28. SISTEMAS BIOFÍSICOS MECÁNICOS: FUERZA Y ENERGÍA, ELASTICIDAD Y RESISTENCIA DE LOS TEJIDOS HUMANOS

Aunque cada órgano del cuerpo realiza sus funciones específicas, los órganos también funcionan juntos por grupos, a los que se denomina sistemas orgánicos. Los médicos clasifican las enfermedades y sus propias especialidades médicas de acuerdo a los diferentes sistemas orgánicos, y este libro también se estructura en gran medida basándose en este concepto. (Villa-Forte, 2018)

Algunos ejemplos de sistemas orgánicos y sus funciones incluyen:

El aparato digestivo (o gastrointestinal), que se extiende desde la boca hasta el ano, se encarga de recibir los alimentos, digerirlos y eliminar los residuos en las heces. El aparato digestivo no solo está formado por el estómago, el intestino delgado y el intestino grueso, que mueven y absorben los alimentos, sino que incluye también órganos asociados, como el páncreas, el hígado y la vesícula biliar, los cuales producen enzimas digestivas, eliminan las toxinas y almacenan las sustancias necesarias para la digestión.(Villa-Forte, 2018)

El aparato cardiovascular o sistema cardiovascular incluye el corazón (cardio) y los vasos sanguíneos (vascular). Este sistema es el encargado del bombeo y de la circulación de la sangre. (Villa-Forte, 2018)

El sistema musculoesquelético está formado por los huesos, los músculos, los ligamentos, los tendones y las articulaciones, que sostienen el cuerpo y permiten su movilidad. (Villa-Forte, 2018)

El sistema respiratorio incluye a las fosas nasales, faringe, laringe, pulmones, que facilitan el intercambio gaseoso. (Villa-Forte, 2018)

El sistema excretor o urinario incluye los riñones y sus conductos, que funcionan en la extracción de desechos metabólicos, osmorregulación, y homeostasis (mantenimiento del equilibrio químico del cuerpo). (Villa-Forte, 2018)

El sistema endocrino lo componen las glándulas productoras de hormonas que actúan en la regulación del crecimiento, metabolismo y procesos reproductores. (Villa-Forte, 2018)

El sistema nervioso está constituido por, principalmente, el cerebro y la médula espinal (SNC), los ganglios y nervios (SNP), los órganos de los sentidos que detectan y analizan estímulos para elaborar respuestas apropiadas mediante la estimulación de los efectores apropiados (los músculos y las glándulas). (Villa-Forte, 2018)

El aparato reproductor lo constituyen las gónadas (testículos y ovarios) que producen las células sexuales o gametos, los conductos genitales y los órganos y glándulas accesorias. (Villa-Forte, 2018)

El sistema linfático está conformado por un grupo de capilares circulatorios en los que se recoge y transporta líquido acumulado en los tejidos denominado linfa. El sistema linfático tiene una importancia primordial para el transporte hasta el torrente sanguíneo de lípidos digeridos procedentes del intestino, para eliminar y destruir sustancias tóxicas, y para oponerse a la difusión de enfermedades a través del cuerpo. (Villa-Forte, 2018)

Principales Sistemas Orgánicos
Sistema	Órganos	Funciones principales
Cardiovascular	·        Corazón ·        Vasos sanguíneos	Bombear la sangre de manera que circule por todo el cuerpo.
Respiratorio	·        Nariz ·        Boca ·        Faringe ·        Laringe ·        Tráquea ·        Bronquios ·        Pulmones	Añadir O a la sangre y eliminar CO2 a través del proceso de intercambio gaseoso.
Nervioso	·        Cerebro ·        Médula espinal ·        Nervios (craneales y espinales)	Dirigir los movimientos corporales voluntarios e involuntarios. Permitir el pensamiento, la conciencia y las emociones.
Piel	·        Piel ·        Tejidos subyacentes (grasa, vasos sanguíneos, músculos, glándulas)	Proteger el organismo de factores externos.
Musculoesquelético	·        Músculos ·        Tendones y ligamentos ·        Huesos ·        Articulaciones	Proporcionar estructura y forma. Permitir la locomoción.
Sangre (Sistema Inmunológico)	·        Plasma sanguíneo ·        Células formes (eritrocitos, leucocitos y trombocitos) ·        Médula ósea ·        Bazo ·        Timo	Transportar O y nutrientes a todas las células del cuerpo. Eliminar CO2 y materiales de desecho. Proteger al cuerpo de antígenos mediante la defensa inmunológica.
Digestivo	·        Boca ·        Esófago ·        Estómago ·        Intestinos (delgado y grueso) ·        Recto ·        Ano ·        Hígado ·        Vesícula biliar ·        Páncreas ·        Apéndice vermiforme	Extraer los nutrientes de los alimentos y excretar productos de desecho fuera del cuerpo (nutrición y digestión).
Endocrino	·        Glándula tiroidea ·        Glándula paratiroidea ·        Glándulas suprarrenales ·        Hipófisis ·        Páncreas ·        Estómago (gastrina) ·        Glándula pineal ·        Ovarios ·        Testículos	Producir hormonas, mensajeros químicos, que viajan a través de la sangre para dirigir distintas actividades y funciones de órganos y sistemas orgánicos.
Urinario	·        Riñón ·        Uréter ·        Vejiga ·        Uretra	Filtrar los productos de desecho de la sangre.
Reproductor	·        Pene y vagina ·        Próstata ·        Vesículas seminales ·        Testículos ·        Cuello uterino ·        Útero ·        Trompas de Falopio ·        Ovarios	Permitir la reproducción.

Autor: Ariana Lisbeth Parrales Peñaherrer, Cristina Panchana, Katherine Delgado 

Fuerza y Energía

Trabajo y energía relacionados: energía es capacidad para realizar trabajo (cuando un sistema realiza un trabajo sobre otro le transfiere energía). Hay dos tipos o formas principales de energía:

·       Cinética: debida al movimiento.

·       Potencial: debida a la posición en un campo de fuerzas (gravitatoria, electromagnética, elástica, …). (Universidad de Granada, 2016)

Veremos que la energía está relacionada con una ley de conservación: la energía total se conserva, aunque haya intercambios de un tipo por otro. A la hora de resolver problemas, cuando no se conoce bien la fuerza o se prefiere una forma alternativa, el principio de la conservación de la energía generalmente simplifica los cálculos. (Universidad de Granada, 2016)

Una ventaja a la hora de trabajar con trabajos y energías en vez de con fuerzas es que las primeras son magnitudes escalares. (Universidad de Granada, 2016)

Trabajo realizado por una fuerza

El trabajo realizado por una fuerza constante F que produce un desplazamiento r en una dirección que forma un ángulo θ con la línea de acción de la fuerza se define como producto escalar. (Universidad de Granada, 2016)

·       El trabajo es nulo si r=0 y/o la fuerza es perpendicular al desplazamiento. Ej.: el realizado por el peso sobre un cuerpo en una superficie horizontal. (Universidad de Granada, 2016)

·       El trabajo es positivo si la fuerza es favorable al movimiento (cosθ >0). (Universidad de Granada, 2016)

·       El trabajo es negativo si la fuerza se opone al movimiento (cosθ). Ej.: el realizado por una fuerza de rozamiento. (Universidad de Granada, 2016)

Energía Cinética

Supongamos una partícula de masa m bajo la acción de una fuerza resultante F que la desplaza a lo largo de una trayectoria, se define la energía cinética de la partícula como un escalar con las mismas unidades que el trabajo. (Universidad de Granada, 2016) 

Teorema del trabajo y la energía: El trabajo total W realizado sobre un objeto para desplazarlo de una posición A a otra B es igual al cambio de la energía cinética del objeto. Es un teorema general que se cumple para todo tipo de fuerzas. (Si W>0 la velocidad aumenta y si W<0 la velocidad disminuye). (Universidad de Granada, 2016)

Energía Potencial

El trabajo realizado por ciertas fuerzas (conservativas) puede obtenerse a partir de la variación de otra forma de energía (potencial) que depende de la posición del objeto o de la configuración del sistema. (Universidad de Granada, 2016)

Supongamos la fuerza de la gravedad y calculemos el W realizado sólo por esta fuerza (mg) al mover un objeto a lo largo de dos caminos diferentes que unan el punto inicial A y el final B, veremos que el trabajo es el mismo. Se puede probar que, aunque elijamos otro camino, W sólo depende de la diferencia de altura h entre A y B. θ A C B mg h d mgsen θ Cap. 3/7 Una fuerza es conservativa si el trabajo realizado por la misma entre dos puntos A y B es independiente del camino (la trayectoria seguida). Por tanto, el trabajo realizado sólo depende de las posiciones inicial y final. (Universidad de Granada, 2016)

Elasticidad y resistencia de los tejidos humanos

La elasticidad es una propiedad que también se encuentra en muchos órganos, tejidos y músculos de los organismos, teniendo esto relación con la capacidad de crecer y volverse elásticos de acuerdo a diferentes situaciones. Un ejemplo claro de órgano elástico es la del estómago, que puede aumentar varias veces su tamaño original para luego volver a su estado de reposo luego de haberse realizado el proceso de alimentación. Normalmente, en el caso de los órganos y músculos, la elasticidad tiene que ver con una correcta hidratación ya que la ausencia de agua (como sucede con la piel) resquebraja y atrofia a los diferentes tejidos. La resistencia es la tendencia de un material a resistir el flujo de corriente y es específica para cada tejido, dependiendo de su composición, temperatura y de otras propiedades físicas. (Alvarado, 2014)

Los nervios, encargados de transmitir señales eléctricas, los músculos, y los vasos sanguíneos con su alto contenido en electrolitos y agua son buenos conductores. Los huesos, los tendones y la grasa tienen una gran resistencia y tienden a calentarse y coagularse antes que transmitir la corriente. (Alvarado, 2014)

Alrededor de 85% de la masa muscular esquelética del ser humano está compuesta por fibras musculares propiamente dichas. (Alvarado, 2014)

El 15% restante está formado en gran parte por tejido conectivo compuesto en cantidades variables por fibras colágenas, reticulares y elásticas (Alvarado, 2014)

Fibras colágenas. Son las más abundantes. Están formadas por la proteína colágeno. Brindan rigidez y resistencia al tejido. El colágeno es la proteína más abundante del organismo humano, representando el 30% del total. Se encuentran en la gran mayoría de los tejidos conectivos, sobre todo en el hueso, el cartílago, los tendones y los ligamentos. Son flexibles y resistentes. (Alvarado, 2014)

Fibras elásticas. Son más pequeñas que las de colágeno, se ramifican y vuelven a reunirse libremente unas con otras. Están constituidas por la proteína (colágeno) y elastina. Al igual que las fibras de colágeno, proporcionan resistencia, pero además pueden estirarse ampliamente, sin romperse. Las fibras elásticas son muy abundantes en la piel, los vasos sanguíneos y los pulmones, se estiran sin romperse hasta el 150% de su longitud. (Alvarado, 2014)

Por lo tanto, el tejido conectivo constituye una estructura de elementos simples y, en su mayoría, semejantes a muelles, es decir, los componentes elásticos del musculo. (Alvarado, 2014)

La elasticidad es una propiedad que también se encuentra en muchos órganos, tejidos y músculos de los organismos, teniendo esto relación con la capacidad de crecer y volverse elásticos de acuerdo a diferentes situaciones. Un ejemplo claro de órgano elástico es la del estómago, que puede aumentar varias veces su tamaño original para luego volver a su estado de reposo luego de haberse realizado el proceso de alimentación. Normalmente, en el caso de los órganos y músculos, la elasticidad tiene que ver con una correcta hidratación ya que la ausencia de agua (como sucede con la piel) resquebraja y atrofia a los diferentes tejidos. (Haller, 2016)

La resistencia es la tendencia de un material a resistir el flujo de corriente y es específica para cada tejido, dependiendo de su composición, temperatura y de otras propiedades físicas. (Haller, 2016)

Los nervios, encargados de transmitir señales eléctricas, los músculos, y los vasos sanguíneos con su alto contenido en electrolitos y agua son buenos conductores. Los huesos, los tendones y la grasa tienen una gran resistencia y tienden a calentarse y coagularse antes que transmitir la corriente. (Haller, 2016)

PARA MAYOR INFORMACION ACCEDER A:

• https://www.uv.es/hort/cuerpohumano/cuerpohumano.html
• https://biofisica6.webnode.es/estandar-i/elasticidad-y-resistencia-de-los-tejidos-humanos/
• http://biofisicasegundosemestreug.blogspot.com/2015/08/unidad-1-desarrollo.html