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Publicación editada con motivo de la exposición «Los huesos vivientes», que se inauguró en la DOMUS de La Coruña el 21 de octubre de 2004.
Los huesos vivientes Exposición producida por el Excmo. Ayuntamiento de La Coruña y Novartis Consumer Health Dirección: Ramón Núñez Centella (Museos Científicos Coruñeses). Dirección técnica: Francisco Armesto Ramón y Patricia Barciela Durán (Museos Científicos Coruñeses). Asesores médicos: Fausto Galdo y Joaquim Calaf. Guión y textos: Equipo técnico de los Museos Científicos Coruñeses, con la asesoría científica del Comité de Expertos Salud en Menopausia. Realización: Ingeniería Cultural S.A. Documentación: Alejandra Cueto, Adán Gonçalves y Antonio Rodríguez. Diseño de la mascota de la exposición: Montse Paradela (Museos Científicos Coruñeses). Diseño gráfico: Morgui Associats. Animación: Cápsula. Maquetas: Jaume Casas Martínez. Carpintería y montaje: Intega. Gabinete de prensa: Susana Pérez Castelo. Agradecimientos: Unidad de Investigación del Servicio de Reumatología del Complejo Hospitalario Juan Canalejo, La Coruña. Servicio de Radiodiagnóstico del CHU «Juan Canalejo», La Coruña. Universidad Complutense de Madrid. Renault. Con la colaboración especial de María Luisa Comesaña y de José Manuel Iglesias.
Créditos de la publicación: © 2005, Ayuntamiento de La Coruña. © 2005 de esta edición, Novartis Consumer Health, S.A. Realización: Equipo técnico de los Museos Científicos Coruñeses (Francisco Armesto, Patricia Barciela, Alejandra Cueto, Bibiana García, Montse Paradela, Susana Pérez). Imprime: Alva Gráfica. ISBN: 84 95600 38 2 D.L.:
Índice Presentación Biología Evolución Vertebrados Creación
10 12 14
Anatomía Hueso Dimorfismo Columna Señales
18 20 22 24
Biofísica Peso Palanca Resistencia Densitometrías
28 30 32 34
Fisiología Vivos Edad Calcio Equilibrio
38 40 42 44
Salud Alimentos Necesidad Salud Ejercicio Osteoporosis Enfermedades
48 50 52 54 56 58
Historia de la Ciencia Nombres Esqueleto Creatividad
62 64 66
Presentación «Los huesos vivientes» es una exposición que presenta el esqueleto humano como un sistema vivo y dinámico. Aborda cuestiones relacionadas con la biología y anatomía de los huesos como puede ser su diversidad, tamaño, su capacidad de continua renovación, de resistencia y de protección. También se tratan otros aspectos sobre su funcionamiento y salud que incluyen el cómo los huesos nos permiten movernos, cómo cuidarlos, cuál es el papel del calcio y la alimentación, o los beneficios del ejercicio. Tanto la exposición como esta guía pretenden la implicación de los visitantes, prestando la máxima atención a la educación sobre la salud en relación con la prevención de la osteoporosis. En la exposición los temas se plantean a través de experiencias interactivas, mecanismos, módulos informáticos, maquetas, escenografías e imágenes en movimiento. En la guía, mediante textos, imágenes, actividades y experimentos. El conjunto es, en definitiva, una iniciativa que pretende educar para la salud, a la vez que informar, divertir y sorprender. «Los huesos vivientes» es el resultado de la colaboración de Novartis Consumer Health y el Excelentísimo Ayuntamiento de La Coruña, a través de los Museos Científicos Coruñeses (=mc2). El guión ha sido elaborado por los Museos Científicos Coruñeses con la asesoría científica del Comité de Expertos Salud en Menopausia.
Biología Evolución Vertebrados Creación
Biología
Creación Al principio de la gestación los huesos del esqueleto no son más que cartílago, una sustancia muy resistente y de aspecto lechoso. Gradualmente, el feto inicia un proceso que convierte ese cartílago en hueso verdadero. Por poner un ejemplo, nuestro fémur no empezó siendo un fémur pequeño, sino una flexible varilla de cartílago que luego se mineralizó. Pero este proceso no se detiene con el nacimiento, sino que continúa aproximadamente hasta los veinticinco años. A partir de la sexta semana de embarazo los huesos del feto comienzan a crecer rápidamente. Entre el sexto y séptimo mes están completamente desarrollados, pero permanecen blandos y flexibles. Es en este momento cuando comienzan a almacenar calcio y fósforo para fortalecerse. Casi todo el almacenamiento sucede en el último mes de gestación, que coincide con el período de calcificación rápida de los huesos y un veloz aumento de peso. Además de los genes, el crecimiento óseo está regulado por numerosas hormonas. También es importante la nutrición, que fortalece al hueso al aportar las cantidades apropiadas de calcio y vitamina D.
Crecimiento de los huesos Esta secuencia de radiografías muestra cómo crecen y se desarrollan los huesos durante la infancia.
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Mano de un niño de 2 años. Aunque el esqueleto está formado, en su mayor parte es cartílago, que no se ve en las radiografías.
Mano de un niño de 3 años. El cartílago está siendo reemplazado de forma gradual por hueso. La muñeca es, en su mayor parte, cartílago.
Mano de un niño de 14 años. El esqueleto de la mano y la muñeca está formado por hueso maduro y fuerte.
Anatomía Hueso Dimorfismo Columna Señales
Actividad Las pelvis tienen sexo ¿Cuáles de estas radiografías pertenecen a un hombre? ¿Y cuáles a una mujer?
1
2
4 3 Solución: 1 y 2 son de hombre. 3 y 4 son de mujer. 21
Anatomía
Señales
El esqueleto humano está formado por un tejido vivo, en el que quedan reflejadas muchas características de la vida de una persona, y de las circunstancias que acompañaron su muerte. Por eso su estudio es de gran importancia para la investigación criminal, y para el conocimiento de cómo eran y vivían los antepasados de nuestra especie. La edad, el sexo, la raza, la estatura, el grado de actividad física o la corpulencia se pueden averiguar mediante la comparación de las medidas de los huesos que se estudian con las registradas en tablas elaboradas a partir de datos conocidos. También muchas lesiones y enfermedades dejan su huella. Por ejemplo, una fractura soldada indica que la persona sobrevivió a la misma, mientras que si no lo está, lo más probable es que muriera. Gracias al estudio de restos óseos se está reconstruyendo la evolución de nuestra especie. Se sabe, por ejemplo, que los primeros humanos comenzaron a caminar hace unos 4 millones de años, y que hace unos 2 millones de años practicaban el canibalismo.
Reconstruyendo un rostro
Interpretando los huesos del cráneo se puede reconstruir el rostro de una persona que vivió hace tiempo. Es el caso del dueño de este cráneo. Los huesos En primer lugar se hace un molde de escayola a partir de los huesos originales, para evitar dañarlos. En esta fase se pueden reparar roturas y rellenar fragmentos desaparecidos. Los músculos Aplicando conocimientos de anatomía se reconstruyen los músculos de la mandíbula y el cuello. Las zonas rugosas de los huesos indican dónde se unían con los músculos. La piel La forma y tamaño del esqueleto indican la edad de la persona. Finalmente se añade una capa de piel adecuada a la edad para completar la reconstrucción. 24
Biofísica Peso Palanca Resistencia Densitometrías
Biofísica
Palanca
Entre las principales funciones del esqueleto están el favorecer la locomoción y permitir el desarrollo de movimientos rápidos. También es primordial su papel como estructura que sostiene el cuerpo y protege sus órganos más delicados (como el cerebro, el corazón o los pulmones). Los músculos pueden contraerse bruscamente pero sólo son capaces de reducir su longitud en una pequeña fracción. Gracias a que están unidos a los huesos pueden multiplicar la eficiencia de su movimiento. Así, cuando se unen al extremo de un hueso largo, pueden provocar un desplazamiento mucho mayor en el otro extremo. Por ejemplo, una contracción muscular de 4 centímetros puede provocar un movimiento de 20. Por este motivo se dice que en su conjunto, los huesos, las articulaciones y los músculos constituyen palancas. Las principales palancas del cuerpo humano se hallan en las extremidades, y están destinadas a permitir grandes, amplios y poderosos movimientos. Las de las piernas son más fuertes que las de los brazos, aunque tienen menos variedad de posiciones al moverse.
¿En qué palanca hay que hacer más esfuerzo
Actividad para levantar el mismo peso?
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Solución: Usa el mecanismo expuesto en este módulo de la exposición para conocer la respuesta.
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A toda máquina A finales del siglo XVII, el físico y médico napolitano Giovanni Alfonso Borelli concluyó por primera vez que los huesos se comportan como palancas. En estas láminas publicadas en De motu animalium, su principal obra, Borelli aplica los principios de la mecánica al movimiento del cuerpo humano, y compara nuestro organismo con máquinas como una balanza, una cuña, una rueda o una polea.
Para realizar estos bocetos, Borelli llevó a cabo numerosas disecciones en mamíferos, aves y peces, lo que también le permitió descubrir que la actividad de los músculos se debe a contracciones de fibras individuales. Además, estudió los movimientos internos realizando interesantes descripciones sobre la circulación, la respiración o la secreción de fluidos. Sus trabajos sentaron las bases de lo que se conoce como fisiología mecanicista. 31
Fisiología Vivos Edad Calcio Equilibrio
TEJ DO ÓSEO ••
Fisiología
•• MILES DE NERVIOS ESTÁN ENVIANDO INFORMACIÓN AL CEREBRO
Vivos
Los huesos que se pueden observar a simple vista no son huesos vivos, sino sólo su parte mineral. Dentro del cuerpo el tejido óseo que los forma se mantiene en permanente actividad, renovándose completamente en unos dos años. Por eso puede adaptarse a las situaciones cambiantes que condicionan la vida de su dueño. Entre la sustancia mineral del hueso se encuentran los osteocitos, las células que mantienen el tejido en óptimas condiciones. Las que son responsables de la remodelación del hueso, los osteoclastos y los osteoblastos, se localizan sobre su superficie. Los primeros se encargan de destruir el tejido viejo y los segundos de la construcción del nuevo. En un 4% de todas las superficies óseas se está formando hueso nuevo, mientras que en un 1% el hueso está siendo reabsorbido. De todas formas, la intensidad de cada una de estas actividades está regulada por diferentes sustancias. Además, en el interior de los huesos es donde se encuentra la médula ósea. Su actividad es fabricar las células sanguíneas; en conjunto, al increíble ritmo de 2 a 3 millones de unidades cada segundo.
¿Cómo se repara una fractura? Cuando se rompen, los huesos tienen la capacidad de soldarse. De hecho, la reparación comienza enseguida. Con la fractura, los vasos sanguíneos también se lesionan, la sangre cubre la zona, se condensa y da lugar a un coágulo. Más tarde, este coágulo se endurece y forma la base a partir de la cual se generará el nuevo hueso. Desde los extremos fracturados, rápidamente acuden células al coágulo de sangre y forman una densa red de tejido de apoyo llamado callo. Con el tiempo, el callo se endurece convirtiéndose en hueso. Al principio, el hueso está algo abultado, pero unas células específicas lo perfilan, devolviéndole su forma original. Los huesos de los niños se suelen reparar en seis u ocho semanas. Los de los adultos tardan más. Las imágenes muestran la curación de una fractura.
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4 HORMONAS QUE REGULAN EL EQUILIBRIO DE TU CALCIO
M LLONES DE ÁTOMOS DE CALC O ESTÁN PASANDO DEL HUESO A LA SANGRE Y V CEVERSA ••• M LLONES DE
CÉLULAS ÓSEAS ESTÁN REMODELANDO CONTINUAMENTE TUS HUESOS
•• EN UN 4% DE LA SUPERFICIE DE TUS HUESOS SE ESTÁ FORMANDO NUEVO
Fisiología
Edad
El esqueleto cambia con la edad de las personas. Existen dos períodos de mayor crecimiento, uno durante los dos primeros años de vida y otro en la adolescencia. En el primer año la estatura aumenta en un 50%, y en la adolescencia se puede crecer 15 centímetros al año. Entre ambos períodos el crecimiento es de 5-7 centímetros al año. Los huesos largos son los que más crecen; se extienden por sus extremos debido a la actividad de unas células cartilaginosas. Cuando estas células pierden su actividad, los centros de crecimiento se calcifican y el hueso ya no crece más. Esto sucede hacia los 17 años en los varones, y hacia los 20 en las mujeres. El esternón, sin embargo, sigue creciendo hasta los 25. También la madurez conlleva cambios en el sistema esquelético. Por ejemplo, a partir de los 35-40 años tiende a perder peso y los huesos craneales se fusionan, desapareciendo las suturas o líneas de unión. Con más edad, el hueso de la mandíbula reduce su tamaño y el esqueleto disminuye en altura (la razón es que los discos que separan las vértebras se vuelven más delgados). El cráneo humano comienza siendo un conjunto de treinta piezas cartilaginosas, que se van osificando con la edad. Hasta los 18 meses tiene varias aberturas, las fontanelas, que están formadas por unas membranas que más tarde se calcifican. Los huesos, que al principio están separados, se van soldando con el paso del tiempo. Las uniones o suturas entre ellos se observan como líneas de forma serpenteante; entre los 30 y 40 años empiezan a borrarse hasta desaparecer. Estos procesos permiten calcular con bastante precisión los años que tiene la persona a la que perteneció el cráneo. También el grado de desgaste de la mandíbula es un buen indicador de la edad.
20 años 40
50 años
70 años
90 años
Fisiología
Equilibrio
Para mantener un nivel adecuado de calcio en el organismo existe un intercambio constante entre la sangre y los huesos. Algunas vitaminas y hormonas trabajan al unísono en esta tarea. Tres son las protagonistas: la vitamina D, la hormona paratiroides, secretada por la glándula paratiroides, y la calcitonina, producida por la glándula tiroides. La vitamina D se encarga de captar el calcio de la dieta y depositarlo en los huesos. Al contrario, la hormona paratiroides induce la destrucción ósea y, por tanto, la liberación de calcio. Gracias a este antagonismo cuidadosamente regulado, el hueso se renueva constantemente. La calcitonina colabora manteniendo la reserva de calcio del esqueleto con un efecto opuesto al de la hormona paratiroides. Por tanto, inhibe la pérdida de calcio y estimula la formación ósea. También hay otras hormonas relacionadas con el equilibrio del calcio y el mantenimiento del hueso. Son las hormonas sexuales (estrógenos y andrógenos), los corticosteroides, la tiroxina, la insulina y la hormona del crecimiento. Si la ingesta de calcio es deficiente, se rompe el equilibrio, se destruye más hueso del que se puede formar y puede dar lugar a la osteoporosis.
Palabras clave Andrógenos: así se llaman las hormonas sexuales masculinas que se segregan principalmente en los testículos, aunque los ovarios también producen cierta cantidad. Favorecen la absorción del calcio. Calcio: elemento químico que supone el 2% del peso de una persona. La mayoría de ese porcentaje se encuentra en los huesos, mientras que el resto está en los tejidos y fluidos corporales, donde juega un importante papel en la actividad celular. Calcitonina: hormona producida por la glándula tiroides que reduce los niveles en sangre de calcio. Puede hacerlo de tres formas: disminuyendo la absorción intestinal, incrementando el almacenamiento de calcio en los huesos y aumentando la excreción de calcio a través de los riñones. Corticosteroides: hormonas encargadas de movilizar los depósitos grasos, que en grandes cantidades pueden favorecer la desmineralización de los huesos. Estrógenos: así se llaman las hormonas sexuales femeninas, producidas principalmente en los ovarios. Inducen la absorción del calcio. Glándula: tejido especializado en la secreción de sustancias. 44
Salud Alimentos Necesidad Salud Ejercicio Osteoporosis Enfermedades
Salud
Alimentos
El aporte de calcio que necesitamos para mantener sanos nuestros huesos debemos incorporarlo a través de los alimentos. Una vez dentro de nuestro organismo el calcio se absorbe en el intestino delgado gracias a la presencia de la vitamina D. La fuente de calcio más importante es la leche y sus derivados. Aparte de los lácteos, se ingiere calcio en algunas verduras como acelgas y judías verdes. También son fuente de calcio algunos pescados, como el salmón y las sardinas pequeñas a las que se come la espina, mariscos, frutos secos y cereales. Hay que tener en cuenta una serie de factores que dificultan la absorción del calcio que comemos. Algunos tienen que ver con ciertos hábitos como el tabaco, el alcohol, el café y la falta de actividad. Pero también influyen la falta de proteínas, algunos medicamentos o los cambios hormonales en las mujeres maduras. Un déficit en el consumo de calcio y la falta de vitamina D provoca la desmineralización de los huesos. Si esto sucede durante la infancia da lugar al raquitismo, caracterizado por el ablandamiento de los huesos, que se deforman y rompen con facilidad. En los adultos, la consecuencia de la falta de calcio es la osteoporosis, en la que también aumenta la fragilidad de los huesos.
Cantidad diaria recomendada de calcio
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En la edad madura se necesita un aporte constante de calcio que ronda los 1.500 miligramos diarios, lo que equivale a 10 yogures al día. En situaciones de mayor demanda, como el embarazo y la lactancia, es importante cuidar la alimentación de las madres, ya que si no reciben el calcio necesario su organismo utilizará las reservas de sus propios huesos, que pueden quedar resentidos tras el parto. También es importante tener en cuenta que un exceso de calcio puede provocar la aparición de cálculos renales o la alteración de la consciencia. 48
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Solución: 1. Chocolate con leche: 245 mg. 2. Sardina en conserva: 200 mg. 3. Judías verdes: 140 mg. 4. Sardina fresca: 100 mg. 5. Requesón: 100 mg. 6. Aceituna: 50 mg. 7. Trucha: 18 mg.
Sardina fresca Aceitunas
Trucha
Chocolate con leche
Sardina en conserva
Requesón
Judías verdes
Ordena estos alimentos del 1 al 7 según la cantidad de calcio que contienen
Salud
Necesidad
Los requerimientos de calcio varían a lo largo de la vida. De hecho, la cantidad de ese elemento que necesitamos cada día no deja de aumentar hasta el final de la época de crecimiento, aproximadamente a los 25 años. En la edad adulta se necesita una cantidad constante, excepto en situaciones con una mayor demanda, como el embarazo y la lactancia. Es importante cuidar la alimentación de las madres que están amamantando a sus hijos recién nacidos. Si no reciben todo el calcio que necesitan para proporcionarle a su hijo una leche nutritiva, su organismo utilizará la reserva de calcio de sus propios huesos, que pueden llegar a quedar resentidos. En la edad madura se sigue necesitando renovar la estructura ósea, y por tanto la demanda de calcio se mantiene, pero el organismo no tiene la misma capacidad para absorberlo. Por eso es importante mantener los niveles adecuados de calcio, una ayuda para frenar el deterioro de los huesos por la osteoporosis. También hay que tener en cuenta que un exceso de calcio podría ser contraproducente, y en general no se debe subir de 2.000 miligramos al día. Un exceso en el consumo de calcio puede traer consigo la aparición de cálculos renales, alteraciones de la consciencia o estreñimiento.
Una dosis de calcio para cada etapa
400 miligramos 50
800 miligramos
1.000 miligramos
1.500 miligramos
Salud
Salud
Explicar y predecir lo que sucede en el mundo son dos de los objetivos de la ciencia. La predicción resulta tan importante para la salud humana que ha llevado al desarrollo de la medicina preventiva. Su ambición es anticiparse a la enfermedad, proponiendo normas, consejos y hábitos que contribuyan a mantener la salud de las personas y mejorar su calidad de vida. Por eso, en esta actividad es tan importante la educación y divulgación del conocimiento científico. En los últimos años se ha descubierto que los hábitos alimentarios, de consumo y la actividad física influyen de forma muy importante en el desarrollo de numerosas enfermedades. La osteoporosis, por ejemplo, se previene con ejercicio físico, buena alimentación y hábitos saludables que excluyan el tabaco y el alcohol. La Organización Mundial de la Salud afirmó que «La salud es un estado de completo bienestar físico, mental y social, y no solamente la ausencia de afecciones o enfermedades». Lo que parece claro es que la actividad física favorece este estado de bienestar.
La Organización Mundial de la Salud, más conocida por las siglas OMS, es una institución dependiente de Naciones Unidas especializada en temas de sanidad. Su creación se remonta al 7 de abril de 1948, y poco después se redactó una Constitución, que establece como objetivo primordial el que todos los pueblos puedan gozar del grado máximo de salud que se pueda lograr. Por ello, el emblema de la OMS intenta simbolizar el triunfo de la salud en el mundo. Está formado por una serpiente enrollada alrededor de un báculo –que representa al dios griego de la salud– sobre una mapa del mundo. Por debajo, dos ramas de laurel significan la victoria.
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¡A mover el esqueleto! No importa si se trata de ballet, break dance, cancán, hip-hop, flamenco, jazz o chachachá, los expertos coinciden en que el baile es bueno para mantener el cuerpo en forma. Al igual que otras actividades, como caminar a paso ligero, montar en bicicleta, nadar o jugar al baloncesto, el ejercicio fortalece los huesos y los músculos, tonifica el cuerpo, mejora la postura corporal y el equilibrio y también aumenta la resistencia y la flexibilidad.
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Salud
Osteoporosis
La osteoporosis –palabra que hace referencia a la aparición de «poros» o burbujas en los huesos– es una enfermedad en la que disminuye la masa ósea de los huesos y se deteriora su estructura, provocando una mayor fragilidad del hueso frente a las fracturas. Las mujeres tienen mayor riesgo de osteoporosis que los varones. La masa ósea del ser humano aumenta hasta alcanzar un máximo entre los 20 y 30 años. Se cree que la mujer alcanza este valor hacia los 20, permaneciendo estable hasta los 40, edad en la que comienza a disminuir. Los varones tardan más tiempo en adquirir la máxima masa ósea, hacia los 25 años, y sufren una pérdida más lenta. Estas diferencias se deben a que los varones no experimentan una caída brusca de sus hormonas como sucede en las mujeres durante la menopausia; y es que las hormonas sexuales intervienen en el depósito de calcio en los huesos. De todas formas, los huesos masculinos presentan por lo general una densidad mayor. Las terapias contra la osteoporosis incluyen siempre un incremento de la ingesta de calcio.
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Hueso sin osteoporosis
Hueso con osteoporosis
Historia de la Ciencia Nombres Esqueleto Creatividad
Hª de la Ciencia
Esqueleto
Los científicos deben realizar observaciones rigurosas, desechando las que surgen condicionadas por sus ideas y especulaciones, pues resulta muy fácil que la mente los lleve al engaño. Durante miles de años se imaginaron cíclopes, unicornios, centauros o sirenas, y hubo una época en que los espermatozoides se veían como minúsculos seres humanos. Se considera que con Hipócrates, entre los años 450 y 350 a.C., la medicina dejó de ser mágica y se hizo racional, basándose en la práctica clínica y la observación. El primero en aplicar algún rigor científico a los dibujos de anatomía humana fue Leonardo da Vinci (1452-1519). Andreas Vesalio (1514-1564) es el gran impulsor de la anatomía humana. Descubrió más de 200 errores en los estudios anteriores. Por ejemplo, encontró que hombres y mujeres tenían el mismo número de costillas, a pesar de que la tradición mantenía que ellos tenían una menos. Aún así, también cometió sus errores, como aceptar la afirmación galénica de que el esternón estaba formado por siete partes.
Intenta descubrir qué errores hay en la representación de estos
Actividad esqueletos.
Solución: Compáralos con el esqueleto de la actividad anterior y descubrirás los errores.
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Hª de la Ciencia
Creatividad
El ejercicio de la ciencia enriquece la formación de las personas con importantes valores sociales como la curiosidad, la imaginación o la creatividad. La capacidad para elaborar nuevas ideas es fundamental para el progreso de la ciencia y de cualquier actividad humana. Es un signo de genialidad el romper con la tradición y concebir nuevas interpretaciones de la realidad. Por ejemplo, Newton lo hizo al aplicar las mismas leyes a lo que sucede en la Tierra y en el espacio; Harvey al afirmar que la sangre circula por el organismo humano; Darwin al pensar sobre la evolución de las especies; Wegener al proponer que los continentes se mueven y Einstein al afirmar que la materia se puede transformar en energía. Esfuerzos similares son los que impulsaron grandes cambios sociales al sustituir determinados valores establecidos por otros nuevos, como que todos los seres humanos nacen libres e iguales, o que las mujeres tienen los mismos derechos y deberes que los varones.
¿Dama o anciana?
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En este dibujo se pueden descubrir dos imágenes diferentes (dama o anciana). En general, cada persona ve más fácilmente una u otra. Y es necesario realizar un esfuerzo para pasar de ver la dama a la anciana, y viceversa. De forma similar, hacer un ejercicio de creatividad consiste en llevar a cabo un esfuerzo por intentar abordar un tema desde un punto de vista diferente al habitual.