Biofísica II separata

FACULTAD DE CIENCIAS MÉDICAS
ESCUELA DE MEDICINA
Cátedra:
BIOFÍSICA
Tema:
Sílabo de Biofísica
Profesor:
Dr. Msc. Cecil Hugo Flores Balseca
Estudiante:
Katherine E. Quezada Tello
Semestre:
Segundo
Grupo:
3
Periodo Lectivo:
2015

Katherine E. Quezada Tello Biofísica II
INDICE
UNIDAD I: SISTEMAS BIOFÍSICOS MECÁNICOS. BIOFÍSICA DE LOS
FLUIDOS………………………………………………………………………………....1
1.1 MAGNITUDES Y MEDIDAS……………………………………………………..1
1.1.1 MAGNITUD……………………………………………………………………...1
1.1.2 MEDIDA………………………………………………………………………….1
1.2 FUERZA Y ENERGÍA………………………………………………………………...2
1.2.1 ENERGÍA…………………………………………………………………………....2
1.2.2 FUERZA……………………………………………………………………………..2
1.3 ELASTICIDAD Y RESISTENCIA DE LOS TEJIDOS HUMANOS………………...3
1.4 LEYES DE NEWTON……………………………………………………………..7
1.4.1 PRIMERA LEY O LEY DE LA INERCIA……………………………………...8
1.4.2 SEGUNDA LEY DE NEWTON O LEY DE FUERZA…………………………9
1.4.3 TERCERA LEY DE NEWTON O LEY DE ACCIÓN Y REACCIÓN…………12
1.5 RESISTENCIA Y ESTRUCTURA DE LOS HUESOS…………………………...13
1.6 CONTRACCIÓN MUSCULAR…………………………………………………….14
1.6.1 TIPOS DE CONTRACCIÓN MUSCULAR……………………………………..14
1.6.1.1 CONTRACCIONES ISOTÓNICAS……………………………………………14
1.6.1.2 CONTRACCIONES ISOMÉTRICAS………………………………………….16
1.7 BIOMECÁNICA DE LA MARCHA……………………………………………….16
1.7.1 BIOMECÁNICA DE LA FASE DE APOYO DE LA MARCHA……………….17
1.7.2 BIOMECÁNICA DE LA FASE DE OSCILACIÓN DE LA MARCHA………...18
1.8 ESTADOS DE LA MATERIA…………………………………………………………19
1.9 LÍQUIDOS…………………………………………………………………………..20
1.9.1 MECÁNICA DE LOS FLUIDOS…………………………………………………21
1.9.2 LEY DE STOKES…………………………………………………………………22
1.9.3 ESTÁTICA DE LOS FLUIDOS O HIDROSTÁTICA……………………………22

Katherine E. Quezada Tello Biofísica III
1.9.4 PRINCIPIOS DE PASCAL Y ARQUÍMIDES……………………………………24
1.9.4.1 PRINCIPIOS DE PASCAL………………………………………………………24
1.9.4.2 PRINCIPIOS DE ARQUÍMEDES…………………………………………………..26
UNIDAD II: BIOFÍSICA DE LOS FLUIDOS, HEMODINÁMICA Y
RESPIRACIÓN................................................................................................................... 28
2.1 VISCOSIDAD SANGUÍNEA Y PERFILES DE FLUJO…………………………. 28
2.2 LEY DE POISEUILLE…………………………………………………………….. 29
2.3 PRESIÓN EN EL SISTEMA CIRCULATORIO. PRESIÓN SANGUÍNEA……... 30
2.3.1 MECÁNICA CIRCULATORIA………………………………………………….. 31
2.3.2 SÍSTOLE, DIÁSTOLE Y PULSO………………………………………………... 33
2.4 LEYES DE LA CIRCULACIÓN SANGUÍNEA………………………….……….. 35
2.4.1 LEY DE LA VELOCIDAD…………………………………………….…….…... 35
2.4.2 LEY DE LA PRESIÓN……………………………………………….………….. 35
2.4.3 LEY DEL CAUDAL……………………………………………………….….….. 35
2.5 VOLUMEN MINUTO CIRCULATORIO O GASTO CARDÍACO……………..… 36
2.6 CIRCULACIÓN SISTÉMICA O MAYOR…………………………………….….. 38
2.7 CORAZONES ARTIFICIALES……………………………………………………. 41
2.7.1 TIPOS DE CORAZÓN ARTIFICIAL………………………………………….… 42
2.8 ESTRUCTURA DEL APARATO RESPIRATORIO…………………………….… 42
2.8.1 VÍAS RESPIRATORIAS O SISTEMA RESPIRATORIO CONDUCTOR…..… 43
2.9 INTERCAMBIO DE GASES……………………………………………………..... 44
2.10 PRESIONES RESPIRATORIAS……………………………………………..…… 45
2.11 MECANISMO QUE LLEVAN Y SE OPONEN AL COLAPSO PULMONAR..…46
2.12 VOLÚMENES Y CAPACIDADES PULMONARES………………………….….46
2.13 IMPORTANCIA DEL VOLUMEN RESIDUAL…………………………………. 47
2.14 FORMAS QUÍMICAS EN QUE SE TRANSPORTA EL CO2………………….. 48

Katherine E. Quezada Tello Biofísica IV
2.15 UNIDAD RESPIRATORIA. MEMBRANA RESPIRATORIA Y REGULACIÓN DE
LA RESPIRACIÓN……………………………………………………………………….... 49
2.16 REGULACIÓN DE LA RESPIRACIÓN………………………………………..… 50
2.17 REGULACIÓN DE LA ACTIVIDAD DEL CENTRO RESPIRATORIO Y
VITALOMETRÍA……………………………………………………………………….…. 53
UNIDAD III: SISTEMAS BIOFÍSICOS BIOELÉCTRICOS........................................ 54
3.1 SISTEMA NERVIOSO………………….…………………………………………. 54
3.1.1 SEÑALES BIOELÉCTRICAS…………………………………………………… 54
3.1.2 ELECTROTERAPIA Y ELECTRODIAGNÓSTICO……………………………. 57
3.1.3 TIPOS DE CORRIENTE…………………………………………………………. 59
3.1.3.1 EFECTOS DE LA ELECTRICIDAD EN LOS SERES VIVOS………………. 60
3.1.4 EFECTOS DE LOS CAMPOS ELECTROMAGNÉTICOS SOBRE ÓRGANOS Y
SISTEMAS………………………………………………………………………………. 61
3.1.5 IONES EN REPOLARIZACIÓN DE MEMBRANA…………………………….. 64
3.1.6 FISIOLOGÍA DE LA MEMBRANA……………………………………………... 68
3.2 SONIDO, AUDICIÓN Y ONDAS SONORAS…………………………………….. 68
3.2.1 VELOCIDAD Y ENERGÍAS DEL SONIDO……………………………………. 69
3.2.2 ELEMENTOS DE UNA ONDA………………………………………………….. 70
3.2.3 CUALIDADES DEL SONIDO……………………………………………………. 72
3.2.4 LA VOZ HUMANA……………………………………………………………….. 72
3.2.5 BIOFÍSICA DE LA PERCEPCIÓN AUDITIVA. AUDIÓMETRO……………… 75
3.3 LA LUZ Y EL ESPECTRO ELECTROMAGNÉTICO……………………………... 75
3.3.1 CONCEPTOS RELATIVOS A LA LUZ. COLOR……………………………….. 77
3.3.2 CUALIDADES DE LA LUZ……………………………………………………… 79
3.3.3 COLOR DE LA LUZ……………………………………………………………… 79
3.3.4 SISTEMA VISUAL HUMANO…………………………………………………... 80
3.4 ELEMENTOS BÁSICOS DE LA FÍSICA NUCLEAR…………………………….. 82

Katherine E. Quezada Tello Biofísica V
3.4.1 CONSTITUCIÓN DEL ÁTOMO Y MODELOS ATÓMICOS…………………… 83
3.4.2 RADIACIÓN Y RADIOBIOLOGÍA……………………………………………… 84
3.4.3 ORÍGENES DE LAS RADIACIONES IONIZANTES…………………………... 87
3.4.4 RADIACIONES: NATURALEZA Y PROPIEDADES………………………….. 88
3.4.5 RADIOACTIVIDAD……………………………………………………………… 89
3.4.6 LOS RAYOS EQUIS……………………………………………………………… 90
3.4.7 ESTRUCTURA Y GENERACIÓN DEL TUBO DE COOLIDGE……………….. 91
3.4.8 ABSORCIÓN DE LA RADIACIÓN X…………………………………………… 92
WEBGRAFÍA……………………………………………………………………………. 94
ANEXOS………………………………………………………………………………… 98

Katherine E. Quezada Tello Biofísica VI
DEDICATORIA
El presente trabajo lo dedico con mucho cariño a mi familia y amigos, quienes me han
escuchado, apoyado eh incluso soportado en aquellos momentos en que el camino se tornaba
difícil, brindándome siempre todo su apoyo.

Katherine E. Quezada Tello Biofísica VII
INTRODUCCIÓN
En el presente trabajo se brinda información correspondiente a la asignatura de Biofísica, el
mismo que pretende facilitar la comprensión sobre los distintos temas y relación
concernientes a la misma.
Es así que se podrá conocer que la Biofísica es una sub-disciplina de la Biología que estudia
los principios físicos subyacentes a todos los procesos de los sistemas vivientes, ya que son
los pilares para la interpretación de la Medicina, puesto que es fundamental para el
entendimiento de los fenómenos fisiológicos que son base del funcionamiento del organismo
humano en estado normal y patológico y, actualmente el desarrollo de la Medicina depende
en gran medida de su capacidad tecnológica, la cual está determinada por el desarrollo del
conocimiento biofísico soporte de la Bioingeniería.
Para ello, se parte desde un tema fundamental cómo lo son los sistemas biofísicos mecánicos
y de los fluidos, los cuales nos ayudan a poder analizar los roles que cumplen los distintos
fenómenos o reconocer los distintos interventores que hacen que la vida como tal sea posible.
En la segunda unidad se encuentran temas relacionados, sobre la Biofísica de los fluidos,
hemodinámica y respiración, los mismos que colaboran en el entendimiento de la importancia
de la Biofísica brindando un concepto de qué son, consecuentemente nos permitirá el analizar
cómo afectarían la falta de sus componentes para el desarrollo de los mismos en el ser
humano.

Katherine E. Quezada Tello Biofísica 1
UNIDAD I: SISTEMAS BIOFÍSICOS MECÁNICOS. BIOFÍSICA DE LOS FLUIDOS
1.1 MAGNITUDES Y MEDIDAS
1.1.1 MAGNITUD
Es todo aquello que se puede medir, que se puede representar por un número y que puede ser
estudiado en las ciencias experimentales (que son las que observan, miden, representan, obtienen
leyes, etc.).
Para estudiar un movimiento debemos conocer la posición, la velocidad, el tiempo, etc. Todos estos
conceptos son magnitudes. Para cada magnitud definimos una unidad. Mediante el proceso de medida
le asignamos unos valores (números) a esas unidades. La medida es ese número acompañado de la
unidad.
Magnitudes Símbolo
Longitud x
Masa m
Tiempo t
Temperatura T
Intensidad de corriente eléctrica I,i
Intensidad luminosa I
Cantidad de materia mol
La Física estableció 7 magnitudes fundamentales de las que se pueden derivar todas las demás
(magnitudes derivadas). A estas siete magnitudes fundamentales hay que añadir dos magnitudes
complementarias: Ángulo plano y Ángulo sólido.
Para estudiar toda la Mecánica sólo son necesarias tres: M, L, T (masa, longitud, tiempo).
A cada una de las magnitudes fundamentales se le asigna una unidad fundamental y de estas unidades
se derivan todas las demás.
Las relaciones que se pueden establecer entre las magnitudes fundamentales da lugar, al aplicarlas a
una fórmula, a las ecuaciones de dimensiones.
La ecuación de dimensiones permiten comprobar si una fórmula es correcta (homogénea en sus
dimensiones): si tienen igual magnitud el primer término de la fórmula y el segundo, la fórmula puede
estar bien. Otra cosa son los coeficientes que llevan cada magnitud, que no los hemos comprobado.
1.1.2 MEDIDA
Es comparar la magnitud con otra similar, llamada unidad, para averiguar cuántas veces la contiene.
Para la física y la química, en su calidad de ciencias experimentales, la medida constituye una
operación fundamental. Sus descripciones del mundo físico se refieren a magnitudes o propiedades
medibles. Las unidades, como cantidades de referencia a efectos de comparación, forman parte de los
resultados de las medidas. Cada dato experimental se acompaña de su error o, al menos, se escriben
sus cifras de tal modo que reflejen la precisión de la correspondiente medida.
LA MEDIDA COMO COMPARACIÓN
La medida de una magnitud física supone, en último extremo, la comparación del objeto que encarna
dicha propiedad con otro de la misma naturaleza que se toma como referencia y que constituye el
patrón.

La medida de longitudes se efectuaba en la antigüedad empleando una vara como patrón, es decir,
determinando cuántas veces la longitud del objeto a medir contenía a la de patrón. La vara, como
predecesora del metro de sastre, ha pasado a la historia como una unidad de medida equivalente a
835,9 mm. Este tipo de comparación inmediata de objetos corresponde a las llamadas medidas
directas.
Con frecuencia, la comparación se efectúa entre atributos que, aun cuando están relacionados con lo
que se desea medir, son de diferente naturaleza. Tal es el caso de las medidas térmicas, en las que
comparando longitudes sobre la escala graduada de un termómetro se determinan temperaturas. Esta
otra clase de medidas se denominan indirectas.
UNIDAD
Es una cantidad que se adopta como patrón para comparar con ella cantidades de la misma especie.
Ejemplo: Cuando decimos que un objeto mide dos metros, estamos indicando que es dos veces mayor
que la unidad tomada como patrón, en este caso el metro.
1.2 FUERZA Y ENERGÍA
1.2.1 ENERGÍA
La energía es una propiedad o atributo de todo cuerpo o sistema material en virtud de la cual éstos
pueden transformarse modificando su situación o estado, así como actuar sobre otros originando en
ellos procesos de transformación. Sin energía, ningún proceso físico, químico o biológico sería
posible. Dicho en otros términos, todos los cambios materiales están asociados con una cierta cantidad
de energía que se pone en juego, se cede o se recibe.
Conceptualmente, energía es la capacidad para realizar un trabajo o para
transferir calor; la energía a su vez se presenta como energía calórica, energía
mecánica, energía química, energía eléctrica y energía radiante; estos tipos de
energía pueden ser además potencial o cinética. La energía potencial es la que
posee una sustancia debido a su posición espacial o composición química y la
energía cinética es la que posee una sustancia debido a su movimiento.
1.2.2 FUERZA
De modo natural, todos los cuerpos ejercen interacciones entre sí. Al hacerlo, producen efectos que
pueden cambiar la forma de algunos o pueden moverlos o detenerlos.
La magnitud de estas interacciones se puede medir utilizando el concepto de fuerza, la cual podemos
definir así:
“Fuerza es la interacción entre dos cuerpos, que produce cambios ya sea en la forma o en el estado
(reposo o movimiento) de ellos.”
Las leyes que rigen el comportamiento de las fuerzas las enunció Newton y hoy se conocen como Las
tres leyes de Newton y conforman los Principios de la Dinámica.
La fuerza es una acción que solo se puede expresar (ver sus resultados) cuando hay interacción entre
dos cuerpos. Fuerza aplicada de un cuerpo al otro transforma la energía potencial en cinética.

El resultado de esta aplicación de fuerza para transformar la energía se denomina trabajo.
1.3 ELASTICIDAD Y RESISTENCIA DE LOS TEJIDOS HUMANOS
El ser humano es un organismo eucarióticas lo cual significa que tiene un núcleo definido, a diferencia
de los procarióticas que no tiene el material hereditario encerrado en una membrada, por lo que su
cromosoma esta libre en el citoplasma. Los seres humanos están formados por muchas células ósea
son pluricelulares, las células que poseen características en común y funciones similares tienen a
unirse para formar niveles de organización bastante complejos como los tejidos.
Los tejidos que forman el cuerpo de los seres humanos son:
 TEJIDO EPITELIAL
Sus células que láminas dispuestas en capas únicas o múltiples, puede estar en el exterior formando
barreras o dentro del cuerpo cubriendo cavidades, una de sus propiedades es que al irse desgastando se
remplaza de manera muy eficiente por medio de mitosis.
SE DIVIDE EN DOS:
1) Tejido Epitelial simple
Consiste en una sola capa de células acomodadas de manera plana o lineal, cúbica o cilíndrica. Por la
forma de sus células se clasifican en:
a) Tejido Epitelial plano simple: forma plana, de borde irregular y se encuentra en las capas de los
riñones, revestimiento de los alveolos, el oído medio y el oído interno.
b) Tejido Epitelial Cúbico Simple: tienen forma redondeada, y se encuentra en la superficie de los
ovarios, glándulas salivales, páncreas e hígado.
c) Tejido Epitelial Cilíndrico Simple: posee células altas con los núcleos alineados entre sí, se
encuentran en el útero, trompas de Falopio, conductos de la medula espinal.
2) Tejido Epitelial Estratificado
Formados por varios estratos de o capas de células, están distribuidos en sitios expuestos a la fricción
y a las fuerzas intensas del medio ambiente.
Se dividen en:
a) Tejido Epitelial Plano Estratificado: constituido por varias capas, en la superficie de forma plana
y en las profundidades de tipo cúbica cilíndrica, su función es proteger el cuerpo de bacterias y virus.

b) Tejido Epitelial Cúbico Estratificado: células bastante pequeñas, que revisten los tubos
conductores de las glándulas sudoríparas.
c) Tejido Epitelial Glandular: son encargados de proporcionar mensajes bioquímicos segregando
hormonas y enzimas.
 TEJIDO CONECTIVO
Su función principal es la de unir, dar firmeza y resistencia en los espacios vacíos.
Se dividen en:
a) Tejido conectivo denso: se caracteriza especialmente por el agrupamiento de las fibras, peor posee
menos células que el tejido laxo, se presenta en forma de láminas y su componente principal es el
colágeno.
b) Tejido Conectivo Laxo: este tejido une y rellena los espacios vacios entre los órganos, sirve de
sostén para los nervios, vasos capilares y linfáticos. Entre sus funciones está, la de detener los
gérmenes y el proceso de cicatrización.
 TEJIDO ADIPOSO
Son depósitos de grasa, sus células se llaman adipocitos las cuales son grandes y esféricas. Las
mayores cantidades de tejido adiposo se encuentran a nivel subcutáneo (debajo de la piel), su
composición química es de glicerina y ácidos grasos.
Funciones:
1- Como reservas energéticas
2- Absorción de impactos externos.
3- Aislante térmico, evita la perdida de calor en el organismo.

 TEJIDO CARTILAGINOSO
En las primeras etapas de la vida fetal, el cartílago forma temporalmente el esqueleto de los
mamíferos. En la etapa adulta el cartílago cubre la parte adulta de las articulaciones de los huesos,
dando sostén a distintos órganos de las vías respiratorias (tráquea y bronquios), el sistema auditivo,
entre otros. Contiene gran cantidad de colágeno, lo que le da mucha elasticidad y resistencia mecánica,
las células de este tejido se denominan Condrocitos.
 TEJIDO ÓSEO
Es una clase rígida de tejido, constituye la mayor parte del tejido interno de los vertebrados superiores,
está compuesto por colágeno, sales inorgánicas como (fosfato de calcio, carbonato de calcio), las
células de este tejido se denomina Osteocitos.
Funciones de tejido óseo:
Proteger los órganos internos, Sostener la masa corporal del cuerpo, Servir de depósito de calcio, La
médula ósea es un tejido graso y suave que se encuentra dentro de los huesos y produce células
sanguíneas (eritrocitos, leucocitos y trombocitos).
 TEJIDO SANGUÍNEO
La sangre representa una forma especializada de tejido conectivo, es una sustancia que se encuentra en
estado coloidal acuoso llamado plasma sanguíneo. La sangre transporta: hormonas, oxígeno, dióxido
de carbono, proteínas, glucosa, entre otros. La sangre está compuesta por:
Eritrocitos: son los glóbulos rojos, se especializan en el transporte de oxígeno por medio de la
hemoglobina, tienen un color rojo característico que le da coloración a la sangre.

Leucocitos: son los glóbulos blancos, tienen la función de proteger al cuerpo de los virus, bacterias y
otros agentes patógenos.
Trombocitos: se les conoce con el nombre de plaquetas, ayudan a la coagulación de la sangre y
regulan las funciones homeostáticas.
 TEJIDO MUSCULAR
Es un tejido especializado, el cual es responsable de darle movilidad al cuerpo, las células musculares
son llamadas fibras musculares, estas realizan trabajo mecánico y necesitan de irrigación sanguínea la
cual le suple de oxígeno y energía en forma de ATP, el tejido muscular se divide en:
1) Tejido muscular liso: Es el musculo no estriado, son células alargadas con un citoplasma bastante
grande. Se encarga de ejecutar los movimientos involuntarios y se encuentran en la pared del tubo
digestivo, desde el esófago hasta llegar al ano, en la vesícula biliar, conductos hepáticos, útero, vagina,
entre otros.
2) Tejido Muscular Esquelético: Se llama estriado, es el que generalmente vemos como músculo,
poseen gran cantidad de mitocondrias por la producción de energía y se encargan de los movimientos
voluntarios, como caminar, saltar, entre otros.
3) Tejido Muscular Cardiaco: Este tejido es involuntario, el cual se contrae en forma rítmica y
automática debido a un potencial eléctrico, el cual se encuentra en el miocardio (capa muscular del
corazón), y en las paredes de los grandes vasos sanguíneos, funcionando como una bomba impulsando
la sangre por todo el cuerpo.

 TEJIDO NERVIOSO
Es el tejido más especializado del cuerpo de los animales superiores, compuesto por distintas unidades
estructurales, se encuentra ampliamente distribuido por todo el cuerpo. Son conocidas con el nombre
de neuronas, básicamente el tejido nervioso recibe los estímulos del medio ambiente por medio de
receptores, luego los transforma en estímulos en impulsos nerviosos, mandando señales a zonas que
descifran el mensaje y estas zonas lo devuelven en forma de señal como respuesta a este estimulo.
Neurona: es la unidad fundamental del tejido nervioso, se encuentra gran variedad de formas debido a
las prolongaciones del citoplasma llamadas axones, que tienen un tamaño relativamente grande.
1.4 LEYES DE NEWTON
Las Leyes de Newton, también conocidas como Leyes del movimiento de Newton, son tres principios a
partir de los cuales se explican la mayor parte de los problemas planteados por la dinámica, en
particular aquellos relativos al movimiento de los cuerpos. Revolucionaron los conceptos básicos de la
física y el movimiento de los cuerpos en el universo, en tanto que:
“Constituyen los cimientos no sólo de la dinámica clásica sino también de la física clásica en general.
Aunque incluyen ciertas definiciones y en cierto sentido pueden verse como axiomas, Newton afirmó
que estaban basadas en observaciones y experimentos cuantitativos; ciertamente no pueden derivarse
a partir de otras relaciones más básicas. La demostración de su validez radica en sus predicciones…
La validez de esas predicciones fue verificada en todos y cada uno de los casos durante más de dos
siglos.”
En concreto, la relevancia de estas leyes radica en dos aspectos:
 Por un lado, constituyen, junto con la transformación de Galileo, la base de la mecánica
clásica;
 Por otro, al combinar estas leyes con la Ley de la gravitación universal, se pueden deducir y
explicar las Leyes de Kepler sobre el movimiento planetario.
Así, las Leyes de Newton permiten explicar tanto el movimiento de
los astros, como los movimientos de los proyectiles artificiales creados
por el ser humano, así como toda la mecánica de funcionamiento de
las máquinas.
Su formulación matemática fue publicada por Isaac Newton en 1687 en
su obra Philosophiae Naturalis Principia Mathematica.
No obstante, la dinámica de Newton, también llamada dinámica clásica,
sólo se cumple en los sistemas de referencia inerciales; es decir, sólo es
aplicable a cuerpos cuya velocidad dista considerablemente de

la velocidad de la luz (que no se acerquen a los 300,000 km/s); la razón estriba en que cuanto más
cerca esté un cuerpo de alcanzar esa velocidad (lo que ocurriría en los sistemas de referencia no-
inerciales), más posibilidades hay de que incidan sobre el mismo una serie de fenómenos
denominados efectos relativistas o fuerzas ficticias, que añaden términos suplementarios capaces de
explicar el movimiento de un sistema cerrado de partículas clásicas que interactúan entre sí. El estudio
de estos efectos (aumento de la masa y contracción de la longitud, fundamentalmente) corresponde a
la teoría de la relatividad especial, enunciada por Albert Einstein en 1905.
LAS LEYES
De manera Generalizada, las 3 leyes de Sir Isaac Newton son:
Primera Ley o Ley de Inercia
Todo cuerpo permanece en su estado de reposo o de movimiento
rectilíneo uniforme a menos que otros cuerpos actúen sobre él.
Segunda ley o Principio
Fundamental de la Dinámica
La fuerza que actúa sobre un cuerpo es directamente proporcional
a su aceleración.
Tercera ley o Principio de
acción-reacción
Cuando un cuerpo ejerce una fuerza sobre otro, éste ejerce sobre
el primero una fuerza igual y de sentido opuesto.
1.4.1 PRIMERA LEY O LEY DE LA INERCIA
La primera ley del movimiento rebate la idea aristotélica de que un cuerpo sólo puede mantenerse en
movimiento si se le aplica una fuerza. Newton expone que:
Todo cuerpo persevera en su estado de reposo o movimiento uniforme y rectilíneo a no ser que sea
obligado a cambiar su estado por fuerzas impresas sobre él.
La primera ley de Newton, conocida también como Ley de inercia, nos dice que si sobre un cuerpo no
actúa ningún otro, este permanecerá indefinidamente moviéndose en línea recta con velocidad
constante (incluido el estado de reposo, que equivale a velocidad cero).
Como sabemos, el movimiento es relativo, es decir, depende de cuál sea el observador que describa el
movimiento.
Así, para un pasajero de un tren, el interventor viene caminando lentamente por el pasillo del tren,
mientras que para alguien que ve pasar el tren desde el andén de una estación, el interventor se está
moviendo a una gran velocidad. Se necesita, por tanto, un sistema de referencia al cual referir el
movimiento.
1ra Ley de Newton: Ley de la Inercia
La primera ley de Newton sirve para definir un tipo especial de sistemas de referencia conocidos
como Sistemas de referencia inerciales, que son aquellos sistemas de referencia desde los que se
observa que un cuerpo sobre el que no actúa ninguna fuerza neta se mueve con velocidad constante.

De manera concisa, esta ley postula, que un cuerpo no puede cambiar por sí solo su estado inicial, ya
sea en reposo o en movimiento rectilíneo uniforme, a menos que se aplique una fuerza o una serie de
fuerzas cuyo resultante no sea nulo sobre él.
Newton toma en cuenta, así, el que los cuerpos en movimiento están sometidos constantemente a
fuerzas de roce o fricción, que los frena de forma progresiva, algo novedoso respecto de concepciones
anteriores que entendían que el movimiento o la detención de un cuerpo se debía exclusivamente a si
se ejercía sobre ellos una fuerza, pero nunca entendiendo como está a la fricción.
En consecuencia, un cuerpo con movimiento rectilíneo uniforme implica que no existe ninguna fuerza
externa neta o, dicho de otra forma, un objeto en movimiento no se detiene de forma natural si no se
aplica una fuerza sobre él. En el caso de los cuerpos en reposo, se entiende que su velocidad es cero,
por lo que si esta cambia es porque sobre ese cuerpo se ha ejercido una fuerza neta.
En realidad, es imposible encontrar un sistema de referencia inercial, puesto que siempre hay algún
tipo de fuerzas actuando sobre los cuerpos, pero siempre es posible encontrar un sistema de referencia
en el que el problema que estemos estudiando se pueda tratar como si estuviésemos en un sistema
inercial. En muchos casos, suponer a un observador fijo en la Tierra es una buena aproximación de
sistema inercial.
1.4.2 SEGUNDA LEY DE NEWTON O LEY DE FUERZA
La segunda ley del movimiento de Newton dice que:
“el cambio de movimiento es proporcional a la fuerza motriz impresa y ocurre según la línea recta a
lo largo de la cual aquella fuerza se imprime.”
La Primera ley de Newton nos dice que para que un cuerpo altere su movimiento es necesario que
exista algo que provoque dicho cambio. Ese algo es lo que conocemos como fuerzas. Estas son el
resultado de la acción de unos cuerpos sobre otros.
La Segunda ley de Newton se encarga de cuantificar el concepto de fuerza. Nos dice que la fuerza
neta aplicada sobre un cuerpo es proporcional a la aceleración que adquiere dicho cuerpo. La
constante de proporcionalidad es la masa del cuerpo, de manera que podemos expresar la relación de
la siguiente manera:
F = m a
Tanto la fuerza como la aceleración son magnitudes vectoriales, es decir, tienen, además de un valor,
una dirección y un sentido. De esta manera, la Segunda ley de Newton debe expresarse como:
F = m a
La unidad de fuerza en el Sistema Internacional es el Newton y se representa por N. Un Newton es la
fuerza que hay que ejercer sobre un cuerpo de un kilogramo de masa para que adquiera una
aceleración de 1 m/s2
, o sea,
1 N = 1 Kg · 1 m/s2

2da Ley de Newton: Ley de la Fuerza o
Principio Fundamental de la Mecánica
La expresión de la Segunda ley de Newton que hemos dado es válida para cuerpos cuya masa sea
constante. Si la masa varia, como por ejemplo un cohete que va quemando combustible, no es válida la
relación F = m ·a. Vamos a generalizar la Segunda ley de Newton para que incluya el caso de sistemas
en los que pueda variar la masa.
Para ello primero vamos a definir una magnitud física nueva. Esta magnitud física es la cantidad de
movimiento que se representa por la letra p y que se define como el producto de la masa de un cuerpo
por su velocidad, es decir:
p = m · v
La cantidad de movimiento también se conoce como momento lineal. Es una magnitud vectorial y, en
el Sistema Internacional se mide en Kg·m/s . En términos de esta nueva magnitud física, la Segunda
ley de Newton se expresa de la siguiente manera:
La Fuerza que actúa sobre un cuerpo es igual a la variación temporal de la cantidad de movimiento de
dicho cuerpo, es decir,
F = dp/dt
De esta forma incluimos también el caso de cuerpos cuya masa no sea constante. Para el caso de que la
masa sea constante, recordando la definición de cantidad de movimiento y que como se deriva un
producto tenemos:
F = d(m·v)/dt = m·dv/dt + dm/dt ·v
Como la masa es constante
dm/dt = 0
y recordando la definición de aceleración, nos queda
F = m a
tal y como habíamos visto anteriormente.
Otra consecuencia de expresar la Segunda Ley de Newton usando la cantidad de movimiento es lo que
se conoce como Principio de conservación de la cantidad de movimiento. Si la fuerza total que
actúa sobre un cuerpo es cero, la Segunda ley de Newton nos dice que:
0 = dp/dt
Es decir, que la derivada de la cantidad de movimiento con respecto al tiempo es cero. Esto significa
que la cantidad de movimiento debe ser constante en el tiempo (la derivada de una constante es cero).
Esto es el Principio de conservación de la cantidad de movimiento: si la fuerza total que actúa
sobre un cuerpo es nula, la cantidad de movimiento del cuerpo permanece constante en el tiempo.

Esta ley explica qué ocurre si sobre un cuerpo en movimiento (cuya masa no tiene por qué ser
constante) actúa una fuerza neta: la fuerza modificará el estado de movimiento, cambiando la
velocidad en módulo o dirección. En concreto, los cambios experimentados en la cantidad de
movimiento de un cuerpo son proporcionales a la fuerza motriz y se desarrollan en la dirección de
esta; esto es, las fuerzas son causas que producen aceleraciones en los cuerpos.
Consecuentemente, hay relación entre la causa y el efecto, esto es, la fuerza y la aceleración están
relacionadas. Dicho sintéticamente, la fuerza se define simplemente en función del momento en que se
aplica a un objeto, con lo que dos fuerzas serán iguales si causan la misma tasa de cambio en el
momento del objeto.
En términos matemáticos esta ley se expresa mediante la relación:
Donde es la cantidad de movimiento y la fuerza total. Si suponemos la masa constante y nos
manejamos con velocidades que no superen el 10% de la velocidad de la luz podemos reescribir la
ecuación anterior siguiendo los siguientes pasos:
Sabemos que es la cantidad de movimiento, que se puede escribir m.V donde m es la masa del
cuerpo y V su velocidad.
Consideramos a la masa constante y podemos escribir aplicando estas modificaciones a la
ecuación anterior que es la ecuación fundamental de la dinámica, donde la constante de
proporcionalidad, distinta para cada cuerpo, es su masa de inercia. Veamos lo siguiente, si despejamos
m de la ecuación anterior obtenemos que m es la relación que existe entre y . Es decir la
relación que hay entre la fuerza aplicada al cuerpo y la aceleración obtenida. Cuando un cuerpo tiene
una gran resistencia a cambiar su aceleración (una gran masa) se dice que tiene mucha inercia. Es por
esta razón por la que la masa se define como una medida de la inercia del cuerpo.
Por tanto, si la fuerza resultante que actúa sobre una partícula no es cero, esta partícula tendrá una
aceleración proporcional a la magnitud de la resultante y en dirección de ésta. La expresión anterior
así establecida es válida tanto para la mecánica clásica como para la mecánica relativista, a pesar de
que la definición de momento lineal es diferente en las dos teorías: mientras que la dinámica clásica
afirma que la masa de un cuerpo es siempre la misma, con independencia de la velocidad con la que se
mueve, la mecánica relativista establece que la masa de un cuerpo aumenta al crecer la velocidad con
la que se mueve dicho cuerpo.
De la ecuación fundamental se deriva también la definición de la unidad de fuerza o newton (N). Si la
masa y la aceleración valen 1, la fuerza también valdrá 1; así, pues, el newton es la fuerza que aplicada
a una masa de un kilogramo le produce una aceleración de 1 m/s². Se entiende que la aceleración y la
fuerza han de tener la misma dirección y sentido.
La importancia de esa ecuación estriba sobre todo en que resuelve el problema de la dinámica de
determinar la clase de fuerza que se necesita para producir los diferentes tipos de movimiento:
rectilíneo uniforme (m.r.u), circular uniforme (m.c.u) y uniformemente acelerado (m.r.u.a).

Si sobre el cuerpo actúan muchas fuerzas, habría que determinar primero el vector suma de todas esas
fuerzas. Por último, si se tratase de un objeto que cayese hacia la tierra con una resistencia del aire
igual a cero, la fuerza sería su peso, que provocaría una aceleración descendente igual a la de la
gravedad.
1.4.3 TERCERA LEY DE NEWTON O LEY DE ACCIÓN Y REACCIÓN
Con toda acción ocurre siempre una reacción igual y contraria: o sea, las acciones mutuas de dos
cuerpos siempre son iguales y dirigidas en sentido opuesto.
La tercera ley es completamente original de Newton (pues las dos primeras ya habían sido propuestas
de otras maneras por Galileo, Hooke y Huygens) y hace de las leyes de la mecánica un conjunto lógico
y completo. Expone que por cada fuerza que actúa sobre un cuerpo, este realiza una fuerza de igual
intensidad y dirección, pero de sentido contrario sobre el cuerpo que la produjo. Dicho de otra forma,
las fuerzas, situadas sobre la misma recta, siempre se presentan en pares de igual magnitud y opuestas
en sentido.
Tal como comentamos en al principio de la Segunda ley de Newton las fuerzas son el resultado de la
acción de unos cuerpos sobre otros.
La tercera ley, también conocida como Principio de acción y reacción nos dice esencialmente que si
un cuerpo A ejerce una acción sobre otro cuerpo B, éste realiza sobre A otra acción igual y de sentido
contrario.
3ra Ley de Newton: Ley de la Acción y Reacción
Este principio presupone que la interacción entre dos partículas se propaga instantáneamente en el
espacio (lo cual requeriría velocidad infinita), y en su formulación original no es válido para fuerzas
electromagnéticas puesto que estas no se propagan por el espacio de modo instantáneo sino que lo
hacen a velocidad finita “c”.
Es importante observar que este principio de acción y reacción relaciona dos fuerzas que no están
aplicadas al mismo cuerpo, produciendo en ellos aceleraciones diferentes, según sean sus masas. Por
lo demás, cada una de esas fuerzas obedece por separado a la segunda ley. Junto con las anteriores
leyes, ésta permite enunciar los principios de conservación del momento lineal y del momento angular.
Esta ley es algo que podemos comprobar a diario en numerosas ocasiones. Por ejemplo, cuando
queremos dar un salto hacia arriba, empujamos el suelo para impulsarnos. La reacción del suelo es la
que nos hace saltar hacia arriba.
Cuando estamos en una piscina y empujamos a alguien, nosotros también nos movemos en sentido
contrario. Esto se debe a la reacción que la otra persona hace sobre nosotros, aunque no haga el
intento de empujarnos a nosotros.
Hay que destacar que, aunque los pares de acción y reacción tenga el mismo valor y sentidos
contrarios, no se anulan entre sí, puesto que actúan sobre cuerpos distintos.

1.5 RESISTENCIA Y ESTRUCTURA DE LOS HUESOS
Los huesos del esqueleto humano presentan la siguiente estructura desde fuera hacia dentro:
a) el borde externo del hueso está rodeado por el periostio.
b) Le sigue la sustancia ósea con la sustancia cortical externa. Ésta conforma la zona exterior
fija del hueso.
c) Siguiendo hacia dentro en la anatomía del hueso, a continuación aparece el tejido óseo
(sustancia esponjosa).
En el esqueleto, el tejido óseo consta de muchas trabéculas óseas pequeñas que lo conforman de modo
comparable a un armazón esponjoso. El tejido óseo junto con los dientes constituye la parte más dura
del cuerpo, con una resistencia a la extensión de 10 kilogramos por milímetro cuadrado y una
resistencia a la presión de 15 kilogramos por milímetro cuadrado. En el momento del nacimiento las
cavidades que hay entre las trabéculas del tejido óseo están rellenas únicamente de médula ósea roja
hematopoyética. A lo largo de la vida la médula ósea roja hematopoyética se va sustituyendo poco a
poco por la denominada médula grasa amarilla. La médula ósea roja hematopoyética solo permanece
en unos pocos huesos del esqueleto.
Entre estos huesos se cuentan, por ejemplo, las costillas, el esternón, los cuerpos vertebrales, los
huesos del carpo y el tarso, los huesos craneales planos y la cresta del ilion, que es uno de los huesos
de la pelvis. Entre otras cosas, los distintos huesos del esqueleto actúan como un armazón
estabilizador cuya función es resistir las fuerzas de efecto mecánico.
Según su función y región dentro del esqueleto, los huesos presentan una estructura distinta y varían
en cuanto a estabilidad. A este respecto, la resistencia de los huesos humanos depende esencialmente
de tres factores:
 La forma del hueso.
 Las propiedades mecánicas del material óseo, es decir, el comportamiento individual de
tensión y extensión y la resistencia a la presión.
 La magnitud de las fuerzas que actúan sobre el hueso.
La exigencia de estabilidad óptima en el esqueleto humano se contradice
a primera vista con la gran cantidad de material óseo que sería necesario
para que el hueso fuese extremadamente estable. El cuerpo humano
soluciona este problema formando determinadas estructuras óseas
externas e internas para el esqueleto que crean una estabilidad
comparable con poca cantidad de material.
Los denominados huesos tubulares, entre los que figuran el fémur o la
tibia, son ejemplos de este tipo de estructura del esqueleto que ahorra
material y, sin embargo, es estable. El interior del hueso tubular se
compone de la cavidad medular, que está formada por una red de tejido óseo. Las cavidades que se
forman están llenas de médula ósea. Debido a esta estructura, estos son tan estables como los huesos
compactos a pesar de sus cavidades y dotan de estabilidad al esqueleto. Si bien el diámetro de los
huesos se agranda aproximadamente un 10%, en contrapartida estos ahorran un 40% de material óseo
gracias a su forma y estructura. La red de tejido óseo constituye unos tres tercios del hueso tubular.
No obstante, la estabilidad de los huesos no es la misma a lo largo de toda la vida. Ésta aumenta de
forma continua hasta los cuarenta años. Después la masa ósea del esqueleto y los huesos se reduce
entre un 0,5 y un 1% por ciento anual. Esta pérdida de masa ósea favorece la aparición de la
osteoporosis (atrofia ósea), que limita poco a poco la estructura y el funcionamiento de los huesos y el
esqueleto.
1.6 CONTRACCIÓN MUSCULAR

El término "contracción" Significa "juntar", "acortar".
La contracción muscular siempre es un acto voluntario, que
se ejecuta cuando el hombre tiene necesidad de tomar o acercarse
a un objeto o por una reacción defensiva. En muchas ocasiones,
cuando la reacción es defensiva, el acto se reduce a la acción de
los mecanismos reflejos; pero cuando la acción muscular se
realiza por el deseo o la necesidad de tomar o acercarse a objetos,
personas o por motivos de trabajo, esta actividad es dirigida y
controlada por el cerebro.
Cuando se realizan actos repetitivos, como por ejemplo, al manejar, al caminar o simplemente en un
trabajo que requiere la misma actividad, estos movimientos pueden llegar a automatizarse; no
obstante, la energía nerviosa del estímulo para la respuesta, estará siempre presente.
Las contracciones musculares ocurren siempre que el músculo genera tensión , este puede acortarse y
modificar su longitud o no, he aquí la confusión no siempre que un músculo que se acorta genera
tensión, este puede generar tensión muscular sin modificar su longitud y permaneciendo en forma
estática por lo cual diríamos que:
"La contracción muscular ocurre siempre que las fibras musculares generan una tensión en sí mismas,
situación que puede ocurrir, cuando el músculo está acortado, alargado, moviéndose, permaneciendo
en una misma longitud o en forma estática".
1.6.1 TIPOS DE CONTRACCIÓN MUSCULAR
1.6.1.1 CONTRACCIONES ISOTÓNICAS
La palabra isotónica significa (iso: igual - tónica: tensión) igual tensión.
Se define contracciones isotónicas, desde el punto de vista fisiológico, a aquellas contracciones en la
que las fibras musculares además de contraerse, modifican su longitud.
Las contracciones isotónicas son las más comunes en la mayoría de los deportes, actividades físicas y
actividades correspondientes a la vida diaria, ya que en la mayoría de las tensiones musculares que
ejercemos suelen ser acompañadas por acortamiento y alargamiento de las fibras musculares de un
músculo determinado
Las contracciones isotónicas se dividen en:
1) concéntricas
2) excéntricas
1) Contracción Concéntrica
Una contracción concéntrica ocurre cuando un músculo desarrolla una tensión suficiente para superar
una resistencia, de forma tal que este se acorta y moviliza una parte del cuerpo venciendo dicha
resistencia. Un claro ejemplo es cuando llevamos un vaso de agua a la boca para beber, existe
acortamiento muscular concéntrico ya que los puntos de Origen e inserción de los músculos flexores,
se acortan o se contraen.
En el gimnasio podríamos poner los siguientes ejemplos

Ejemplo A)
Máquina de extensiones
Cuando levantamos las pesas el músculo cuádripces se acorta con lo cual se produce la contracción
concéntrica. Aquí los puntos de inserción del músculo Cuádripces se acercan por ello decimos que se
produce una contracción concéntrica.
Ejemplo B)
Tríceps con polea
Al bajar el brazo y extenderlo para entrenar el tríceps estamos contrayendo el tríceps en forma
concéntrica, Aquí los puntos de inserción del músculo tríceps braquial se acercan por ello decimos que
se produce una contracción concéntrica.
En síntesis decimos que cuando los puntos de inserción de un músculo se acercan la contracción que
se produce la denominamos "concéntrica"
2) Contracción Excéntrica
Cuando una resistencia dada es mayor que la tensión ejercida por un músculo determinado, de forma
que éste se alarga se dice que dicho músculo ejerce una contracción excéntrica, en este caso el
músculo desarrolla tensión alargándose es decir extendiendo su longitud, un ejemplo claro es cuando
llevamos el vaso desde la boca hasta apoyarlo en la mesa, en este caso el bíceps braquial se contrae
excéntricamente. En este caso juega la fuerza de gravedad, ya que si no se produciría una contracción
excéntrica y se relajaran los músculos el brazo y el vaso caerían hacia el suelo a la velocidad de la
fuerza de gravedad, para que esto no ocurra el músculo se extiende contrayéndose en forma
excéntrica.
En este caso podemos decir que cuando los puntos de inserción de un músculo se alargan se producen
una contracción excéntrica
Aquí se suele utilizar el término alargamiento bajo tensión, este vocablo "alargamiento" suele
prestarse a confusión ya que si bien el músculo se alarga y extiende lo hace bajo tensión y yendo más
lejos no hace más que volver a su posición natural de reposo.
Ejemplo A)
Máquina de extensiones

Cuando Bajamos las pesas el músculo cuádripces se extiende pero se produciendo una contracción
excéntrica. Aquí los puntos de inserción del músculo Cuádripces se alejan por ello decimos que se
produce una contracción excéntrica.
Ejemplo B)
Tríceps con polea
Al subir el brazo el tríceps braquial se extiende bajo resistencia. Aquí los puntos de inserción del
músculo Tríceps Braquial se alejan por ello decimos que se produce una contracción excéntrica.
1.6.1.2 CONTRACCIONES ISOMÉTRICAS
La palabra isométrica significa (iso: igual, métrica: medida/longitud ) igual medida o igual longitud.
En este caso el músculo permanece estático, sin acortarse ni alargarse, pero aunque permanece estático
genera tensión. Un ejemplo de la vida cotidiana sería cuando llevamos a un bebé en brazos, los brazos
no se mueven, mantienen al Niño en la misma posición y generan tensión para que el niño no se caiga
al piso. No se produce ni acortamiento ni alargamiento de las fibras musculares.
En el deporte se produce en muchos casos, un ejemplo podría ser en ciertos momentos del wind surf,
cuando debemos mantener la vela en una posición fija. Con lo cual podríamos decir que se genera una
contracción estática, cuando generando tensión no se produce modificación en la longitud de un
músculo determinado, también este tipo se contracciones se emplean en los ejercicios con TRX.
1.7 BIOMECÁNICA DE LA MARCHA
La marcha es un proceso de locomoción en el que el nuestro cuerpo estando de pie, se desplaza de un
lugar a otro, siendo su peso soportado de forma alternante por ambos miembros inferiores.
Mientras el cuerpo se desplaza sobre la pierna de soporte, la otra pierna se balancea hacia delante
como preparación para el siguiente apoyo. Uno de los pies se encuentra siempre en el suelo y, en el
período de transferencia de peso del cuerpo de la pierna retrasada a la adelantada, existe un breve
intervalo de tiempo durante el cual ambos pies descansan sobre el suelo.

1.7.1 BIOMECÁNICA DE LA FASE DE APOYO DE LA MARCHA
La fase de apoyo comienza cuando el talón contacta con el suelo y termina con el despegue de los
dedos. La división en dos fases del contacto del metatarsiano del pie y de la punta de los dedos,
constituye un período de doble apoyo que caracteriza la marcha y que no ocurre en la carrera. Esta
fase de apoyo influye de la siguiente manera en las distintas partes del cuerpo:
1. Columna vertebral y pelvis: Rotación de la pelvis hacia el mismo lado del apoyo y la columna
hacia el lado contrario, Inclinación lateral de la pierna de apoyo.
2. Cadera: Los movimientos que se producen son la reducción de la rotación externa, después de una
inclinación interna, impide la aducción del muslo y descenso de la pelvis hacia el lado contrario. Los
músculos que actúan durante la primera parte de la fase de apoyo son los tres glúteos que se contraen
con intensidad moderada, pero en la parte media disminuyen las contracciones del glúteo mayor y del
medio. En la última parte de esta fase se contraen los abductores.
3. Rodilla: Los movimientos que se producen son ligera flexión durante el contacto, que continúa
hacia la fase media, seguida por la extensión hasta que el talón despega cuando se flexiona la rodilla
para comenzar con el impulso. La flexión baja la trayectoria vertical del centro de gravedad del
cuerpo, incrementándose la eficacia de la marcha. La musculatura actuante son los extensores del
cuádriceps que se contraen moderadamente en la primera parte de la fase de apoyo, siguiendo una
relajación gradual. Cuando la pierna llega a la posición vertical la rodilla aparentemente se cierra y
produce una contracción de los extensores. Los isquiotibiales se activan al final de la fase de apoyo.

4. Tobillo y pie: Los movimientos producidos en esta fase son la ligera flexión plantar seguida de una
ligera flexión dorsal. Por ello los músculos que actúan son el tibial anterior en la primera fase de
apoyo, y el extensor largo de los dedos y del dedo gordo que alcanzan su contracción máxima cerca
del momento de la transición de la fase de impulso y apoyo. Sin embargo, la fuerza relativa de estos
músculos está influenciada por la forma de caminar cada sujeto.
1.7.2 BIOMECÁNICA DE LA FASE DE OSCILACIÓN DE LA MARCHA
Esta fase, como ya sabemos, comienza con el despegue de los dedos y termina con el choque del talón.
En ella intervienen las siguientes partes del cuerpo:
1. Columna y pelvis: Los movimientos que se producen son la rotación de la pelvis en sentido
contrario a la pierna que se apoya y a la columna, con ligera rotación lateral de la pelvis hacia la pierna
que no se ha apoyado. La rotación de la pelvis alarga el paso y disminuye la desviación lateral del
centro de gravedad del cuerpo. Entre los músculos destacan los semiespinales, oblicuo externo
abdominal que se contraen hacia el mismo lado de la rotación de la pelvis. En cambio, los músculos
elevador de la columna y oblicuo abdominal interno se contraen hacia el lado contrario. Mientras, el
psoas y el cuadrado lumbar ayudan a mantener la pelvis hacia el lado de la extremidad impulsada.
2. Cadera: Los movimientos son de flexión, rotación externa (por la rotación de la pelvis), abducción
al comienzo y al final de la fase. Para ello los músculos actuantes son el sartorio, tensor de la fascia
lata, pectíneo, psoas ilíaco, recto femoral y la cabeza corta del bíceps femoral, que se contraen
precozmente en la primera fase del impulso, cada uno con su propio patrón.
El sartorio y la cabeza corta del bíceps, por ejemplo, cuando los dedos pierden el contacto con la
superficie y el tensor, tanto en esta fase como en la parte media del impulso. La contracción de los
isquiotibiales con una intensidad moderada durante la extensión de la rodilla, como parte de la
oscilación y los glúteos mayor y medio, se contraen ligeramente al final del impulso; a su vez el glúteo
mayor sirve como ayuda al equilibrio y como guía de desplazamiento hacia delante de la extremidad.
3. Rodilla: Los movimientos son la flexión en la primera mitad y extensión en la segunda parte. Para
ello los músculos que trabajan al igual que en la flexión de la cadera hay una pequeña oscilación
debida a los extensores del cuádriceps que se contraen ligeramente al final de esta fase, así como el
sartorio y los isquiotibiales que aumentan su actividad en la marcha rápida.

4. Tobillo y pie: Hay dorsiflexión (evita la flexión plantar) y trabajan el tibial anterior, extensor largo
de los dedos y del pulgar que se contraen al comienzo de la fase de oscilación y que disminuye durante
la parte media de esta fase. Al final de la misma este grupo de músculos se contraen otra vez
potentemente como preparación del contacto del talón; los flexores plantares están completamente
relajados durante toda la fase.
1.8 ESTADOS DE LA MATERIA
La materia se presenta en tres estados o formas de agregación: sólido, líquido y gaseoso.
Dadas las condiciones existentes en la superficie terrestre, sólo algunas sustancias pueden hallarse de
modo natural en los tres estados, tal es el caso del agua.
La mayoría de sustancias se presentan en un estado concreto. Así, los metales o las sustancias que
constituyen los minerales se encuentran en estado sólido y el oxígeno o el CO2 en estado gaseoso:
 Los sólidos: Tienen forma y volumen constantes. Se caracterizan por la rigidez y regularidad
de sus estructuras.
 Los líquidos: No tienen forma fija pero sí volumen. La variabilidad de forma y el presentar
unas propiedades muy específicas son características de los líquidos.
 Los gases: No tienen forma ni volumen fijos. En ellos es muy característica la gran variación
de volumen que experimentan al cambiar las condiciones de temperatura y presión.
Sin embargo, según Eduardo J. Bottani, et. al, (Química General, pág. 93), “algunos científicos
estudiando el comportamiento de la materia en condiciones extraordinarias, muy altas presiones y
temperaturas o muy bajas temperaturas, han encontrado comportamientos anómalos que les
permitieron postular la existencia de otros estados de agregación. Entre ellos están el plasma, fluidos
supercríticos, estados bidimensionales y estados unidimensionales.”

ESTADO SÓLIDO
Los sólidos se caracterizan por tener forma y volumen
constantes. Esto se debe a que las partículas que los forman
están unidas por unas fuerzas de atracción grandes de
modo que ocupan posiciones casi fijas. En el estado sólido
las partículas solamente pueden moverse vibrando u
oscilando alrededor de posiciones fijas, pero no pueden
moverse trasladándose libremente a lo largo del sólido.
Las partículas en el estado sólido propiamente dicho, se
disponen de forma ordenada, con una regularidad espacial
geométrica, que da lugar a diversas estructuras cristalinas.
Al aumentar la temperatura aumenta la vibración de las partículas.
ESTADO GASEOSO
Los gases, igual que los líquidos, no
tienen forma fija pero, a diferencia de
éstos, su volumen tampoco es fijo.
También son fluidos, como los
líquidos.
En los gases, las fuerzas que
mantienen unidas las partículas son
muy pequeñas. En un gas el número de
partículas por unidad de volumen es
también muy pequeño. Las partículas se
mueven de forma desordenada, con
choques entre ellas y con las paredes del recipiente que los contiene. Esto explica las propiedades de
expansibilidad y compresibilidad que presentan los gases: sus partículas se mueven libremente, de
modo que ocupan todo el espacio disponible. La compresibilidad tiene un límite, si se reduce mucho el
volumen en que se encuentra confinado un gas éste pasará a estado líquido.
Al aumentar la temperatura las partículas se mueven más deprisa y chocan con más energía contra
las paredes del recipiente, por lo que aumenta la presión:
1.9 LÍQUIDOS
Los líquidos, al igual que los sólidos, tienen volumen constante. En los líquidos las partículas están
unidas por unas fuerzas de atracción menores que en los sólidos, por esta razón las partículas de un
líquido pueden trasladarse con libertad. El número de partículas por unidad de volumen es muy alto,
por ello son muy frecuentes las colisiones y fricciones entre ellas.
Así se explica que los líquidos no tengan forma fija y adopten la forma del recipiente que los contiene.
También se explican propiedades como la fluidez o la viscosidad.
En los líquidos el movimiento es desordenado, pero existen asociaciones de varias partículas que,
como si fueran una, se mueven al unísono. Al aumentar la temperatura aumenta la movilidad de las
partículas (su energía).

1.9.1 MECÁNICA DE LOS FLUIDOS
Parte de la Física que se ocupa de la acción de los fluidos en reposo o en movimiento, así como de las
aplicaciones y mecanismos de ingeniería que utilizan fluidos. La mecánica de fluidos es fundamental
en campos tan diversos como la aeronáutica, la ingeniería química, civil e industrial, la meteorología,
las construcciones navales y la oceanografía.
La mecánica de fluidos puede subdividirse en dos campos principales: La estática de fluidos, o
hidrostática, que se ocupa de fluidos en reposo, y la dinámica de fluidos, que trata de fluidos en
movimiento. El término de hidrodinámica se aplica al flujo de líquidos o al flujo de los gases a baja
velocidad, en el que puede considerarse que el gas es esencialmente incompresible. La aerodinámica,
o dinámica de gases, se ocupa del comportamiento de los gases cuando los cambios de velocidad y
presión son suficientemente grandes para que sea necesario incluir los efectos de compresibilidad.
Entre las aplicaciones de la mecánica de fluidos están la propulsión a chorro, las turbinas, los
compresores y las bombas. La hidráulica estudia la utilización en ingeniería de la presión del agua o
del aceite.
CONCEPTOS INHERENTES
Fluido: sustancia capaz de fluir, el término comprende líquidos y gases.
Volumen (V): En matemáticas, medida del espacio ocupado por un cuerpo sólido. El volumen se
mide en unidades cúbicas, como metros cúbicos o centímetros cúbicos en el sistema métrico decimal
de pesos y medidas. El volumen también se expresa a veces en unidades de medida de líquidos, como
litros:
1 ls = 1 dm³
Densidad (δ ): relación entre la masa (m) y el volumen que ocupa.
δ = m/V [kg/m³; g/cm³]
Peso específico (ρ): relación entre el peso (P) y el volumen que ocupa.
ρ = P/V [N/m³; kg/m³; gr/cm³]

PRESIÓN
La presión (p) en cualquier punto es la razón de la fuerza normal, ejercida sobre una pequeña
superficie, que incluya dicho punto.
p = F/A [N/m²; kg/cm²]
En la mecánica de los fluidos, fuerza por unidad de superficie que ejerce un líquido o un gas
perpendicularmente a dicha superficie. La presión suele medirse en atmósferas (atmósfera); en el
Sistema Internacional de unidades (SI), la presión se expresa en newton por metro cuadrado (N/m²):
1 N/m² = 1 Pa (pascal)
La atmósfera se define como 101.325 Pa, y equivale a 760 mm de mercurio en un barómetro
convencional.
1.9.2 LEY DE STOKES
El movimiento de un cuerpo en un medio viscoso es influenciado por la acción de una fuerza viscosa,
Fv, proporcional a la velocidad, v, es definida por la relación Fv = bv, conocida como Ley de Stokes.
En el caso de esferas en velocidades bajas Fv = 6pηrv, siendo r el radio de la esfera y η el coeficiente
de viscosidad del medio. Si una esfera de densidad mayor que la de un líquido fuese soltada en la
superficie del mismo, en el instante inicial la velocidad es cero, pero la fuerza resultante acelera la
esfera de forma que su velocidad va aumentando pero de forma NO uniforme.
Se puede verificar que la velocidad aumenta no uniformemente con el tiempo pero alcanza un valor
límite, que ocurre cuando la fuerza resultante fuese nula. Las tres fuerzas que actúan sobre la esfera
están representadas en la figura 1 y son además e la fuerza viscosa, el peso de la esfera, P y el empuje,
E. Igualando la resultante de esas tres fuerzas a cero obtenemos la velocidad límite VL.
Donde ρ y ρ’ son las densidades de la esfera y del medio respectivamente y g es la aceleración de la
gravedad (9,81 cm s-2
).
Fuerzas que actúan en una esfera en un medio viscoso.
1.9.3 ESTÁTICA DE LOS FLUIDOS O HIDROSTÁTICA
Una característica fundamental de cualquier fluido en reposo es que la fuerza ejercida sobre cualquier
partícula del fluido es la misma en todas direcciones. Si las fuerzas fueran desiguales, la partícula se
desplazaría en la dirección de la fuerza resultante.

De ello se deduce que la fuerza por unidad de superficie (Presión) que el fluido ejerce contra las
paredes del recipiente que lo contiene, sea cual sea su forma, es perpendicular a la pared en cada
punto. Si la presión no fuera perpendicular, la fuerza tendría una componente tangencial no
equilibrada y el fluido se movería a lo largo de la pared. Este concepto se conoce como principio de
Pascal.
Todos los líquidos pesan, por ello cuando están contenidas en un recipiente las capas superiores
oprimen a las inferiores, generándose una presión debida al peso. La presión en un punto determinado
del líquido deberá depender entonces de la altura de la columna de líquido que tenga por encima suyo.
La hidrostática o estática de los fluidos tiene muchas aplicaciones prácticas: la Torre Eiffel, en la fotografía,
descansa sobre 16 pistones de prensas hidráulicas.
Considérese un punto cualquiera del líquido que diste una altura h de la superficie libre de dicho
líquido. La fuerza del peso debido a una columna cilíndrica de líquido de base S situada sobre él puede
expresarse en la forma
Fpeso = mg = · V · g = · g · h · S
Siendo V el volumen de la columna y r la densidad del líquido. Luego la presión debida al peso vendrá
dada por:
LA PRESIÓN EN UN PUNTO
La definición de la presión como cociente entre la fuerza y la superficie se refiere a una fuerza
constante que actúa perpendicularmente sobre una superficie plana. En los líquidos en equilibrio las
fuerzas asociadas a la presión son en cada punto perpendiculares a la superficie del recipiente, de ahí
que la presión sea considerada como una magnitud escalar cociente de dos magnitudes vectoriales de
igual dirección: la fuerza y el vector superficie. Dicho vector tiene por módulo el área y por dirección
la perpendicular a la superficie.
Cuando la fuerza no es constante, sino que varía de un punto a otro de la superficie S considerada,
tiene sentido hablar de la presión en un punto dado. Para definirla se considera un elemento de
superficie DS que rodea al punto; si dicho elemento reduce enormemente su extensión, la fuerza DF

que actúa sobre él puede considerarse constante. En tal caso la presión en el punto considerado se
definirá en la forma matemática
Esta expresión, que es la derivada de F respecto de S, proporciona el valor de la presión en un punto y
puede calcularse si se conoce la ecuación matemática que indica cómo varía la fuerza con la posición.
Si la fuerza es variable y F representa la resultante de todas las fuerzas que actúan sobre la superficie S
la fórmula
Define, en este caso, la presión media.
Si sobre la superficie libre se ejerciera una presión exterior adicional po, como la atmosférica por
ejemplo, la presión total p en el punto de altura h sería:
Esta ecuación puede generalizarse al caso de que se trate de calcular la diferencia de presiones Dp
entre dos puntos cualesquiera del interior del líquido situados a diferentes alturas, resultando:
Es decir:
Que constituye la llamada ecuación fundamental de la hidrostática.
Esta ecuación indica que para un líquido dado y para una presión exterior constante la presión en el
interior depende únicamente de la altura. Por tanto, todos los puntos del líquido que se encuentren al
mismo nivel soportan igual presión. Ello implica que ni la forma de un recipiente ni la cantidad de
líquido que contiene influyen en la presión que se ejerce sobre su fondo, tan sólo la altura de líquido.
Esto es lo que se conoce como paradoja hidrostática, cuya explicación se deduce a modo de
consecuencia de la ecuación fundamental.
1.9.4 PRINCIPIOS DE PASCAL Y ARQUÍMIDES
1.9.4.1 PRINCIPIOS DE PASCAL
La presión aplicada a un fluido contenido en un recipiente se transmite íntegramente a toda porción de
dicho fluido y a las paredes del recipiente que lo contiene, siempre que se puedan despreciar las
diferencias de presión debidas al peso del fluido. Este principio tiene aplicaciones muy importantes en
hidráulica.
La presión aplicada en un punto de un líquido contenido en un recipiente se transmite con el mismo
valor a cada una de las partes del mismo.

Este enunciado, obtenido a partir de observaciones y experimentos por el físico y matemático francés
Blas Pascal (1623-1662), se conoce como principio de Pascal.
El principio de Pascal puede ser interpretado como una consecuencia de la ecuación fundamental de la
hidrostática y del carácter incompresible de los líquidos. En esta clase de fluidos la densidad es
constante, de modo que de acuerdo con la ecuación p = po + r· g · h si se aumenta la presión en la
superficie libre, por ejemplo, la presión en el fondo ha de aumentar en la misma medida, ya que r · g ·
h no varía al no hacerlo h.
La presión ejercida sobre un punto de un líquido se transmite íntegramente y en todas las direcciones a través de
dicho líquido. Los frenos hidráulicos tienen su fundamento en este principio.
La prensa hidráulica constituye la aplicación fundamental del principio de Pascal y también un
dispositivo que permite entender mejor su significado. Consiste, en esencia, en dos cilindros de
diferente sección comunicados entre sí, y cuyo interior está completamente lleno de un líquido que
puede ser agua o aceite. Dos émbolos de secciones diferentes se ajustan, respectivamente, en cada uno
de los dos cilindros, de modo que estén en contacto con el líquido. Cuando sobre el émbolo de menor
sección S1 se ejerce una fuerza F1 la presión p1 que se origina en el líquido en contacto con él se
transmite íntegramente y de forma instantánea a todo el resto del líquido; por tanto, será igual a la
presión p2 que ejerce el líquido sobre el émbolo de mayor sección S2, es decir:
p1 = p2
con lo que:
y por tanto:
Si la sección S2 es veinte veces mayor que la S1, la fuerza F1 aplicada sobre el émbolo pequeño se ve
multiplicada por veinte en el émbolo grande.
La prensa hidráulica es una máquina simple semejante a la palanca de Arquímedes, que permite
amplificar la intensidad de las fuerzas y constituye el fundamento de elevadores, prensas, frenos y
muchos otros dispositivos hidráulicos de maquinaria industrial.

1.9.4.2 PRINCIPIOS DE ARQUÍMEDES
El segundo principio importante de la estática de fluidos fue descubierto Arquímedes. Cuando un
cuerpo está total o parcialmente sumergido en un fluido en reposo, el fluido ejerce una presión sobre
todas las partes de la superficie del cuerpo que están en contacto con el fluido. La presión es mayor
sobre las partes sumergidas a mayor profundidad. La resultante de todas las fuerzas es una dirigida
hacia arriba y llamada el empuje sobre el cuerpo sumergido.
Un cuerpo total o parcialmente sumergido en un fluido es empujado hacia arriba con una fuerza que es
igual al peso del fluido desplazado por dicho cuerpo.
Empuje y fuerza ascencional:
E = δ.g.Vd
Fa = δ.g.Vd - m.g
E: Empuje (N)
Fa: Fuerza ascencional (N)
Esto explica por qué flota un barco muy cargado; su peso total es exactamente igual al peso del agua
que desplaza, y esa agua desplazada ejerce la fuerza hacia arriba que mantiene el barco a flote.
El punto sobre el que puede considerarse que actúan todas las fuerzas que producen el efecto de
flotación se llama centro de flotación, y corresponde al centro de gravedad del fluido desplazado. El
centro de flotación de un cuerpo que flota está situado exactamente encima de su centro de gravedad.
Cuanto mayor sea la distancia entre ambos, mayor es la estabilidad del cuerpo.
Por tanto, sobre el cuerpo actúan dos fuerzas: el empuje y el peso del cuerpo, que no tienen en
principio el mismo valor ni están aplicadas en el mismo punto. En los casos más simples,
supondremos que el sólido y el fluido son homogéneos y por tanto, coinciden el centro de masa del
cuerpo con el centro de empuje.
La presión debida al fluido sobre la base superior es p1= ρfgx, y la presión debida al fluido en la base
inferior es p2= ρfg(x+h). La presión sobre la superficie lateral es variable y depende de la altura, está
comprendida entre p1 y p2.
Las fuerzas debidas a la presión del fluido sobre la superficie lateral se anulan. Las otras fuerzas sobre
el cuerpo son las siguientes:
 Peso del cuerpo, mg

 Fuerza debida a la presión sobre la base superior, p1·A
 Fuerza debida a la presión sobre la base inferior, p2·A
En el equilibrio tendremos que:
mg+p1·A= p2·A
mg+ρfgx·A= ρfg(x+h)·A
o bien,
mg=ρfh·Ag
Como la presión en la cara inferior del cuerpo p2 es mayor que la presión en la cara superior p1, la
diferencia es ρfgh. El resultado es una fuerza hacia arriba ρfgh·A sobre el cuerpo debida al fluido que
le rodea.
Como vemos, la fuerza de empuje tiene su origen en la diferencia de presión entre la parte superior y
la parte inferior del cuerpo sumergido en el fluido. Con esta explicación surge un problema interesante
y debatido. Supongamos que un cuerpo de base plana (cilíndrico o en forma de paralepípedo) cuya
densidad es mayor que la del fluido, descansa en el fondo del recipiente.

UNIDAD II: BIOFÍSICA DE LOS FLUIDOS, HEMODINÁMICA Y RESPIRACIÓN
2.1 VISCOSIDAD SANGUÍNEA Y PERFILES DE FLUJO
La viscosidad de la sangre normal (μ) es de aproximadamente 3,5x10-2 P o de 3,5 x10-3 Pa-s
(Pascal/seg) [1 poise (ñ) = 1 dina/s/cm2 equivale a 10 pascales-seg (Pa-s)]; esto está directamente
relacionado con el hematocrito.
Relación entre viscosidad sanguínea y hematocrito
Cuanto mayor la viscosidad de un fluido, más se suaviza el movimiento del mismo. A bajas
velocidades, éste fluye a lo largo de líneas regulares; este patrón de flujo se llama laminar. La fricción
viscosa produce una resistencia al flujo; para mantener un flujo estable a través de un vaso se produce
una caída de presión a lo largo del mismo:
Q = ∆P/R
donde ∆P es igual a P1-P2 (caída de presión a lo largo del sistema). O sea que:
R = P1-P2/Q
Es decir que la resistencia al flujo (R) es directamente proporcional a la diferencia de presión e
inversamente proporcional a la tasa volumétrica de flujo (Q)
Este fenómeno es descripto por la ley de Hagen-Poiseuille:
donde δ P: P1-P2; r: radio del vaso; μ: viscosidad sanguínea; L: longitud del vaso.
Sabemos que Q = V/t (V: volumen; t: tiempo; V = A . L/t). Como Q = A . v (A: área; v: velocidad);
luego: v = Q/A = Q/ π.r2
Reemplazando R en por:

Esto demuestra que un pequeño cambio en el radio vascular produce grandes cambios en la resistencia
al flujo. Este concepto está claramente ligado al de "estenosis crítica".
Por lo tanto, una disminución del radio del vaso a la mitad precisa de un aumento de (2) [4](es decir
¡16 veces!) de la presión para mantener el flujo constante; si tenemos 3 vasos de 1, 2 y 3 mm de
diámetro, a igual gradiente de presión que permita que por el primero pase 1 mL/s, por el segundo
pasarán 16 mL/s y por el tercero 81 mL/s (a igualdad de presión de perfusión, duplicar o triplicar el
diámetro aumenta el flujo respectivamente ¡16 y 81 veces!); imaginemos la importancia que los
cambios de la autorregulación en las pequeñas arterias tienen sobre el flujo sanguíneo.
Por otro lado, frente a tubos de igual diámetro interno, el componente que determina resistencia es la
viscosidad.
Sin embargo, esto es válido para tubos rígidos, inelásticos, sin ramificaciones ni circulación colateral,
con flujo estable no pulsátil, de tipo newtoniano, es decir, con viscosidad lineal (de tipo cristaloide).
Esto es sólo parcialmente aplicable al flujo pulsátil de nuestro sistema circulatorio arterial que posee
flujo pulsátil, elasticidad, numerosas anastomosis, autorregulación (vasodilatación y vascostricción) y
capacidad de colateralización.
En el cerebro, la resistencia vascular se ajusta por las arteriolas y vénulas, de modo que existe flujo
cerebral constante con gradientes de presión de perfusión ("P1-P2") de entre 50 y 150 o más mmHg.
Cuando la autorregulación cerebral se agota, se aplica la ecuación (12), produciéndose un marcado
aumento de la resistencia y caída secundaria de flujo si existe estenosis o espasmo de las arterias
intracraneales.
2.2 LEY DE POISEUILLE
Debido a que esta ley física fue estudiada en condiciones de laboratorio en tubos rígidos, ¿cómo varía
en un sistema circulatorio de flujo pulsátil, con arterias elásticas, ramificadas y de diámetro
decreciente?
La ley de Poiseuille asume:
1. viscosidad constante, o sea relación lineal entre fricción viscosa y gradiente de velocidad (líquido
newtoniano);
2. flujo laminar;
3. capa o lámina externa adyacente a la pared (interfase líquido-pared) con velocidad 0 (fenómeno de
no deslizamiento o no slippage);
4. flujo estable;
5. tubos con paredes paralelas de sección circular;
6. tubos no rígidos, inelásticos.
Veamos uno a uno los puntos previos:
1. La sangre actúa como flujo newtoniano en la mayoría de las circunstancias examinadas por el
Doppler, excepto en vasos muy pequeños (menores de 1 mm de diámetro y con muy baja velocidad,
así como con hematocritos menores del 10% o mayores del 60%); esto último puede ser importante en
anemias severas o en EPOC o cardiopatías congénitas con policitemia marcada.
2. Escapan sólo ciertas zonas del sistema arterial, como la aorta ascendente, que pueden sufrir
turbulencias transitorias al final de la sístole.
3. Existe velocidad 0 en la capa más externa.
4. Por supuesto, el flujo es pulsátil, con variación de los perfiles de velocidad, siendo frecuentemente
no parabólicos; la aceleración se agrega al componente estable descripto por la ley de Poiseuille.

5. Las venas y las arterias pulmonares son ovoides; sí son circulares las arterias sistémicas. Al
reducirse el diámetro arterial, a medida que se acercan a la periferia (lo contrario ocurre con las venas
hacia el corazón), las paredes no son paralelas, pero esto no representa un problema clínico.
6. Los vasos sanguíneos son distensibles y cambian el diámetro en función de la presión transmural,
produciéndose errores de por lo menos el 10%.
En resumen, las tres primeras suposiciones se cumplen en el sistema circulatorio humano y las últimas
tres no. En general, la ley de Poiseuille sobrestima el flujo medio para un gradiente de presión,
viscosidad sanguínea y diámetro vascular dados, especialmente en los pequeños vasos. Sin embargo,
los conceptos son cualitativamente correctos, sirviendo para la comprensión de las bases de la
hidrodinámica y su estudio por técnicas como el Doppler.
Los vasos sanguíneos progresivamente van reduciendo su diámetro, el determinante más importante
de la resistencia; en menor medida lo es la longitud. Sin embargo, otro elemento a tener en cuenta es la
disposición del sistema arterial. En efecto, las arteriolas se disponen no en serie, donde la resistencia
es igual a la suma de las resistencias consecutivas (Rt= R1 + R2 + ...+ Rn) (Figura 12A), sino que lo
hacen en paralelo. Esta disposición permite que la resistencia sea igual a la suma de las conductancias
(la inversa de la resistencia: C = 1/r, o sea que Rt = 1/R1 + 1/R2...+ 1/Rn) (Figura 12B). Esto permite
que, al mismo tiempo que se da un gran área de intercambio a nivel capilar, y aunque la mayor
resistencia del sistema arterial se encuentre a nivel arteriolar (prácticamente la mitad), la misma sea
muy inferior a la que hubiera sido de haber estado estos vasos en serie, de acuerdo a la ley de
Poiseuille (aunque ésta no tiene en cuenta el hecho de que en vasos de menos de 1 mm de diámetro la
resistencia viscosa adquiere un peso significativo en la distribución de la energía).
2.3 PRESIÓN EN EL SISTEMA CIRCULATORIO. PRESIÓN SANGUÍNEA
El corazón es prácticamente una doble bomba que suministra la fuerza necesaria para que la sangre
circule a través de los dos sistemas circulatorios más importantes: la circulación pulmonar en los
pulmones y la circulación sistemática en el resto del cuerpo. La sangre primero circula por los
pulmones y posteriormente por el resto del cuerpo.
Comenzaremos la descripción del funcionamiento del corazón considerando la sangre que sale al resto
del cuerpo, por el lado izquierdo del mismo. La sangre es bombeada por la contracción de los
músculos cardiacos del ventrículo izquierdo a una presión de casi 125 mm de Hg en un sistema de

arterias que son cada vez más pequeñas (arteriolas) y que finalmente se convierten en una malla muy
fina de vasos capilares. Es en ellos donde la sangre suministra el O2 a las células y recoge el CO de
ellas.
Después de pasar por toda la malla de vasos capilares, la sangre se colecta en pequeñas venas
(vénulas) que gradualmente se combinan en venas cada vez más grandes hasta entrar al corazón por
dos vías principales, que son la vena cava superior y la vena cava inferior. La sangre que llega al
corazón pasa primeramente a un reservorio conocido como aurícula derecha donde se almacena; una
vez que se llena se lleva a cabo una contracción leve (de 5 a 6 mm de Hg) y la sangre pasa al
ventrículo derecho a través de la válvula tricúspide que se ilustra en la figura.
El corazón y sus partes principales
En la siguiente contracción ventricular, la sangre se bombea a una presión de 25 mm de Hg pasando
por la válvula pulmonar a las arterias pulmonares y hacia los vasos capilares de los pulmones, ahí
recibe O2 y se desprende del CO2 que pasa al aire de los pulmones para ser exhalado. La sangre recién
oxigenada regresa al corazón por las venas de los pulmones, llegando ahora al reservorio izquierdo o
aurícula izquierda. Después de una leve contracción de la aurícula (7 a 8 mm de Hg) la sangre llega al
ventrículo izquierdo pasando por la válvula mitral. En la siguiente contracción ventricular, la sangre se
bombea hacia el resto del cuerpo, y sale por la válvula aórtica. En un adulto el corazón bombea cerca
de 80 ml por cada contracción.
Es claro que las válvulas del corazón deben funcionar en forma rítmica y acoplada, ya que de no ser
así el cuerpo puede sufrir un paro cardiaco. Actualmente, las válvulas pueden sustituirse si su trabajo
es deficiente.
2.3.1 MECÁNICA CIRCULATORIA
Las sucesivas y alternadas contracciones y relajaciones permiten que el corazón funcione como una
bomba, impulsando la sangre desde las venas hacia las arterias. Este patrón mecánico se denomina
ciclo cardíaco, y consta de dos fases principales: la diástole o fase de relajación; y la sístole o fase de
contracción.
Para que las fibras cardíacas inicien el proceso mecánico de la contracción es necesario que la
información eléctrica localizada a nivel de la membrana se introduzca al citoplasma celular, que es el
lugar donde se encuentra la maquinaria contráctil; por ello, el primer fenómeno que ha de estudiarse es
el tránsito de esta información, denominado acoplamiento excitación-contracción.
El acoplamiento, al igual que en el músculo esquelético, es un mecanismo dependiente íntegramente
del Ca++ presente en el sarcoplasma . La despolarización sostenida durante la fase de meseta en el
potencial de acción cardíaco garantiza la entrada de Ca++ necesario para la liberación del almacenado
en el retículo.

RESPUESTA CONTRÁCTIL DEL MÚSCULO CARDÍACO
La prolongada duración del potencial de acción tiene como consecuencia que la fase contráctil
coincida temporalmente con la membrana en situación de despolarización. El pico de tensión se
alcanza antes de la terminación del periodo refractario absoluto, y cuando acaba el periodo refractario
relativo, el músculo se encuentra en la mitad de su relajación. Puede observarse, por lo tanto, que hay
un estrecho solapamiento entre los dos fenómenos. Debido a esta característica no se puede generar un
segundo potencial de acción hasta que el primero no se haya acabado; y cuando esto sucede, también
ha finalizado prácticamente la actividad contráctil.
PROPIEDADES MECÁNICAS
En la actividad normal del corazón, la distensión que presentan las fibras musculares viene dada por el
grado de llenado que tienen las cavidades cardíacas, es decir por la cantidad de sangre que entra en el
corazón procedente de las venas (retorno venoso). A medida que se va cargando el corazón con
volúmenes mayores de sangre, las fibras presentarán un grado de distensión mayor y responderán con
una fuerza contráctil más alta, lo cual permitirá realizar el bombeo de mayores volúmenes con mayor
eficacia. Esta propiedad garantiza que el corazón, en condiciones normales, bombea toda la sangre que
recibe.
Las células cardíacas tienen un metabolismo fuertemente aerobio, que les garantiza un adecuado
soporte de ATP. Para ello contienen muchas mitocondrias y mioglobina, la cual les proporciona el
color rojo. Si se compromete por cualquier alteración el suministro de sangre u oxígeno a las fibras, su
capacidad de supervivencia es muy reducida y mueren.
CICLO CARDIACO
La característica más relevante en el comportamiento contráctil del corazón es su función cíclica de
bombeo, por ello los parámetros que mejor miden esta actividad son los valores de presión y volumen;
de ahí que la descripción del ciclo cardíaco se realice mediante las medidas mencionadas a nivel de las
cavidades cardíacas y en los vasos sanguíneos de entrada y salida del corazón.
El ciclo se desarrolla al mismo tiempo en las dos partes del corazón (derecha e izquierda), aunque las
presiones son mayores en el lado izquierdo. La observación al mismo tiempo del ECG permite
correlacionar los cambios mecánicos con los acontecimientos eléctricos que los preceden; y
añadidamente demuestra la unidad de acción del músculo auricular y ventricular.
El cierre y apertura de las válvulas cardiacas genera una serie de vibraciones y de turbulencias en el
flujo sanguíneo, que se propagan por los tejidos y originan una serie de ruidos recogidos en un registro
denominado fonocardiograma. De forma sencilla, pueden ser percibidos con la ayuda de un
fonendoscopio. El 1º ruido, es producido por el cierre de las válvulas aurículoventriculares, en el inicio
de la sístole ventricular, y el 2º ruido, es originado por el cierre de las válvulas semilunares, al inicio
de la diastole ventricular. Este 2º ruido es menos sonoro que el 1º (de forma onomatopéyica suelen
describirse como "lub" el primer ruido y "dub" el segundo).

2.3.2 SÍSTOLE, DIÁSTOLE Y PULSO
Las fases del ciclo cardíaco son:
1. Fase final de la diástole
2. Fase de sístole
3. Fase inicial y media de la diástole
En un adulto normal la frecuencia cardíaca es de 70 ciclos/ minuto, lo que supone menos de 1 segundo
por ciclo. La duración media es de 0,8 segundos, los cuales no se distribuyen equitativamente entre
sístole y diástole, ya que la diástole dura unos 0,5 segundos y la sístole 0,3 segundos.
Las presiones de las dos bombas del corazón no son iguales: la presión máxima del ventrículo derecho
llamada sístole es del orden de 25 mm de Hg, los vasos sanguíneos de los pulmones presentan poca
resistencia al paso de la sangre. La presión que genera el ventrículo izquierdo es del orden de 120 mm
de Hg, mucho mayor que la anterior, ya que la sangre debe viajar a todo el cuerpo. Durante la fase de
recuperación del ciclo cardiaco o diástole, la presión típica es del orden de 80 mm de Hg. La gráfica
de presión se muestra en la figura.
Gráfica que muestra cómo varía la presión en el sistema circulatorio. Nótese que la presión venosa es muy
pequeña.
PRESIÓN ARTERIAL
La presión o tensión arterial es la fuerza por unidad de superficie ejercida por la sangre contra las
paredes vasculares. Esta fuerza de empuje es el único impulso con que la sangre ha de recorrer todo el
circuito vascular para poder retornar al corazón. La presión viene determinada por el volumen de
sangre que contiene el sistema arterial y por las propiedades de las paredes, si varía cualquiera de los
dos parámetros, la presión se verá modificada.

Tan sólo una tercera parte del volumen sistólico sale de las arterias durante el periodo de sístole, y el
volumen restante distiende las arterias incrementando la presión arterial. Al terminar la contracción
ventricular, las paredes arteriales distendidas vuelven de forma pasiva a su posición de partida y la
presión arterial empuja la sangre a las arteriolas.
La curva de presión aórtica es el modelo tipo de los cambios de presión que ocurren en las grandes
arterias. La presión máxima se obtiene durante el periodo de la eyección ventricular y recibe el
nombre de presión sistólica. La presión mínima se mide en el momento final de la diástole, previo a la
contracción ventricular, y se denomina presión diastólica. En la curva correspondería la primera a 120
mm Hg y la segunda a 80 mm Hg, indicándose simplemente como 120/80. Estas medidas utilizan
algunas convenciones de partida, la primera es que la presión atmosférica se usa como referencia cero,
los valores están dados por encima de los 760 mm Hg ambientales y la segunda es que todas las
presiones utilizadas en el aparato circulatorio se refieren a nivel del corazón.
La presión arterial media es un parámetro cardiovascular importante ya que proporciona el valor de
presión con que la sangre llega a los tejidos, es por lo tanto la fuerza efectiva que conduce la sangre a
lo largo del sistema vascular. Su medida exacta se realiza calculando el área bajo la curva de presión
dividida por el intervalo de tiempo; aunque puede estimarse a través de cálculos más sencillos, como
el que sigue, PAM = (2 PAD + PAS) / 3
PULSO ARTERIAL. PRESIÓN DE PULSO
El corazón envía sangre de manera pulsátil a las arterias, en cada sístole entra un volumen de sangre
en la aorta que dará lugar a un incremento de presión, y en cada diástole la presión disminuirá, estos
cambios cíclicos generan una onda de presión o pulso arterial. En esta onda, hay una porción
ascendente que se desarrolla durante la sístole ventricular, y una fase descendente, que se inicia con
una pequeña disminución de presión, volviendo a aumentar y generando una muesca que se conoce
con el nombre de incisura aórtica o incisura dicrótica, producto del cierre de la válvula aórtica.
La diferencia entre la presión arterial sistólica y la diastólica se denomina presión diferencial o presión
de pulso.
Presión de Pulso = PAS – PAD

TRANSMISIÓN DE LA ONDA DE PULSO
La onda de presión se transmite hacia los vasos periféricos a través de las elásticas paredes arteriales y
de la columna de sangre, incrementando su velocidad desde la aorta torácica (5m/s) hasta las arterias
terminales (20m/s); este incremento en la velocidad de la onda de pulso se debe a la menor
distensibilidad o mayor rigidez de la pared arterial, según disminuye el calibre del vaso.
El desplazamiento de la onda de pulso no guarda correlación con el desplazamiento de la sangre en el
interior del vaso, ya que la velocidad de la sangre disminuye mientras que la de la onda del pulso
aumenta.
La palpación del pulso sobre las paredes arteriales constituye un procedimiento de estimación muy
sencillo de la función vascular y cardíaca. Se puede utilizar cualquier arteria accesible, aunque
habitualmente se palpa la arteria radial en la cara anterior de la muñeca. De la palpación del pulso se
valora la frecuencia, el ritmo, la amplitud, la dureza o la velocidad con que se transmite, datos todos
ellos que permiten valorar el funcionamiento del sistema cardiovascular.
2.4 LEYES DE LA CIRCULACIÓN SANGUÍNEA
2.4.1 LEY DE LA VELOCIDAD
A medida que las arterias se alejan y se van dividiendo, aumenta la superficie de sección del sistema
vascular. En otras palabras, al dividirse una arteria en dos ramas, la suma de la superficie de sección
de éstas es mayor que la superficie de sección de la arteria madre. De este modo, a medida que se aleja
la sangre del corazón, va ocupando un lecho cada vez mayor, y tiene su amplitud máxima al nivel de
los capilares.
Podría representarse al sistema vascular por dos conos truncados que se miran por la base. Es fácil
darse cuenta que, como en los ríos, la velocidad de la corriente será menor cuanto mayor sea la
amplitud del lecho vascular. De allí que la velocidad de la sangre disminuye a medida que se aleja del
corazón, llega a un mínimo en los capilares y aumenta otra vez progresivamente en las venas.
2.4.2 LEY DE LA PRESIÓN
La sangre circula en el sistema vascular debido a diferencias de presión. La periódica descarga de
sangre por parte del corazón y la resistencia opuesta al curso de la sangre por el pequeño calibre de las
arteriolas, crean en el sistema vascular una presión que es máxima en la aorta, cae bruscamente al
nivel de las arteriolas y capilares y sigue, luego, cayendo paulatinamente al nivel de las venas para ser
mínima al nivel de las aurículas.
2.4.3 LEY DEL CAUDAL
La cantidad de sangre que sale del corazón por la aorta o la arteria pulmonar en un minuto, es igual a
la que le llega por las venas cavas y pulmonares en el mismo espacio de tiempo, y es igual también a
la que pasa en la unidad de tiempo por cualquier sección completa del sistema circulatorio (conjunto
de capilares pulmonares, conjunto de capilares del circuito aórtico).

La línea llena representa la presión en los distintos segmentos del árbol vascular; el rayado la velocidad de la
sangre. El espacio entre las dos líneas punteadas es el lecho vascular
2.5 VOLUMEN MINUTO CIRCULATORIO O GASTO CARDÍACO
Es la cantidad de sangre que es impulsada a la aorta por el corazón en un minuto.
Factores que afectan fisiológicamente el VM:
a) Metabolismo
b) Ejercicio
c) Edad
d) Tamaño del Organismo
Valor normal: 5L/min.
Máximo que puede llegar: 13L/min. (2 veces el
Retorno Venoso)
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.
REGULACIÓN DEL GASTO CARDIACO
La regulación de la función de bombeo del corazón depende de forma directa de los valores de la
frecuencia cardiaca y del volumen sistólico.
En el estudio de la regulación se diferencian dos tipos: una regulación intrínseca, en la que intervienen
factores exclusivamente cardíacos, y una regulación extrínseca, determinada por la acción de factores
externos.
REGULACIÓN DE LA FRECUENCIA (EFECTOS CRONOTRÓPICOS)
Aunque el corazón tiene una actividad rítmica intrínseca, existen factores externos a la estructura
cardiaca que pueden alterar esta frecuencia basal de contracción. Estos factores son de naturaleza

nerviosa y hormonal. El sistema nervioso autónomo, a través de sus dos divisiones, simpático y
parasimpático, modifica la frecuencia cardiaca.
En un adulto normal la frecuencia cardiaca es de unos 70 latidos /minuto, si ese mismo corazón se le
aísla separándole de sus conexiones nerviosas, pasa a realizar 100 latidos/minuto, que es la frecuencia
intrínseca de las fibras del nodo sinusal. De esta forma la frecuencia disminuye (bradicardia, o efecto
cronotropo negativo), e incluso si la estimulación parasimpática es muy fuerte puede llegar a pararse el
corazón. La bradicardia que se produce durante el sueño, se basa en el incremento de actividad
parasimpática y en la disminución de actividad simpática. La estimulación vagal también disminuye
la velocidad de conducción del impulso cardiaco, efecto conocido con el término de dromotropismo
negativo.
En sentido opuesto se encuentra la acción del sistema simpático, la estimulación simpática que puede
aparecer en situaciones de fuerte estrés o de intenso ejercicio físico, aumentan la frecuencia cardíaca
(taquicardia, o efecto cronotropo positivo) hasta alcanzar frecuencias de 200-220 latidos/minuto. La
velocidad de conducción también se incrementa por la estimulación simpática.
Además de las acciones debidas a la actividad del sistema nervioso autónomo, existen otros factores
que tienen influencia sobre la frecuencia cardiaca. Así, la temperatura, cuyo aumento tiene un efecto
cronotropo positivo, observable en la taquicardia que aparece en estados febriles. Este efecto,
puramente físico, es debido simplemente al hecho de que el aumento de energía térmica da lugar a una
mayor movilidad iónica.
Por último, también la concentración de potasio extracelular juega un papel importante sobre la
frecuencia. Incrementos de K+ producen disminuciones de frecuencia y también de la velocidad de
conducción del potencial de acción cardiaco.
REGULACIÓN DEL VOLUMEN SISTÓLICO (EFECTOS INOTRÓPICOS)
El volumen sistólico es el volumen de sangre impulsada por el ventrículo en cada latido, su valor viene
determinado fundamentalmente por la fuerza de contracción (contractilidad) del músculo cardíaco.
Los factores que afectan a esta propiedad se denominan factores inotrópicos, y como en la frecuencia,
se consideran positivos cuando aumentan la contractilidad y negativos cuando la disminuyen.
A diferencia de la frecuencia que sólo estaba influida por factores extrínsecos, el volumen sistólico
dispone de dos tipos de mecanismos de regulación diferenciados por su origen.
REGULACIÓN INTRÍNSECA DEL VOLUMEN SISTÓLICO. MECANISMO DE
FRANK-STARLING
Existen dos factores importantes en la forma de regulación intrínseca que influencian la respuesta
contráctil del músculo cardíaco. Estos factores son:
La precarga, definida como la tensión pasiva que determina, en el músculo cardiaco, la longitud inicial
de las fibras antes de la contracción; es decir, la distensión de las fibras (o volumen diastólico final)
que las coloca en su longitud inicial previa a la contracción.
Dentro de ciertos límites, existe una relación proporcional entre el incremento de la precarga y la
respuesta contráctil del músculo cardiaco, representada por la curva de Starling. A mayor volumen
diastólico final, mayor volumen sistólico, lo cual garantiza que una mayor afluencia o entrada de
sangre al corazón se va a ver compensada por una contracción más enérgica y una salida
proporcionalmente también mayor; o, dicho en otros términos, el corazón bombea toda la sangre que
recibe sin permitir remansamientos y ajusta el retorno venoso con el gasto cardíaco (la entrada y la
salida dentro de un circuito cerrado). Este comportamiento se conoce como "ley del corazón" o ley de
Frank-Starling y una de las funciones que explica es el equilibrio de gasto cardiaco de los ventrículos
derecho e izquierdo.

La poscarga, es la carga frente a la que deben acortarse las fibras miocárdicas durante la sístole, dicho
de otro modo, la carga que debe desplazar el músculo después de iniciarse la contracción. Para el
ventrículo izquierdo, la poscarga viene dada por la presión en la aorta.
REGULACIÓN EXTRÍNSECA DEL VOLUMEN SISTÓLICO.
Existen una serie de factores extrínsecos que pueden modificar la contractilidad del corazón. El
sistema nervioso autónomo e uno los reguladores principales en la contractilidad de las fibras
miocárdicas. En condiciones basales la influencia predominante es simpática, y su efecto es un
aumento de la contractilidad (efecto inotrópico positivo) aumentando el vaciado del ventrículo y el
incremento de presión sistólica.
Otros factores son las concentraciones iónicas de K+ , Ca++, un aumento de la [K+] extracelular o una
disminución de la [Ca++] tienen un efecto inotrópico negativo, al igual que los descensos de pH
sanguíneos.
2.6 CIRCULACIÓN SISTÉMICA O MAYOR
Circulación sanguínea sistémica es una parte del sistema cardiovascular o sistema circulatorio. El
sistema circulatorio se divide en dos partes: la circulación sistémica y la circulación pulmonar.
En el primer caso, la sangre purificada a partir del corazón se recoge con la ayuda de las arterias y se
suministra a diferentes partes del cuerpo. Luego, la sangre impura de diferentes partes del cuerpo es
llevado al corazón con la ayuda de las venas. Después viene el papel de la circulación pulmonar, que
consiste en la purificación de la sangre que se hace en los pulmones. El corazón proporciona la sangre
a los pulmones, donde se elimina el dióxido de carbono de las células de la sangre y se sustituye con el
oxígeno. Entonces esta sangre oxigenada se transfiere al corazón para el proceso ulterior.
VÍA DE CIRCULACIÓN SISTÉMICA
Esta vía de circulación por arterias, arteriolas, capilares, venas, vénulas, etc Todos estos órganos del
sistema circulatorio participar en este proceso y se les asigna un trabajo en particular. Vamos a ver
cómo la sangre oxigenada llegue a diferentes partes de nuestro cuerpo y cómo se toma la sangre
oxigenada regresa al corazón para una mayor purificación.
La sangre oxigenada
El proceso comienza cuando la sangre oxigenada se envía al corazón humano a partir de los pulmones.
La sangre llega a la aurícula izquierda y luego el corazón bombea la sangre oxigenada al ventrículo
izquierdo. De la sangre del ventrículo izquierdo se bombea a la arteria principal conocida como la
aorta. Aorta más se divide en dos arterias principales. Una arteria llega hasta el hombro y la cabeza y
el otro baja a las piernas, el estómago y otras partes inferiores del cuerpo. La arteria subiendo divide

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