Biofísica médica: principios

BIOFISICA MEDICA
UNIVERSIDAD NACIONAL HERMILIO VALDIZAN
FACULTAD DE MEDICINA HUMANA
CRISTIAN MONZON COELLO

¿QUÉ ESTUDIA LA BIOFÍSICA?
Los problemas biológicos que interesan a la Biofísica son tan diversos y tan numerosos como los organismos
vivos:
· ¿Cómo una célula muscular convierte la energía química de la hidrólisis del ATP en fuerza mecánica y
movimiento?
· ¿De que forma el cuerpo humano a través del esqueleto y músculos desarrollan movimiento?
· ¿Cómo el sonido, la luz, los aromas, los contactos son detectados por órganos sensoriales y convertidos en
impulsos eléctricos que proveen al cerebro de información sobre el mundo exterior?
· ¿Cómo hace la membrana celular, una barrera de lípido impermeable a moléculas solubles en agua, para
transportar selectivamente tales moléculas a través de su interior hidrofóbico?
FACULTAD DE MEDICINA HUMANA – CRISTIAN MONZON COELLO - UNHEVAL 2

La biofísica es el campo del conocimiento que utiliza los principios de
la física, así como los métodos del análisis matemático y de la
modelación por computadora, para comprender cómo funcionan los
mecanismos de los sistemas biológicos.
• FISICA: Ciencia que estudia las propiedades de la materia y de la energía, estableciendo
leyes que explican los fenómenos naturales, excluyendo aquellos fenómenos que alteran la
naturaleza misma de los cuerpos.
• BIOLOGIA: Ciencia que estudia la estructura de los seres vivos y de sus procesos vitales.
La física tiene relación directa con la biología es decir con las ciencias de la vida y la salud, por lo
que biofísica estudia el estado físico de la materia viva, las transformaciones energéticas que se
producen en el organismo, las condiciones físicas en que se pone en manifiesto los fenómenos
vitales y las acciones de la energía física externa que ejerce sobre el organismo.

Importancia.- Se deduce de la intima relación que existe entre la física y
la biología, la física le suministra a la biología sus rigurosos métodos de
estudio y el conocimiento de las leyes que rigen los fenómenos naturales
con los cuales la biología interpreta y estudia los fenómenos específicos
de la vida animal y vegetal en base a los métodos e instrumentos
entregados por física como son :
• microscopios,
• cardiógrafos,
• termómetros,
• manómetros,
• miógrafos,
• ecografías,
• ecografía,
• desfibriladores,
• rayos x,
• rayos láser ,
• electroencefalogramas,
• tomógrafos, etc.

MEDICIÓN
Medir: es comparar una parte de una magnitud con otra de
la misma naturaleza que se toma como unidad.
El proceso se llama medición y el resultado se denomina
cantidad.

Magnitud: Es una propiedad o cualidad medible de un cuerpo o de un
cambio en la naturaleza.
Magnitudes extensivas e intensivas
 Una magnitud extensiva es una magnitud que depende de la cantidad de sustancia que tiene el cuerpo o
sistema. Las magnitudes extensivas son aditivas. Si consideramos un sistema físico formado por dos partes o
subsistemas, el valor total de una magnitud extensiva resulta ser la suma de sus valores en cada una de las dos
partes. Ejemplos: la masa y el volumen de un cuerpo o sistema, la energía de un sistema termodinámico, etc.
 Una magnitud intensiva es aquella cuyo valor no depende de la cantidad de materia del sistema. Las
magnitudes intensivas tiene el mismo valor para un sistema que para cada una de sus partes consideradas como
subsistemas. Ejemplos: la densidad, la temperatura y la presión de un sistema termodinámico en equilibrio.
En general, el cociente entre dos magnitudes extensivas da como resultado una magnitud intensiva. Ejemplo: masa
dividida por volumen representa densidad.
MAGNITUDES

CLASES DE MAGNITUDES:
a) M. Fundamentales: Aquellas que no se definen en función de otras. Son siete: longitud,
masa, tiempo, temperatura, intensidad de corriente eléctrica, intensidad luminosa y cantidad
de sustancia. (Unidades de la figura en Sistemas Internacional de Medida)

b) M. Derivadas: resultan de multiplicar o dividir entre
sí las magnitudes fundamentales.
Por ejemplo: área, volumen, velocidad, fuerza, etc.
(Unidades de la figura en Sistemas Internacional de
Medida)

SISTEMA INTERNACIONAL DE MEDIDAS O SISTEMA MÉTRICO
DECIMAL (S.I.)
El sistema métrico decimal o simplemente
sistema métrico es un sistema de unidades
basado en el metro, en el cual los múltiplos y
submúltiplos de una unidad de medida están
relacionadas entre sí por múltiplos o submúltiplos
de 10. Fue implantado por la 1ª Conferencia
General de Pesos y Medidas (París, 1889),
con el que se pretendía buscar un sistema único
para todo el mundo para facilitar el intercambio,
Además sus múltiplos adoptaron prefijos definidos
(deca, 10, hecto, 100, kilo, 1000 y miria, 10000) y
también sus submúltiplos (deci, 0,1; centi, 0,01; y
mili, 0,001) y un sistema de notaciones para
emplearlos.

SISTEMA ANGLOSAJÓN DE MEDIDAS
El sistema inglés de unidades o
sistema imperial, es aún usado
ampliamente en los Estados Unidos de
América y, cada vez en menor medida,
en algunos países con tradición
británica. Debido a la intensa relación
comercial que tiene nuestro país con
los EUA, existen aún muchos
productos fabricados con
especificaciones en este sistema.
Ejemplos de ello son los productos de
madera, tornillería, maquinas medicas,
cables conductores y perfiles metálicos.

EQUIVALENCIAS ÚTILES
VOLUMEN Y CAPACIDAD:
1 Litro = 1000 centímetros
cúbicos
1 Litro = 33.81 Onzas
1 Galón = 3.7854 litros
1 litro = 1000 mililitros
1 Litro = 0.2641 Galones
PESO
1 kilogramo = 2.2046 libras
1 Libra = 0.4536 Kilogramos
1 Libra = 16 Onzas
1 Onza = 28.35 gramos
1 Tonelada = 1000 kilogramos

 En un ser humano adulto en promedio, el
peso de toda su sangre representa un
7.7% del peso corporal. ¿Cuántos litros de
sangre posee aproximadamente una
persona de 65 Kg? Para una densidad de
la sangre de 1,05 gr cm-3
Además que: 1L= 1000 cm³ y 1Kg=1000 gr.

 Calcular el área de una cancha de futbol que tiene de largo 10 m y
de ancho 5000 mm, expresar el resultado en m2, mm2 y Km2.
 Convertir las siguientes medidas:
• 300 galones a ml, m3
• 60 Km/h a m/s, millas/min, ft/s
• 25 ºC a K, ºF
 Según la literatura el cuerpo humano es agua en un 75 % del peso
corporal, si una persona pesa 80 Kg y se hace la aproximación que 1
Kg es igual a un litro. Calcule y exprese la cantidad de agua en ml y Hl.

 Los mensajes más rápidos transmitidos por el sistema nervioso
alcanzan los 288km/h. ¿Cuál es la velocidad de los mensajes en m/seg;
m/min y km/min?
 ¿Cuál es el volumen de una célula esférica de 2x10-3cm de diámetro?,
¿Cuál es el peso de la célula suponiendo que se compone de agua?
(1 pie3= 62.3 lb.)
 El corazón bombea sangre a un ritmo de 0.083 l/seg. ¿Cuál es la
velocidad de flujo en pies cúbicos por hora?; ¿Cuál es la velocidad de
flujo en pulgadas cúbicas por hora?

Un vector es un herramienta geométrica
utilizada para representar una magnitud
física, la cual se simboliza por un segmento
orientado, en el que hay que distinguir tres
características:
•módulo: la longitud del segmento
•dirección: la orientación de la recta
•sentido: indica cual es el origen y cual es el
extremo final de la recta ((+) o (-)).
VECTOR

METODOS GRAFICOS

Método de componentes rectangulares

A=AX + AY
Método de componentes rectangulares en 3 dimensiones

• Tenemos un cuerpo en el cual se están aplicando tres fuerzas
como se puede apreciar en la figura de su diagrama de cuerpo
libre, hallar el modulo y la dirección con respecto al eje X del
vector resultante.

 El abductor de la cadera, que conecta
la cadera con el fémur, consta de tres
músculos independientes que actúan
a diferentes ángulos (ver Gráfica).
Hallar la fuerza total ejercida por los
tres músculos juntos.

Si cada lado de los cuadraditos tiene modulo uno, hallar la resultante de:
a) A+ B b) B+C+D c) todos e) C - D

PRODUCTO ESCALAR

Cálculo del PRODUCTO ESCALAR
OBTENGA EL PRODUCTO ESCALAR DE LOS VECTORES MOSTRADOS SI SUS MÓDULOS
SON A= 4,00 Y B= 5,00
Primera forma:
Determinamos el ángulo entre los
vectores, φ=130,0° -53,0° =77,0°
Aplicamos: 𝑨. 𝑩 = 𝑨𝑩𝒄𝒐𝒔𝝋
= 𝟒, 𝟎𝟎 𝟓, 𝟎𝟎 𝒄𝒐𝒔𝟕𝟕. 𝟎° = 𝟒, 𝟓𝟎

Cálculo del PRODUCTO ESCALAR
OBTENGA EL PRODUCTO ESCALAR DE LOS VECTORES MOSTRADOS SI SUS MÓDULOS SON
A= 4,00 Y B= 5,00
Segunda forma:
Calculamos sus componentes:
𝐴 𝑥 = 4,00 𝑐𝑜𝑠53,0° = 2,407
𝐴 𝑦 = 4,00 𝑠𝑒𝑛53,0° = 3,195
𝐴 𝑧= 0
𝐵𝑥 = 5,00 𝑐𝑜𝑠130,0° = −3,214
𝐵𝑦 = 5,00 𝑠𝑒𝑛130,0° = 3,830
𝐵𝑧= 0

EJEMPLOS DE PRODUCTO ESCALAR
1. Halla el producto escalar de dos vectores cuyas coordenadas son:
(1, 1/2, 3) y (4, −4, 1).
(1, 1/2, 3) · (4, −4, 1) = 1 · 4 + (1/2) · (−4) + 3 · 1 = 4 −2 + 3 = 5
2. Halla el valor del módulo de un vector de coordenadas = (−3, 2, 5)

PRODUCTO VECTORIAL
El producto vectorial de dos vectores es otro vector cuya dirección es
perpendicular a los dos vectores y su sentido sería igual al avance de un
sacacorchos al girar de u a v. Su módulo es igual a:

PRODUCTO VECTORIAL
El producto vectorial se puede expresar mediante un determinante
Calcula el producto vectorial de los vectores U = (1, 2, 3) y V = (−1, 1, 2).

 Dados los vectores a = 3i + 4j – 5k , b = -i +2j +6k , calcular: sus
longitudes, el vector suma, su producto escalar, su producto vectorial,
el ángulo que forman
𝑚ó𝑑𝑢𝑙𝑜𝑠: 𝑎 = 50, 𝑏 = 41
𝑠𝑢𝑚𝑎: 𝑎 + 𝑏 = 2𝑖 + 6𝑗 + 𝑘
𝑝𝑟𝑜𝑑𝑢𝑐𝑡𝑜 𝑒𝑠𝑐𝑎𝑙𝑎𝑟: 𝑎 . 𝑏 = −25
𝑝𝑟𝑜𝑑𝑢𝑐𝑡𝑜 𝑣𝑒𝑐𝑡𝑜𝑟𝑖𝑎𝑙: 𝑎 𝑥 𝑏 = 34𝑖 − 13𝑗 + 10𝑘
á𝑛𝑔𝑢𝑙𝑜 𝑞𝑢𝑒 𝑓𝑜𝑟𝑚𝑎𝑛: 𝑐𝑜𝑠𝜃 =
−5
82
= 0,5521 𝜃 = 𝑎𝑟𝑐 cos 0,5521 = 123,52°

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