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Electromagnetismo en la Medicina Objetivos:Comprender como se desplazan cargas en nuestro cuerpo y como estas son empleados en la operación del cuerpo.

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Presentación del tema: "Electromagnetismo en la Medicina Objetivos:Comprender como se desplazan cargas en nuestro cuerpo y como estas son empleados en la operación del cuerpo."— Transcripción de la presentación:

1 Electromagnetismo en la Medicina Objetivos:Comprender como se desplazan cargas en nuestro cuerpo y como estas son empleados en la operación del cuerpo. 1 – UACH-2008-Fisica-en-la-Mediciona-07-Electromagnetismo-Version Dr. Willy H. Gerber Instituto de Fisica Universidad Austral Valdivia, Chile

2 Descarga eléctrica – UACH-2008-Fisica-en-la-Mediciona-07-Electromagnetismo-Version Electrodinámica

3 Cargas y su comportamiento – UACH-2008-Fisica-en-la-Mediciona-07-Electromagnetismo-Version Las cargas son discretas, múltiplos de la carga elemental e = 1.6 x C (Coulomb) la carga de un electrón

4 Carga y fuerza de Coulomb – UACH-2008-Fisica-en-la-Mediciona-07-Electromagnetismo-Version Carga [C: Coulomb] Carga de test Fuerza [N] Carga [C: Coulomb] Carga de test [C:Coulomb] Distancia Carga – Carga test [m] Constante de campo = 8.85x C 2 /Nm 2 Numero dieléctrico (en caso de que el medio se polarice) Campo Eléctrico [N/C=V/m (V: Volt)] Charles Coulomb

5 Representación de líneas de campo – UACH-2008-Fisica-en-la-Mediciona-07-Electromagnetismo-Version

6 Ley de Gauss – UACH-2008-Fisica-en-la-Mediciona-07-Electromagnetismo-Version Carl Friedrich Gauss

7 Potencial de una Carga – UACH-2008-Fisica-en-la-Mediciona-07-Electromagnetismo-Version Carga [C: Coulomb] Potencial [V: Volt (V=Nm/C energía por carga)] Carga [C: Coulomb] Carga de test [C:Coulomb] Distancia Carga – Carga test [m] Constante de campo = 8.85x C 2 /Nm 2 Numero dieléctrico (en caso de que el medio se polarice)

8 Dipolo eléctrico – UACH-2008-Fisica-en-la-Mediciona-07-Electromagnetismo-Version Potencial [V: Volt] Momento dipolar [Cm] Carga [C: Coulomb] Distancia a un punto en que se mide el campo [m] Angulo en que se mide el campo [radianes o grados] Constante de campo = 8.85x C 2 /Nm 2 Numero dieléctrico (en caso de que el medio se polarice) Momento dipolar

9 Ley de Ohm – UACH-2008-Fisica-en-la-Mediciona-07-Electromagnetismo-Version Potencial [V: Volt] Resistencia [ Ω: Ohm] Corriente [A: Amperes = C/s] En el caso del cuerpo humano las principales corrientes no se deben a electrones, si no a los iones Na +, K +, Ca 2+ y Cl Georg Simon Ohm

10 Calculo de la Resistencia – UACH-2008-Fisica-en-la-Mediciona-07-Electromagnetismo-Version Resistencia [Ω: Ohm] Densidad de resistencia [Ωm] Sección [m 2 ] Largo [m] Resistencia por largo [Ω/m] Conductividad [S: Siemens = 1/Ω]

11 Densidad de resistencia – UACH-2008-Fisica-en-la-Mediciona-07-Electromagnetismo-Version TejidoDensidad Resistencia [ Ω m] Sangre1.6 Plasma0.7 Músculos corazón - fibra 2.5 Músculos corazón - fibra5.6 Músculos esqueletos - fibra Músculos esqueletos - fibra Pulmones – aspirando17 Pulmones - expirando8 Grasa25 Hueso177 Hígado7 Cerebro – masa gris2.8 Cerebro – masa blanca6.8 Piel - mojada10 +5 Piel - seca10 +7

12 Conductividad en sistemas biológicos – UACH-2008-Fisica-en-la-Mediciona-07-Electromagnetismo-Version Numero de moles de los iones i Conductividad molar de iones i Ion Λ [1/Ω mM] Con. Sangre [mM]Con. Citoplasma [mM] H+H OH 19.8 Na Cl

13 Voltaje entre dos superficies cargadas – UACH-2008-Fisica-en-la-Mediciona-07-Electromagnetismo-Version Potencial [V: Volt] Cargas en cada superficie [C: Coulomb] Capacidad [F: Farad] Numero dieléctrico del medio entre las placas Constante de campo = 8.85x C 2 /Nm 2 Área de las placas [m 2 ] Distancia de las placas [m]

14 Voltaje entre dos superficies cargadas – UACH-2008-Fisica-en-la-Mediciona-07-Electromagnetismo-Version Dieléctrico Causa a nivel atómico

15 Permeabilidad de las membranas celulares – UACH-2008-Fisica-en-la-Mediciona-07-Electromagnetismo-Version

16 Movimientos de cargas en un campo eléctrico – UACH-2008-Fisica-en-la-Mediciona-07-Electromagnetismo-Version Campo Eléctrico o o o o o o o o o

17 Descarga eléctrica – UACH-2008-Fisica-en-la-Mediciona-07-Electromagnetismo-Version Neuronas

18 – UACH-2008-Fisica-en-la-Mediciona-07-Electromagnetismo-Version Sinapsis Dendritas Núcleo Axón Terminación nerviosas Cuerpo de la célula Señal de otra neurona Neuronas -Motoras -Transmisor de Señales -Re transmisoras Velocidad de la señal 60 m/s

19 Polarización de membranas celulares – UACH-2008-Fisica-en-la-Mediciona-07-Electromagnetismo-Version Na + (15 mM/L) K + (150 mM/L) Cl - (9 mM/L) Otros - (156 mM/L) V = - 70 mV Neutral Na + (145 mM/L) K + (5 mM/L) Cl - (125 mM/L) Otros + (5 mM/L) Otros - (30 mM/L) V = 0 mV Neutral Membrana Interior del axón Exterior del axón Otros: otros iones y proteínas cargadas mM/L: mili moles por litro Despolarización: - 60 mV -> señal +30 mV Hiperpolarización: - 80 mV

20 Movimientos de cargas en un campo eléctrico – UACH-2008-Fisica-en-la-Mediciona-07-Electromagnetismo-Version Campo Eléctrico o o o o o o o o o Na + (15 mM/L) K + (150 mM/L) Cl - (9 mM/L) Otros - (156 mM/L) V = - 70 mV Neutral Na + (145 mM/L) K + (5 mM/L) Cl - (125 mM/L) Otros + (5 mM/L) Otros - (30 mM/L) V = 0 mV Neutral (Bomba de Iones) (Campo Eléctrico) (Bloqueados)

21 Axón - Resistencia – UACH-2008-Fisica-en-la-Mediciona-07-Electromagnetismo-Version Resistencia del núcleo por largo Resistencia de la membrana por largo

22 Conducción – UACH-2008-Fisica-en-la-Mediciona-07-Electromagnetismo-Version Flujo de Na + (bomba de iones - despolarización) Flujo de K + (campo eléctrico - re polarización) -70mV +30mV

23 Axón - Capacidad – UACH-2008-Fisica-en-la-Mediciona-07-Electromagnetismo-Version r n = 5x10 -6 m ρ n = 0.5 Ω m d m = 6x10 -9 m ρ m = 10 7 Ω m Capacidad de la membrana c = = ε ε 0 = 3.24x10 -7 F/m 2πrndm2πrndm CLCL ε = 7 Cargas por longitud (q = Q/L) para crear el Voltaje de – 70 mV y luego 30 mV q -70mV = cV = -2.27x10 -8 C/m q +30mV = cV = +9.73x10 -9 C/m

24 Axón - Capacidad – UACH-2008-Fisica-en-la-Mediciona-07-Electromagnetismo-Version Cargas en el anillo interior de la membrana qs -70mV = -7.23x10 -4 C/m 2 qs +30mV = +3.10x10 -4 C/m 2 ns = qs/e ns -70mV = 4.52x /m 2 ns +30mV = +1.94x /m 2 ns = 6.45x /m 2 = / μ m 2 En el interior se encuentran por los 15mM/L: 15 mM/L = x /10 -3 m 3 = 9.04x /m 3 = 9.04x / μ m % de los iones atraviesan la pared!!!

25 Descarga eléctrica – UACH-2008-Fisica-en-la-Mediciona-07-Electromagnetismo-Version Sensores

26 Sensores (audio, óptico, gusto, olor) – UACH-2008-Fisica-en-la-Mediciona-07-Electromagnetismo-Version Terminaciones nerviosas (Eferente) Terminaciones nerviosas (Aferente) Núcleo Kinocillium Stereocillium Microvilli Cuerpo basal Placa cuticular Algunos canales abiertos Todos los canales abiertos (despolarización) Todos los canales cerrados (hiperpolarización)

27 Descarga eléctrica – UACH-2008-Fisica-en-la-Mediciona-07-Electromagnetismo-Version Corazon

28 Descarga eléctrica – UACH-2008-Fisica-en-la-Mediciona-07-Electromagnetismo-Version Contracción atrial Contracción Ventricular Tiempo (s) Voltaje (mV) Nodo Sinoatrial Nodo Atrio ventricular Nodo Sino atrial Fibras de Purkinje

29 Descarga eléctrica – UACH-2008-Fisica-en-la-Mediciona-07-Electromagnetismo-Version ABCDE VLVL VLVL VLVL VLVL VLVL VFVF VFVF VFVF VFVF VFVF

30 Descarga eléctrica – UACH-2008-Fisica-en-la-Mediciona-07-Electromagnetismo-Version Sena de problemas : R ampliado

31 Descarga eléctrica – UACH-2008-Fisica-en-la-Mediciona-07-Electromagnetismo-Version Sin P, irregular QRS – irregular contracción atrial - fibrilización No hay relación entre P y QRS – falta de conducción entre nodos – bombeo ineficiente

32 Descarga eléctrica – UACH-2008-Fisica-en-la-Mediciona-07-Electromagnetismo-Version Descarga Eléctrica

33 Descarga eléctrica – UACH-2008-Fisica-en-la-Mediciona-07-Electromagnetismo-Version Corrientes sobre 10 mA: -Perdida de control sobre músculos (no puede soltar objeto) -Perdida de control de músculos de respiración y control de circulación -100mA a 4A fibrilación ventricular Barrera Ohm piel seca, 1000 Ohm piel mojada Resistencia interna baja Ohm pie-cabeza 220 V -> con 500 Ohm = 440mA – 4 veces lo necesario para fibrilizar

34 Contacto Dr. Willy H. Gerber Instituto de Fisica Universidad Austral de Chile Campus Isla Teja Casilla 567, Valdivia, Chile – UACH-2008-Fisica-en-la-Mediciona-07-Electromagnetismo-Version-04.09


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