Cátedra de Biofísica II
Semestre: 2 Grupo: 11
Sistemas Biofísicos Mecánicos, de los Fluidos, Hemodinámicos, Respiratorio y Bioeléctrico
Docente: Dr. Cecil Flores Blaseca Estudiante: Jesús Enrique León H.
Guayaquil, 28 de Febrero de 2017
INTRODUCCIÓN
El médico debe dar explicaciones científicas a los fenómenos
homeostáticos, fisiológicos y patológicos del organismo humano, la asignatura
en la carrera de medicina brinda el conocimiento básico. Estudia la vida y los
fenómenos vitales conforme a las propiedades de la estructura molecular, sus
leyes físicas macroscópicas así como cuánticas. La Biofísica es la ciencia que
encara los estudios físicos y fisicoquímicos de los fenómenos biológicos y
metabólicos de los seres humanos.
En éste trabajo contaremos con diversos aportes teóricos,
metodológicos, aportes a la comprensión de los problemas del campo profesional
y aquellos contextos de aplicación adecuada a los estudiantes.
SISTEMAS BIOFÍSICOS MECÁNICOS
Magnitudes
y medidas
Valor que se asocia con las propiedades y
cualidades de un cuerpo o sistema el cual puede ser medido, a esto se le pueden
asignar valores distintos como resultado de una medición o una relación de
medidas. Se considera que el patrón principal
de longitud es el metro en el Sistema Internacional de Unidades. Existen
magnitudes básicas y derivadas, que constituyen ejemplos de magnitudes físicas:
la masa, la longitud, el tiempo, la carga eléctrica, la densidad, la
temperatura, la velocidad, la aceleración y la energía.
(Sistemas Internacional de Unidades, 2017)
Ejemplos de magnitudes y medidas:
En medicina se utilizan mucho las magnitudes y medidas, en distintas áreas, ya sea anatomía, embriología, histología, etc. Por lo que existen valores estándares para cada cosa en nuestro cuerpo. Por ejemplo aquí tenemos las medidas de algunos órganos:
Riñones: 10 a 12 cm de largo x 5 a 6 cm de ancho x 3 a 4 cm de espesor. Cada uno pesa unos 150 gramos.
El corazón: Peso 200 a 425 gramos, un poco más grande que una mano cerrada.
El hígado: Peso 1100 - 2500 gramos. Mide 26 x 15cm en sentido anteroposterior, y 8cm de espesor a nivel del lóbulo derecho.
Pulmones: El pulmón derecho pesa en promedio 600 gramos y el izquierdo alcanza en promedio los 500. El pulmón derecho es más grande que el izquierdo. Tienen unos 26 cm de alto x 15 de diámetro anteroposterior. Capacidad = 1.600 cm3.
Así como se pueden medir todos los elementos anatómicos del cuerpo humano, desde su microscopia hasta su microscopia.
(Peso y medida de los órganos, 2017)
Fuerza y Energía
La fuerza se define como una
magnitud vectorial que puede medir la intensidad del intercambio de momento
lineal entre dos partículas o sistemas de partículas. Esto se refiere que
cuando existe una interacción entre dos cuerpos, la fuerza es aquel agente que
permite modificar la cantidad de movimiento o la forma de los materiales. Por
lo que la fuerza es la causa del cambio y la energía la capacidad de cambiar. Es decir la materia cambia por la acción de
fuerza, que es una manifestación de la energía. Materia y energía pueden
transformase mutuamente.
Unidades
de medida de energía
La unidad de energía definida por el Sistema Internacional
de Unidades es el julio, que se define como el trabajo realizado por una fuerza
de un newton en un desplazamiento de un metro en la dirección de la fuerza. Es
decir, equivale a multiplicar un newton por un metro. Existen muchas otras
unidades de energía, algunas de ellas en desuso.
Ejemplo
La energía va desde el alimento a
nuestro cuerpo, para desarrollar diversas funciones mediante transformaciones
de la energía. Tomemos, por ejemplo, un pan. El pan está hecho de trigo, el
cual posee fundamentalmente carbohidratos, o energía química almacenada. Cuando
te comes el pan, tu cuerpo adquiere esa energía. Luego, puede almacenarla, o
utilizarla de inmediato para moverse, para mantener la temperatura, para hacer
funcionar el sistema nervioso. Así, el organismo transforma la energía química
de los alimentos en energía mecánica (movimiento), energía térmica (calor) y
energía eléctrica (transmisión de impulsos nerviosos).
Elasticidad
y resistencia de los tejidos humanos
La resistencia es la capacidad de un
material de poder resistir el flujo de corriente y es específica para cada
tejido, dependiendo de su composición, temperatura y de otras propiedades
físicas. Esta propiedad la encontramos en los músculos y en los
huesos.
La elasticidad en cambio es una propiedad que también
se encuentra en muchos órganos, tejidos y músculos de los organismos, teniendo
esto relación con la capacidad de crecer y volverse elásticos de acuerdo a
diferentes situaciones.
Un ejemplo claro de órgano elástico es la del estómago,
que puede aumentar varias veces su tamaño original para luego volver a su
estado de reposo luego de haberse realizado el proceso de alimentación.
El musculo tiene tanto la propiedad de
resistencia y elasticidad. Encontramos que alrededor de 85% de la masa muscular
esquelética del ser humano está compuesto por fibras musculares propiamente
dichas. El 15% restante está formado en gran parte por tejido conectivo
compuesto en cantidades variables por fibras colágenas, reticulares y elásticas
Leyes de
Newton
Primera ley de Newton o ley de la inercia
En esta primera ley, Newton expone
que “Todo cuerpo tiende a mantener su estado de reposo o movimiento uniforme y
rectilíneo a no ser que sea obligado a cambiar su estado por fuerzas
ejercidas sobre él”.
Segunda
ley de Newton o ley de aceleración o ley de fuerza
La segunda ley del movimiento de
Newton dice que “Cuando se aplica una fuerza a un objeto, éste se acelera.
Dicha a aceleración es en dirección a la fuerza y es proporcional a su
intensidad y es inversamente proporcional a la masa que se mueve”.
Tercera
Ley de Newton o Ley de acción y reacción
"Para cada acción existe una reacción igual y opuesta".
En términos más explícitos: La tercera ley expone que
por cada fuerza que actúa sobre un cuerpo, éste realiza una fuerza de igual
intensidad y dirección pero de sentido contrario sobre el cuerpo que la
produjo.
Leyes de Newton aplicadas al cuerpo humano
Resistencia y estructura de los músculos y huesos
Estructura de los músculos: Los músculos se constituye de fibras musculares las cuales se encuentran protegidas y se mantienen en sus lugares debido a que el tejido conjuntivo que actúa como envoltura y división. Así, este se denomina epimisio cuando es la funda de tejido que cubre al músculo; perimisio, a la vaina de tejido que envuelve a cada fascículo muscular (haces conjuntos de fibras musculares), y endomisio al que rodea cada fibra.
Estas células son las que pueden extenderse o recogerse y luego recuperar su forma original.
Estructura de los huesos: es un tejido duro que contiene elementos orgánicos (células y matriz) e inorgánicos (minerales). Sus componentes son; cartílago, disco epifisiario, periostio, hueso compacto, hueso esponjoso, endostio, cavidad medular.
El hueso está sometido a fuertes
presiones, supera en resistencia al
hormigón, y de hecho su estructura es muy parecida. Las fibras colágenas del
hueso tienen gran fuerza de tensión. En cambio las sales de calcio, cuyas
propiedades son parecidas a las del mármol, tienen gran fuerza de compresión.
Estas propiedades combinadas son las que aportan resistencia al hueso.
Biomecánica de la Marcha
La marcha humana es un proceso de locomoción en el cual el cuerpo humano, en posición erguida, se mueve hacia adelante, siendo un peso soportado, alternativamente, por ambas piernas. Mientras el cuerpo se desplaza sobre la pierna de soporte, la otra pierna se balancea hacia adelante como preparación para el siguiente apoyo.
Líquidos.
Mecánica de los Fluidos. Ley de STOKES.
Un fluido se define como el conjunto de partículas que
se mantienen unidas entre sí por fuerzas cohesivas débiles y las paredes de un
recipiente; el término engloba a los líquidos y los gases. Estos tienen
propiedades físicas que permiten caracterizar y cuantificar su comportamiento
así como distinguirlos de otros.
La forma de los líquidos es variable (adoptan la
forma que tiene el recipiente) porque, por encima de la temperatura de fusión,
las partículas no pueden mantener las posiciones fijas que tienen en estado
sólido y se mueven desordenadamente. Los líquidos pueden fluir, ya que sus
partículas, al tener libertad y no ocupar posiciones fijas, pueden desplazarse
por los huecos que aparecen entre ellas, permitiendo el movimiento de toda la
masa líquida.
La
mecánica de fluidos
Es la rama de la física que estudia las interacciones
entre el fluido y el contorno que lo limita comprendida además estudia el
movimiento de los fluidos (gases y líquidos) así como las fuerzas que lo
provocan. La característica fundamental que define a los fluidos es su
incapacidad para resistir esfuerzos cortantes.
Los fluidos corporales se dividen en
dos categorías: excretados y secretados. Dentro de esas categorías encontramos
los siguientes:
Excretados: sudor, la leche materna, cerumen, heces, quimo,
bilis, vómito, sebo.
Secretados: sangre o plasma, semen, saliva, eyaculación de
la mujer, suero u orina.
Ejemplo
Por ejemplo en el cuerpo humano a
mayor tamaño del vaso, mayor es la cantidad del volumen sanguíneo, al igual que
la fuerza y la presión con la que lo atraviesan.
En reposo, por lo menos 50% del
volumen sanguíneo circulante se halla en las venas generales; 12% se encuentra
en las cavidades del corazón y 18% en la circulación pulmonar de baja presión;
sólo 2% en la aorta; 8% en las arterias, 1% en las arteriolas y 5% en los
capilares.
Principio de Pascal
El principio de Pascal afirma que la presión aplicada
sobre un fluido no compresible contenido en un recipiente indeformable se
transmite con igual intensidad en todas las direcciones y a todas
partes del recipiente.
Ejemplo
El
aumento de presión o disminución del sistema sanguíneo con respecto a la altura
La viscosidad de la sangre depende
principalmente de la relación entre los glóbulos rojos y el volumen del líquido
plasmático, y en menor medida de la concentración de proteínas en el plasma.
El principio
de Arquímedes afirma que todo cuerpo sólido sumergido total o parcialmente en
un fluido experimenta un empuje vertical y hacia arriba con una fuerza igual al
peso del volumen de fluido desalojado.
Tipos de flujo
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, se abrevia Q.
Ley
de la Continuidad
La conservación de la masa de fluido
a través de dos secciones (sean éstas A1 y A2) de un conducto (tubería) o tubo
de corriente establece que: la masa que entra es igual a la masa que sale.
Que se cumple cuando entre dos
secciones de la conducción no se acumula masa, es decir, siempre que el fluido
sea incompresible y por lo tanto su densidad sea constante. Esta condición la
satisfacen todos los líquidos y, particularmente, el agua.
En general la geometría del conducto
es conocida, por lo que el problema se reduce a estimar la velocidad media del
fluido en una sección dada.
Ley de POISEVILLE
La ecuación que gobierna el
movimiento de un fluido adentro de un tubo es conocida como la ecuación de
Poiseuille. Lleva en consideración la viscosidad, aunque en realidad ella solo
es aplicable para el flujo no turbulento (flujo laminar).
la ley de Poiseuille (también
conocida como ley de Hagen-Poiseuille) después de los experimentos llevados a
cabo en 1839 por Gotthilf Heinrich Ludwig Hagen (1797-1884) es una ley que
permite determinar el flujo laminar estacionario ΦV de un líquido incompresible
y uniformemente viscoso (también denominado fluido newtoniano) a través de un
tubo cilíndrico de sección circular constante. Esta ecuación fue derivada
experimentalmente en 1838, formulada y publicada en 1840 y 1846 por Jean Louis
Marie Poiseuille (1797-1869).
o Ley
de Poiseuille, L. (s/f). Medida de la viscosidad de un líquido.
La ecuación de Poiseuille está
formulada para flujos laminares de fluidos homogéneos con viscosidad constante,
sin embargo, en los vasos sanguíneos estas condiciones no siempre se cumplen;
si la velocidad del flujo es alta o si el gradiente de presión es elevado, se
pueden generar remolinos o turbulencias que modifican el patrón del flujo. Al
producirse turbulencias se necesitarán gradientes de presión mayores para
mantener el mismo flujo.
La ley de Poiseuille tiene aplicación en la
ventilación pulmonar al describir el efecto que tiene el radio de las vías
respiratorias sobre la resistencia del flujo de aire en dirección a los
alveolos. De ese modo, si el radio de los bronquiolos se redujera por la mitad,
la ley de Poiseuille predice que el caudal de aire que pasa por ese bronquiolo
reducido tendría que oponerse a una resistencia 16 veces mayor, siendo que la
resistencia al flujo es inversamente proporcional al radio elevado a la cuarta
potencia.
Hemodinámica
La
hemodinámica es aquella parte de la biofísica que se encarga del estudio de la 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.
Un fluido se desplaza en el interior
de un tubo cuando la presión en el inicio es superior a la existente al final
del tubo, moviéndose desde una zona de mayor presión a una de menor presión. El
flujo o caudal depende directamente del gradiente o diferencia de presión entre
esos dos puntos e inversamente de la resistencia, en una relación similar a la
de Ohm para los circuitos eléctricos.
Q
(flujo o caudal) = ∆ P (P1 - P2) / R (resistencia)
La resistencia depende de las
dimensiones del tubo y de la naturaleza del fluido, y mide las fuerzas de
rozamiento o fricción entre las propias moléculas del fluido y entre éstas y
las moléculas de la pared del tubo.La velocidad con la que circula la sangre en
el interior de un tubo es directamente proporcional al flujo e inversamente
proporcional al área transversal del tubo.
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.
Presión
sanguínea
La presión sanguínea constituye uno
de los principales signos vitales y está determinada por la fuerza y el volumen
de sangre bombeada, así como por el tamaño y la flexibilidad de las arterias.
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, a la presión en las
arterias más grandes, las arterias que forman los vasos sanguíneos que toman la
sangre que sale desde el corazón.
Tensión arterial y flujo sanguíneo
Se puede definir como la fuerza que
la sangre ejerce sobre las paredes de las arterias, que es más alta (presión
sistólica) cuando el corazón la bombea hacia las arterias y más baja (presión
diastólica) entre un latido y otro del músculo cardiaco.
el flujo sanguíneo es el volumen de
sangre que fluye a través de un tejido en un determinado período de tiempo (en
mL/min). El flujo sanguíneo total es el gasto cardíaco o volumen minuto
cardíaco: el volumen de sangre que circula a través de los vasos sanguíneos
sistémicos (o pulmonares) cada minuto. Hay que recordar que el gasto cardíaco
depende de la frecuencia cardíaca y del volumen sistólico: Gasto cardíaco =
frecuencia cardíaca X volumen sistólico.
La distribución del gasto cardíaco
entre las vías circulatorias que irrigan los diversos tejidos corporales
depende de dos factores más:1) la diferencia de presión que conduce
al flujo sanguíneo a través de un tejido y 2) la
resistencia al flujo sanguíneo en los vasos sanguíneos específicos. La sangre
fluye de regiones de mayor presión a regiones de menor presión: a mayor
diferencia de presión mayor flujo sanguíneo. Pero a mayor resistencia, menor
flujo sanguíneo. La velocidad del flujo sanguíneo (en cm/seg) se relaciona en
forma inversa con el área de sección transversal. La velocidad es menor donde
el área de sección transversal es mayor
Presión
arterial sistólica
Corresponde al valor máximo de la
tensión arterial en sístole (cuando el corazón se contrae). Se refiere al
efecto de presión que ejerce la sangre eyectada del corazón sobre la pared de
los vasos. (Kiernan & Rajakumar, 2000)
Presión
arterial diastólica
Corresponde al valor mínimo de la tensión arterial
cuando el corazón está en diástole o entre latidos cardíacos. Depende
fundamentalmente de la resistencia vascular periférica. Se refiere al efecto de
distensibilidad de la pared de las arterias, es decir el efecto de presión que
ejerce la sangre sobre la pared del vaso.
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. El valor normal en los adultos es de
60-90 latidos por minuto. Los valores varían de acuerdo a la edad ( recién
nacidos 70-190, ancianos 60 o menos).
Volumen minuto circulatorio y circulación sistémica
Se define gasto cardíaco o volumen minuto como la
cantidad de sangre bombeada cada minuto por cada ventrículo. De esta forma el
flujo que circula por el circuito mayor o menor corresponde a lo proyectado por
el sistema de bombeo. Se calcula mediante el producto del volumen sistólico,
(volumen impulsado en cada latido cardíaco) por la frecuencia cardiaca (número
de latidos o ciclos cardíacos por minuto). Para un individuo adulto medio, el
gasto cardíaco se encuentra entre 5-6 litros/min, aunque puede variar
dependiendo, por ejemplo, de la actividad que se esté realizando.
Los corazones artificiales, llamados
dispositivos de asistencia circulatoria mecánica, sirven para reemplazar total
o parcialmente el trabajo de un 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.
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Análisis
La viscosidad sanguínea se determina a través del HEMATOCRITO el cual tiene un valor en hombres del 43 – 57 %
Tipos de flujo sanguíneo o Gasto Cardiaco
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, se abrevia Q.
El
flujo sanguíneo global de la circulación de un adulto en reposo es de unos 5000
ml min- 1, cantidad que se considera igual al gasto cardíaco porque es la
cantidad que bombea el corazón en la aorta en cada minuto. Corresponde al
resultado de multiplicar el volumen de eyección que el ventrículo expulsa en cada
latido (unos 70 ml) por la frecuencia cardíaca (unos 75 latidos por minuto). El
gasto cardíaco disminuye en posición sentado y de pie frente a su valor en
decúbito, por el contrario, aumenta de manera importante con el ejercicio, con
el aumento de la temperatura corporal y en los estados de ansiedad.
Análisis
En los deportistas pueden pasar hasta 30.000
ml/min con 120, 180 y hasta 200 latidos por minuto
1.
¿Qué estudia la ley de Poiseville?
a.
La viscosidad
b.
Flujo Sanguíneo
c.
Resistencia
Vascular
2.
¿Sólo estudia el Flujo Sanguíneo?
a. No, también abarca una relación con los circuitos
eléctricos y la relación con el pulmón
3.
¿Qué determina la presión?
a. El
diametro de las arterias
b. Elasticidad
c. Distancia
al corazón
d. Bifurcación
Circulación
Mayor
Respiración Pulmonar
Circulación Fetal
Circulación Portal
Participantes de la circulación sanguínea
·
Arterias
·
Capilares
·
Venas
·
Corazón
Producción
de la circulación sanguínea
En primer
lugar, la circulación sanguínea realiza dos circuitos a partir del corazón:
1.
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.
2.
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.
Fases del ciclo cardiaco
1.
Fase de llenado
2. Fase de
contracción isométrica ventricular
3. Fase de expulsión
4. Fase de relajación ventricular
Las presiones intracardiacas
La
presión intracardiaca es la presión 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.
Estructuras Del Aparato Respiratorio
El
aparato respiratorio es el responsable de realizar la hematosis o intercambio
gaseoso por el cual las células reciben oxígeno y desechan CO2.
El
aparato respiratorio esta conformados por porciones tanto conductora como
respiratorio, la conductora consta de las vías aéreas altas hasta los bronquiolos
terminales, mientras su porción respiratorio son todas las estructuras
relacionadas y encargados del intercambio gaseoso.
El
diafragma es un músculo de la respiración, este puede contraerse y relajarse.
En la inhalación, el diafragma se contrae y se allana, y la cavidad torácica se
amplía. Esta contracción crea un vacío que succiona el aire hacia los pulmones.
En la exhalación, el diafragma se relaja y retoma su forma de domo y el aire es
expulsado de los pulmones.
El balance
entre ácidos y bases en el cuerpo a través de la eficiente eliminación de
dióxido de carbon
·
Vía Nasal
·
Faringe
·
Epiglotis
·
Laringe
·
Tráquea
·
Bronquio
·
Bronquiolo
·
Alvéolo
·
Pulmones
·
Músculos intercostales
·
Diafragma
Intercambio
De Gases
El aire ingresa
al cuerpo a través de la boca o la nariz, se desplaza por la faringe (garganta)
pasa a
través de la
laringe, entra a
la tráquea, que
se divide en
bronquios derecho e izquierdo en
los pulmones y luego se divide aún más en ramas cada vez más pequeñas llamadas
bronquiolos. Los bronquiolos más pequeños terminan en pequeños sacos de aire
llamados alvéolos, los cuales se inflan durante la inhalación y se desinflan
durante la exhalación.
La
hematosis suministra de oxigeno de los pulmones al torrente sanguíneo y elimina
el dióxido de carbono del torrente sanguíneo a los pulmones. Esto tiene lugar
en los pulmones entre los alvéolos y una red de pequeños vasos sanguíneos
llamados capilares, los cuales están localizados en las paredes de los
alvéolos.
Volúmenes Pulmonares
Volumen corriente (VC): volumen de aire
inspirado o espirado en cada respiración normal. En adulto sano es de 6 o 7
ml/kg (unos 600 ml aproximadamente).
Volumen de reserva inspiratorio (VRI): volumen
adicional máximo de aire que se puede inspirar por encima del volumen corriente
normal mediante inspiración forzada; habitualmente es igual a unos 3.000 ml.
Volumen de reserva espiratorio (VRE): cantidad
adicional máxima de aire que se puede espirar mediante espiración forzada, después
de una espiración corriente normal, normalmente es de unos 1.100 ml.
Volumen residual (VR): volumen de aire
que queda en los pulmones y las vías respiratorias tras la espiración forzada,
supone en promedio unos 1.200 ml aproximadamente. Este volumen no puede ser
exhalado.
Capacidades Pulmonares
Capacidad inspiratoria (CI): Es la cantidad
de aire que una persona puede respirar comenzando en el nivel de una espiración
normal y distendiendo al máximo sus pulmones (3.500 ml aproximadamente). CI =
VC + VRI
Capacidad residual funcional
(CRF): Es la cantidad de aire que queda en los pulmones tras una
espiración normal (2.300 ml aproximadamente). CRF = VRE + VR
Capacidad vital (CV): Es la cantidad
de aire que es posible expulsar de los pulmones después de haber inspirado
completamente. Son alrededor de 4,6 litros. CV = VRI + VC + VRE
Capacidad pulmonar total (CPT): Es el volumen de aire que hay en el aparato respiratorio, después de una
inhalación máxima voluntaria. Corresponde a aproximadamente a 6 litros de aire.
Es el máximo volumen al que pueden expandirse los pulmones con el máximo
esfuerzo posible (aproximadamente 5.800 ml). CPT = VC + VRI
+ VRE + VR
MUSCULOS RESPIRATORIOS
Desde
el punto de vista fisiológico, puede considerarse que la caja torácica y el
abdomen constituyen una unidad funcional. Esta unidad tiene dos componentes
rígidos: la columna vertebral y la pelvis, cuyas formsa no son modificadas por
la respiracion . En cambio, las paredes anterior y laterales se desplazan por
acción muscular directa y por los cambios de presión que ésta genera. En la
Tabla 2-1 se indican los músculos respiratorios más importantes.
DETERMINANTES DE LA ELASTICIDAD PULMONAR Y TORACICA
Como
se dijo, un cuerpo elástico se caracteriza por recuperar, sin nuevo gasto
energético, su posición o forma original cuando cesa la fuerza externa que lo
deformó. La elasticidad del pulmón es
producto de diversos factores.
a) La estructura fibro-elástica del
parénquima pulmonar.
b) La tensión superficial en la
interfase aire-líquido alveolar.
c) El
tejido elástico y conectivo de vasos y bronquios.
d) El contenido de sangre del lecho vascular pulmonar.
Sólo
nos detendremos en los dos primeros factores - malla elástica y la tensión
superficial, pero antes veremos los métodos que permiten estudiar la elastancia
global y su resultante, la
distensibilidad, con el solo objetivo de explicar mejor los conceptos ya que su ejecución corresponde al area de
la especializacion.
Vitalometría
Sirve para medir volúmenes y capacidades tales como:
· Volúmenes
de ventilación pulmonar
· Volúmenes
de reserva inspiratoria
· Volúmenes de reserva
SISTEMA BIOFÍSICO
BIOELÉCTRICO
Sistema Nervioso
Es el más
completo de todos los sistemas del cuerpo humano y con ayuda del Sistema
Endocrino controla las funciones del organismo. Se encarga de recibir e
integrar innumerables datos que vienen de los órganos sensoriales y así logra
una respuesta en el cuerpo. Y se divide en Sistema Nervioso Central ,
Periférico y Autónomo.
Las Neuronas se clasifican en:
·
Unipolares:
estas
neuronas poseen sólo una proyección, que se ramifica en dos
prolongaciones. Mientras que la rama
central cumple la función de axón, la rama periférica cumple la de recibir las
distintas señales, funcionando como dendrita. Las neuronas unipolares se encuentran
por ejemplo, en los ganglios espinales.
·
Bipolares:
poseen dos ramificaciones externas al soma o cuerpo
neuronal. Estas dos ramificaciones o prolongaciones son un axón y una dendrita.
El axón de la neurona bipolar hace el papel de emisor de información, mientras
que la dendrita representa el papel de receptor.
·
Pseudounipolares:
Su axon tiene una rama periférica que recibe
información desde la piel, las articulaciones, los músculos y otras partes del
cuerpo, y una central que transmiten la información desde el cuerpo neuronal
hacia la medula espinal, en donde forman sinapsis con otras neuronas.
·
Multipolares
es un tipo de neurona que posee un único axón (generalmente largo) y
muchas dendritas, lo que permite la integración de una gran cantidad de
información de otras neuronas. Estas ramas dendríticas también pueden surgir
desde varios puntos del cuerpo celular neuronal. Las neuronas multipolares
están presentes en grandes cantidades en el Sistema Nervioso Central, y
incluyen tanto neuronas motoras como interneuronas.
Clasificación fisiológica (Función)
·
Sensitivas o
aferentes
o
Externorreceptores: Recogen los estímulos externos o
del medio ambiente
§ Termorreceptores
es
la unidad micrométrica celular nerviosa casi invisible que recoge los cambios
de temperatura. El tipo de célula sensorial son los Corpúsculos de Ruffini
(calor) y Krause (frío).
§ Nocicepción
es
un proceso neuronal mediante el cual se codifican y procesan los estímulos
potencialmente dañinos contra los tejidos. Se trata de una actividad aferente
(sensitiva) del sistema nervioso central y periférico producida por la
estimulación de unas terminaciones nerviosas libres especializadas llamadas
nociceptores o "receptores del dolor" que sólo responde a los cambios
por encima del umbral del sistema, ya sean de naturaleza química (por ejemplo:
polvo de chile en los ojos), mecánica (por ejemplo: pellizcar, triturar) o
térmica (calor y frío).
§ Fotorreceptores
es
un mecanismo capaz de convertir la energía óptica de la luz que incide sobre
una superficie sensora en energía eléctrica, mediante un proceso que se
denomina transducción.
§ Quimiorreceptores
Es
un receptor sensorial que traduce una señal química en un potencial de acción.
Dicho de otro modo, es un receptor capaz de captar ciertos estímulos químicos
del ambiente. Estos estímulos pueden ser tanto externos (como los sentidos del
gusto y el olfato) como internos (presión parcial del oxígeno, o dióxido de
carbono, pH).
§ Mecanorreceptores
Es
el receptor sensorial que reacciona ante la presión mecánica o las
distorsiones. Existen cinco tipos principales en la piel glabra humana: los
corpúsculos de Pacini, los corpúsculos de Meissner, los corpúsculos de Krause,
las terminaciones nerviosas de Merkel y los corpúsculos de Ruffini. Existen
también mecanorreceptores en la piel con pelo, y las células de pelo de la
cóclea son de hecho los mecanorreceptores más sensibles de todos, transduciendo
las presiones de aire en sonido. Son también estructuras que corresponde a
terminaciones nerviosas libres o encapsuladas, que actúan como transductores,
es decir, tienen la capacidad de transformar un estímulo mecánico, químico o
electromagnético en un impulso nervioso.
o
Internorreceptores
§ Propiocepción
§ Nocicepción
§ Quimiorreceptores
Es
un receptor sensorial que traduce una señal química en un potencial de acción.
Dicho de otro modo, es un receptor capaz de captar ciertos estímulos químicos
del ambiente. Estos estímulos pueden ser tanto externos (como los sentidos del
gusto y el olfato) como internos (presión parcial del oxígeno, o dióxido de
carbono, pH).
§ Mecanorreceptores
Es
el receptor sensorial que reacciona ante la presión mecánica o las
distorsiones. Existen cinco tipos principales en la piel glabra humana: los
corpúsculos de Pacini, los corpúsculos de Meissner, los corpúsculos de Krause,
las terminaciones nerviosas de Merkel y los corpúsculos de Ruffini. Existen
también mecanorreceptores en la piel con pelo, y las células de pelo de la
cóclea son de hecho los mecanorreceptores más sensibles de todos, transduciendo
las presiones de aire en sonido. Son también estructuras que corresponde a
terminaciones nerviosas libres o encapsuladas, que actúan como transductores,
es decir, tienen la capacidad de transformar un estímulo mecánico, químico o
electromagnético en un impulso nervioso.
o
Internorreceptores
§ Propiocepción
§ Nocicepción
§ Quimiorreceptores
Los nervios
Son
conjuntos de axones, excepto los sensoriales que están constituidos por
dendritas funcionales largas y sus fibras se mantienen unidas por tejido
conjuntivo.
§ Clasificación
por su origen: Raquídeos
§ Craneales
Bomba sodio-potasio
Es
una proteína presente las membranas plasmáticas de las células, que elimina
sodio de la célula e introduce potasio en el citoplasma. 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
y así se genera un potencial eléctrico negativo intracelular. Este mecanismo se
produce en contra del gradiente de concentración gracias a la enzima ATPasa,
que actúa sobre el ATP con el fin de obtener la energía necesaria para que los
nutrientes puedan atravesar la membrana celular y llegar al citoplasma.
A
medida que sale sodio de la célula, el líquido extracelular adquiere un mayor
potencial eléctrico positivo, lo que provoca atracción de iones negativos
(cloro, bicarbonato) intracelulares. Al haber más iones de sodio y cloruros
(Na+ y Cl-) en el medio extracelular, el agua tiende a salir. De esta manera
controlan el volumen celular.
Electrodiagnóstico y electroterapia
Esta
entre la medicina clínica y la recuperación funcional, que se obtiene con una
observación dinámica de la enfermedad y una potencial intervención.
El
electrodiagnóstico incluye: Electroencefalografía, electromiografía,
potenciales provocados por estimulación sensorial (espinal y cerebral), registro
de potenciales de acción de un
nervio-conducción nerviosa y electrorretinograma.
La 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
en exceso satura al sistema y daña los tejidos tratados y la correcta tendrá el
efecto contraria y produce respuestas biológicas buscadas.
El movimiento
de los electrones está estudiado y cuantificado por las leyes de Ohm, Faraday y
la Electroquímica.
Carga eléctrica
Diferencia de potencial Polaridad
Intensidad
Conductividad eléctrica Resistencia eléctrica Potencia
Trabajo
Efectos de los campos electromagnéticos sobre órganos
y sistemas
Un efecto
biológico es nocivo para la salud cuando sobrepasa las posibilidades de
compensación normales del organismo. Cuando un sistema vivo es sensible a CEM
de una determinada frecuencia, la
exposición puede generar modificaciones funcionales o incluso estructurales en
el sistema.
Efecto de
magnetización (Efecto biológico primario)
§ Responsable
de la orientación de moléculas y átomos dipolares
§ Se produce sobre elementos con momentos magnéticos
"no nulos"
Audición y Ondas sonoras
Es el
estímulo correcto para el receptor auditivo, se generan en una fuente sonora y
se propagan por un medio que puede ser aéreo, líquido o sólido.
Dicha
fuente origina las ondas cuando es inducida a vibrar, por algún mecanismo
adecuado. Su vibración es comunicada al medio que le rodea, al cual comprime y
descomprime, generando así un juego de presiones que se propagan como ondas. En
el aire estas ondas sonoras se propagan a una velocidad de 332 m/seg (0° C).
El
umbral para la percepción de un sonido, que depende de la frecuencia, es la
presión mínima que necesita un sonido para inducir su audición. La presión de
un sonido se mide, como nivel de
presión, en unidades prácticas, los decibeles (dB)
La luz y el espectro electromagnético
La
luz es una radiación que se propaga en forma de ondas, sin embargo cuando
interacciona con la materia se compotta como un haz de particulas (fotones). La
luz se caracteriza por tres razones fundamentales:
1.
Se propaga en línea resta
2. Se
refleja cuando llega a una seperficie reflectante.
3. Cambia de dirección cuando pasa de un medio a otro.
Efecto
doppler
Es
el aparente cambio de frecuencia de una
onda producido por el movimiento relativo de
la fuente respecto a su observador.
En
el caso del espectro visible de la radiación electromagnética, si el objeto se
aleja, su luz se desplaza a longitudes de onda más largas, desplazándose hacia
el rojo. Si el objeto se acerca, su luz presenta una longitud de
onda más corta, desplazándose hacia el azul. Esta
desviación hacia el rojo o el azul es muy leve incluso para velocidades
elevadas, como las velocidades relativas entre estrellas o entre galaxias, y el
ojo humano no puede captarlo, solamente medirlo indirectamente utilizando
instrumentos de precisión como espectrómetros.
En
medicina ese tipo de ondas acústicas es utilizada por ciertos aparatos para de
esta manera graficar mediante ondas una imagen en un monitor. Este efecto se lo
observa en un ecógrafo que sirve
para observar estructuras blandas dentro del cuerpo humano.
Propiedades de
la luz
Refracción:
Es el cambio brusco de dirección que sufre la luz al cambiar de medio, la luz
se propaga a diferentes rapideces según el medio por el que viaja y dependiendo
de la intensidad de cambio de dirección, mayor es el cambio de rapidez, ya que
la luz prefiere recorrer las mayores distancias en su desplazamiento por el
medio que vaya más rápido.
Elementos
de una Onda
Cresta: Es la parte más elevado de una onda.
Valle: Es la parte más baja de una onda.
Elongación: Es el desplazamiento entre la posición de equilibrio y
la posición en un instante determinado.
Amplitud: Es la máxima elongación, es decir, el desplazamiento
desde el punto de
equilibrio hasta la cresta o el valle.
Longitud de onda (l): Es la
distancia comprendida entre dos crestas o dos valles. Onda completa: Cuando ha pasado por todas las elongaciones
positivas y negativas. Período (T): El
tiempo transcurrido para que se realice una onda completa.
Frecuencia (f): Es el número de ondas que se
suceden en la unidad de tiempo. Resonancia:
Es el fenómeno que se produce cuando dos cuerpos tienen la misma frecuencia
de vibración, uno de los cuales empieza a vibrar al recibir las ondas sonoras
emitidas por el otro.
La voz humana
Es producida
por la vibración de las cuerdas vocales, que es una onda sonora que es
combinación de varias frecuencias y sus correspondientes armónicos. La cavidad
buconasal sirve para crear ondas cuasiestacionarias por lo que ciertas
frecuencias denominadas formantes.
El sistema
auditivo periférico está compuesto por el oído externo, medio e interno.
Oído
externo El tímpano
Los músculos que
componen el oído interno
Audiómetro
Es
un equipo eléctrico que sirve para medir y evaluar la audición tanto a nivel
umbral como supra umbral. Pueden producir intensidades desde 10 hasta 110 o 120
dBs y cubren desde el tono 128 hasta el 16 000 Hz, mediante un potenciómetro
graduado de 5en 5 dBs. Se utiliza para realizar pruebas audiométricas. Permite
determinar el nivel auditivo de un paciente en cada uno de sus oídos.
Umbrales (Limen
o umbral mínimo de audibilidad, comodidad, conducción aérea y ósea, disconfort
o algiacusia)
Test de S.IS.I.
Test de Fowler
Test de la palabra
Deterioro tonal
Test de Lombard
Acufenometría.
Conceptos relativos a la luz
La
luz es aquella energía que ilumina los objetos y seres vivos, haciéndolos visibles;
es una onda electromagnética, que posee gran diversidad de frecuencias
diferentes, que agrupadas forman el denominado “espectro electromagnético”.
La
velocidad de la luz en el vacío es por definición una constante universal de valor
299 792 458 m/s (aproximadamente 186 282,397 millas/s) (suele aproximarse a
3·108 m/s), o lo que es lo mismo 9,46·1015
m/año; la segunda cifra es la usada para definir la unidad de longitud llamada
año luz. Se simboliza con la letra c, proveniente del latín celéritās (en
español celeridad o rapidez).
El
valor de la velocidad de la luz en el vacío fue incluido oficialmente en el
Sistema Internacional de Unidades como constante el 21 de octubre de 1983,
pasando así el metro a ser una unidad derivada de esta constante.
La
rapidez a través de un medio que no sea el "vacío" depende de su
permitividad eléctrica, de su permeabilidad magnética, y otras características
electromagnéticas. En medios materiales, esta velocidad es inferior a
"c" y queda codificada en el índice de refracción. En modificaciones
del vacío más sutiles, como espacios curvos, efecto Casimir, poblaciones
térmicas o presencia de campos externos, la velocidad de la luz depende de la densidad
de energía de ese vacío.
La
luz solar, como lo descubrió Newton, se compone de siete colores, que podemos
contemplar en la formación del arco iris; estos colores combinados forman la
luz blanca o luz solar.
Sistema
Visual Humano
El
ojo humano es una estructura prácticamente esférica en la que entra la luz sólo
por un pequeño agujero (como ocurre en una cámara fotográfica). La cubierta
externa del ojo es opaca y el interior del ojo es translúcido.
La esclerótica
La coroides y el iris
El cristalino y el músculo ciliar
La cornea y el cristalino
El humor vítreo
La retina
Latarjet, M., &
Liard, A. R. (2006). Anatomía humana. Ed. Médica Panamericana
Elementos
básicos de la física nuclear
El
inicio de la física nuclear se pudo establecer en 1896 con el descubrimiento de
la radiactividad por parte de Henri Becquerel. (García-Carmona, 2009)
Becquerel
estudiaba por entonces la luz emitida por algunas sustancias, llamada
fluorescencia. Una de estas sustancias fluorescentes es el sulfato de potasio y
uranilo: UO2KSO4. La fluorescencia es la
propiedad de una sustancia para emitir luz cuando es expuesta a radiaciones del
tipo ultravioleta, rayos catódicos o rayos X. Las radiaciones absorbidas
(invisibles al ojo humano), son transformadas en luz visible, o sea, de una
longitud de onda mayor a la incidente
Radiación
y Radiobiología
La radiobiología es la ciencia que estudia los efectos que
se producen en los seres vivos tras la exposición a energía procedente de las
radiaciones ionizantes. Dos grandes razones que han impulsado la
investigación de los efectos biológicos de las radiaciones ionizantes sobre la
materia viva son la protección radiológica, para poder utilizarlas de forma
segura en aplicaciones médicas o industriales que las requieran, y la
radioterapia donde las radiaciones ionizantes se utilizan principalmente para
el tratamiento de neoplasias buscando preservar al máximo los órganos críticos
(tejido sano).
La
radiación no es otra cosa que la emisión, propagación y transferencia de
energía en cualquier medio en forma de ondas electromagnéticas o partículas.
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.
Orígenes
De Las Radiaciones Ionizantes
Corresponden
a las radiaciones de mayor energía (menor longitud de onda) dentro del espectro
electromagnético. Tienen energía suficiente como para arrancar electrones de
los átomos con los que interaccionan, es decir, para producir ionizaciones.
El origen de las
radiaciones ionizantes puede localizarse en:
La
Radiactividad natural. Resulta de la inestabilidad intrínseca de una serie de
átomos presentes en la Naturaleza (uranio, torio, etc.), así como la procedente
de rayos cósmicos --ésta última exposición es mayor en los asiduos al avión.
Procedimientos
médicos (radiografías, etc.) Son la fuente principal de radiación artificial en
la población general "Basura nuclear".
Radiaciones:
Naturaleza y Propiedades
Son
radiaciones con la energía necesaria para arrancar electrones de los átomos.
Cuando un átomo queda con un exceso de carga eléctrica, ya sea positiva o
negativa, se dice que se ha convertido en un ión (positivo o negativo).
Son
radiaciones ionizantes los rayos X, las radiaciones alfa, beta, gamma y la
emisión de neutrones.
Radioactividad
La
radioactividad ha sido un termino, que aun desconociéndose la naturaleza de su
origen, en ocasiones, genera temor. Muchas de las veces, el temor que se ha
generado sobre el uso de los materia radioactivos no es producto solo de la
ignorancia que se tiene sobre los materiales, su definición, características de
los materiales, control, entre otros, sino de los graves problemas a la salud y
a la propia naturaleza que se han generado por el uso de materiales que
tienen esta propiedad y de la grave
forma en que se controlan estos materiales.
Los 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).
Tubo de
Coolidge
Un tubo de rayos X es una válvula de vacío utilizada para la producción de rayos X, emitidos mediante la colisión de los electrones producidos en el cátodo contra los átomos del ánodo. Los tubos de rayos X evolucionaron a partir del aparato diseñado por William Crookes, con el que Wilhelm Röntgen descubrió los rayos X a finales del siglo XIX . La disponibilidad de una fuente controlable de rayos X posibilitó el desarrollo de la radiografía, técnica con la que se visualizan objetos opacos a la radiación visible. Los tubos de rayos X también se utilizan en los escáneres TAC, los controles de equipajes de los aeropuertos, los experimentos de difracción de rayos X y la inspección de productos y mercancías. Existen diversos tipos de tubos de rayos X, optimizados para diferentes aplicaciones. Todos los tubos modernos están contenidos en una coraza protectora y su operación está sujeta a reglamentaciones para evitar una exposición a dosis nocivas de rayos X.Ley de Owen.
Tubo de Crookes
Los rayos X se observaron por primera vez en tubos de descarga conocidos como «tubos de Crookes», en honor de uno de us inventores, el físico británico William Crookes. Cuando se descubrieron los usos de los rayos X en medicina y ciencia, se empezaron a fabricar tubos de Crookes especializados para la producción de rayos X. Esta primera generación de tubos de cátodo frío estuvo en uso hasta la tercera década del siglo XX.
En los tubos de Crookes, los electrones necesarios para generar rayos X se liberaban mediante la ionización de aire residual presente en el tubo tras hacerse un vacío parcial hasta alcanzar presiones entre 10−6 y 5×10−8 atmósferas o 0,1-0,005 Pascales. El cátodo, consistente en una placa de aluminio de forma cóncava, creaba un haz de electrones. En los primeros modelos, el ánodo se utilizaba para acelerar los electrones, que colisionaban contra el vidrio al final del tubo. Esto provocaba la rotura del tubo al cabo de cierto tiempo; este problema se solucionó mediante la adopción del ánodo como blanco del haz de electrones, aunque otros modelos un tercer electrodo, el anticátodo, para la producción de rayos X.
En
cualquier metal, existen uno o dos electrones por átomo que son libres de
moverse de un átomo a otro. A esto se le llama "mar de electrones".
Su velocidad, más que ser uniforme, se modela por una distribución estadística,
y ocasionalmente un electrón tendrá la velocidad suficiente para escapar del metal, sin ser atraído de
regreso. La cantidad mínima de energía necesaria para que un electrón escape de
la superficie se llama función de trabajo.
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.
Radiopacidad
y Radiolucides 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.
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