Física y Anestesia

"Solamente puede aceptarse como satis-
factorio nuestro conocimiento si somos capaces de expresarlo mediante números". Lord Kevin

Unidades básicas de medición

Una parte importante de los conocimientos que hacen posible la parte científica de la anestesiología son patrimonio de lo que en medicina se denomina "ciencias básicas". Es por ello, que en los primeros volúmenes de esta obra se tendrán que tocar por necesidad, algunos aspectos de la relación existente entre la anestesiología, la física, la química, la bioquímica, la fisiología y la farmacología.

Se consideran ciencias experimentales aquellas que por sus características y, particularmente por el tipo de problemas de los que se ocupan pueden someter sus afirmaciones o enunciados al juicio de la experimentación. La física constituye un importante ejemplo de las ciencias experimentales. La historia de esta disciplina pone de manifiesto que la experimentación ha desempeñado un doble papel en su desarrollo. Con frecuencia, los experimentos científicos sólo pueden ser entendidos en el marco de una teoría que orienta y dirige al investigador sobre qué es lo que hay que buscar y sobre qué hipótesis deberán ser evaluadas experimentalmente. En ocasiones, los resultados de los experimentos generan información que sirve de base para una elaboración teórica posterior.

Este doble papel de la experimentación como juez y guía del trabajo científico se apoya en la utilización de medidas que facilitan la descripción y comparación de los fenómenos en términos de cantidad.

La operación que permite expresar una propiedad o atributo físico en forma numérica es precisamente la medida. La noción de magnitud está inevitablemente relacionada con la medida. Se denominan magnitudes a ciertas propiedades o aspectos observables en un sistema físico que pueden ser expresados en forma numérica. En otras palabras las magnitudes son propiedades o atributos medibles. La longitud, la masa, el volumen, la fuerza, la velocidad, la cantidad de sustancia son ejemplos de magnitudes físicas. En el lenguaje de la física la noción de cantidad se refiere al valor que toma una magnitud dada en un cuerpo o sistema concreto.

Una cantidad de referencia se denomina unidad y el sistema físico que le da forma a la cantidad considerada como unidad se denomina patrón. El proceso de medir se basa en la comparación de una magnitud con otra de la misma especie que se toma como patrón o unidad. Los procesos de medida en física pueden realizarse de dos modos: mediante la comparación directa con el patrón empleado (medida directa), o por la aplicación de una teoría, midiendo directamente un valor a partir del cual se puede deducir el valor de la magnitud buscada por medio de la aplicación de alguna ley (medida indirecta).

Tipos de magnitudes

Magnitudes fundamentales. Son aquéllas que no pueden derivarse de ninguna otra y constituyen la base de los sistemas de medida empleados en física; estos son la longitud, la masa y el tiempo. La elección de dichas magnitudes se deriva de consideraciones de orden práctico y no implica que éstas representen propiedades fundamentales de la energía o la materia.

Magnitudes derivadas. Son aquéllas que se obtienen a partir de las fundamentales por combinación de ellas o como consecuencia de la aplicación de las leyes físicas. Así, por ejemplo, la velocidad es la relación entre la longitud y el tiempo, por lo que se expresa en metros/segundo.

Sistemas y unidades de

medidas

A lo largo de su existencia, el hombre ha venido empleando diversos tipos de sistemas de unidades. Éstos están íntimamente relacionados con la condición histórica de los pueblos que las crearon, las adoptaron o las impusieron a otras culturas. Su permanencia y extensión en el tiempo lógicamente también ha quedado ligada al destino de esos pueblos y a la aparición de otros sistemas más coherentes y generalizados.

Las unidades de medidas usadas en la mayoría de los países iberoamericanos derivan de los sistemas centímetro-gramo-segundo (cgs) y metro-kilogramo-segundo (MKS).

El sistema inglés de medidas utiliza entre otras: millas, pies, libras, grados Fahrenheit, etc.

La física constituye un importante ejemplo de las ciencias

experimentales. La historia de esta disciplina pone de manifiesto que la experimentación ha desempeñado un doble papel en su desarrollo.

Magnitudes

fundamentales. Son aquéllas que no pueden derivarse de ninguna otra y constituyen la base de los sistemas de medida empleados en física.

La noción de magnitud está inevitablemente relacionada con la medida.

Parte A Libro 2

La cantidad de una sustancia de peso molecular conocido se expresa en moles.

Un galón EUA (1 gal USA)=3.785 litros.

Un galón inglés (1 gal Imp)=4.546 litros.

Un pie cúbico (1 cu ft)=28.3 litros.

Una libra=453.6 gramos.

Una milla= 1 609 metros.

Un pie= 33.5 centímetros.

Grados Fahrenheit= °C x 9/5 + 32= 1.8 (°C) + 32.

Unidad de presión (psi)= libra por pulgada cuadrada.

Si bien este sistema anglosajón de medidas, todavía está en vigor en determinadas áreas geográficas, es un ejemplo evidente de un sistema de unidades que aunque lo pudiéramos considerar en recesión, se sigue usando, siendo fuente de cierta dificultad para hacer comparaciones entre experimentos. En relación con esta situación, con el fin de facilitar la comunicación y cooperación en el terreno científico y técnico, a nivel mundial, se ha señalado lo ventajoso que resultaría el adoptar un sistema internacional de unidades. En este sentido, la XI Conferencia General de Pesas y Medidas celebrada en París en 1960 tomó la resolución de adoptar el anteriormente llamado Sistema Práctico de Unidades, como Sistema Internacional de Unidades (SIU). El SI establece como magnitudes fundamentales la longitud, la masa, el tiempo, la intensidad de la corriente eléctrica, la temperatura, la intensidad luminosa, y la cantidad de sustancia fijando las correspondientes unidades para cada una de ellas.

Unidades fundamentales

Metro (m). Es la longitud del trayecto recorrido en el vacío por la luz durante un tiempo de 1/299 792 458 de segundo.

Kilogramo (kg). Se define como la masa de un patrón de platino iridiado que se conserva en la Oficina Internacional de Pesas y Medidas de París en las condiciones fijadas por la Primera Conferencia General de Pesas y Medidas en 1889. De forma cilíndrica, sus dimensiones son de 39 mm de diámetro por 39 mm de altura.

Segundo (s). Se define como la duración de 9 192 631 770 periodos de la radiación correspondientes a la transición entre dos niveles superfinos del estado fundamental del átomo de Cesio 133.

Amperio (A). Es la intensidad de corriente eléctrica que al circular por dos conductores rectilíneos, de grosor despreciable, paralelos entre sí, y separados mutuamente por una distancia de un metro en el vacío, genera una fuerza mutua de atracción de 2 x 10-7 neutonios por cada metro de longitud de la línea paralela.

Grado Kelvin o grado absoluto (k). Unidad de temperatura termodinámica correspondiente a la fracción 1/273.16 de la temperatura termodinámica del punto triple del agua.

Candela (cd). Es la intensidad luminosa que irradian en dirección normal 1/600 000 m2 de superficie de un cuerpo negro, a la temperatura de solidificación del platino y a una presión de 101 325 pa.

Mol (mol). La cantidad de materia de un sistema que contiene tantas entidades elementales (átomos, moléculas, etc.) como átomos hay en 0.012 kg del nucleido Carbono 12. Dicho número coincide con el número de Avogadro.

La cantidad de una sustancia de peso molecular conocido se expresa en moles, donde: número de moles (mol)= Peso en g/peso molecular, y por consiguiente, las unidades de concentración son mol/litro, mmol/litro, µmol/litro, etc. Para iones univalentes, como Na+, K+, HCO3­ y Cl­, milimoles y miliequivalentes son numéricamente iguales. En el caso de un ion divalente como el Ca++, el número de miliequivalentes ha de dividirse entre 2 (la valencia) para convertirlos a milimoles. Para transformar resultados previamente expresados como mg/100 ml y mmol/l, la cifra debe dividirse entre el peso molecular de la sustancia en cuestión (para convertir mg a milimoles) y multiplicarse por 10 (para transformar desde 100 ml a 1l). Ejemplo: para convertir 90 mg/100 ml de glucosa a mmol/l: 90 x 10/180 (peso molecular de la glucosa)= 5 mmol/l. Cuando se considere la cantidad de la sustancia, más que la concentración, 90 mg de glucosa equivalen a 90/180=0.5 mmol.

Unidades derivadas

Coulomb (c). Cantidad de electricidad transportada en un segundo por una corriente de un amperio.

Joule (J). Trabajo producido por una fuerza de un newton cuando su punto de aplicación se desplaza la distancia de un metro en la dirección de la fuerza.

Newton (N). Es la fuerza que, aplicada a un cuerpo que tiene una masa de un kilogramo, le comunica una aceleración de un metro por segundo, cada segundo.

Pascal (Pa). Unidad de presión. Es la presión uniforme que, actuando sobre una superficie plana de un metro cuadrado, ejerce perpendicularmente a esta superficie una fuerza total de un newton.

Voltio (v). Unidad de tensión eléctrica, potencial eléctrico, fuerza electromotriz. Es la diferencia de potencial eléctrico

La XI Conferencia General de Pesas y Medidas celebrada en París en 1960 tomó la resolución de adoptar el anteriormente llamado Sistema Práctico de Unidades, como Sistema Internacional de Unidades (SIU).

Física y Anestesia

que existe entre dos puntos de un hilo conductor que transporta una corriente de intensidad constante de 1 amperio cuando la potencia disipada entre esos puntos es igual a 1 watt.

Watt (w). Potencia que da lugar a una producción de energía igual a 1 joule por segundo.

Ohm (W). Unidad de resistencia eléctrica. Es la resistencia eléctrica que existe entre dos puntos de un conductor, cuando una diferencia de potencial constante de 1 volt, aplicada entre dos puntos produce en dicho conductor, una corriente de intensidad de 1 amperio, cuando no haya fuerza electromotriz en el conductor.

Weber (Wb). Unidad de flujo magnético, flujo de inducción magnética. Es el flujo magnético que, al atravesar un circuito de una sola espira, produce en la misma una fuerza electromotriz de 1 volt si se anula dicho flujo en 1 segundo por decrecimiento uniforme.

El Sistema Internacional de Unidades distingue y establece, además de las unidades básicas o fundamentales y de las derivadas, un tercer tipo formado por aquellas que aún no están incluidas en ninguno de los dos anteriores y se denominan unidades suplementarias (como el radian por ejemplo). Además existen unidades especiales no SIU como litro (l), día (d), hora (h) y minuto (min).

El Sistema Internacional acepta una serie de coeficientes (llamados prefijos) que multiplican o dividen el valor de una magnitud expresada en cierta unidad, sin necesidad de asignarle un nombre diferente como sucede en los sistemas tradicionales de unidades de medida. Dichos prefijos se emplean de forma individual, no estando permitido combinarlos. Se indican mediante la anteposición de una partícula al nombre de la unidad, como por ejemplo, en el caso del voltio (v), kilovoltio (kv) para expresar 1 000 voltios. Los prefijos aceptados por el Sistema Internacional y sus correspondientes valores numéricos son:

atto (a) 10-18 exa (E) 1018

femto (f) 10-15 peta (P) 1015

pico (p) 10-12 tera (T) 1012

nano (n) 10-9 giga (G) 109

micro (µ) 10-6 mega (M) 106

mili (m) 10-3 kilo (k) 103

centi (c) 10-2 hecto (h) 102

deci (d) 10-1 deca (da) 101

Unidades de presión usadas

actualmente y su conversión

Presión es fuerza por unidad de superficie. Atmósfera (atm), kilogramo por centímetro cuadrado (kg/cm2), bar (bar), y milibar (mbar), libra por pulgada cuadrada (psi), torricelli (torr), milímetro de mercurio (mmHg), y centímetro de agua (cm H2O). De acuerdo con las normas del Comité Internacional de Pesos y Medidas, sólo se conservará el uso de las unidades atmósfera y bar. Todas las otras unidades antes enlistadas serán reemplazadas por el pascal (Pa) y el kilopascal (kPa).

Equivalencias de las unidades convencionales de presión:

1 atm=1.033 kg/cm2=14.7 psi=1.013 mbar=760 torr= 760 mm Hg

1 kg/cm2=0.968 atm=14.23 psi=736 torr

1 torr= 1 mm Hg=0.00132 atm=1.36 cm H2O=0.1333 kPa

1 cm H2O=10 mm Hg/13.6=0.735 torr

1 bar=1 dyn/cm2

Equivalencias entre estas unidades y el kilopascal:

kPa= torr x 0.133 torr= kPa x 7.501

kPa= cm H2O x 0.098 cm H2O= kPa x 10.197

kPa= atm x 101.325 atm= kPa x 0.010

kPa= psi x 6.895 psi= kPa x 0.145

Cuando menos, en teoría, el Sistema Internacional de Unidades, a partir de 1960 iría substituyendo paulatinamente el uso de las unidades tradicionales en todos los países adheridos a la Conferencia General de Pesos y Medidas. En la realidad, después de 37 años, el avance al menos en México no se ha extendido como debiera, ya que no debería existir para nosotros mayor dificultad para irlo adoptando. Debiera insistirse más en su uso en las Escuelas de Medicina, en los planes de estudio de las Residencias Médicas, en los reportes de los laboratorios, y en las normas para los autores para la publicación de libros y revistas médicas.

El Sistema

Internacional de Unidades distingue y establece, además de las unidades básicas o fundamentales y de las derivadas, un tercer tipo formado por aquellas que aún no están incluidas en ninguno de los dos anteriores y se denominan unidades suplementarias.

De acuerdo con las normas del Comité Internacional de Pesos y Medidas, sólo se conservará el uso de las unidades atmósfera y bar.