BIOELECTRICIDAD 2014
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BIOELECTRICIDAD
Jara Hernán Prada Marchena
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ELECTRICIDAD
• LEY DE COULOMB• CAMPO ELECTRICO• DIPOLO ELECTRICO• POTENCIAL ELECTRICO• CONDENSADORES• LEY DE OHM• PROPIEDADES ELECTRICAS DE LAS
MEMBRANAS BIOLOGICAS
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ELECTRICIDAD Y MAGNETISMO
• Ámbar y Vidrio al frotarse con materiales como la seda o la piel = atraen objetos pequeños
• Magnetita atrae pequeños trozos de hierro• Leyes básicas descubiertas
– 1784 Charles Coulomb = objetos cargados– 1831 Michael Faraday = inducción magnética
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LEY DE COULOMB
• La electricidad es una fuerza que actúa a distancia entre dos objetos, donde sus cargas son q1 y q2
• Unidad de carga es el coulomb (C)• La fuerza eléctrica entre dos objetos con
cargas q1 y q2 separadas por una distancia r es dada por la ley de coulomb :
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Fe = K (q1*q2) / r2
• K = constante eléctrica universal =
9 x 109 N-m2/C2
• La fuerza eléctrica puede ser repulsiva o atractiva
+
+
rq2
q1f1
f2
+
-
r
q2
q1f1
f2
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ELECTRICIDAD• Si existe un medio, se suele introducir la
permitividad eléctrica del medio
• Al frotar dos cuerpos, se transfiere algo de carga de uno al otro, pero la carga total del sistema aislado se conserva : Conservación de la carga
• La carga de un cuerpo es siempre el múltiplo de la carga del electrón e = 1.602x10-19 C
• La carga de N electrones es q = -Ne(negativa)• La de N protones es q = Ne(positiva)• Átomo es neutro (carga nula)
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• Los materiales se pueden clasificar de acuerdo a la capacidad que tienen para conducir la carga :
– Conductores : metales, cuerpo humano. Los electrones externos de los átomos se desplazan con facilidad
– Aislantes o dieléctricos : vidrios, plásticos, membranas biológicas. Los electrones están más ligados
– Semiconductores : las propiedades eléctricas cambian agregando pequeñas cantidades de otros elementos (dopaje)
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CAMPO ELECTRICO• La fuerza F que ejerce el conjunto de cargas sobre cualquier otra
carga positiva q en el punto P es la suma vectorial de las fuerzas F1, F2, F3,..., que cada carga ejerce individualmente sobre q.
E = F / q• El vector E es el campo eléctrico en el punto P producido por las
cargas fuente
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BIOLECTRICIDAD• Unidad de E es newton por coulomb (N/C)• Campo eléctrico es un concepto que permite pensar en
la fuerza que ejercería una configuración de cargas sobre una carga en un punto
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DIPOLO ELECTRICO• Dos cargas iguales de signo opuesto separadas a una
distancia d• La carga total es nula pero el campo creado no es cero
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POTENCIAL ELECTRICO• El potencial eléctrico (V) en un punto es el
Trabajo requerido para mover una carga unitaria q (energía o trabajo por unidad de carga) desde ese punto hasta el infinito, donde el potencial es 0. Matemáticamente se expresa por: V = W / q
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CONDENSADORES• Elemento de circuito pasivo que consta de dos
superficies conductoras separadas por una lámina aislante
• Diferencia de potencial entre las placas de un condensador plano :
• es la permitividad eléctrica del material entre las placas. El campo eléctrico E esta dirigido hacia potenciales decrecientes.
V = Va - Vb
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• La capacidad de un condensador es la constante de propiedades C entre la carga q y el potencial V
• C depende del área y separación entre las placas y las propiedades dieléctricas del material entre las placas
• Material aislante en presencia de un campo eléctrico• Las cargas no pueden moverse libremente. Se agrupan
en dipolos que se orientan (polarizan) en presencia del campo
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• Materiales conductores en presencia de un campo eléctrico
• Cargas se pueden mover libremente
• En el interior de un conductor en equilibrio el campo eléctrico es nulo, potencial interior es constante.
• Las cargas en un conductor
en equilibrio se distribuyen
sobre su superficie.
Cargas se concentran en las puntas
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LEY DE OHM• Primera Ley de Kirchhoff• Segunda Ley de Kirchhoff• Las reglas para sumas en serie y paralelo se aplican a
la resistencia de fluidos. El sistema circulatorio del cuerpo es una red de vasos en serie y paralelo
• Intensidad de corriente (I) es la cantidad de carga que circula por el conductor por unidad de tiempo
• Resistencia depende del material y de su forma
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• Por ejemplo, se muestran dos vasos sanguíneos de resistencias R1 y R2 conectados en paralelo. Supongamos que p = pb – pa y es la diferencia de presión entre los puntos a y b. El flujo de fluido Q que pasa por los dos vasos esta dato por Q = p/R
Donde 1/R = (1/R1) + (1/R2) =
(R1+R2)/R1R2, entonces
Q = p * [(R1+R2)/ R1R2]
Qué sucede si se obstruye la vena 2?
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PROPIEDADES ELECTRICAS DE LAS MEMBRANAS BIOLOGICAS
• Membranas biológicas son semipermeables, permitiendo el paso de algunas sustancias– Diferencias de concentración (gradiente) entre el
interior y el exterior– Diferencias de potencial eléctrico (potencial de
membrana) entre el interior y exterior de la célula
Concentración de iones K+ es mayor dentro que fuera de la célula y la de Na+ y Cl- es mayor fuera que dentro. La electroneutralidad del citoplasma y del fluido extracelular se mantiene gracias a otro iones
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• Si la pared celular fuera permeable sólo a los iones K+, éstos salen a través de ella para equilibrar las concentraciones, produciendo un exceso de carga positiva fuera y negativa dentro
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• KB es la constante de Boltzmann• T es la temperatura absoluta• Qe es la carga de iones (+-) a los que la
membrana es permeable• Ci y Ce son las concentraciones
• La pared celular actúa como un condensador plano cuya capacidad viene dada por su superficie S, su espesor D y su constante dieléctrica K
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Se concluye que el potencial de equilibrio de Nernst es negativo cuando la membrana es permeable a los iones positivos y positivo cuando la membrana es permeable a los iones negativos. El potencial de Nernst a una temperatura de 37 grados es :
V = V1 – V2 = +- (61.4 mV) log (C1/C2)
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• El fluido intracelular de una célula nerviosa tiene una concentración de iones K+ de 0.141 mol/l, mientras que el fluido extracelular tiene una concentración de K+ de 0.005 mol/l (moles por unidad de volumen)
Si las concentraciones están en equilibrio el potencial a través de la membrana es :
V = -61.4 mV log (0.141/0.005) = -89.2 mV
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ION EXTRACELULAR (CE)CONCENTRACION (MOL/l)
INTRACELULAR(CI)CONCENTRACION (MOL/l)
K+ 0.005 0.141
Na+ 0.142 0.010
0.147 0.151
Cl- 0.103 0.004
A- 0.044 0.147
0.147 0.151
![Page 23: BIOELECTRICIDAD 2014](https://reader033.fdocumento.com/reader033/viewer/2022061612/55cf8dee550346703b8cc4da/html5/thumbnails/23.jpg)
• La pared de las neuronas es capaz de cambiar la permeabilidad relativa a los iones K+ y Na+ . Se pasa del potencial de reposo al potencial de acción
• Cuando una célula nerviosa es estimulada, la pared de la célula se hace permeable a los iones Na+ durante 0.2 ms que los K+, esto significa que el potencial pasa de –85 mV a +60 mV
Después la membrana se vuelve a hacer impermeable a los Na+ y se restablece el potencial de reposo.
![Page 24: BIOELECTRICIDAD 2014](https://reader033.fdocumento.com/reader033/viewer/2022061612/55cf8dee550346703b8cc4da/html5/thumbnails/24.jpg)
• El exceso de Na+ que había entrado se expulsa al exterior mediante un mecanismo llamado bomba de sodio-potasio
• Impulso nervioso : potencial de acción que se transmite a lo largo del axón o fibra nerviosa en forma de pulso.
El impulso nervioso lleva información desde las células sensoriales al cerebro y en forma inversa
La célula nerviosa consta de un cuerpo celular y una prolongación llamada axón
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