Programación de Ingeniería Mecánica UPB:Grupo 1320 05

Integrantes

Daniel Lopez Correa, Estudiante Ingenieria Mecanica.
José Valencia Rico, Estudiante Ingenieria Mecanica.

Resumen

En el siguiente trabajo se presentara un programa para evaluar el estado de salud y alimentación de las personas para obtener un resultado deseado, en función de la edad, peso y estatura, datos que ingresara el usuario. Inicialmente sedara a conocer el problema a resolver, es decir, los fundamentos que se tuvieron en cuenta para afrontar esta situación. Luego se darán conocer las variables más relevantes para analizar el problema; por lo tanto se enunciaran los conceptos básicos y necesarios para entender esta dificultad. Teniendo claro las definiciones básicas se diseñó una solución que abarcara las necesidades del usuario en cuestiones de alimentación y salud, realizando cálculos de su estereotipo, IMC ( índice de masa corporal) y entre otras características que determinaran el comportamiento de cada individuo a futuro. Con base a lo anterior se programó una plataforma en matlab que ayudara a el usuario a conocer dichas características corporales en función de su peso y estatura, indicándole con exactitud su tipo somático y cuál debería ser su alimentación para obtener el objetivo deseado

Para concluir se enunciaran algunas recomendaciones y consideración que debe tener el programa para su adecuado funcionamiento. Además algunas pautas de mejora para seguir perfeccionando esta idea en el área de la salud dando confort y aumentando la calidad de vida de las personas

Introducción

En 2008, 1400 millones de adultos (de 20 y más años) tenían sobrepeso. Dentro de este grupo, más de 200 millones de hombres y cerca de 300 millones de mujeres eran obesos. Con una estimación del 65% de la población mundial, se descubre que tal porcentaje viven en países donde el sobrepeso y la obesidad cobran cantidades de vidas por esta situación.

Nosotros por medio de este programa ofrecemos al usuario una información útil sobre la situación en la que se encuentra su cuerpo dándole a conocer las posibles medidas y precauciones antes de que este pueda llegar a ocurrir casos mayores, como lo es la muerte.

Con el diseño del software el usuario tiene la posibilidad de conocer aspectos relevantes de su estilo de vida, y futuras causas médicas que irían ligadas a su tipo de alimentación, y todo este resultado se logra con solo conocer los datos de peso y estatura de una persona, siendo versátil y cómodo la comunicación programa e individuo.

Marco teórico

Para diseno y analisis de este programa se tuvieron en cuentas variables y aspectos que determinaros los resultados finales que arroga esta plataforma.antes de aborar el diseno y solucion de el programa se presentaran las definiciones basicas y exprsiones matematcas que se utilizaron en la ejecucion de este programa:

El índice de masa corporal (IMC):

Es un indicador simple de la relación entre el peso y la talla que se utiliza frecuentemente para identificar el sobrepeso y la obesidad en los adultos. Se calcula dividiendo el peso de una persona en kilos por el cuadrado de su talla en metros

$IMC={w}{/{h^{2}}}$

h = estatura en cm

w = peso en kilogramos

La definición es la siguiente: Un IMC igual o superior a 25 determina sobrepeso. Un IMC igual o superior a 30 determina obesidad. El IMC proporciona la medida más útil del sobrepeso y la obesidad en la población, puesto que es la misma para ambos sexos y para los adultos de todas las edades. Sin embargo, hay que considerarla a título indicativo porque es posible que no se corresponda con el mismo nivel de grosor en diferentes personas.

Metabolismo Basal: (BMR)

El metabolismo basal es el valor mínimo de energía necesaria para que la célula subsista. Esta energía mínima es utilizada por la célula en las reacciones químicas intracelulares necesarias para la realización de funciones metabólicas esenciales, como es el caso de la respiración.En el organismo, el metabolismo basal depende de varios factores, como sexo, talla, peso, edad, etc. Como claro ejemplo del metabolismo basal está el caso del coma. La persona «en coma», está inactiva, pero tiene un gasto mínimo de calorías, razón por la que hay que seguir alimentando al organismo.El metabolismo basal es el gasto energético diario, es decir, lo que un cuerpo necesita diariamente para seguir funcionando. A ese cálculo hay que añadir las actividades extras que se pueden hacer cada día. La tetraiodotironina (T4) o Tiroxina estimula el metabolismo basal aumentando la concentración de enzimas que intervienen en la respiración aumentando el ritmo respiratorio de las mitocondrias en ausencia de ADP.La tasa metabólica disminuye con la edad y con la pérdida de masa corporal. El aumento de la masa muscular es lo único que puede incrementar esta tasa. Al gasto general de energía también pueden afectarle las enfermedades, los alimentos y bebidas consumidos, la temperatura del entorno y los niveles de estrés. Para medir el metabolismo basal, la persona debe estar en completo reposo pero despierta. Una medida precisa requiere que el sistema nervioso simpático de la persona no esté estimulado. Una medida menos precisa, y que se realiza en condiciones menos estrictas, es la tasa metabólica en reposo.

El metabolismo basal de una persona se mide después de haber permanecido en reposo total en un lugar con una temperatura agradable (20 °C) y de haber estado en ayunas 12 o más horas.

El metabolismo basal se calcula en kilocalorías/día y depende del sexo, la altura y el peso, entre otros factores. La FAO propone este método para edades comprendidas entre 10 y 18 años:

  $Mujeres:({7,4}*{w})+({428}*{h})+{572}$ 
  $Hombres:({16,6}*{w})+({77}*{h})+{572}$

El metabolismo basal diario se puede calcular de manera muy aproximada de la siguiente forma mediante las ecuaciones de Harris Benedict:

  $Hombre:{66,4730}+({13,751}*{w})+({5,0033}*{h})-(6,55*{a})$ 
   $Mujer:{655,1}+({9,463}*{w})+({1,8}*{h})-({4,6756}*{a})$

a = Edad en años

Los siguientes factores aumentan el metabolismo basal:

Mayor masa muscular Mayor superficie corporal total Género Masculino (Los varones casi siempre tienen mayor masa corporal magra que las mujeres) Temperatura corporal, (fiebre o condiciones ambientales frías) Hormonas tiroideas (un regulador clave del metabolismo basal las concentraciones altas aumentan la BMR. Aspectos de la actividad del sistema nervioso (liberación de hormonas de estrés) Etapas de crecimiento en el ciclo vital. Consumo de cafeína o tabaco ( no se recomienda el uso de tabaco para controlar el peso corporal ya que aumenta demasiado los riesgos a la salud.

Factor de conversion del BMR:

Ecuación de cantidad de calorías por ejercicio Diario Necesario

Poca o ningun ejercicio BMR x 1.2

El ejercicio ligero (1 a 3 días por semana) BMR x 1.375

El ejercicio moderado (3 a 5 días a la semana) BMR x 1,55

El ejercicio fuerte (6 a 7 días a la semana) BMR x 1.725

Ejercicio muy pesado (intensos entrenamientos dos veces al día) BMR x 1.9

La pérdida de grasa = 12 a 13 calorías por libra de peso corporal

Mantenimiento (nivel de mantenimiento) = 15 a 16 calorías por libra de peso corporal

Aumento de peso = 18 a 19 calorías por libra de peso corporal

Masa muscular magra (MMM)

La masa magra es todo el tejido que no es grasa: músculos, huesos y órganos vitales. Siendo la musculatura el tejido que más predomina en la masa magra.

Si bien nuestro objetivo es disminuir nuestro porcentaje de grasa, debes estar siempre atento a la masa magra. A menos que seas niño o adolecente, y te encuentres en período de crecimiento, tus huesos y órganos vitales no deberían aumentar o disminuir de tamaño. Excluyendo las personas con algún tipo de enfermedad o trastorno que modifiquen estos tejidos. Por consiguiente, los factores que puede variar la masa magra son básicamente: el líquido y la masa muscular.

Lo que busca una buena dieta y régimen de ejercicio adecuado, es: disminuir el porcentaje de grasa, aumentar la masa muscular y no producir retenciones de líquido. Recuerda que nuestro cuerpo se compone de casi un 70% de líquido. Guiarte sólo por la pérdida o ganancia de peso podría llevar a grandes errores si no sabes realmente que tejidos estás aumentando o disminuyendo.

Si nos mantenemos en un estado de hidratación constante, tomando entre 2 a 3 litros de líquido al día, será más fácil asegurar una correcta medición de la masa muscular. Saber el valor de la masa magra, permitirá que puedas llevar un control exacto del volumen de masa muscular. De esta forma realizar cambios cada semana, en tu rutina y dieta para evitar a toda costa la pérdida de masa muscular en un periodo de quema de grasa o saber si realmente estás acumulando grasa (o no), en un período de aumento de masa muscular.

La masa magra se calcula restando tu porcentaje de grasa a los kilogramos de peso total. Y es aquí donde el peso realmente toma un papel importante y significativo.

$Hombres:MMM={0.32810}*{W}+{0.33929}*{H}-{29.5336}$

$Mujeres:MMM={0.29569}*{W}+{0.41813}*{h}-{43.2933}$

h= estatura en cm

w= peso en kilogramos

Indice de masa libre de grasa

El FFMI es un índice para tener en cuenta la cantidad de masa muscular que una persona está llevando y relacionarse que con su altura . No es necesariamente un índice superior, pero lo hace en el factor de diferentes parámetros de los que simplemente peso total.

Un estudio de los atletas de élite ( algunos usuarios de esteroides admitidos y otros no ), combinado con un análisis de los 20 ganadores del concurso de Mr. América de la era pre - esteroides 1939-1959 , determinó que un índice de masa libre de grasa del 25 es más o menos un límite superior para alguien que no usa esteroides. Una masa libre de grasa del 19 es el promedio de los hombres.

FFMI: $FFMI={MMM}/{h^{2}}+{6.1}*{1.8}-{h}$

Tipo somatico

Tipos somáticos : Endomorfos, Ectomorfos y Mesomorfos

Se entiende por biotipo o tipo somático a la forma física que tiene el cuerpo de un ser humano.

Esta forma está determinada por muchos factores como el metabolismo, la constitución ósea, la masa muscular y la tendencia para acumular grasas, entre otras.

La mayoría de los profesionales coinciden en clasificar los tipos Somáticos en tres grandes grupos: Endomorfos, Ectomorfos y Mesomorfos.

Endomorfos

Los individuos endomorfos tienen tendencia al sobrepeso por el ritmo metabólico tan lento: acumulan grasa con facilidad. Suelen estar por encima del peso medio de la población.

En cuanto a la relación con el culturismo esto se traduce en que tienen que vigilar mucho más su dieta y seguirla muy estrictamente, así como realizar una mayor cantidad de trabajo aeróbico para mantenerse bajos en grasa. Esta es la parte negativa. Sin embargo poseen la ventaja de que si entrenan bien, ganan músculo y fuerza con facilidad

En resumen podría decirse que es opuesto al ectomorfo: ha de enfocar sus esfuerzos en perder grasa mientras que el ectomorfo debe esforzarse por ganar masa.

Ectomorfos

Los individuos pertenecientes a este tipo somático suelen ser delgados con extremidades largas, igualmente su estructura osea es delgada. Suelen estar por debajo del peso considerado “normal” y tienen dificultades para ganar peso. Su metabolismo es acelerado , aprovechando muy poco de los alimentos ingeridos.

Enfocándolo desde el punto de vista del culturismo la ventaja de esto es que los ectomorfos no han de seguir una dieta muy estricta y ni tan siquiera hacer ejercicio aeróbico para mantener su cuerpo bajo en grasa, sin embargo el gran inconveniente es la dificultad que igualmente tienen para ganar músculo. Cada gramo de músculo ganado será con gran esfuerzo, y habrá de esforzarse tanto (o más) por comer y seguir una dieta que le permita crecer como por el entrenamiento propiamente dicho.

Características distintivas del ectomorfo:

Dificultad para ganar peso y músculo

Cuerpo de naturaleza frágil

Pecho plano

Frágil

Delgado

Ligeramente musculado

Hombros pequeños

Mesomorfo

Etimológicamente, “meso” quiere decir “medio”; precisamente este tipo somático es un punto medio entre los otros dos. A quienes tienen este biotipo les resulta más fácil tener una figura atlética. Los mesomorfos son propensos a desarrollar con más facilidad la masa y tonificación muscular, así como la fuerza. Quienes practican el fisicoculturismo explican que este tipo de personas tienen un cuerpo en forma de V (hombres) o de reloj de arena (mujeres). Su metabolismo es regular y no deben seguir dietas estrictas para mantenerse en forma, aunque deben vigilar más su peso ya que la tendencia a acumular grasas es mayor que en el caso de los ectomorfos.

Los mesomorfos tienden a ser musculosos y atléticos por naturaleza. Ganan músculo con facilidad y es el típo somático ideal para el culturismo y casi cualquier deporte que implique fuerza y musculatura: aun entrenando sin demasiada constancia y siguiendo una dieta regular, obtendrán unos buenos músculos, destacando muy por encima de la mayoría si siguen un entreno riguroso y una buena dieta. Casi todos los culturistas profesionales pertenecen a este tipo somático, que combinado con una preparación excepcional y el uso de esteroides les permite llegar a unos niveles de muscularidad tan asombrosos.

Características distintivas del mesomorfo:

Atlético

Cuerpo duro

Forma de “reloj de arena” en mujeres

Forma cuadrada o en V en hombres

Cuerpo musculado

Excelente postura

Gana músculo facilmente

Gana grasa con más facilidad que el ectomorfo

Piel gruesa

Tipos somáticos combinados

Rara vez un individuo pertenece a un tipo somático puro, con excepción de los obesos mórbidos (endomorfos puros) o los delgados extremos (ectomorfos puros). Normalmente una persona con un peso normal es una combinación de endomorfo y ectomorfo, y de ectomorfo y mesomorfo.

Los endo-mesomorfos (medio atléticos, medio gordos) ganan masa muscular con rapidéz, se les recomienda un entrenamiento rápido e intenso: superseries, series gigantes, series descendentes, etc. No deben preocuparse del sobreentrenamiento porque suelen almacenar tanto glucógeno, que acaba por convertirse en grasa. Lo mejor para ellos es reducir los carbohidratos, consumir fibras y hortalizas. El resto de la dieta debe estar basada en proteínas y grasas saludables, de esta forma retendrá menos líquido. Se puede utilizar un 50% de proteínas, 25% de carbohidratos y 25% de grasa.

A los ecto-mesomorfos, les resulta difícil ganar músculo, pero siempre tienen aspecto definido. Deben entrenarse con mucho peso y descansar bastante, espaciando las sesiones de entrenamiento. Deben tomarse tiempo de recuperación o empiezan a utilizar su propio tejido muscular. Deben consumir un 40% de proteína, 30% de carbohidratos y 30% de grasa.

Nota de cambiatufisico: El típico artículo de tipos somáticos, bien sabido por todos pero que por ser información básica creo necesario añadirlo a la Web.

Diseño de la solución

Para el diseño del programa se tubo presente las siguientes variables:

Edad
Genero
Peso
Estatura
Y algunas medidas del cuerpo como: Cintura, muñeca cadera y antebrazo

Ademas de estas variables, se considero una aproximación de la distribución de la masa muscular para el indice de masa corporal, ya que es un estudio de la organización mundial de la salud que realizo experimentos en base de las variables previamente mencionadas.

Para finalizar en el diseño no se tubo en cuenta la raza del individuo, ya que es un factor importante para los resultados que arroja el sistema, debido a que su morfología y actividad física tienden a cambiar los cálculos realizados; ademas no se tiene presente el historial de enfermedades del usuario, pues seria complejo almacenar todos los tipos de enfermedades que existen en el mundo.

Descripción del software

Se realizo una interfaz gráfica de usuario en matlab, con el fin de implementar las necesidades medicas que tiene una persona en cuestión de conocer su estado físico actual.

En la figura se muestra la interfaz que inicia el programa:

MANUAL DE USO

En la siguiente imagen se muestra los datos necesarios que el usuario debe ingresar al sistema:

Luego el usuario debe ingresar las medidas antropometricas

Si el usuario no conoce su tipo somático, debe elegir la opción tomar test

A continuación deberá resolver esta encuesta para que el programa defina su tipo somático

Finalmente el usuario debe elegir su meta y nivel de actividad, y así el programa arrojara los resultados.

Resultados

Analisis y Resultados

A continuación se muestra la interfaz de resultados del programa donde aparece la siguiente información:

IMC
MMM
FMI
PESO IDEAL
% GRASA

El programa arrojara los datos de los macro nutrientes necesarios para alcanzar la meta deseada por el usuario

MACRO NUTRIENTES

Conclusiones y trabajo futuro

Con base en los resultados obtenidos por el programa se realizaron las siguientes conclusiones:

Se Especifico los requerimientos básicos que se debe tener en cuenta para el desarrollo matemático de las características morfológicas del cuerpo humano

Luego de observar diferentes comportamientos del sistema frente a una muestra de 10 individuos, se estableció que el programa cumple con las expectativas planteadas de dar a conocer información básica para mejorar la calidad de vida de los usuarios.

Mediante las herramientas ofrecidas por matlab, se realizo la interfaz gráfica del usuario dando así aplicación a los temas vistos durante todo el semestre actual de clase.

Gracias a los avances e investigación de la ciencia en el área de la salud, se logro determinar las ecuaciones necesarias para implementar el actual programa.

Trabajo a futuro

La idea que se planteo fue principalmente mejorar la calidad de vida de las personas, enfocando a su estilo de vida, es decir, su alimentación, su trabajo, su dormir entre otras, con la idea de sugerir algunas recomendaciones para que mejore su estado morfológico, y así evitar futuras enfermedades. Con la unión de la ingeniería y la salud se puede desarrollar este trabajo inicial que se mostró anteriormente, mejorando el campo de acción, agregando mas items de desempeño corporal, tendiendo una base de datos acerca de las enfermedades típicas según la mala alimentación, entre otros factores que puede hacer de este un programa innovador para la sociedad.

Referencias