VISCOSIDAD
SANGUÍNEA, PERFILES DE FLUJO Y CONTINUIDAD
A pesar de que la sangre es levemente más pesada que
el agua, es muchísimo más gruesa/viscosa. La viscosidad de la sangre es una
medida de la resistencia al flujo es entre 3,5 a 5,5 veces la del agua. La
viscosidad del plasma es ceca de 1,5 a 1m8 veces la del agua.
La viscosidad de la sangre se incrementa a medida de
la cantidad de células disueltas en ella aumenta, así como cuando aumenta la
cantidad de proteínas. Una sangre más viscosa es más resistente al movimiento,
lo cual implica que se requiere una mayor presión sanguínea para que esta se
mueva a través de los vasos sanguíneos.
Adicionalmente,
una alta viscosidad sanguínea es un factor que predispone a coagulaciones no
controladas. En las personas sanas, un incremento en la viscosidad sanguínea
causada por una producción de células sanguíneas de tipo defensivo y a la
deshidratación causada por la fiebre por enfermedades leves como la gripe es
fácilmente tolerable.
Sin embargo, en pacientes con sangre de por sí muy
viscosa, como aquellos con enfermedades pulmonares, un incremento adicional
puede conllevar a la coagulación sanguina, al taponamiento de las arterias y
por lo tanto a infartos obstructores o a derrames internos.
Incluso, la resistencia al movimiento de la sangre
puede llegar a ser tan alto que el musculo cardíaco o miocardio puede llegar a
ser insuficiente para empujar la sangre, lo que conlleva a un infarto del
miocardio.
La viscosidad depende de:
a Hematocrito
b La
velocidad del flujo
c La
agregación de los eritrocitos
La
deformabilidad de los eritrocitos
e El
radio del vaso
PERFILES
DE FLUJO
El flujo es función del área y de la velocidad en el
tiempo.
El perfil de flujo está determinado fundamentalmente
por tres factores:
1) Aceleración: Ésta agrega un componente plano al
perfil de flujo. Ésta es la causa principal del perfil plano de flujo en las
arterias periféricas.
En ciertos lechos de órganos nobles que necesitan
flujo constante durante todo el ciclo cardíaco, de baja resistencia
(impedancia) periférica (como por ej. carótidas internas, vertebrales, riñón)
con flujo diastólico prominente, existe muy poca aceleración, de modo que el
perfil se torna parabólico.
En la fase de desaceleración en la sístole tardía se
resta un componente plano al perfil de flujo, lo que puede ocasionar reversión
del mismo cerca de las paredes vasculares, de velocidad cercana a 0.
Esto ocasiona que pueda haber turbulencias en la
diástole tardía porque desaparece el componente estabilizador de la
aceleración; por otra parte, también durante la diástole, la reducción de la
velocidad disminuye el Re, por lo que en esta fase del ciclo cardíaco puede
aparecer una relaminización del flujo; estos efectos contrapuestos,
aparentemente paradójicos, demuestran la complejidad de la circulación "in
vivo "y del estudio y aplicación de leyes estáticas a una situación de
flujo pulsátil como ocurre en el ser humano.
Factores Geométricos:
+ Un flujo convergente aplana el perfil; esto ocurre, por ejemplo, en el nacimiento de la carótida primitiva izquierda; luego, gradualmente se transforma en perfil parabólico, como se explicará más adelante.
Un flujo divergente (por ejemplo en el seno carotídeo) agudiza el perfil.
En un asa o rulo arterial ocurre una desviación del perfil de la línea media, dependiendo del perfil de entrada: si el flujo es laminar y el perfil de ingreso parabólico, la inercia desplaza las velocidades mayores desde el centro axial hacia la pared externa; sin embargo, se destaca un flujo secundario separado en dos círculos paralelos pero de sentido opuesto, uno horario y el otro antihorario. Si el perfil de ingreso por el contrario es plano, toda la capa tiene la misma inercia; las fuerzas centrífugas crean presiones elevadas en la pared externa, en lugar de desplazar las velocidades hacia fuera; por ley de conservación de energía las velocidades más pronunciadas están en el radio interno del arco. En la aorta, que posee una doble curvatura, esto ocurre en la primera de ellas, proximal; una vez que se crearon las turbulencias fisiológicas en esta zona, en la curvatura distal, el perfil se desplaza hacia fuera, encontrándose las mayores velocidades cerca de la pared externa.
En las ramificaciones, sean éstas por bifurcación o colaterales, el área de cada una de las ramas hijas es menor que la arteria originaria; sin embargo, en el primer caso (bifurcación) la suma de las secciones de las ramas hijas es mayor que la de la principal; debido a que el flujo debe ser constante, debe existir una caída de la velocidad proporcional en cada una de las ramificaciones; en el caso de que éstas sean dos ramas hijas iguales (ejemplo arterias iliacas naciendo de la aorta)el flujo axial impacta contra el divisorio de flujo, creándose remolinos en la zona interna de ambas ramas hijas; el flujo es laminar y organizado en la porción externa de las mismas. En el caso de una ramificación lateral en ángulo más o menos recto (ejemplo arterias renales), la caída descripta de las velocidades reduce el Re, estabilizando el flujo; sin embargo puede ocurrir flujo bifurcado, con zonas de flujo rotatorio, predisponiendo al depósito de placas ateromatosas, las que por ejemplo, ocurren frecuentemente en los ostium renales y vertebrales.
3) Viscosidad: El aumento de la viscosidad sanguínea estabiliza el patrón laminar de flujo y ocasiona un perfil parabólico más precozmente y más marcado.
CONTINUIDAD
Ecuación de continuidad
Cuando un fluido fluye por un conducto de diámetro
variable, su velocidad cambia debido a que la sección transversal varía de una
sección del conducto a otra.
En todo fluido incompresible, con flujo estacionario
(en régimen laminar), la velocidad de un punto cualquiera de un conducto es
inversamente proporcional a la superficie, en ese punto, de la sección
transversal de la misma.
LEY DE POISEUILLE
perfil de flujo
Figura 1. Perfil de velocidades del fluido que corre
por un tubo uniforme de sección circular.
La ley de Poiseuille se vincula con el caudal de
fluido que circula por un conducto. En la figura 1 se muestra un tramo de tubo
bajo la presión P1 en el extremo izquierdo y la presión P2 en el extremo
derecho y esta diferencia de presiones es la que hace moverse al fluido a lo
largo del tubo. El caudal (volumen por unidad de tiempo) depende de la
diferencia de presiones (P1 - P2), de las dimensiones del tubo y de la
viscosidad del fluido. La relación entre estas magnitudes fue determinada por
el francés J. L. Poiseuille asumiendo un flujo laminar y a esta relación se le
conoce como Ley de Poiseuille.
ley de Poiseuille
Donde R es el radio del tubo, L su longitud y η es el
coeficiente de viscosidad.
Dicho con palabras, la ley expresa que el caudal crece
son el aumento de la diferencia de presiones y con el radio del tubo, pero
disminuye al aumentar la viscosidad del fluido y la longitud del tubo. Estos
resultados coinciden con la observaciones que cualquiera de nosotros haya
podido hacer en las situaciones que nos rodean vinculadas a flujo de fluidos.
Note que el radio del tubo influye en el caudal a la potencia 4 de modo que la
disminución del radio del conducto es muy influyente en el caudal.
PRINCIPIO
DE PASCAL O LEY DE PASCAL
Es una ley enunciada por el físico y matemático
francés Blaise Pascal (1623–1662) que se resume en la frase:
La presión ejercida sobre un fluido poco compresible y
en equilibrio dentro de un recipiente de paredes indeformables se transmite con
igual intensidad en todas las direcciones y en todos los puntos del fluido.
El principio de Pascal puede comprobarse utilizando
una esfera hueca, perforada en diferentes lugares y provista de un émbolo. Al
llenar la esfera con agua y ejercer presión sobre ella mediante el émbolo, se
observa que el agua sale por todos los agujeros con la misma velocidad y por lo
tanto con la misma presión.
La prensa hidráulica es una máquina compleja que
permite amplificar las fuerzas y constituye el fundamento de elevadores,
prensas hidráulicas, frenos y muchos otros dispositivos hidráulicos.
La prensa hidráulica constituye la aplicación
fundamental del principio de Pascal y también un dispositivo que permite
entender mejor su significado. Consiste, en esencia, en dos cilindros de
diferente sección comunicados entre sí, y cuyo interior está completamente
lleno de un líquido que puede ser agua o aceite. Dos émbolos de secciones
diferentes se ajustan, respectivamente, en cada uno de los dos cilindros, de
modo que estén en contacto con el líquido. Cuando sobre el émbolo de menor
sección A1 se ejerce una fuerza F1 la presión p1 que se origina en el líquido
en contacto con él se transmite íntegramente y de forma casi instantánea a todo
el resto del líquido. Por el principio de Pascal esta presión será igual a la
presión p2 que ejerce el fluido en la sección A2, es decir:
HEMODINÁMICA
La hemodinámica es aquella parte de la
biofísica que se encarga del estudio de la dinámica de la sangre en el interior
de las estructuras sanguíneas como arterias, venas, vénulas, arteriolas y
capilares así como también la mecánica del corazón propiamente dicha mediante
la introducción de catéteres finos a través de las arterias de la ingle o del brazo.
Esta técnica conocida como cateterismo cardíaco permite conocer con exactitud
el estado de los vasos sanguíneos de todo el cuerpo y del corazón.
Participantes de la circulación sanguínea
• Arterias: las arterias están hechas de tres capas de tejido, uno
muscular en el medio y una capa interna de tejido epitelial.
• Capilares: los capilares irrigan los tejidos, permitiendo además
el intercambio de gases dentro del tejido. Los capilares son muy delgados y
frágiles, teniendo solo el espesor de una capa epitelial.
• Venas: las venas transportan sangre a más baja presión que las
arterias, no siendo tan fuerte como ellas. La sangre es entregada a las venas
por los capilares después que el intercambio entre el oxígeno y el dióxido de
carbono ha tenido lugar. Las venas transportan sangre rica en residuos de
vuelta al corazón y a los pulmones. Las venas tienen en su interior válvulas
que aseguran que la sangre con baja presión se mueva siempre en la dirección
correcta, hacia el corazón, sin permitir que retroceda. La sangre rica en
residuos retorna al corazón y luego todo el proceso se repite.
• Corazón: es
el órgano principal del aparato circulatorio. Es un músculo estriado hueco que
actúa como una bomba aspirante e impelente, que aspira hacia las aurículas la
sangre que circula por las venas, y la impulsa desde los ventrículos hacia las
arterias. Tiene 4 cavidades, 2 aurículas y 2 ventrículos.
Producción de la circulación sanguínea
En primer lugar, la circulación sanguínea realiza dos
circuitos a partir del corazón:
Circulación mayor o circulación somática o sistémica
El recorrido de la sangre comienza en el ventrículo
izquierdo del corazón, cargada de oxígeno, y se extiende por la arteria aorta y
sus ramas arteriales hasta el sistema capilar, donde se forman las venas que
contienen sangre pobre en oxígeno. Estas desembocan en las dos venas cavas
(superior e inferior) que drenan en la aurícula derecha del corazón.
Circulación menor o circulación pulmonar o central
La sangre pobre en oxígeno parte desde el ventrículo
derecho del corazón por la arteria pulmonar que se bifurca en sendos troncos
para cada uno de ambos pulmones. En los capilares alveolares pulmonares la
sangre se oxigena a través de un proceso conocido como hematosis y se reconduce
por las cuatro venas pulmonares que drenan la sangre rica en oxígeno, en la
aurícula izquierda del corazón. La actividad del corazón es cíclica y continua.
El ciclo cardíaco es el conjunto de acontecimientos eléctricos,
hemodinámicas, mecanismos, acústicos y volumétricos que ocurren en las
aurículas, ventrículos y grandes vasos, durante las fases de actividad y de
reposo del corazón.
El ciclo cardíaco comprende el período entre el final de
una contracción, hasta el final de la siguiente contracción. Tiene como
finalidad producir una serie de cambios de presión para que la sangre circule
Principal importancia: pasa por las venas de nuestro
cuerpo.
Fases del ciclo cardiaco
1. Fase de llenado: tenemos válvulas sigmoideas aórtica y
pulmonar (cerradas), y válvulas auriculoventriculares denominadas tricúspide y
mitral (abiertas). Durante esta fase la sangre pasa desde la aurícula al
ventrículo, es el principio de la diástole (relajación de los ventrículos).
2. Fase de contracción isométrica ventricular: en esta
fase comienza la sístole (contracción ventricular) va a cerrar las válvulas
auriculoventriculares.
3. Fase de expulsión: es la sístole propiamente dicha, en
donde hay una contracción ventricular (cerrados) abriéndose las válvulas
sigmoideas, existe una salida de sangre a la aorta y a la pulmonar.
4. Fase de relajación ventricular: los ventrículos se
relajan, las válvulas sigmoideas se cierran y las válvulas
auriculoventriculares se abren. El ciclo completo dura unos 0,8 s(Reposo).
Las presiones intracardiacas
La presión intracardiaca o intravascular es la presión
hidrostática ejercida por la sangre contra la pared de las cavidades cardíacas
o de los vasos. En nuestro sistema cardiovascular las presiones son resultado
de varios factores, entre los que se incluyen: El flujo sanguíneo o débito, las
resistencias al flujo, la distensibilidad de los ventrículos y de los vasos, la
fuerza de contracción de los ventrículos, la capacitancia del sistema, y la
volemia.
En condiciones fisiológicas, los ventrículos generan una presión sistólica que expulsa la sangre hacia las grandes arterias, con una mínima resistencia intracardiaca a la expulsión. Este bolo (o volumen) de sangre entra al sistema vascular arterial produciendo un aumento de la presión, que dependerá del volumen expulsivo y de la distensibilidad y capacitancia de las arterias. Luego la sangre fluye hacia los distintos órganos por medio de arterias y arteríolas, que ofrecen una importante resistencia al flujo, determinando un descenso significativo de las presiones entre las arterias y los capilares. Finalmente la sangre atraviesa el sistema capilar y entra al sistema venoso, donde su presión está determinada fundamentalmente por la relación entre la volemia y la capacitancia del sistema.
A continuación presentamos el rango de valores normales
de las presiones de uso habitual, expresadas en mm de Hg:
Cavidad Presión sistólica/diastólica Presión media
Aurícula derecha (AD):
0 á 8
Ventrículo derecho (VD): 15 - 30 / 0 - 8
Arteria Pulmonar (AP): 15 - 30 / 4 - 12 10 á 22
Aurícula izquierda (AI):
1 á 10
Ventrículo izquierda (VI): 90 - 140 / 3 - 12
Aorta 90- 140 / 60 - 80 70 a 100
Cálculo del Gasto o Débito Cardíaco.
En un mismo individuo, el Gasto Cardíaco (= volumen de
eyección x frecuencia cardíaca) puede variar en forma muy importante,
dependiendo tanto de variables fisiológicas (ejercicio físico, emociones,
digestión, etc.) como patológicas (fiebre, hipotiroidismo, anemia, etc.) Las
enfermedades cardíacas normalmente sólo afectan el Gasto Cardiaco cuando se
acompañan de una Insuficiencia Cardiaca avanzada.
En condiciones fisiológicas, el gasto cardíaco guarda una
relación muy estrecha con la superficie corporal, por lo que habitualmente nos
referimos al Índice cardíaco, que equivale a :
Los valores normales de Índice Cardíaco fluctúan entre
2,6 y 3,4 L/min/m².
Existen muchas maneras de medir el gasto cardíaco. Las de
uso habitual se basan en el Principio de Fick o en las Curvas de Dilución.
https://kidshealth.org/es/parents/heart-esp.html
Principio de Fick
Establece que la diferencia de contenido de Oxígeno entre
la sangre arterial y la sangre venosa central es directamente proporcional al
consumo de Oxígeno e inversamente proporcional al gasto cardíaco (nota: el
principio de Fick es aplicable a cualquier órgano)
Para aplicar este método debemos, por lo tanto, conocer
el Consumo de Oxígeno y el contenido de Oxígeno de la sangre arterial y de la sangre
venosa mezclada.
El consumo de Oxígeno es un valor relativamente complejo
de medir, por lo que habitualmente se utilizan tablas por edad, sexo y
superficie corporal. Estos valores son adecuados para el cálculo del gasto en
condiciones basales, pero inapropiados cuando existen situaciones que afecten
significativamente la actividad metabólica (infecciones, ansiedad,
hipertiroidismo, shock, etc.).
El contenido de oxígeno de sangre venosa mezclada se debe
obtener de muestras de sangre de arteria pulmonar o aurícula derecha, para
asegurar una adecuada mezcla de la sangre venosa, debido a su diferente
saturación de O2 de ambas venas cavas. Este contenido se puede medir
directamente en mL/L o calcularlo sobre la base de la saturación de oxígeno en
sangre venosa mezclada y la a cantidad de hemoglobina de la sangre, teniendo
presente que cada gramo de hemoglobina oxigenada es capaz de trasportar 1,36 ml
de O2.
Métodos de dilución
La concentración que alcanza un determinado marcador en
el sistema circulatorio es directamente proporcional a la cantidad de marcador
inyectado e inversamente proporcional al flujo sanguíneo. El marcador más
utilizado en la actualidad es un bolo de suero frío, inyectado en el territorio
venoso central. La inyección produce un descenso en la temperatura de la sangre
que se puede medir mediante un termistor, incorporado en un catéter que se
ubica distal al sitio de inyección, habitualmente en el tronco de la arteria
pulmonar.
El registro de la temperatura nos mostrará una curva, en
donde el área de la curva es equivalente a la concentración alcanzada por el
marcador en un período determinado. El gasto cardiaco se obtiene relacionando
la cantidad de "frío" inyectado (volumen y temperatura del bolo) con
el área de la curva: entre mayor el descenso de temperatura, menor es el gasto
cardíaco y viceversa.
PRESIÓN
EN EL SISTEMA CIRCULATORIO. PRESIÓN SANGUÍNEA.
La presión sanguínea es la tensión ejercida por la
sangre circulante sobre las paredes de los vasos sanguíneos, y constituye uno
de los principales signos vitales. La presión de la sangre disminuye a medida
que la sangre se mueve a través de arterias, arteriolas, vasos capilares, y
venas; el término presión sanguínea generalmente se refiere a la presión
arterial, es decir, la presión en las arterias más grandes, las arterias que
forman los vasos sanguíneos que toman la sangre que sale desde el corazón. La
presión arterial es comúnmente medida por medio de un esfigmomanómetro, que usa
la altura de una columna de mercurio para reflejar la presión de circulación
(ver Medición no invasiva más abajo). Los valores de la presión sanguínea se
expresan en milímetros del mercurio (mmHg), a pesar de que muchos dispositivos
de presión vascular modernos ya no usan mercurio.
La presión arterial varía durante el ciclo cardíaco de
forma semejante a una función sinusoidal lo cual permite distinguir una presión
sistólica que es definida como el máximo de la curva de presión en las arterias
y que ocurre cerca del principio del ciclo cardíaco durante la sístole o
contracción ventricular; la presión arterial diastólica es el valor mínimo de
la curva de presión (en la fase de diástole o relajación ventricular del ciclo
cardíaco). La presión media a través del ciclo cardíaco se indica como presión
sanguínea media; la presión de pulso refleja la diferencia entre las presiones
máxima y mínima medidas.1
Los valores típicos para un ser humano adulto, sano,
en descanso, son aproximadamente 120 mmHg (16 kPa) para la sistólica y 80 mmHg
(11 kPa) para la diastólica (escrito como 120/80 mmHg, y expresado oralmente
como "ciento veinte sobre ochenta"). Estas medidas tienen grandes
variaciones de un individuo a otro. Estas medidas de presión sanguínea no son
estáticas, experimentan variaciones naturales entre un latido del corazón a
otro y a través del día (en un ritmo circadiano); también cambian en respuesta
al estrés, factores alimenticios, medicamentos, o enfermedades. La hipertensión
se refiere a la presión sanguínea que es anormalmente alta, al contrario de la
hipotensión, cuando la presión es anormalmente baja. Junto con la temperatura
del cuerpo, la presión sanguínea es el parámetro fisiológico más comúnmente
medido.
Aunque a la presión sanguínea se la confunde con la
presión arterial, se puede distinguir dos tipos de presión sanguínea:
· Presión
venosa
· Presión
arterial: Tiene dos componentes o medidas de presión arterial que son:
· Presión
sistólica o la alta.
· Presión
diastólica o la baja.
La presión arterial (presión sanguínea en las arterias)
puede registrarse fácilmente, sin esfuerzo y de manera indolora, lo que supone
una ventaja tanto para los pacientes como para los médicos. Además la medición
de la presión arterial tiene un coste mínimo.
Estos factores convierten los controles de la presión
en un método de reconocimiento disponible y aplicable en prácticamente
cualquier lugar. La presión sanguínea se mide en mmHg (milímetros de mercurio).
Los valores de presión arterial normales en los adultos se sitúan
aproximadamente en 120/80 mmHg, a partir de 140/90 mmHg se habla de
hipertensión arterial. La primera cifra se denomina “valor sistólico”; la
segunda es el “valor diastólico”.
Una red de nervios, hormonas y estructuras cerebrales
se encarga de regular la presión sanguínea. Es totalmente natural que fluctúe a
corto plazo, debido por ejemplo a esfuerzos físicos, excitación mental, consumo
de café u otros factores. Sin embargo, las oscilaciones continuadas de la
presión arterial, en especial la hipertensión constante, han de ser evaluadas
por el médico, puesto que pueden constituir un indicio de ciertas enfermedades
o derivar en patologías graves como el infarto cardiaco o el accidente
cerebrovascular.
La presión arterial media (MAP) es la presión promedio
medida sobre un ciclo cardíaco completo. No se trata de una media aritmética,
pues está relacionado con la capacidad de perfundir TODOS los tejidos del
cuerpo. La forma sencilla de calcularla es:
MAP = PAD + (PAS - PAD)/3
La definición real es "el valor que tras integrar
la curva de pulso deja la misma superficie encerrada por encima y por debajo de
ese valor de presión".
La fluctuación hacia arriba y hacia abajo de la
presión arterial resulta de la naturaleza pulsante del volumen cardiaco. La
presión de pulso es determinada por la interacción del volumen de stroke contra
la resistencia al flujo en el árbol arterial.
Las arterias más grandes, incluyendo las
suficientemente grandes para verse sin ampliación, son conductos de baja
resistencia con altos índices de flujos, que generan solamente pequeñas caídas
en la presión (asumiendo que no hay un cambio aterosclerótico avanzado). Por
ejemplo, con un sujeto en posición supina (acostado boca arriba), la sangre
típicamente experimenta solo una caída de 5 mmHg (0,67 kPa) en la presión
media, cuando viaja desde el corazón a los dedos del pie.
La fisiología moderna desarrolló el concepto de onda
vascular de presión (VPW). Esta onda es creada por el corazón durante la
sístole y se origina en la aorta ascendente, entonces viaja a través de las
paredes de los vasos a las arterias periféricas mucho más rápidamente que la
corriente sanguínea en sí misma. Allí, en las arterias periféricas, la onda de
presión puede ser palpada como el pulso periférico. A medida que la onda es
reflejada en las venas periféricas corre hacia atrás en una forma centrípeta.
Donde se cruzan las crestas de la onda original y la reflejada, la presión
dentro del vaso es más alta que la presión verdadera en la aorta. Este concepto
explica la razón por la cual la presión arterial dentro de las arterias
periféricas de las piernas y de los brazos es más alta que la presión arterial
en la aorta,2 3 4 y alternativamente las presiones más altas vistas en el
tobillo comparado al brazo con los valores normales del índice de presión
braquial del tobillo.
https://es.wikipedia.org/wiki/Presi%C3%B3n_sangu%C3%ADnea
FLUJO
ARTERIAL
La presión arterial es la fuerza que
permite el flujo de sangre desde la bomba cardiaca hasta los tejidos
periféricos a través del sistema circulatorio.
La relación entre el flujo medio, la
presión media y la resistencia en los vasos sanguíneos es análoga, en general,
a la relación entre corriente, la fuerza electromotriz y la resistencia en un
circuito eléctrico expresada por la ley de Ohm:
Corriente (I) = fuerza electromotriz
(E)/ resistencia (R)
Flujo
(F) = presión (P)/resistencia (R)
También se puede hablar de presión como
la relación entre fuerza por unidad de área:
P = F/A
La fuerza corresponde en este caso al
movimiento anterógrado de la sangre desde el corazón o gasto cardiaco. Por otro
lado, el área en el que se distribuye esa fuerza es el sistema arterial,
principalmente las arteriolas, que actúan como vasos de resistencia.
La presión arterial media depende
principalmente del gasto cardiaco y de la resistencia vascular sistémica, de
acuerdo a la relación entre flujo, presión y resistencia.
La presión arterial es máxima a nivel
del arco aórtico; la velocidad de la sangre va disminuyendo conforme alcanza
puntos más distales del árbol arterial, llegando a un flujo muy lento a nivel
de los capilares.
No debe confundirse la presión arterial con la tensión
arterial que es la presión que los vasos sanguíneosejercen sobre la
sangre circulante.
La presión arterial es la fuerza que
ejerce la sangre al circular por las arterias, mientras que tensión arterial es
la forma en que las arterias reaccionan a esta presión, lo cual logran gracias
a la elasticidad de sus paredes. Si bien ambos términos se suelen emplear como
sinónimos, es preferible emplear el de presión arterial. De hecho, su medida se
describe en unidades de presión (por ejemplo, mm de Hg).
Una presión arterial normal ronda entre
los 120/80 mm de Hg,1 mientras que para un atleta puede ser menor y
rondar entre 100/60 mm de Hg.
El flujo sanguíneo es la cantidad
de sangre que atraviesa la sección de un punto dado de
la circulación en un período determinado. Normalmente se expresa en
mililitros por minuto o litros por minuto.
Desde luego, la sangre fluye de las
áreas de mayor presión a las de menor presión, excepto en ciertos casos cuando
la inercia. La relación entre el flujo medio, la presión media y la resistencia
en los vasos sanguíneos es análoga, en general, a la relación entre corriente,
la fuerza electromotriz y la resistencia en un circuito eléctrico expresada por
la ley de Ohm:
Corriente (I) = fuerza electromotriz
(E)/ resistencia (R)
Flujo (F) = presión (P)/resistencia (R)
En cualquier porción del sistema
vascular, el flujo es igual a la presión de perfusión efectiva en esa porción,
dividida entre la resistencia. La presión de perfusión efectiva es la presión
intraluminal media en el extremo arterial menos la presión media en el extremo
venoso.
Valores normales en el humano
El flujo sanguíneo global de la
circulación de un adulto en reposo es de unos 5000 ml por min, cantidad que se
considera igual al gasto cardíaco porque es la cantidad que bombea
el corazón en la aorta en cada minuto.
Índice cardíaco
El gasto cardíaco depende de
la talla y peso del individuo y para tener valores
comparables entre distintos sujetos se utiliza el índice cardíaco que se
calcula dividiendo el gasto cardíaco por el área de superficie corporal.
El índice cardíaco en reposo es muy similar en el hombre y la mujer. El índice
cardíaco disminuye con la edad desde valores de 4,4 l min-1 m-3 en
los adolescentes, hasta 3.5 l min-1 m-2 en el
adulto a los 40 años y 2,4 l min-1 m-2 en los
octogenarios.
Medición
Históricamente la medida del flujo
sanguíneo no fue cosa fácil y esto explica que el flujo sanguíneo se utilice
menos que otros parámetros cardiovasculares, como la presión arterial, más
fáciles de medir. Clásicamente, el flujo se ha medido aplicando el principio
de Fick a la dilucción de un indicador químico o térmico.
Esta situación está cambiando con la introducción de los
medidores electromagnéticos y los de ultrasonidos mediante
efecto Doppler que permiten medir el flujo sin abrir el vaso
sanguíneo y con las técnicas de imagen con marcadores para
medir el flujo en un determinado territorio.
Función fisiológica
El flujo sanguíneo es el parámetro más
relevante de la función cardiovascular ya que ésta consiste,
esencialmente, en aportar un flujo de sangre a los tejidos que permita:
- El transporte de los nutrientes y la
recogida de los productos del metabolismo celular
- El transporte de los compuestos químicos que
actúan como mensajeros y elementos de control del organismo a
sus lugares de actuación.
- El transporte y distribución
del calor que participa en los mecanismos de control de
la temperatura corporal.
- El transporte de elementos celulares generalmente
relacionados con las funciones inmunológicas
MECÁNICA CIRCULATORIA. SÍSTOLE, DIÁSTOLE Y PULSO.
Sístole
La contracción de las aurículas hace pasar la sangre a
los ventrículos a través de las válvulas auriculo-ventriculares. Mediante la
sístole ventricular aumenta la presión interventricular lo que causa la
coaptación de las válvulas auriculo-ventriculares e impiden que la sangre se
devuelva a las aurículas y que, por lo tanto, salga por las arterias, ya sea a
los pulmones o al resto del cuerpo. Después de la contracción el tejido
muscular cardíaco se relaja y se da paso a la diástole, auricular y
ventricular.
La sístole es la contracción del tejido muscular
cardiaco auricular.
Esta contracción produce un aumento de la presión en
la cavidad cardiaca auricular, con la consiguiente eyección del volumen
sanguíneo contenido en ella.
La diástole es el período en el que el corazón se
relaja después de una contracción, llamado período de sístole, en preparación
para el llenado con sangre circulatoria. En la diástole ventricular los
ventrículos se relajan, y en la diástole auricular las aurículas están
relajadas.
Juntas se las conoce como la diástole cardíaca y
constituyen, aproximadamente, la mitad de la duración del ciclo cardíaco, es
decir, unos 0,5 segundos.
Durante la diástole las aurículas se llenan de sangre
por el retorno venoso desde los tejidos por la vía de la vena cava superior e
inferior y se produce un aumento progresivo de la presión intra-auricular hasta
superar la presión intra-ventricular.
Durante la diástole ventricular, la presión de los
ventrículos cae por debajo del inicio al que llegó durante la sístole.
Cuando la presión en el ventrículo izquierdo cae por
debajo de la presión de la aurícula izquierda, la válvula mitral se abre, y el
ventrículo izquierdo se llena con sangre que se había estado acumulando en la
aurícula izquierda.
Un 70% del llenado de los ventrículos ocurre sin
necesidad de sístole auricular. Igualmente, cuando la presión del ventrículo
derecho cae por debajo del de la aurícula derecha, la válvula tricúspide se
abre, y el ventrículo derecho se llena de la sangre que se acumulaba en la aurícula
derecha.
PULSO
En medicina, el pulso de una persona es la pulsación
provocada por la expansión de sus arterias como consecuencia de la circulación
de sangre bombeada por el corazón. Se obtiene por lo general en partes del
cuerpo donde las arterias se encuentran más próximas a la piel, como en las
muñecas o el cuello e incluso en la sien.
Medición del pulso
El pulso se mide manualmente con los dedos índice y
medio; el pulso no se debe tomar con el dedo pulgar, ya que éste tiene pulso
propio que puede interferir con la detección del pulso del paciente. Cuando se
palpa la arteria carótida, la femoral o la braquial se tiene que ser muy
cuidadoso, ya que no hay una superficie sólida como tal para poder detectarlo.
La técnica consiste en situar los dedos cerca de una arteria y presionar
suavemente contra una estructura interna firme, normalmente un hueso, para
poder sentir el pulso.
Puntos de pulso comunes
· Pulso
radial, situado en la cara anterior y lateral de las muñecas, entre el tendón
del músculo flexor radial del carpo y la apófisis estiloide del radio. (arteria
radial).
· Pulso
ulnar, en el lado de la muñeca más cercano al meñique (arteria ulnar).
· Pulso
carotídeo, en el cuello (arteria carótida). La carótida debe palparse suavemente,
ya que estimula sus baroreceptores con una palpación vigorosa puede provocar
bradicardia severa o incluso detener el corazón en algunas personas sensibles.
· Además,
las dos arterias carótidas de una persona no deben palparse simultáneamente,
para evitar el riesgo de síncope o isquemia cerebral.
· Pulso
braquial, entre el bíceps y el tríceps, en el lado medial de la cavidad del
codo, usado frecuentemente en lugar del pulso carotídeo en infantes (arteria
braquial).
· Pulso
femoral, en el muslo (arteria femoral).
· Pulso
poplíteo, bajo la rodilla en la fosa poplítea.
· Pulso
dorsal del pie o pedio, en el empeine del pie (arteria dorsal del pie).
· Pulso
tibial posterior, detrás del tobillo bajo el maléolo medial (arteria tibial
posterior).
· Pulso
temporal, situado sobre la sien directamente frente a la oreja.
· Pulso
facial, situado en el borde inferior de la porción ascendente del maxilar
inferior o mandíbula. (Arteria facial).
La facilidad para palpar el pulso viene determinada
por la presión sanguínea del paciente. Si su presión sistólica está por debajo
de 90 mmHg el pulso radial no será palpable. Por debajo de 80 mmHg no lo será
el braquial.
Por debajo de 60 mmHg el pulso carótido no será
palpable. Dado que la presión sistólica raramente cae tan bajo, la falta de
pulso carótido suele indicar la muerte. Sin embargo, se conoce de casos de
pacientes con ciertas heridas, enfermedades u otros problemas médicos que
estaban conscientes y carecían de pulso palpable.
LEYES DE
LA VELOCIDAD Y DE LA PRESIÓN.
LEYES DE LA CIRCULACION SANGUINEA
A) LEY DE LA VELOCIDAD. A medida que las arterias se alejan y se van
dividiendo, aumenta la superficie de sección del sistema vascular. En otras
palabras, al dividirse una arteria en dos ramas, la suma de la superficie de
sección de éstas es mayor que la superficie de sección de la arteria
madre. De este modo, a medida que se aleja la sangre del corazón, va ocupando
un lecho cada vez mayor, y tiene su amplitud máxima al nivel de los capilares.
Podría representarse al sistema vascular por dos conos truncados que se miran
por la base. Es fácil darse cuenta que, como en los ríos, la velocidad de la
corriente será menor cuanto mayor sea la amplitud del lecho vascular. De allí
que la velocidad de la sangre disminuye a medida que se aleja del corazón,
llega a un mínimo en los capilares y aumenta otra vez progresivamente en las
venas.
B) LEY DE LA. PRESION. La sangre circula en el sistema vascular debido a
diferencias de presión. La periódica descarga de sangre por parte del corazón y
la resistencia opuesta al curso de la sangre por el pequeño calibre de las
arteriolas, crean en el sistema vascular una presión que es máxima en la aorta,
cae bruscamente al nivel de las arteriolas y capilares y sigue, luego, cayendo
paulatinamente al nivel de las venas para ser mínima al nivel de las aurículas.
C) LEY DEL CAUDAL. La cantidad de sangre que sale del corazón por la
aorta o la arteria pulmonar en un minuto, es igual a la que le llega por las
venas cavas y pulmonares en el mismo espacio de tiempo, y es igual también a la
que pasa en la unidad de tiempo por cualquier sección completa del sistema
circulatorio (conjunto de capilares pulmonares, conjunto de capilares del circuito
aórtico)
VOLUMEN
MINUTO CIRCULATORIO Y CIRCULACIÓN SISTÉMICA
El volumen de agua del intravascular se podía calcular como el 5 % del
peso corporal y para un hombre de 70 kg, como unos 3,5 L de agua intravascular.
El volumen total ocupado por la sangre recibe el nombre de volemia y es el
volumen de agua y el volumen ocupado por los sólidos del plasma y los sólidos
de las células sanguíneas. La volemia es de unos 70 a 80 mL de sangre por
kilogramo de peso corporal y, para el sujeto de 70 kg, unos 4900 a 5600
mililitros de sangre. Un valor fácil de recordar, y que usaremos de aquí en
adelante, es el de 5000 mL (5 L) para un adulto sano.
Si pudiéramos detener bruscamente la circulación y medir el volumen de
sangre en las distintas partes del cuerpo y en los distintos segmentos del
árbol arterial, veríamos que estos 5 litros de sangre no están homogéneamente
distribuidos. Hay más sangre por debajo del diafragma que por arriba de él y
esta diferencia aumenta notablemente cuando el sujeto se pone de pie. También hay
más sangre en las venas, en especial en las de pequeño calibre, que en el
sector arterial y muchísimo más que en los capilares. Esto nos da una idea de
la capacidad y distensibilidad de las venas.
Volumen minuto o gasto cardiaco
El corazón, actuando como una bomba mecánica, impulsa la sangre por la
aorta. El volumen de sangre que pasa en un minuto por la aorta es un flujo o
caudal (Q)y como tal, se podrí medir en cualquiera de las unidades siguientes:
VOLUMEN / TIEMPO = V/T
Aunque es habitual hablar gasto cardiaco en litros por minuto. 5 L/min
para el gasto cardíaco es también una cifra fácil de recordar, pero que sólo
debe usarse como válida para un sujeto adulto en reposo ya que durante un ejercicio
intenso puede aumentar hasta cinco veces su valor basal.
La aorta no es el único sitio donde se puede medir el gasto cardíaco. Si
pasan 5 L/min por la aorta, ese será el caudal de la vena cava inferior y la
vena cava superior sumados. Ese será
también el caudal de la arteria pulmonar y el caudal de todas las venas
pulmonares. Obviamente, si del ventrículo izquierdo salen 5 L/min, por todos
los capilares pasan 5 L/min. Lo que sí no hay duda es que es más sencillo medir
el flujo en la aorta que, al mismo tiempo, en todos los capilares y es por eso
que, cuando se habla de gasto cardíaco se refiere, por lo general, a una medida
hecha a la salida del ventrículo izquierdo.
El volumen de agua del intravascular se podía calcular como el 5 % del
peso corporal y para un hombre de 70 kg, como unos 3,5 L de agua intravascular.
El volumen total ocupado por la sangre recibe el nombre de volemia y es el
volumen de agua y el volumen ocupado por los sólidos del plasma y los sólidos
de las células sanguíneas. La volemia es de unos 70 a 80 mL de sangre por
kilogramo de peso corporal y, para el sujeto de 70 kg, unos 4900 a 5600
mililitros de sangre. Un valor fácil de recordar, y que usaremos de aquí en
adelante, es el de 5000 mL (5 L) para un adulto sano.
Si pudiéramos detener bruscamente la circulación y medir el volumen de
sangre en las distintas partes del cuerpo y en los distintos segmentos del
árbol arterial, veríamos que estos 5 litros de sangre no están homogéneamente
distribuidos. Hay más sangre por debajo del diafragma que por arriba de él y
esta diferencia aumenta notablemente cuando el sujeto se pone de pie. También
hay más sangre en las venas, en especial en las de pequeño calibre, que en el
sector arterial y muchísimo más que en los capilares. Esto nos da una idea de
la capacidad y distensibilidad de las venas.
Circulación
sanguínea en el feto y en el recién nacido
¿Cómo funciona el sistema circulatorio
fetal?
Durante el embarazo, el sistema circulatorio fetal no
funciona como lo hace después del nacimiento:
·
El feto
se encuentra conectado por el cordón umbilical a la placenta, órgano que se
desarrolla e implanta en el útero de la madre durante el embarazo.
·
A través
de los vasos sanguíneos del cordón umbilical, el feto recibe de la madre la
nutrición, el oxígeno y las funciones vitales indispensables para su desarrollo
mediante la placenta.
·
Los
productos de desecho y el dióxido de carbono del feto se envían al sistema
circulatorio de la madre a través del cordón umbilical y la placenta para su
eliminación.
El sistema circulatorio fetal utiliza dos derivaciones de
derecha a izquierda, que son pequeños pasajes que dirigen la sangre que
necesita oxigenarse. El propósito de estas derivaciones es circunvalar ciertas
partes del cuerpo, particularmente, los pulmones y el hígado, que no están
completamente desarrolladas cuando el feto todavía se encuentra en el útero.
Las derivaciones que circunvalan los pulmones se denominan el foramen oval, que
transporta la sangre desde la aurícula derecha del corazón hasta la aurícula izquierda,
y el ductus arteriosus, que transporta la sangre desde las arterias pulmonares
hasta la aorta.
El oxígeno y los nutrientes de la sangre de la madre se
transfieren al feto mediante la placenta. La sangre enriquecida fluye a través
del cordón umbilical hasta el hígado y se divide en tres direcciones. Luego, la
sangre llega a la vena cava inferior, una vena principal conectada al corazón.
La mayor parte de la sangre pasa por el ductus venosus, otra derivación que
transporta la sangre altamente oxigenada a través del hígado hasta la vena cava
inferior y luego hacia la aurícula derecha del corazón. Una cantidad pequeña de
esta sangre va directo al hígado para brindarle el oxígeno y los nutrientes que
necesita.
Los desechos de la sangre fetal se transfieren nuevamente
a la sangre de la madre mediante la placenta.
Dentro del corazón fetal:
La sangre ingresa a la aurícula derecha, la cavidad
superior derecha del corazón. Cuando la sangre ingresa a la aurícula derecha,
la mayor parte fluye a través del foramen oval hasta la aurícula izquierda.
·
Luego, la
sangre pasa al ventrículo izquierdo (cavidad inferior del corazón) y a la aorta
(la arteria grande que viene del corazón).
·
Desde
la aorta, la sangre se envía al músculo cardíaco y al cerebro. Luego de
circular allí, regresa a la aurícula derecha del corazón a través de la vena
cava superior. Aproximadamente dos tercios de la sangre pasa por el foramen
oval como se describió anteriormente, pero el tercio restante ingresa por el
ventrículo derecho, hacia los pulmones.
·
En el
feto, la placenta desempeña la función de la respiración, en lugar de los
pulmones. Como resultado, solo una pequeña cantidad de la sangre continúa hasta
los pulmones. La mayor parte de esta sangre circunvala o desvía los pulmones a
través del ductus arteriosus hasta la aorta. La mayor parte de la circulación
hacia la parte inferior del cuerpo es suministrada por la sangre que pasa por
el ductus arteriosus.
·
Luego,
esta sangre ingresa a las arterias umbilicales y fluye dentro de la placenta.
En la placenta, el dióxido de carbono y los desechos se liberan dentro del
sistema circulatorio de la madre, y el oxígeno y los nutrientes de la sangre de
la madre se liberan dentro de la sangre del feto.
Al nacer, el cordón umbilical se corta y el bebé deja de
recibir oxígeno y nutrientes de la madre. Los pulmones comienzan a expandirse
con las primeras respiraciones. A medida que se expanden los pulmones, el
fluido de los alvéolos pulmonares desaparece. Un aumento en la presión
sanguínea del bebé y una reducción importante en la presión pulmonar reduce la
necesidad de que el ductus arteriosus derive la sangre. Estos cambios permiten
que la derivación se cierre. Estos cambios aumentan la presión en la aurícula
izquierda del corazón, lo cual minimiza la presión en la aurícula derecha. El
cambio de presión permite que el foramen oval se cierre.
El cierre del ductus arteriosus y el foramen oval
completan la transición de la circulación fetal a la circulación del recién
nacido.
Circulación pulmonar
La circulación pulmonar o menor es
la parte del sistema
circulatorio que transporta la sangre desoxigenada desde el corazón hasta los pulmones, para luego
regresar oxigenada de vuelta al corazón. El término contrasta con la
circulación sistémica que impulsa la sangre hacia el resto de los tejidos del cuerpo, excluyendo
los pulmones. La función de la circulación pulmonar es asegurar la oxigenación
sanguínea por la hematosis pulmonar.
Circulación pulmonar
En la circulación pulmonar, la
sangre de procedencia venosa, con baja oxigenación, sale del ventrículo
derecho del corazón por la arteria pulmonar, entra a los pulmones y regresa
al corazón con sangre arterial y oxigenada, a través de las venas pulmonares.
Corazón
Es un órgano musculoso hueco de
cuatro cavidades se encuentra situado debajo del esternón entre los pulmones
,tiene un tamaño de un puño, pesa alrededor de 375 gramos en los hombres y en
las mujeres unos 350 gramos y tiene forma de saco de carne
Arterias
Desde el ventrículo derecho, la
sangre pasa por la válvula
semilunar hasta la arteria pulmonar. Por cada pulmón, cual la
sangre viaja hacia los pulmones. A pesar de llevar sangre desoxigenada, y por
lo tanto, sangre venosa, por razón de que son vasos sanguíneos que parten del
corazón, por definición son llamadas arterias y no venas pulmonares. Son las
que tienen las paredes más gruesas
Pulmones
Las arterias pulmonares llevan la
sangre hasta los vasos sanguíneos más pequeños, lugar donde la hemoglobina de las células o glóbulos
rojos libera dióxido de carbono y recoge oxígeno como parte del intercambio
gaseoso de la respiración.
Venas
La sangre ahora oxigenada sale de
los pulmones por las venas pulmonares(dos por cada pulmón) que regresan la
sangre al corazón, a través de la aurícula izquierda, completando así el ciclo
pulmonar. Esta sangre ahora oxigenada es bombeada desde la aurícula izquierda,
pasando por la válvula mitral, al ventrículo izquierdo desde donde se impulsa
hacia todo el cuerpo en lo que viene a llamarse circulación mayor o
sistémica.Luego de oxigenar todos los órganos y tejidos,regresa a la aurícula
derecha del corazón a través de las venas Cavas inferior y superior, comenzando
la circulación pulmonar o circulación menor nuevamente.
Fisiología
La sangre desoxigenada proveniente de
los tejidos sale del corazón
derecho por la arteria pulmonar, la cual lleva la sangre a
los pulmones, donde los glóbulos rojos liberan dióxido
de carbono en intercambio por oxígeno durante la respiración. La sangre así oxigenada
sale de los pulmones por las venas pulmonares, las cuales regresan la
sangre al corazón izquierdo, completando el ciclo. La sangre es luego
distribuida por todo el cuerpo a través de la circulación sistémica antes de
regresar de nuevo a la circulación pulmonar.
https://www.stanfordchildrens.org/es/topic/default?id=blood-circulation-in-the-fetus-and-newborn-90-P05471
https://www.stanfordchildrens.org/es/topic/default?id=blood-circulation-in-the-fetus-and-newborn-90-P05471
Corazón
artificial
El corazón artificial total
temporario, modelo SynCardia de la empresa CardioWest.
Corazón artificial, expuesto en el
Museo de Ciencia de Londres.
Un corazón artificial es una prótesis que se implanta en el cuerpo para reemplazar al corazón biológico. Es distinto de una máquina de bypass cardiopulmonar (CPB), que es un dispositivo externo utilizado para proveer las funciones del corazón y los pulmones. El CPB oxigena la sangre, y por lo tanto no es preciso se encuentre conectado a ambos circuitos sanguíneos. Además, un CPB es adecuado para ser utilizado solo durante algunas pocas horas, mientras que se han utilizado corazones artificiales por períodos que exceden un año de uso (información válida al año 2007).
Un corazón artificial es una prótesis que se implanta en el cuerpo para reemplazar al corazón biológico. Es distinto de una máquina de bypass cardiopulmonar (CPB), que es un dispositivo externo utilizado para proveer las funciones del corazón y los pulmones. El CPB oxigena la sangre, y por lo tanto no es preciso se encuentre conectado a ambos circuitos sanguíneos. Además, un CPB es adecuado para ser utilizado solo durante algunas pocas horas, mientras que se han utilizado corazones artificiales por períodos que exceden un año de uso (información válida al año 2007).
El APARATO RESPIRATORIO Y LA
RESPIRACIÓN
El aparato respiratorio humano. Es
el aparato encargado de captar el oxígeno (O2) del aire y de desprender el
dióxido de carbono (CO2) que se produce durante la respiración mitocondrial.
Partes del aparato respiratorio. El
aparato respiratorio humano está constituido por las fosas nasales, la faringe,
la laringe la tráquea, los dos bronquios y los dos pulmones. El pulmón derecho
tiene tres lóbulos y el izquierdo dos. Cada lóbulo pulmonar presenta centenares
de lóbulos secundarios o lobulillos.
Los bronquios al entrar en los
pulmones se ramifican apareciendo los bronquiolos, que se vuelven a ramificar
entrando cada uno en un lobulillo, dónde al ramificarse de nuevo forman los
capilares bronquiales que acaban en los sáculos pulmonares, las paredes de los
cuales presentan expansiones globoses llamadas alvéolos pulmonares.
La mayor parte de la superficie
interna de las vías respiratorias presenta células productoras de mucosidad
(moco). Se trata de una sustancia muy viscosa dónde quedan adheridas las
partículas que lleva el aire y que presenta sustancias antibacterianas y
antivíricas. Además, las fosas nasales, la tráquea, los bronquios y los
bronquiolos presentan internamente células ciliadas que mueven dicha mucosidad
hacia la faringe, de dónde por deglución pasa al esófago.
Anatomía del aparato respiratorio
humano.
1. Orificios nasales. Son dos
orificios que comunican el exterior con las ventanas nasales, en el interior de
las cuales hay unos pelos que filtran el aire y unas glándulas secretoras de
moco que retienen el polvo y humedecen el aire.
2. Fosas nasales. Son dos amplias
cavidades situadas sobre la cavidad bucal. En su interior presentan unos
repliegues denominados cornetes, que frenan el paso del aire, favoreciendo así
su humidificación y calentamiento.
3. Faringe. Es un conducto de unos
14cm que permite la comunicación entre las fosas nasales, la cavidad bucal, el
oído medio (a través de las trompas de Eustaquio), la laringe y el esófago.
4. Boca. Permite la entrada de aire
pero sin el filtrado de polvo y la humidificación que proporcionan las fosas
nasales.
5. Lengua. Este órgano presiona el
alimento contra el paladar para introducir los alimentos.
6. Epiglotis. Es una lengüeta que
cuando es empujada por un bolo alimenticio se abate sobre la glotis cerrando el
acceso e impidiendo así que el alimento se introduzca dentro de la tráquea.
7. Laringe. Es un corto conducto de
unos 4cm de longitud que contiene las cuerdas vocales.
8. Cuerdas vocales. Son dos
repliegues musculares y fibrosos que hay en el interior de la laringe. El
espacio que hay entre ellas se denomina glotis y da paso a la tráquea.
Constituyen el órgano fonador de los humanos.
9 . Cartílago tiroides. Es el primer
cartílago de la tráquea. Está más desarrollado en los hombres. En estos provoca
una prominencia en el cuello denominada la nuez de Adán y una voz más grave.
10. Esófago. Es un conducto del
aparato digestivo que se encuentra detrás de la tráquea .
11. Tráquea. Conducto de unos 12cm
de longitud y 2cm de diámetro, constituido por una serie de cartílagos
semianulares cuyos extremos posteriores están unidos por fibras musculares.
Esto evita los roces con el esófago, cuando por este pasan los alimentos.
12. Pulmones. Son dos masas
globosas. El pulmón derecho tiene tres lóbulos y el izquierdo sólo dos.
13. Arteria pulmonar. Contiene
sangre pobre en oxígeno y rica en dióxido de carbono, que se mueve desde el
corazón hacia los pulmones.
14. Vena pulmonar. Contiene sangre
rica en oxígeno y pobre en dióxido de carbono que se mueve desde los pulmones
hacia el corazón.
15. Músculos intercostales externos.
Son los que levantan las costillas para aumentar el volumen de la cavidad
torácica y así producir la inspiración.
16. Costillas
17. Pleuras. Son dos membranas que
rodean los pulmones. El espacio que hay entre ellas está lleno del denominado
líquido pleural. Su finalidad es evitar el roce entre los pulmones y las
costillas.
18. Cavidad torácica. Es la cavidad
formada por las costillas y el esternón, dónde se alojan los pulmones.
19. Bronquios. Son los dos conductos
en los que se bifurca la tráquea.
20. Bronquiolos. Son las
ramificaciones de los bronquios. Las últimas ramificaciones originan los
denominados capilares bronquiales que finalizan en los sáculos pulmonares, que
son cavidades con numerosas expansiones globosas denominadas alvéolos
pulmonares.
Considerando los dos pulmones hay
unos 500 millones de alvéolos pulmonares.
21. Cavidad cardíaca. Es una
concavidad en el pulmón izquierdo en la que se aloja el corazón.
22. Diafragma. Se trata de una
membrana musculosa que durante la inspiración desciende permitiendo la
dilatación pulmonar y durante la espiración asciende favoreciendo el vaciado de
los pulmones.
La respiración externa o
"ventilación" en los humanos. La respiración externa o ventilación
comprende las tres siguientes etapas:
1 . Inspiración. En ella los
músculos intercostales externos se contraen y suben las costillas y el
esternón, y el diafragma desciende. Todo ello aumenta la capacidad de la caja
torácica, provocando que los pulmones se dilaten y entre aire rico en O2.
2 . Intercambio de gases. En ella el
aire rico en O2 llega hasta los alvéolos pulmonares, las paredes de los cuales
son tan finas que permiten el intercambio gaseoso. Como están recubiertos de
finos capilares sanguíneos que contienen sangre cargada de CO2 y pobre en O2,
el CO2 pasa al interior de los alvéolos y el O2 pasa a la sangre que hay en los
capilares sanguíneos.
3 . Espiración. En ella los músculos
intercostales externos se relajan y bajan las costillas y el esternón y el
diafragma asciende. Todo ello disminuye la capacidad de la caja torácica,
provocando que los pulmones se contraigan y, por lo tanto, que salga aire rico
en CO2.
Las características del intercambio
gaseoso que se produce en los alvéolos pulmonares son:
1) La sangre procedente del corazón,
que llega a los capilares sanguíneos que recubren los alvéolos pulmonares, está
cargada de dióxido de carbono y contiene muy poca cantidad de oxígeno.
2) A los alvéolos pulmonares llega
aire procedente del exterior que es rico en oxígeno. También llega dióxido de
carbono procedente de los capilares sanguíneos. El resultado es una mezcla de
gases en que predomina el oxígeno.
3) La distancia que hay entre los
gases contenidos en el interior de los alvéolos pulmonares y los gases
contenidos en el interior de los capilares sanguíneos es muy pequeña, sólo 0,6
micras (0,6µ) y las paredes que los separan son permeables a ellos. Debido a
todo ello los gases pueden pasar de unos a los otros. El resultado es que ambas
mezclas de gases acaban teniendo una composición muy parecida.
4) La sangre que sale de los
capilares sanguíneos que recubren los alvéolos pulmonares hacia el corazón es
rica en oxígeno y muy pobre en dióxido de carbono.
LA
CAPACIDAD PULMONAR
Volumen corriente (VC). Es el
volumen de aire que normalmente entra en una inspiración o sale en una
espiración. En los hombres es de 0,5 litros.
Volumen de la reserva inspiratoria
(VRI). Es el volumen de aire que entra de más en una inspiración forzada. En
los hombres es de 3 litros.
Volumen de la reserva espiratoria
(VRE). Es el volumen de aire que sale de más en una espiración forzada. En los
hombres es de 1 litro.
Capacidad vital (CV). Es el volumen
de aire que se puede espirar tras una inspiración forzada. Equivale a la suma
de los tres anteriores volúmenes (VC + VRI + VRE = CV). En los hombres es de
4,5 litros.
Volumen residual (VR). Es el volumen
de aire que siempre queda en el interior de los pulmones. En los hombres es de
1,5 litros.
Capacidad pulmonar total (CPT). Es
la máxima cantidad de aire que pueden acoger los pulmones. En el hombre son 6
litros.
7 . Las principales enfermedades del
aparato respiratorio. Las principales son:
Insuficiencia respiratoria.
Disminución de la capacidad pulmonar para intercambiar gases. Puede ser causada
por los depósitos de alquitrán del tabaco sobre la superficie respiratoria, por
asma, por infecciones, etc.
Asma bronquial. Contracción
repentina de los músculos bronquiales generalmente debida a una reacción
alérgica. Provoca una sensación de ahogo muy desagradable.
Edema pulmonar. Infiltración de
líquido (líquido seroso) que invade el interior de los pulmones provocando
insuficiencia respiratoria.
Infarto de pulmón. Dolor muy fuerte
en el pecho provocado por una embolia pulmonar, es decir por un coágulo que
obstruye un vaso que aporta sangre a los tejidos pulmonares.
Enfermedades infecciosas.
Víricas. Las principales son el resfriado
y la gripe.
Bacterianas. Según el tramo afectado
se diferencian las siguientes enfermedades: sinusitis, amigdalitis, faringitis,
laringitis, bronquitis, pleuritis (pleuras), pulmonía o neumonía Además hace
falta citar la tuberculosis (infección producida por el bacilo de Koch que da
lugar a la formación de cavernas en los pulmones) y la tos ferina (tos
convulsiva que afecta a lactantes y niños pequeños).
MECANISMO QUE LLEVAN Y SE OPONEN AL
COLAPSO PULMONAR.
Los factores que se oponen al colapso pulmonar son:
- La sustancia tensionactiva o surfactante
-La presión negativa intrapleural
-La elasticidad de las estructuras toracopulmonares y la tensión superficial de
los líquidos que revisten la superficie alveolar.
Para lograr expandir los pulmones venciendo la
elasticidad del tórax y los pulmones, los músculos inspiratorios deben ejercer
una fuerza determinada lo que nos lleva al concepto del trabajo respiratorio.
TRABAJO RESPIRATORIO
o trabajo (w) = fuerza (F) x desplazamiento
De sus estudios de física deben recordar que trabajo es
igual a fuerza por desplazamiento. Para hacer que penetre el aire en los
pulmones es necesario expandir el tórax o sea desplazar las estructuras tóracopulmonares
una fuerza, por tanto se realiza un trabajo, denominado trabajo para respirar o
trabajo respiratorio
el trabajo respiratorio tiene tres fracciones:
• El trabajo de
distensibilidad o trabajo elástico, que es el realizado para expandir los pulmones
venciendo las fuerzas elásticas de los mismos y del tórax.
• El trabajo de
resistencia tisular, que es el necesario para vencer la viscosidad de los
pulmones y las estructuras de la pared torácica.
• El trabajo de
resistencia de la vía aérea, que es el que se debe realizar para vencer la
resistencia que ofrecen las vías aéreas al paso del aire.
Mecánica respiratoria
Los pulmones están situados en un compartimiento cerrado
que es la cavidad torácica o tórax. La caja torácica está formada por las
costillas, la columna vertebral torácica situada posteriormente y en el plano
anterior por el esternón. La parte superior está cerrada por músculos y tejido
conectivo y la parte inferior por el diafragma. En la línea media y separados a
través de membranas se encuentra el corazón, los grandes vasos y el esófago,
manteniéndose separados los dos pulmones.
Ciclo respiratorio
El proceso respiratorio pulmonar se desarrolla de manera
secuencial y cíclica, mediante el llenado de aire o inspiración y
su vaciado o espiración. En cada ciclo respiratorio normal o
basal se distinguen, por lo tanto, dos fases debidas a la expansión y
retracción de la caja torácica mediante contracción muscular. El desplazamiento
de la pared torácica arrastra los pulmones, de tal forma, que al aumentar o
disminuir el volumen de la cavidad torácica se producirá un cambio en el mismo
sentido en el volumen pulmonar.
En un ciclo respiratorio basal (en reposo o eupneico) las
dos fases de que consta son:
· a) Inspiración. Fase activa
muscular en la que se produce la entrada de aire desde el medio ambiente
externo hasta el interior pulmonar.
· b) Espiración. Fase pasiva,
sin actividad muscular, en la que el aire sale de la cavidad pulmonar al medio
ambiente externo.
La frecuencia respiratoria es de 12-16 ciclos por minuto.
Si se considera un valor medio de 15 ciclos/minuto, cada ciclo tendría una
duración de unos 4 segundos. Este tiempo no se distribuye equitativamente entre
las dos fases (1,5 seg. inspiración - 2,5 seg. espiración), la espiración en un
ciclo en reposo dura más que la inspiración.
2.1.1 Musculatura respiratoria
Las dimensiones de la caja torácica se modifican por
acción de la musculatura respiratoria. En la respiración basal o reposo
participan los siguientes músculos:
· a) Inspiración. El principal músculo es el
diafragma cuya contracción es responsable del 75-80% del movimiento
inspiratorio. El diafragma al contraerse da lugar a una depresión o descenso
del suelo de la caja torácica aumentando el eje longitudinal de la misma y su
volumen. Los músculos intercostales externos, situados diagonalmente entre
las costillas, elevan la parrilla costal al contraerse e incrementan el volumen
de la caja torácica en sentido antero-posterior y transversal. Aunque se les
atribuía un papel importante en la inspiración basal, se ha observado que su
papel es más de soporte de la pared costal y de participación en respiraciones
forzadas.
· b) Espiración. En
condiciones de reposo, la espiración es un proceso pasivo que se lleva a cabo
solamente por relajación de la musculatura inspiratoria y la recuperación
elástica de los pulmones previamente distendidos en la inspiración. Sólo en los
recién nacidos los músculos abdominales participan en la espiración basal.
En la respiración forzada participan otros grupos
musculares denominados músculos accesorios de la respiración:
· a) Músculos accesorios de la
inspiración:
• Escalenos.
• Esternocleidomastoideo.
• Extensores de la
columna vertebral.
• Pectorales.
• Serratos
mayores.
· b) Músculos accesorios de la
espiración:
• Músculos de la
pared abdominal.
• Intercostales
internos.
Movimientos respiratorios
A diferencia del aparato circulatorio en el que el movimiento
del fluido se realizaba mediante la acción de una bomba situada en serie con el
circuito, en el sistema respiratorio la entrada y salida de aire se produce por
la acción de una bomba situada en el exterior del sistema. El aire se mueve por
gradiente de presión. Si la presión externa es superior a la interna o
pulmonar, se produce la entrada de aire; si la presión externa es inferior a la
interna se produce la salida de aire. En condiciones normales la presión
externa o medioambiental se mantiene constante alrededor de 760 mm Hg que se
considera el nivel de referencia o presión 0. Este hecho significa que, para
llevar a cabo los flujos, la presión que debe modificarse es la presión
interna, que ha de disminuir o aumentar para lograr el flujo aéreo en un
sentido y otro. Si se considera el nivel de referencia 0, la creación de una
presión negativa dará lugar a la aspiración o entrada de aire como un mecanismo
de succión. La creación de una presión positiva producirá el empuje hacia fuera
del aire o espiración.
Estructura del aparato respiratorio
El aparato respiratorio no es una estructura rígida, sino
que presenta una capacidad de deformación y recuperación muy apropiada para el
desarrollo de sus funciones. Las propiedades elásticas de pulmón y caja
torácica pueden ser analizadas mediante la observación de las presiones
manejadas por el sistema y los volúmenes pulmonares.
Pulmón
La estructura de los tejidos que forman el pulmón son
responsables de su comportamiento elástico. En el tejido conectivo intersticial
de paredes alveolares, bronquiolos y capilares se encuentran fibras de elastina
y colágeno, las primeras son capaces de duplicar su longitud mientras que las
del colágeno limitan el estiramiento. En esta capacidad no sólo es importante
la densidad de fibras, sino también su disposición geométrica, ya que forman
una red, como una malla de nylon, que le permite distenderse en todas
direcciones. Un segundo factor de gran importancia en la elasticidad pulmonar
es la interfase aire-agua alveolar.
La facilidad con que un órgano puede ser deformado recibe
el nombre de distensibilidad o complianza (del inglés "compliance"),
y se define como el cambio de volumen respecto al cambio de presión.
Tensión superficial alveolar
La tensión superficial generada en la interfase
aire-agua, situada en el interior de los alveolos, es proporcional al radio de
curvatura de los mismos (ley de Laplace). La presión transmural
(Pinterior-Pexterior o en este caso Palveolar-Ppleural o presión transpulmonar)
es contrarrestada por las fuerzas de tensión superficial.
El surfactante es una mezcla de fosfolípidos,
principalmente fosfatidilcolina ( o lecitina), que secretado por las células
alveolares tipo II, forma parte como otro soluto del líquido intersticial que
baña el interior de los alvéolos. Este soluto funciona como un tensoactivo o
detergente, es decir, disminuye la tensión superficial casi a una sexta parte
de la que tiene la solución intersticial.
La tensión superficial presenta un valor constante, valor
que disminuye con la adición de un detergente. Ahora, la incorporación del
surfactante no sólo disminuye la tensión superficial sino que en el alvéolo se
observa que existe una variabilidad en correspondencia con el área o
superficie. Con el incremento de área, se produce una elevación de tensión
superficial, y con un área disminuída, hay un decremento de la tensión
superficial.
Por otro lado la interacción mecánica entre alvéolos
vecinos permite que aunque un alvéolo tienda al colapso, el mismo
comportamiento presentan sus vecinos, y por lo tanto se mantendrá abierto. Esta
propiedad se conoce con el nombre de interdependencia alveolar.
La existencia del surfactante tiene como última
consecuencia el fenómeno de la histéresis. Con este término se denomina al
fenómeno de diferencia en la tensión superficial para un área determinada
cuando se expande que cuando se comprime. Para la expansión el valor es mayor que
para la compresión. Este parámetro puede ser estimado también en las relación
presión-volumen ya que se necesitan presiones mayores para obtener el mismo
volumen cuando se está inflando que cuando se está desinflando. Se cree que es
debido al tiempo necesario para que las moléculas de surfactante se realineen
en la interfase aire-agua.
PRESIONES
EN EL APARATO RESPIRATORIO
Hay cuatro presiones en el aparato respiratorio que han
de ser consideradas a la hora de analizar los movimientos respiratorios:
· Presión bucal o atmosférica. Corresponde a la del aire en la
atmósfera.
· Presión alveolar o intrapulmonar. Es la presión del aire contenido en
los alvéolos.
· Presión pleural o intrapleural. Es la presión que se mide entre las
dos hojas de la pleura. Debido a las propiedades elásticas de pulmón y tórax
que traccionan en sentidos opuestos, el pulmón hacia adentro y el tórax hacia
fuera, se genera una presión intrapleural negativa.
· Presión transpulmonar. Es una de las presiones transmurales
que puede medirse en el aparato respiratorio. Corresponde a la diferencia entre
la presión alveolar menos la presión pleural.
Estas presiones se modifican a lo largo del ciclo
respiratorio.
VOLUMEN RESIDUAL
Volumen Residual (VR): volumen de aire que permanece
enlos
pulmones después de una espiración máxima.
El volumenes igual 1 200 ml.
FORMAS
QUÍMICAS EN QUE SE TRANSPORTA EL CO2.
El
CO2 transportado en la sangre de tres maneras: disuelto en el
plasma, en forma de bicarbonato y combinado con proteínas como compuestos
carbamínicos.
El
CO2 disuelto al igual que el oxígeno obedece la Ley de Henry,
pero el CO2 es unas 20 veces más soluble que el O2.
Como resultado el CO2 disuelto ejerce un papel significativo en el transporte
de este gas, ya que cerca del 10% del CO2 que pasa al pulmón desde la sangre se
halla en su forma disuelta.
El
bicarbonato se forma en la sangre mediante la secuencia siguiente :
CO2 + H2O ~ H2CO3 ~
H+ + HCO3-
La
primera reacción es muy lenta en el plasma, pero muy rápida dentro del glóbulo
rojo porque este contiene anhidrasa carbónica. La segunda reacción que es la
disociación iónica del acido carbónico, se produce con rapidez sin enzimas.
Cuando la concentración de estos iones asciende dentro del glóbulo rojo el HCO3- difunde
hacia el exterior pero el H+ no puede hacerlo con facilidad
porque la membrana eritrocitica es relativamente impermeable a los cationes.
Por lo tanto para que se mantenga la electro neutralidad, se difunden iones de
cloro (Cl-) hacia el interior del glóbulo rojo desde el plasma en el
llamado desplazamiento de cloruro. El desplazamiento del Cl- tiene
lugar de acuerdo con el equilibrio de Gibbs-Donnan (equilibrio que se produce
entre los iones que pueden atravesar la membrana y los que no son capaces de
hacerlo). Algunos de los iones de H+ liberados se fijan a la
hemoglobina reducida:
H+ +
HbO2 ~ H+ x Hb + O2
Esto
sucede porque la Hb reducida es menos ácida que la forma oxigenada.
Por
lo tanto, la presencia de Hb reducida en sangre periférica contribuye a la
unión de H+ y a la captación de CO2, mientras que la
oxigenación en el capilar pulmonar contribuye al desprendimiento de CO2.
El hecho de que la desoxigenación de la sangre acreciente su capacidad para
transportar CO2 se conoce como efecto Haldane.
Estos
acontecimientos asociados con la captación de CO2 por la sangre
hacen que aumente el contenido osmolar del glóbulo rojo y por consiguiente, que
entre agua en la célula y aumente su volumen. Cuando los glóbulos rojos pasan
por los pulmones se contraen ligeramente.
Los
compuestos carbamínicos se forman al combinarse en CO2 con los
grupos amino terminales de las proteínas sanguíneas. La proteína más importante
es la globina de la Hemoglobina y se forma carbaminohemoglobina. Esta reacción
se produce rápidamente sin acción enzimática y la Hb reducida fija más CO2 en
la forma de carbaminohemoglobina que la HbO2. También en este caso
la descarga de O2 en los capilares periféricos facilita la
captación de CO2 mientras que la oxigenación tiene el efecto
contrario.
Se
observa que la curva de disociación del CO2 (Figura
4) es mucho más lineal que la curva de disociación del O2, y también
que cuanto menor sea la saturación de la Hb por el O2, mayor será la
concentración de CO2 para una PCO2 dada. Este
efecto Haldane puede explicarse por la mayor capacidad de la hemoglobina
reducida para captar los iones H+ que se producen cuando el
ácido carbónico se disocia y por la mayor facilidad con la que la Hb reducida
forma Carbaminohemoglobina.
La
curva de disociación del CO2 tiene mayor pendiente que la del O2.
Esto explica la gran diferencia entre la PO2 arterial y la PO2 venosa
mixta ( en general unos 60 mm Hg) y la pequeña diferencia para la pCO2 (alrededor
de 5 mm Hg).
UNIDAD
RESPIRATORIA, MEMBRANA RESPIRATORIA.
El ciclo respiratorio consta de dos fases la
inspiración y la espiración.
Durante la inspiración el aire procedente del exterior
penetra por las vías respiratorias superiores e inferiores hasta llegar a las
últimas divisiones que son los alveolos. Existen alrededor de 300 millones de
alveolos lo cual representa alrededor de 150 millones por cada pulmón.
La unidad funcional respiratoria consta de 3 partes:
- Alveolo.
- Capilares.
- Espacio intersticial.
ALVEOLO
Los alvéolos pulmonares son los divertículos
terminales del árbol bronquial, en los que tiene lugar el intercambio
gaseoso entre el aire inspirado y la sangre.
Son sacos recubiertos en su pared interna por líquido
blanco y pegajoso, pueden tener más de un milímetro de diámetro y
agente tensoactivo, hay aproximadamente 300 millones de ellos en todo el
aparato respiratorio, ubicados en las terminaciones de los parpados pulmonares.
CAPILARES
Los capilares
sanguíneos son los vasos sanguíneos de menor diámetro, están
formados solo por una capa de tejido, lo que permite el intercambio de
sustancias entre la sangre y las sustancias que se encuentran
alrededor de ella.
El calibre de los capilares de las diferentes partes
del cuerpo varía dentro de límites relativamente estrechos, entre 8 y 12
micras, y permite el paso con dificultades de las células sanguíneas. En
los órganos que están en un estado de actividad funcional mínima, muchos capilares
están estrechados de tal modo que apenas circula sangre por ellos.
Espacio intersticial
Esta entre la pared del alveolo y la pared del
capilar, normalmente es muy estrecho, de menos de 1 micra de ancho para evitar
que exista una gran distancia entre alveolo y capilar y se mantenga una gran
velocidad de difusión de gases.
El espacio intersticial drena vía capilares
linfáticos, al conducto torácico y a la aurícula derecha. Se calcula que su
capacidad máxima de drenaje es cuando existen 25 mmHg de presión en el espacio
intersticial.
Si aumenta el volumen y la presión de líquido por
encima de esta cifra, rompen las paredes de los alveolos y capilares
produciéndose una acumulación de una mezcla de aire, líquido y glóbulos rojos
llamada hemoptisis que al ser expulsada por las vías respiratorias
sale en forma de espuma sanguinolenta.
Durante la espiración el aire recorre el mismo camino
pero en sentido inverso, haciendo salir aire de los alveolos al exterior.
Para lograr esto la caja Torácica debe realizar movimientos
inspiratorios y espiratorios determinados por varios músculos que elevan la
caja Torácica o la comprimen.
Es el conjunto
de estructuras que deben cruzar los gases entre el alveolo y el capilar
pulmonar. Está compuesta por 6 ítems que son los siguientes yendo desde el
alveolo hacia el capilar:
1. Una
monocapa de líquido que cubre la superficie interior del alveolo y que contiene
el surfactante (dipalmitoillecitina).
2. El
epitelio alveolar, formada por neumocitos tipo 1 y neumocitos tipo 2
Este último sintetiza el surfactante.
3. La
membrana basal alveolar.
4. El
espacio intersticial entre alveolo y capilar pulmonar.
Contiene una delgada capa de líquido. Drena vía
capilares linfáticos – conducto torácico – vena cava superior – aurícula
derecha.
5. membrana
basal capilar.
6. endotelio
capilar.
A pesar de ser 6 capas, la membrana respiratoria tiene
un espesor muy delgado, solo de 0.5 micras, en cambio si tomamos en cuenta la
superficie total de los 300 millones de alveolos, su área es muy amplia de 70 a
100 metros cuadrados.
Regulación
de la respiración.
La respiración es un proceso automático y rítmico
mantenido constantemente que puede modificarse bajo el influjo de la voluntad,
pudiendo cambiar tanto la profundidad de la respiración como la frecuencia de
la misma. La respiración no siempre es un proceso absolutamente regular y
rítmico, ya que ha de ir adaptándose constantemente a las necesidades del organismo,
para aportar el oxígeno necesario al metabolismo celular y eliminar el
anhídrido carbónico producido durante el mismo.
La respiración rítmica basal, o eupnea, está regulada por
los centros respiratorios nerviosos situados en el encéfalo que recogen
información proveniente del aparato respiratorio y de otras partes del
organismo, para dar lugar a una respuesta a través de los órganos efectores o
musculatura respiratoria que determinará la profundidad de la respiración, o
volumen corriente, y la frecuencia. La corteza cerebral también participa
cuando se interviene de forma voluntaria en el proceso respiratorio.
Centros respiratorios
A nivel central, la respiración está controlada por
diversas zonas del tronco del encéfalo que se conocen con el nombre de centros
respiratorios y que son:
1.
Centros bulbares.
2.
Centro apnéustico.
3.
Centro neumotáxico.
4.
Centros superiores.
Los centros bulbares inspiratorios
Se localizan en la región ventrolateral y constituyen el
grupo respiratorio dorsal (GRD). Los centros bulbares espiratorios se denominan
grupo respiratorio ventral (GRV). Ambos centros son pares y de localización
bilateral, con comunicaciones cruzadas lo que les permite actuar
sincrónicamente para obtener movimientos respiratorios simétricos, es decir, si
uno se activa el otro se inhibe, y viceversa, coordinando el proceso
respiratorio.
El centro apnéustico
Se sitúa en la región inferior de la protuberancia,
estimula el grupo respiratorio dorsal o centro inspiratorio bulbar, e induce
una inspiración prolongada o apneusis. En condiciones de respiración normal,
este centro se encuentra inhibido por el centro neumotáxico situado
en la región superior de la protuberancia, que es estimulado por el grupo
respiratorio dorsal o centro inspiratorio bulbar.
La corteza cerebral
Modifica la actividad de los centros bulbares y
constituye la actividad voluntaria de la respiración, induciendo la hiperventilación o
la hipoventilación. La corteza también coordina la actividad
contráctil alternada de los músculos inspiratorios y espiratorios para que
actúen coordinadamente. El sistema límbico y el hipotálamo influyen
sobre el tipo de respiración que se presenta en situaciones de ira o miedo.
Modelo de regulación
La génesis del ritmo básico de la respiración se
basa en la actividad alternada de los centros bulbares inspiratorios y
espiratorios, que constituyen el generador central del ritmo
respiratorio.
En condiciones de respiración basal o de reposo, la
actividad inspiratoria se genera automáticamente, produciendo la contracción
del diafragma. Después esta actividad se detiene, lo que ocasionará la
relajación del diafragma, tras los cuales volverán a descargar de nuevo. En
esta situación, la actividad espiratoria está inhibida. Durante el ejercicio o
ante necesidades que requieran mayor intensidad y frecuencia ventilatoria, se
incrementará la actividad de las neuronas inspiratorias, provocando la
contracción de los músculos inspiratorios accesorios, pero también activando a
las neuronas espiratorias, que inducirá la contracción de la musculatura
espiratoria accesoria.
1 Receptores nerviosos
Los reflejos pulmonares están asociados a tres tipos
de receptores:
a) Receptores
de adaptación lenta. Responden al grado de estiramiento de los
músculos torácicos, en respuesta al llenado pulmonar. Por ello también se les
conocen como receptores pulmonares de estiramiento.
b) Receptores
de adaptación rápida. Responden a la irritación de las vías por el
tacto y las sustancias químicas. También por la histamina, serotonina y
prostaglandinas liberadas durante procesos alérgicos o de inflamación, por lo
cual también se conocen como receptores de sustancias irritantes.
c) Terminaciones
de las fibras. Son Fibras C pulmonares, receptores capilares
yuxtapulmonares o receptores J, localizadas en la región alveolar y próximas a
la circulación pulmonar, y Fibras C bronquiales, localizadas en las vías aéreas
y próximas a la circulación bronquial. Ambas fibras tienen función nociceptiva,
y son estimuladas por lesiones pulmonares, llenado pulmonar excesivo,
congestión vascular pulmonar aguda y agentes químicos.
Receptores químicos
Responden a la presión parcial de oxígeno (PO2)
en la sangre arterial, y directamente con la presión parcial de anhídrido
carbónico (PCO2) y la concentración de hidrogeniones en sangre (H+).
Hay dos tipos:
a) Quimiorreceptores
centrales. Se localizan a nivel bulbar y son sensibles a cambios en PCO2,
HCO3–y H+ en el líquido cefalorraquídeo
(LCR), debido a la rápida difusión del anhídrido carbónico a través de las
membranas celulares superando la barrera hemato-encefálica.
b) Quimiorreceptores
periféricos. Son los cuerpos aórticos, situados a lo largo de la pared del
arco aórtico e inervados por el nervio vago, y los cuerpos carotídeos,
localizados en el cuello. Son especialmente sensibles a cambios en PO2,
PCO2 y H+ en el plasma.
Reflejos
a) Reflejo
de Hering-Breuer de distensión o estiramiento, o reflejo de
insuflación pulmonar. Su función es impedir el llenado excesivo de los
pulmones. Cuando se estimulan los receptores de estiramiento pulmonares llegan
a un umbral crítico, e inducen la interrupción de la inspiración e inhiben el
centro apnéustico, produciéndose una espiración más prolongada.
b) Al
estimular las fibras C se estimulan los centros bulbares de la respiración, haciendo
que esta sea rápida, poco profunda, con bronconstricción, hipersecreción de las
vías aéreas, bradicardia e hipotensión.
c) Los reflejos
propioceptivos de los músculos respiratorios vienen controlados por
los propioceptores o receptores a las articulaciones, tendones y husos
musculares. Estos mecanorreceptores informan y responden al estiramiento de los
músculos respiratorios, principalmente en reposo, en desarrollo del reflejo
miotático para mantener el tono muscular.
Regulación de la actividad del
centro respiratorio y Vitalometria.
Un incremento en la PCO2, en
la concentración de h+ de la sangre arterial o una caída de PO2,
aumentan la actividad del centro respiratorio, y los cambios en la dirección
opuesta tienen un efecto inhibidor ligero. Los efectos de las variaciones en la
química sanguínea sobre la ventilación están mediados por los quimiorreceptores respiratorios,
células receptoras en el bulbo y en los cuerpos carotídeos y aórticos,
sensibles a los cambios en la composición de la sangre, que inician impulsos
que estimulan el centro respiratorio. Además del control químico
respiratorio básico, otros aferentes proveen controles no químicos
para los "ajustes finos" que afectan la respiración en situaciones
particulares.
Generan el ritmo respiratorio basal,
procesan la información de los sensores y modifican, en consecuencia, su nivel
de actividad.
Los controladores o centros
respiratorios tienen las siguientes funciones:
Establecer el ritmo de la respiración y
actuar como generadores centrales del patrón respiratorio.
Transmitir ese ritmo central a las
motoneuronas que inervan los músculos respiratorios.
Ajustar el ritmo respiratorio y de la
respuesta motora a las necesidades metabólicas (funciones homeostáticas), así
como para cubrir las funciones conductuales y voluntarias (funciones no
homeostáticas).
Utilizar el mismo gasto de energía para
llevar a cabo varias funciones.
Los experimentos de transección a
distintos niveles del SNC permitieron concluir que los centros encargados del
control automático del ritmo respiratorio se localizaban en el tronco
encefálico; en función estos resultados se hablaba de:
Centro neumotáxico, parte rostral de la
protuberancia
Centro apnéustico, en la parte
ventral
Serie de centros bulbares (principales
responsables del ritmo respiratorio)
Los centros neumotáxico y apnéustico (o
centros suprabulbares) se encargan de modular y afinar el centro respiratorio.
· Los centros bulbares
Los estudios electrofisiológicos han mostrado la
existencia de varios grupos neuronales en distintos núcleos bulbares, capaces
de aumentar su actividad (frecuencia de disparo de potenciales de acción)
durante la inspiración; sin embargo, a diferencia de lo que ocurre en el
corazón, no parece que haya un grupo único de células marcapasos en el bulbo
donde se origina el ritmo respiratorio básico; por el contrario, el patrón de
inspiración-espiración es generado neuronas interconectadas, las cuales forman
redes que actúan como circuitos oscilantes.
Durante la inspiración, entre dichas
redes, la frecuencia de disparo aumenta en varias células (en distintos
puntos), mientras que en la espiración otros grupos se activan.
Las neuronas que constituyen el CPG, se
localizan de forma más o menos difusa bilateralmente en el bulbo y forman parte
de, al menos, 2 grupos de núcleos: respiratorio dorsal y respiratorio ventral.
Grupo respiratorio dorsal: Está formado por neuronas localizadas en
la región dorso medial del bulbo y forma parte del núcleo del tracto solitario
(nTS). Contiene fundamentalmente neuronas inspiratorias de distintos tipos,
clasificadas teniendo en cuenta el momento de la inspiración en el que aumenta
su actividad y el patrón de esta.
Funciones: Envían proyecciones a las motoneuronas
de los nervios frénicos e intercostales y son, por tanto, las responsables de
la actividad mantenida del diafragma durante la inspiración; también establecen
conexiones con el grupo respiratorio ventral.
Núcleo del tracto solitario
Constituye la principal proyección de
vías aferentes viscerales de los nervios glosofaríngeo y vago, que llevan
informaciones de la PO2, PCO2 y el pH (proveniente
de los quimiorreceptores periféricos) y de la presión arterial sistémica (desde
los barorreceptores aórticos).
El vago traslada información desde los
receptores de estiramiento pulmonar, de modo que la localización del grupo
respiratorio dorsal en el núcleo del tracto solitario, indica que es el lugar
de integración de muchos reflejos cardiopulmonares que afectan el ritmo
respiratorio.
Grupo respiratorio ventral (GRV): Su distribución anatómica es más
difusa que la del dorsal y está constituido por agregados de células que se
extienden longitudinalmente por el bulbo, desde su zona caudal hasta la más
rostral.
Se puede dividir en tres regiones:
- Parte caudal, denominada núcleo
retroambiguo (GRV caudal o nRA), por su relación con el núcleo ambiguo (nA)
contiene fundamentalmente neuronas espiratorias. Las zonas de muchas de estas
neuronas establecen sinapsis con las motoneuronas que controlan los músculos
espiratorios intercostales y abdominales (espiración forzada).
- Parte intermedia,
denominada núcleo paraambiguo (GRV intermedio o nPA). Por su distribución
paralela al núcleo ambiguo contiene fundamentalmente neuronas inspiratorias,
pero incluye también las propiobulbares, las cuales coordinan la actividad de
los músculos respiratorios con el control de la resistencia de las vías aéreas
superiores y desempeñan una función clave dentro del CPG.
- Parte más rostral (GVR rostral),
se localiza en la vecindad del núcleo retrofacial (nRF) e incluye una
densa población de neuronas que se agrupan y forman el llamado complejo de
Bötzinger.
- Constitución
del complejo de Bötzinger
Está formado por diversos tipos
funcionales de neuronas espiratorias, algunas motoneuronas que inervan la
laringe y la faringe, otras son interneuronas.
Recientemente ha sido identificado el
complejo de pre_Bötzinger, pues en esta zona se localiza el CPG, ya que es
capaz de generar un ritmo respiratorio, incluso en preparaciones aisladas, y su
lesión da lugar a alteraciones del ritmo, tanto in vivo como in
vitro.
- Complejo
de pre-Bötzinger
Contiene hasta 6 tipos de neuronas
respiratorias, que debido a sus propiedades intrínsecas y a las interacciones
sinápticas que establecen, permiten generar y mantener una actividad cíclica
espontánea en forma de salvas de disparos de potenciales de acción;
observaciones que indican su función esencial en la génesis del ritmo
respiratorio.
·
El centro apnéustico
Su localización hística aún no está bien precisada,
pero parece estar formado por una red neuronal difusa, ubicada en la formación
reticular de la protuberancia.
En investigaciones más recientes se
precisa que la ablación del centro neumotáxico, al combinarse con la vagotonía,
da lugar a una respiración con inspiraciones prolongadas, separadas por
espiraciones breves.
· Centro neumotáxico
Está compuesto por neuronas que se agrupan en 2
núcleos, situados en la parte rostral de la protuberancia:
1.
Núcleo parabraquial
medial
2.
Núcleo de Köliker-Fuse
Función: Modular los centros respiratorios
bulbares, pues la estimulación de las neuronas del neumotáxico desactiva la inspiración,
regula el volumen inspiratorio y, en consecuencia, la frecuencia respiratoria,
lo cual apunta hacia el hecho de que no parece participar en la génesis del
ritmo respiratorio, ya que puede existir un patrón normal en su ausencia.
VITALOMETRIA:
Sirve para medir ciertos volúmenes y
capacidades tales como:
· Volúmenes de ventilación pulmonar.
· Volúmenes de reserva inspiratoria.
· Volúmenes de reserva espiratoria.
ELECTROFISIOLOGÍA:
SISTEMA NERVIOSO, MUSCULAR, SISTEMA BIOELÉCTRICO.
Sistema Nervioso
El sistema nervioso consta de dos partes principales:
el sistema nervioso central y el sistema nervioso periférico.
El sistema nervioso central está formado por el
cerebro y la médula espinal.
El sistema nervioso periférico está formado por fibras
nerviosas que se ramifican de la médula espinal y se extienden a todas las
partes del cuerpo, incluidos el cuello, los brazos, el torso, las piernas, los
músculos esqueléticos y los órganos internos.
El cerebro envía mensajes a través de la médula
espinal y los nervios del sistema nervioso periférico para controlar el
movimiento de los músculos y la función de los órganos internos.
La unidad de trabajo básica del sistema nervioso es
una célula llamada neurona. El cerebro humano contiene
aproximadamente 100 mil millones de neuronas. Una neurona consiste en un cuerpo
celular que contiene el núcleo y extensiones especiales llamadas axones y dendritas.
Las neuronas se comunican entre sí mediante los axones
y las dendritas. Cuando una neurona recibe un mensaje de otra neurona, envía
una señal eléctrica a través de todo el largo de su axón. Al final del axón, la
señal eléctrica se convierte en una señal química, y el axón libera mensajeros
químicos llamados neurotransmisores.
Los neurotransmisores se liberan en el espacio entre
el final de un axón y la punta de una dendrita de otra neurona. Este espacio
recibe el nombre de sinapsis. Los neurotransmisores recorren la
breve distancia a través de la sinapsis hasta la dendrita. La dendrita recibe
los neurotransmisores y los vuelve a convertir en una señal eléctrica. La señal
luego viaja a través de la neurona para volver a convertirse en una señal
química cuando llega a las neuronas vecinas.
Las neuronas motoras transmiten mensajes del cerebro
para controlar los movimientos voluntarios. Las neuronas sensoriales detectan
la recepción de luz, sonido, olor, gusto, presión y calor, y envían mensajes al
cerebro. Otras partes del sistema nervioso regulan los procesos involuntarios
involucrados en el funcionamiento de los órganos y las glándulas del cuerpo,
como la liberación de hormonas como la adrenalina, la dilatación del ojo en
respuesta a la luz o la regulación del sistema digestivo.
El cerebro está formado por muchas redes de neuronas
comunicadoras. De esta manera, las diferentes partes del cerebro pueden
"hablar" entre sí y trabajar juntas para enviar mensajes al resto del
cuerpo.
Sistema Muscular
Se conoce como sistema muscular, por lo
tanto, al conjunto de los órganos que forman parte de un organismo. Dicho sistema otorga forma, estabilidad, firmeza
y movilidad al cuerpo.
En el caso de los seres vertebrados, el sistema
muscular es controlado por el sistema nervioso. Existen músculos, de todas formas, que lograr tener
un funcionamiento autónomo.
El sistema muscular cumple con funciones muy
importantes en todos los seres. Por un lado, permite la locomoción del cuerpo e incluso el movimiento de
los órganos (la digestión y la circulación de la sangre, entre otras
cuestiones, dependen de los músculos). Los músculos además protegen los
órganos, son claves en la postura corporal y generan energía calórica. El
sistema muscular, por otro lado, proporciona datos sobre el estado fisiológico
del organismo.
Es posible distinguir entre tres tipos de músculos en
el sistema muscular: los músculos estriados,
los músculos lisos y los músculos cardíacos. De
acuerdo a cómo se controlan, los músculos también pueden diferenciarse
entre autónomos, involuntarios, voluntarios o mixtos.
No obstante, existen otras muchas clasificaciones de
los músculos del cuerpo humano. Así, por ejemplo, en base a su situación se
establecen dos grandes grupos: los superficiales, que son los que se encuentran
ubicados de manera directa justo debajo de la piel, y los profundos, que son
los que hallan más allá de esa mencionada zona. Estos últimos podemos
determinar que tienen la particularidad, por regla general, de encontrarse en
lo que son los extremos de los huesos del esqueleto.
De la misma manera, si tenemos en cuenta lo que es su
forma, podemos establecer la existencia de los siguientes:
-Cortos, que se identifican por acometer lo que son funciones muy específicas y que se hallan ubicados tanto en los pies como en las manos, por ejemplo.
-Planos y anchos, que no sólo participan en los movimientos de la respiración sino que además proceden a proteger lo que son los órganos delicados. Entre los más significativos se encuentran los que están ubicados en el abdomen. Ejemplos son los intercostales o el diafragma.
-Circulares, que, como su propio nombre indica, cuentan con forma de círculo y su misión no es otra que proceder a cerrar determinados conductos que pueden existir en el cuerpo humano como es, por ejemplo, la vegija.
-Cortos, que se identifican por acometer lo que son funciones muy específicas y que se hallan ubicados tanto en los pies como en las manos, por ejemplo.
-Planos y anchos, que no sólo participan en los movimientos de la respiración sino que además proceden a proteger lo que son los órganos delicados. Entre los más significativos se encuentran los que están ubicados en el abdomen. Ejemplos son los intercostales o el diafragma.
-Circulares, que, como su propio nombre indica, cuentan con forma de círculo y su misión no es otra que proceder a cerrar determinados conductos que pueden existir en el cuerpo humano como es, por ejemplo, la vegija.
https://es.wikipedia.org/wiki/Sistema_nervioso_central
SISTEMA BIOELECTRICO
El Sistema Cuántico Bioeléctrico es una
nueva herramienta que analiza este fenómeno. La energía y la baja frecuencia
magnética del cuerpo humano se captan al sostener el sensor, y a continuación
el equipo las amplifica y las analiza mediante el microprocesador que
incorpora. Los datos se comparan con el espectro cuántico de resonancia
magnética estándar de enfermedades y de nutrición, así como con otros
indicadores incorporados en el equipo para diagnosticar si las formas de las
ondas presentan irregularidades a través del uso de la aproximación de Fourier.
De esta manera se puede realizar el análisis y diagnóstico del estado de salud
y obtener los principales problemas del paciente, también como distintas
propuestas estándares de curación o prevención, basándose en el resultado del
análisis de la forma de la onda.
EFECTOS
DE LA ELECTRICIDAD EN LOS SERES VIVOS.
Efectos
de la electricidad sobre el cuerpo humano
Cuando alguna parte o partes del cuerpo humano
entran en contacto con dos puntos u objetos entre los que existe una diferencia
de potencial (voltaje), se establece el paso de una corriente eléctrica a
través del cuerpo que puede producir efectos muy diversos, desde un leve
cosquilleo hasta la muerte, pasando por contracciones musculares, dificultades
o paro respiratorio, caídas, quemaduras, fibrilación ventricular y paro
cardíaco. Esto se conoce como choque eléctrico.
El choque eléctrico puede producirse al tocar
elementos sometidos a tensión, como cables o barras metálicas desnudas
(contacto directo), u objetos, normalmente inofensivos, cuya tensión se debe a
fallos y defectos de aislamiento (contacto indirecto).
Para poder comprender el proceso es necesario
puntualizar que la red de distribución en baja tensión -la que entra en
nuestros domicilios, oficinas, locales comerciales, etc.- es trifásica y el neutro
está conectado a tierra.
https://losmundosdebrana.com/2014/11/25/efectos-de-la-corriente-electrica-en-el-cuerpo-humano-ii-la-edad-de-la-gran-potencia/
La
utilidad de la Bomba de Na y K en la generación de impulso nervioso.
La bomba de sodio y potasio es una proteína presente
en todas las membranas plasmáticas de las células, cuyo objetivo es eliminar
sodio de la célula e introducir potasio en el citoplasma. Ese intercambio
permite mantener, a través de la membrana, las diferentes concentraciones entre
ambos cationes. La proteína transmembrana “bombea” tres cationes de sodio
expulsándolos fuera de la célula y lo propio hace con dos cationes de potasio
al interior de ella. De esa forma se genera un potencial eléctrico negativo
intracelular.
La bomba de sodio y potasio cumple un rol muy
importante en la producción y transmisión de los impulsos nerviosos y en la
contracción de las fibras musculares.
En base no es más que la transmisión del mensaje (que
es un impulso nervioso de carácter eléctrico) que es conducido a través del
cuerpo celular a lo largo del axón hasta el botón sináptico para liberar alguna
sustancia transmisora.
La neurona tiene un medio interno y un medio externo, tanto fuera como dentro tiene iones positivos y negativos, aunque cada medio suele tener una mayor concentración de iones, así el medio interno tiende a ser negativo y el medio externo a positivo. De tal forma que el medio externo de la neurona lo constituyen fundamentalmente Sodio (Na+) y Cloro (cl-) y en el medio interno potasio (K+) y Aniones (A-).
La neurona tiene un medio interno y un medio externo, tanto fuera como dentro tiene iones positivos y negativos, aunque cada medio suele tener una mayor concentración de iones, así el medio interno tiende a ser negativo y el medio externo a positivo. De tal forma que el medio externo de la neurona lo constituyen fundamentalmente Sodio (Na+) y Cloro (cl-) y en el medio interno potasio (K+) y Aniones (A-).
Repolarización de membrana
Las membranas de las neuronas tienen canales iónicos
regulados por voltaje (por el potencial eléctrico). Los estímulos abren los
canales de Na+ regulados por voltaje. La apertura de estos canales es muy
rápida; cuando se abren, el Na+ ingresa a la célula en forma masiva. A medida
que ingresa el Na+, el interior celular se hace cada vez más positivo. Esta
inversión del potencial de reposo recibe el nombre de despolarización o
potencial de acción.
Durante el potencial de acción hay una primera fase en
la que se produce el ingreso de Na+ y una segunda fase en la cual el ingreso de
Na+ se detiene y ocurre la salida de K+, haciendo que la membrana se
repolarice. Entonces, cuando se alcanza nuevamente el potencial de reposo, las
concentraciones iónicas quedan invertidas, con el K+ fuera de la célula y el
Na+ en el interior.
El potencial de la membrana retorna al valor de
reposo. La recuperación del potencial de reposo negativo recibe el nombre de
repolarización. Los canales de K+ se cierran cuando la repolarización se
completa.La bomba de Na+ y K+ restablece los gradientes iniciales,
introduciendo nuevamente el K+ y extrayendo el Na+ de la célula. El 70% del ATP
de una neurona es consumido en el trabajo de la bomba de Na+ y K+.
El potencial de acción
Permite transmitir
señales nerviosas en las células nerviosas que Son cambios rápidos del
potencial de membrana = y que se desplaza a lo largo de la fibra nerviosa
Permeabilidad
Selectiva
La membrana plasmática regula la entrada y salida de
materiales a la célula, permitiendo el paso de algunas sustancias y limitando
el paso a otras garantizando el correcto funcionamiento de la misma. El
interior hidrofóbico de la bicapa de fosfolípidos es una de las razones por las
que la membrana es selectivamente permeable. La bicapa lipídica tiene un papel
fisicoquímico dual, pues sirve por una parte como un solvente de las proteínas
de la membrana y por otra actúa como una barrera a la permeabilidad. Mientras
que las moléculas hidrofóbicas, que son solubles en lípidos pueden pasar
fácilmente la membrana, moléculas pequeñas como el oxígeno, dióxido de carbono,
nitrógeno pueden difundir entre los fosfolípidos de membrana, pero moléculas
hidrofílicas pequeñas como agua, nutrientes como la glucosa e iones de sodio,
potasio, hidrógeno, entre otros no pueden pasar directamente a través de los
fosfolípidos de la membrana plasmática. Estos compuestos deben pasar a través
de transportes específicos que ocurren en la membrana.
Gradiente Electroquímico
La membrana mantiene un gradiente
eléctrico y químico entre los medios intracelular y extracelular. En relación
al gradiente eléctrico se puede decir que es electronegativa el interior de la
célula pues hay muchas cargas negativas de algunos elementos que le
proporcionan este aspecto, mientras que el liquido extracelular es mas postivo
por a misma razón. Asimismo, se explica el gradiente químico que presenta a
través de elementos o iones que le confieren esta propiedad.
Cada célula es orginada de otra célula ya existente.
Las membranas de las células están compuestas por 40%
de lípidos, 50% de proteínas y 10% de glúcidos
Electrodiagnóstico
y electroterapia.
Es la interfase entre
la medicina clínica y el propósito activo de la recuperación funcional, que
puede obtenerse con una observación dinámica de la enfermedad y una potencial
intervención.
Una combinación de los
medios farmacológicos y neurofisiológicos, unida a una gran variedad de
otras técnicas rehabilitadoras, permite un mejor diagnóstico y tratamiento de
los trastornos motores, productivos por los procesos neurológicos, conduce a
las bases científicas de la medicina rehabilitadora.
entro de las técnicas
que pueden utilizarse para evaluar la función del sistema neuromuscular, hay
que destacar los estudios electromiográficos y el biofeedback.
METODOS TRADICIONALES DE
ELECTRODIAGNÓSTICO
Las curvas de
intensidad-tiempo son un sistema de exploración que utiliza corrientes de baja
frecuencia para producir la contracción muscular. Para ello se necesita una
intensidad mínima de corriente, a la que Lapique denominó "reobase".
La determinación del tiempo mínimo del flujo de una corriente de intensidad
doble de la reobase se denominó "cronaxia".
De lo anterior de
deduce que, cuanto menor es la duración del impulso, mayor debe ser la
intensidad de la corriente. De la relación de estos dos factores surge el
método de exploración neuromuscular denominado curvas de intensidad-tiempo.
ELECTROTERAPIA
Es la aplicación de
energía procedente del espectro electromagnético al organismo humano, para
generar sobre los tejidos, respuestas biológicas deseadas y terapéuticas.
• La aplicación por
defecto no consigue la respuesta terapéutica.
• La aplicación en
exceso satura al sistema y daña los tejidos tratados.
• La aplicación
correcta produce respuestas biológicas buscadas a modo de tratamientos
terapéuticos.
Sonido,
Audición y Ondas sonoras.
Sonido, Audición y Ondas sonoras.
Desde un punto de vista físico, el sonido es una
vibración que se propaga en un medio elástico (sólido, líquido o gaseoso),
cuando nos referimos al sonido audible por el oído humano, lo definimos como
una sensación percibida en el órgano del oído, producida por la vibración que
se propaga en un medio elástico en forma de ondas.
Para que se produzca un sonido es necesaria la
existencia de:
Un emisor o cuerpo vibrante.
Un medio elástico transmisor de esas vibraciones.
Un receptor que capte dichas vibraciones.
El
sonido tiene orígenes y características muy diferentes:
Fenómenos
de la naturaleza: Una
gota que cae sobre una superficie, las hojas de los árboles movidas por el
viento, las olas del mar, etc.
Muchos
animales tienen la capacidad de producir sonido: el ladrido de un perro, el canto de un pájaro,
etc.
La
voz humana: una de
las formas más complejas de comunicación en la que se basa el lenguaje verbal.
Dispositivos
creados por el hombre también pueden producir sonido: el motor de un coche, una explosión, etc.
Algunos
dispositivos han sido creados expresamente para la producción de un tipo de
sonido: el
sonido de los instrumentos musicales.
La audición es uno de los cinco sentidos propios de
los animales, con características particulares y diferenciadas en cada especie.
Este sentido supone procesos fisiológicos y psicológicos y se relaciona con el
equilibrio. Nos permite interpretar sonidos, y nos ayuda a comunicarnos; el
órgano receptor de este sentido es el oído.
Funcionamiento
de la audición
El sonido se canaliza en el conducto auditivo y
provoca el movimiento del tímpano.
El tímpano vibra con el sonido.
Las vibraciones del sonido se desplazan por la cadena
de huesecillos hasta la cóclea.
Las vibraciones del sonido hacen que el fluido de la
cóclea se mueva.
El movimiento de este fluido hace que las células
ciliadas se inclinen. Las células ciliadas producen señales neurales que son
captadas por el nervio auditivo. Las células ciliadas de un extremo de la cóclea
envían información de los sonidos graves, y las células ciliadas del otro
extremo envían información de los sonidos agudos.
El nervio auditivo envía las señales al cerebro, donde
se interpretan como sonidos.
Las
ondas sonoras: son
ondas mecánicas longitudinales: mecánicas porque necesitan un medio material
para su propagación y longitudinales porque las partículas del medio actúan en
la misma dirección en la que se propaga la onda. Ej: Si hacemos el vacío en una
campana de vidrio en la que hay un despertador sonando, a medida que va
saliendo el aire el sonido se va apagando hasta que desaparece del todo.
Pueden propagarse en medios sólidos, líquidos y
gaseosos.
La propagación de una onda sonora consiste en
sucesivas compresiones y dilataciones del medio de propagación, producidas por
un foco en movimiento vibratorio. Al paso de la onda el medio experimenta
variaciones periódicas de presión.
Como el sonido se propaga en forma de ondas, tenemos
que saber qué características tiene la onda sonora para ver cómo se comporta.
Es
una onda mecánica.
Las ondas mecánicas no pueden desplazarse en el vacío,
necesitan hacerlo a través de un medio material (aire, agua, cuerpo sólido).
Además dicho medio debe ser elástico y no rígido para permitir la transmisión
del sonido.
Es
una onda longitudinal.
En las ondas longitudinales el movimiento de las
partículas se desplaza en la misma dirección que la onda.
Es
una onda tridimensional.
Son ondas que se propagan en tres direcciones. Las
ondas tridimensionales se conocen también como ondas esféricas, porque sus
frentes de ondas son esferas concéntricas que salen de la fuente de
perturbación expandiéndose en todas direcciones.
Sonido: Es la propagación de la vibración de un cuerpo
elástico en un medio material. Requiere fuente emisora de ondas sonoras, un
medio transmisor, y un receptor o detector de sonidos.
Diremos que una onda mecánica longitudinal es sonora
cuando la percibimos como sonido a través de los oídos. Esto ocurre cuando la
frecuencia de oscilación está entre 16 y 20.000 Hz (muchas personas comienzan a
no oír a partir de 15.000 Hz).
Las frecuencias más bajas que las audibles se llaman
infrasonidos, y a las ondas que las producen ondas infrasónicas. Las
frecuencias más altas que las audibles se llaman ultrasonidos y las ondas que
las producen ondas ultrasónicas.
Velocidad y energías del sonido.
Las partículas del medio se comprimen en las zonas de máxima amplitud de la
ondulación y se separan en las de mínima amplitud. Estas zonas se
denominan compresión y rarefacción.
La rapidez de propagación del sonido está relacionada
con variables físicas propias del material como la densidad, la temperatura, la
elasticidad, presión, salinidad, etc.
En el caso de medios gaseosos, como el aire, las
vibraciones son trasmitidas de un punto a otro mediante choques entre las
partículas que constituyen el gas. De este modo cuando mayor sea la densidad
del gas, mayor será la rapidez de la onda.
En los medios sólidos, son las fuerzas que unen entres
sí las partículas constitutivas del cuerpo las que se encargan de propagar la
perturbación de un punto a otro. Este procedimiento más directo explica
por qué la rapidez del sonido es mayor en los sólidos que en los gases.
La rapidez del sonido varía muy poco con la temperatura
en los sólidos y líquidos, sin embargo en los gases, aumenta con la temperatura
porque se incrementa la probabilidad de los choques entre las moléculas.
El alcance de una onda de sonido en un medio, está
directamente con la energía que absorbe y la rapidez específicamente en un
sólido, se ve afectada por la densidad y por la elasticidad.
A nivel molecular un material con alta elasticidad
(rígido) se caracteriza por grandes fuerzas entre sus moléculas. Esto hace que
las partículas vuelvan rápidamente a sus posiciones de equilibrio y estén
dispuestas a iniciar de nuevo un movimiento, lo que les permite vibrar a altas
velocidades. Por lo tanto, el sonido viaja más rápido a través de
medios con mayor elasticidad.
La densidad de un medio representa la masa por unidad
de volumen. Así mientras más denso es un material, mayor será la masa de las
moléculas, si se considera un mismo volumen, lo que implica que el sonido se
trasmite más lentamente. Esto se debe a que las ondas de sonido
trasportan energía, que es la responsable de la vibración de un medio, y se
necesita más energía para hacer vibrar las moléculas grandes que la requerida
para hacer vibrar moléculas más pequeñas. Por esto, el sonido viaja más lento
en un objeto más denso, si ambos tienen la misma propiedad elasticidad
ENERGÍA DEL SONIDO
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 depresión 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. 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.
Elementos de una Onda.
Las cuatro cualidades básicas del sonido son la
altura, la duración, la intensidad y el timbre o color.
La altura
La altura, o altura tonal, indica si el sonido es
grave, agudo o medio, y viene determinada por la frecuencia fundamental de las
ondas sonoras, medida en ciclos por segundo o hercios (Hz).
Para que los humanos podamos percibir un sonido, éste
debe estar comprendido entre el rango de audición de 20 y 20.000 Hz.
La duración
Es el tiempo durante el cual se mantiene un sonido.
Podemos escuchar sonidos largos, cortos, muy cortos,
etc.
Esta cualidad está relacionada con el tiempo de
vibración del objeto.
La intensidad
Es la cantidad de energía acústica que contiene un
sonido, es decir, lo fuerte o suave de un sonido.
La intensidad viene determinada por la potencia, que a
su vez está determinada por la amplitud y nos permite distinguir si el sonido
es fuerte o débil.
El timbre
Una misma nota suena distinta si la toca una flauta,
un violín, una trompeta, etc.
Cada instrumento tiene un timbre que lo identifica o
lo diferencia de los demás.
Con la voz sucede lo mismo.
El sonido dado por un hombre, una mujer, un niño
tienen distinto timbre.
El timbre nos permitirá distinguir si la voz es
áspera, dulce, ronca o aterciopelada.
La
voz humana.
La voz humana, por su timbre característico, su
flexibilidad y fácil emisión, es el instrumento más natural que existe. Ha
servido de modelo y base para la ordenación y formación de las distintas
familias instrumentales que constituyen el eje de la orquesta. Debido a que la
extensión de la voz se produce dentro de los límites del número de vibraciones
que mejor tolera el oido humano, hace que sea considerado un instrumento muy
agradable de oir.
La voz humana se forma al pasar el aire de los pulmones por la laringe.
Dicha laringe está compuesta de un esqueleto cartilaginoso que permite el paso
del aire, en cuyas paredes internas hay dos repliegues llamados cuerdas
vocales. Éstas, para producir la voz, se acercan voluntariamente, haciendo más
o menos pequeño el espacio existente entre ellas. Este espacio recibe el nombre
de glotis. Al pasar el aire a través de las cuerdas vocales, éstas se ponen en
vibración, produciendo el sonido. Cuanto mayor sea la extensión de la glotis,
más grave será el sonido que se produzca; por el contrario, cuanto más corta
sea, más agudo será el sonido obtenido. (ORTIZ M. A., 20013)
Biofísica
de la percepción auditiva. Audiómetro.
La percepción sonora es el resultado de los procesos
psicológicos que tienen lugar en elsistema auditivo central y permiten
interpretar los sonidos recibidos.
La psicoacústica estudia la percepción del
sonido desde la psicología (percepción sonoro subjetiva) y describe la manera
en que se perciben las cualidades (características) delsonido, la
percepción del espacio a través del sonido escucha binaural y el
fenómeno delenmascaramiento, entre otras cosas.
La
luz y el espectro electromagnético.
Los objetos celestes, aparte de los cuerpos del
Sistema Solar, están tan lejos que la luz que emiten es en la práctica el único
medio que tenemos para estudiarlos y entender su naturaleza. Uno de los
descubrimientos fundamentales de la física del siglo XX fue que la luz tiene
una naturaleza dual: a veces se comporta como ondas y a veces como partículas,
llamadas fotones.
Conceptos
relativos a la luz, Color.
Soporte material de la energía electromagnética.
La dualidad onda partícula de la luz
es una de las características de la luz menos comprendidas. De una parte su
naturaleza ondulatoria no ofrece ninguna duda por los fenómenos de
interferencia y, por otra parte, el comportamiento de la luz como partícula
deducido del efecto fotoeléctrico es curioso, porque yo no veo nada raro ni
ninguna partícula en una vibración que haga una bola saltar una pequeña barrera
en una superficie a partir de cierta energía. .
La incógnita sigue siendo la eterna pregunta de qué es
la luz o si la luz tiene masa o no. Según la física relativista y la Mecánica
Cuántica un fotón de la luz es una partícula sin masa. Claro que otro
problema de laFísica Moderna es que tampoco se sabe muy bien qué es
la masa, y así sucesivamente. El concepto de luz como una partícula abstracta
parece más del ámbito de la filosofía que de la ciencia.
La definición de luz más adecuada de la Física
Moderna sería un campo de fuerzas matemático o abstracto que se
reproduce a sí mismo en un espacio vacío. Después hay todo tipo de singularidades,
de incertidumbres y de versiones. Desde viajes en el tiempo hasta efectos de
otras dimensiones.
La falta de un concepto claro de la luz y la masa se
agrava con la famosa ecuación de Einstein de transformación de masa en energía
y viceversa E = m c². El cerebro acaba por creérselo literalmente y
parece que son dos cosas totalmente intercambiables y que la naturaleza de la
luz y de la masa debe ser la misma.
La luz en los fenómenos de creación de masa y ondina.
La masa para el Modelo Estándar de
la Mecánica Cuántica es un misterio y, ahora que se ha
encontrado la partícula de Higgs, que se supone es la que aporta la masa a
las partículas con masa, el misterio continúa.
En la Mecánica Global, la masa será
la materia reticular comprimida debido a la energía electromagnética o energía
de torsión transversal sobre la globina. Así, la energía de torsión se
transforma en energía reversible de compresión y energía de tensión de la
curvatura longitudinal o energía potencial gravitatoria. La transformación de
globina en masa es simultánea con la transformación de un tipo de energía
elástica en otro.
La ondina es un tipo de masa, por ser
materia comprimida, muy inestable que se corresponde con los electrones. Para
desplazarse de una órbita a otra los electrones se convierten en energía
electromagnética hasta que se vuelve a comprimir la materia reticular,
relajando las diferencias de la tensión transversal y consiguiendo un nuevo
punto de equilibrio gravito-magnético.
La teoría del todo incorpora una nueva teoría del átomo
con las características citadas de los electrones.
La luz visible, es decir las ondas electromagnéticas
para las cuales el ojo humano esta adaptado, se encuentran entre longitudes de
onda de 400 nm (violeta) y 700 nm (rojo). Como lo predijeron las ecuaciones de
Maxwell existen longitudes de onda por encima y por debajo de estos límites.
Estas formas de "luz invisible" se han encontrado y organizado de
acuerdo a sus longitudes de onda en el espectro electromagnético. Si las ondas
electromagnéticas se organizan en un continuo de acuerdo a sus longitudes
obtenemos el espectro electromagnético en donde las ondas más largas
(longitudes desde metros a kilómetros) se encuentran en un extremo (Radio) y
las más cortas en el otro (longitudes de onda de una billonésima de metros)
(Gamma).
Cualidades
de la luz Sistema visual humano.
El sistema visual humano está compuesto por:
El ojo
El ojo humano puede considerarse un sistema óptico (conjunto de superficies que separan medios con diferente índice de refracción), que permite formar la imagen de objetos exteriores en el plano de la retina. En cierto modo podemos asimilar el ojo humano a una cámara fotográfica convencional, en la que el plano en el que se sitúa el sensor de imagen (o la película fotográfica, en el caso de las cámaras más antiguas) se corresponde con la retina. La córnea y el cristalino son los dos componentes ópticos del ojo humano que modifican las trayectorias de la luz haciendo que la imagen se forme en el plano retiniano, como hacen las lentes que constituyen el objetivo de una cámara fotográfica. Entre la córnea y el cristalino hay una sustancia líquida llamada humor acuoso. Antes del cristalino tenemos el iris, cuya abertura central (pupila) puede variar de tamaño, lo que permite regular la cantidad de luz que entra en el ojo. El humor vítreo es una sustancia gelatinosa que ocupa el 80% del globo ocular: toda la zona comprendida entre el cristalino y la retina. La zona de la retina que permite una visión con el máximo detalle o resolución se conoce con el nombre de fóvea. Las señales producidas cuando la luz actúa sobre los pigmentos existentes en los fotorreceptores de la retina salen del ojo por medio del nervio óptico, que agrupa alrededor de un millón de fibras para cada retina.
El ojo humano puede considerarse un sistema óptico (conjunto de superficies que separan medios con diferente índice de refracción), que permite formar la imagen de objetos exteriores en el plano de la retina. En cierto modo podemos asimilar el ojo humano a una cámara fotográfica convencional, en la que el plano en el que se sitúa el sensor de imagen (o la película fotográfica, en el caso de las cámaras más antiguas) se corresponde con la retina. La córnea y el cristalino son los dos componentes ópticos del ojo humano que modifican las trayectorias de la luz haciendo que la imagen se forme en el plano retiniano, como hacen las lentes que constituyen el objetivo de una cámara fotográfica. Entre la córnea y el cristalino hay una sustancia líquida llamada humor acuoso. Antes del cristalino tenemos el iris, cuya abertura central (pupila) puede variar de tamaño, lo que permite regular la cantidad de luz que entra en el ojo. El humor vítreo es una sustancia gelatinosa que ocupa el 80% del globo ocular: toda la zona comprendida entre el cristalino y la retina. La zona de la retina que permite una visión con el máximo detalle o resolución se conoce con el nombre de fóvea. Las señales producidas cuando la luz actúa sobre los pigmentos existentes en los fotorreceptores de la retina salen del ojo por medio del nervio óptico, que agrupa alrededor de un millón de fibras para cada retina.
RADIAICIONES
IONIZANTES
La radiación es un fenómeno por el cual determinados
cuerpos emiten energía mediante la emisión de ondas electromagnéticas
(radiación electromagnética) o de partículas subatómicas (radiación
corpuscular). Si la radiación transporta energía suficiente como para provocar
ionización en el medio que atraviesa (extrayendo los electrones de sus estados
ligados al átomo), 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. El
potencial de ionización o energía de ionización es la mínima energía que hay
que suministrar a un átomo neutro y en su estado fundamental, perteneciente a
un elemento en estado gaseoso, para arrancarle un electrón. Las radiaciones
ionizantes pueden provenir de sustancias radiactivas, que emiten dichas
radiaciones de forma espontánea, o de generadores artificiales, tales como los
generadores de Rayos X y los aceleradores de partículas.
Tipo de radiación de
alta energía que tiene suficiente energía como para eliminar un electrón
(partícula negativa) de un átomo o molécula y causar su ionización. La
radiación ionizante produce cambios químicos en las células y daña el ADN. Esto
aumenta el riesgo de padecer de ciertas afecciones, como el cáncer. La
radiación ionizante proviene de fuentes naturales, como el radón y los rayos
cósmicos (rayos que entran en la atmósfera terrestre desde el espacio exterior),
y de aparatos de imaginología médica, como las máquinas de radiografía, de
tomografía computarizada (TC) o de tomografía por emisión de positrones (TEP).
Los accidentes de plantas nucleares y las armas atómicas también liberan
niveles altos de radiación ionizante. Es posible que la exposición a dosis muy
altas de radiación ionizante provoque daños inmediatos en el cuerpo, que
incluyen daños graves en la piel o los tejidos, enfermedad aguda por radiación
y muerte.
TIPOS
Partículas
alfa (núcleos de He
totalmente ionizados) con bajo poder de penetración y alto poder de ionización.
No pueden recorrer mas de un par de centímetros en el aire. El problema para la
salud radica principalmente en la ingestión o inhalación de sustancias que
emitan partículas alfa, que pueden generar un gran daño en una región
focalizada de los tejidos
Partículas
beta (electrón y
positrones que salen despedidos a gran velocidad de un suceso radiactivo),
debido a su menor masa producen menor energía y por lo tanto menor poder de ionización
que las alfa pero con un mayor poder de penetración. Se detiene en algunos
metros de aire o unos centímetros de agua y puede ser frenada por una lamina de
aluminio, el cristal de una ventana, una prenda de ropa o el tejido subcutáneo.
Puede dañar la piel, los tejidos superficiales y si por alguna vía, ingestión o
inhalación sustancias emisoras beta entraran en el cuerpo, irradiaran los
tejidos internos.
Partículas gama
Las radiaciones gama recorren
cientos de metros en el aire y son retenidas por una pared gruesa de plomo o
cemento. La Radiación Gamma o Rayos
Gamma. Tipo de radiación electromagnética, y
por tanto formada por fotones,
producida generalmente por elementos radiactivos o
procesos subatómicos como la aniquilación de un par positrón-electrón. Este tipo de radiación de tal
magnitud también es producida en fenómenos astrofísicos de gran violencia.
Debido a las altas energías que poseen, los rayos gamma constituyen un tipo
de radiación ionizante capaz de penetrar en la materia
más profundamente que la radiación alfa o beta. Dada su alta energía pueden causar grave daño al
núcleo de las células, por lo que son usados para
esterilizar equipos médicos y alimentos. Los rayos gamma se producen en la
desexcitación de un nucleón de un nivel o estado excitado a otro de menor energía y en la
desintegración de isótopos radiactivos. Los rayos gamma se diferencian de
los rayos X en su origen, debido a que
estos últimos se producen a nivel extranuclear, por fenómenos de frenado electrónico.
RADIACIONES
NO IONIZANTES
Se entiende por radiación no ionizante aquella onda o partícula que no es capaz de arrancar
electrones de la materia que ilumina produciendo, como mucho, excitaciones electrónicas. Ciñéndose a la radiación
electromagnética, la
capacidad de arrancar electrones (ionizar átomos o moléculas) vendrá dada, en el caso lineal,
por la frecuencia de la radiación, que determina
la energía por fotón, y en el caso no lineal también por
la "fluencia" (energía por unidad de superficie) de dicha radiación;
en este caso se habla de ionización no lineal.
Así, atendiendo a la frecuencia de la
radiación serán radiaciones no ionizantes las frecuencias comprendidas entre
las frecuencias bajas o radio frecuencias y el ultravioleta aproximadamente, a
partir del cual (rayos X y rayos gamma) se habla de radiación
ionizante. En el caso
particular de radiaciones no ionizantes por su frecuencia pero extremadamente
intensas (únicamente los láseres intensos) aparece el fenómeno de la ionización no lineal siendo, por tanto, también ionizantes.
La emisión de neutrones termales
corresponde a un tipo de radiación no ionizante tremendamente dañina para los
seres vivientes. Un blindaje eficiente lo constituye cualquier fuente que posea
hidrógeno, como el agua o los plásticos, aunque el mejor blindaje de todos para
este tipo de neutrones, al igual que en la emisión de neutrones lentos, son: el
cadmio natural(Cd), por captura reactiva, y el Boro (B), por reacciones de
transmutación. Para este tipo de radiación los materiales como el plomo, acero,
etc. son absolutamente transparentes
TIPOS
Radiación ultravioleta
(10-400nm) De entre las
radiaciones no ionizantes son las de mayor contenido energético, lo que le
permite reaccionar químicamente con la materia, produciendo las llamadas
reacciones fotoquímicas. La principal fuente de radiación ultravioleta (UV) es
el sol. En el mundo laboral los rayos UV tienen aplicaciones directas, como las
lámparas germicidas, utilizadas para desinfectar, o bien son generadas en
determinados procesos como la soldadura al arco. Los efectos de los rayos UV
afectan la piel produciendo eritemas o interferencias en el crecimiento
celular, y a los ojos ocasionando fotoqueratoconjuntivitis que es muy dolorosa.
Cuando la exposición es muy prolongada, la piel puede verse afectada
permanentemente, con pérdida de elasticidad. Una exposición excesiva a rayos UV
puede contribuir a la aparición de cáncer de piel. Puesto que la radiación UV
es fácilmente absorbida por una gran cantidad de materiales, el control de la
misma no ofrece dificultades particulares. En general cualquier gafa o
protector facial de calidad o cualquier ropa protectora será suficiente para
absorber la radiación UV recibida, reduciendo la exposición a niveles no
peligrosos.
Radiación
Infrarroja (780nm-1mm) y Luz Visible (400-780 nm) No son capaces de producir reacciones químicas, sus
efectos son únicamente de carácter térmico y aparecen en la piel y en los ojos.
Los rayos infrarrojos (IR) de mayor longitud de onda son los responsables de
lesiones corneales que, normalmente, son reversibles. A longitudes de onda
menores, la córnea se vuelve transparente y por ello los rayos IR pueden
alcanzar las partes internas del ojo, pudiendo ocasionar opacidades y cataratas
en el cristalino e incluso lesiones en la retina. Las radiaciones IR de
frecuencia más baja pueden penetrar en la piel hasta 0,8 mm, pudiendo ocasionar
lesiones en capliares y terminaciones nerviosas. Característica de la radiación
IR es la llamada "catarata de los sopladores de vidrio", debida a una
exposición excesiva. Las medidas preventivas recomendadas son el empleo de apantallamientos
o gafas protectoras.
COMPOSICIÓN DEL ÁTOMO
El término átomo proviene del griego («átomon»),
que significa "sin", y (tomon),
que significa "división" ("indivisible", algo que no se puede
dividir)
El átomo es la partícula más pequeña y estable que mantiene todas
las propiedades de un elemento.
El átomo
está compuesto por dos regiones diferentes: el núcleo, donde están los protones
y los neutrones, y la nube u orbitales electrónicos, donde se encuentran los
electrones.
Núcleo
El núcleo es
el centro o corazón del átomo que está compuesto por protones y neutrones.
Tanto protones como neutrones poseen masa, pero sólo los protones tienen carga
positiva.
Todos los
átomos de un elemento tienen el mismo número de protones, pero el número de
neutrones puede cambiar. A estos átomos con diferente número de neutrones se
les conoce como isótopos de un
elemento.
Nube electrónica
Rodeando el
núcleo, se encuentran los electrones en una especie de nube. Los electrones
poseen carga negativa.
Los átomos
se transforman en iones cuando ganan
o pierden electrones.
Si
hicieramos la comparación de la estructura del átomo con un campo de futbol, la
nube electrónica ocuparía todo el campo de futbol, mientras que el núcleo del
átomo sería un granito de arena en el medio del campo.
ELEMENTOS DEL ÁTOMO:
Protón
Es la partícula cargada positivamente que se encuentra en el núcleo del átomo. Tiene una masa de aproximadamente 1,67 x 10-24 gramos, que es igual a 1 dalton.
Es la partícula cargada positivamente que se encuentra en el núcleo del átomo. Tiene una masa de aproximadamente 1,67 x 10-24 gramos, que es igual a 1 dalton.
El número de protones de un átomo determina el número atómico del elemento. Por
ejemplo, el hidrógeno posee un solo protón, entonces su número atómico es igual
a 1.
Neutrón
Es la partícula neutra del núcleo del átomo con masa igual a la de un protón, es decir, un dalton.
Es la partícula neutra del núcleo del átomo con masa igual a la de un protón, es decir, un dalton.
Electrón
Los electrones son las partículas subatómicas que orbitan alrededor del núcleo. El electrón tiene una masa de 9,11 x 10-28 gramos, esto es 1/1800 la masa del protón. Su masa es tan pequeña que se considera despreciable.
Cada electrón posee una carga negativa. La carga de un átomo es normalmente neutra, pues tiene tantos protones como electrones, haciendo que las cargas positivas de uno se cancelen con las cargas negativas del otro.
Los electrones son las partículas subatómicas que orbitan alrededor del núcleo. El electrón tiene una masa de 9,11 x 10-28 gramos, esto es 1/1800 la masa del protón. Su masa es tan pequeña que se considera despreciable.
Cada electrón posee una carga negativa. La carga de un átomo es normalmente neutra, pues tiene tantos protones como electrones, haciendo que las cargas positivas de uno se cancelen con las cargas negativas del otro.
MODELOS ATÓMICOS
La “Teoría atómica del universo” fue creada por el
filósofo griego Demócrito y su mentor, Leucipo. En aquella época los saberes no
se alcanzaban mediante la experimentación, sino el razonamiento lógico,
basándose en la formulación de ideas y su debate.
Demócrito propuso que el mundo estaba formado por
partículas mínimas e indivisibles, de existencia eterna, homogéneas e
incompresibles, cuyas únicas diferencias eran de forma y tamaño, nunca de
funcionamiento interno. Estas partículas
se bautizaron como átomos, palabra que proviene del griego ἄτομοι y significa “indivisible”.
Modelo atómico de Dalton (1803 d.C.)
El primer modelo atómico con bases científicas nació
en el seno de la química, propuesto
por John Dalton en sus “Postulados atómicos”. Sostenía que todo estaba hecho de
átomos, indivisibles e indestructibles, incluso mediante reacciones químicas.
Los elementos conocidos dependían de sus átomos, que poseían la misma carga e idénticas propiedades,
pero un peso atómico relativo
diferente: esto debido a que, comparados con el hidrógeno, mostraban masas
diferentes.
Modelo atómico de Lewis (1902 d.C.)
También llamado el Modelo atómico cúbico, proponía la
estructura de los átomos como un cubo, en cuyos ocho vértices se hallaban los electrones. Fue propuesto por Gilbert N. Lewis y permitió
avanzar en el estudio de las valencias atómicas y las uniones moleculares,
sobre todo luego de su actualización por parte de Irving Langmuir en 1919,
desarrollando así el “átomo del octeto cúbico”.
Propuesto por J.
J. Thomson, descubridor del electrón en 1897, este modelo es previo al descubrimiento
de los protones y neutrones, por lo que asumía que los átomos consistían en una esfera de
carga positiva y distintos
electrones de carga negativa incrustados en ella, como las pasas en el pudín.
Dicha metáfora le otorgó al modelo el epíteto de “Modelo del pudín
de pasas”
Modelo atómico de Rutherford (1911 d.C.)
Ernest Rutherford realizó una serie de experimentos en
1911 a partir de láminas de oro y otros elementos, gracias a los cuales
determinó la existencia de un núcleo atómico de carga positiva en el cual se
hallaba el mayor porcentaje de su masa. Los electrones,
en cambio, giraban libres en torno a dicho núcleo o centro.
Modelo atómico de Bohr (1913 d.C.)
Este modelo da inicio en el mundo de la física a los postulados cuánticos, por lo que se considera
una transición entre la mecánica clásica y la cuántica. El físico
danés Niels Bohr lo propuso para explicar cómo podían los electrones tener
órbitas estables rodeando el núcleo, y otros pormenores de los que el modelo
previo no lograba dar cuenta.
Modelo atómico de Sommerfeld (1916 d.C.)
Fue propuesto por Arnold Sommerfield para intentar
llenar los baches que presentaba el modelo de Bohr a partir de los postulados
relativistas de Albert Einstein. Entre sus modificaciones están que las órbitas
de los electrones fueran circulares o elípticas, que los electrones tuvieran
corrientes eléctricas minúsculas y que a partir del segundo nivel de energía
existieran dos o más subniveles.
Modelo atómico de Schrödinger (1926 d.C.)
Propuesto por Erwin Schrödinger a partir de los
estudios de Bohr y Sommerfeld, concebía los electrones como ondulaciones de la
materia, lo cual permitió la formulación posterior de una interpretación
probabilística de la función de onda, por parte de Max Born.
Modelo atómico de Chadwick(1932 d.C.)
Confirmó la existencia de otra partícula subatómica de
la que se tenían múltiples sospechas: el neutrón. Los neutrones son partículas
subatómicas que no tienen carga eléctrica, y cuya masa es casi igual a la de
los protones.
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
del año 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.
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.
La
radiobiología es estudiada por físicos, químicos, biólogos y médicos, porque su
campo de conocimientos abarca estas ciencias.
Las dos
grandes razones que han impulsado la investigación de los efectos biológicos de
las radiaciones ionizantes son:
Radio
protección: Poder utilizar esas radiaciones de forma segura en todas las
aplicaciones médicas o industriales que las requieran.
Radioterapia:
Utilizarlas de forma efectiva en el tratamiento del cáncer, lesionando lo menos
posible el tejido humano normal.
Radioactividad
Definimos radioactividad como la emisión espontánea
de partículas (partículas alfa, partículas beta, neutrones) o radiaciones
(gama, captura K), o de ambas a la vez, procedentes de la desintegración de
determinados nucleidos que las forman, por causa de un arreglo en su estructura
interna.
La desintegración radioactiva ocurre en núcleos atómicosinestables, es decir, aquellos que no tienen
suficiente energía de enlace para mantener el núcleo unido debido a un exceso
de protones o neutrones.
La
radioactividad puede ser natural o artificial. En la radioactividad natural, la
sustancia ya la posee en el estado natural. En la radioactividad
artificial, la radioactividad le ha sido inducida por irradiación.
¿Qué es la radioactividad?
La radiactividad fue descubierta por el científico
francés Antoine Henri Becquerel en 1896 de forma casi ocasional al realizar investigaciones
sobre la fluorescencia del sulfato doble de uranio y potasio. Descubrió
que el uranio emitía espontáneamente una radiación misteriosa. Esta
propiedad del uranio, después se vería que hay otros elementos que la poseen,
de emitir radiaciones, sin ser excitado previamente, recibió el nombre de
radiactividad.
El descubrimiento dio lugar a un gran número de
investigaciones sobre el tema. Quizás las más importantes en lo referente a la
caracterización de otras sustancias radiactivas fueron las realizadas por el
matrimonio, también francés, Pierre y Marie Curie, quienes descubrieron el
polonio y el radio, ambos en 1898.
La naturaleza de la radiación emitida y el fenómeno de
la radiactividad fueron estudiados en Inglaterra por Ernest Rutherford, principalmente,
y por Frederick Soddy. Como resultado pronto se supo que la radiación emitida
podía ser de tres clases distintas, a las que se llamó alfa, beta y gamma, y
que al final del proceso el átomo radiactivo original se había transformado en
un átomo de naturaleza distinta, es decir, había tenido lugar una transmutación
de una especie atómica en otra distinta. También se dice (y esta es la
terminología actual) que el átomo radiactivo ha experimentado una
desintegración.
La radiactividad es una reacción nuclear de
"descomposición espontánea", es decir, un nucleido inestable se
descompone en otro más estable que él, a la vez que emite una
"radiación". El nucleido hijo (el que resulta de la desintegración)
puede no ser estable, y entonces se desintegra en un tercero, el cual puede
continuar el proceso, hasta que finalmente se llega a un nucleido estable. Se
dice que los sucesivos nucleidos de un conjunto de desintegraciones forman una
serie radiactiva o familia radiactiva.
Se puede considerar que todos los isótopos de los
elementos con número atómico igual o mayor a 84 (el polonio es el primero de
ellos) son radiactivos (radiactividad natural) pero que, actualmente, se pueden
obtener en el laboratorio isótopos radiactivos de elementos cuyos isótopos
naturales son estables (radiactividad artificial).
La primera obtención en el laboratorio de un isótopo
artificial radiactivo (es decir, el descubrimiento de la radiactividad
artificial) la llevó a cabo en 1934 el matrimonio formado por Fréderic Joliot e
Irene Curie, hija del matrimonio Curie
Tipos
de radiaciones
Radiaciones beta b+, que
son positrones procedentes del núcleo
Rayos gamma (g), que son
ondas electromagnéticas de alta energía
Captura electrónica (desintegraciones K)
Lado
negativo
Los efectos negativos de la radioactividad
se deben a su poder ionizante: cuando la radiación alcanza células vivas, con
suficiente energía como para liberar electrones de las moléculas que componen
la célula formando iones que consisten en moléculas con un número de electrones
distinto al de protones. La presencia de estos iones lleva a que se interrumpa
el funcionamiento normal de una célula.
Es curioso, por ejemplo, como la glándula tiroides,
situada en nuestro cuello, necesita del Yodo para su correcto funcionamiento.
Por lo general se encuentra en distintos alimentos como la sal yodada, el
marisco o el brócoli y no es radioactivo pero en un desastres como el de hace
tres décadas se produce una enorme cantidad de Yodo Radiactivo que también
puede ser asimilado por la tiroides.
Este Yodo, al ser radiactivo, queda acumulado en la
glándula y periódicamente emite partículas alpha o beta que al estar muy cerca
del cerebro daña las células del mismo, desarrollando cánceres y otras
malformaciones. Es por eso que tras un accidente nuclear una de las primeras
medidas que se toma es administrar pastillas de Yodo a la población ya que de
esta forma la tiroides absorbe todo el que necesita y ya no absorbe el que haya
podido generarse con características radioactivas.
El daño más severo a la célula resulta cuando
se daña al ADN y esto puede ocurrir de dos modos:
El agua en el cuerpo tiende a absorber una gran
porción de radiación y se ioniza. Cuando el agua es ionizada, rápidamente forma
moléculas altamente reactivas llamadas radicales libres. Estos radicales libres
pueden reaccionar con la molécula y dañar al ADN de la molécula.
La radiación choca directamente contra el DNA de la
molécula, ionizándolo y dañándolo.
El riesgo para la salud no sólo depende de la
intensidad de la radiación y de la duración de la exposición, sino también
del tipo de tejido afectado y de su capacidad de absorción. Por ejemplo,
los órganos reproductores son 50 veces más sensibles que la piel.
Los efectos mutagénicos de la radiación fueron
identificados por primera vez por Hermann Joseph Muller en 1927, investigación
por la que recibió el Premio Nobel de Medicina en 1946.
Beneficios
múltiples
En el caso de la energía nuclear, entendida como
aquella que aprovecha de manera controlada las distintas reacciones físicas de
elementos radioactivos para uso humano mediante su transformación en energía
eléctrica, térmica o mecánica, sus beneficios son múltiples siempre que se
emplee bajo las condiciones de seguridad estipuladas.
Permite, por ejemplo, reducir el empleo de
combustibles fósiles y por tanto las emisiones de gases contaminantes, favorece
la planificación energética dado que su generación no depende de elementos
naturales (como sucede con las renovables) y su producción es más barata que
otras.
Ahora bien, un problema en las instalaciones, un fallo
humano o un desastre natural puede acarrear la fuga de sustancias que, como
hemos visto, afectan a las células vivas. Y no solo ocurre durante el
funcionamiento de las centrales nucleares sino que los residuos que generan
siguen siendo radioactivos durante mucho tiempo.
Rayos
X
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).
La
historia de los rayos X comienza con los experimentos del científico
británico William
Crookes, que investigó en el siglo XIX los efectos de ciertos gases
al aplicarles descargas de energía. Estos experimentos se desarrollaban en un
tubo vacío, y electrodos para generar corrientes de alto voltaje. Él lo
llamó tubo de
Crookes. Este tubo, al estar cerca de placas fotográficas, generaba
en las mismas algunas imágenes borrosas. Pese al descubrimiento, Nikola Tesla, en 1887, comenzó
a estudiar este efecto creado por medio de los tubos de Crookes. Una de las
consecuencias de su investigación fue advertir a la comunidad científica el
peligro para los organismos biológicos que supone la exposición a estas
radiaciones.
Descubrimiento de los rayos X
El
físico alemán Wilhelm Conrad Röntgen descubrió
los rayos X en 1895, mientras experimentaba con los tubos de Hittorff-Crookes y
la bobina
de Ruhmkorff para investigar la fluorescencia violeta que
producían los rayos
catódicos. Tras cubrir el tubo con un cartón negro para eliminar la
luz visible, observó un débil resplandor amarillo-verdoso proveniente de una
pantalla con una capa de platino-cianuro de bario, que desaparecía al apagar el
tubo. Determinó que los rayos creaban una radiación muy penetrante,
pero invisible, que atravesaba grandes espesores de papel e incluso metales
poco densos. Usó placas fotográficas para demostrar que los objetos eran más o
menos transparentes a los rayos X dependiendo de su espesor y realizó la primera
radiografía humana, usando la mano de su mujer. Los llamó "rayos
incógnita", o "rayos X" porque no sabía qué eran, solo que eran
generados por los rayos catódicos al chocar contra ciertos materiales. Pese a
los descubrimientos posteriores sobre la naturaleza del fenómeno, se decidió
que conservaran ese nombre. En Europa Central y Europa del Este, los
rayos se llaman rayos Röntgen (en alemán: Röntgenstrahlen).
La
noticia del descubrimiento de los rayos X se divulgó con mucha rapidez en el
mundo. Röntgen fue objeto de múltiples reconocimientos: el emperador Guillermo
II de Alemania le concedió la Orden de la Corona y fue premiado
con la Medalla
Rumford de la Real Sociedad de Londres en 1896, con la medalla
Barnard de la Universidad de Columbia y con el premio
Nobel de Física en 1901.
Rayos
X en aplicaciones médicas
Desde que Röntgen descubrió
que los rayos X permiten captar estructuras
óseas, se ha desarrollado la
tecnología necesaria para su uso en medicina. La radiología es la especialidad médica que emplea la radiografía como ayuda en el diagnóstico médico, en la práctica, el uso más extendido de los rayos X.
Los rayos X son especialmente útiles en la detección de enfermedades del esqueleto, aunque también se utilizan para diagnosticar enfermedades de los tejidos blandos,
como la neumonía, cáncer de pulmón, edema pulmonar, abscesos.
En otros casos, el uso de rayos X tiene más limitaciones, como por
ejemplo en la observación del cerebro o los músculos. Las alternativas en estos casos incluyen la tomografía axial computarizada, la resonancia
magnética nuclear o
los ultrasonidos.
Los rayos X también se usan en procedimientos en tiempo real, tales como la angiografía, o en estudios de contraste.
Esta forma de radiación electromagnética, tal como la
luz visible.
Una máquina de rayos x envía partículas de estos
rayos a través del cuerpo. Las imágenes se registran en una computadora o en
una película.
Las estructuras que son densas, como los huesos,
bloquearán la mayoría de las partículas de rayos x y aparecerán de color
blanco.
El metal y los medios de contraste (tintes especiales
utilizados para resaltar áreas del cuerpo) también aparecerán de color
blanco.
Las estructuras que contienen aire se verán negras, y
los músculos, la grasa y los líquidos aparecerán como sombras de color gris.
ESTRUCTURA Y GENERACIÓN DEL
TUBO DE COOLIDGE
Tubo de Coolidge
En
1913, William Coolidge realizó varias mejoras al tubo de Crookes. El tubo de
Coolidge, también conocido como «tubo de cátodo caliente», ha estado en uso
desde entonces con algunas modificaciones sobre el diseño básico.
Funciona
en un alto vacío, de unos 10−4 Pa, o 10−6 Torr y los electrones son generados
por emisión termoiónica en un filamento de wolframio —el cátodo— calentado por
una corriente eléctrica. El haz de electrones emitido por el cátodo es
acelerado aplicando una diferencia de potencial entre el cátodo y el ánodo; al
colisionar con el ánodo, los electrones producen rayos X por los mismos
procesos que en el tubo de Crookes.
Tipos
Esquema
de un tubo de ánodo rotatorio. A: ánodo; R: rotor; T: área donde incide el haz
de electrones; C: cátodo; E: superficie del tubo en vacío; S: estátor; O:
volumen ocupado por el aceite refrigerador; B: fuelle que permite la expansión
termal del aceite; W: ventana de salida de los rayos X
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Ánodo rotatorio
El
tubo de ánodo rotatorio es un tubo de Coolidge en el que se hace girar el ánodo
mediante inducción electromagnéticagenerada por estátores situados alrededor
del tubo.
Al
girar, el calor generado por el impacto del haz de electrones se distribuye
sobre una mayor superficie, lo que permite aumentar la intensidad del haz de
electrones en aplicaciones que requieran una alta dosis de rayos X.
Tubos de microfoco
Ciertas
técnicas, como la microtomografía, precisan de imágenes de muy alta resolución
que pueden conseguirse usando un haz de rayos X de sección reducida. Los tubos
de microfoco producen haces con un diámetro típico menor de 50 µm in
diameter.
Los tubos de
microfoco de ánodo sólido son similares a un tubo de Coolidge convencional,
pero con el haz de electrones incide sobre una área muy pequeña del ánodo,
normalmente entre 5 y 20 µm; la densidad de potencia del haz de electrones está
limitada a un valor máximo de 0.4-0.8 W/µm para no derretir el ánodo, por lo
que estas fuentes son poco potentes, por ejemplo, 4-8 W para un haz de
electrones de 10 µm de diámetro.
Los
tubos de ánodo de metal líquido, en cambio, pueden funcionar con una potencia
de 3-6 W/µm. En estos instrumentos, el ánodo sólido es reemplazado por un
chorro de metal líquido, generalmente galio en circulación continua.
La
potencia total es un orden de magnitud mayor que en las fuentes de ánodo fijo,
lo que permite disminuir el foco hasta los 5 µm de diámetro, acompañado de una
mejora de la resolución de las imágenes y un menor tiempo de exposición.
Cátodo
de nanotubos de carbono
El
cátodo empleado en los tubos convencionales se puede reemplazar por una serie
de nanotubos de carbono que emiten electrones al aplicárseles un voltaje, en
vez de por calentamiento, como el filamento de wolframio, por lo que pueden
funcionar a temperatura ambiente.
Este
diseño fue concebido por un grupo de científicos de la Universidad de Carolina
del Norte y patentado en el año 2000. Además de mejorar el consumo de energía,
este diseño presenta ventajas en aplicaciones que requieran imágenes de objetos
en movimiento: los haces de electrones provenientes de distintos nanotubos
emiten rayos X en direcciones distintas, por lo que no es necesario mover el
aparato, como ocurre con los tubos con un único filamento, lo que resultaría en
imágenes más nítidas.
Aplicaciones
Medicina
Los
primeros usos de los tubos de rayos X en medicina y en odontología datan de
finales del siglo XIX. Ya los primeros tubos de gas eran empleados para
realizar fluoroscopias y radiografías, explotando el contraste en absorción de
los rayos X por diferentes tejidos, y se ha documentado su uso en el campo de
batalla para localizar balas en soldados heridos.
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En la actualidad, también se usan para obtener imágenes médicas tridimensionales mediante la tomografía axial computarizada. Además de su papel como instrumentos de diagnóstico para lesiones óseas, dentales, aflicciones del sistema digestivo y en angiografías, forman parte del equipo usado en algunos procedimientos quirúrgicos, sobre todo para visualizar la correcta implantación de dispositivos.
Otra
aplicación importante, sobre todo en el pasado, fue en el campo de la
radioterapia, especialmente en el tratamiento del cáncer y tumores, posible
gracias a la capacidad de los rayos X de provocar la muerte celular.
Mientras
que los tubos de Crookes podían emplearse para tratar tumores superficiales, no
fue hasta el desarrollo de los tubos en vacío que se pudo obtener radiación de
la suficiente energía para poder alcanzar los tumores internos.
Los
tubos de rayos X para esta aplicación requieren un voltaje muy alto y
gradualmente han sido reemplazados por otras fuentes de rayos X, como los
aceleradores lineales.
Análisis de materiales
Los
rayos X son muy usados para examinar la estructura, propiedades y composición
de todo tipo de materiales orgánicos e inorgánicos. Los tubos de rayos X se
emplean en los difractómetros, instrumentos empleados para estudiar material
cristalino mediante difracción de rayos X, con el objetivo de identificar
minerales y compuestos inorgánicos y determinar la estructura de la materia a
resolución atómica.
Estos
experimentos son cruciales para la investigación y desarrollo en disciplinas
tan diversas como la geología, biología, física de la materia y ciencia del
medio ambiente. También se utilizan como fuente de rayos X para el análisis de
la composición de materiales por fluorescencia, técnica ideal para la
determinación de la concentración de diversas sustancias en sólidos y en
líquidos e importante tanto en la investigación básica como en diversas
industrias de los sectores de telecomunicaciones, alimentación, farmacéutico,
agricultura, textil, petrolero, etc.
En
los experimentos analíticos es común desechar los rayos X generados por
radiación de frenado y usar solo solo el haz monocromático correspondiente a la
emisión característica del ánodo. Esto se puede lograr mediante el uso de
monocromadores y filtros poco absorbentes a la longitud de onda de interés,
pero más opacos a los rayos X de longitudes de onda menores, normalmente un
metal de número atómico Z inferior al metal utilizado en el ánodo.
Riesgos
Quemaduras
sufridas durante una fluoroscopia médica. En medicina se sopesan cuidadosamente
los beneficios de los rayos X como instrumento de diagnóstico y terapia frente
a los efectos secundarios.
Cuando
se descubrieron los rayos X no se sospechaba que fueran peligrosos para la
salud y durante un tiempo los tubos de rayos X y válvulas de vacío de alto
voltaje se usaron sin ningún tipo de precaución para resguardarse de la
exposición innecesaria a los rayos X.
Incluso
cuando se empezaron a observar efectos adversos, como lesiones de la piel y
ojos y tumores, su aparición no siempre se asociaba al uso de rayos X. Thomas
Edison y Nikola Tesla estuvieron entre los primeros que notaron una relación de
causa y efecto entre el trabajo con rayos X e irritación ocular. Finalmente se
estableció que una dosis de 3 Sv puede causar enrojecimiento e irritación de la
piel. Dado que algunos tubos pueden resultar en exposiciones entre 10 y 10 000
Sv/h, es necesario adoptar medidas para minimizar la dosis recibida durante el
uso y manipulación de los tubos de rayos X.
En
todas las fuentes modernas, el tubo está rodeado de una coraza protectora de
plomo, que absorbe todos los rayos X excepto los dirigidos hacia la ventana de
salida. También se usan dispositivos para regular el máximo voltaje en el tubo,
y filtros y colimadores para confinar el haz de rayos X en la dirección de la
muestra o paciente. Incluso cuando la dosis recibida en una sola exposición no
es lo suficientemente alta para provoca efectos a corto plazo, la acumulación
de repetidas exposiciones aumenta el riesgo de contraer cáncer, por lo que
normalmente se implementan protocolos de seguridad —por ejemplo, el requisito
de ocluir el haz de rayos X mientras el aparato no esté en uso— y se vigila que
la dosis de radicación acumulada esté dentro de límites seguros para el
personal que maneja tubos de rayos X regularmente.
Cuando
los tubos se usan en medicina, se protegen las áreas del cuerpo alrededor de la
zona a tratar; en medicina diagnóstica los pacientes son situados a cierta
distancia, para disminuir la dosis por unidad de superficie, y se usan tiempos
de exposición tan cortos como sea posible.
RADIOLUCIDEZ
Y RADIOPACIDAD
¿Qué
es Radiolucidez y Radiopacidad?
El término Radiolucidez y Radiopacidad tiene que ver
con el color de la imagen, todas las imágenes diagnósticas: radiografías,
tomografías, resonancias, incluso la gammagrafía se da en blanco negro y tonos
de grises, o sea, entre el blanco y el negro la mayor cantidad de grises.
Como esto nació en la época en que ya existía la
fotografía se empezaron a trabajar las radiografías con negativos fotográficos,
pero quedaba el negativo radiográfico, por eso decimos que una radiografía es
un negativo radiográfico y lo que queda radiolúcido es lo que es más blanco en
la realidad o más denso, que retiene mayor cantidad de radiación, que no logra
llegar hasta la película radiográfica y quemar los haluros de plata (en el caso
de la radiografía convencional) o imprimir los sensores electrónicos en la
radiografía digital actual.
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Siempre hablamos que radiolúcido es lo negro que se ve
en la radiografía y radiopaco es lo blanco. La excepción es en resonancia
magnética que ya no utilizamos estos términos y que lo blanco en la resonancia
magnética es lo que se ve negro en la radiografía y lo que se ve negro en la
resonancia en la radiografía se ve blanco, es decir, al contrario.
RADIOPACIDAD
La
radiopacidad es la capacidad que posee un determinado material de no permitir
penetrar los rayos x es decir de desviarlos al contacto con ellos, los metales
nobles poseen una gran densidad la cual le permite evitar la penetración de los
rayos X siendo claramente visibles en una radiografía esto se debe a que
presentan una mayor cantidad de masa por cm3 que atravesar. En
la primera radiografía tomada por Wilhen Röntgen se puede apreciar cómo se
traspasan los tejidos blandos como hueso y carne pero el anillo de bodas (oro) no
es atravesado por ellos.
RADIOLUCIDEZ
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.
Parte de la radiografía
procesada que está oscura o negra.una estructura radiolúcida representa el
negro en los rayos x.
Una estructura radiolúcida representa el negro en los Rayos X.
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