Aula 05 -Biofísica das Soluções

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Biofísica Médica 
Maria Eduarda Rodrigues 
 
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Solução e Suspensão 
Solução: é uma mistura homogênea de 
substâncias. 
Ex: plasma (substâncias em um meio 
aquoso); xampu; urina 
Suspensão: é uma mistura heterogênea 
de substâncias. 
Ex: sangue (plasma e células); água e 
óleo; água e areia. 
 Embora não exista unanimidade na 
literatura a respeito da classificação das 
soluções, vamos adotar um modelo útil 
para compreender os fenômenos 
biológicos, sabendo que a natureza é 
repleta de exceções. Tanto suspensão 
quanto solução são misturas. 
Mistura: reunião de duas ou mais 
substâncias diferentes em um mesmo 
meio. 
Homogênea: é a mistura cujos 
componentes não podem ser fisicamente 
separados, mantendo a sua integridade 
original. 
Heterogênea: é a mistura cujos 
componentes podem ser separados 
fisicamente, mantendo a sua integridade 
original. 
O sangue é uma suspensão (mistura 
heterogênea) de plasma e células. 
Essa mistura pode ser decomposta por 
decantação, acelerada por uma centrífuga. 
Ao final do processo de separação, 
teremos esses dois componentes 
fisicamente íntegros, os quais, podem ser 
“remisturados” constituindo o mesmo 
sangue original. 
O plasma sanguíneo é uma 
solução de substâncias em um meio 
aquoso. 
Por mais que centrifuguemos o plasma, 
não conseguimos separar, por exemplo, a 
albumina (proteína produzida pelo fígado) 
do restante. 
Para fazê-lo, precisamos utilizar um 
processo físico que corrompa a 
integridade original dos componentes da 
solução, como por exemplo a Liofilização. 
Liofilização: um processo no qual se 
coloca a solução congelada em uma 
câmara de vácuo, cuja água sólida em 
baixas pressões se transforma em vapor 
por sublimação. A albumina e as outras 
substâncias da solução serão 
preservadas; porém, a água terá mudado 
de estado físico (líquido para gás): sua 
configuração original, então, terá sido 
corrompida. 
O plasma sanguíneo é uma solução. 
Solução: é uma mistura cujos 
componentes estão tão intimamente 
associados, que somente um processo 
que altere o estado original deles poderá 
decompor a mistura. 
As misturas gasosas – como o ar, por 
exemplo – são soluções ou suspensões? 
São soluções. A única maneira de 
separarmos os componentes dessa 
solução é fazendo com que essa mistura 
gasosa seja submetida a um processo 
inverso ao da liofilização: coloca-se a 
mistura em uma câmara que produz uma 
compressão (um pistão, por exemplo). À 
medida que a mistura é comprimida a 
temperaturas muito baixas, os 
componentes do gás tendem a mudar de 
fase (liquefação). 
Como cada tipo de gás se torna líquido sob 
uma pressão diferente, logo que a pressão 
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chega a um determinado valor, certo 
componente da mistura gasosa se 
liquefaz. Então, basta abrir a torneira, fazer 
o líquido escoar para outra câmara e 
separarmos a mistura. 
Como o gás mudou de fase, concluímos 
que essa mistura é uma solução. 
Misturas gasosas são soluções 
O plasma sanguíneo puro não é 
simplesmente uma solução; ele é também 
uma suspensão, principalmente após uma 
refeição rica em gordura. 
O sangue transporta nutrientes 
gordura é um nutriente. 
Plasma → transporta gordura (leitoso)→ 
é uma solução aquosa (base da solução é 
água) 
Água e óleo → Não se misturam → não 
formam solução 
Suspensão muito fina no plasma (ajuda de 
proteínas) 
Quilomícrons: partículas de gordura 
suspensas no plasma. 
Conceitos fundamentais das soluções 
Dissolução: processo de formação de 
uma solução, no qual os elementos 
constituintes da solução se misturam. 
Solvente: substância que promove a 
dissolução; ou seja, é a substância que 
dissolve o soluto. 
Soluto: substância que se dissolve no 
solvente. 
Tipos de solução 
Vamos admitir dois tipos de soluções: as 
aquosas e as oleosas. 
 
 1 – Solução interativa: as aquosas 
 2 – Solução difusiva: as oleosas 
Solução interativa: solução na qual os 
elementos interagem quimicamente entre 
si (aquosas). 
A maciça maioria das soluções é interativa. 
A água é o melhor e mais abundante 
solvente que existe no universo para 
formar soluções interativas (solvente 
universal). 
Ex: solução água-sal 
Solução difusiva: solução na qual os 
elementos interagem entre si em razão do 
calor, transferindo energia cinética, 
misturando-se por difusão (oleosas e 
gasosas). 
 Ex: solução óleo-óleo, solução gás-gás 
Conclusão: a presença de energia (calor) 
é determinante para as soluções difusivas, 
enquanto a afinidade química é 
determinante para as soluções interativas. 
Natureza química da molécula de 
água 
Por motivos da geometria da molécula, ela 
ganha a configuração de um poderoso 
dipolo elétrico (sistema constituído de 
duas cargas elétricas de sinais contrários, 
separadas uma da outra por uma ligação 
química). 
A molécula da água não tem carga elétrica, 
não é íon. Apenas os prótons e elétrons se 
distribuem de modo desigual ao longo da 
molécula, permitindo que parte dela 
(átomos de hidrogênio) manifeste uma 
força elétrica positiva e a outra parte (o 
oxigênio) manifeste uma força elétrica 
negativa. 
As moléculas de água interagem entre si, 
constituindo as pontes de hidrogênio. 
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As moléculas em conjunto formam uma 
verdadeira “rede de pesca”. O conjunto 
tem grande mobilidade, o suficiente para 
configurar um fluido. 
Na água existe uma resistência à ruptura 
das pontes de hidrogênio, que pode 
acontecer quando colocamos o dedo na 
água. 
Como as pontes de hidrogênio são forças 
de interação, para rompê-las devemos 
exercer uma força que as vença. A força 
de interação das pontes produz uma gota 
de água esférica: as moléculas se atraem 
com tanta força que se aproximam ao 
máximo e possibilita que certos insetos 
caminhem sobre a água. 
Dinâmica de partículas nas soluções 
Fluidos (líquidos ou gases) → mantêm 
uma independência→ cinética relativa 
entre as partículas 
Solução de água e sódio → as partículas 
de água e de sódio apesar de interagirem 
→apresentam uma relativa independência 
cinética entre si 
A água pode ir para um lado e o sódio para 
outro. 
Existem fenômenos dinâmicos específicos 
para as soluções, dada a relativa 
independência cinética entre os solutos e 
o solvente. 
SISTEMAS FUNCIONAIS DA CÉLULA 
Para manutenção da vida da célula, são 
necessários nutrientes. As substâncias 
atravessam a membrana celular por: 
➢ transporte passivo (difusão e 
osmose) 
➢ transporte ativo 
 
 
Membrana Celular 
Delgada camada de lipídios, incrustados 
de proteínas, que circundam cada célula. 
Difusão 
Passagem de uma determinada 
substância de um meio mais concentrado 
para um menos concentrado. 
Tudo flui de um ponto onde há excesso 
para um ponto onde há falta Segunda 
Lei da Termodinâmica 
É a tendência de um soluto se espalhar 
homogeneamente pelo solvente; assim, 
em uma solução difusiva, seus 
componentes se espalham 
homogeneamente um no outro segundo a 
regra da difusão. 
Mas, por que a difusão acontece? 
Podemos explicá-la por meio de modelos 
diferentes: 
❖ Modelo Termodinâmico 
❖ Modelo Mecânico 
Modelo Termodinâmico 
Nesse caso a difusão está diretamente 
relacionada com a taxa de cinética que 
cada tipo de molécula assume em 
determinada temperatura. 
Há moléculas que exibem quantidade de 
movimento diferente, mesmo à mesma 
temperatura. A massa da molécula é um 
determinante disso, uma vez que a mesma 
quantidade de energia rompe a inércia de 
moléculas de massas diferentes com 
acelerações distintas. 
Uma partícula de menor massa, movendo-
se mais, libera mais energia. Como os 
sistemas tendem ao equilíbrio, as 
partículas que liberam mais energia 
tendem a se distribuir homogeneamente 
entre as partículas que liberam menos 
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energia, a fim de que o sistema entre em 
equilíbrio, respeitando a Segunda Lei da 
Termodinâmica. 
Do ponto de vista termodinâmico, difusão 
é o deslocamento de uma partícula com 
grande energia cinética a regiões de 
menor energia, até que o sistema se 
estabilize. 
Modelo Mecânico 
O modelo mecânico é o que será utilizado 
para responder a questões sobre difusão 
nos processos biológicos, como a 
circulação. 
Esse modelo é a consideração da 
resultante das forças das partículas que se 
difundem. Em um processo de difusão, a 
trajetória da partícula é centrífuga 
(caminho que se afasta de um dado ponto 
central) em relação ao ponto de máxima 
concentração de soluto. 
Logo, uma força norteia cada partícula 
para longe de sua origem. Essa força é 
proporcional à energia do sistema, e, 
quanto maior for a força, maior será a 
aceleração e mais rápida será a difusão. 
Gradiente de concentração 
Diferença de concentração que diminui à 
medida que a difusão ocorre. 
 
 
Um gradiente de concentração ocorre 
quando a concentração de partículas é 
maior em uma área que na outra. No 
transporte passivo, partículas irão difundir 
na direção do menor gradiente de 
concentração, das áreas de maior 
concentração para áreas de menor 
concentração, até que elas tenham a 
mesma concentração. 
Difusão Simples 
Na difusão há um deslocamento de 
soluto, sempre do meio hipertônico para o 
hipotônico de forma que as soluções 
fiquem isotônicas. 
Difusão Facilitada 
❖ Ocorre a favor do gradiente de 
concentração. 
❖ Não há gasto de energia. 
❖ Envolve a intervenção de proteínas 
transportadoras. 
Osmose 
Osmose nada mais é do que a difusão do 
solvente. 
Para haver Osmose em uma solução, é 
necessária uma barreira impermeável a 
solutos e permeável a solventes; ou seja, 
uma membrana semipermeável. 
Pressão Osmótica 
É a pressão externa que se faz sobre a 
solução mais concentrada para impedir 
que a osmose ocorra. 
Pressão resultante do deslocamento de 
solvente por unidade de área da 
membrana semipermeável. 
É a força contrária à Osmose. 
Pressão Osmótica: a pressão capaz de 
equilibrar a pressão hidrostática. 
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Duas soluções integradas por uma 
barreira semipermeável podem ser 
classificadas segundo as concentrações 
de solutos de uma solução em relação à 
outra. Essa classificação é comparativa. 
São elas: 
Solução hipertônica: solução com maior 
concentração de solutos em relação à 
outra. 
Solução hipotônica: solução com menor 
concentração de solutos em relação à 
outra. 
Solução isotônica: solução com igual 
concentração de solutos em relação à 
outra. 
Pressão parcial de um gás 
Um gás exerce pressão em seu 
continente; essa pressão é produzida pela 
força que esse gás exerce sobre a parede 
por unidade de área da parede, e a causa 
dessa força é o somatório dos choques 
das moléculas do gás contra a parede: 
quanto mais choques, mais pressão. 
Pressão parcial: Em uma mistura gasosa, 
é a pressão exercida por cada gás que 
compõe a mistura. 
Pressão parcial de um gás misturado 
em um líquido 
Os gases muitas vezes estão em 
suspensão na água. 
Essa mistura é uma suspensão devido à 
existência da pressão parcial exercida pelo 
gás, na mistura, contra a superfície do 
líquido, de dentro para fora. 
Abrimos uma garrafa de refrigerante 
gás sai da mistura e não corrompe a 
integridade do gás ou do líquido 
 
O líquido e o gás são sistemas que se 
comunicam, a pressão parcial do gás será 
proporcional à quantidade de gás que 
escapa do líquido. As moléculas de gás 
projetam-se contra a superfície do líquido, 
ricocheteando de volta. 
A pressão parcial de um gás no líquido é 
proporcional à concentração do gás no 
líquido. 
Coeficiente de solubilidade 
Medida que indica o quanto uma 
substância é solúvel em outra. 
Ao se determinar a relação entre a pressão 
e a concentração de gases, determina-se 
um coeficiente numérico de solubilidade 
para cada gás. Quanto menor esse 
coeficiente, maior a pressão parcial 
exercida pelo gás na superfície do líquido. 
Se o coeficiente de solubilidade de um gás 
for muito baixo, os choques que suas 
moléculas produzem contra a superfície do 
líquido são muito mais fortes, pois o gás 
apresenta pouca afinidade com o líquido, 
e, assim, é maior a tendência de o gás 
escapar para fora desse líquido. 
Coeficiente de solubilidade dos gases 
atmosféricos 
 
A probabilidade de um gás escapar da 
mistura é diretamente proporcional à sua 
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concentração e inversamente proporcional 
ao coeficiente de solubilidade. 
A pressão parcial de um gás é diretamente 
proporcional à sua concentração e 
inversamente proporcional ao seu 
coeficiente de solubilidade. 
Será que a quantidade de gás dissolvida 
dentro de um líquido tem relação com a 
pressão do gás circunvizinho à solução? 
Sim, a pressão parcial externa de um gás 
é determinante da concentração desse 
gás, quando ele está misturado em um 
líquido. 
Uma força para cada tipo de gás 
apontando: 
Do meio circundante para dentro do líquido 
Do líquido para o meio circundante 
O gás entra ou sai do líquido até as forças 
se equilibrarem, ou seja, até as pressões 
parciais ficarem iguais dentro e fora do 
líquido. 
Se a pressão parcial de um gás, externa 
ao líquido, baixa em relação à pressão 
interna, o gás é expelido da mistura. 
Se a pressão parcial de um gás, externa 
ao líquido, aumenta em relação à pressão 
interna, entra gás na mistura. 
Ocorre uma verdadeira difusão de gases 
entre meios fluídicos diferentes, que é 
ponderada pelo coeficiente de solubilidade 
de cada gás no meio líquido. 
Entretanto, há muito mais gás carbônico 
que oxigênio dissolvido livremente no 
plasma, já que o coeficiente de 
solubilidade do CO₂ é muito maior (um dos 
gases mais solúveis da natureza). Então, 
como o oxigênio é transportado no 
sangue? 
Hemoglobina (Hb) Proteína muito 
complexa Aceptora do O₂ 
Tensão Superficial 
Força que existe na superfície de líquidos 
em repouso, determinada pela coesão 
entre as moléculas do líquido. 
Podemos demonstrar em um simples 
experimento: 
Sabemos que tanto a água quanto o álcool 
formam pontes de hidrogênio; porém, na 
água elas ocorrem em maior frequência, e 
o efeito delas na água é mais evidente. 
Vamos pegar um copo de água e um de 
álcool, colocar um clipe (aço) na superfície 
de ambos e observar. 
O clipe afunda no álcool, mas se mantém 
suspenso na água. 
As pontes de hidrogênio na água 
conseguem sustentar o clipe. 
Detergente 
Substância que apresenta em sua 
estrutura molecular uma parte polar e outra 
apolar. Os detergentes são formados por 
moléculas anfipáticas (anfifílicas). 
Ele é um sal de molécula longa, composto 
por uma cadeia apolar de dezenas de 
carbonos (cauda) e uma extremidade polar 
que se liga à água. 
O detergente é uma molécula mista, 
híbrida, parte polar e parte apolar 
moléculas anfifílicas. 
A parte iônica é hidrofílica, que se liga a 
moléculas de água. A parte apolar é 
hidrofóbica, não interage com a água. 
Molécula anfifílica ao se ligar a uma 
molécula de água, literalmente desliga 
essa molécula da rede de pontes de 
hidrogênio → cai vertiginosamente 
Tensão superficial da água é reduzida 
→Molécula tensoativa 
 
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Os alvéolos pulmonares e as moléculas 
tensoativas 
Os alvéolos pulmonares são ricos em 
água; existe uma fina camada de água na 
sua superfície interna cuja tensão 
superficial é forte o suficiente para fazer 
com que o alvéolo se feche e fique todo 
“amassadinho” (colabamento: fechamento 
de uma cavidade) →Forte o suficiente 
para impedir a inspiração 
A água alveolar está repleta de 
surfactante:substância tensoativa (como 
um detergente) que tem por função reduzir 
a tensão superficial da água na superfície 
interna dos alvéolos permite que a 
água se espalhe pela superfície do alvéolo 
e este seja insuflado tranquilamente 
durante a inspiração. 
Surfactante 
Crianças prematuras 
O pulmão de fetos de menos de 30 
semanas ainda não produz surfactante. 
Se não for imediatamente tratado com a 
aplicação de surfactante sintético pelas 
vias respiratórias, o bebê morrerá por 
incapacidade de respirar. 
Síndrome do desconforto 
respiratório do recém-nascido ou 
Síndrome da angústia respiratória. 
Difusão de solutos entre os capilares 
e os tecidos 
 
 
 
Pressões que existem no nível capilar 
A pressão hidrostática (PH) é maior que a 
pressão oncótica (PO) na extremidade 
arterial do capilar, criando uma pressão 
efetiva que tende a levar água do plasma 
em direção aos tecidos. 
Pressão oncótica: pressão osmótica 
determinada pelas proteínas plasmáticas. 
Na extremidade venosa do capilar a PO 
supera a PH, tendendo a reabsorver os 
líquidos dos tecidos em direção capilar. 
Isso ocorre porque a PH diminui ao longo 
do trajeto do fluxo capilar, enquanto a PO 
aumenta. 
Por que isso ocorre? 
 
 
Ao longo do trajeto do fluxo do capilar a PH 
diminui, uma vez que há saída de água do 
capilar em direção ao tecido. 
Por esse mesmo motivo, o plasma no 
interior do capilar fica mais concentrado, e 
a PO aumenta. 
Importante ressaltar que essas pressões 
não são importantes para a troca de 
solutos (O₂, CO₂ e glicose), pois essa troca 
se dá por difusão, obedecendo a um 
gradiente de concentração. 
Fenômeno decisivo para a difusão dos 
solutos nos capilares a velocidade do 
fluxo é muito baixa. 
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Fluxo lento tempo disponível para 
difusão. 
Quanto mais lento é o fluxo, mais eficiente 
é o processo de difusão. 
A pressão é decisiva para o deslocamento 
de solventes, enquanto a velocidade é 
decisiva para a difusão de solutos.