¿La física está involucrada en la medicina?

Siempre ha sido una disciplina esencial para comprender la capacidad musculoesquelética / miofascial. Sin embargo, la investigación más reciente sobre la anatomía y la fisiología del sistema fascial (tejido conectivo) es como toda una nueva y nueva rama de investigación en un sistema que una vez se consideró que era “simplemente empacar” para los sistemas más interesantes. Ahora se entiende que la fascia es un sistema en sí mismo, con propiedades muy exclusivas de ella, y es muy interactiva con los sistemas neurológicos y musculares asociados. Ver:

(libro) Fascia: la red de tensión del cuerpo humano: la ciencia y las aplicaciones clínicas en la terapia de movimiento y manual, 1e: 9780702034251: Medicina y ciencias de la salud Books @ Amazon.com

y

(investigación) Myofascial Helices – Tensegrity en Biología

Myofascia

La miofascia se clasifica tradicionalmente en tres regiones diferentes (Turrina et al 2013), que juntas forman una red jerárquica de tubos o vainas fibrosas que encierran tubos más pequeños dentro de ellas, y se continúa con tubos fasciales de “alto nivel” (compartimentos) que rodean a los grupos de los músculos, las extremidades y todo el cuerpo (figura 1). Aunque algunos autores consideran que la miofascia ya no debería considerarse como una colección de “tubos” o “vainas”, ya que es realmente una “matriz tridimensional que es continua en todo el órgano” (Purslow y Delage 2012 p 5) y “tremendamente complejo en comparación con otros tejidos conectivos” (Gillies y Lieber 2011 p 318), una comparación con “tubos” helicoidales cruzados en otras partes del cuerpo y en diferentes especies sugiere que una apreciación de este patrón es importante para impulsar nuestra comprensión de la mecánica muscular (Clarke y Cowey 1958, Kier y Smith 1985).

Aquí es donde se pone interesante:

El tubo helicoidal

Todos estos tejidos contribuyen a la red estructural altamente compleja y continua que se extiende desde el citoesqueleto celular interno, la membrana plasmática, la cubierta endomisial, los fascículos perimisiales y el epimio hasta los tendones y la fascia, los músculos y el hueso circundantes; con cada región jugando su propia parte especializada en la transferencia de tensión. Las descripciones de los tejidos miofasciales como “tubos” se siguen naturalmente de sus apariencias transversales; y los tubos fasciales de mayor nivel que rodean grupos de músculos, todo el miembro y la pared del cuerpo son similares (figuras 1 y 2), con las orientaciones de las fibras de colágeno dentro de sus paredes que tienen un papel funcional importante.

Las “paredes” del perimisio y el epimisio son distintas ya que con frecuencia contienen dos conjuntos de cables de colágeno de capas cruzadas alineados a aproximadamente ± 55

o

(relativo al eje largo en músculos fusiformes en reposo) (figura 3), mientras que la orientación aparentemente isotrópica de las fibras de colágeno dentro del endomisio parece ser aleatoria, pero colectivamente tiene una alineación media (ponderada en números) de aproximadamente 59

o

(Purslow y Trotter 1994). Todos estos ángulos aumentan con la contracción muscular y se alinean más con su plano transversal o circunferencial y cuando el músculo se estira, los ángulos disminuyen a medida que las fibras se alinean hacia la dirección principal de tensión, lo que indica que las fibras de colágeno están unidas mecánicamente a cada otro (Purslow 1989; Chaudhry et al 2012). Las alineaciones particulares de las fibras de colágeno dentro de las paredes de estos tubos no pueden considerarse incidentales sino que contribuyen a la mecánica de la función muscular, que puede analizarse simplemente si los conjuntos de colágeno de capas cruzadas se consideran zurdos y diestros. hélices o espirales (figura 5).

Un patrón ubicuo

La espiral helicoidal cruzada y su significado funcional se han descrito en las paredes corporales del calamar (Johnsen y Kier 1993), anfibios (O’Reilly et al 2000), anguilas (Hebrank 1980), peces, delfines y ballenas (Pabst 2000) sugiriendo que un patrón similar es probable que ocurra en todo el humano. De hecho, las alineaciones del músculo y los tejidos faciales en inversión que se curvan alrededor de la pared y las extremidades del cuerpo también sugieren disposiciones helicoidales, aunque solo en parte (Benetazzo et al 2011; Vleeming 2012) (figura 8); y Scarr (2013) también sugirieron una disposición helicoidal alternativa de colágeno en las extremidades de los mamíferos, aunque esto no se ha confirmado.

También se han descrito disposiciones helicoidales cruzadas de colágeno en las paredes de las arterias elásticas (Holzapfel 2006), el disco intervertebral (Hukins y Meakin 2000), el corazón (Buckberg 2002), la tráquea, el esófago (Carey 1920a yb), pequeño intestinos (Gabella 1987) y notocorda embrionaria (Koehl et al 2000); y órganos tubulares que mantienen un volumen constante a través de cambios de forma debido a los arreglos helicoidales cruzados del tejido muscular y fascial también se han descrito en las lenguas de mamíferos y lagartijas, brazos y tentáculos de cefalópodos y troncos de elefantes (Kier y Smith 1985). ) Los principios mecánicos que subyacen en el valor de este patrón omnipresente en la biología incluso contribuyen a la novedad del juguete “trampa de dedo china” y su efectividad como sutura en la cirugía gastrointestinal (Song et al 2008). (énfasis, mío)

Teniendo en cuenta la similitud entre el ángulo teórico de la fibra que equilibra tensiones longitudinales y circunferenciales (54.44

o

), y la alineación de las fibras de colágeno dentro de la miofascia de los músculos en reposo y otros ejemplos biológicos, parecería que estos arreglos geométricos cruzados-helicoidales están de hecho contribuyendo a la coordinación de los cambios en la forma muscular. También permitirían que dichos tubos se doblen suavemente sin retorcerse y resistan las deformaciones torsionales, demostrando así el valor de esta disposición particular para la mecánica muscular (Wainwright 1988, p 71; Etnier, 2003).

El cuerpo humano es asombroso, ¡y aún tenemos mucho por aprender, del cuerpo y de la colaboración interdisciplinaria en investigación!

Sí Definitivamente

El alcance de la Física en medicina consiste en la aplicación de la física teórica y práctica a la medicina, la fisiología y la biología. Los temas cubiertos son:

  • Física de la imagen
    Imágenes por ultrasonidos, Imágenes ópticas, Imágenes por rayos X, Fluorescencia
  • Física de la terapia
    Terapia ultrasónica, medicina vibracional, Física láser
  • Física de Materiales y Mecánica
    Física de impacto y lesiones, Física de proteínas, Metamateriales, Nanociencia y Nanotecnología, Materiales biomédicos, Física de enfermedades vasculares y cerebrovasculares, Micromecánica y Microingeniería, Microfluídica en medicina, Mecánica del cuerpo humano, Motores rotativos moleculares, Física biológica, Física de bio fabricación y medicina regenerativa
  • Física de la instrumentación
    Ingeniería de instrumentos, Efectos físicos de la aplicación de instrumentos, Ciencia y tecnología de medición, Física de micro-laboratorios y dispositivos de sensores bioanalíticos, Instrumentación óptica, Instrumentos de ultrasonido
  • Física de Electromagnetica
    Ingeniería Neural, Análisis de señales en Medicina, Electromagnetismo y sistema nervioso, Quantum Electronics
  • Física de la audición y la visión
    Acústica y audición, Física de audífonos, Óptica y visión, Física de ayudas para la visión
  • Física de la medicina espacial
    Fisiología espacial, Física relacionada con la medicina espacial

El campo de la Medicina Física es, en esencia, un estudio en física, que cuando se le da la consideración adecuada puede restaurar la calidad de vida. Nuestra perspectiva es que el cuerpo humano es, entre otras cosas, una máquina diseñada para interactuar con su entorno y que los desórdenes conducen a una función subóptima. Esto se repite en la filosofía osteopática temprana que afirmaba simplemente que “la forma gobierna la función. Cuando se afecta la forma, se deduce que la función también se ve afectada”. Restaurar la capacidad de un órgano o estructura corporal para interactuar correctamente, de la manera más eficiente posible y completar el rol que se le da, es primordial para nuestro enfoque. Si eso no es posible, adaptamos el entorno, o mediante el uso de equipos, la forma en que interactuamos con ese entorno.


Los doctores en Medicina Física y Rehabilitación son muy conscientes de que las articulaciones son ejes de rotación a través de los cuales se generan impulsos angulares mediante la contracción de los músculos, cuyo torque se rige por la distancia de los puntos de inserción de sus tendones desde el eje. Gait, por ejemplo, es un diseño en eficacia. El aumento de la longitud de la zancada, por ejemplo, aumenta la distancia recorrida pero aumenta el ascenso y la caída del centro de gravedad, lo que a su vez consume más energía. Disminuir demasiado? Ineficiente en que no se cubre suficiente terreno en una cantidad de tiempo dada. ¿Artritis? Un aumento en el coeficiente de fricción que conduce a la pérdida de la membrana sinovial. Tome también electrodiagnóstico. La transmisión del nervio es un matrimonio entre la teoría eléctrica y los potenciales bioquímicos. Nuestro equipo mide el tiempo que toma para que un potencial de acción viaje una cierta distancia de nervio. Distancia y tiempo? Tenemos la velocidad, cuando se compara con los datos normativos, permite un diagnóstico preciso de las condiciones neurológicas y neuromusculares. Eso es solo arañar la superficie de mi campo solo. Dudo que haya una rama de la medicina que no esté profundamente basada en las leyes básicas de la física. Mi campo identifica problemas que en gran parte se reducen a problemas en la física. Las matemáticas se han llamado el lenguaje de Dios, y la física a su vez no sería nada sin las matemáticas. Una mirada al asombroso funcionamiento del cuerpo humano revela no solo una bella interacción entre física y química, sino quizás todas las disciplinas básicas combinadas. Una maravilla de hecho.

La física ha jugado un papel importante en el desarrollo de la medicina. Destacaré dos temas generales.

  • Diagnóstico no invasivo . La medicina ha tomado herramientas como el microscopio, la máquina de rayos X, la monitorización eléctrica, la máquina de resonancia magnética, el ultrasonido y el escáner PET para evaluar y comprender la salud del paciente, a menudo con un daño incremental mínimo para el paciente. Esto es poderoso
  • Entrega del tratamiento. La radioterapia ayuda a los médicos a dirigir los fotones y partículas de alta energía hacia el tejido canceroso. Los láseres se utilizan con frecuencia en microcirugía en áreas sensibles, particularmente el ojo.

Esto, por supuesto, no resalta áreas como la ingeniería biomédica y la ciencia de los materiales que a menudo tienen un fuerte arraigo en la física.

Sí, más de lo que piensas

Además de lo obvio, es decir, CT, MRI y radioterapia

Oftalmología: además de ver dentro de sus ojos, el principio de la óptica se usa para determinar el estado de la célula corneal antes de la cirugía y su curvatura.

En la cirugía de catract, usamos lentes artificiales (también llamadas lentes intraoculares) para reemplazar la lente después de una cirugía de facoemulsificación.

Medicina: – En ECG o electrocardiograma, colocamos electrodos en la piel de una persona para medir el flujo de corriente en el corazón. El ECG es útil para diagnosticar pacientes que sufren de cardia aritmia.

Neurología: – Usamos un electroencefalograma que actúa con el mismo principio que los electrocardiogramas, pero en su lugar se usan para controlar la actividad eléctrica del cerebro.

Cirugía: – La cirugía endoscópica flexible es lo nuevo y genial en cirugía. Más cirujanos ahora usan endoscopios flexibles (nuevamente basados ​​en el principio de la óptica) en cirugía porque reduce considerablemente el tamaño de su incisión y, por lo tanto, el tamaño de la cicatriz postoperatoria.

Gammagrafía: –

En esta técnica le damos al paciente los medicamentos adjuntos con isótopos radiactivos y luego usamos la radiación emitida por su cuerpo para estudiar los diferentes órganos.

Estos ejemplos son solo la punta del iceberg. Existen muchos otros modos en que los conceptos de física nos ayudan a diagnosticar y manejar un amplio espectro de enfermedades.

Absolutamente. No puede ser un cardiólogo y no comprender la dinámica de los fluidos. No puedes ser un neurólogo y no entender la electricidad. Los radiólogos deben entender la radiación y los efectos de la radiación en el cuerpo. No puede ser un médico deportivo y no comprender el movimiento, la gravedad, el apalancamiento y otros temas básicos de la mecánica. Etc.

Habiendo dicho eso: la física generalmente no es la disciplina principal del médico. Pero una comprensión de la física es beneficiosa (para casi cualquier campo). Hay algunos campos relacionados a la medicina (prótesis, por ejemplo) donde la física es más primaria.

Sí. La física es el estudio de la materia y cómo se relaciona también con el universo. La medicina podría significar, un estudio de un organismo (ser humano) y su relación también con la química en la tierra y en el universo.

Sí, de manera que muchos de los principios para el trabajo de antibióticos y otros medicamentos involucran química que requiere física.

Los métodos como MRT o CT también se basan en los principios y el fenómeno de la física. Por supuesto, hay mucho más que eso, pero debería darle una idea.