encontramos con otra unidad llamada

“Caballo de fuerza” (HP) sobre todo cuando hablamos de la potencia de un motor de autos.

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BIOFISICA MUSCULAR

Los   músculos    pueden   clasificarse    de   diferentes maneras, de las cuales la clasificación histológica, distingue tres tipos de músculos: estriado, liso y cardiaco.

MUSCULO ESTRIADO

El músculo estriado (de estría = raya), es llamado también esquelético (mueve al esqueleto en los “tonos”), externo (es obvio) y también voluntario (obedece al sistema nervioso de la vida “voluntaria”).

Un músculo esquelético es un órgano formado por células musculares esqueléticas y por tejido conectivo. El tejido conectivo reviste cada célula muscular formando una envuelta denominada endomisio. Las células musculares se agrupan en haces o fascículos rodeados a su vez de una cubierta conectiva denominada perimisio. Y el músculo entero dispone de una lámina gruesa llamada epimisio. Estas cubiertas de tejido conectivo pueden continuarse con el tejido fibroso que forma los tendones, los cuales constituyen el anclaje del músculo al hueso

Fibra muscular

La membrana recibe el nombre de sarcolema y el citoplasma es denominado sarcoplasma. En el interior del mismo existe una gran cantidad de haces finos de fibrillas, denominadas miofibrillas, que ocupan la práctica totalidad del volumen citoplasmático. Estas miofibrillas están constituidas a su vez por fibras aún más delgadas denominadas miofilamentos.

Las miofibrillas están divididas en una serie de unidades repetidas longitudinalmente llamadas sarcómeros, estas subunidades se alinean perfectamente a lo largo de la miofibrilla. Cada sarcómero está delimitado por unas regiones conocidas como discos. El sarcómero de una miofibrilla es la unidad funcional del músculo estriado.

Sus fibras son de color rojo por la presencia de una proteína llamada Mioglobina y uno lo puede reconocer fácilmente cuando compre la carne para una parrillada. A este tipo de músculo nos estaremos refiriendo en esta parte del seminario.

MUSCULO LISO

El músculo liso, es llamado también visceral (forma las vísceras del tubo Digestivo, el estómago por ejemplo); interno (también es obvio el porqué) y se le llama finalmente involuntario (obedece solo el sistema nervioso autónomo o de la vida “involuntaria”. Intenten detener a su estómago cuando se mueve y suena por ejemplo). No presenta sarcomera. Sus fibras tienen mucho menos Mioglobina y por lo tanto son  blanquecinas,  lo pueden reconocer cuando compran el “mondonguito” para cocinar un delicioso cau-cau.

MUSCULO CARDIACO

A diferencia del músculo esquelético, el cardíaco está formado por unidades celulares separadas llamadas miocitos. Estos miocitos cardíacos están unidos por sus extremos mediante especializaciones de unión llamadas discos intercalares.

Aunque las bandas que se forman de esta manera son predominantemente paralelas, los miocitos individuales se ramifican y forman conexiones oblicuas con las bandas vecinas, formándose una compleja organización tridimensional muy diferente del orden paralelo de las fibras cilíndricas del músculo esquelético.

El corazón humano late a un ritmo de 60 a100 veces por minuto durante toda la vida. Su contracción es de tipo miógeno, es decir, no depende de la estimulación nerviosa.

CONTRACCIÓN MUSCULAR (MÚSCULO ESQUELETICO)

Todos los músculos tienen en común la capacidad de ejercer fuerzas de tracción y por ende generar una fuerza fisiológicamente útil a nuestro organismo. La unidad responsable de l a capacidad contráctil del músculo es la sarcómera. La contracción de las sarcomeras de un músculo es la causa de la contracción del mismo

La sarcomera presenta proteínas contráctiles de varios tipos. Su estructura básica es la siguiente:

Los filamentos delgados: Actina, Tropomiosina y Troponina (I, T y C).

Los filamentos gruesos formados por Miosina

La contracción muscular se produce por deslizamiento

de los filamentos gruesos y finos entre sí. Esta interdigitación de los filamentos produce una disminución de longitud del sarcómero. Durante el acortamiento del sarcómero, los disc os o líneas Z se acercan uno a otro, aproximándose entre sí.

TIPOS DE CONTRACCIÓN

Contracción Isométrica: es aquella en la que el músculo se contrae pero su longitud no varía. Evidentemente su tensión si aumenta.

Esto se da por ejemplo, cuando se realizan las demostraciones de los físico-culturistas, en las competencias de vencidas y cuando un pesista sostiene las pesas en todo lo alto. Estos ejercicios no son recomendables para conservar una buena salud.

En resumen contracción isométrica = tensión SIN acortamiento.

Contracción isotónica: es aquella en la que el músculo modifica su longitud manteniendo constante la fuerza que ejerce durante toda la contracción.

Esto se da en la mayoría de los ejercicios, caminar, carrera, natación, ciclismo y otros. Estos si son recomendables para mantener en estado óptimo nuestra salud.

En resumen contracción isotónica = tensión MAS acortamiento.