Biofísica del Sonido: Información de Estudio (PDF)

El movimiento ondulatorio es el proceso por el que se propaga **ENERGIA** de un lugar a otro sin transferencia de materia mediante ondas. Los fenómenos ondulatorios que podemos encontrar a nuestro alrededor son numerosos: **SONIDO** **y LUZ** (que a diferencia de las ondas sonoras, puede propagarse...

El movimiento ondulatorio es el proceso por el que se propaga **ENERGIA** de un lugar a otro sin transferencia de materia mediante ondas. Los fenómenos ondulatorios que podemos encontrar a nuestro alrededor son numerosos: **SONIDO** **y LUZ** (que a diferencia de las ondas sonoras, puede propagarse por el vacío).  Las ondas sonoras (**MECANICAS**) son elásticas solo se pueden propagar, oscilando un medio **material elástico:** **solido**, **liquido** o **gaseoso**. Pueden considerarse como causadas por la **compresión** y **rarefacción** de las moléculas del medio Las moléculas oscilan, moviéndose hacia adelante y hacia atrás en la dirección del **movimiento ondulatorio**. En términos físicos: una onda es una **perturbación** que se propaga en un **medio material** (sólido, liquido y gaseoso) o por el **vacío** (Ondas electromagnéticas) Clases de ondas: **Ondas Mecánicas**: necesitan un medio natural para su propagación (**longitudinales** y **transversales**). El proceso de la audición humana (longitudinal) **Ondas Electromagnéticas:** no necesitan un medio natural (pueden propagarse en el vacío). **Longitudinales**: onda en la que el movimiento de **oscilación** de las **partículas del medio** (aire) es **paralelo** a la dirección de propagación de la onda. El aire se **comprime** y **expande (rarefacción)** en la misma dirección en que avanza el sonido. **Transversales:** Onda en la que el movimiento de oscilación de las partículas del medio (aire) es **perpendicular** a la dirección de propagación de la onda. **Ej. ondas electromagnéticas, el campo magnético y el campo eléctrico son transversales**. **Valle:** punto más bajo de la onda **Cresta**: punto más alto de la onda **Longitud de onda**: distancia entre dos crestas o valles sucesivos. **Amplitud**: es la máxima altura de la cresta o del valle. El **máximo alejamiento** de la onda con respecto a **la posición** de equilibrio se llama **Amplitud.** **Propagación del sonido:** **La velocidad del sonido es mayor en los sólidos que en los líquidos y en los líquidos mayor que en los gases.** **En pulmones: 330 m/s** **En hueso: 3000 a 4000 m/s** **En tejidos blandos 1450 a 1700 m/s** **La velocidad del sonido depende de la densidad y temperatura del medio.** **El Sonido se propaga mediante ondas longitudinales.** La **densidad** de las partículas permite un **[mayor intercambio de energía]** cuando estas se encuentran más cerca. El sonido se propaga más rápidamente en el aire **caliente** que en el aire frío, porque al **aumentar la temperatura**, la rapidez de las moléculas del medio aumenta, lo que ocasiona un **incremento en la rapidez de la propagación de la onda.** **ELEMENTOS O FACTORES PARA QUE EXISTA SONIDO** - Una fuente de vibración mecánica llamada fuente sonora - Un **medio elástico** a través del cual se propague la perturbación, es decir la onda sonora. - Dicho medio puede ser el agua (líquidos), el aire (gases), y los metales (sólidos). - Según los fisiólogos para que exista sonido es necesaria la presencia de alguien que lo reciba, es decir un **receptor** del sonido - **TIPOS DE SONIDOS:** - Sonidos **sónicos:** son aquellos sonidos que **somos capaces de escuchar**. Estos sonidos tienen una frecuencia comprendida en el rango de **20hz a 20000hz** (veinte a veinte mil hz). - **Sonidos infrasonidos**: son aquellos que podemos definirlos como las vibraciones de presión cuya frecuencia es inferior a la que el oído humano puede percibir; es decir entre 0 y 20 Hz. **Ballenas, Elefantes**, **Topo, cocodrilo, rinoceronte** Son capaces de producir y captar este tipo de sonidos. El infrasonido se puede para atraer a las parejas, alertar a los rivales, o para avisar acerca de la - Los ultrasonidos son aquellas ondas sonoras cuya frecuencia es superior al margen de audición humano: 20 Khz o (20000 hz). Los murciélagos en sus vuelos nocturnos se guían con los ultrasonidos para no chocar contra los objetos que se encuentran a su paso. **Ultrasonido obstétrico (ecografía): ecos reflejados por las estructuras corporales** Cuando las ondas ultrasónicas atraviesan un tejido, sufren **atenuación** y **reflexión** según la **densidad**. Cuando las ondas sonoras inciden sobre medios de diferente densidad, **se reflejan** y **cumplen con la ley de Snell que expresa que el ángulo de incidencia y el ángulo de reflexión son iguales**. Proporcionan información permitiendo diagnósticos fiables La **diatermia ultrasónica** emplea ondas acústicas de alta frecuencia, en el rango de **700 KHz** a 1 **MHz** para tratamientos de termoterapia. La **energía mecánica** de la **onda acústica** se convierte en **energía térmica** que calienta el tejido vivo sobre el que incide la onda. **CUALIDADES DEL SONIDO** - Altura o Tono: nos permite distinguir si el sonido es grave o agudo. - La altura o tono está relacionada de manera predominante con la frecuencia. - Un sonido es más agudo cuanto mayor sea su frecuencia. (oscilaciones por segundo). - La intensidad es la energía transportada al pasar un medio y depende de la fuente que produce el sonido. - La unidad utilizada es decibel. - Sonido de alta intensidad (Fuerte) - Intensidad o sonoridad: permite decir si un sonido es más o menos fuerte. - Timbre: permite distinguir dos sonidos con las mismas alturas e intensidades. **OIDO HUMANO.** es un órgano sensorial que realiza dos funciones sumamente importantes: Actúa como transductor, convirtiendo la energía sonora en señales eléctricas que luego son transportadas al cerebro para su procesado, interpretación y almacenamiento y se desempeña como el órgano primario del equilibrio y tiene un papel muy importante en la sensación subjetiva de movimiento y orientación espacial. **OIDO EXTERNO.** **Oreja:** capta las sensaciones sonaras y las dirige hacia el canal auditivo externo y mide alrededor de 3 cm de longitud y 8 mm de diámetro. Está constituido por tejido cartilaginoso, piel y tejido muscular. - El conducto auditivo externo amplifica automáticamente los sonidos más bajos que proceden del exterior. - Las glándulas sebáceas y ceruminosas: las secreciones de estas glándulas producen cerumen (cera): lubrica y protege. - La cera de los oídos es una sustancia viscosa que tiene ciertos componentes químicos que protegen al oído de infecciones y resequedad y también de sonidos fuertes. - La cera recoge la suciedad y mantiene limpio el conducto. - Las propiedades antimicrobianas se deben principalmente a la presencia de ácidos grasos saturados (colesterol, escualeno, lanosterol, lisozimas y sobre todo, al pH relativamente bajo del cerumen. **OIDO MEDIO** - La cadena de huesecillos (martillo, yunque y estribo) se extienden desde el tímpano hasta la ventana oval poniendo en comunicación estas partes. - El martillo está unido a la parte interior del tímpano y el estribo, a la ventana oval del oído interno mediante ligamentos fibrosos - Permite transmitir y amplificar la presión de la onda sonora. - Musculo tensor de tímpano y el musculo estapedio. - La finalidad de esta cadena es convertir vibraciones de gran amplitud y poca presión en el tímpano, en vibraciones de pequeña amplitud y mayor presión, requeridas en el líquido que llena el oído interno. - A causa del efecto palanca las vibraciones del estribo son de menor amplitud, pero mayor fuerza. - La ganancia mecánica de esta palanca es de 1,3, lo que significa que la fuerza que el estribo ejerce sobre la ventana oval es 1,3 veces mayor que la que ejerce el tímpano sobre el martillo. - Si se quiere transmitir los sonidos sin pérdida de potencia de un medio aéreo a un medio liquido, es preciso aumentar la presión acústica de la vibración sonora. - La cadena de huesecillos gracias a su efecto de palanca, realiza la adaptación de la impedancia acústica. - La impedancia acústica es la resistencia que opone un medio a la propagación de las ondas sonoras. - El mecanismo de palanca de los huesecillos contribuye reducir la impedancia en el líquido perilinfático del oído interno por medio del estribo que actúa como pistón. - El mecanismo de amplificación también está determinado por el tímpano, que es 17 veces más grande que la ventana oval, lo que contribuye a mejorar la audición. - El estribo actúa como un pistón que golpea la membrana oval y genera ondas de presión hidráulica. - Las ondas de presión viajan a través de la rampa vestibular y en el helicotrema pasan hacia la rampa timpánica. **TIMPANO.** - Es una membrana elástica, semitransparente (cónica) que separa el canal auditivo externo del oído medio. - Posee una concavidad hacia el canal auditivo externo debido al hueso martillo que se inserta en ella. - El tímpano se mueve como consecuencia de las vibraciones del aire que llega a través del canal auditivo externo. - Los movimientos de la membrana timpánica se transmiten al oído interno por medio del movimiento de los huesos del oído medio. - Conducto osteofibromembranoso de 4 o 5 cm de longitud, revestido por mucosa. - Para una adecuada vibración del tímpano, la presión atmosférica en el conducto auditivo externo con respecto a la del oído medio debe ser igual, de lo contrario no se llevaría a cabo este proceso vibración) de una manera eficaz. - La trompa de Eustaquio permite el equilibrio de presión del aire entre El oído medio y el medio exterior. - La trompa de Eustaquio ayuda a mantener la misma presión de aire a ambos lados del tímpano, permite que el aire entre en el oído medio. - Si la trompa está obstruida, el aire no puede llegar al oído medio, por lo que la presión disminuye y el tímpano se abomba hacia dentro. - La diferencia de presión puede causar dolor y lesionar o romper el tímpano. - La obstrucción de la trompa de Eustaquio ocasiona un aumento de presión en el oído medio que a su vez ejerce una presión sobre el tímpano y surge el dolor. **OIDO INTERNO.** Una parte de nuestro oído interno es la encargada de regular el sentido del equilibrio. Para eso están los canales semicirculares, junto al utrículo y el sáculo, que dentro del vestíbulo son los responsables del equilibrio dinámico y el equilibro estático respectivamente.  Los canales semicirculares están orientados en diferentes direcciones en el espacio - El sáculo regula en equilibrio estático - El utrículo regula en equilibrio dinámico El movimiento de los cilios desencadenado por el desplazamiento de la cabeza genera un impulso o corriente eléctrica que se transmite al cerebro a través del **nervio vestibular** e informa sobre la posición. **LA TRANSDUCCION DEL SONIDO.** - Cóclea o caracol: tiene que ver con la audición. - La cóclea es un tubo enrollado helicoidalmente, adoptando la forma de un caracol - Se transforma la energía sonora (onda mecánica) en señales eléctricas (órgano de Corti) - Es capaz de discriminar la frecuencia e intensidad de los tonos que constituyen el espectro audible (membrana basilar). Tiene tres subdivisiones, denominados de arriba hacia abajo: - Rampa vestibular - Conducto coclear - Rampa timpánica 1. Rampa vestibular (perilinfa). 2. Rampa timpánica (perilinfa). 3. Rampa coclear (endolinfa). 4. Membrana basilar. 5. Membrana de Reissner. 6. Órgano de Corti.  - Las rampas **vestibular** y **timpánica** están comunicadas entre sí mediante un pequeño agujero llamado **helicotrema.** - La membrana de Reissner, también llamada **membrana vestibular** la separa de la rampa coclear o media. - La rampa timpánica y media las separa la **membrana basilar.** - Los tres compartimientos están llenos de por líquidos desprovistos de células: perilinfa y endolinfa. - La perilinfa es rica en **sodio** y la endolinfa rica en **potasio** y **proteínas**). - Esta composición iónica es necesaria para el funcionamiento óptimo de las células sensoriales **ORGANO DE CORTI.** - Es el transductor que transforma las ondas mecánicas en señales eléctricas. - - Las unidades sensoriales están representadas por las células pilosas cuyo extremo apical (estereocilios) entra en contacto con la membrana tectoria o tectorial. - Las células tiene gran sensibilidad electromecánica. - - Las células pilosas son receptoras y generan señales nerviosas en respuesta a las vibraciones sonoras. **CORTEZA CEREBRAL.** - Discrimina los sonidos y sus cualidades. - Permite descomponer sonidos complejos como los del lenguaje o la música. **ULTRASONIDO.** - Un ultrasonido es un sonido que tienen una frecuencia superior a los 16000 Hz o 20000 Hz (16 a 20 kHz). - Se utiliza en la medicina con tres finalidades: terapéutica, destructora y de diagnóstico. - En la terapéutica se utilizan los ultrasonidos para producir calentamientos de los tejidos empleándose intensidades entre 10 y 100 kW/m2. - En cirugías para destruir tejidos innecesarios. - En los fines de diagnóstico se emplean intensidades menores de 1µW/m2 - Mediante **bisturí ultrasónicos**, es posible realizar incisiones más finas que con escalpelos convencionales. - Se a empleado esta técnica en **operaciones delicadas en el cerebro y el oído, cirugías cardiovasculares.** - **Corta** y **hemostasia**: en tejidos blandos. - No carboniza los tejidos. **Cristal piezoeléctrico**. - Cuando la corriente eléctrica pasa por el cristal piezoeléctrico (**cristales de cuarzo**, titanato de bario o titanato de plomo-circonato) se produce una **vibración ultrasónica la cual se transmite al paciente.** - A medida que las ondas son reflejadas (ecos) estas son captadas por el **transductor**, interaccionan con los cristales y se produce una señal eléctrica que es analizada y transformada en una **imagen**. - **Los cristales piezoeléctricos actúan como emisores y receptores de sonidos**. - Se requiere un medio para la transmisión del ultrasonido entre e transductor y el cuerpo de del paciente. - Los medios que más se usan: - **Geles.** - Aceites. - Pomadas. - Emulsiones de agua de aceite. - La aplicación de gel es para evitar la propagación la onda ultrasónica a través del aire, lo cual impide la **exploración** y la posterior **observación** de estructuras - **EFECTOS BIOFISICOS DEL ULTRA SONIDO** - **Efecto mecánico**: es el efecto que se produce en el tejido (Micromasaje), debido a que las vibraciones sónicas causan comprensión y expansión en el tejido. - Se puede provocar cambios en la permeabilidad de la membrana celular (sonoforesis). - La sonoforesis se utiliza para facilitar la penetración de los medicamentos aplicados tópicamente como: anestésicos y antiinflamatorios - Los medicamentos penetran más al aumentar el tamaño de los poros. - Las sustancias a introducir deben ser hidrosolubles. - **Efecto térmico:** el micromasaje de los tejidos conduce a la generación de calor por fricción, siendo esta la acción más común de los ultrasonidos. - Favorece a la circulación sanguínea ya que sucede vasodilatación. - **Favorece a la relajación muscular.** - Puede provocar **cavitación (formación y colapso de burbujas en un líquido)** - Cualquier tipo de energía al actuar sobre el cuerpo humano sufre una transformación en forma de calor. - Se forman burbuja de gas que aumentan de tamaño y después explotan produciéndose daños en los tejidos u órganos. - El aumento considerable de **temperatura** y **presión** daña las células cercanas. - En medicina se utiliza para realizar la **litotricia extracorpórea.** - Se utilizan ondas de choque para el tratamiento de **la litiasis renal**. **ECOGRAFIAS.** La ecografía puede definirse como un medio diagnóstico médico basado en las imágenes obtenidas mediante el procesamiento de los ecos reflejados por las estructuras corporales, gracias a la acción de pulsos de ondas ultrasónicas. El procedimiento de una ecografía sigue este proceso: 1. Se aplica un gel en la zona del cuerpo. 2. El transductor envía un ultrasonido: este actúa como emisor y receptor. 3. El sonido del transductor se refleja en las estructuras del interior del cuerpo. 4. La información de los sonidos es analizada por una computadora. 5. La computadora entonces crea una imagen de estas estructuras en una pantalla de televisión. Las ecografías de alta resolución determinan el riesgo de padecer Síndrome de Down (3 meses de gestación). El especialista destaca si está o no el hueso de la nariz en el feto. Además, Se puede medir el engrosamiento de la parte posterior del cuello de un feto para ayudar a evaluar el riesgo de Síndrome de Down y Entre más grueso sea este mayor liquido habrá esto hace que el espacio sea más grueso. **EFECTO DOPPLER** Cuando la fuente de sonido se acerca la frecuencia aumenta y cuando se aleja disminuye. La velocidad se representa por el brillo. Oscuro y persistente; la velocidad es lenta y si es brillante es alta El doppler permite estudiar los vasos sanguíneos por ejemplo en casos de obstrucción y la presencia de trombo intra-vascular, HAY AUSENCIA de señal Doppler. La FINALIDAD de cualquier Doppler es detectar la velocidad y dirección del flujo sanguíneo. El Doppler debe emitir una señal de referencia capaz de penetrar a la profundidad donde circula la sangre y retornar al transductor con suficiente fuerza para ser detectada. **LA ECOGRAFÍA DOPPLER.** - **Se utilizó inicialmente para medir los latidos de corazón.** - Registra las ondas sonoras que reflejan los objetos en movimiento (sangre), para medir la forma como esta fluye su **velocidad** - Los **eritrocitos** son los responsables de la dispersión de los ultrasonidos en la sangre. - El **Doppler en color**: El color azul o rojo se asignan de acuerdo a la dirección. Es decir; El flujo que se dirige al transductor se representa en rojo y el que se aleja en color azul.