Potencial de Membrana

• Capacidad de la membrana para realizar un trabajo.
• Comparativo entre el espacio intracelular y el espacio extracelular.
• No hay un cero real; en el exterior celular (140 mEq Na+, 3.5 mEq K+, 100 mEq Cl-, 9 mEq Ca+).
• Valores comparativos.

Potencial Químico

• Ejemplo: glucosa.
• Mayor concentración fuera de la célula que dentro.
• Tendencia a igualar el potencial para equilibrar la sustancia.

Potencial Eléctrico

• Cargas.
• Interior negativo, exterior positivo.
• Sumatoria de cargas.

Polarización

• Hiperpolarización: se vuelve más negativo, por ejemplo, al sacar K.
• Potencial de membrana en reposo: -70 mV (en la despolarización y el regreso al reposo hay una hiperpolarización momentánea).
• Despolarización: potencial de acción, activación celular +30 mV.
  • Periodo refractario: una célula recién contraída no puede contraerse de nuevo inmediatamente.
  • Onda P en la conducción cardíaca, entre una y otra.
• En el corazón, los discos intercalares tienen una mayor capacidad de transferencia de iones.
• En las neuronas, se mandan iones entre los botones sinápticos.
• Regla del todo o nada: se deben alcanzar valores umbral para lograr la transferencia.

Valores Normales

• Catión más abundante en el espacio intracelular (IC): K+ 135 mEq.
• Anión más abundante en el espacio intracelular (IC): Cl-.
• Catión más abundante en el espacio extracelular (EC): Na+ 130-145 mEq.
• Anión más abundante en el espacio extracelular (EC): Cl-.

Ecuación de Nernst

• Predice el número de iones requerido para lograr el equilibrio electroquímico.

Ecuación de Goldman-Hodgkin y Katz

• Toma en cuenta los iones y la permeabilidad relativa.

Fenómenos de Superficie

Fenomenología

• Estudio y descripción de los fenómenos de la conciencia o de las cosas tal y como se manifiestan y se muestran.

Tensión Superficial

• Fuerza en la que las moléculas de un líquido se atraen entre sí, ocupando la menor superficie posible.
• Energía necesaria para incrementar la superficie de un líquido por unidad de área.
• Los líquidos ejercen una fuerza opuesta llamada resistencia cuando se intenta incrementar su superficie.

Ecuación de Laplace

• Tensión: fuerza dentro del vaso.
• A menor radio, menor tensión. A mayor radio, mayor tensión.

Ley de Tate

• Se debe cumplir una relación de proporcionalidad.
• El peso de una gota que sale por el extremo de un tubo es directamente proporcional a su radio.
• Permite conocer el valor de la tensión superficial de un líquido.
• P = k2πrf
  • P: Peso de la gota.
  • k: Coeficiente de contracción.
  • r: Radio del tubo.
  • f: Tensión superficial del tubo.

Tensoactivos Pulmonares

• Evitan que los pulmones colapsen en la espiración al disminuir la tensión superficial.
• Sustancia compuesta de lípidos y proteínas.
• 80% fosfolípidos: disminuyen la tensión superficial y mantienen delgada la pared de los alvéolos.
• 12% proteínas: defienden de patógenos.
• 8% lípidos neutros.

Energía de Cohesión

• Atracción intermolecular entre moléculas iguales.

Energía de Adhesión

• Atracción intermolecular entre moléculas distintas.
• El líquido se une al sólido.
• Más fuertes que las fuerzas cohesivas.
• Fenómeno de acción capilar.

Dinámica de Fluidos

Coeficiente de Viscosidad

• Dinámica absoluta.
• Medida de la tenacidad o resistencia que presenta un fluido.
• Fuerza necesaria para el desplazamiento de una capa líquida con una velocidad dada.
• Un líquido con mayor viscosidad tiene un flujo más lento.
• Unidades de viscosidad dinámica: kg/m·s.
• Unidad común: poise (0.1 Pa·s).

Resistencia Hemodinámica

• Estudio del flujo de sangre en el sistema circulatorio.
• Basado en los principios físicos de la dinámica de fluidos.
• Dificultad para que la sangre fluya en un vaso.

Tuberías en Serie y en Paralelo

• En serie: el fluido circula de manera continua.
• En paralelo: conectadas en paralelo, el fluido original se divide entre el número de tuberías.

Ley de Poiseuille

• Calcula el flujo laminar estacionario.
  • Movimiento de un fluido.
  • En un tubo de radio R (lo más importante).
  • Con una longitud L.
  • Bajo una fuerza debido a la diferencia de presiones.
• Fluidos newtonianos = fluidos con viscosidad constante.
• Flujo proporcional a la diferencia de presiones.
• Flujo inversamente proporcional a la longitud.
• Flujo variado con la cuarta potencia del radio.
• Flujo inverso a la viscosidad.

Número de Reynolds (Re)

• Parámetro para predecir si el flujo es laminar (constante) o turbulento (inconstante).
• Re menor: fuerzas viscosas más importantes que las fuerzas de inercia, movimiento ordenado (laminar).
• Re mayor: fuerzas de inercia dominan a las fuerzas viscosas, movimiento desordenado (turbulento).
• Fuerzas inerciales / fuerzas viscosas.
• Cambios en la velocidad de circulación, obstrucciones.

Ángulo de Contacto

• Formado por la superficie de un líquido en contacto con una superficie sólida.
• Depende de las fuerzas adhesivas y cohesivas.
• Ángulo mayor a 90°: predominan las fuerzas cohesivas. El líquido no moja la superficie.
• Ángulo menor a 90°: predominan las fuerzas adhesivas. El líquido moja la superficie.

Capilaridad

• Depende del ángulo de contacto.
• El líquido asciende o desciende por un tubo estrecho.

Ley de Jurin

• La altura de ascensión en un tubo capilar es inversamente proporcional al radio del tubo.
• El líquido asciende debido a la fuerza y la tensión superficial.
• Cuando estas fuerzas se igualan, el líquido deja de subir.

Sistema Circulatorio Abierto y Cerrado

• Formas diferentes para transportar la sangre a través del cuerpo.
• Abierto: invertebrados pequeños (sangre libre).
• Cerrado: mamíferos grandes (sangre en vasos).
• Se diferencian en si la sangre está o no contenida en vasos sanguíneos.

Ley de Stokes

• Fuerza de fricción experimentada por objetos esféricos moviéndose en un fluido viscoso.
  • Régimen laminar de bajos Re.
• Una esfera que se mueve a través de un líquido debe superar una fuerza de fricción.
• Válida en el movimiento de partículas esféricas pequeñas moviéndose a velocidades bajas.
• F_r = 6 * π * μ * r * v
  • F_r: fuerza de fricción que debe superarse (N).
  • v: velocidad de la esfera con respecto al líquido o velocidad de la partícula (m/s).
  • r: radio de la partícula (m).
  • μ: viscosidad dinámica (Pa·s o N·s/m²).
• Re inferior a 1 (laminar), se aplica la Ley de Stokes.

Desplazamiento en Aire y Agua

• Arrastre
  • Fuerza mecánica paralela al flujo.
  • Interacción y contacto de un sólido con un fluido (líquido o gas).
  • Para generar arrastre, se necesita contacto.
  • Diferencia entre la velocidad del objeto sólido y el fluido.
  • Ejemplo: corredor.
• Sustentación
  • Fuerza de presión.
  • Dirección normal al flujo.
  • Fuerza sobre un cuerpo que se desplaza a través de un fluido.
  • Ejemplo: nadador.

Hidrostática

Densidad

Determina la cantidad de masa que se posee por unidad de volumen.

D = m/V

Presión

Magnitud escalar, fuerza ejercida sobre una superficie en dirección perpendicular por unidad de superficie.

P = F/A

Viscosidad

Facilidad de un fluido para desplazarse al aplicar una fuerza externa.

τ = f/a = μ (dv/dy)

Principio de Pascal

La presión aplicada en un punto de algún líquido contenido se transmite con el mismo valor a cada una de sus partes.

Medidas de Presión

Unidad más común: Pascal.

Presión que ejerce la fuerza de un newton sobre una superficie de 1 m².

Pa = N/m²

Principio de Arquímedes

Todo cuerpo sumergido total o parcialmente en un fluido recibe una fuerza de empuje ascendente.

f_b = -ρgV

Flotación

Separación sólido-líquido o líquido-líquido.

Aplicada para partículas con densidad menor a la del líquido en la que están.

En un cuerpo flotando en la superficie de un líquido o sumergido totalmente, la fuerza que lo mantiene en su posición se denomina fuerza de flotación.

Equilibrio de Cuerpos Sumergidos

La fuerza de flotación se aplica en el centro de flotación y el peso se aplica en el centro de gravedad.

La estabilidad es vertical, obedece al equilibrio entre el peso y la fuerza de flotación.

Cuerpo parcialmente sumergido:

• Equilibrio estable.
• Equilibrio inestable.
• Equilibrio neutro.

Equilibrio de Cuerpos en Flotación

Si el objeto es más denso que el fluido, el objeto se hunde.

Si la densidad del objeto es igual a la del fluido, el objeto no se hunde ni flota.

Si el objeto es menos denso que el fluido, el objeto flota en la superficie.

Aplicaciones Biológicas

• Grasa en el torrente sanguíneo.
• Presión arterial.
• Inyecciones de medicamentos.