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

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electromagnetismo en la medicina

Electromagnetismoen la Medicina

Dr. Willy H. Gerber

Instituto de Fisica

Universidad Austral

Valdivia, Chile

Objetivos:

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

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slide2

Descarga eléctrica

Electrodinámica

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slide3

Cargas y su comportamiento

Las cargas son discretas,

múltiplos de la carga elemental

e = 1.6 x 10-19 C (Coulomb)

la carga de un electrón

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slide4

Carga y fuerza de Coulomb

Carga [C: Coulomb]

Carga de test

Charles Coulomb

Fuerza [N]

Carga [C: Coulomb]

Carga de test [C:Coulomb]

Distancia Carga – Carga test [m]

Constante de campo = 8.85x10-12 C2/Nm2

Numero dieléctrico (en caso de que el medio se polarice)

Campo Eléctrico [N/C=V/m (V: Volt)]

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Representación de líneas de campo

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slide6

Ley de Gauss

Carl Friedrich Gauss

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slide7

Potencial de una Carga

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 = 8.85x10-12 C2/Nm2

Numero dieléctrico (en caso de que el medio se polarice)

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slide8

Dipolo eléctrico

Momento dipolar

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 = 8.85x10-12 C2/Nm2

Numero dieléctrico (en caso de que el medio se polarice)

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Ley de Ohm

Georg Simon Ohm

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+, Ca2+ y Cl−

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slide10

Calculo de la Resistencia

Resistencia [Ω: Ohm]

Densidad de resistencia [Ωm]

Sección [m2]

Largo [m]

Resistencia por largo [Ω/m]

Conductividad [S: Siemens = 1/Ω]

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slide11

Densidad de resistencia

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Conductividad en sistemas biológicos

Numero de moles de los iones i

Conductividad molar de iones i

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Voltaje entre dos superficies cargadas

Potencial [V: Volt]

Cargas en cada superficie [C: Coulomb]

Capacidad [F: Farad]

Numero dieléctrico del medio entre las placas

Constante de campo = 8.85x10-12 C2/Nm2

Área de las placas [m2]

Distancia de las placas [m]

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slide14

Voltaje entre dos superficies cargadas

Dieléctrico

Causa a nivel atómico

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slide15

Permeabilidad de las membranas celulares

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Movimientos de cargas en un campo eléctrico

Campo Eléctrico

+

o

+

o

+

+

+

+

+

+

o

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+

+

o

o

o

o

+

o

+

o

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Descarga eléctrica

Neuronas

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slide18

Neuronas

  • Neuronas
  • Motoras
  • Transmisor de Señales
  • Re transmisoras
  • Velocidad de la señal 60 m/s

Sinapsis

Dendritas

Núcleo

Señal de otra

neurona

Cuerpo de la célula

Axón

Terminación nerviosas

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Polarización de membranas celulares

Interior del axón

Exterior del axón

Membrana

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-

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+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

+

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

Despolarización: - 60 mV -> señal +30 mV

Hiperpolarización: - 80 mV

Otros: otros iones y proteínas cargadas

mM/L: mili moles por litro

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Movimientos de cargas en un campo eléctrico

Campo Eléctrico

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)

+

o

+

o

+

+

+

+

+

+

o

-

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-

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+

+

o

o

o

o

+

o

+

o

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Axón - Resistencia

Resistencia del núcleo por largo

Resistencia de la membrana por largo

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Conducción

+ + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +

Flujo de Na+

(bomba de iones

- despolarización)

− − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − −

Flujo de K+

(campo eléctrico

- re polarización)

− − − − + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + + +

+ + + + − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − − −

+ + + + − − − − + + + + + + + + + + + + + + + + + +

− − − − + + + + − − − − − − − − − − − − − − − − − −

+30mV

-70mV

+ + + + + + + + − − − − + + + + + + + + + + + + + +

− − − − − − − − + + + + − − − − − − − − − − − − − −

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Axón - Capacidad

dm = 6x10-9 m

ρm = 107Ωm

rn = 5x10-6 m

ρn = 0.5 Ωm

ε = 7

Capacidad de la membrana

2πrn

dm

C

L

c = = εε0 = 3.24x10-7 F/m

Cargas por longitud (q = Q/L) para crear el Voltaje de – 70 mV y luego 30 mV

q+30mV = cV = +9.73x10-9 C/m

q-70mV = cV = -2.27x10-8 C/m

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Axón - Capacidad

Cargas en el anillo interior de la membrana

qs+30mV = +3.10x10-4 C/m2

qs-70mV = -7.23x10-4 C/m2

ns = qs/e

ns+30mV = +1.94x10-15 1/m2

ns-70mV = 4.52x10-15 1/m2

ns = 6.45x10-15 1/m2 = 6453 1/μm2

En el interior se encuentran por los 15mM/L:

15 mM/L = 15 6.02x10-23 10-3 /10-3 m3 = 9.04x10+24 1/m3

= 9.04x10+6 1/ μm3

0.071 % de los iones atraviesan la pared!!!

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slide25

Descarga eléctrica

Sensores

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Sensores (audio, óptico, gusto, olor)

Stereocillium

Kinocillium

Microvilli

Cuerpo basal

Algunos canales abiertos

Placa

cuticular

Núcleo

Todos los canales abiertos

(despolarización)

Terminaciones

nerviosas (Aferente)

Todos los canales cerrados

(hiperpolarización)

Terminaciones

nerviosas (Eferente)

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slide27

Descarga eléctrica

Corazon

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slide28

Descarga eléctrica

Nodo

Sinoatrial

Fibras de

Purkinje

Nodo

Sino atrial

Contracción atrial

Voltaje (mV)

Contracción Ventricular

Tiempo (s)

Nodo

Atrio ventricular

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slide29

Descarga eléctrica

E

D

C

A

B

VL

VL

VL

VL

VL

VF

VF

VF

VF

VF

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Descarga eléctrica

Sena de problemas : R ampliado

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Descarga eléctrica

No hay relación entre P y QRS – falta de conducción entre nodos – bombeo ineficiente

Sin P, irregular QRS – irregular contracción atrial - fibrilización

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slide32

Descarga eléctrica

Descarga Eléctrica

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Descarga eléctrica

  • 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 10+6 Ohm piel seca, 1000 Ohm piel mojada
  • Resistencia interna baja 400-600 Ohm pie-cabeza
  • 220 V -> con 500 Ohm = 440mA – 4 veces lo necesario para fibrilizar

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Contacto

Dr. Willy H. Gerber

wgerber@gphysics.net

Instituto de Fisica

Universidad Austral de Chile

Campus Isla Teja

Casilla 567, Valdivia, Chile

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