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Meta 2.6 Bioelectricidad

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  1. 1. UNIVERSIDAD AUTONOMA DE BAJA CALIFORNIA ESCUELA DE CIENCIAS DE LA SALUD GRUPO: 421 SUBGRUPO: 2 ALUMNOS: FERNANDEZ PARADA LINDA TALINA PEÑA CHAVEZ KAREN ALEJANDRA RODRIGUEZ GABRIEL GONZALEZ JONATHAN MATERIA: BIOFISICA FUCIONAL CATEDRATICO: ROMERO GARCIA MARIA GUADALUPE FECHA: 01-04-2017
  2. 2. BIOELECTRICIDAD
  3. 3. CONCEPTOS
  4. 4. BIOELECTRICIDAD • Estudio de los procesos eléctricos que experimentan los seres vivos.
  5. 5. BIOELECTROMAGNETISMO • Bioelectromagnetismo es una rama de las ciencias biológicas que estudia el fenómeno consistente en la producción de campos magnéticos o eléctricos producidos por seres vivos; estos dos conceptos van fuertemente unidos, ya que toda corriente eléctrica produce un campo magnético. (a veces es denominado parcialmente como bioelectricidad o biomagnetismo).
  6. 6. CARGA ELÉCTRICA • Es una propiedad física intrínseca de algunas partículas subatómicas que se manifiesta mediante fuerzas de atracción y repulsión entre ellas por la mediación de campos electromagnéticos. La materia cargada eléctricamente es influida por los campos electromagnéticos, siendo a su vez, generadora de ellos. La denominada interacción electromagnética entre carga y campo eléctrico es una de las cuatro interacciones fundamentales de la física. Desde el punto de vista del modelo estándar la carga eléctrica es una medida de la capacidad que posee una partícula para intercambiar fotones.
  7. 7. NATURALEZA DE LA CARGA • La carga eléctrica es una propiedad intrínseca de la materia que se presenta en dos tipos. Estas llevan ahora el nombre con las que Benjamin Franklin las denominó: cargas positivas y negativas.4 Cuando cargas del mismo tipo se encuentran se repelen y cuando son diferentes se atraen. Con el advenimiento de la teoría cuántica relativista, se pudo demostrar formalmente que las partículas, además de presentar carga eléctrica (sea nula o no), presentan un momento magnético intrínseco, denominado espín, que surge como consecuencia de aplicar la teoría de la relatividad especial a la mecánica cuántica.
  8. 8. PROPIEDADES DE LAS CARGAS Principio de conservación de la carga. • En concordancia con los resultados experimentales, el principio de conservación de la carga establece que no hay destrucción ni creación neta de carga eléctrica, y afirma que en todo proceso electromagnético la carga total de un sistema aislado se conserva. • En un proceso de electrización, el número total de protones y electrones no se altera, sólo existe una separación de las cargas eléctricas. Por tanto, no hay destrucción ni creación de carga eléctrica, es decir, la carga total se conserva. Pueden aparecer cargas eléctricas donde antes no había, pero siempre lo harán de modo que la carga total del sistema permanezca constante. Además esta conservación es local, ocurre en cualquier región del espacio por pequeña que sea.
  9. 9. Invariante relativista • Otra propiedad de la carga eléctrica es que es un invariante relativista. Eso quiere decir que todos los observadores, sin importar su estado de movimiento y su velocidad, podrán siempre medir la misma cantidad de carga.6 Así, a diferencia del espacio, el tiempo, la energía o el momento lineal, cuando un cuerpo o partícula se mueve a velocidades comparables con la velocidad de la luz, el valor de su carga no variará.
  10. 10. DIFERENCIA DE POTENCIA • La tensión eléctrica o diferencia de potencial (también denominada voltaje) es una magnitud física que cuantifica la diferencia de potencial eléctrico entre dos puntos. También se puede definir como el trabajo por unidad de carga ejercido por el campo eléctrico sobre una partícula cargada para moverla entre dos posiciones determinadas. Se puede medir con un voltímetro. Su unidad de medida es el voltio. • La tensión entre dos puntos A y B es independiente del camino recorrido por la carga y depende exclusivamente del potencial eléctrico de dichos puntos A y B en el campo eléctrico, que es un campo conservativo.
  11. 11. • Si dos puntos que tienen una diferencia de potencial se unen mediante un conductor, se producirá un flujo de electrones. Parte de la carga que crea el punto de mayor potencial se trasladará a través del conductor al punto de menor potencial y, en ausencia de una fuente externa (generador), esta corriente cesará cuando ambos puntos igualen su potencial eléctrico. Este traslado de cargas es lo que se conoce como corriente eléctrica. • Cuando se habla sobre una diferencia de potencial en un sólo punto, o potencial, se refiere a la diferencia de potencial entre este punto y algún otro donde el potencial se defina como cero. • En muchas ocasiones, se adopta como potencia nulo al de la tierra. Este manifiesto se da en la N-P-E
  12. 12. CORRIENTE ELÉCTRICA • La corriente eléctrica o intensidad eléctrica es el flujo de carga eléctrica por unidad de tiempo que recorre un material.1 Se debe al movimiento de las cargas (normalmente electrones) en el interior del material. En el Sistema Internacional de Unidades se expresa en C/s (culombios sobre segundo), unidad que se denomina amperio. Una corriente eléctrica, puesto que se trata de un movimiento de cargas, produce un campo magnético, un fenómeno que puede aprovecharse en el electroimán. • El instrumento usado para medir la intensidad de la corriente eléctrica es el galvanómetro que, calibrado en amperios, se llama amperímetro, colocado en serie con el conductor por el que circula la corriente que se desea medir.
  13. 13. CONDUCCIÓN ELÉCTRICA • Un material conductor posee gran cantidad de electrones libres, por lo que es posible el paso de la electricidad a través del mismo. Los electrones libres, aunque existen en el material, no se puede decir que pertenezcan a algún átomo determinado. • Una corriente de electricidad existe en un lugar cuando una carga neta se transporta desde ese lugar a otro en dicha región. Supongamos que la carga se mueve a través de un alambre.
  14. 14. CONDUCTANCIA ELÉCTRICA • Se denomina conductancia eléctrica (G) a la facilidad que ofrece un material al paso de la corriente eléctrica; es decir, que la conductancia es la propiedad inversa de la resistencia eléctrica. • Al encontrar el recíproco de la resistencia eléctrica de un material se tendrá una medida de que tan bien conducirá éste la electricidad. La cantidad se llama conductancia, tiene el símbolo G y se mide en siemens (S). • No debe confundirse con conducción, que es el mecanismo mediante el cual la carga fluye, o con la conductividad, que es la conductancia específica de un material. • La unidad de medida de la conductancia en el Sistema Internacional de Unidades es el siemens. • Este parámetro es especialmente útil a la hora de tener que manejar valores de resistencia muy pequeños, como es el caso de los conductores eléctricos.
  15. 15. RESISTENCIA ELÉCTRICA • Se le denomina resistencia eléctrica a la oposición al flujo de electrones al moverse a través de un conductor.1 2 La unidad de resistencia en el Sistema Internacional es el ohmio, que se representa con la letra griega omega (Ω), en honor al físico alemán Georg Simón Ohm, quien descubrió el principio que ahora lleva su nombre.
  16. 16. • La resistencia de un conductor depende directamente de dicho coeficiente, además es directamente proporcional a su longitud (aumenta conforme es mayor su longitud) y es inversamente proporcional a su sección transversal (disminuye conforme aumenta su grosor o sección transversal). • Descubierta por Georg Ohm en 1827, la resistencia eléctrica tiene un parecido conceptual con la fricción en la física mecánica. La unidad de la resistencia en el Sistema Internacional de Unidades es el ohmio (Ω). Para su medición, en la práctica existen diversos métodos, entre los que se encuentra el uso de un ohmnímetro. Además, su magnitud recíproca es la conductancia, medida en Siemens.
  17. 17. • Todos los conductores eléctricos se oponen al paso de la corriente eléctrica en mayor o menor medida. Esto es debido a que los portadores de carga (electrones o iones) se encuentran con ciertas dificultades para desplazarse dentro del material del que forman parte. Esta oposición se denomina resistencia eléctrica de un conductor.
  18. 18. • De forma experimental se puede demostrar que la resistencia eléctrica de un conductor depende de: • El material del que está compuesto. • La temperatura a la que se encuentra. Cuanto mayor es la temperatura mayor es su resistencia eléctrica • Su longitud. La resistencia aumenta proporcionalmente a la longitud del conductor. • Su sección. La resistencia disminuye proporcionalmente a la sección transversal del conductor
  19. 19. • Se denomina resistencia eléctrica de un conductor a la oposición que ofrece dicho conductor al paso de la corriente eléctrica. Matemáticamente: R=ρ⋅l/S donde: R es la resistencia eléctrica. ρ es la resistividad del material l es la longitud del conductor. S es la sección del conductor.
  20. 20. CAPACITANCIA ELÉCTRICA • En electromagnetismo y electrónica, la capacidad eléctrica, que es también conocida como capacitancia, es la propiedad que tienen los cuerpos para mantener una carga eléctrica. La capacidad es también una medida de la cantidad de energía eléctrica almacenada para una diferencia de potencial eléctrico dada. El dispositivo más común que almacena energía de esta forma es el condensador. La relación entre la diferencia de potencial (o tensión) existente entre las placas del condensador y la carga eléctrica almacenada en éste, se describe mediante la siguiente expresión matemática: C=Q/V donde: C, es la capacidad, medida en faradios (en honor al físico experimental Michael Faraday); esta unidad es relativamente grande y suelen utilizarse submúltiplos como el microfaradio o picofaradio. Q, es la carga eléctrica almacenada, medida en culombios; V, es la diferencia de potencial (o tensión), medida en voltios
  21. 21. • Cabe destacar que la capacidad es siempre una cantidad positiva y que depende de la geometría del condensador considerado (de placas paralelas, cilíndrico, esférico). Otro factor del que depende es del dieléctrico que se introduzca entre las dos superficies del condensador. Cuanto mayor sea la constante dieléctrica del material no conductor introducido, mayor es la capacidad.
  22. 22. ENERGÍA • El término energía (del griego ἐνέργεια enérgeia, «actividad», «operación»; de ἐνεργóς energós, «fuerza de acción» o «fuerza de trabajo») tiene diversas acepciones y definiciones, relacionadas con la idea de una capacidad para obrar, surgir, transformar o poner en movimiento. • En física, «energía» se define como la capacidad para realizar un trabajo. En tecnología y economía, «energía» se refiere a un recurso natural (incluyendo a su tecnología asociada) para poder extraerla, transformarla y darle un uso industrial o económico.
  23. 23. POTENCIA DE MEMBRANA • El potencial de membrana es la diferencia de potencial a ambos lados de una membrana que separa dos soluciones de diferente concentración de iones, como la membrana celular que separa el interior y el exterior de una célula. Cuando se habla de potenciales de membrana, se debería de hablar del "potencial de difusión" o "potencial de unión líquida".
  24. 24. • Como resultado de la permeabilidad selectiva de la membrana plasmática, la presencia de iones o moléculas con carga negativa que no se difunden dentro de la célula y la acción de varias unidades de bomba sodio-potasio; hay una distribución desigual de cargas a través de la membrana. Como consecuencia, el interior de la célula tiene mayor cantidad de cargas negativas en comparación con el exterior. Esta diferencia de carga da lugar a una diferencia de potencial que se conoce como el potencial de membrana.
  25. 25. POTENCIAL DE REPOSO • Cuando una célula está en reposo, el potencial de membrana se conoce como potencial de reposo. Por convención se toma el potencial externo como cero, por lo que teniendo en cuenta que el interior tiene un exceso de carga negativa, el potencial de membrana en este caso toma valor negativo de -60 a -70 mV. • La separación de carga a través de la membrana, y por lo tanto el potencial de reposo se modifica cada vez que ocurre un flujo neto de iones hacia o desde el interior de la célula. Cuando se produce una disminución de la separación de carga el proceso se denomina despolarización. El caso contrario se conoce como hiperpolarización. • Al modificarse el potencial de membrana se genera un flujo de corriente. Esto es posible por la acción de canales iónicos.
  26. 26. • Existen dos tipos de canales iónicos en la membrana: Canales gated (algo equivalente a decir que tienen posibilidad de ser cerrados) Canales nongated (lo opuesto) • Los canales gated se abren o cierran en respuesta a señales eléctricas, mecánicas o químicas específicas. Mientras que los segundos están siempre abiertos y no son influenciados significativamente por factores extrínsecos. Ellos son importantes para mantener el potencial de membrana en reposo.
  27. 27. POTENCIAL DE ACCIÓN • Así como el potencial de reposo se corresponde con un estado donde la neurona está sin estimular, cuando es estimulada se produce una “explosión de actividad eléctrica” conocido como potencial de acción. • Ante el estímulo, el potencial de reposo toma valores más positivos, pero solo cuando alcanza un valor umbral, de unos – 55 mV, se produce el disparo de un potencial de acción. • Es importante mencionar que todos los potenciales de acción tienen la misma magnitud para cualquier neurona.
  28. 28. • En términos generales el proceso puede describirse teniendo en cuenta el funcionamiento de los canales iónicos. Ante el estímulo se abren primero los canales de sodio permitiendo el ingreso al interior de la célula lo que conduce a la depolarización. Cuando los canales de sodio comienzan a cerrarse se abren los de potasio, permitiendo la salida del mismo con lo que se revierte la depolarización anterior. Con esto se regresa al valor de potencial inicial (-70mV) es decir ocurre la repolarización.
  29. 29. ELECTRICIDAD EN EL SISTEMA NERVIOSO • Los primeros estudios sobre el papel de la electricidad en la conducción nerviosa los realizó en 1791 Luigi Galvani, profesor de Anatomía en la Universidad de Bolonia, Italia. Galvani encontró que cuando ponía en contacto el músculo de la pata de una rana con el nervio correspondiente, el músculo se contraía, por lo que supuso que en la preparación se producía electricidad, que era conducida por el nervio y que hacía contraerse al músculo, y a la que llamó “electricidad animal”. En 1792 el físico de Pavía Alessandro Volta criticó la interpretación de Galvani. Según Volta, los nervios y los músculos podían responder a la electricidad, pero no la producían por sí mismos, y en los experimentos de Galvani la electricidad no se había producido en el nervio o en el músculo, sino en los metales que había utilizado para ponerlos en contacto (Volta había demostrado que se generaba electricidad cuando se ponían en contacto dos metales de distinta clase, y ese es el principio de la llamada pila de Volta).
  30. 30. • Posteriormente, Galvani confirmó su teoría porque repitió los experimentos sin utilizar metales y obtuvo los mismos resultados. Hoy sabemos que efectivamente los nervios producen corrientes eléctricas, que es lo que denominamos potencial de acción. Sin embargo, en su época casi todo el mundo siguió la interpretación de Volta, y a Galvani no se le hizo caso hasta mucho después de su muerte. Volta intervenía en la política y era un personaje importante, mientras que a Galvani no le conocía casi nadie. Aunque se supone que los científicos deben ser objetivos al enjuiciar los méritos de una teoría, a veces no sucede así, como en este caso.
  31. 31. • El sistema nervioso recoge información sobre el mundo exterior, y también sobre el estado del propio organismo, analiza y compara esta información, decide cuál es la respuesta adecuada en cada momento y la ejecuta, almacena la información para uso futuro, y planea la estrategia a largo plazo. El sistema nervioso está formado por células, como todo el resto del organismo. Sin embargo, existe una diferencia: en otros órganos cada célula realiza, en pequeño, la función del órgano, y la suma de las actividades de todas las células produce la actividad total del órgano. Por ejemplo cada célula muscular es capaz de contraerse, y la suma de todas las contracciones de todas las células es la que produce la contracción del músculo. En cambio, una célula nerviosa por sí sola no produce pensamiento o conducta, únicamente recibe y transmite señales eléctricas, y solo por la interconexión y coordinación de todas las neuronas se produce la actividad del sistema nervioso. Se dice por eso que la función del sistema nervioso es una propiedad emergente, es decir un fenómeno que no se podría predecir examinando el funcionamiento de cada uno de sus componentes por separado.
  32. 32. • La función del sistema nervioso se puede reducir en esencia a la transmisión de señales, mediante la cual un estímulo produce una respuesta. Por ejemplo, cuando vemos un pastel apetitoso (el estímulo), los ojos envían señales al cerebro, y este envía señales a los músculos de las manos para cogerlo y llevárselo a la boca (la respuesta). En último extremo, todo el comportamiento humano podría reducirse a cadenas, más o menos complicadas de estímulos y respuestas.
  33. 33. • Las células que forman el sistema nervioso, o neuronas, son células especializadas en recibir y enviar señales, y tienen múltiples prolongaciones por las que entran y salen estas señales. Algunas de estas prolongaciones pueden ser muy largas, por ejemplo, la neurona que envía las órdenes a los músculos del pie están en la parte baja de la columna vertebral, así que la prolongación que transmite esas órdenes mide aproximadamente un metro, que es la distancia entre la columna vertebral y el pie (en una ballena las fibras que llevan las órdenes a los músculos de la cola deben ser casi tan largas como la misma ballena, es decir, más de 20 metros).
  34. 34. • Una neurona, por tanto, está continuamente recibiendo y enviando señales, como una central telefónica. Esas señales de la neurona se denominan potenciales de acción, y como en el caso de la central telefónica, son de naturaleza eléctrica. Sin embargo, las fibras o prolongaciones de las neuronas no están hechas de cobre conductor, como los cables telefónicos, sino del material de la propia célula. Este material no conduce la electricidad tan bien como un cable, de modo que la neurona ha tenido que encontrar una manera propia de propagar las señales sin que pierdan potencia.
  35. 35. • Todas las células tienen una carga eléctrica negativa en su interior. Esta carga eléctrica se debe a la diferencia de concentración de sales entre el interior de la célula y el exterior de la misma, y el proceso es lejanamente parecido al que se produce en una pila, como las que ponemos en la radio. En la pila, hay en su interior una solución de sales, estas sales reaccionan con el metal de la cubierta, y esto produce el movimiento de cargas eléctricas que alimenta a la radio cuando la encendemos. En el caso de la célula, el potasio que hay en su interior tiende a salir de la célula (porque está más concentrado dentro que fuera, y tiende a moverse a donde la concentración es menor), pero como el potasio tiene carga eléctrica positiva esto deja el interior de la célula con un exceso de cargas negativas. Este movimiento de cargas produce un voltaje o diferencia de potencial, igual que el que se produce entre los polos de una pila pero unas 20 veces menor.
  36. 36. REPRESENTACIÓN
  37. 37. GRACIAS.

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