UNIDAD 3
SISTEMA NERVIOSO Y SISTEMA BIOELECTRICO
Es una red compleja
de estructuras especializadas (encéfalo, médula espinal y nervios) que tienen
como misión controlar y regular el funcionamiento de los diversos órganos y
sistemas, coordinando su interrelación y la relación del organismo con el medio
externo. El sistema nervioso está organizado para detectar cambios en el medio
interno y externo, evaluar esta información y responder a través de ocasionar
cambios en músculos o glándulas. El sistema nervioso se divide en dos grandes
subsistemas: 1) sistema nervioso central (SNC) compuesto por el encéfalo y la
médula espinal; y 2) sistema nervioso periférico (SNP), dentro del cual se
incluyen todos los tejidos nerviosos situados fuera del sistema nervioso
central El SNC está formado por el encéfalo y la médula espinal. El encéfalo es
la parte del sistema nervioso central contenida en el cráneo y el cuál
comprende el cerebro, el cerebelo y el tronco del encéfalo o encefálico. La
médula espinal es la parte del sistema nervioso central situado en el interior
del canal vertebral y se conecta con el encéfalo a través del agujero occipital
del cráneo. El SNC (encéfalo y médula espinal) recibe, integra y correlaciona
distintos tipos de información sensorial. Además, el SNC es también la fuente
de nuestros pensamientos, emociones y recuerdos. Tras integrar la información,
a través de funciones motoras que viajan por nervios del SNP ejecuta una
respuesta adecuada.
El
sistema nervioso periférico está formado por nervios que conectan el encéfalo y la médula
espinal con otras partes del cuerpo. Los nervios que se originan en el encéfalo
se denominan nervios craneales, y los que se originan en la médula espinal,
nervios raquídeos o espinales. Los ganglios son pequeños acúmulos de tejido
nervioso situados en el SNP, los cuales contienen cuerpos neuronales y están
asociados a nervios craneales o a nervios espinales. Los nervios son haces de
fibras nerviosas periféricas que forman vías de información centrípeta (desde
los receptores sensoriales hasta el SNC) y vías centrífugas (desde el SNC a los
órganos efectores). (NARANJO C. , 2015)
Anatomía microscópica:
neuronas
El tejido
nervioso consta de dos tipos de células: las neuronas y la neuroglia o glia.
Las neuronas son las células responsables de las funciones atribuidas al
sistema nervioso: pensar, razonar, control de la actividad muscular, sentir,
etc. Son células excitables que conducen los impulsos que hacen posibles todas
las funciones del sistema nervioso. (NARANJO C. , 2015)
Representan
la unidad básica funcional y estructural del sistema nervioso. El encéfalo
humano contiene alrededor de 100.000 millones de neuronas. Aunque pueden tener
distintas formas y tamaños, todas las neuronas tienen una estructura básica y
constan de 3 partes esenciales: cuerpo neuronal, dendritas y axones.
1. El
cuerpo o soma neuronal contiene el núcleo y el citoplasma, con todos sus
orgánulos intracelulares, rodeado por la membrana plasmática.
2. Las
dendritas son prolongaciones cortas ramificadas, en general múltiples, a través
de las cuales la neurona recibe estímulos procedentes de neuronas vecinas con
las cuales establece una sinapsis o contacto entre células.
3. El
axón es una prolongación, generalmente única y de longitud variable, a través
de la cual el impulso nervioso se transmite desde el cuerpo celular a otras
células nerviosas o a otros órganos del cuerpo. Cerca del final, el axón, se
divide en terminaciones especializadas que contactarán con otras neuronas u
órganos efectores. El lugar de contacto entre dos neuronas o entre una neurona
y un órgano efector es una sinapsis. Para formar la sinápsis, el axón de la
célula presináptica se ensancha formando los bulbos terminales o terminal
presináptica los cuales contienen sacos membranosos diminutos, llamados
vesículas sinápticas que almacenan un neurotransmisor químico. La célula
postsináptica posee una superficie receptora o terminal postsináptica. Entre
las dos terminales existe un espacio que las separa llamado hendidura
postsináptica. Las neuronas están sostenidas por un grupo de células no
excitables que en conjunto se denominan neuroglia. Las células de la neuroglia
son, en general, más pequeñas que las neuronas y las superan en 5 a 10 veces en
número. Las principales células de la neuroglia son: astrocitos,
oligodendrocitos, células ependimarias, células de Swchann, y células
satélites. (Igar, 2014)
Los
astrocitos son pequeñas células de aspecto estrellado que se encuentran en todo
el SNC. Desempeñan muchas funciones importantes dentro del SNC, ya que no son
simples células de sostén pasivas. Así, forman un armazón estructural y de
soporte para las neuronas y los capilares gracias a sus prolongaciones
citoplasmáticas. Asimismo, mantienen la integridad de la barrera
hemoencefálica, una barrera física que impide el paso de determinadas
sustancias desde los capilares cerebrales al espacio intersticial. Además,
tienen una función de apoyo mecánico y metabólico a las neuronas, de síntesis
de algunos componentes utilizados por estas y de ayuda a la regulación de la
composición iónica del espacio extracelular que rodea a las neuronas. Los
oligodendrocitos son células más pequeñas, con menos procesos celulares. Su
principal función es la síntesis de mielina y la mielinización de los axones de
las neuronas en el SNC. Cada oligodendrocito puede rodear con mielina entre 3 y
50 axones. La mielina se dispone formando varias capas alrededor de los axones,
de tal forma que los protege y aísla eléctricamente. La mielinización, además,
contribuye de forma muy importante a aumentar la velocidad de conducción de los
impulsos nerviosos a través de los axones. A intervalos en toda la longitud del
axón hay interrupciones de la vaina de mielina, llamadas nódulos de Ranvier.
Los axones rodeados de mielina se denominan axones mielínicos, mientras que los
que carecen de ella se llaman amielínicos. La microglia son células pequeñas
con función fagocitaria, importantes en la mediación de la respuesta inmune
dentro del SNC. Tienen su origen en las células madre hematopoyéticas
embrionarias. Las células ependimarias son células ciliadas que tapizan la
pared del sistema ventricular y del ependimo. Son células móviles que
contribuyen al flujo del líquido cefaloraquódeo (LCR).
Las
células de Schwann son células de la neuroglia situadas en el sistema nervioso
periférico, las cuales sintetizan la mielina que recubre los axones a este
nivel. Cada célula rodea a un solo axón. Las células satélites son células de
soporte de las neuronas de los ganglios del SNP. En un corte fresco del
encéfalo o la médula espinal, algunas regiones son de color blanco y brillante,
y otras grisáceas. La sustancia blanca corresponde a la sustancia del encéfalo
y la médula espinal formada por fibras nerviosas mielínicas y por tejido
neuroglial. Es el color blanco de la mielina lo que le confiere su nombre. La
sustancia gris está integrada por neuronas y sus prolongaciones, fibras
nerviosas mielínicas y amielínicas y células gliales. Su color grisáceo se debe
a la escasez de mielina.
El Sistema
Nervioso, el más completo y desconocido de todos los que conforman
el cuerpo humano, asegura junto con el Sistema Endocrino,
las funciones de control del organismo.
Capaz de
recibir e integrar innumerables datos procedentes de los distintos
órganos sensoriales para lograr una respuesta del cuerpo, el Sistema Nervioso
se encarga por lo general de controlar las actividades rápidas. Además, el
Sistema Nervioso es el responsable de las funciones intelectivas, como la
memoria, las emociones o las voliciones.
Su constitución anatómica
es muy compleja, y las células que lo componen, a diferencia de las
del resto del organismo, carecen de capacidad regenerativa.
A
continuación, se dará a conocer todo lo relacionado con el sistema
Nervioso Central.
Su
función primordial es la de captar y procesar rápidamente las señales
ejerciendo control y coordinación sobre los demás órganos para lograr una
oportuna y eficaz interacción con el medio ambiente cambiante. Esta rapidez de
respuestas que proporciona la presencia del sistema nervioso diferencia a la mayoría
de los animales (eumetazoa) de otros seres pluricelulares de
respuesta motil lento que no lo poseen como los vegetales, hongos, mohos o algas.
Cabe
mencionar que también existen grupos de animales (parazoa y mesozoa)
como los poríferos, placozoos y mesozoos que no tienen
sistema nervioso porque sus tejidos no alcanzan la
misma diferenciación que consiguen los demás animales ya sea porque
sus dimensiones o estilos de vida son simples, arcaicos, de bajos
requerimientos o de tipo parasitario.
Estructura del sistema
nerviosos central
El sistema nervioso se compone de varios elementos celulares como
tejidos de sostén o mantenimiento llamados neuroglía, un sistema
vascular especializado y las neuronas3 que son células que
se encuentran conectadas entre sí de manera compleja y que tienen la propiedad
de generar, propagar, codificar y conducir señales por medio de gradientes
electroquímicos (electrolitos) a nivel de membrana axonal y
de neurotransmisores a nivel de sinapsis y receptores. (Maldonado,
2004)
Funciones básicas del
Sistema nervioso
Función
sensorial: los receptores sensoriales detectan estímulos internos o externos;
las neuronas que transmiten la información sensorial al encéfalo o a la médula
espinal se denominan neuronas sensoriales o aferentes
Función
de integración: es el procesamiento de la información sensorial: se analiza y
se almacena una parte de ella, lo cual va seguido de una respuesta apropiada;
las neuronas que se encargan de esto son las interneuronas (neuronas de
asociación) y son la mayoría
Función
motora: es responder a las decisiones de la función de integración; las
neuronas encargadas de esta función son las neuronas motoras o eferentes;
la información va desde el encéfalo o médula espinal a órganos o células,
que se llaman efectores.
Funcionamiento del sistema
nervioso como sistema binario
Para
poder entender parte del funcionamiento del sistema nervioso es necesario tener
claros algunos conceptos de electricidad ya que la información que recibiremos
del exterior por medio de los órganos de los sentidos se transmiten al cerebro
por impulsos eléctricos que ahí son procesados y luego las respuestas del
cerebro ,que puede sea mediata o inmediata o de largo plazo, es mandada también
por impulsos que se transmiten a través de las neuronas o células constitutivas
del sistema nerviosos. (Maldonado, 2004)
Comenzaremos
a recordar que en la naturaleza existen dos tipos de cargas eléctricas: la
positiva y la negativa, los átomos que conforman la materia son átomos
constituidos por protones que tienen carga positiva y neutrones que son
partículas sin carga y el núcleo está rodeado de electrones que son partículas
elementales con cargar negativa. De modo que si sumamos lar cargas podremos saber
si es un átomo estable.
Papel de
los ionizantes en la despolarización y la repolarización de la membrana.
La despolarización es una disminución del valor absoluto
del potencial de membrana en una neurona.1 El
potencial de membrana de una neurona en reposo es normalmente negativo en la
zona intracelular (-70 mV). Este potencial negativo se genera por la presencia
en la membrana de bombas sodio/potasio (que extraen de forma activa 3
iones Na+ (sodio) desde el interior hacia el exterior celular e introducen 2
iones K+ (potasio), consumiendo 1 molécula de ATP), canales para
el potasio (que permiten el intercambio libre de los iones K+) y bombas para
Cl- (que extraen cloruro de forma activa). Como resultado, el exterior celular
es más rico en Na+ y Cl- que el interior, mientras que los
iones K+ se acumulan en el interior respecto al exterior. El balance
neto de cargas es negativo porque salen 3 iones Na+ por cada 2 iones K+ y
también, por la presencia de moléculas con carga negativa en el interior
celular como ATP y proteínas. (Maldonado, 2004)
Repolarización: En las células vivientes existen dos fases vitales,
actividad y reposo, que se alternan a lo largo de toda la vida.
La repolarización
representa la vuelta al estado de reposo de la célula; es ésta la fase en la
que se efectúa la producción de energía. Cuanto más se prolonga la fase de repolarización,
más se reposa la célula. Una dieta rica en potasio y magnesio proporciona los
cationes indispensables para la producción de ATP, el combustible de la célula.
De hecho, el potasio y el magnesio son indispensables para la síntesis de
energía suministrando las coenzimas necesarias para el glicolisis y para la
fosforilación oxidativa. Una dieta rica en potasio y magnesio favorece la síntesis
de energía y produce una óptima función de las bombas celulares del sodio y del
calcio. (Maldonado, 2004)
Sistema
bioeléctrico
Potenciadores eléctricos de la membrana celular
1)
El potencial de reposo:
Es la
diferencia de potencial que existe entre el interior y el exterior de una
célula. Lo que mantiene a este potencial en reposo, es la Bomba Na+/K+ (Bomba
Sodio/Potasio), dado que si salen 3 Na+ (Sodio) a la parte extracelular, entran
2 K+ (Potasio) a la parte intracelular. Se debe a que la membrana
celular se comporta como una barrera semipermeable selectiva, es decir,
permite el tránsito a través de ella de determinadas moléculas e
impide el de otras. Este paso de sustancias es libre, no supone aporte
energético adicional para que se pueda llevar a cabo. En las células
eléctricamente excitables, el potencial de reposo es aquel que se registra por
la distribución asimétrica de
los iones (principalmente sodio y potasio) cuando
la célula está en reposo fisiológico, es decir, no está excitada.
Este potencial es generalmente negativo, y puede calcularse
conociendo la concentración de los distintos iones dentro y fuera de la célula.
La distribución asimétrica de los iones se debe a los gradientes de
los potenciales electroquímicos de los mismos. El potencial
electroquímico está compuesto por el potencial químico, directamente
relacionado con la concentración de las especies, y con la carga de los
distintos iones. (NARANJO C. , 2015)
2) Un potencial de acción también llamado impulso eléctrico,
es una onda de descarga eléctrica que viaja a lo largo de la membrana
celular modificando su distribución de carga eléctrica. Los
potenciales de acción se utilizan en el cuerpo para llevar información entre unos tejidos y
otros, lo que hace que sean una característica microscópica esencial
para la vida de los animales. Pueden generarse por diversos tipos de
células corporales, pero las más activas en su uso son las células del sistema
nervioso para enviar mensajes entre células nerviosas (sinapsis)
o desde células nerviosas a otros tejidos corporales, como
el músculo o las glándulas. (NARANJO C. , 2015)
3) El potencial de membrana:
Ain
impulso hay más cationes, en especial de sodio, fuera de la membrana celular y más
aniones (-iones) dentro de lo que crea un potencial de reposo
Sistema Bio-eléctrico
El Sistema Cuántico
Bio-Eléctrico 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.
El método
de análisis cuántico de resonancia magnética es un emergente método de
detección espectral, rápido, preciso y no invasivo, lo que lo hace
especialmente apropiado para la comparación de los efectos de curación de
diferentes medicinas y productos médicos, y para la comprobación de posibles
estados anormales de salud. Los principales elementos de análisis ascienden a
más de treinta, e incluyen los siguientes sistemas:
Cardiovascular y Cerebro
vascular
•
Función
Gastrointestinal
•
Función
de la Vesícula Biliar
•
Función
Pancreática
•
Función
Renal
•
Función
Pulmonar
•
Sistema
Nervioso
•
Vitaminas
•
Aminoácidos
•
Coenzimas
•
Metales
Pesados
Electrodiagnostico y electroterapia
Electrodiagnóstico:
El
Electrodiagnóstico es un modelo de intervención fisioterápica que permite una
evaluación cualitativa de la placa neuromotora. Se observará la durabilidad
contráctil, localización del punto motor más allá de la anatomofisiología
neurológica. Utilizaremos corriente galvánica en sus formas de presentación
cuadrangular y triangular para la obtención de una gráfica denominada curva
i/t, que nos informará sobre el estado aproximado del músculo (denervado,
parcialmente denervado, etc.). (Igar, 2014)
Observaciones:
Con
este modelo fisioterápico como hemos mencionado con anterioridad vamos a
realizar una gráfica a través de la excitabilidad de la placa motora mediante
dos formas diferentes de corriente galvánica, utilizando el método interpolar a
través de una aplicación longitudinal en los puntos motores de los músculos
afectados. La atención al paciente adquiere una importancia fundamental para
procesar las informaciones, así como el acoplamiento entre el aparato de
electroterapia y el paciente, que fundamentalmente será determinado por la
intensidad de corriente por unidad de superficie.
Intervención:
Después
del electrodiagnóstico, tendremos los parámetros de la intensidad, tiempo y
forma de pulso con los que podremos trabajar en las lesiones neurológicas
periféricas. (NARANJO C. , 2015)
Evitar:
Es
necesario dedicar especial atención a la intensidad de corriente, resistencia
de la piel del paciente, y sensación percibida por el paciente, para evitar la
provocación de los efectos adversos de la electroterapia, tales como erosiones,
quemaduras, cauterizaciones. Con la utilización de electrodos de pequeñas
dimensiones, no exceder la dosis recomendada para la aplicación, así como
contactos irregulares sobre la superficie de aplicación. No aplicar en casos
de: espasticidad, área cardiaca, marcapasos y tromboflebitis. (Vernieri, 2005)
Electroterapia
Es la
aplicación de energía procedente del espectro electromagnético al organismo
humano, para generar sobre los tejidos, respuestas biológicas deseadas y
terapéuticas. (Ediciones, 207)
• 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. (Igar, 2014)
Los
principales efectos de las distintas corrientes de electroterapia son:
•
Anti-inflamatorio.
•
Analgésico.
•
Mejora del trofismo.
•
Potenciación
neuro-muscular.
•
Térmico, en el caso de
electroterapia de alta frecuencia
•
Fortalecimiento muscular
•
Mejora transporte de
medicamentos
•
Disminución de edema
•
Control de dolor
•
Mejora sanación de
heridas
(Naranjo 2015a)
Tipos de corriente y efectos de la electricidad en los seres vivos.
1-Según
efectos
Efectos electroquímicos
Efectos sobre nervio y músculo
Efectos sensitivos
Efectos por aporte energético para
mejorar metabolismo
2- Según
frecuencias
Baja Frecuencia: de 0 Hz a
1.000 Hz
Mediana Frecuencia: de 1.000 Hz a
20.000Hz
Alta Frecuencia: de 100.000Hz a
5MHz
3-Según
forma de onda
Corriente Directa: Es una corriente
monofásica, ya sea continua o pulsada.
Corriente Alterna: Es una corriente
bifásica pulsátil.
Efectos de los camposelectromagnéticos sobre órganos y sistemas
La exposición a campos electromagnéticos no es un
fenómeno nuevo. Sin embargo, en el siglo XX la exposición ambiental ha
aumentado de forma continua conforme la creciente demanda de electricidad, el
constante avance de las tecnologías y los cambios en los hábitos sociales han
generado más y más fuentes artificiales de campos electromagnéticos. Todos
estamos expuestos a una combinación compleja de campos eléctricos y magnéticos
débiles, tanto en el hogar como en el trabajo, desde los que producen la
generación y transmisión de electricidad, los electrodomésticos y los equipos
industriales, a los producidos por las telecomunicaciones y la difusión de
radio y televisión.
En el organismo se producen corrientes eléctricas
minúsculas debidas a las reacciones químicas de las funciones corporales
normales, incluso en ausencia de campos eléctricos externos. Por ejemplo, los
nervios emiten señales mediante la transmisión de impulsos eléctricos. En la
mayoría de las reacciones bioquímicas, desde la digestión a las actividades
cerebrales, se produce una reorganización de partículas cargadas. Incluso el
corazón presenta actividad eléctrica, que los médicos pueden detectar mediante
los electrocardiogramas. (Ediciones,
207)
Los campos
eléctricos de frecuencia baja influyen en el organismo, como en
cualquier otro material formado por partículas cargadas. Cuando los campos
eléctricos actúan sobre materiales conductores, afectan a la distribución de
las cargas eléctricas en la superficie. Provocan una corriente que atraviesa el
organismo hasta el suelo.
Los campos magnéticos de frecuencia baja inducen
corrientes circulantes en el organismo. La intensidad de estas corrientes
depende de la intensidad del campo magnético exterior. Si es suficientemente
intenso, las corrientes podrían estimular los nervios y músculos o afectar a
otros procesos biológicos. (Vernieri,
2005)
Tanto los campos eléctricos
como los magnéticos inducen tensiones eléctricas y corrientes en el organismo,
pero incluso justo debajo de una línea de transmisión de electricidad de alta
tensión las corrientes inducidas son muy pequeñas comparadas con los umbrales
para la producción de sacudidas eléctricas u otros efectos eléctricos.
El principal efecto
biológico de los campos electromagnéticos de radiofrecuencia es el
calentamiento. Este fenómeno se utiliza en los hornos de microondas para
calentar alimentos. Los niveles de campos de radiofrecuencia a los que
normalmente están expuestas las personas son mucho menores que los necesarios
para producir un calentamiento significativo. Las directrices actuales se basan
en el efecto calefactor de las ondas de radio. (Vernieri,
2005)
Iones en
repolarización de membrana. Fisiología de la membrana
La transmisión de impulsos
nerviosos (Fig. 1) es la base de la función en el sistema nervioso. Sin
embargo, para entender la transmisión nerviosa es necesario familiarizarse
primero con la biofísica de la membrana neuronal, especialmente en el
transporte de iones a través de ella y el desarrollo de potenciales eléctricos
al atravesarla.
Existen distintas teorías para
explicar este fenómeno, pero la más aceptada es la Teoría de Membrana, la cual
se describirá a continuación.
1- Concentración iónica
Por fuera y dentro de la membrana
celular, existen moléculas en estado iónico (con carga eléctrica positiva o
negativas) que se hallan en diferentes concentraciones:
a) Externamente, gran concentración
de iones de sodio (Na+) e iones cloruro (CI-b) internamente, gran concentración
de iones potasio (K+) e iones de diversos ácidos orgánicos (Ac. org. -)
Todos estos iones tienden a difundir desde el lugar de mayor
concentración al de menor, pero la membrana neuronal es selectiva, siendo
impermeable al sodio y a los ácidos orgánicos y solo permitiendo el pasaje del
cloro y el potasio, los cuales entran y salen libremente (Fig. 2)
(Igar, 2014)
Fig. 2: Distribución de iones en torno a la
membrana neuronal
2- Potencial de membrana. Membrana
polarizada
La anteriormente descrito determina que, en el exterior de la membrana,
la acumulación de iones positivos sea mayor que la de iones negativos y, a la
inversa, internamente la acumulación de iones negativos sea mayor. Por lo tanto
se genera a ambos lados de la membrana una distribución de cargas eléctricas,
es decir una diferencia de potencial eléctrico que consiste en una mayor
electropositividad exterior y una mayor electronegatividad en el interior. En
este estado se dice que la neurona tiene un potencial de membrana o que está en
reposo, inactiva o polarizada (Fig. 3). (Igar, 2014)
Fig.3: Potencial de membrana o membrana
polarizada.
3- Despolarización de la membrana
Cuando actúa sobre una neurona un
estímulo (una variación del medio), éste provoca la permeabilización brusca de
la membrana neuronal al sodio, el cual penetra al interior, en la zona de la
membrana que fue estimulada, invirtiéndose la distribución de las cargas. En el
lugar donde se invierte el potencial de membrana, se dice que la neurona se ha
activado o despolarizado (Fig. 4).
Fig. 4: Despolarización de la membrana.
4- Transmisión del estímulo
nervioso. Onda despolarizante
Como el resto de la neurona
continúa polarizada, se presenta la siguiente situación: un polo positivo queda
junto a uno negativo, generándose en el primero una corriente eléctrica que
avanza hacia el segundo. Esta corriente eléctrica produce la permeabilización
al sodio de la zona vecina de la membrana, que hasta ahora estaba polarizada,
es decir, que tiene sobre esa zona de la membrana, un efecto similar al que
originariamente provocó el estímulo.
Esto determina el ingreso del sodio
en zonas allegadas de la membrana, las que progresivamente se despolarizan y, a
su vez, nuevos polos positivos vecinos de otros negativos van produciendo
nuevas corrientes eléctricas capaces de despolarizar otras zonas.
Esta corriente eléctrica también llamada onda despolarizante, es el
impulso nervioso, el cual se define con más exactitud como una corriente
electroquímica, ya que las cargas eléctricas se deben al estado iónico en que
se presentan la sustancia química (Fig. 5). (Igar, 2014)
Fig. 5: Transmisión del estímulo nervioso
5 - Repolarización de la membrana
neuronal. Bomba de sodio
Una alta concentración intracelular
de ion sodio resulta tóxica para las células, por lo cual éstas deben
expulsarlo nuevamente al exterior. Como la membrana neuronal es impermeable a
este ion, esta expulsión representa un trabajo, es decir se requiere gasto de
energía. Esta energía es suministrada por un proceso denominado bomba de
sodio-potasio, la cual insume ATP (energía química proveniente de la
respiración celular) (Fig. 6). (Maldonado, 2004)
Fig.
6: Repolarización de la membrana.
6- Mecanismo de rueda
Como se puede observar una neurona nunca
está totalmente despolarizada o totalmente polarizada, sino que estos estadios
se van alternando. A este fenómeno se lo denomina mecanismo de rueda (Fig. 7).
Fig. 7: Mecanismo de rueda.
Umbral de excitación y ley del todo
o nada
Para que todo el proceso
anteriormente explicado se desencadene es necesaria la acción primaria de un
estímulo, el cual debe alcanzar cierta intensidad, por debajo de la cual la
neurona no se excita. Esta condición se denomina umbral de excitación y, si ha
sido alcanzado, el impulso nervioso se producirá hasta sus últimas
consecuencias, independientemente de la potencia del estímulo. A esta propiedad
se la denomina ley del todo o nada. (NARANJO C. , 2015)
Fisiología celular
La Fisiología es una rama de las Ciencias
Biológicas que estudia las funciones de los seres vivos. La célula realiza
diversas funciones con el fin de poder alimentarse, crecer, reproducirse,
sintetizar sustancias y relacionarse con el medio ambiente. Para lograr esos
objetivos debe cumplir con tres importantes funciones: relación, nutrición y
reproducción.
Funciones
de nutrición.
Permite
a la célula obtener, trasformar y aprovechar los alimentos suministrados por el
medio, y posteriormente obtener la energía necesaria para poder realizar las
demás funciones. No todos los seres vivos obtienen los nutrientes de la misma
forma. Hay dos tipos de nutrición: la autótrofa y la heterótrofa. La nutrición
autótrofa es propia de las plantas verdes, el fitoplancton, las algas verde
azuladas y algunas bacterias, que son capaces de producir sus propios
nutrientes a través de la fotosíntesis. La nutrición heterótrofa es utilizada
por organismos consumidores como son los animales, los hongos y protozoarios,
que al no poder producir sus alimentos necesitan tomarlos de otros organismos. (NARANJO C. , 2015)
Transporte
a través de las membranas.
Es el
movimiento de sustancias desde un lugar donde están más concentradas a otro de
menor concentración. El transporte pasivo está representado por la difusión
simple, la difusión facilitada, la ósmosis y la diálisis.
DIFUSIÓN SIMPLE: es la manera por la cual el oxígeno, el dióxido de carbono y pequeñas
moléculas sin carga eléctrica atraviesan la membrana plasmática. La célula
consume oxígeno, con lo cual entra por la membrana ya que hay mayor cantidad
fuera de la célula que dentro de ella. Lo contrario ocurre con el dióxido de
carbono, que sale por estar más concentrado en el citoplasma que fuera de él.
DIFUSIÓN FACILITADA: mediante esta
forma se realiza el pasaje de pequeñas moléculas con carga eléctrica, azúcares,
aminoácidos y metabolitos de la célula, desde una zona de mayor concentración a
otra de menor concentración. La difusión facilitada necesita de proteínas,
llamadas proteínas de canal y transportadoras. Las proteínas de canal
establecen canales a manera de poros llenos de agua, que cuando se abren dejan
pasar sustancias a la célula. Las proteínas transportadoras presentan cambios
en su estructura para permitir que ingresen sustancias a la célula. En ambos
casos, el transporte se realiza a favor del gradiente de concentración. Un
gradiente de concentración es una zona donde varía en forma permanente la
concentración de una sustancia entre dos extremos o puntos opuestos. Si la
dirección de cualquier sustancia, por ejemplo sodio, es hacia la zona más
concentrada de sodio (de menor a mayor), significa “en contra” del gradiente.
Si el transporte es desde la zona más concentrada a la de menor concentración,
es “a favor” del gradiente. En la primera situación hay gasto de energía, no
así en la segunda. Transporte pasivos. ÓSMOSIS: es el pasaje o difusión de un
solvente (agua) a través de una membrana semipermeable mediante un gradiente de
concentración. La membrana plasmática permite el paso del agua de un sitio a
otro pero no el de sustancias disueltas en ella (solutos).
Toda vez que la célula tenga en su
interior una concentración de solutos mayor que la del medio externo, la célula
está en una solución hipotónica. Por lo tanto, el agua ingresa a la célula y
provoca que se agrande. Por el contrario, si la concentración de solutos es
mayor en su ambiente externo la célula está en un medio hipertónico, hecho que
provoca la salida de agua intracelular y la crenación o arrugamiento de la
célula. Cuando la concentración de solutos es igual a ambos lados de la
membrana, la célula está en una media isotónica (igual tonicidad) y no hay
difusión de agua. En la difusión simple, en la facilitada y en la ósmosis no
hay gasto de energía. (Lodish.., 2003)
DIÁLISIS: cuando una membrana separa una sustancia con diferente concentración a
ambos lados, el soluto (la sal) difunde desde el lugar de mayor concentración
al de menor concentración, mientras que el agua lo hace desde el sitio donde
está en mayor cantidad (solución diluida) hacia la de menor cantidad (solución
concentrada de sal). Este proceso, denominado diálisis, se define como el
pasaje de una sustancia disuelta a través de una membrana semipermeable a favor
de un gradiente de concentración y sin gasto de energía. (Lodish.., 2003)
TRANSPORTE ACTIVO
Es el pasaje de una sustancia a través de una membrana semipermeable
desde una zona de menor concentración a otra de mayor concentración. Este
pasaje necesita un aporte de energía en forma de ATP y de proteínas
transportadoras que actúen como “bombas” para vencer ese gradiente. 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 células musculares. El sodio
tiene mayor concentración fuera de la célula y el potasio dentro de la misma.
La proteína transmembrana “bombea” sodio expulsándolo fuera de la célula y lo
propio hace con el potasio al interior de ella. 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 las sustancias
puedan atravesar la membrana celular. (Lodish..,
2003)
Transporte activo La forma de actuar de la
bomba de sodio y potasio es la siguiente:
1: tres
iones de sodio (3 Na+) intracelulares se insertan en la proteína
transportadora.
2: el
ATP aporta un grupo fosfato (Pi) liberándose difosfato de adenosina (ADP). El
grupo fosfato se une a la proteína, hecho que provoca cambios en el canal
proteico.
3: esto
produce la expulsión de los 3 Na+ fuera de la célula.
4: dos
iones de potasio (2 K+) extracelulares se acoplan a la proteína de transporte.
5: el
grupo fosfato se libera de la proteína induciendo a los 2 K+ a ingresar a la
célula. A partir de ese momento, comienza una nueva etapa con la expulsión de
otros tres iones de sodio.
Mecanismo
de la bomba de sodio y potasio La bomba de sodio y potasio controla el volumen
de las eucariotas animales al regular el pasaje del sodio y del potasio. El
gradiente generado produce un potencial eléctrico que aprovechan todas aquellas
sustancias que debe atravesar la membrana plasmática en contra del gradiente de
concentración. (Lodish.., 2003)
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 la célula por
efecto de la ósmosis. De esta manera, la bomba de sodio y potasio controla el volumen celular.
ENDOCITOSIS
La célula
utiliza la endocitosis para incorporar grandes moléculas. La membrana
plasmática se invagina y rodea a las partículas. Luego se forman vesículas que
transportan las sustancias al citoplasma. Hay tres formas de endocitosis:
fagocitosis, pinocitosis y endocitosis mediada por receptor.
En la fagocitosis, la célula absorbe
grandes partículas mediante prolongaciones de la membrana plasmática
(pseudópodos). Las partículas son encerradas en vesículas que luego se unen a
los lisosomas (fagosomas). Estos digieren esas partículas y las transforman en
sustancias más simples que se vuelcan al citoplasma para su utilización. Los
glóbulos blancos utilizan la fagocitosis como método de defensa para eliminar
cuerpos extraños, microorganismos y sustancias nocivas para el organismo. Las
amebas, para alimentarse. (Lodish..,
2003)
La
pinocitosis es la forma en que la célula engloba líquidos extracelulares con
nutrientes en suspensión como aminoácidos, glúcidos y ácidos grasos. La
membrana proyecta finas prolongaciones que encierran la sustancia a incorporar.
Ya en el citoplasma, se forman vesículas que más tarde se rompen y liberan el
contenido. Las vesículas (ahora excretoras) mantienen los desechos en su
interior para su posterior excreción. Para ello, se dirigen a la membrana
plasmática, se fusionan con ella y eliminar el contenido fuera de la célula por
exocitosis.
La
endocitosis mediada por receptores es parecida a la pinocitosis, pero la
membrana posee receptores para que la macromolécula a incorporar se una a los
mismos. Luego se forma una vesícula, el endosoma, y en su interior se separan
los receptores de la sustancia. Los receptores son devueltos a la membrana
plasmática y la sustancia incorporada se fusiona a los lisosomas para ser
degradada. Aunque la endocitosis mediada por receptores es una manera muy
específica, puede ocurrir que sustancias extrañas utilicen a los receptores
para ingresar a la célula, como sucede con el virus del sida con los receptores
de algunos linfocitos. (Lodish.., 2003)
Sonido, audición, ondas sonoras
Sonido
Definición que proviene del latín
sonitus, un sonido es una sensación que se genera en el oído a partir de las
vibraciones de las cosas. Estas vibraciones se transmiten por el aire u otro
medio elástico. Para la física, el sonido implica un fenómeno vinculado a la
difusión de una onda de características elásticas que produce una vibración en
un cuerpo, aun cuando estas ondas no se escuchen.
El sonido es una onda material que
se produce como consecuencia de la vibración en la fuente sonora. Es decir, se
transmite la energía de un cuerpo que vibra. Puede ser un diapasón o nuestras
cuerdas vocales. Esta vibración se transmite a las partículas próximas a la
fuente que también oscilan y transmiten esta energía a las partículas más
próximas que se ponen
a vibrar. (Sataloff,
2000)
1.
Estímulo sonoro
2.
Medio aéreo de conducción del estímulo
3.
Pabellón de la oreja, entrada al receptor auditivo
4.
Conducto auditivo externo
5.
Cadena de huesecillos en el oído medio
6.
Cóclea, órgano transductor para el estímulo auditivo
7.
Canales semicirculares. Receptores de la aceleración de rotación de la
cabeza
8.
Trompa de Eustaquio
Audición
El estímulo adecuado para el
receptor auditivo lo representan las ondas sonoras. Ellas se generan en una
fuente sonora y se pueden propagar 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. (Sataloff, 2000)
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.
Las ondas sonoras se propagan por el
aire y alcanzan al oído externo, en el cual penetran a través del conducto
auditivo externo. Al hacerlo estimulan la membrana del tímpano, que cierra el
extremo interno de dicho conducto. Al vibrar esta membrana, se induce la
vibración de una cadena de huesecillos ubicados en el oído medio. Estos
huesecillos transmiten su vibración a la ventana oval, que es una estructura
membranosa que comunica el oído medio con la cóclea del oído interno.
Al moverse la membrana oval, mueve
el líquido (perilinfa) que llena una de las tres cavidades de la cóclea
generando en él ondas. Estas ondas estimulan mecánicamente a las células
sensoriales (células pilosas) ubicadas en el órgano de Corti, dentro de la
cóclea en la cavidad central, la rampa media. Esta cavidad está llena de un
líquido rico en K+, la endolinfa. Las células embebidas en la endolinfa,
cambian su permeabilidad al K+ por efecto del movimiento de los cilios y
responden liberando un neurotransmisor que excita a los terminales nerviosos,
que inician la vía sensorial auditiva. (Igar, 2014)
Velocidad Y
Energías Del Sonido
En el aire estas ondas sonoras se
propagan a una velocidad de 332 m/seg (0° C).
La velocidad de propagación del
sonido no depende de la frecuencia ni de la intensidad del mismo sino de las
características del medio. En el aire su velocidad es de aproximadamente 344
m/s @ 20C (o 1200 km/h - 3 segundos para recorrer 1 km). Esta velocidad aumenta
con la temperatura (0.17% /grado C), pero no cambia con la presión. En los
líquidos es un poco mayor (1440 m/s en el agua) y mayor aún en los sólidos
(5000 m/s en el acero). (Igar, 2014)
Energías del
sonido
El Movimiento Ondulatorio es una de
las formas en que los cuerpos pueden intercambiar Energía.
Se origina en una vibración u
oscilación (es decir cuando una partícula se desplaza de su posición de
equilibrio y vuelve a él) y esa perturbación se transmite de un punto a otro
del espacio, en un período de tiempo, en forma de onda. Por este movimiento no
se propaga o traslada la materia sino la Energía
Elementos De
Una Onda
Debemos saber que cada onda sonora
tiene una longitud (l) y una amplitud (a) o intensidad o fuerza, parámetros que
se combinan y la caracterizan. Así al aumentar l, el tono se escucha más bajo;
cuando se reduce el sonido se escucha menos.
Otra propiedad de las ondas sonoras
es su frecuencia (F) medida en Hertz (Hz). Cada sonido puro tiene una sola F,
que lo define y que representa su tono (número de ciclos por segundo).
Normalmente, los sonidos son mezclas de tonos diferentes. (Sataloff,
2000)
Tipos de ondas
Ondas Electromagnéticas: Son
aquellas en las que la energía se puede trasladar aún en el vacío, no necesitan
de la materia para hacerlo.
Ejemplo: los rayos ultravioletas.
Ondas Materiales o Mecánicas: Son
aquellas en las que se transporta Energía mecánica, por lo que necesitan de un
medio material para hacerlo, no se propagan en el vacío.
Ejemplo:
El sonido.
Otra clasificación:
Ondas Longitudinales: Son aquellas en las que las partículas oscilan en la misma dirección
que la propagación de las ondas.
Ejemplo: Si comprimimos o estiramos
un resorte y lo soltamos, las partículas de un extremo se moverán de adelante
hacia atrás, en la misma dirección que el movimiento que se transmite por las
espiras hasta el otro extremo. (Sataloff, 2000)
Ondas
Transversales:
 |
Son aquellas en las que la oscilación o vibración de las partículas (en
ondas mecánicas) o de los campos eléctricos y magnéticos (en ondas
electromagnéticas) es perpendicular a la dirección de la propagación de las
ondas.
Por ejemplo: si sacudimos una soga,
cada partícula de ella oscila de arriba hacia abajo transmitiendo su energía a
la partícula cercana produciendo un movimiento que avanza hacia adelante.
Un caso especial es el del movimiento
ondulatorio del agua ya que combina estos dos últimos tipos de ondas.
Cualidades Del
Sonido
Hablamos de Intensidad o volumen y
esta depende de la amplitud del movimiento vibratorio. Esta característica del
sonido nos permite distinguir entre sonidos fuertes o débiles.
Sonoridad o Nivel de intensidad
sonora se relaciona con la intensidad y como ésta disminuye con la distancia.
Se toma como unidad para medir el nivel subjetivo de sonoridad el fonio o fon.
Esta unidad está definida como la sonoridad de un sonido senoidal de 1000 Hz
con un nivel de presión sonora (intensidad) de 0 dB. Así, 0 dB es igual a 0 fon
y 120 dB es igual a 120 fon. Eso siempre para sonidos sinusoidales con
frecuencias de 1000 Hz. (Maldonado, 2004)
El umbral de audición corresponde
(para una frecuencia aproximada de 1000 Hz) a una intensidad (I0) de 10-12 w/m2
mientras que para una intensidad de 1 w/m2 llegamos al umbral de dolor.
Como se puede deducir los valores de
la intensidad sonora serán: en el umbral de dolor 120 dB y en el umbral de
audición 0 dB.
Los sonidos más graves tienen bajas
frecuencias, están comprendidas entre los 20 y 300 Hz, medias de 300 a 5000 Hz
y agudos entre 5000 y 20000 Hz aproximadamente.
La Voz Humana
Se ha establecido que para que
exista sonido se requieren tres elementos:
·
Un cuerpo elástico que vibre.
·
Un medio elástico que propague las vibraciones.
·
Una caja de resonancia que las amplifique y las haga perceptibles al
oído, a través de las ondas que las transmiten por el aire.
Ahora,
la voz humana tiene estos elementos: El cuerpo elástico que vibra, son dos
membranas situadas en la garganta llamadas cuerdas vocales; el medio de
propagación es el aire proveniente de los pulmones, y la caja de resonancia
está formada por la caja torácica, la faringe, las cavidades orales y nasales. (Sataloff,
2000)
Producción de la voz
La
voz se produce por la vibración de las cuerdas vocales cuando se acercan entre
sí como consecuencia del paso del aire a través de la laringe, que es el órgano
más importante de la voz.
En
su interior se encuentran las cuerdas vocales (también llamadas pliegues
vocales), porque en realidad, no tienen forma de cuerda, sino que se trata de
una serie de repliegues o labios membranosos, son dos bandas de tejido muscular
que se insertan en los cartílagos.
Al abrirse se respira y al cerrarse
se produce la fonación. Las cuerdas vocales pueden tensarse o distenderse, lo
que producirá sonidos agudos en el primer caso, y graves en el segundo. (Igar, 2014)
Hay 4 cuerdas vocales: 2 superiores
que no participan en la articulación de la voz, y, 2 inferiores, las verdaderas
cuerdas vocales, responsables de la producción de la voz.
Si se abren y se recogen a los
lados, el aire pasa libremente, sin hacer presión: respiramos. Si, por el
contrario, se juntan, el aire choca contra ellas, que vibran a modo de
lengüetas, produciendo un sonido tonal. La frecuencia de este sonido depende
del tamaño y tensión de las cuerdas, y de la velocidad del flujo del aire
proveniente de los pulmones. (Igar, 2014)
Son los movimientos de los
cartílagos de la laringe los que permiten variar el grado de apertura entre las
cuerdas y una depresión o una elevación de la estructura laríngea, con lo que
varía el tono de los sonidos producidos por el paso del aire a través de ellos.
Esto junto a la disposición de los
otros elementos de la cavidad oral (labios, lengua y boca) permite determinar
los diferentes sonidos que emitimos.
Biofísica De
La Percepción Auditiva. Audiómetro
Para determinar la naturaleza de
cualquier incapacidad auditiva se emplea el audímetro. El audiómetro sirve para
facilitar tonos en diferentes frecuencias y niveles de intensidad.
Simplemente se trata de un audífono
conectado a un oscilador electrónico capaz de emitir tonos puros que alberguen
desde las frecuencias más bajas hasta las más altas, instrumento calibrado de
modo que el sonido con un nivel de intensidad nulo a cada frecuencia sea el
volumen que apenas puede escucharse con un oído normal. Un mecanismo calibrado
para controlar el volumen puede incrementarlo más allá del valor cero. (Gomez, 2010)
En la audiometría individual los
sonidos que emitimos desde el audiómetro pueden llegar a la persona explorada a
través de unos auriculares, que transmiten el sonido por vía área, o bien a
través de un vibrador, aplicado en el hueso temporal, con lo que la transmisión
del sonido es por vía ósea.
La luz y el
espectro electromagnético
Todo lo que vemos no es más que la
luz emitida o reflejada por los cuerpos, en sí la luz es una onda
electromagnética que, al contrario que las ondas materiales, puede propagarse
sin necesidad de que exista un medio material en el que se propaga.
La luz se propaga en el aire y en el
vacío a una velocidad constante de 3•108 m/s (c) es la máxima velocidad de la
luz, en otros medios su velocidad es menor por ejemplo en el agua 2,25•108 m/s.
En cualquier caso hay objetos que
emiten luz, fuentes luminosas, otros que simplemente reflejan parte de la que
reciben, objetos iluminados. Además los objetos al llegar la luz a ellos pueden
interceptarla, no dejarla pasar, son los objetos opacos. Dejar que pase a
través de ellos, son los cuerpos translúcidos y los transparentes. Los primeros
dejan pasar la luz a su través pero los rayos emergentes no son paralelos a los
incidentes con lo que la imagen queda difusa mientras que en los segundos, al
tener los rayos incidentes y emergentes la misma dirección, podemos ver las
imágenes nítidas a través de ellos. (Gomez, 2010)
El espectro electromagnético
(O simplemente espectro) es el rango
de todas las radiaciones electromagnéticas posibles. El espectro de un objeto
es la distribución característica de la radiación electromagnética de ese
objeto.
El espectro electromagnético se
extiende desde las bajas frecuencias usadas para la radio moderna (extremo de
la onda larga) hasta los rayos gamma (extremo de la onda corta), que cubren
longitudes de onda de entre miles de kilómetros y la fracción del tamaño de un
átomo.
Conceptos
Relativos A La Luz. Color
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”. (Gomez, 2010)
En el día,
podemos movernos y ver a nuestro alrededor, gracias a la luz natural que nos
brinda el sol, pero por la noche o en espacios cerrados, nos vemos obligados a
utilizar luz artificial o fuego, para divisar por donde caminamos y no chocar
con todo.
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.
Cualidades De
La Luz
Las cualidades de la luz son cuatro:
·
Intensidad: alta, baja.
·
Dirección: frontal, trasera, cenital, nadir.
·
Calidad: dura, suave
·
Color: cálida, fría.
Sistema Visual
Humano
Aunque
suele decirse que el ojo humano es el órgano de la visión, en realidad es más
correcto decir que es el órgano en el que comienza la visión, la primera etapa
de lo que suele denominarse el “sistema visual humano”. Esta aclaración, no
pretende en absoluto desmerecer la importancia del ojo humano, sino simplemente
poner al lector en conocimiento de que en realidad puede decirse que “miramos
con los ojos” pero “vemos con el cerebro”. Son numerosas las disciplinas
científicas (óptica, fisiología, neurología, psicología, etc.) que investigan
sobre distintos aspectos del sistema visual humano. Todas ellas intentan dar
explicaciones a las distintas etapas del complicado proceso que hace que, a
partir de la luz emitida por las fuentes o reflejada por los objetos, mediante
su absorción en los fotopigmentos retinianos y la transmisión de una serie de
impulsos eléctricos a través de nuestro sistema nervioso, se forme finalmente en
nuestro cerebro una determinada imagen del mundo exterior. (Igar, 2014)
Figura 1. Estructura del
ojo humano. Cortesía de John Wiley & Sons Inc. y Prof. M. D. Fairchild
(Rochester Institute of Technology, Rochester, NY, USA)
Empecemos
por una descripción rápida de las estructuras principales del ojo humano
indicadas en la Figura 1. 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. 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.
Las fibras de los nervios
ópticos de ambas retinas alcanzan el quiasma (Figura 2), donde las hemirretinas
nasales de cada ojo (no las de las hemirretinas temporales) se cruzan al lado
opuesto del cerebro, formando los llamados tractos ópticos, que terminan en los
correspondientes núcleos geniculados laterales. El tracto óptico derecho lleva
información correspondiente al semicampo visual izquierdo, mientras que el
tracto óptico izquierdo lleva información correspondiente al semicampo visual
derecho. La información de cada uno de los dos núcleos geniculados laterales se
dirige al polo occipital de la corteza cerebral del mismo lado, donde se sitúa
el área visual primaria, corteza visual, o córtex visual. (NARANJO C. ,
2015)
Figura 2. Esquema de las
principales vías visuales en el cerebro humano.
El
procesamiento de la información visual es complejo a nivel de la retina, pero
es más complejo aún al llegar a los núcleos geniculados laterales, y al córtex visual.
Las señales de distintos fotorreceptores se combinan y comparan produciendo
respuestas oponentes de las células ganglionares de la retina, cuyos axones
constituyen el nervio óptico. A su vez las señales de salida de los núcleos
geniculados laterales también se comparan y combinan, y este proceso continúa
hasta llegar al área V1 del córtex visual, que es la principal responsable de
la percepción visual. Mediante imagen cerebral basada en técnicas de resonancia
magnética nuclear es posible visualizar las zonas del cerebro activadas por
distintas percepciones. La interacción en el cerebro entre percepciones
visuales de distinta naturaleza es también un hecho, consecuencia de la
complejidad del sistema visual humano que venimos indicando. (Maldonado, 2004)
Elementos
básicos de la física nuclear
Física
Nuclear
La física nuclear es una rama de la
física que estudia las propiedades y el comportamiento de los núcleos atómicos,
la estructura fundamental de la materia y las interacciones entre las
partículas subatómicas.
Así, la física nuclear es conocida
por el aprovechamiento de la energía nuclear o atómica en centrales nucleares y
en el desarrollo de reactores y armas nucleares o atómicas, tanto de fisión
como de fusión nuclear. Pero la física nuclear no sólo se utiliza para fines
bélicos, pues existe una gran variedad de aplicaciones, por ejemplo, en la
medicina (para la cura del cáncer). (Sataloff, 2000)
Los protones, que son partículas
atómicas con carga eléctrica positiva, y los neutrones, que son partículas sin
carga, forman parte de los núcleos de los átomos o núcleos atómicos. Y la
energía nuclear, también llamada energía atómica, es la energía que se
libera espontánea o artificialmente en las reacciones nucleares que se dan en
estos núcleos atómicos. Estas reacciones nucleares sólo se dan en algunos
átomos isótopos (átomos de un mismo elemento, pero se diferencian en que los
núcleos tienen una cantidad diferente de neutrones, y por lo tanto, difieren en
su masa atómica) de ciertos elementos químicos. Estos átomos isótopos se llaman
radioisótopos, son isótopos radiactivos, tienen un núcleo atómico inestable y
emiten energía y partículas cuando se transforman en un isótopo diferente más
estable. (Lodish.., 2003)
Radiación Y Radiobiología
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.
Las dos grandes razones que han
impulsado la investigación de los efectos biológicos de las radiaciones
ionizantes son:
·
Radioprotección: Poder utilizar esas radiaciones de forma segura en
todas las aplicaciones médicas industriales que las requieran.
·
Radioterapia: Utilizarlas de forma efectiva en el tratamiento del
cáncer, lesionando lo menos posible el tejido humano normal. (Gomez, 2010)
Efectos
biológicos de las radiaciones ionizantes
Los efectos de las radiaciones
ionizantes sobre los seres vivos se pueden clasificar desde distintos puntos de
vista:
Según el tiempo de aparición:
·
Precoces: Aparecen en minutos u horas después de haberse expuesto a la
radiación, por ejemplo, eritema cutáneo, nauseas
·
Tardíos: Aparecen meses u años después de la exposición, por ejemplo,
cáncer radioinducido, radiodermitis crónica, mutaciones genéticas.
Desde el punto de vista biológico:
·
Efectos somáticos: Sólo se manifiestan en el individuo que ha sido
sometido a la exposición de radiaciones ionizantes por ejemplo el eritema.
·
Efecto hereditario: No se manifiestan en el individuo que ha sido
expuesto a la radiación, sino en su descendencia, ya que lesionan las células
germinales del individuo expuesto, por ejemplo, las mutaciones genéticas.
Según la dependencia de la dosis:
·
Efectos estocásticos: Son efectos absolutamente aleatorios,
probabilísticos; pudiendo aparecer tras la exposición a pequeñas dosis de
radiación ionizante. No necesitan una dosis umbral determinada para producirse;
si bien al aumentar la dosis aumenta la probabilidad de aparición de estos
efectos, que suelen ser de tipo tardío. Se cree que el único efecto estocástico
es el cáncer radioinducido y las mutaciones genéticas. (Ediciones,
207)
·
Efectos no estocásticos: Se necesita una dosis umbral para producirlos,
por debajo de la cual, la probabilidad de aparición de los mismos es muy baja.
Suelen ser efectos precoces, por ejemplo, el eritema cutáneo.
Características
de los efectos biológicos de las radiaciones ionizantes
·
Aleatoriedad: La interacción de la radiación con las células es una
función de probabilidad y tiene lugar al azar. Un fotón o partícula puede
alcanzar a una célula o a otra, dañarla o no dañarla y si la daña puede ser en
el núcleo o en el citoplasma.
·
Rápido depósito de energía: El depósito de energía a la célula ocurre en
un tiempo muy corto, en fracciones de millonésimas de segundo.
·
No selectividad: La radiación no muestra predilección por ninguna parte
o biomolécula, es decir, la interacción no es selectiva.
·
Inespecificidad lesiva: Las lesiones de las radiaciones ionizantes es
siempre inespecífica o lo que es lo mismo esa lesión puede ser producida por
otras causas físicas. (Gomez, 2010)
·
Latencia: Las alteraciones biológicas en una célula que resultan por la
radiación no son inmediatas, tardan tiempo en hacerse visibles a esto se le llama
“tiempo de latencia” y puede ser desde unos pocos minutos o muchos años,
dependiendo de la dosis y tiempo de exposición.
Etapas de la
acción biológica de la radiación
Los efectos de las radiaciones
ionizantes sobre la materia viva son el resultado final de las interacciones
físicas (ionización) y (excitación) de los fotones o partículas con los átomos
que la componen.
Los efectos de la radiación sobre
los seres vivos pasan por sucesivas etapas, que son:
·
Etapa física
·
Etapa química: – Radiolisis del agua. – Efecto oxígeno.
·
Etapa biológica
Radiosensibilidad
La radiosensibilidad es la magnitud
de respuesta de las estructuras biológicas, provocada por las radiaciones
ionizantes. Un elemento biológico es más sensible cuanto mayor es su respuesta
a una dosis determinada de radiación. El elemento biológico es más
radiosensible cuando necesita menos dosis de radiación para alcanzar un efecto
determinado. El concepto opuesto a radiosensibilidad, es radioresistencia. No
existe célula ni tejido normal o patológico radioresistente de forma absoluta;
pues si se aumenta ilimitadamente la dosis, siempre se puede alcanzar su
destrucción. (Igar, 2014)
Escala de radio sensibilidad:
Las células presentan diferente grado de sensibilidad
a la radiación, según la estirpe o línea celular. Tomando como punto de
referencia, la muerte celular, pueden clasificarse en cinco grupos de mayor a
menor sensibilidad:
·
Muy radiosensibles: leucocitos, eritroblastos, espermatogonias.
·
Relativamente radiosensibles: mielocitos, células de las criptas
intestinales, células basales de la epidermis.
·
Sensibilidad intermedia: células endoteliales, células de las glándulas
gástricas, osteoblastos, condroblastos, espermatocitos, etc.
·
Relativamente radioresistentes: granulocitos, osteocitos,
espermatozoides, eritrocitos.
·
Muy radioresistentes: fibrocitos, condrocitos, células musculares y
nerviosas.
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--.
·
La Radiactividad incorporada en alimentos, bebidas, etc.
·
Procedimientos médicos (radiografías, etc.) Son la fuente principal de
radiación artificial en la población general
·
"Basura nuclear". Los materiales de desecho radiactivos de la
industria nuclear, los hospitales y los centros de investigación
·
El Radón. Gas procedente del uranio, que se encuentra de forma natural
en la tierra. Procede de materiales de construcción, abonos fosfatados,
componentes de radioemisores, detectores de humos, gas natural en los hogares,
etc. (Maldonado, 2004)
·
Exposición profesional. En España se incluyen en esta categoría unas
60.000 personas. El 95% recibe dosis diez veces por debajo del límite
permitido.
·
Explosiones nucleares. Accidentales, bélicas o experimentales.
Radiaciones:
Naturaleza Y Propiedades.
·
Radiaciones Ionizantes.
Son radiaciones con la energía
necesaria para arrancar electrones de los átomos. Cuando un átomo queda con un
exceso de carga eléctrica, ya sea positiva o negativa, se dice que se ha
convertido en un ión (positivo o negativo).
Son radiaciones ionizantes los rayos
X, las radiaciones alfa, beta, gamma y la emisión de neutrones.
La radiación cósmica (proveniente
del Sol y del espacio interestelar) también es un tipo de radiación ionizante,
pues está compuesta por radiaciones electromagnéticas y por partículas con gran
cantidad de energía.
Las radiaciones ionizantes pueden
provocar reacciones y cambios químicos con el material con el cual
interaccionan. Por ejemplo, son capaces de romper los enlaces químicos de las
moléculas o generar cambios genéticos en células reproductoras.
·
Radiaciones No Ionizantes.
Son aquellas que no son capaces de
producir iones al interactuar con los átomos de un material.
Las radiaciones no ionizantes se
pueden clasificar en dos grandes grupos: los campos de Origen electromagnético
y las radiaciones ópticas.
Dentro de los campos
electromagnéticos se pueden distinguir aquellos generados por las líneas de
corriente eléctrica o por campos eléctricos estáticos.
Entre las radiaciones ópticas se
pueden mencionar los rayos infrarrojos, la luz visible y la radiación
ultravioleta. Estas radiaciones pueden provocar calor y ciertos efectos
fotoquímicos al actuar sobre el cuerpo humano. (Gomez, 2010)
Radioactividad.
Radiactividad
Natural
En Febrero de 1896, el físico francés Henri Becquerel
investigando con cuerpos fluorescentes (entre ellos el Sulfato de Uranio y el
Potasio), halló una nueva propiedad de la materia a la que posteriormente Marie
Curie llamó "Radiactividad". Se descubre que ciertos elementos tenían
la propiedad de emitir radiaciones semejantes a los rayos X en forma
espontánea. Tal radiación era penetrante y provenía del cristal de Uranio sobre
el cual se investigaba. (Gomez, 2010)
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.
Radiactividad Artificial.
Al bombardear diversos núcleos
atómicos con partículas alfa de gran energía, se pueden transformar en un
núcleo diferente, por lo tanto, se transforma en un elemento que no existe en
la naturaleza. Los esposos Irene Curie y Frédéric Joliot, experimentando con
tales procesos descubren la radiactividad artificial, pues se percatan que al
bombardear ciertos núcleos con partículas procedentes de fuentes radiactivas
estos se vuelven radiactivos. Si la energía de las partículas es adecuada,
entonces puede penetrar en el núcleo generando su inestabilidad y por ende,
induciendo su desintegración radiactiva. (Gomez, 2010)
Los Rayos X
Hace algo más de un siglo, en 1895,
Wilhelm Conrad Röntgen (1845-1923), científico alemán de la Universidad de
Würzburg, descubrió una radiación (entonces desconocida y de ahí su nombre de
rayos X) que tenía la propiedad de penetrar los cuerpos opacos.
Son una 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. (Sataloff,
2000)
Estructura
y generación del 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 (González) 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.
El tubo de rayos X consta de un cátodo, cuya
función es emitir electrones hacia el ánodo. En los tubos modernos, el cátodo
es un filamento, habitualmente de wolframio, calentado por medio de una
corriente eléctrica de unos pocos amperios. Una porción de los electrones que
circulan por le filamento se desprenden debido al efecto termoiónico. El
haz de electrones emitido por el cátodo se acelera mediante una fuente de alto
voltaje alterna —por ejemple, entre los 30 y 150 kV— (González)
Al colisionar contra el ánodo los electrones
del haz ceden su energía al material, resultando en la emisión de rayos X
mediante dos procesos: Por un lado, los electrones del haz pueden impartir la
suficiente energía a los electrones del ánodo para que puedan escapar a la
atracción del núcleo y abandonar su nivel atómico. Los electrones de niveles de
energía superiores ocupan el nivel vacío, emitiendo fluorescencia o línea de
emisión característica de energía igual a la diferencia entre los dos niveles
atómicos. Por otro lado, los electrones de haz también pueden ser desviados de
su trayectoria por el campo eléctrico de los núcleos atómicos del ánodo,
emitiendo Bremsstrahlung o radiación de frenado, de espectro
continuo, con la energía máxima igual al voltaje del tubo. Alrededor de un
1 % de la energía del haz es emitida en forma de radiación por estos
procesos, predominantemente en la dirección perpendicular a la del haz de
electrones. El espectro de rayos X emitidos por el tubo depende del
material del ánodo y del voltaje de aceleración aplicado. El resto de la
energía se desprende en forma de calor, por lo que el ánodo debe estar
refrigerado, mediante agua o aceite. El diseño del ánodo es importante para
limitar su calentamiento, lo que permite incrementar la intensidad del haz de
electrones y reducir el foco o área de impacto en al ánodo, con la consiguiente
mejora de las características de los rayos X emitidos.
El ánodo es un metal de alto número atómico Z, lo que mejora la eficiencia
del tubo. También se utilizan los ánodos de molibdeno para ciertas aplicaciones
donde se precisan rayos X de menor energía, como las mamografías. Para los
experimentos de difracción de rayos X también son comunes los ánodos de cobre y
cobalto. (González)
Ley
de Owen
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. Esta función de trabajo es
característica del material y para la mayoría de los metales es del orden de
varios electronvoltios. Las corrientes termoiónicas pueden incrementarse o
decrementarse disminuyendo la función de trabajo. Esta característica, que es
muy deseable, puede lograrse aplicando al alambre varios recubrimientos de
óxido. (Susana, 2015)
Owen Willans
Richardson fue
un físico británico, ganador del Premio Nobel de
Física en 1928 por sus estudios sobre los fenómenos termoiónicos
y, especialmente, por el descubrimiento de la ley que lleva su nombre
Radiopaco
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. (Susana, 2015)
Es una estructura que no permite el
paso de los rayos X o de otra energía radiante. Los huesos son relativamente
radiopacos debido a su densidad, por lo tanto, aparecen como áreas blancas en
las placas de rayos X.
Radiolucido
Radiolucido en Rx es la zona más
negra de la placa o sea que en ese sector es donde llego más radiación que en
las zonas blandas debido a la poca resis radiolucido es porque los rayos x
traspasan fácilmente la estructura y en la radiografía se ve más negrotencia de
las estructuras.
