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Biofísica
Objetivos y Contenidos
Dr. Juan José Aranda Aboy
OBJETIVOS GENERALES
• Describir y analizar los seres vivos desde el punto de
vista de la Física, lo que implica tomar en cuenta
conocimientos de Matemáticas, Biología, Química e
Informática.
• Dar las bases iniciales para la experimentación
física, y aplicación y protección del ser vivo utilizando
las Ciencias Fisicomatemáticas.
• Explicar el método que emplea la Física para tratar
problemas fisiológicos y otros temas biomédicos.
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Profesor - Investigador Titular
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1. Introducción
q Física, Química, Biología, Matemáticas,
Informática y Modelos.
q ¿Qué es Biofísica?
q Las unidades del Sistema Internacional
(SI) en las ciencias de la salud, según la
O.M.S.
Objetivos:
 Definir qué se entiende por Biofísica.
 Referenciar las unidades SI en las ciencias de la salud.
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2. Biomecánica
q Estática. Momento de una fuerza.
q Elasticidad por flexión plana. Elasticidad por
torsión.
q Elasticidad en tubos.
q Tensión en la pared de los ventrículos.
q Elasticidad en vasos sanguíneos.
Objetivo:
 Explicar las características biomecánicas del cuerpo humano.
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3. Conceptos básicos de la
Termodinámica clásica
q
q
q
q
Ley cero: Termometría
Primera Ley de la Termodinámica
Transmisión del Calor
Segunda Ley. Interpretación en sistemas no
aislados.
Objetivos:
 Caracterizar los sistemas biológicos a partir de sus propiedades
termodinámicas.
 Describir los conceptos de Entropía y Equilibrio en sistemas no
aislados.
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4. Tensión Superficial y
Dinámica de fluidos
q Tensión superficial. Coeficiente. Ley de Laplace Young.
q Capilaridad. Ley de Jurin. Ley de Tate. Embolia
gaseosa.
q Ecuación de Bernouilli. Fenómeno de Venturi.
q Viscosidad cinemática. Bingham. Casson.
q Ley de Pouseuille - Hagen.
q Número de Reynolds. Flujo turbulento.
Objetivo:
 Explicar las leyes físicas que gobiernan los fluidos líquidos y gaseosos
dentro del cuerpo humano.
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5. La Respiración
q
q
q
q
Volumen pulmonar.
Flujo pulmonar.
Difusión pulmonar.
Hipopresión e Hiperpresión.
Objetivo:
 Caracterizar y describir las leyes físicas que gobiernan la
respiración humana.
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6. La Circulación Corporal
q Suspensiones de partículas en fluidos en
movimiento.
q Trabajo y rendimiento cardiacos.
q Gasto cardiaco. Ley de Fick.
q Flujo sanguíneo. Método Doppler-Fizzeau.
q Presión sanguínea. Método de Riva-Rocci.
Objetivos:

Caracterizar y describir las leyes físicas que regulan el proceso de la
circulación corporal.

Describir los principales métodos y técnicas para evaluar la
circulación corporal.
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7. Bioelectricidad y
biomagnetismo.
Potencial creado por un dipolo.
Potencial creado por una hoja eléctrica.
Dipolo cardiaco equivalente.
Vectorcardiograma.
Electrocardiografía. Triángulo de Einthoven.
Electroencefalografía, Electro miografía y Electro
oculografía.
q Campos Magnéticos. Resonancia.
q
q
q
q
q
q
Objetivos:
 Describir el campo electromagnético de los sistemas biológicos.
 Caracterizar y explicar los principales biopotenciales generados por el cuerpo humano.
 Caracterizar y explicar el concepto de Resonancia Magnética.
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8. Biofísica sensorial
q
q
q
q
q
Luz y Visión
Fuentes luminosas. Receptores luminosos.
Agudeza visual.
Decibelio y fon.
Oído externo, medio e interno. Fenómenos
de transducción.
Objetivo:

Caracterizar y explicar los elementos que integran los
sistemas de percepción visual y auditiva de los seres humanos.
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9. Biofísica de las radiaciones
q Origen y clasificación de las radiaciones.
q Interacción con la materia.
q
Detección de las radiaciones ionizantes.
Dosimetría
q Radiaciones no ionizantes.
Objetivos:

Explicar las principales causas de exposición a radiaciones con que
nos encontramos los seres vivos.

Describir los efectos comprobados de las radiaciones a la salud.

Caracterizar y explicar las principales normas de seguridad para los
seres humanos relativas al uso médico de radiaciones.
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10. Termodinámica de Procesos
Irreversibles
q
q
q
q
Hipótesis y Métodos.
Entropía.
Modelación de Sistemas biológicos
Caos
Objetivos:

Describir las diferencias esenciales entre la Termodinámica de
los Procesos Irreversibles y la Clásica.

Caracterizar y modelar sistemas biológicos.
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Seminarios
1. Conducción del calor y Análisis de Fourier.
2. Digitalización de señales analógicas. Toma de muestras.
Teorema de Nyquist.
3. Análisis de señales bioeléctricas.
4. Análisis de electrocardiogramas (ECG) como función no
lineal.
5. Rescate de una señal repetitiva inmersa en ruido:
Electroencefalograma (EEG)
6. Potenciales evocados visuales y auditivos.
7. Análisis de funciones fisiológicas como fenómenos
caóticos.
Cada grupo presentará su trabajo en la fecha asignada. Se tomará en
cuenta tanto la calidad de la documentación escrita como la de la
presentación oral para la nota correspondiente.
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Experiencias de Laboratorio 1
1: Medición de la viscosidad. Fórmula de Stokes. Ley
de Poiseuille.
Objetivo: Comprobar, mediante métodos de simulación, la conducta de
los fluidos: agua, alcohol, aceite, mercurio y glicerina.
2: Tensión superficial.
Objetivo: Comprobar, mediante métodos de simulación, las
características de interacción molecular en los fluidos: agua, alcohol,
aceite, benceno, petróleo y glicerina.
3: Interferencia y difracción.
Objetivo: Comprobar, mediante métodos de simulación, los patrones
característicos de interferencia y difracción para describir sustancias.
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Experiencias de Laboratorio 2
4: Funciones diastólica y sistólica del corazón.
Gradientes de presión.
Objetivo: Comprobar, mediante métodos de simulación, la función de
bomba del corazón, así como la variación de la presión en dicho músculo
y en los grandes vasos.
5: Osciloscopio. Estudio y visualización de
Electrocardiogramas (ECGs) y
Electroencefalogramas (EEGs).
Objetivo: Comprobar las características de los dos biopotenciales
principales.
6: Electrocardiograma (ECG) dinámico no lineal y
Análisis tiempo-frecuencia.
Objetivo:
Comprobar
y
describir
las
características
del
Electrocardiograma de alta resolución y analizar el fenómeno de la
variabilidad R-R
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SISTEMA DE EVALUACIÓN
La evaluación de la asignatura se realiza con
las ponderaciones:
Parte teórica:



Dos pruebas solemnes
Presentación del Seminario
Un examen global
20% cada una
10%
30 %.
Parte práctica:

Experiencias de Laboratorio:
20 %.
Se recomienda cumplir con un 70 % de asistencia a clases.
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BIBLIOGRAFÍA
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Fernández, B. “Introducción a la Mecánica de Fluidos” 3ra edición. Ed. Universidad Católica de Chile,
2000 (ISBN 956-14-0290-4)
Franco García, A. “Física con ordenador. Curso Interactivo de Física en Internet”, 2002,
http://www.sc.ehu.es/sbweb/index.htm
García-Colín Scherer,L. y Godoy Salas,S. “Conceptos Básicos en Termodinámica Clásica” EDICOL
S.A., México, 1976 (fotocopia sin ISBN)
Gershenfeld,N. “The Nature of Mathematical Modelling”, Cambridge University Press, 1999. (ISBN 0521-57095-6)
Hobbie,R.K. “Intermediate Physics for Medicine and Biology” 3rd Ed. Springer-Verlag, 1997 (ISBN 156396-458-9)
Jou,D.; Llebot,J.E. y Pérez García,C. “Física para Ciencias de la Vida” McGrawHill / Interamericana,
1994 (ISBN 84-481-1817-0)
Krauskopft, K.B. y Beiser,A. “El Universo de las Ciencias Físicas” 5ta Edición McGrawHill, 1990 (ISBN
0-07-035484-7)
Montero,F. y Morán,F. “Biofísica: Procesos de Autoorganización en Biología”, Eudema Universidad,
1992 (84-7754-099-3)
Parisi,M. “Temas de Biofísica”. McGrawHill /Interamericana, 2001 (ISBN 956-278-144-5)
Serway,R.A “Física” 3ra edición. McGrawHill, 1993 (ISBN 970-10-0328-4)
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http://courses.engr.wisc.edu/ecow/get/bme/310/webster/bme310bioi/
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