Conceptos de Biofísica La biofísica es la ciencia que estudia la biología con los principios y métodos de la física. Se discute si la biofísica es una rama de la física o de la biología. Desde un punto de vista puede concebirse que los conocimientos y enfoques acumulados en la física "pura" pueden aplicarse al estudio de los sistemas biológicos. En ese caso la biofísica le aporta conocimientos a la biología, pero no a la física, sin embargo, le ofrece a la física evidencia experimental que permite corroborar teorías. Ejemplos en ese sentido son la física de la audición, la biomecánica, los motores moleculares, comunicación molecular, entre otros campos de la biología abordada por la física. La Biofísica es una sub-disciplina de la Biología que estudia los principios físicos subyacentes a todos los procesos de los sistemas vivientes. La biofísica es una ciencia reduccionista porque establece que todos los fenómenos observados en la naturaleza tienen una explicación científica predecible. La biofísica es una de las ramas más nuevas de los estudios pedagógicos que combina física, matemática, química y biología para modelar y entender en forma eficaz, cómo funcionan los sistemas biológicos. La biosfísica combina estas áreas de la ciencia para estudiar las biomoléculas y la estructura molecular. La biofísica es una área interdisciplinaria que estudia a la biología aplicando los principios generales de la física. Al aplicar el carácter probabilístico de la mecánica cuántica a sistemas biológicos obtenemos métodos puramente físicos para la explicación de propiedades biológicas. Se puede decir que el intercambio de conocimientos es únicamente en dirección a la biología, ya que ésta se ha ido enriqueciendo de los conceptos físicos y no viceversa. Antecedentes La historia de la biofísica Biofísica comenzó en el siglo 19, cuando los principios de la física newtoniana fueron aplicados a las ciencias biológicas. Un mecanicista debate entre vitalista comenzó entre los que propone que la física inorgánica fue el criterio para el estudio de la vida y los que propuso que tales estudios reduccionistas perdido de vista el organismo. El trabajo actual, como manifestación Gunter Albrecht-Buehler de que las células tienen un interior “inteligencia” y los medios de comunicación, reconocer los niveles múltiples sistemas integrados en un organismo total. En el siglo 19, la “Escuela de Berlín de los fisiólogos” aplicado la física y la química para el estudio de los sistemas vivos y desarrolló el primer estudio riguroso de la fisiología. Hoy en día, su enfoque de la biología se considera “reduccionista”, lo que significa que los sistemas complejos reducido a explicaciones simples, y “anti-vitalista”, es decir que ellos pensaban que los organismos vivos deben ser estudiados como materiales no vivos. La “Escuela de Berlín de los fisiólogos” supone, como Emil Du Bois-Reymond predijo en 1847 que la fisiología se “disuelven en la física y la química orgánica”. La Escuela de Berlín estableció una nueva base de la investigación fisiológica. Emil Du Bois-Reymond demostró que los nervios son un sistema de potencial eléctrico. Carl Ludwig investigado la química sanguínea, la presión arterial y mide demostrado que “” glándulas secretoras (por ejemplo, la tiroides) interactúan químicamente con la sangre y no son simplemente filtros. Hermann von Helmholtz inventó el oftalmoscopio y teorías desarrolladas en la percepción espacial, la visión del color y la visión del movimiento. Ernst von Brcke originó el término “psicodinámica”, basada en el principio de conservación de la energía, y que influyó en Sigmund Freud para modelar las teorías psicológicas después de la física newtoniana. En 1910, un educador estadounidense, Abraham Flexner, escribió un informe sobre la enseñanza de la medicina en los EE.UU. y Canadá. Flexner fue influenciado por cuatro estadounidenses que había estudiado con Carl la escuela de Berlín, Ludwig. Informe Flexner impulsó la reforma de las escuelas de medicina, de manera que para 1930, la fisiología experimental biofísicos fue el criterio aceptado para la “medicina científica”. En 1944, Otto Glasser, quien desarrolló el “dosímetro” para medir la exposición a rayos X, publicó un libro de texto titulado “Biofísica Médica”. En el año 2009, de vanguardia médica biofísica incluye la ecografía, resonancia magnética tratamientos de hipertermia imágenes, ondas de radio y ultrasonido, y la marcación química a nivel molecular de las tecnologías de formación de imágenes. A principios de la década de 1920, las universidades alemanas establecieron institutos biofísicos para el estudio de los efectos de la radiación sobre los organismos. AG Gurwitsch trabajado sin éxito con “mitógena” (mitogénica) ultravioleta para estimular la división celular. Análisis de rayos X difracción se utilizó por primera vez en 1934 para estudiar la estructura molecular, y en 1953, Watson y Crick usaron para desarrollar un modelo de ADN. Aún así, en 1955, Otto Glasser se quejó de que a pesar de que los estudios de radiación eran una pequeña parte de la biofísica, la literatura fue dominada por el tema. El futuro de la biofísica será un enfoque interdisciplinario de los sistemas de vida. En 1968, Ludwig von Bertalanffy abogó por una “organísmica” biología se centró en el estudio de los niveles de organización del sistema dentro de los organismos. El trabajo de Walter Beier, de la Universidad de Jena, Alemania se basa en las teorías de sistemas de Bertalanffy. Beier describe los niveles de componentes, tales como moleculares, celulares, tisulares, órgano, integrados en el organismo superior y los niveles ambientales. Beier trabajo es el principio de la biofísica moderna y se basa en una teoría de sistema abierto (no reversible) termodinámica, la cibernética (sistemas automáticos de control) y la teoría de la información (códigos de comunicación). Aportes La Biofísica ha hecho grandes aportes a la Medicina. El conocimiento Biofísico ha sido el pilar fundamental para el entendimiento de los fenómenos fisiológicos que son base del funcionamiento del organismo humano en estado normal y patológico. Dentro de ellos podemos mencionar: la recepción de señales exteriores por parte del organismo, la transmisión del impulso nervioso, los procesos biomecánicos del equilibrio y desplazamiento del organismo humano, la óptica geométrica del ojo, la transmisión del sonido hasta el oído interno y el cerebro, la mecánica de la circulación sanguínea, de la respiración pulmonar, el proceso de alimentación y sostenimiento energético del organismo, el mecanismo de acción de las moléculas biológicamente funcionales sobre las estructuras celulares (las membranas, los organoides bioenergéticos, los sistemas mecano-químicos), los modelos físico-matemáticos de los procesos biológicos, etc. De otro lado, el establecimiento de las bases biofísicas de los fenómenos arriba mencionados ha sido básico para el desarrollo de dispositivos técnicos, aparatos y medidores para obtener bioinformación, equipos de autometría y telemetría; que permiten un diagnóstico médico más efectivo y confiable. En la actualidad el desarrollo de la Medicina depende en gran medida de su capacidad tecnológica, la cual está determinada por el desarrollo del conocimiento biofísico soporte de la Bioingeniería. Objetivos Su objetivo primario para esto es el desarrollo de nuevas herramientas dinámicas y estructurales obtener estudios mas completos de los sistemas y de las simples interacciones de las proteínas in vitro a complejas interacciones de biopolimeros en células. La Biofísica explica funciones biológicas en términos de mecanismos moleculares: descripciones físicas precisas de cómo moléculas individuales trabajan juntas como pequeñas máquinas para producir funciones biológicas específicas. Ramas de la biofísica Biomecánica: Estudia la mecánica del movimiento en los seres vivientes; por ejemplo, la locomoción, el vuelo, la natación, el equilibrio anatómico, la mecánica de los fluidos corporales, la fabricación de prótesis móviles, etc. Bioelectricidad: Estudia los procesos electromagnéticos y electroquímicos que ocurren en los organismos vivientes así como también los efectos de los procesos electromagnéticos abióticos sobre los seres vivientes; por ejemplo, la transmisión de los impulsos neuroeléctricos, el intercambio iónico a través de las biomembranas, la generación biológica de electricidad (anguilas, rayas, etc.), la aplicación de la electrónica en biomedicina, etc. Bioenergética (termodinámica biológica): Se dedica al estudio de las transformaciones de la energía que ocurren en los sistemas vivientes; por ejemplo, la captura de energía por los biosistemas, la transferencia de energía desde y hacia el entorno del biosistema, el almacenamiento de energia en la célula, etc. Bioacústica: Investiga y aplica la transmisión, captación y emisión de ondas sonoras por los biosistemas. Biofotónica: Estudia las interacciones de los biosistemas con los fotones; por ejemplo, la visión, la fotosíntesis, etc. Radiobiología: Estudia los efectos biológicos de la radiación ionizante y la no ionizante y sus aplicaciones en las técnicas biológicas de campo y de laboratorio. Aplicaciones Las leyes del movimiento de Newton, la teoría atómica de Dalton y la elaboración de los principios de herencia de Mendel, son ejemplos notables de que las generalizaciones a partir de observaciones dieron origen a conocimientos muy importantes. Cuando hacemos un conjunto de observaciones, o sea, un experimento, datos similares podrán ser obtenidos otras veces si el experimento fuese repetido en las mismas condiciones. La generalización siempre es consecuencia de una serie de experimentos similares. En la práctica es dificil garantizar que dos experimentos sean exactamente iguales en todas sus variables de forma que no podemos asegurar resultados exactamente iguales. Los datos numéricos deberán variar dentro de una franja, lo que es denominado error experimental y las generalizaciones deberán tomar en cuenta este error o inseguridad. La física y la quimica, ciencias con gran tradición experimental, presentan generalizaciones basadas en resultados con un buen grado de reproductibilidad, pues en la mayoría de los casos la inseguridad puede ser reducida a proporciones despreciables. Ya en biología el problema de la incerteza, es bastante serio pues la mayoría de las experiencias es realizada con organismos vivos, que son altamente complejos, lo que genera resultados altamente variables o sea, como la incerteza es muy amplia, es dificil la reproducción exacta de una experiencia. Para minimizar el problema, reducir esta incerteza sería una providencia inmediata, sin embargo, la tarea de identificar y controlar todas las fuentes de incerteza es algo imposible. Además de ello, sería un riesgo muy grande suponer que cualquier organismo estandar puede representar a toda la especie de una población. Ante esa realidad, debemos procurar medios para conducir nuestros experimentos, presentando observaciones y analizando los resultados de manera que podamos extraer conclusiones con una precisión conocida.
Posted on: Thu, 19 Sep 2013 17:38:17 +0000
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