UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLODEPARTAMENTO ACADÉMICO DE FÍSICA

Prof. Dr. Elvar Quezada Castillo

BIOFÍSICA MUSCULAR

ESTRUCTURA MICROSCÓPICA DEL MÚSCULO ESQUELÉTICO

MIOFILAMENTOS DEL MÚSCULO ESQUELÉTICO

DISPOSICIÓN DE LOS MIOFILAMENTOS EN DIFERENTES CORTES TRANSVERSALES

I. Filamentos finos

II. Filamentos gruesos

III. Filamentos gruesos y finos

I II III

DISPOSICIÓN DE PUENTES

• Disposición de los puentes entre los miofilamentos.

• El filamento grueso central emite puentes hacia los 6 filamentos finos que lo rodean.

• Estas prolongaciones están distribuidas en espiral.

CARACTERÍSTICAS FÍSICAS DE LA CONTRACCIÓN MUSCULAR

CURVAS FUERZA /VELOCIDAD Y CALOR LIBERADO POR EL MÚSCULO

MÚSCULO EN ACTIVIDAD

Registro Gráfico de la contracción

Contracción simple

Contracción tetánica

CURVA DEL MÚSCULO EN REPOSO Y EN ACTIVIDAD

TRABAJO MUSCULAR

• Se define como el producto de la tensión del músculo por el cambio de longitud durante la contracción:

W = T ΔL

TRABAJO EN UNA CONTRACCIÓN ISOMÉTRICA

• Contracción isométrica es aquella en la cual cambia la tensión del músculo pero su longitud permanece constante

W = 0

TRABAJO EN UNA CONTRACCIÓN ISOTÓNICA

• Contracción isotónica es aquella en la cual cambia la longitud del músculo pero su tensión permanece constante.

TRABAJO EN UNA CONTRACCIÓN AUXOTÓNICA

• Contracción auxotónica es aquella en la cual cambia tanto la longitud como la tensión del músculo.

TRABAJO EN UNA CONTRACCIÓN A SOBRE CARGA

• Contracción a sobre carga es una contracción isométrica seguida de una contracción isotónica.

TRABAJO MÁXIMO DEL MÚSCULO ESTRIADO

TRABAJO MÁXIMO DEL MÚSCULO ESTRIADO

• El cambio de longitud del músculo es

• El trabajo muscular es

• El trabajo máximo se obtiene derivando W con respecto a T e igualando a cero el resultado.

mm LTW 41

max

mmm

m

m

TT

LLTL

L 1

)1(m

m TT

LTLTW

COMPRESIÓN NORMAL EJERCIDA POR UN ESFINTER

Músculos circulares:• Esfínteres (ano, uretra, iris)• Orbiculares (labios y párpados)• Están constituidos por fibras circulares y radiales

COMPRESIÓN NORMAL EJERCIDA POR UN ESFINTER

• Trabajo de fibras circulares

• Trabajo de fibras radiales

Igualando los primeros miembros tenemos

)r-r(r 2P)r-ds)(r P(W 00

POTENCIA DE UNA CONTRACCIÓN MUSCULAR

• La energía de una contracción muscular es

ΔE = a ΔL + T ΔL (a = 0,035 J/cm3)

• La potencia total

P = (a + T) vO sea, la potencia total es directamente proporcional a

la velocidad de la contracción

POTENCIA DE UNA CONTRACCIÓN MUSCULAR

• La potencia total

P = (a + T) v

O sea, la potencia total es directamente proporcional a la velocidad de la contracción

• Experimentalmente A. V. Hill (1949), comprobó que la potencial muscular es función lineal de la tensión

P = b (Tmax – T)

POTENCIA DE UNA CONTRACCIÓN MUSCULAR

POTENCIA DE UNA CONTRACCIÓN MUSCULAR

• Igualando las expresiones anteriores

v (a + T) = b (Tmax – T) de donde (T + a) (v + b) = constante

que es la ecuación fundamental de la contracción muscular

LA CARRERAMODELO DE J.B. KELLER:

La cantidad de trabajo realizado por las piernas es W = Fd = ½ mv2

Hipótesis: 1. El corredor ejerce una fuerza F que varía con el tiempo pero no

supera una fuerza máxima Fmax. 2. La fuerza disipativa que se opone al movimiento es FD = cv. 3. El corredor dispone de una reserva de energía Eo, que una vez

agotada la velocidad viene limitada por el ritmo σ con que los procesos metabólicos proporcionan energía.

4. El problema consiste en determinar la fuerza F que el corredor debe ejercer para correr una determinada carrera tan rápido como sea posible.

5. Los parámetros de este modelo Fmax, c, Eo y σ se escogen comparando los tiempos calculados con las marcas mundiales.

CONSTANTES DEL MODELO DE J.B. KELLER PARA LA CARRERA DE UN ATLETA DE 80 Kg

Fuerza máxima Fmax = 976 N

Coeficiente de fuerza disipativa c = 89,7 N-s/m

Energía metabólica almacenada Eo = 193 000 J

Rítmo de conversión de energía metabólica

σ = 3330 W

CONSERVACIÓN DE LA ENERGÍA: SALTO

mgho + ½ mvo2 = mgh + ½ mv2

CONSERVACIÓN DE LA ENERGÍA: SALTO

mgho + ½ mvo2 = mgh + ½ mv2

CONSERVACIÓN DE LA ENERGÍA: SALTO

mgho + ½ mvo2 = mgh + ½ mv2

BALANCEO GIGANTE

mgho + 1/2mvo2 = mg h + ½ mv2

IMPULSO Y CANTIDAD DE MOVIMIENTO

Impulso = cambio de cantidad de movimiento

FΔt = mv - mvo

m1v1+m2v2=m1u1+m2u2

BALISTO CARDIÓGRAFO

• Instrumento diseñado para evaluar la acción mecánica de bombeo del corazón y se basa en las leyes del movimiento de Newton.

ss

s vmm

mv

SALTO DE TRAMPOLÍN

Rotación y traslación

ELASTICIDAD DE TEJIDOS BIOLÓGICOS

Prof. Dr. Elvar Quezada Castillo

UNIVERSIDAD NACIONAL DE TRUJILLODEPARTAMENTO ACADÉMICO DE FÍSICA

ELASTICIDAD

Ley de Hooke

CLASES DE ELASTICIDAD

1. Elasticidad por tracción

2. Elasticidad por compresión

CURVA ESFUERZO/DEFORMACIÓN

CLASES DE ELASTICIDAD

3. Elasticidad por flexión

CLASES DE ELASTICIDAD

4. Cizallamiento 5. Torsión

ELASTÓMEROS

• Son materiales como la goma o caucho que pueden estirase hasta el doble de su longitud inicial o más sin llegar al límite de rotura, volviéndose a su forma inicial al dejar de actuar la fuerza que lo deformó.

• Se componen de moléculas de largas cadenas, como por ejemplo, la molécula lineal de polietileno CH3-(CH2)n-CH3 donde n puede valer entre 100 y 1000

ELASTÓMEROS

Esfuerzo/deformaciónCadena reticular de

elastómero

SÓLIDOS BIO-VISCOELÁSTICOS

• Los sólidos son materiales que dan forma a los organismos vivientes. Algunos biosólidos son más elásticos que otros.

• Entre los materiales más elásticos del reino animal tenemos:

- Colágeno (proteína fibrosa e insoluble) - Elastina (semejante al colágeno y constituyente principal

de fibras elásticas). - Resilina (proteína elástica encontrada en los artrópodos) - Aductina (proteína encontrada en las charnelas de las

conchas marinas)

SÓLIDOS BIO-VISCOELÁSTICOS

Curva esfuerzo/deformación de elastina

La aductina se encuentra en las Conchas marinas

ELASTICIDAD DEL COLÁGENO

• Elemento básico de tejidos duros y blandos.• Principal constituyente de vasos sanguíneos, piel,

tendones, córnea, esclerótica, huesos, aponeurosis, duramadre, útero, etc.

Esfuerzo/deformación(tendón)

Histéresis Relajación

ELASTICIDAD DE LOS VASOS SANGUÍNEOS

EXPERIMENTO DE MAREY

ELASTICIDAD DE LOS VASOS SANGUÍNEOS

LEY DE LAPLACErT

P

ELASTICIDAD DE LOS VASOS SANGUÍNEOS

• La presión P4 se llama

presión crítica de cierre.

• Por debajo de P4 el vaso se ocluye.

• A la presión P1 el vaso estalla.

• A las presiones P2 y P3

el sistema regula la presión sanguínea.

P1

P2

P3

P4

P5

r

Q

T

ELASTICIDAD DE LOS MÚSCULOS

• Para longitudes comprendidas entre 0,7 y 1,25 de Lo la curva es una exponencial

F = A exp (L/cLo)• A partir de 1,25 de Lo la gráfica se desvía hacia arriba

debido a la participación del tejido conectivo.

MODELO VISCOELÁSTICO DEL MÚSCULO

ELASTICIDAD DE LA MEMBRANA PERIODONTAL (MPD)

• El modelo clásico de Synge supone:• Que la MPD es homogénea, isotrópica

e incomprensible y que la rigidez de los dientes y el alvéolo es infinita.

• Los puntos de máxima y mínima presión estarían ubicados sobre un círculo cuyo centro coincide con el centro de rotación del diente.

• Los puntos de máxima y mínima presión dependen de la traslación o rotación del diente.

ELASTICIDAD DE LA VEJIGA

ELASTICIDAD PULMONAR

ΔP

ΔVC

Compliancia:

ELASTICIDAD DE LOS HUESOS

CURVA ESFUERZO/DEFORMACIÓN DE LOS HUESOS

ELASTICIDAD DE LA MANDÍBULA

SECCIÓN ANULAR DE LA MANDÍBULA

• En dirección radial: 10,8 Mpa.• En dirección circunferencial: 13,3 Mpa.• En dirección axial: 19,4 Mpa.

HUESO ALVEOLAR

GRACIAS POR SU ATENCIÓN