Bioelectricidad.

Es una rama de las ciencias biológicas que estudia los fenómenos consistentes en la producción de campos eléctricos producidos por seres vivos.

Electrostática

Es el área de la física que se encarga de estudiar fenómenos asociados a cargas eléctricas en reposo.

La electrostática es el punto de partida para el estudio del fenómeno de la Electricidad.

Electrodinámica. 

Parte de la física que estudia las cargas eléctricas en movimiento y los fenómenos que da origen el movimiento de las cargas eléctrica.

Carga

• Propiedades intrínseca de electrones y protones. 
• Puede ser positiva o negativa.

Diferencia de potencial. 

• La diferencia de potencial entre A y B se relaciona con la diferencia de energía asociada al movimiento de carga entre los puntos A y B, bajo la influencia de un campo eléctrico: Δ VAB = ΔE / q 
• Cuando la energía asociada al desplazamiento de 1 Coulomb es de 1 Joule, la diferencia de potencial es 1 volt Volt = Joule/Coulomb

Ecuación de Nernst.

Se utiliza para calcular el potencial de membrana, antes las variaciones en las concentraciones de electrolíticos, como por ejemplo: Diarreas, Vómitos, o cualquier condición que lleve a deshidratación. (concentración 1 M, presión de 1 atm, temperaturas 298 K).

Equilibrio de Gibbs Donnan.

Es el equilibrio que se produce entre los iones que pueden atravesar la membrana y los que no son capaces de hacerlo.

Corriente eléctrica. 

Es el flujo de carga eléctrica por unidad de tiempo que recorre un material.

Conductancia (g).

• Permeabilidad del ion se expresa como inversa a la resistencia.
• La unidad de conductancia es el siemens (S).

Capacitor.

Estructura que puede almacenar cargas, el cual está formado por dos láminas conductoras separadas por un material aislante, ejemplo una membrana.

El cuerpo humano como resistencia eléctrica.

El cuerpo humano actúa como una resistencia eléctrica, como la oposición al paso de dicha corriente cuya unidad de medida es el Ohm y que además, en caso de una descarga eléctrica, dicha corriente buscaría el menor camino de resistencia en el cuerpo (tejido, piel, músculos, etcétera), teniéndose por lo regular una salida en extremidades como son los brazos y pies, etc.

Potencial de membrana.

Es la diferencia de potencial en ambos lados de una membrana que separa dos soluciones de diferente concentración de iones.

El potencial, por ende, estará determinado por el ion con mayor permeabilidad.

Termodinámica.

¿Qué es?

• 
  Es una rama de la física que estudia las relaciones entre el calor y las demás formas de energía. Estudia los procesos de intercambio, transformación y circulación de la energía en los procesos naturales y de origen humano. 
• Es indispensable para comprender procesos en los organismos vivos, tales como la producción de trabajo por el músculo, las fotosíntesis, la concentración de solutos por parte del riñón, etc., todos regidos por relaciones termodinámicas. 
• La termodinámica trata fundamentalmente de las transformaciones de calor en trabajo mecánico y de las transformaciones opuestas de trabajo mecánico en calor.

Bioenergética. 

Especialidad de la termodinámica que estudia de forma cuantitativa las transducciones de la energía en los organismos vivos y los mecanismos mediante los cuales los estos adquieren, almacenan, utilizan y liberan la energía.

Importancia médica. 

Nos permite interpretar eventos Fisiológicos: 

• Producción – Eliminación de Calor Corporal. 
• (Hipertermias – Hipotermias). 
• Anabolismo: Síntesis de macromoléculas. 
• Metabolismo Energético: Uso y producción de Energía a partir de alimentos. (Calorías). 
• Contracción Muscular.

Conceptos básicos de termodinámica. 

Sistema: Es la porción de universo que tomamos como objeto de estudio. 

Existen tres tipos de sistemas: 

• Sistemas aislados: No tienen intercambio con el exterior. 
• Sistemas cerrados: Solo intercambian energía con el exterior. 
• Sistemas abiertos: Intercambian energía y materia. 

Estado de un sistema: Es el conjunto de propiedades que permiten definirlo.

SISTEMA + ENTORNO= UNIVERSO

Funciones termodinámicas y sus variaciones. 

Funciones:

a) Energía interna, (U) 

b) Entalpía, (H) 

c) Entropía, (S) 

d) Energía libre.(G)

Variaciones: 

• Cuando un sistema se transforma en otro las funciones termodinámicas tienen valores diferentes U’, H’, S’, F’. 
• La reacción va acompañada entonces de una variación de energía interna ΔU =U’ – U; de una variación de entalpía ΔH = H’ – H; de una variación de entropía ΔS = S’ – S; de una variación de la energía libre ΔG =G’ –G.

Energía total de un sistema. 

• La suma de todas las formas de energía de un sistema se denomina energía total, la cuales son la suma de las energía
  s cinética, potencial e interna.
• La energía interna representa la energía molecular de un sistema (energía de las moléculas, sus interacciones, energía de protones, etc.) 

Homeostasis celular.

La homeostasis celular, por su parte, mantiene la regulación de una cantidad de variables, que incluyen el volumen celular, la osmolaridad, el pH, el potencial de membrana y las concentraciones de electrolitos, de proteínas, de nutrientes, de colesterol, de oxígeno y de especies reactivas del oxígeno.

Funciones de las membranas celulares.

1. Delimitan compartimentos controlando así su composición (barrera selectiva). 
2. Permiten el transporte selectivo de moléculas y iones de un compartimiento a otro. 
3. Participan en la transducción de señales (comunicación), participan en la producción de energía. 
4. Protección celular. 

Características del modelo mosaico fluido.

1. Es una bicapa lipídica. 
2. La membrana esta compuesta 55% proteínas, 40% lípidos y 5% carbohidratos. 
3. Las Proteínas de membranas se dividen en integrales que atraviesan ambas capas y periféricas que se ubican en solo una capa.
4. Los lípidos principales son: fosfolípidos, colesterol y ácidos grasos. 
5. La membrana es asimétrica, fluida y dinámica. 
6. Tiene 4 tipos de movimientos: lateral, flipflop. Rotación y vertical.

Composición y estructura de la bicapa lipídica.

Todas las membranas celulares contienen lípidos anfipáticos (parte polar y otra hidrofóbica). 

-Fosfolípidos; están constituidos por una cabeza polar y dos cadenas o colas hidrocarbonadas. 

La mayor parte de los fosfolípidos de membrana son fosfoglicéridos. 

-Los más importantes son: fosfatidiletanolamina (PE) fosfatidilcolina (PC) fosfatidilserina (PS) 

-Los esfingolípidos; tienen un esqueleto de esfingosina en lugar de glicerol. El más común es el fosfolípido esfingomielina (SM).

-Glicolípidos; son los que tienen uno o más residuos de azúcares. Tienen un esqueleto de esfingosina, son esfingolípidos.

Factores de estabilidad de la bicapa.

Depende de las interacciones hidrofóbicas, las interacciones de Van der Waals entre las cadenas hidrocarbonadas que favorecen el empaquetamiento de las colas. También contribuyen los enlaces de hidrógeno e interacciones electrostáticas entre las cabeza polares y el agua.

En las bicapas de fosfolípidos puros éstos no migran (flip-flop) de una monocapa a otra (flipasas). Las moléculas de lípidos en cada monocapa están en continuo movimiento difundiendo.

Balsas lipídicas.

La membranas poseen regiones de mosaico fluido y zonas con microdominios transitorios o balsas lipídicas. Contienen esfingolípidos, colesterol y algunas proteínas de membrana que se organizan en fases líquidas ordenadas. 

• Función: Las balsas pueden servir de portal de entrada a varios patógenos y toxinas, como el virus de inmunodeficiencia 1 (HIV1).

Seminario No.2 Equilibrio ácido base.

Nuestro organismo es capaz de sobrevivir gracias a la cantidad de procesos que trabajan en conjunto, por eso es que el equilibrio ácido base es uno de esos mecanismos importantes. Siendo este el encargado de eliminar el exceso de ácidos o bases, evitando así que se produzcan trastornos como la alcalosis y la acidosis.

• Un ácido es una sustancia que es capaz de liberar iones de hidrógeno (H+) en una solución. Sin embargo, también se considera como un ácido una sustancia que puede recibir un par de electrones. 
• En cuanto a la base, esta se considera como una sustancia capaz de disociar iones de hidróxido (OH-) en una solución. Además, también son consideradas aquellas sustancias capaces de donar un par electrones.

El equilibrio ácido-base del organismo es esencial para tener buena salud. Diversas reacciones enzimáticas dependen del mantenimiento en un estrecho límite del pH de los medios extra e intracelulares. Una ruptura de este equilibrio puede ser el origen de numerosos problemas de salud. 

Ácido y Base según Arrhenius, Bronsted y Lewis.

Arrhenius: 

• Ácido: Es toda sustancia que en solución acuosa produce iones hidrógeno.
• Base: Sustancia que en solución acuosa Produce iones hidróxido. 

Bronsted: 

• Ácido: Es un ion que cede un protón.
• Base: Es un ion que acepta un protón. 

Lewis: 

• Ácido: Sustancia que acepta un par de electrones y se llama electrófilo.
• Base: Sustancia que cede un par de electrones y se llama nucleófilo. 

Ácidos Fuertes y Ácidos Débiles.

• Ácidos fuertes: Se disocian completamente cuando se disuelven en agua, por tanto, ceden a la solución una cantidad de iones H+. Ejemplo: ácido clorhídrico, ácido sulfúrico, ácido perclórico.
• Ácidos débiles: no se disocian completamente con el agua, es decir, liberan una parte pequeña de sus iones H+. Los ácidos débiles no suelen causar daños en bajas concentraciones, pero por ejemplo el vinagre concentrado puede causar quemaduras. Ejemplo: Ácido acético, ácido nitroso, ácido fosfórico.

pH de los siguientes tejidos y líquidos Biológicos.

• Saliva: 6.5 – 7.5 
• Jugo gástrico: 1 – 3 
• Orina: 4.6 – 8
• Sangre: 7.35 – 7.45 
• Lágrimas: 7.45 – 7.5 
• Piel: 4.5 – 5.9
• Hombres: 4.8 
• Mujeres: 5 

Cuando el pH de una sustancia o tejido cambia, ya sea aumentando o disminuyendo; se vuelve más alcalina en el primer caso y más ácida, en el segundo.

¿Cómo está formada una disolución amortiguadora o tampón?

Una solución amortiguadora o tampón es aquella compuesta por una mezcla de ácido débil con su base conjugada. Su principal característica es que mantiene estable el pH de una disolución ante la adición de cierta cantidad de ácido o base fuerte. 

Están formadas por: 

• Disoluciones de ácido débil + sal de dicho ácido débil con catión neutro. Ejemplo: ácido acético + acetato de sodio. 
• Disoluciones de base débil + sal de dicha base débil con anión neutro. Ejemplo: amoniaco y cloruro de amonio.

¿Cómo actúa un Buffer para mantener el Equilibrio ácido base?

Cuando el pH disminuye, el bicarbonato toma lo protones libres. Así, el equilibrio se desplaza hacia el H2CO3, que a su vez, mediante la reacción catalizada por la anhidrasa carbónica (glóbulos rojos), cede una molécula de H2O y se convierte en CO2, el cual se elimina a través de los pulmones. Por el contrario, si el pH de la sangre aumenta, se forma HCO3- a partir de H2CO3, lo que conduce a mayor captación de CO2. 

Las concentraciones de HCO3- y de H+ también se pueden controlar por mecanismos fisiológicos a nivel renal. El riñón puede eliminar protones uniéndolos a amoniacos o fosfatos y mantiene la concentración de bicarbonato mediante re absorción o regeneración del mismo.

Acidosis láctica, y porque afecta a los atletas durante el ejercicio.

Se refiere al ácido láctico que se acumula en el torrente sanguíneo. El ácido láctico se produce cuando los niveles de oxígeno disminuyen en las células dentro de las áreas del cuerpo en las que se lleva a cabo el metabolismo.

Esta acidosis influye en los deportistas y atletas de forma clara en la fatiga muscular, afectando la función contráctil proteínica, la regulación del calcio y el metabolismo muscular. Por otra parte, y dado que las demandas metabólicas del ejercicio de alta intensidad son cubiertas predominantemente mediante la degradación anaeróbica de la glucosa, este proceso produce ácido láctico, por lo que ocurre el consecuente descenso del pH de los músculos que se ejercitan (Edington y cols., 1976). La fatiga muscular, pues, está asociada entre otros aspectos, a un rápido incremento en la producción de ácidos metabólicos. La tolerancia al ejercicio de alta intensidad puede estar limitada por la capacidad del organismo para amortiguar el descenso del pH intracelular (músculo) y extra celular (sangre), esto es, el sistema buffer intrínseco. En definitiva, los esfuerzos máximos producen un desequilibrio ácido-base en el organismo, ante lo cual éste posee intrínsecamente una capacidad para luchar contra la acidosis, esto es el sistema buffer o de amortiguación.

Principio de Le Chaterlier.

Establece que si se presenta una perturbación externa sobre un sistema en equilibrio, el sistema se ajustará de tal manera que se cancele parcialmente dicha perturbación en la medida que el sistema alcanza una nueva posición de equilibrio. 

Seminario No.1 Soluciones.

En una solución, el medio dispersante, se llama SOLVENTE y es el componente que está mayor proporción. El medio disperso, se llama SOLUTO y son las sustancias disueltas y que están en menor proporción.

Ambos componentes se relacionan en base a la igualdad: 

SOLUCIÓN = SOLUTO + SOLVENTE.

Clasificación de las soluciones. 

• Estado Físico: Solido, liquido, gaseoso.
• Tamaño del soluto: Emulsión, coloide, suspensiones, soluciones.
• Proporción del soluto: Saturada, diluida, concentrada.
• Conductividad eléctrica: Electrolíticas, no electrolíticas.
• Concentración osmótica: Isotónica, hipertónica, hipotónica.

Diferencias entre solución verdadera y suspensión.

Solución verdadera: 

• Conformada por una sola fase liquida. 
• El soluto se integra totalmente en el disolvente y no se sedimenta.  

Suspensión: 

• Conformada por una fase solida insoluble en la fase dispersante liquida.
•  Las partículas se sedimentan con facilidad. 

Propiedades de las soluciones.

• Abatimiento de la presión de vapor 
• Ósmosis y la presión osmótica 
• Abatimiento del punto de congelación 
• Elevación del punto de ebullición

Osmosis y su importancia en los organismos vivos.

Osmosis, es el movimiento de un disolvente a través de una membrana de permeabilidad selectiva. Tal  comportamiento supone una difusión simple a través de la membrana, sin gasto de energía. 

La osmosis es vital para el metabolismo celular, ya que es una forma de trasporte de materia entre el interior y el exterior de la célula que no acarrea ningún gasto energético, se produce de manera pasiva, sin consumir ATP. 

Ley de Fick.

La velocidad de difusión de una sustancia de una membrana, viene determinada por la ley de Fick, que dice que la velocidad de difusión  es directamente proporcional al gradiente de concentración de la sustancia a ambos lados de la misma e inversamente proporcional al grosor de la membrana. 

Efecto Tyndall. 

Causa que las partículas coloidales en una disolución o gas sean visibles al dispersar la luz. Por el contrario, en las disoluciones verdaderas y los gases sin partículas en suspensión son transparentes, pues prácticamente no dispersan luz. Esta diferencia permite distinguir a aquellas mezclas heterogéneas que son suspensiones. 

Ley de Raoult. 

Permite calcular la presión de vapor de una sustancia cuando está formando parte de una disolución ideal, conociendo suspensión de vapor cuando está pura y la composición de la disolución ideal en términos de fracción molar. La presión de vapor de una solución diluida, de soluto no volátil y no iónico, es igual al producto de la presión de vapor del solvente puro y la fracción molar del solvente en la solución. 

Ley de Henry. 

Se aplica para hacer los cálculos de absorción de los gases inertes en los distintos tejidos del cuerpo humano, únicamente cuando las moléculas se encuentran en equilibrio:

En la solución de oxígeno, en el fluido sanguíneo, ésta molécula se considera poco soluble en agua, aunque su solubilidad aumenta bastante por el gran contenido de hemoglobina en ésta.