Potenciales studentas

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UNIDAD Nº 1 
Tema: Fenómenos Bioeléctricos 
Ing. Enrique Mario Avila Perona 
Ing. Enrique Mario Avila Perona 
RANGO DE LOS FENÓMENOS BIOELÉCTRICOS 
 
• El conocimiento de los rangos dinámicos de los 
fenómenos biológicos es una necesidad primaria tanto 
para el proyectista como para el reparador; Es 
fundamental conocer los transductores eléctricos 
adecuados. 
• Respecto de las constantes de tiempo requeridas 
estas pueden variar entre unos 5 mseg para fenómenos 
rápidos, como por ejemplo potenciales nerviosos 
sensoriales, hasta respuestas en C.C. a 0,1 Hz para 
temperatura. La sensibilidad varía entre 1 µV para 
E.E.G. y 1mv ó hasta 1 v en el caso de utilizar 
transductores. 
 
Ing. Enrique Mario Avila Perona 
POTENCIALES ELECTROBIOLÓGICOS 
POTENCIAL DE REPOSO 
 • Toda célula viviente, animal o vegetal, produce y 
mantiene una diferencia de potencial entre su interior 
y el medio líquido que la rodea que denominaremos 
potencial de reposo o potencial de reposo de 
transmembrana: ya que es la membrana celular la que 
separa el medio extracelular. 
• El rango de los potenciales de reposo que podemos 
encontrar en la naturaleza va de 40 a 120 mv, siendo 
siempre el interior celular negativo con respecto al 
exterior. 
 
Ing. Enrique Mario Avila Perona 
EXCITABILIDAD CELULAR Y POTENCIAL 
DE ACCIÓN 
 • 
• Todas las células del organismo responden de alguna manera a cualquier 
estímulo, pero sean cuales fueran los efectos finales (contracción 
muscular, secreción de una hormona, secreción de soluciones 
electrolíticas tales como sudor o lágrimas, etc.) subyacente a ellos habrá 
siempre un intercambio iónico entre el interior celular y el exterior 
(líquido intersticial) que alterará el potencial de reposo de manera mas o 
menos ostensible según la célula de que se trate. 
 
Las células pueden clasificarse como: 
 
• Las “Muy Excitables” son aquellas que responden produciendo un gran 
efecto ante estímulos apropiados únicos y leves. Ellas son las células 
nerviosas y musculares. 
 
• Las “Poco Excitables” son las que para producir un efecto ostensible 
necesitan estímulos apropiados fuertes o bien iterativos (células 
glandulares o epiteliales) 
Ing. Enrique Mario Avila Perona 
ORIGEN DE LOS POTENCIALES BIOLÓGICOS 
 
• La génesis de cualquier potencial biológico 
debe buscarse en la diferencia de 
concentración iónica a uno y otro lado de la 
membrana celular. 
• “Todos los métodos de registro de la actividad 
eléctrica del organismo captan las variaciones 
de potencial que se producen como 
consecuencia de los potenciales de acción de 
las células nerviosas y musculares agrupadas 
en tejidos”. 
 Ing. Enrique Mario Avila Perona 
ORIGEN DE LOS POTENCIALES BIOLÓGICOS 
• La membrana celular es permeable aunque 
con distintos valores de conductibilidad al: 
 K+, 
 Na+, 
Cl ˉ, 
 Mg++ 
 Ca++; 
Ing. Enrique Mario Avila Perona 
ORIGEN DE LOS POTENCIALES BIOLÓGICOS 
 
• La experimentación muestra que los únicos iones 
que deben tenerse en cuenta como “formadores 
del potencial de reposo” y así mismo como 
“generadores del potencial de acción” son el Clˉ, 
el K+ y el Na+. 
• El Mg++ y el Ca++ influyen con su mayor o menor 
concentración en la permeabilidad que presenta 
la membrana al Na+, pero la permeabilidad de 
esta hacia ellos mismos es pequeña, de aquí es 
que no se los considera en la formación de 
potenciales eléctricos. 
 
Ing. Enrique Mario Avila Perona 
POTENCIALES DE EQUILIBRIO 
Los potenciales de equilibrio tienden a disminuir hasta desaparecer como consecuencia de la acumulación de cargas en 
ambas soluciones que llegan a frenar, por atracción o repulsión electrostática, la circulación electrónica. 
Ing. Enrique Mario Avila Perona 
POTENCIALES DE DIFUSIÓN 
Ahora bien tal como sucede en la realidad, la membrana celular resulta ser 
permeable también al ion Cl ̄. 
 Si la permeabilidad no es la misma para el Na+ que para el Cl ̄ se generará el 
siguiente fenómeno: 
“Suponiendo que la membrana sea más permeable al Cl ̄que al Na+, apenas 
formado el sistema difundirá más Cl ̄ que Na+ desde el lado más 
concentrado al de menos concentración. 
Entonces se generará en el lado de menor concentración una carga negativa 
que frenará algo el ingreso de más Cl ̄ por rechazo electrostático, así como 
forzará el ingreso de más Na+ hasta que las velocidades de traspaso de 
ambos iones sean constantes (velocidades de equilibrio). 
 
Ing. Enrique Mario Avila Perona 
POTENCIALES DE DIFUSIÓN 
Estos diferentes flujos de Na+ y Cl ̄, en el 
equilibrio inducirán una diferencia de 
potencial que llamaremos “Potencial de 
Difusión” 
y que resultan ser entonces 
“Una medida de la permeabilidad de la 
membrana a las “movilidades” de los iones en 
ella”. 
 
Ing. Enrique Mario Avila Perona 
 
 
LA BOMBA DE NA-K 
 
 Un potencial de difusión tal como pensamos 
que sea, un potencial biológico, tenderá a 
decaer rápidamente pues los iones 
involucrados en él tratarán de concentrarse 
igualmente a ambos lados de la membrana. 
En consecuencia para que estos potenciales 
no decaigan y desaparezcan, habrá que obrar 
sobre los sistemas para mantener constante el 
gradiente de concentración de los iones 
involucrados 
Ing. Enrique Mario Avila Perona 
 
 
LA BOMBA DE NA-K 
 
 
 
Este último fenómeno lo encontramos en la 
célula, donde existe en la membrana celular 
un mecanismo que funciona a expensas de la 
energía metabólica ( 8.000 cal/mol) que 
proviene de la pérdida de un radical fosfato 
del ATP (trifosfato de adenosina), que en 
estado de reposo expulsa Na+ e introduce K+ 
en proporción: 
 2 K+ : 3 Na+ a 2 K+ : 5 Na+ 
 Ing. Enrique Mario Avila Perona 
 
 
 
 
LA BOMBA DE NA-K 
Ing. Enrique Mario Avila Perona 
 
 
LA BOMBA DE NA-K 
 
 
• Esta ‘Bomba de Na-K” obliga al Na+ a mantenerse en una concentración 
15 veces menor en el interior que en el exterior y al K+ a alcanzar una 
concentración 30 veces mayor dentro que fuera. Esta situación es la que 
origina un “Potencial de difusión mantenido” que será el “Potencial de 
Reposo” mencionado al comenzar en capítulo. 
 
 
• En los ejemplos de soluciones salinas nos referimos al Na+, para el caso de 
los iones de K+ se produce exactamente el mismo efecto de difusión 
presentado para los iones de Na+. El ingreso de K+ a la célula por 
intermedio de la Bomba de Na-K se realiza para mantener constante la 
concentración de los mismos. 
Ing. Enrique Mario Avila Perona 
FENÓMENOS INTEGRADOS HALLADOS DURANTE LA 
ACTIVIDAD ELÉCTRICA CELULAR. 
 Cuando una célula recibe un estímulo apropiado (eléctrico, por ejemplo) entre los 
fenómenos más significativos que se suceden mencionaremos: 
1. Brusco cambio de permeabilidad de la membrana hacia el Na+ (10.000 veces) en 
un lapso de 0,5 mseg. Este cambio parece estar mediado por el Ca++ 
2. Generación automática de potenciales de acción (propios de la reacción surgida 
ante el estímulo) 
3. Aumento de la permeabilidad hacia el K+ (20 a 40 veces) 
4. Inactivación de la Bomba Na-K, por lo cual los iones fluyen libremente según las 
leyes de la difusión, generando los potenciales de acción. 
5. No hay variación de la permeabilidad hacia el Cl 
6. Proceso de despolarización y repolarización ( 2 mseg): proceso durante el cual los 
cambios de permeabilidad retornan a los valores originales y en consecuencia el 
potencial de membrana comienza a disminuir hasta alcanzar el potencial de 
reposo, momento en que comienza a funcionar la Bomba de Na-K. 
 
Ing. Enrique Mario Avila Perona 
Conclusión 
• Existen potenciales eléctricos en todas las 
membranas que rodean a células vivientes, y 
muchas de estas células tienen la capacidad de 
propagar un cambio en este potencial. 
• Las células nerviosas, musculares y glandulares 
exhiben este tipo de fenómeno. 
• Estas responden a un estímulo de forma tal que el 
potencial de membrana presenta una serie de 
cambios reversibles, llamado Potencial de Acción.• Esta actividad eléctrica de células y tejidos 
constituyen un evento bioeléctricos. 
 
Ing. Enrique Mario Avila Perona 
• Los potenciales bioeléctricos son potenciales 
iónicos producidos como resultado de la 
actividad electroquímica de estos tipos 
especiales de células. 
• Utilizando transductores capaces de convertir 
los potenciales jónicos en tensiones eléctricas, 
se pueden medir estas señales y presentar los 
resultados. 
 
Ing. Enrique Mario Avila Perona 
Principios 
Ing. Enrique Mario Avila Perona 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 El conocimiento de los rangos dinámicos de los fenómenos 
biológicos es una necesidad primaria tanto para el proyectista como 
para el reparador; Es fundamental establecer las necesidades de: 
constantes de tiempo, sensibilidad y respuesta en frecuencia de 
los equipos para: diseñar o elegir los transductores eléctricos 
adecuados. 
 
 Respecto de las constantes de tiempo requeridas estas 
pueden variar entre unos 5 mseg para fenómenos rápidos, como por 
ejemplo potenciales nerviosos sensoriales, hasta respuestas en C.C. 
a 0,1 Hz para temperatura. La sensibilidad varía entre 1 µV para 
E.E.G. y 1mv ó hasta 1 v en el caso de utilizar transductores. 
RANGO DE LOS FENÓMENOS BIOELÉCTRICOS 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
CARACTERÍSTICA DE LA SEÑAL PRIMARIA Y TRANSDUCTORES REQUERIDOS 
Aplicación Característica de la señal Transductor requerido 
E.C.G. 
Electrocardiografía 
Rango de frecuencia: 0,05 a 
1.000 Hz (usual 0,05 a 100 Hz) 
Tensión 10 µv a 5 mv 
Electrodos de contacto directo con gel, 
pasta o crema. Los electrodos de agua 
son menos ruidosos. 
 
Frecuencia Cardiaca 
Rango: 25 a 600 ppm 
Normal: 60 a 90 ppm 
Obtenida del E.C.G., presión arterial o 
amplificadores de onda. 
Ondas de Pulso 
Arterial o Venoso 
 
0,05 a 60 Hz 
Fuente de luz y fotocélula para dedo o 
lóbulos de oreja. Transductor 
piezoeléctrico 
Flujo Sanguíneo 
Arterial o Venoso 
Rango flujo: 300 ml/seg 
Rango frecuencia: 
 0 a 100 Hz 
Electrodos de contacto directo: 
flujómetros impedanciométricos. Emisor-
receptor piezoeléctrico para flujómetros 
doppler. Flujómetro electromagnético. 
E.E.G. Rango frecuencia: 0,1 a 
100 Hz 
Rango tensión: 2 a 400 µv 
Electrodos de superficie o aguja 
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CARACTERÍSTICA DE LA SEÑAL PRIMARIA Y TRANSDUCTORES REQUERIDOS 
Aplicación Característica de la señal Transductor requerido 
Potenciales intracerebrales Duración de pulso: 
0,6 mseg a 0,1 seg 
Rango tensión: 
10 µv a 100 mv 
Electrodos tipo aguja de profundidad 
E.M.G. 
(Electromiografía) 
Rango en frecuencia: 5 a 
2.000 Hz Rango tensión: 
20 a 5.000 µv 
Electrodos de superficie o aguja 
Espirografía Rango en frecuencia: 
0 a 50 Hz 
Espirómetro con salida electrónica 
(transductor diferencial de presión) 
turbina tacométrica 
Frecuencia respiratoria Rango en frecuencia: 
 0 a 50 ciclos/minuto 
(humano) 
Salida del canal de función respiratoria. 
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CARACTERÍSTICA DE LA SEÑAL PRIMARIA Y TRANSDUCTORES REQUERIDOS 
Aplicación Característica de la señal Transductor requerido 
Temperatura Rango en frecuencia: C.C a 
1 Hz 
Alambre. Diodo. Termocupla. Termistor. 
Pletismografía 
(Medición de volumen de 
tejidos) 
Rango en frecuencia: 0 a 
30 Hz 
Electrodos de superficie o aguja 
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Ing. Enrique Mario Avila Perona 
Electrodos 
• Un electrodo puede ser utilizado tanto para la medición de 
eventos bioeléctricos como para estimular tejido excitable. 
• En el primer caso se utilizan bajas densidades de corriente, 
mientras que en el segundo caso la densidad de corriente 
es elevada. 
• Estos electrodos pueden ser de contacto óhmico o 
capacitivo. La gran mayoría de los electrodos son de 
contacto óhmico con el tejido por medio de un electrolito, 
con propiedades eléctricas difíciles de determinar con 
exactitud. 
Ing. Enrique Mario Avila Perona 
Distintos tipos 
• Para describir los diferentes tipos de 
electrodos es importante conocer un modelo 
que caracterice al electrodo con su entorno. 
• Interfase electrodo-electrolito y potencial de 
electrodo. 
 
Ing. Enrique Mario Avila Perona 
Electrocardiograma 
• Registro ecg 
 
 
• Trazado en el tiempo 
 
 
• Trazado en frecuencia 
Ing. Enrique Mario Avila Perona 
 
Ing. Enrique Mario Avila Perona 
Requisitos Generales: 
• Ante las exigencias de medida que imponen los sensores, se 
necesitan amplificadores específicos llamados de 
instrumentación que deben cumplir: 
• Ganancia: seleccionable, estable, lineal. 
• Entrada diferencial: con CMRR alto. 
• Error despreciable debido a las corrientes y tensiones de offset 
• Impedancia de entrada alta 
• Impedancia de salida baja 
Ing. Enrique Mario Avila Perona 
Basado en un amplificador Operacional 
Ing. Enrique Mario Avila Perona 
Amplificador Instrumentación 
Ing. Enrique Mario Avila Perona