Biofísica



 

Centro Federal de Educação Tecnológica do Amazonas

Diretoria do Ensino de Graduação - DEG

Licenciatura emCiências Biológicas

Suzely da Silva Nobre

Biofísica dos Sistemas do Corpo Humano

MANAUS- AM

Dezembro/2007

Suzely da Silva Nobre

Biofísica dos Sistemas do Corpo Humano

Biofísica da Audição

Biofísica da Respiração

Biofísica da Visão e

Biofísica da Função Renal

Trabalho apresentado ao Prof. Dr. Urdiel Macedo de Paula, para obtenção de nota do 6º período em licenciatura em ciências Biológicas do CEFET-AM na disciplina Biofísica.

MANAUS- AM

Dezembro/2007

Centro Federal de Educação Tecnológica do Amazonas

Diretoria do Ensino de Graduação - DEG

Licenciatura de Ciências Biológicas

Biofísica dos Sistemas do Corpo Humano

NOTA: ________________

_______________________________________________________________

Prof. Dr. Urdiel Macedo dePaula

_______________________________________________________________

Aluna: Suzely da Silva Nobre

Sumário

Sumário, 4

Lista de Figuras, 6

Lista de Tabelas, 6

Objetivo, 7

Metodologia,7

Introdução,7

1-Biofísica da Audição

1. Noções de Física do Som e Acústica de Interesse Biológico, 8

1.1Física do som, 8

1.2Acústica, 8

2. Propagação do Som – Efeitos do Meio Transmissor, 9

3. Transdução da energia sonora em animais inferiores, 10

4. Freqüências sonoras audíveis limiar de audição, 11

5. O aparelho auditivo, 11

6. O ouvido humano, 11

7. Anatomia Funcional dos Órgãos da Audição,12

7.1 O ouvido Externo,12

7.2 A membrana Timpânica, 13

7.3 O ouvido médio, 13

7.4 O ouvido interno, 15

7.5 Transmissão do som ao ouvido interno, 16

8. Tipos de Surdez, 17

2 - Biofísica da Respiração

1.O Aparelho Respiratório, 18

1.1As Vias Aéreas ,18

1.2Os pulmões, 18

1.3Tubos respiratórios e alvéolos, 19

1.4A parede torácica, 19

1.5 Músculo da inspiração, 19

1.6Músculo da expiração, 20

2. A mecânica da respiração, 20

2.1 A movimentação dos pulmões, 20

2.2 A pressão pleural, 21

2.3 Escoamento do ar nas vias aéreas, 22

3. Controle da respiração, 25

3. Biofísica da Visão

1. O olho humano, 25

1.1 A anatomia do olho, 26

1.1.1 Globo ocular, 26

1.1.2 A retina humana, 28

2. Formação de imagens, 29

2.1 Luz, 29

2.2 Formação de imagem no olho humano, 30

3. Mecanismo Biofísico da Formação doPotencial Elétrico para a Visão, 31

3.1 Reflexo de acomodação à distância, 31

3.2 Adaptação ao claro e ao escuro, 32

4. Defeitos visuais, 32

4.1 Hipermetropia , 32

4.2 Miopia, 33

4.3 Presbiopia , 33

4.4 Astigmatismo,33

4- Biofísica da Função renal

1.O Rim, 33

2. Anatomia Funcional do Rim, 34

2.1Fluxo Renal Plasmático (FRP) e Fluxo Renal Sanguíneo (FRS), 34

2.2 Néfron, 35

2.3 O funcionamento do Néfron, 35

2.3.1 Os Mecanismos Básicos Renais, 36

2.3.2 Filtração Glomerular, 36

2.3.3 Reabsorção Tubular, 38

2.3.4 Secreção Tubular, 39

3. O mecanismo de Contra Corrente ,40

Conclusões, 42
Referências Bibliográficas, 43

Lista de Figuras

Figura 1.1 – Principais partes do ouvido

Figura 1.2 – Gradiente de pressão máxima de onda sonora

Figura 1.3 – Anatomia da membrana timpânica

Figura 1.4 – Corte transversal da Cóclea

Figura 2.1 – Diagrama esquemático das passagens de ar para os pulmões

Figura 2.2 – Estrutura do alvéolo

Figura 2.3 – Tipos de escoamento

Figura 3.1 – Corte transversal do olho humano

Figura 3.2 – Camadas da retina

Figura 3.3 – Formação da imagem

Figura 3.4 – Zona de acomodação

Figura 3.5 – Olho hipermitrope

Figura 3.6 – Olho míope

Figura 4.1 – Secção do rim

Figura 4.2 – Resultado do fluxo renal plasmático

Figura 4.3 – Unidade básica: Néfron

Figura 4.4 – Funcionamento de um Néfron

Figura 4.5 – Detalhe Glomérulo

Figura 4.6 – Transporte máximo reabsorção

Figura 4.7 – Mecanismo de contra - corrente

Lista de Tabelas

Tabela 1.1 – Propagação do som

Tabela 1.2 – Intensidade e nível sonoro de vários sons

Tabela 2.1 – Variação da freqüência respiratória

Tabela 2.2 – Parâmetros Respiratórios

Tabela 3.1 – Espessura da parede da esclerótica

Tabela 3.2 – Meios refratores do olho

Objetivo

Proporcionar uma análise de conhecimentos básicos, fundamentais de biofísica, para que se compreendam quais os princípios da física que participam dos processos que controlam importantes funções celulares e de diversos sistemas do corpo humano.

Metodologia

Pesquisa Individual

Introdução

A biofísica é o estudo da matéria, energia, espaço e tempo nos Sistemas biológicos. As informações do mundo exterior são captadas e transmitidas ao cérebro pelos órgãos dos sentidos. Nos primatas, os receptores e as vias nervosas que permitem a detecção e análise dos sinais sonoros (audição), luminosos (visão) e químicos (gustação e olfato) estão localizados na cabeça. Além dessas informações, os sensores localizados nos canais semicirculares do ouvido interno ajudam na manutenção da postura e participam na definição do equilíbrio do corpo.

Ao contrário do que muitos acreditam o ouvido humano não é só responsável pela audição, mas também pelo controle de equilíbrio e pela percepção de movimento. O sistema auditivo consegue trabalhar numa ampla faixa de freqüência e intensidade. Só para se ter uma idéia a intensidade do som que causa sensação de desconforto é um milhão de milhão de vezes maior que o som menos intenso detectável pelo ouvido.

O corpo inteiro é um tubo que pulsa em ondas de expansão e contração na respiração. Se este tubo não for flexível, com um amplo espectro de motilidade, a pessoa fica limitada em suas ações, como em sentimentos que possam emergir. A riqueza de pensamento e imaginação é afetada. Se os músculos não recebem sangue ou oxigênio suficiente a ação fica prejudicada. Se o cérebro sofre falta de oxigenação, a pessoa torna-se apática, insensível, desatenta.

O estudo da visão mo O estudo da visão mostra a maneira como a imagem é processada e transmitida ao cérebro. Um dos mais importantes meios de interação do homem com o mundo se faz através do espectro da radiação luminosa – faixa compreendida entre a cor vermelha e a cor violeta. Esta interação só é possível a dois instrumentos altamente especializados, que tem o tamanho de uma bola de tênis de mesa, dispostas de forma mais ou menos simétrica ao plano sagital – plano que divide o corpo humano em lado direito e lado esquerdo, o olho humano que se ajusta para captar de forma nítida uma imagem oupode ajudar a fazer tal função.

A função renal normal depende da integridade de quatro aspectos da fisiologia renal: o fluxo sangüíneo, a filtração glomerular, a função tubular e a permeabilidade das vias urinárias. O rim tem como função básica a conservação de fluidos, ou, em outras palavras, a concentração da urina. Além dessa função básica, possui três importantes papéis, que são a depuração de substâncias tóxicas, a manutenção do equilíbrio hidroeletrolítico interno e a produção de hormônios.

processada e transmitida ao cérebro. Um dos mais importantes meios de interação do homem com o mundo se faz através do espectro da radiação luminosa – faixa compreendida entre a cor vermelha e a cor violeta. Esta interação só é possível a dois instrumentos altamente especializados, que tem o tamanho de uma bola de tênis de mesa, dispostas de forma mais ou menos simétrica ao plano sagital – plano que divide o corpo humano em lado direitolado esquerdo, o olho humano que se ajusta para captar de forma nítida uma imagem

1- Biofísica da Audição

Grande parte das informações que o ser humano recebe é transmitida por ondas sonoras. Elas, normalmente, provêm do ambiente que nos cerca e são originadas em diversas fontes sonoras. O sistema auditivo dos animais permite a captação dessas ondas e o reconhecimento do conteúdo de informação que possuem. Além de participar da audição, o aparelho auditivo humano também está relacionado como equilíbrio do corpo.

O som é a propagação de energia mecânica em meio material, sob forma de movimento ondulatório, com pulso longitudinal. É um fenômeno do Campo Gravitacional. Os seres vivos captam e emitem sons. Desde insetos até os humanos, o som é um precioso agente de informação e comunicação. O ouvido humano é especialmente diferenciado para receber sons. Alem da capacidade puramente mediadora, a Audição permite ainda, sem uso do sentido semântico das palavras, a transmissão de mensagens emocionais.

1. Noções de Física do Som e Acústica de Interesse Biológico

1.3Física do som

Como dissemos acima, o som é a transmissão de uma perturbação material, com pulso longitudinal, e pode ser representado por um movimento ondulatório. Vejamos o som sob esses dois aspectos.

  1. Perturbação material, deslocamento da energia.
  2. Representação como movimento ondulatório.

Se tivermos como exemplo um oscilador vibrando, e sua energia é transmitida pelo ar, como zonas de compressão (alta energia) das moléculas gasosas. Nesse caso, o som se propaga como uma esfera sonora. A energia vai diminuindo com a distancia. O pulso energético é na direção da propagação. Setemos um tubo com ar, onde se aplica um sinal sonoro (→) em uma das extremidades. Na propagação, aparecem as zonas de compressão e rarefação do ar. A seta indica a direção da onda sonora, e também do pulso energético. Seuma pedra é lançada ao centro de um tanque com água. Aparecem dois movimentos ondulatórios:

  1. Ondas mecânicas de água, visíveis como elevação e abaixamento da surpeficie, se propagando em círculos concêntricos. O pulso é transversal, isto é, perpendicular à direção da propagação. A velocidade é lenta, de alguns metros por segundo.
  2. Ondas sonoras, invisíveis, de energia se propagando por compressão e descompressão de zonas liquidas. O pulso é longitudinal (a água não sobe, nem desce), na direção das ondas sonoras, que se propagam como uma semi-esfera no meio líquido, e outra meia-esfera no ar. A velocidade da água é 1.500 m.s-¹.
  • Comprimento de onda

Éa distância percorrida emum ciclo completo, e se abrevia λ (lambda). O tempo decorrido em um ciclo é denominado período, t.

  • Velocidade

É o espaço percorrido pela onda, na unidade de tempo. Equivale a dividir o comprimento da onda pelo período:

v = λ_

t

  • Freqüência

É o numero de vezes que o fenômeno se repete em um intervalo de tempo, medido em ciclos por segundo, (Hertz, Hz).

f = 1_ = t -¹

t

1.2 Acústica

O som físico, emitido por uma fonte sonora, e o som percebido pelos instrumentos apropriados, como o ouvido, pode ser definido por três características, a intensidade, altura e timbre.

  • Intensidade – corresponde ao nível de energia sonora, e no movimento ondulatório, é medido pela amplitude. A amplitude é o deslocamento da onda no eixo de y ela vai desde sons pouco audíveis, como o falar cochichando, até o barulho de um avião a jato. Amplitude está relacionada à energia sonora, e decresce com o inverso do quadrado da distancia. É o chamado amortecimento da onda.
  • Altura – corresponde à freqüência do som emitido. Os sons de maior freqüência se dizem mais altos, ou mais agudos; os sons de menor freqüência, mais baixos, ou mais graves. Cada emissor tem uma freqüência típica de emissão. A voz humana vai desde o baixo profundo, ao soprano coloratura.
  • Timbre – também se denomina qualidade, e corresponde ao somatório de freqüências harmônicas. As freqüências harmônicas são múltiplos inteiros de uma freqüência fundamental, que é a mais longa. Um som de 100 Hz pode ter harmônicos associados de 200, 300, 400 Hz, etc., correspondendo ao som fundamental x 2, 3, 4, etc. os sons harmônicos embelezam e dão colorido ao som fundamental, daí a razão do timbre ser denominado de qualidade do som. Dependendo do numero e intensidade dos harmônicos, o som tem timbre, ou qualidade, que pode ser até característico. Todos que escutam, são capazes de identificar pela voz as pessoas conhecidas. Sons dos instrumentos musicais podem também ser identificados pelo timbre. Como os pulsos se somam, o som composto tem uma forma de onda mais complexa. Esses trens de onda são analisados pelas series de Fourier.

2. Propagação do Som – Efeitos do Meio Transmissor

O som se propaga em função das propriedades do meio transmissor. De um modo aproximado, a velocidade é diretamente proporcional à temperatura, e inversamente proporcional ao módulo de elasticidade do meio. Alguns valores estão na Tabela 1.1.

Tabela 1.1 – Propagação do som

Meio de propagação

Temperatura

ºC

Densidade

kg.m-³

Velocidade

m.s-¹

Gases

Ar atmosférico

0

-

325

20

1,20

340

37

-

350

100

-

380

CO2

20

1,98

260

He

20

1,16

970

Líquidos

Etanol

20

90

1.210

Água

20

1.000

1.480

Água do Mar

20

1.040

1.530

Sangue

37

1.056

1.570

Sólidos

Tecidos biológicos

37

1.047

1.570

Cobre

20

8.900

3.560

Madeira (carvalho)

20

800

3.850

Alumínio

20

2.700

5.100

Ferro

20

7.900

5.130

Vidro

20

2.500

5.600

Esses valores mostram que os tecidos biológicos conferem ao som características semelhantes à da água. O aumento da velocidade com a temperatura se deve ao aumento da energia cinética das moléculas do meio, que facilita a propagação da perturbação material. Como esperado, o som apresenta todas as propriedades comuns aos movimentos ondulatórios, e entre as que apresentam interesse biológico estão:

·Reflexão do Som – quando o trem de ondas encontra uma superfície que se opõe à propagação, ele muda de direção, com ângulo de incidência igual ao de reflexão. A reflexão em superfícies planas ou curvas tem grande aplicação na construção de ambientes com acústica favorável, inclusive para reforço do som emitido.

·Interferência – é o aumento ou diminuição da intensidade do som, devido ao somatório dos pulsos de onda: superposição de duas cristas há reforço; crista e vale abafamento. A interferência é responsável pela perda de discriminação do ouvido. A interferência é responsável perda de discriminação do ouvido. A interferência de sons e ruídos é notada especialmente no momento do seu desaparecimento: em lugares silenciosos, antes inaudíveis, são percebidos.

·Difração – é o contornamento de obstáculos pela onda.

·Efeito Doppler – é a mudança aparente de freqüência, quando existe movimento relativo entre o emissor e o receptor;

O efeito Doppler sonoro é frequentemente observado no cotidiano. Buzina de veículos, sirenes de ambulâncias, apito de locomotiva, etc., que se aproximam ou se afastam, mostram nitidamente o efeito Doppler. Esse efeito é usado para determinação de velocidade da circulação sanguínea, usando ondas refletidas pelo sangue que se afasta.

3. Transdução da energia sonora em animais inferiores

A transdução de energia sonora em elétrica já pode ser observada nos hidrozoários (caravelas, p.ex.), mas o aparelho auditivo somente aparece nos peixes e nos artrópodes. Nos animais vertebrados, os receptores encarregados da audição, do equilíbrio e da detecção do movimento (p.ex. peixes) são formados por células ciliadas, que se encontram conectados a neurônios sensoriais. Quando os cílios são movimentados, são produzidas ondas elétricas que se propagam pelos nervos, dirigindo-se aos centros superiores de analise e integração.

4. Freqüências sonoras audíveis limiar de audição

O ouvido humano pode detectar freqüências sonoras na faixa de 16 a 17.000Hz. Todavia, esses limites não são fixos, mas variam com a idade e também de um individuo para outro. Alem disso, o ouvido não apresenta a mesma sensibilidade para todas as freqüências, como se pode demonstrar com auxilio do audiograma. Esse exame é executado em ambiente silencioso, colocando-se fones de ouvido na pessoa examinada e pedindo que ela indique toda vez que escutar algum som. Então, sons puros com diferentes intensidades, geralmente eletronicamente, são enviados os fones de modo aleatório. A intensidade mínima necessária para que cada freqüência seja escutada é chamada de limiar de audição.


Autor: Suzely da Silva nobre


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