Universidad Pública de Navarra



Año Académico: 2018/2019 | Otros años:  2017/2018  |  2016/2017 
Máster Universitario en Ingeniería Biomédica por la Universidad Pública de Navarra
Código: 73301 Asignatura: Bioelectricidad
Créditos: 4.5 Tipo: Obligatoria Curso: 1 Periodo: 1º S
Departamento: Ingeniería Eléctrica, Electrónica y de Comunicación
Profesores
RODRIGUEZ FALCES, JAVIER (Resp)

Partes de este texto:

 

Módulo/Materia

Bioelectricidad

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Descriptores

Bioelectricidad

Células excitables

Potencial de Acción

Potencial extracellular

Electromiografía

Electrocardiología

Electroencefalografía

Estimulación Eléctrica

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Competencias genéricas

CG2 - Que los estudiantes sean capaces de leer y comprender textos técnicos y científicos

CG3 - Que los estudiantes sean capaces de redactar trabajos o memorias técnicas

CB7 - Que los estudiantes sepan aplicar los conocimientos adquiridos y su capacidad de resolución de problemas en entornos nuevos o poco conocidos dentro de contextos más amplios (o multidisciplinares) relacionados con su área de estudio

CB8 - Que los estudiantes sean capaces de integrar conocimientos y enfrentarse a la complejidad de formular juicios a partir de una información que, siendo incompleta o limitada, incluya reflexiones sobre las responsabilidades sociales y éticas vinculadas a la aplicación de sus conocimientos y juicios

CB9 - Que los estudiantes sepan comunicar sus conclusiones y los conocimientos y razones últimas que las sustentan a públicos especializados y no especializados de un modo claro y sin ambigüedades

CB10 - Que los estudiantes posean las habilidades de aprendizaje que les permitan continuar estudiando de un modo que habrá de ser en gran medida autodirigido o autónomo

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Competencias específicas

CE3 - Que los alumnos conozcan el origen fisiológico y las leyes que regulan el comportamiento de los potenciales eléctricos celulares, el potencial de acción y los potenciales extracelulares en fibras nerviosas y musculares, y sepan aplicar estos conocimientos para analizar e interpretar señales fisiológicas reales o simuladas

CE4 - Que los alumnos sean capaces de registrar y extraer información útil de señales biomédicas de distinta naturaleza (EMG, ECG, EEG, etc.).

CE5 - Que los alumnos sean capaces de comprender y hacer uso de programas de simulación para estudiar las características de sistemas fisiológicos

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Resultados aprendizaje

+ Saber analizar problemas relacionados con la generación de potenciales bioeléctricos (potencial de acción) generados por las células en condiciones de reposo y de excitación.

+ Saber analizar problemas relacionados con la formación del potential extracelular debido a la propagación del potencial de acción a lo largo de la fibra muscular.

+ Saber interpretar conceptos bioeléctricos asociados a las mediciones en Electromiografía, Electrocardiografía, y Electroencefalografía.

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Metodología

ACTIVIDAD FORMATIVA HORAS PRESENCIALIDAD
A-1 Clases de aula 20 100
A-2 Prácticas de laboratorio 35 40
A-3 Realización de trabajos o proyectos 12 25
A-4 Asistencia a seminarios 1 100
A-5 Estudio y trabajo personal del estudiante 37.5 0
A-6 Asistencia a tutorías 2 100
A-7 Exámenes y pruebas de evaluación 2 100
A-8 Realización y presentación de posters 3 100

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Relación actividades formativas-competencias

Competencia Actividad formativa
CG2 A-1, A-2, A-3, A-5
CG3 A-3, A-5, A-6, A-8
CB7 A-2, A-3, A-4, A-6; A-7, A-8
CB8 A-1, A-2, A-3, A-5; A-6, A-7, A-8
CB9 A-3, A-8
CB10 A-1, A-3, A-5,
CE3 A-1, A-2, A-3, A-4, A-5, A-7, A-8, A-9
CE4 A-1, A-2, A-3, A-5, A-6, A-7, A-8, A-9
CE5 A-2

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Idiomas

Castellano

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Evaluación

Resultado de aprendizaje Sistema de evaluación Peso (%) Carácter recuperable
Saber analizar problemas relacionados con la generación de potenciales bioeléctricos (potencial de acción) generados por las células en condiciones de reposo y de excitación. Pruebas globales de evaluación de conocimiento (examen tipo test, examen final, etc.) Pruebas de seguimiento continuo (ejercicios, trabajos cortos, preguntas en clase, etc.) 30%  
Saber analizar problemas relacionados con la formación del potencial extracelular debido a la propagación del potencial de acción a lo largo de la fibra muscular Pruebas globales de evaluación de conocimiento (examen tipo test, examen final, etc.) Pruebas de seguimiento continuo (ejercicios, trabajos cortos, preguntas en clase, etc.) Trabajos finales (memorias, presentaciones orales, etc.) 30%  
Saber interpretar conceptos bioeléctricos asociados a las mediciones en Electromiografía, Electrocardiografía, y Electroencefalografía Pruebas globales de evaluación de conocimiento (examen tipo test, examen final, etc.) Evaluación de prácticas (entrega de resultados, tests, etc.) 40%  

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Contenidos

Esta asignatura estudia los fenómenos bioeléctricos en el cuerpo humano, contemplando sus fundamentos anatómicos y fisiológicos, su modelado matemático y las técnicas de análisis de estos fenómenos y su medición. Se hace un recorrido desde el origen de los potenciales eléctricos a nivel celular, donde se estudian los potenciales de membrana en reposo, la excitación subumbral y el potencial de acción, hasta su manifestación en órganos y sistemas complejos como el corazón (ECG), los músculos (EMG) y el cerebro (EEG). Estas señales conllevan interesante información sobre la estructura y funcionamiento del sistema que los ha generado, lo cual les concede un gran valor clínico. Aquí se introducen los principios básicos del análisis diagnóstico. Finalmente se abre un capítulo sobre otros tipos de señales bioeléctricas, tema que será preparado y expuesto por los alumnos, propiciando así el trabajo e indagación en temas nuevos, la elección de aquéllos de mayor interés del alumno y la preparación cuidada de la propia charla explicativa y de las transparencias utilizadas.

 

La asignatura se ubica en el primer semestre del master y tiene un carácter fundamental (comprende la descripción del conjunto de fenómenos eléctricos que tienen lugar en el sistema neuromuscular), constituyendo una pieza nuclear para la comprensión y seguimiento de las asignaturas que se imparten en paralelo en el mismo semestre (Instrumentación, Fisiopatología, Nanosensores, etc), así como otras asignaturas planificadas en semestres posteriores.

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Temario

1. Introducción a la Bioelectricidad: terminología, subdivisiones e historia de la Bioelectricidad

2. Células excitables: anatomía y fisiología de las fibras nerviosas y musculares, la membrana celular y el potencial de acción.

3. Potencial de membrana en reposo: principios electroquímicos y modelado eléctrico del potencial de membrana en reposo

4. El potencial de acción: métodos del Space clamp y del Voltage clamp para el registro del potencial de acción. Ecuaciones de Hodgkin y Huxley para el modelado del potencial de acción. La bomba electrogénica Na+-K+.

5. Generación de potenciales extracelulares: Modelos biofísico, electroestático y convolucional del potencial del potencial extracelular en fibras excitables.

6. Electromiografía (EMG): generación de la señal electromiográfica (EMG), métodos de registro y electrodos utilizados, análisis cuantitativo de la señal de EMG, valor diagnóstico, los problemas asociados a la interpretación de la señal de EMG intramuscular y de superficie y sus aplicaciones más importantes.

7. Electrocardiografía (ECG): funcionamiento eléctrico del corazón. Análisis cuantitativo y valor diagnóstico de la señal de ECG.

8. Electroencefalografía (EEG): partes constituyentes del sistema nervioso central y periférico. Generación y modelado de la señal de EEG. Ritmos cerebrales. Sistemas de registro, filtrado y análisis de la señal de EEG y de potenciales evocados.

 

Práctica 1. Modelos convolucionales de generación de potenciales extracelulares basados en monopolos y dipolos.

Temas abordados: 2 (Células excitables), 3 (Potencial de membrana en reposo), 4 (El potencial de acción) y sobre todo el 5 (Generación de potenciales extracelulares).

Objetivos:

1. Distinguir entre el potencial de acción intracelular y los potenciales extracelulares.

2. Conocer e interpretar correctamente los elementos anatómicos y fisiológicos que intervienen en la generación de potenciales extracelulares.

3. Comprender los modelos convolucionales de potenciales extracelulares de fibra simple.

4. Apreciar las diferencias entre los modelos convolucionales basados en monopolos y dipolos.

 

Práctica 2. Efectos de los cambios en la forma y velocidad del potencial intracelular sobre el potencial extraceular son dependientes de la distancia radial.

Temas abordados: 2 (Células excitables), 3 (Potencial de membrana en reposo), 4 (El potencial de acción) y sobre todo el 5 (Generación de potenciales extracelulares).

Objetivos:

1. Entender la importancia de la extensión espacial del potencial intracelular y su comparación con las dimensiones de la fibra y las distancias fibra-electrodo.

2. Comprender que la generación de potenciales extracelulares es un problema espacial y no temporal.

3. Interpretar correctamente qué efecto tienen los cambios en la duración y velocidad del potencial intracelular a distintas distancias radiales en el potencial extracelular.

 

Práctica 3. Simulación de potenciales de fibra simple y potenciales de acción de unidad motora.

Temas abordados: 2 (Células excitables), 3 (Potencial de membrana en reposo), 4 (El potencial de acción) y sobre todo el 5 (Generación de potenciales extracelulares).

Objetivos:

En esta práctica se presenta una herramienta comercial para la simulación de potenciales de acción de fibra simple (PAFSs) y potenciales de acción de unidad motora (PAUMs) basados en el modelo convolucional del monopolo-dipolo visto en clase. La herramienta permite modificar fácilmente los parámetros de las fibras (posición y velocidad entre otros). El objetivo de la práctica 3 es analizar y comprender cómo influyen los cambios en los parámetros anatómicos, fisiológicos y estructurales de las fibras (y unidades motoras) en las características de los PAFSs y PAUMs resultantes

 

Práctica 4. Registro y análisis de señales electromiográficas

Temas abordados: 5 (Generación de potenciales extracelulares) y 6 (Electromiografía)

Objetivos:

En esta práctica se presenta una herramienta comercial para el registro y análisis de señales electromiográficas (EMG). La aplicación Biopac-Acknowledge contiene una práctica pre-definida que va guiando al alumno para que vaya adquiriendo distintas señales EMG del cuerpo. El alumno se familiariza con la naturaleza y registro de la señal EMG y comprende las limitaciones, precauciones, y elementos inteferentes (ruido, arterfacto, etc) inherente a la práctica de la electrofisiología.

 

Práctica 5. Registro y análisis de señales electrocardiográficas

Temas abordados: 6 (Generación de potenciales extracelulares) y 7 (electrocardiografía)

Objetivos:

En esta práctica se presenta una herramienta comercial para el registro y análisis de señales electrocardiográficas (ECG). La aplicación Biopac-Acknowledge contiene una práctica pre-definida que va guiando al alumno para que vaya adquiriendo distintas señales ECG del cuerpo. El alumno se familiariza con la naturaleza y registro de la señal ECG y comprende las limitaciones, precauciones, y elementos inteferentes (ruido, arterfacto, etc) inherente a la práctica de la electrofisiología.

 

Práctica 6. Registro y análisis de señales electroencefalográficas

Temas abordados: 6 (Generación de potenciales extracelulares) y 8 (electroencefalográfía)

Objetivos:

En esta práctica se presenta una herramienta comercial para el registro y análisis de señales electroencefalográficas (EEG). La aplicación Biopac-Acknowledge contiene una práctica pre-definida que va guiando al alumno para que vaya adquiriendo distintas señales EEG del cuerpo. El alumno se familiariza con la naturaleza y registro de la señal EEG y comprende las limitaciones, precauciones, y elementos inteferentes (ruido, arterfacto, etc) inherente a la práctica de la electrofisiología.

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Bibliografía

Acceda a la bibliografía que su profesor ha solicitado a la Biblioteca.


Textos básicos:

- R. Plonsey, R.C. Barr, ¿Bioelectricity. A quantitative approach¿ (2 nd Edition).

Kluwer Academic. New York, 2000.

- J. Malmivuo, R. Plonsey, ¿Bioelectromagnetism¿. Oxford University Press.

New York, 1995.

Otros textos complementarios:

- S. Deutsch, A. Deutsch, ¿Understanding the nervous system. An engineering

perspective¿. IEEE Press. Piscateway (NJ), 1993.

- E. R. Kendel, J. H. Schwartz, T. M. Hessell, ¿Essentials of neural sciences and

behaviour¿ Mc Graw-Hill. New York, 1995.

- T. E. Bertorini, Clinical evaluation and diagnostic tests for neuromuscular

disorders¿. Buterworth-Heinemann. Amsterdam, 2002.

- A. C. Guyton, ¿Anatomía y fisiología del sistema nervioso¿ (2ª edición).

Editorial Médica Panamericana. Madrid, 1994.

- R. J. Huszar, ¿Arritmias. Principios, interpretación y tratamientos¿ (3ª edición).

Elsevier Science. Madrid, 2002.

-

 

J. V. Basmajian, C. J. De Luca

, ¿Muscles Alive: Their Functions Revealed by

Electromyography¿ (5th edition). Williams & Wilkins. 1985.

- P. Konrad, ¿The ABC of EMG. A practical introduction to kinesiological

electyromyograpy¿. Noraxon Inc, USA, 2005.

- J. G. Webster, ¿Design of cardiac pacemakers¿ IEEE Press, New York, 1995.

- J. S Ebersole, T. A. Pedley. ¿Current practice in clinical

electroencephalography¿ (3rd edition). Iippincot Williams & Wilkins.

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Lugar de impartición

Aulario.

 

Laboratorio de Señales y sistemas

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