Biof

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Biofísica Objetivos y Contenidos

• Dr. Juan José Aranda Aboy

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OBJETIVOS GENERALES

• Describir y analizar los seres vivos desde el
  punto de vista de la Física, lo que implica tomar
  en cuenta conocimientos de Matemáticas, Biología,
  Química e Informática.
• Dar las bases iniciales para la experimentación
  física, y aplicación y protección del ser vivo
  utilizando las Ciencias Fisicomatemáticas.
• Explicar el método que emplea la Física para
  tratar problemas fisiológicos y otros temas
  biomédicos.

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1. Introducción

• q Física, Química, Biología, Matemáticas,
  Informática y Modelos.
• q   Qué es Biofísica?
• q  Las unidades del Sistema Internacional (SI) en
  las ciencias de la salud, según la O.M.S.
• Objetivos
•   Definir qué se entiende por Biofísica.
•   Referenciar las unidades SI en las ciencias de
  la salud.

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2. Biomecánica

• q   Estática. Momento de una fuerza.
• q  Elasticidad por flexión plana. Elasticidad por
  torsión.
• q   Elasticidad en tubos.
• q   Tensión en la pared de los ventrículos.
• q   Elasticidad en vasos sanguíneos.
• Objetivo
•   Explicar las características biomecánicas del
  cuerpo humano.

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3. Conceptos básicos de la Termodinámica clásica

• q   Ley cero Termometría
• q   Primera Ley de la Termodinámica
• q   Transmisión del Calor
• q Segunda Ley. Interpretación en sistemas no
  aislados.
• Objetivos
•   Caracterizar los sistemas biológicos a
  partir de sus propiedades termodinámicas.
•    Describir los conceptos de Entropía y
  Equilibrio en sistemas no aislados.

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4. Tensión Superficial y Dinámica de fluidos

• q Tensión superficial. Coeficiente. Ley de
  Laplace - Young.
• q Capilaridad. Ley de Jurin. Ley de Tate. Embolia
  gaseosa.
• q  Ecuación de Bernouilli. Fenómeno de Venturi.
• q  Viscosidad cinemática. Bingham. Casson.
• q  Ley de Pouseuille - Hagen.
• q  Número de Reynolds. Flujo turbulento.
• Objetivo
•    Explicar las leyes físicas que gobiernan los
  fluidos líquidos y gaseosos dentro del cuerpo
  humano.

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5. La Respiración

• q  Volumen pulmonar.
• q  Flujo pulmonar.
• q  Difusión pulmonar.
• q  Hipopresión e Hiperpresión.
• Objetivo
•   Caracterizar y describir las leyes físicas que
  gobiernan la respiración humana.

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6. La Circulación Corporal

• q Suspensiones de partículas en fluidos en
  movimiento.
• q    Trabajo y rendimiento cardiacos.
• q    Gasto cardiaco. Ley de Fick.
• q    Flujo sanguíneo. Método Doppler-Fizzeau.
• q    Presión sanguínea. Método de Riva-Rocci.
• Objetivos
•      Caracterizar y describir las leyes físicas
  que regulan el proceso de la circulación
  corporal.
•        Describir los principales métodos y
  técnicas para evaluar la circulación corporal.

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7. Bioelectricidad y biomagnetismo.

• q  Potencial creado por un dipolo.
• q  Potencial creado por una hoja eléctrica.
• q  Dipolo cardiaco equivalente.
• q  Vectorcardiograma.
• q  Electrocardiografía. Triángulo de Einthoven.
• q Electroencefalografía, Electro miografía y
  Electro oculografía.
• q  Campos Magnéticos. Resonancia.
• Objetivos
•    Describir el campo electromagnético de los
  sistemas biológicos.
•   Caracterizar y explicar los principales
  biopotenciales generados por el cuerpo humano.
•   Caracterizar y explicar el concepto de
  Resonancia Magnética.

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8. Biofísica sensorial

• q   Luz y Visión
• q   Fuentes luminosas. Receptores luminosos.
• q   Agudeza visual.
• q   Decibelio y fon.
• q  Oído externo, medio e interno. Fenómenos de
  transducción.
• Objetivo
•       Caracterizar y explicar los elementos que
  integran los sistemas de percepción visual y
  auditiva de los seres humanos.

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9. Biofísica de las radiaciones

• q  Origen y clasificación de las radiaciones.
• q  Interacción con la materia.
• q  Detección de las radiaciones ionizantes.
  Dosimetría
• q  Radiaciones no ionizantes.
• Objetivos
•     Explicar las principales causas de
  exposición a radiaciones con que nos encontramos
  los seres vivos.
•      Describir los efectos comprobados de las
  radiaciones a la salud.
•      Caracterizar y explicar las principales
  normas de seguridad para los seres humanos
  relativas al uso médico de radiaciones.

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10. Termodinámica de Procesos Irreversibles

• q  Hipótesis y Métodos.
• q  Entropía.
• q  Modelación de Sistemas biológicos
• q  Caos
• Objetivos
•       Describir las diferencias esenciales entre
  la Termodinámica de los Procesos Irreversibles y
  la Clásica.
•         Caracterizar y modelar sistemas
  biológicos.

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Seminarios

• Conducción del calor y Análisis de Fourier.
• Digitalización de señales analógicas. Toma de
  muestras. Teorema de Nyquist.
• Análisis de señales bioeléctricas.
• Análisis de electrocardiogramas (ECG) como
  función no lineal.
• Rescate de una señal repetitiva inmersa en ruido
  Electroencefalograma (EEG)
• Potenciales evocados visuales y auditivos.
• Análisis de funciones fisiológicas como fenómenos
  caóticos.
• Cada grupo presentará su trabajo en la
  fecha asignada. Se tomará en cuenta tanto la
  calidad de la documentación escrita como la de la
  presentación oral para la nota correspondiente.

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Experiencias de Laboratorio 1

• 1 Medición de la viscosidad. Fórmula de Stokes.
  Ley de Poiseuille.
• Objetivo Comprobar, mediante métodos de
  simulación, la conducta de los fluidos agua,
  alcohol, aceite, mercurio y glicerina.
• 2 Tensión superficial.
• Objetivo Comprobar, mediante métodos de
  simulación, las características de interacción
  molecular en los fluidos agua, alcohol, aceite,
  benceno, petróleo y glicerina.
• 3 Interferencia y difracción.
• Objetivo Comprobar, mediante métodos de
  simulación, los patrones característicos de
  interferencia y difracción para describir
  sustancias.

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Experiencias de Laboratorio 2

• 4 Funciones diastólica y sistólica del
  corazón. Gradientes de presión.
• Objetivo Comprobar, mediante métodos de
  simulación, la función de bomba del corazón, así
  como la variación de la presión en dicho músculo
  y en los grandes vasos.
• 5 Osciloscopio. Estudio y visualización de
  Electrocardiogramas (ECGs) y Electroencefalogramas
  (EEGs).
• Objetivo Comprobar las características de
  los dos biopotenciales principales.
• 6 Electrocardiograma (ECG) dinámico no lineal y
  Análisis tiempo-frecuencia.
• Objetivo Comprobar y describir las
  características del Electrocardiograma de alta
  resolución y analizar el fenómeno de la
  variabilidad R-R

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SISTEMA DE EVALUACIÓN

• La evaluación de la asignatura se realiza con
  las ponderaciones
• Parte teórica
•   Dos pruebas solemnes 20
  cada una
•         Presentación del Seminario 10
•         Un examen global 30 .
• Parte práctica
•         Experiencias de Laboratorio 20 .
• Se recomienda cumplir con un 70 de asistencia a
  clases.

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BIBLIOGRAFÍA

•         Davidovits,P. Physics in Biology and
  Medicine 2nd Ed. Academic Press, 2001 (ISBN
  0-12-204840-7)
•         Fernández, B. Introducción a la
  Mecánica de Fluidos 3ra edición. Ed. Universidad
  Católica de Chile, 2000 (ISBN 956-14-0290-4)
•         Franco García, A. Física con ordenador.
  Curso Interactivo de Física en Internet, 2002,
  http//www.sc.ehu.es/sbweb/index.htm
•         García-Colín Scherer,L. y Godoy Salas,S.
  Conceptos Básicos en Termodinámica Clásica
  EDICOL S.A., México, 1976 (fotocopia sin ISBN)
•         Gershenfeld,N. The Nature of
  Mathematical Modelling, Cambridge University
  Press, 1999. (ISBN 0-521-57095-6)
•         Hobbie,R.K. Intermediate Physics for
  Medicine and Biology 3rd Ed. Springer-Verlag,
  1997 (ISBN 1-56396-458-9)
•         Jou,D. Llebot,J.E. y Pérez García,C.
  Física para Ciencias de la Vida McGrawHill /
  Interamericana, 1994 (ISBN 84-481-1817-0)
•         Krauskopft, K.B. y Beiser,A. El
  Universo de las Ciencias Físicas 5ta Edición
  McGrawHill, 1990 (ISBN 0-07-035484-7)
•         Montero,F. y Morán,F. Biofísica
  Procesos de Autoorganización en Biología, Eudema
  Universidad, 1992 (84-7754-099-3)
•         Parisi,M. Temas de Biofísica.
  McGrawHill /Interamericana, 2001 (ISBN
  956-278-144-5)
•         Serway,R.A Física 3ra edición.
  McGrawHill, 1993 (ISBN 970-10-0328-4)
•         Webster, J.G. Bioinstrumentation,
  2001, en Internet http//courses.engr.wisc.edu/e
  cow/get/bme/310/webster/bme310bioi/