BIOFÍSICA APLICADA ÀS CIÊNCIAS BIOMÉDICAS

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Autores: Profa. Cintia Milani
 Prof. Marcio F. M. Alves
Colaboradores: Prof. Flávio Buratti Gonçalves
 Profa. Laura Cristina da Cruz Dominciano
Biofísica Aplicada às 
Ciências Biomédicas
Professores conteudistas: Cintia Milani / Marcio F. M. Alves
Cintia Milani
Possui graduação em Biomedicina pela Universidade de Mogi das Cruzes – UMC (2002) nas áreas de Análises 
Clínicas e Imagenologia, especialização em Biologia Molecular em Câncer, mestrado (2006) e doutorado (2010) em 
Ciências pela Faculdade de Medicina da Universidade de São Paulo (USP). Atua desde 2014 como parceira no “Projeto 
de Extensão Comunitária – Programa Assistencial Rainha da Paz”. Desde 2011 é docente da UNIP, ministrando a 
disciplina de Biofísica no curso de graduação em Biomedicina. Em 2013, iniciou na função de coordenador auxiliar 
do Curso de Biomedicina no campus Alphaville da UNIP. Além disso, é pesquisadora na área de Genética e Biologia 
Molecular no Laboratório de Genética em Santana de Parnaíba. Tem experiência na área de Biologia Celular, Molecular, 
Biotecnologia e Imagenologia, atuando principalmente nos seguintes temas: metilação do DNA, análise do genoma, 
transcriptoma, proteoma, cultura de celular, radiações ionizantes e não ionizantes.
Marcio F. M. Alves
Possui graduação em Biomedicina pela Universidade Federal de São Paulo – Unifesp (1998), mestrado em 
Ciências da Saúde (Biologia Molecular) no departamento de Biofísica pela Unifesp (2001) e doutorado em Ciências 
da Saúde (Biologia Molecular), no departamento de Biofísica, pela Unifesp (2005). PhD em Biologia Molecular pela 
Universidade da Colúmbia Britânica, em Vancouver, Canadá (2007). É professor titular da Universidade Paulista 
(UNIP) desde 2009, nas disciplinas de Biofísica e Biologia Molecular, e Coordenador Auxiliar do Curso de Biomedicina 
da UNIP no Campus Marquês.
© Todos os direitos reservados. Nenhuma parte desta obra pode ser reproduzida ou transmitida por qualquer forma e/ou 
quaisquer meios (eletrônico, incluindo fotocópia e gravação) ou arquivada em qualquer sistema ou banco de dados sem 
permissão escrita da Universidade Paulista.
Dados Internacionais de Catalogação na Publicação (CIP)
M637b Milani, Cintia.
Biofísica Aplicada às Ciências Biomédicas / Cintia Milani, Márcio 
F. M. Alves. 2. ed. São Paulo: Editora Sol, 2020.
124 p., il.
Nota: este volume está publicado nos Cadernos de Estudos e 
Pesquisas da UNIP, Série Didática, ISSN 1517-9230.
1. Noções de física experimental. 2. Transporte entre 3. 
membranas. 3. Radioatividade. I. Alves, Márcio F. M. I. Título.
CDU 53
U501.68 – 20
Prof. Dr. João Carlos Di Genio
Reitor
Prof. Fábio Romeu de Carvalho
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Vice-Reitor de Pós-Graduação e Pesquisa
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Vice-Reitora de Graduação
Unip Interativa – EaD
Profa. Elisabete Brihy 
Prof. Marcelo Souza
Prof. Dr. Luiz Felipe Scabar
Prof. Ivan Daliberto Frugoli
 Material Didático – EaD
 Comissão editorial: 
 Dra. Angélica L. Carlini (UNIP)
 Dra. Divane Alves da Silva (UNIP)
 Dr. Ivan Dias da Motta (CESUMAR)
 Dra. Kátia Mosorov Alonso (UFMT)
 Dra. Valéria de Carvalho (UNIP)
 Apoio:
 Profa. Cláudia Regina Baptista – EaD
 Profa. Betisa Malaman – Comissão de Qualificação e Avaliação de Cursos
 Projeto gráfico:
 Prof. Alexandre Ponzetto
 Revisão:
 Ingrid Lourenço
 Giovanna Oliveira
 Lucas Ricardi
Sumário
Biofísica Aplicada às Ciências Biomédicas
APRESENTAÇÃO ......................................................................................................................................................7
INTRODUÇÃO ...........................................................................................................................................................7
Unidade I
1 GRANDEZAS FUNDAMENTAIS E DERIVADAS ..........................................................................................9
1.1 Unidades, prefixos utilizados no Sistema Internacional 
e conversão de unidades .......................................................................................................................... 15
2 ENERGIA E O CORPO HUMANO ................................................................................................................ 16
3 NOÇÕES DE FÍSICA EXPERIMENTAL – A TEORIA DE CAMPO ......................................................... 20
3.1 Conceito de trabalho passivo e ativo ........................................................................................... 22
4 MOVIMENTOS E PROPRIEDADES DOS FLUIDOS .................................................................................. 23
4.1 Pressão hidrostática ............................................................................................................................ 23
4.2 O Sistema Circulatório ....................................................................................................................... 24
4.3 Medida da pressão arterial ............................................................................................................... 29
Unidade II
5 TRANSPORTE ENTRE MEMBRANAS BIOLÓGICAS: DIFUSÃO, OSMOSE,
 TRANSPORTE ATIVO ......................................................................................................................................... 36
5.1 Membrana celular: a grande barreira........................................................................................... 36
5.2 Difusão ...................................................................................................................................................... 37
5.2.1 Fatores que interferem na difusão .................................................................................................. 40
5.3 Difusão através da membrana celular ......................................................................................... 40
5.3.1 Difusão simples ........................................................................................................................................ 40
5.3.2 Difusão através da dupla camada de fosfolipídios ................................................................... 41
5.3.3 Difusão da água e de outras moléculas pelos canais .............................................................. 41
5.3.4 Difusão facilitada .................................................................................................................................... 41
5.3.5 Osmose ........................................................................................................................................................ 43
5.3.6 Pressão osmótica .................................................................................................................................... 43
5.3.7 Isotonicidade, hipertonicidade e hipotonicidade das soluções ........................................... 44
5.4 Transporte ativo através das membranas ................................................................................... 45
5.4.1 Bomba de sódio-potássio .................................................................................................................... 45
5.5 Fenômenos elétricos nas células .................................................................................................... 46
5.5.1 Bioeletrogênese ....................................................................................................................................... 46
5.5.2 Impulso nervoso: a linguagem do cérebro ................................................................................... 48
5.5.3 Potenciais de membrana...................................................................................................................... 52
5.5.4 Potencial de ação e impulso nervoso .............................................................................................53
5.6 O impulso nervoso e a contração muscular .............................................................................. 55
5.6.1 A junção neuromuscular – a placa motora .................................................................................. 55
5.6.2 O efeito da acetilcolina ........................................................................................................................ 56
5.6.3 A paralisia causada por miastenia grave ....................................................................................... 57
5.6.4 Potencial de ação muscular ................................................................................................................ 57
5.7 Eletrocardiograma .............................................................................................................................. 58
5.7.1 Interpretação do eletrocardiograma normal ............................................................................... 58
5.7.2 Derivações eletrocardiográficas ........................................................................................................ 60
5.7.3 Interpretações eletrocardiográficas de anormalidades ........................................................... 61
5.7.4 Fibrilação ventricular ............................................................................................................................. 63
5.7.5 Desfibrilação dos ventrículos por eletrochoque......................................................................... 63
5.8 Receptores sensoriais.......................................................................................................................... 64
5.8.1 Excitação dos receptores sensoriais ................................................................................................ 65
5.8.2 Adaptação dos receptores ................................................................................................................... 66
6 BIOFÍSICA DA VISÃO E DA AUDIÇÃO ....................................................................................................... 67
6.1 O olho como uma câmera fotográfica ........................................................................................ 67
6.1.1 Estrutura geral do olho ........................................................................................................................ 68
6.2 O sistema de lentes do olho ............................................................................................................. 69
6.2.1 Distância focal de uma lente ............................................................................................................. 69
6.2.2 Dioptria ....................................................................................................................................................... 70
6.2.3 Mecanismo de acomodação ............................................................................................................... 70
6.2.4 Presbiopia: “vista cansada” ................................................................................................................. 71
6.2.5 Diâmetro pupilar ..................................................................................................................................... 71
6.2.6 Erros de refração ..................................................................................................................................... 72
6.2.7 A função da retina .................................................................................................................................. 75
6.3 Biofísica da audição ............................................................................................................................ 78
6.3.1 O ouvido humano ................................................................................................................................... 78
Unidade III
7 MÉTODOS BIOFÍSICOS DE ESTUDO: CONSTRUÇÃO E INTERPRETAÇÃO DE GRÁFICOS ........ 85
8 RADIOATIVIDADE ............................................................................................................................................. 91
8.1 Radioatividade natural e artificial; radiações ionizantes e excitantes ........................... 93
8.2 Interação das emissões com a matéria e com os seres vivos ............................................. 98
8.3 Aplicações das radiações em Medicina ....................................................................................101
8.4 Radioproteção .....................................................................................................................................104
7
APRESENTAÇÃO
Historicamente, a Biofísica emergiu entre os séculos XVIII e XIX como parte do estudo da fisiologia 
animal. Atualmente, o termo Biofísica é atribuído a Karl Pearson (1892), o qual vislumbrava a importância 
deste ramo da ciência na conexão dos eventos de natureza física e biológica da época. De fato, a 
popularidade da Biofísica cresceu na primeira metade do século XX, com o avanço da fisiologia muscular 
e neurológica e do estudo das formas e dos mecanismos da morfogênese. Nesta disciplina, o aluno 
aprenderá sobre a aplicação da Biofísica e de conceitos indispensáveis para o seu desenvolvimento 
didático como base educacional e de princípios que serão indispensáveis para a sua formação profissional. 
O aluno deverá conhecer como a Biofísica interfere em fenômenos biológicos como transporte de 
membranas, transmissão sináptica, contração muscular, entre outros. Além disso, o discente será capaz 
de compreender os conceitos básicos da biofísica aplicada em aparelhos de diagnóstico por imagem que 
utilizam radiações ionizantes e não ionizantes, além de noções de radioproteção. A partir desse momento, 
a Biofísica faz sua transição da macroescala para a nanoescala, culminando com o estudo molecular e a 
explicação de diversos fenômenos biológicos. Atualmente, essa ciência realiza abordagens multiescala, 
caminhando um passo adiante na tentativa de traduzir e modelar a relação entre as conformações 
genéticas, comportamento animal e evolução, o que vai ao encontro da formação profissional e dos 
objetivos do curso de graduação.
INTRODUÇÃO
Desde o início, o homem primitivo busca compreender o ambiente em que vive e como o seu 
corpo funciona. Essas perguntas levaram a um grande desenvolvimento do senso de observação e 
da metodologia científica. Dentro desse contexto surgiu a Biofísica, em meio à época da iluminação, 
e trouxe a conexão entre os acontecimentos de natureza física e biológica. Este livro-texto aborda 
as grandezas fundamentais e derivadas sem as quais seríamos incapazes de descrever qualitativa 
e quantitativamente a natureza que nos cerca e nos forma. Ele nos traz à luz do conhecimento 
sobre fenômenos como o transporte pela membrana, que explicam o movimento da água no 
sistema biológico, dos gases que respiramos e até a polaridade da membrana das células. 
Pense na contração e nos movimentos musculares. Como o nosso cérebro consegue perceber 
o ambiente ao nosso redor? A Biofísica do sistema sensorial explica: a Biofísica da circulação 
mostra o jogo de equilíbrio a que o sangue é submetido para distribuir-se pelo corpo, influenciado 
pela gravidade do planeta Terra. 
E os fenômenos radioativos? Uma pessoa desavisada pode pensar que a radiação é algo 
negativo. Não! A radioatividade natural e artificial, se bem utilizada, é muito produtiva: ela está na 
conservação de alimentos, no diagnóstico por imagem, na radioterapia e até nas portas giratórias 
de bancos. 
A partir deste momento, um mundo novo se descortina para elucidar fenômenos do incrível 
corpo humano.
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BIOFÍSICA APLICADA ÀS CIÊNCIAS BIOMÉDICAS
Unidade I
1 GRANDEZAS FUNDAMENTAIS E DERIVADAS
Quem nunca se questionou sobre qual é a composição do Universo? Ou ainda, do que são feitos os 
seres vivos? O Universo é composto fundamentalmente de Matéria (M),Energia (E), Espaço (L) e Tempo 
(T). Esses componentes são também denominados Grandezas Fundamentais. Podemos até repetir uma 
frase muito importante publicada por Ibrahim Felippe Heneine (2010): “os seres vivos são formados por 
Matéria, consomem e geram Energia; ocupam Espaço próprio e vivem na dimensão do Tempo”. 
Quando contemplamos a matéria, estamos nos referindo aos objetos, planetas, alimentos, ao corpo 
dos seres vivos. Toda essa matéria é formada, em sua menor unidade, pelos átomos.
Quadro 1 – Grandezas fundamentais
Grandeza Unidade Símbolo
Comprimento metro m
Massa quilograma kg
Tempo segundo s
Corrente elétrica ampère A
Temperatura termodinâmica kelvin K
Intensidade luminosa candela cd
Quantidade de substância mole mol
Fonte: Durán (2011, p. 2).
Os átomos são a unidade fundamental da matéria e podem ser subdivididos em minúsculas 
partículas: os prótons, os nêutrons e os elétrons. Os prótons (carga positiva) e os nêutrons (carga 
neutra) estão localizados no interior do núcleo, o qual concentra a maior parte da massa do átomo. 
Os elétrons (ē, carga negativa) circundam o núcleo e possuem uma massa muito menor que a nuclear. 
Para exemplificar, poderíamos pensar que o átomo é uma laranja; o interior da laranja, de onde os 
gomos saem, o núcleo; e a casca, os caminhos que os elétrons percorrem.
Elétron
Prótons
Nêutrons
Átomo
Eletrosfera
Figura 1 – Estrutura geral de um átomo
10
Unidade I
A quantidade de matéria de um ser vivo é medida pela massa (M). Muitas vezes, as pessoas acabam 
confundindo massa e peso. Contudo, ressalta-se que o peso é uma Força de campo gravitacional – como 
pode ser visto na figura a seguir –, ou seja, a massa sob a ação da gravidade é chamada de peso (P). 
A massa não irá variar se considerarmos outro planeta como Plutão, mas o peso irá variar conforme 
o valor da gravidade. No Sistema Internacional de Unidades (SI), a unidade de massa utilizada é o 
quilograma (kg).
Massa do objeto
Campo 
gravitacional
Planeta 
Terra
Peso
Figura 2 – Peso é a força da gravidade que a Terra atrai os corpos 
Antes de continuarmos, precisamos tomar nota de um conceito: 
• Notação científica: é a maneira de escrever números reais em potências de base 10. Isso ocorre 
porque, quer seja no dia a dia ou nas áreas da Física e da Química, encontramos números expressos 
por valores muito grandes ou muito pequenos. 
O modelo para escrever um número em notação científica é ax10b, em que o número “a” é chamado 
de mantissa ou de coeficiente, e “b”, a ordem de grandeza. A mantissa deve ser maior ou igual a 1 e 
menor que 10, e a ordem de grandeza “b”, dada sob a forma de expoente, é o número que mais varia 
conforme o valor absoluto (como -3, -2, -1, 0, +1, +2, +3). 
Alguns exemplos de massa em notação científica: 2 x 1030 kg, grão de poeira 7 x 10 -10 kg. Um exemplo 
muito citado em Física é a velocidade da luz no vácuo, que é 300.000.000 m/s. Este pode ser escrito em 
notação científica como 3 x 108 m/s.
 Saiba mais
Executando serviços essenciais relacionados à proteção dos cidadãos 
em suas relações de consumo, o Instituto de Pesos e Medidas do Estado de 
São Paulo (Ipem-SP), criado em 1967, realiza a verificação de instrumentos 
de medição, como balanças, taxímetros e bombas de combustível. 
Para saber mais, acesse: <http://www.ipem.sp.gov.br/index.php>.
11
BIOFÍSICA APLICADA ÀS CIÊNCIAS BIOMÉDICAS
Uma outra grandeza fundamental de grande importância é o tempo. Utilizamos o tempo para situar 
acontecimentos, a sucessão do dia e da noite, denominada ciclo circadiano, é o período de 24 horas no 
qual se baseia o ciclo biológico, o tempo contempla a espera dos acontecimentos (como na gravidez) e 
também a duração da vida. Por exemplo: o tempo aproximado de vida de um próton 3 x 1040. No Sistema 
Internacional, a unidade é o segundo (s). 
Algumas medidas do tempo:
• 1 minuto (min) = 60 segundos (s)
• 1 hora (h) = 60 min = 3.600 s
• 1 dia = 24 h = 1.440 min = 86.400 s
A análise dimensional é muito empregada. Para tanto, utilizamos comprimento, área e volume. A 
unidade padrão para o comprimento é o metro. Diz-se que o metro é comprimento do percurso percorrido 
pela luz no vácuo em 1/299.792.458 de um segundo. Como exemplo da grandeza comprimento, pode-se 
dizer que uma menina estuda a 500 m ou a 0,5 km da padaria.
A área é uma medida derivada do metro. Para determinar a área, multiplicamos duas dimensões: 
a largura e o comprimento (área = largura (m) x comprimento (m) = m²). Podemos visualizar a área 
como medida de um osso longo e relacioná-lo ao tamanho e ao crescimento de um jovem ou, ainda, 
como a superfície corporal. Já o volume é expresso pela multiplicação de três dimensões: a largura, o 
comprimento e a altura, usando a mesma unidade que a área. 
Vamos imaginar o volume da bexiga no sistema urinário. Observando-se ela vazia e cheia, qual é a 
capacidade total de armazenamento da urina? Por meio da medida do volume, consegue-se definir esse 
valor. Ou pensemos no pulmão e no volume de ar que este comporta. É perceptível que esta grandeza 
apresenta uma grande relevância biológica.
 Observação
A maior parte dos processos e fenômenos físicos podem ser expressos 
em função de poucas grandezas fundamentais, incluindo o comprimento, 
o tempo, a massa e a temperatura. 
Para cada grandeza física, fazemos a mensuração por um valor numérico e uma unidade de medida 
que apresenta um símbolo. Assim, podemos individualizar uma grandeza de outra. Porém, quando nos 
referimos a uma grandeza como a velocidade, estamos nos referindo a duas grandezas em conjunto: 
veja a velocidade da luz no vácuo, por exemplo, que é 300.000.000 m/s comprimento ou espaço (no caso, 
em metros) em relação ao tempo (expresso em segundos). Essa é uma grandeza derivada. As grandezas 
derivadas são fundamentalmente aquelas em que há a composição de grandezas fundamentais. Dessa 
forma, é possível expressar qualquer grandeza física.
12
Unidade I
Então as grandezas físicas fundamentais podem ser 
conceituadas como aquelas a partir das quais as outras 
grandezas físicas são definidas.
E a combinação dessas grandezas fundamentais dá origem a 
uma série de grandezas derivadas. Agora ficou fácil!
Figura 3 – Definição de Grandezas Fundamentais e Derivadas
A velocidade é definida como espaço sobre tempo (v = espaço/tempo). No corpo humano, a 
velocidade é expressa na corrente sanguínea e na condução do impulso nervoso, por exemplo, como 
pode ser visto na figura a seguir. 
A aceleração é a variação da velocidade em função do tempo (a = (v2 - v1)/tempo). Esta pode ser 
positiva, quando o espaço percorrido aumenta em função do tempo; ou negativa, quando o inverso 
ocorre. Imagine a aceleração que sofre a nossa circulação sanguínea após corrermos de um cão bravo. 
A unidade no Sistema Internacional é o metro por segundo ao quadrado (m/s²).
Tempo gasto = 2 s
Espaço
percorrido = 3 cm
Figura 4 - Representação da velocidade de Hemácia dentro dos vasos sanguíneos. 
Perceba que foram percorridos 3 centímetros em 2 segundos, resultando numa 
velocidade de 1,5 cm/s (V = 3 cm/ 2s = 1,5 com/s)
13
BIOFÍSICA APLICADA ÀS CIÊNCIAS BIOMÉDICAS
A densidade é a relação de massa sobre volume (d = massa/volume). Podemos pensar na 
densidade quando observamos uma radiografia. Mesmo sem compreender ao certo verificamos 
áreas mais brancas ou mais escuras. Isto se dá pela diferença de densidade dos vários tecidos que 
compõem nosso corpo, ou seja, a quantidade de matéria presente na unidade de volume do corpo, 
como a densidade óssea, por exemplo. A densidade de uma célula é aproximadamente 1g/cm3. A 
unidade no Sistema Internacional é o kg/m3.
A seguir incluímos alguns fatores de conversão:
Tabela 1 – Fatores de conversão
Grandeza Fator de Conversão
Área 1 m2 = 104 cm2
Volume 1 L = 1000 cm3 = 10−3 m3
Velocidade 1 m/s = 3,6 km/h
Pressão 1 Pa = 1 N/m2
Fonte: Kesten; Tauck (2015).
A força é composta pela massa vezes a aceleração. Ela está presente em quase todo o sistema 
biológico.Um exemplo são as forças de atração e repulsão entre íons e moléculas e força elástica no 
tecido conjuntivo. É considerada uma grandeza vetorial, pois é composta, em módulo, por direção e 
sentido. Sua medida é o newton (N), em que 1 N = 1 kg x m/s
2. O trabalho é conceituado como o 
produto da força vezes a distância pela qual a força é aplicada. 
A vida não existe sem energia, pois o metabolismo celular demanda energia. Pode-se pensar na 
respiração, na digestão, na circulação sanguínea e na contração muscular. A unidade de trabalho é o 
joule (J), sendo que 1 J = 1 N x m. 
Vamos imaginar uma bola. Diz-se que a bola acelera quando sobre ela é realizado um Trabalho não 
nulo. Normalmente, trabalho e energia estão intimamente relacionados: a energia é a aptidão de um 
objeto ou mesmo de um sistema em realizar trabalho; já trabalho pode resultar em energia. Vejamos a 
produção de trabalho pelo coração: o trabalho sistólico é a quantidade de energia que o coração traduz 
em trabalho durante cada batimento cardíaco, enquanto bombeia sangue para os vasos.
Potência é energia (ou trabalho) em função do tempo, ou seja, a capacidade de realizar trabalho em 
função do tempo. A unidade de potência é o watt, que corresponde a erguer um objeto de massa 0,1 kg 
a 1 metro de altura em 1 segundo. Temos que W = watt = 1 J/s.
Pressão é a intensidade de força exercida por unidade de área do corpo (P=F/A). Quando pensamos no 
corpo humano, temos inúmeros fluidos biológicos, como líquido sinovial, líquido cefalorraquidiano, linfa e a 
própria corrente sanguínea. Assim, pensamos que a pressão de um fluido será a força exercida por este fluido 
por unidade de área. Nesse caso, a medida é N/m2 = 1 Pa (Pascal). Se pensarmos no planeta Terra, temos que 
14
Unidade I
todos os seres vivos estão sob a ação da pressão atmosférica, devido ao peso do ar sobre o corpo. Nesse caso, 
a unidade é chamada de atmosfera (atm), e sua equivalência é 1 atm = 1,013 x 10
5 Pa.
Imagine que a pressão é um conjunto de forças exercidas por cada uma das moléculas que compõem 
o fluido, sobre os infinitos pontos da área que o abriga. Agora, visualize que essas moléculas estão num 
constante movimento. Conforme fornecermos mais energia a essas moléculas (energia cinética), maior 
o número de choques. Isso explica por que a ação da temperatura influencia a pressão de um fluido, 
assim como interfere na densidade também.
A pressão sanguínea (também conhecida como pressão arterial) é a força que o sangue impõe sobre 
as paredes dos vasos sanguíneos. Mesmo sem compreender muito bem, as pessoas dizem: “a minha 
pressão é 12 x 8”. Na realidade, o que elas gostariam de relatar é que existe uma pressão sistólica e 
uma pressão diastólica que correspondem, respectivamente, à pressão durante a contração e durante 
o relaxamento do coração. Quando o coração contrai, o sangue é conduzido aos vasos com a máxima 
força sobre a área do vaso, por isso chamamos a pressão sistólica de pressão máxima. 
A unidade da pressão em ambos os casos é mmHg, ou seja, milímetros de mercúrio. A pressão 
do sangue é quase sempre medida em milímetros de mercúrio (mmHg). Se há a indicação de 
que a pressão em um vaso é de 70 mmHg, isso quer dizer que a força exercida é capaz de elevar 
uma coluna de mercúrio até o nível de 70 mm de altura. O instrumento utilizado para mensurar 
a pressão arterial é o esfigmomanômetro. Dentro do sistema biológico, existe ainda a pressão 
do olho, a pressão na bexiga urinária, a pressão intraglomerular – que é a pressão que o filtrado 
sanguíneo promove dentro do glomérulo –, a unidade funcional do rim, e muitas outras, como a 
pressão osmótica, que será vista adiante.
A temperatura é uma medida de intensidade de energia térmica; já o calor é medida de quantidade 
de energia térmica. Temperatura é a grandeza física relacionada à agitação das partículas que compõem 
os sistemas biológicos. A temperatura está associada ao grau de agitação das moléculas de um corpo; e 
a energia interna também está associada à energia dos átomos ou das moléculas do corpo, embora não 
esteja relacionada somente à energia de movimento de átomos ou moléculas. 
Atualmente, há três escalas termométricas: 
• a escala Celsius, modelo proposto pelo astrônomo sueco Anders Celsius (1701-1744), que é a mais 
utilizada no dia a dia e é baseada nas temperaturas de congelamento e ebulição da água.
• a escala Fahrenheit é atribuída ao físico alemão G. D. Fahrenheit (1686-1736). Os estudos de 
Fahrenheit com termômetros comprovaram que cada líquido possuía um ponto de ebulição fixo 
e também que o ponto de ebulição varia com a pressão.
• a escala Kelvin, proposta pelo físico britânico Lord Kelvin (1824-1907), é a escala adotada pelo 
Sistema Internacional, a qual é definida sob as condições da água (forma de gelo, líquido e gás).
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BIOFÍSICA APLICADA ÀS CIÊNCIAS BIOMÉDICAS
1.1 Unidades, prefixos utilizados no Sistema Internacional e conversão de unidades
Desde as primeiras civilizações no globo terrestre, o homem utiliza-se da mensuração como parâmetro 
de trocas, medidas de peso e distância, fosse para troca, delimitação de regiões, determinação das 
distâncias, pagamento de impostos e até rendimento de colheitas. A ciência relacionada às medições, 
denominada Metrologia, variou muito e evoluiu lentamente até que chegássemos ao sistema atual. 
A origem do Sistema Métrico Decimal aponta para a época de 1790, na França, pois, durante 
a Revolução Francesa, autoridades do alto clero francês discorreram sobre a necessidade de 
uniformização das unidades de medida, visto que naquela época haviam diversos problemas de 
arbitragem nas medidas utilizadas.
A urgência de padronização das medidas no mundo e a necessidade de criação de um sistema 
mais preciso deram origem ao Sistema Métrico Decimal, o qual foi sendo estabelecido em etapas, em 
diferentes regiões e países. No Brasil, em 1872, um decreto estabeleceu o Sistema Métrico Decimal; 
substituído mais tarde, em 1962, pelo relevante Sistema Internacional de Unidades (International 
System of Units) – SI. A Resolução nº 12, de 1988 do Conselho Nacional de Metrologia, Normalização 
e Qualidade Industrial, homologou a adoção do SI no País e tornou seu uso obrigatório em todo o 
território nacional. Sua relevância é mundial.
Neste sistema, os prefixos correspondem a um múltiplo de dez. Desse modo, o sistema métrico converte 
unidades maiores e menores em múltiplos de dez. Cada prefixo maior corresponderá a dez vezes a unidade 
representada antes de si, ou seja, a unidade posterior será dez vezes maior que a unidade anterior.
O prefixo é adicionado à unidade, exemplo, o prefixo “deci”, acoplado à unidade metro, resulta na 
unidade decímetro (dm). 
Tabela 2 – Prefixos e as respectivas potências de 10 
Prefixo Símbolo Potência de 10
tera T 1012
giga G 109
mega M 106
quilo k 103
hecto h 102
deci d 10-1
centi c 10-2
mili m 10-3
micro µ 10-6
nano n 10-9
pico p 10-12
femto f 10-15
Fonte: Durán (2011).
16
Unidade I
 Lembrete
Os algarismos significativos caracterizam a exatidão, ou nível de certeza, 
do valor de uma medida ou de um valor calculado. 
2 ENERGIA E O CORPO HUMANO
Agora que você já sabe que o Universo é feito basicamente de matéria e energia, vamos à importância 
desses conceitos em relação ao corpo humano. Nosso corpo, obviamente, também é constituído por matéria e 
energia. Entretanto, somos formados por uma unidade básica, que chamamos de células. Nosso corpo é uma 
espécie de colônia, onde cada célula trabalha em prol do corpo como um todo. Analisando individualmente, 
podemos comparar cada célula a uma indústria. Como sabemos, para produzir alguma coisa, é preciso matéria-
prima e energia. Assim, para a atividade de nossas células, há um consumo de energia. 
Pensando no corpo humano como um todo, sabemos que toda a sua atividade, incluindo o 
pensamento, envolve troca de energia. Quando nos movimentamos, convertemos energia em trabalho, 
mas isso representa apenas uma pequenafração de toda a energia gasta pelo nosso corpo. Mesmo quando 
estamos dormindo, nosso corpo continua gastando energia para a manutenção do funcionamento dos 
órgãos, tecidos e células.
Extraímos a energia que usamos dos alimentos, mas não de uma forma direta. Primeiro a energia dos 
alimentos precisa ser modificada quimicamente pelo corpo, em moléculas que reagem com o oxigênio 
(oxidação) no interior de nossas células. A energia que usamos diretamente nas células precisa estar 
contida em moléculas de trifosfato de adenosina, molécula conhecida normalmente como ATP, a nossa 
“moeda” energética. Quando utilizamos energia, gastamos ATP.
Além de utilizarmos a energia dos alimentos para manter o funcionamento dos órgãos e realizar 
trabalho externo (andar, correr ou nadar, por exemplo), gastamos energia para manter a temperatura 
corporal. Apenas cerca de cinco por cento da energia contida nos alimentos é eliminada pelo corpo na 
forma de urina e fezes, a energia que sobra é armazenada na forma de gordura. Durante o funcionamento 
dos órgãos, parte da energia é transformada em calor, do qual parte é usada para manter a temperatura 
corporal e parte é eliminada.
 Observação
Calor é a energia térmica existente em um corpo decorrente da agitação 
de suas moléculas. O calorímetro realiza a medição de calor.
Podemos calcular a energia que estamos utilizando medindo o consumo de oxigênio do corpo, uma 
vez que a energia utilizada é obtida a partir das reações de oxidação. Por exemplo, na reação de oxidação 
de mol de glicose são liberadas 686 kcal de energia para cada 6 mols de gás oxigênio (O2). Assim, são 
liberadas 5,10 kcal de energia para cada 1 litro de O2 consumido. 
17
BIOFÍSICA APLICADA ÀS CIÊNCIAS BIOMÉDICAS
Como vimos, existe uma relação entre a quantidade de energia liberada por litro de O2 consumido 
ou por grama de substância oxidada. Cálculos parecidos podem ser feitos para gorduras, proteínas e 
outros carboidratos.
A tabela a seguir mostra a quantidade de energia liberada por litro de O2 usado e por grama de 
substância oxidada. 
Tabela 3 – Energia liberada em reações de oxidação
Substância Energia liberada por litro de O2 usado (kcal/L) Valor calórico (kcal/g)
Glicose 5,1 3,8
Carboidratos 5,3 4,1
Proteínas 4,3 4,1
Gorduras 4,7 9,3
Dieta típica 4,8-5,0 –
Gasolina – 11,4
Carvão – 8,0
Madeira (pinheiro) – 4,5
Fonte: Okuno; Caldas; Chow (1982).
No nosso dia a dia, a quantidade de energia liberada por litro de O2 consumido depende da proporção 
de nutrientes como glicose, carboidratos, proteínas, gorduras etc. presentes na nossa dieta. Entretanto, 
nem toda a energia dos alimentos é aproveitada pelo corpo. Parte dessa energia é perdida e suas 
substâncias correspondentes são eliminadas junto com as fezes, urina e gases intestinais. A energia que 
sobra no corpo é a energia metabolizada.
Consumimos em média 95 kcal/h, ou 110 W em repouso. Essa quantidade de energia necessária para 
a manutenção das atividades básicas do corpo é chamada de taxa de metabolismo basal. A tabela a 
seguir mostra o consumo de O2 e a taxa de metabolismo basal para diferentes órgãos do corpo humano.
Tabela 4 – Consumo de oxigênio e a taxa de metabolismo basal 
para diferentes órgãos do corpo humano
Órgão Massa (kg) Consumo de O2 (mL/min)
Consumo médio de 
energia (kcal/min) % da RMB
Fígado e baço – 67 0,33 27
Cérebro 1,40 47 0,23 19
Músculos 28,0 45 0,22 18
Rim 0,30 26 0,13 10
Coração 0,32 17 0,08 7
Restante – 48 0,23 19
Total 250 1,22 100
Fonte: Okuno; Caldas; Chow (1982).
18
Unidade I
Existe uma relação entre a capacidade de uma pessoa exercer uma determinada atividade física 
e de sua capacidade de consumir oxigênio, ou seja, a capacidade de consumir oxigênio é um fator 
limitante ao esforço físico. A capacidade de uma pessoa consumir oxigênio pode ser aumentada com 
treino. A tabela a seguir mostra o consumo de O2 e a produção equivalente de calor para uma pessoa 
em diferentes atividades.
Tabela 5 – Produção de energia e calor em relação a quantidade de O2 consumido
Atividade Consumo de O2 (L/min)
Produção equivalente de calor
(kcal/min) (W)
Dormindo 0,24 1,2 83
Sentado/repouso 0,34 1,72 120
Sentado/assistindo aula 0,60 3,01 210
Passeando 0,76 3,80 265
Subindo escada 1,96 9,82 685
Jogando basquete 2,28 11,4 800
Fonte: Okuno; Caldas; Chow (1982).
O nosso corpo é capaz de manter a própria temperatura constante, mesmo com a temperatura 
do ambiente variando bastante, permitindo que os processos metabólicos funcionem mesmo em 
climas muito frios. Quando morremos, esse processo para de funcionar, diminuindo a energia 
metabolizada no corpo – consequentemente, a temperatura corporal se iguala à temperatura 
ambiente. A temperatura do nosso corpo é determinada pela produção e pela perda de calor, 
como pode ser verificado na figura a seguir. Quando a produção e o ganho de calor têm a mesma 
intensidade, a nossa temperatura não aumenta nem diminui, mas quando a produção de calor é 
maior do que a perda, a temperatura corporal aumenta.
°F °COral
Trabalho pesado, emoção
Alguns adultos normais
Muitos crianças ativas
Variação habitual
do normal
Exercício pesado
Emoção ou exercício
moderado
Alguns adultos normais
Muitas crianças ativas
Variação habitual
do normal
Manhã cedo
Tempo frio etc.
Manhã cedo
Tempo frio etc.
104 40
39
38
37
36
102
100
98
96
Figura 5 – Faixa de temperatura corporal sob diferentes condições
19
BIOFÍSICA APLICADA ÀS CIÊNCIAS BIOMÉDICAS
Mesmo em repouso, há uma produção de calor nos nossos órgãos e tecidos, cuja maior parte acaba 
sendo transferida para o ambiente por vários processos através da nossa pele. 
Os principais processos para essa transferência de calor são: 
• radiação; 
• convecção; 
• evaporação.
 Observação
A primeira lei da termodinâmica postula que a energia que entra em 
um sistema é a mesma que sai dele.
Em repouso a nossa perda de calor é equivalente a 120 W, conforme visto na tabela anterior.
Paredes Evaporação (22%)
Condução para 
objetos (22%)
Radiação (60%) ondas 
de calor objetos
Condução para 
o ar (15%) 
Correntes de ar 
(Convecção)
Figura 6 – Esquema ilustrando os meios para perda de calor quando a pessoa com 
o corpo despido está em um quarto com a temperatura ambiente de 21 °C
 Saiba mais
Para saber mais sobre alguns métodos de calorimetria, leia o artigo a seguir:
TAVARES, G. W.; PRADO, A. G. S. Calorímetro de gelo: uma abordagem 
histórica e experimental para o ensino de química na graduação. Química 
Nova, Vol. 33, n. 9, p. 1987-1990, 2010. Disponível em: <http://quimicanova.
sbq.org.br/imagebank/pdf/Vol33No9_1829_29-ED09749.pdf>. Acesso em: 
31 jan. 2019. 
20
Unidade I
3 NOÇÕES DE FÍSICA EXPERIMENTAL – A TEORIA DE CAMPO
Algumas das perguntas básicas sobre como o Universo funciona podem ser respondidas pela 
chamada Teoria dos Campos, cujo ponto de vista conceitual é muito simples: toda matéria emite um 
campo, que é a energia, e essa energia se manifesta como um força, que é capaz de produzir trabalho 
pelo seu deslocamento.
Matéria Energia Força Trabalho
O campo se manifesta de três maneiras distintas:
• Campo gravitacional: manifesta-se somente através da força de atração, é emitido por toda e 
qualquer matéria e age a longas distâncias. Existe um campo gravitacional real, como aquele 
que nos mantém presos ao planeta Terra, e campos gravitacionais que podem ser provocados 
de forma transitória, como o produzido por uma centrífuga de laboratório usada no processo de 
separação de substâncias. Cada um desses dois casos é representado, respectivamente, pelas duas 
imagens a seguir.
Superfície
Terrestre
Figura 7 – Campo gravitacional terrestre, com os vetores 
indicando o sentido único da força do campo
Figura 8 – Campo gravitacional transitório gerado por uma centrífuga de laboratório utilizada 
para separação de substâncias. O campo gravitacional aparece no sentido dos vetores tracejados 
21
BIOFÍSICA APLICADA ÀS CIÊNCIAS BIOMÉDICAS
• Campo eletromagnético:manifesta-se através das forças de atração e de repulsão, por meio das 
quais cargas iguais se repelem e cargas opostas se atraem, atuando em pequenas distâncias e, 
sem carga, quando o campo elétrico e magnético são combinados, dando origem às radiações 
eletromagnéticas (ver imagem a seguir), que vão desde raios cósmicos, raios X, raios ultravioleta, 
passando pela luz visível, até as ondas de rádio. As células do nosso corpo podem gerar campos 
eletromagnéticos que podem ser detectados através de exames como o eletrocardiograma, o 
eletroencefalograma, o eletromiograma e o eletroretinograma. O campo eletromagnético também 
está presente nos seres vivos como forma de calor.
+ + -+ -
S S NS N
-
N
Campo 
elétrico
Campo 
magnético
RepulsãoAtração Repulsão
Figura 9 – Esquema representando o campo eletromagnético com e sem cargas. A parte superior da figura 
mostra o comportamento das cargas: cargas opostas se atraem e cargas iguais de repelem. O mesmo 
comportamento se aplica aos polos: polos iguais se repelem
• Campo nuclear: existe somente dentro dos limites dos núcleos dos átomos e suas forças de 
atração e repulsão são extremamente fortes. Essas forças unem prótons, elétrons e neutros e são 
responsáveis por manter unidas todas as estruturas derivadas dos átomos.
Próton
Nêutron
Campo L
Campo N
E E
Figura 10 – Esquema do Campo Nuclear existente no interior dos átomos, 
mantendo a coesão entre as partículas que compõem o núcleo dos átomos
22
Unidade I
3.1 Conceito de trabalho passivo e ativo
O objetivo da atividade biológica é a realização de trabalho. A definição física de trabalho é o 
deslocamento de uma força e as forças só existem nos campos e, por isso, só eles realizam trabalho com 
gasto de energia.
Quando o trabalho é realizado pelo sistema com gasto de energia, chamamos de trabalho ativo; e 
quando não há gasto de energia, como movimento ocorrendo na mesma direção das forças do campo, 
chamamos de trabalho passivo.
1. Movimento se opôe às 
forças do campo
2. Movimento segue as forças 
do campo
3. Movimento segue as forças 
do campo, ajudado por 
forças estranhas ao campo
Fenômeno Tipo de trabalho
Ativo (A)
Passivo (P)
Combinado (C)
Figura 11 – O tipo de trabalho depende da direção do deslocamento
No corpo humano, quando o sangue é bombeado pelo coração em direção à cabeça, o sentido do 
deslocamento vai contra as forças do campo gravitacional, ocorrendo trabalho ativo. Quando o sangue 
desce aos pés, temos o trabalho combinado: trabalho ativo pela ação do coração e trabalho passivo pela 
atração da força da gravidade.
A
C
C
a
m
p
o
G
Figura 12 – Trabalho realizado no Campo Gravitacional. A: Trabalho Ativo 
 realizado quando o sangue é bombeado na direção oposta às forças 
do campo. C: Trabalho Ativo e Passivo combinando as forças do campo 
gravitacional à força de bombeamento do coração
No corpo humano, um dos principais tipos de trabalho biológico é o transporte de substâncias, que pode 
chagar a constituir um terço de todo o Trabalho realizado no corpo. Ainda serão estudados os conceitos de 
23
BIOFÍSICA APLICADA ÀS CIÊNCIAS BIOMÉDICAS
transporte de substâncias no corpo humano, mas com o conceito de trabalho que acabamos de ver, podemos 
dizer que: transporte ativo equivale a trabalho ativo e transporte passivo equivale a trabalho passivo.
4 MOVIMENTOS E PROPRIEDADES DOS FLUIDOS
4.1 Pressão hidrostática
Para entendermos os conceitos de pressão hidrostática, primeiro precisamos entender o que é um fluido. 
Esse termo se refere a substâncias que não possuem forma definida, como as substancias sólidas, e tomam a 
forma do recipiente que as contém devido à força da gravidade, sejam elas líquidos ou gases. Essas substâncias, 
quando submetidas a certas forças, fluem, ou seja, deslizam. Os líquidos, devido à sua estrutura molecular, são 
incompressíveis, já os gases ocupam o volume total do recipiente que os contém e são altamente compressíveis. 
Um determinado fluido em um recipiente exerce sobre uma área ∆A de sua parede uma força ∆F que é 
perpendicular a ela. Assim, temos que a pressão hidrostática P é definida como:
P
F
A
�
�
�
Existem várias unidades para medida de pressão. Sendo a pressão definida como o quociente entre 
uma força e a área sobre a qual ela atua, sua unidade pode ser:
P = N/m2 = 1 Pascal
Nem sempre essa unidade é utilizada. A pressão atmosférica, por exemplo, é geralmente medida em 
mm de Hg (milímetros de mercúrio), que ao nível do mar é igual a 760 mm de Hg.
Blaise Pascal (1623-1662), formulou as leis que regem o comportamento dos fluidos em repouso, 
conhecidas como Princípios de Pascal ou Princípios da Hidrostática.
Princípios de Pascal:
• A pressão exercida por um fluido em repouso, em um ponto, é igual em todas as direções; se não 
fosse assim, este fluido não estaria em repouso. 
• As pressões exercidas por um fluido em repouso sobre pontos situados na mesma superfície 
horizontal são iguais; se não fosse assim, haveria movimentação horizontal entre pontos de 
diferentes pressões e, mais uma vez, o fluido não estaria em repouso.
• A pressão exercida por um fluido aumenta linearmente em função da profundidade. Esse princípio 
permite que se determine a diferença de pressão entre dois pontos quaisquer de uma massa fluida 
e permite também a determinação da pressão absoluta em qualquer ponto de uma massa líquida.
Agora que você já sabe os conceitos básicos dos movimentos e das propriedades dos fluidos, vamos 
ver como isso se aplica no funcionamento do corpo humano.
24
Unidade I
Homeostasia
Você alguma vez já parou para pensar do que o seu corpo é feito? Assim como algumas casas são 
feitas de tijolos, nosso corpo é feito de células. A célula é a unidade funcional básica do corpo, que é 
constituído por cerca de 75 trilhões de células, em sua imensa maioria, células vivas. 
Nós somos uma espécie de colônia de células, as quais desempenham o seu papel para a manutenção 
da nossa sobrevivência. Morreremos quando não conseguirmos mais manter as nossas células vivas. Mas 
do que as células precisam para viver? Pense nas células como se fossem fábricas. 
Fábricas precisam de matéria-prima e de energia para produzir e, durante o processo de produção, 
geram resíduos que precisam ser descartados. O mesmo acontece com as células: elas também precisam 
de matéria-prima e de energia para produzir as proteínas necessárias para o funcionamento do nosso 
corpo e a nossa sobrevivência. 
De onde vem tudo de que a célula precisa? A resposta é: do lado de fora, do líquido extracelular. O 
espaço entre as células é preenchido por esse líquido, esse é o meio em que as células vivem. Tudo de 
que é célula precisa vem desse líquido extracelular, e é para esse líquido que vão os resíduos que a célula 
precisa descartar. Assim, manter a célula viva significa manter as condições físicas e químicas do líquido 
extracelular, condição que chamamos de homeostasia. 
O papel dos principais órgãos do nosso corpo é justamente manter as condições do líquido 
extracelular variando dentro de limites muito controlados, para que a célula sobreviva. Por exemplo, 
o nosso sistema respiratório mantém os níveis de O2 e CO2. O nosso sistema digestório mantém os 
níveis de nutrientes. Os nossos rins controlam as concentrações de íons e removem o “lixo”, que são os 
produtos do metabolismo etc. Então o que significa homeostasia? Significa equilíbrio? Sim, equilíbrio da 
composição do líquido extracelular.
O sangue
De onde vêm os constituintes do meio extracelular? Do sangue, que é o principal fluido do nosso 
corpo. O gás oxigênio (O2) presente no ar atmosférico passa para o sangue em nossos pulmões. Os 
nutrientes absorvidos dos alimentos passam para o sangue em nosso intestino. O sangue é filtrado nos 
rins para a retirada das impurezas. O sangue entrega no líquido extracelular praticamente tudo que a 
célula precisa e remove tudo que ela não precisa. Ele precisa chegar às proximidades das células para 
manter a composição do líquidoextracelular e, para isso, ele precisa ser bombeado através dos nossos 
vasos sanguíneos.
4.2 O Sistema Circulatório
O nosso coração nada mais é do que uma bomba, que bombeia o sangue fazendo ele fluir através do 
Sistema Circulatório. O coração é formado pelo músculo cardíaco e possui quatro câmaras: dois átrios 
e dois ventrículos. Ele contrai e relaxa ritmicamente em ciclos. Quando o coração se contrai, ele ejeta o 
sangue contido nos ventrículos, o que chamamos de sístole. Quando os ventrículos relaxam, chamamos 
de diástole. O ciclo entre as sístoles e as diástoles é chamado de ciclo cardíaco.
25
BIOFÍSICA APLICADA ÀS CIÊNCIAS BIOMÉDICAS
Veia cava superior
Veia cava inferior
Ventrículo 
direito
Ventrículo 
esquerdo
Valva cava pulmonar
Átrio direito
Átrio esquerdo
Veia pulmonar
Aorta
Artéria pulmonar
Valva tricúspide
Valva mitral
Valva aórtica
Pulmões
Figura 13 – Representação da anatomia funcional do coração
A circulação se divide em duas partes: circulação sistêmica (também chamada de grande circulação), 
a qual faz o sangue fluir para todos os tecidos do corpo e a circulação pulmonar.
Circulação pulmonar
Circulação sistêmica
Arteríolas e 
capilares
Arteríolas e 
capilares
Artérias
Artérias
Veias
Veias
Figura 14 – Esquema da circulação, mostrando a 
circulação pulmonar e a sistêmica, em relação aos lados 
direito e esquerdo do coração
26
Unidade I
Os vasos sanguíneos mais calibrosos (grossos) são as artérias e as veias. Chamamos de 
artérias os vasos que saem do coração e chamamos de veias os vasos que seguem em direção ao 
coração, independentemente do tipo de sangue que transportam, venoso ou arterial. As artérias 
transportam o sangue em alta pressão e alta velocidade, por esse motivo têm paredes fortes. 
No caminho em direção aos tecidos, as artérias vão se ramificando e diminuindo de calibre 
até se tornarem arteríolas. As arteríolas têm em sua parede uma camada muscular que serve 
para controlar o fluxo sanguíneo que passa por elas, ocasionando vasoconstrição ou vasodilatação, 
controlando o fluxo sanguíneo para os capilares. Os capilares são os vasos mais finos do nosso corpo, 
tanto que o seu nome faz alusão a “fio de cabelo”. Sua função é a de troca de substâncias 
entre o sangue e o líquido extracelular. Sua parede é porosa e formada por uma monocamada de 
células, permeáveis a pequenas substâncias. Logo em seguida temos as vênulas, que coletam o 
sangue proveniente dos capilares e seguem gradualmente aumentando de calibre até se tornarem 
veias. As veias conduzem o sangue de volta ao coração.
Artéria
Veia
Capilares
Arteríola
Vênula
Figura 15 – Esquema mostrando o calibre dos principais vasos do 
sistema circulatório, com destaque para o calibre das arteríolas
A pressão do sangue nas veias é muito baixa e suas paredes são finas, mas conseguem se contrair 
ou expandir, servindo assim de reservatório de sangue para o organismo, agindo de acordo com 
a necessidade.
27
BIOFÍSICA APLICADA ÀS CIÊNCIAS BIOMÉDICAS
Veia cava 
superior
Veia cava 
inferior
Aorta
Coração – 18%
Artérias – 13%
Arteríolas
e – 13%
Capilares
Circulação 
pulmonar – 12%
Veias, vênulas e seios venosos – 50%
Figura 16 – Esquema da circulação sanguínea, mostrando a porcentagem do 
total de sangue armazenado em cada parte do sistema circulatório
Pressão sanguínea
Geralmente, a pressão sanguínea é medida em milímetros de mercúrio (mmHg) porque o 
equipamento usado desde a Antiguidade para esse tipo de medição é o manômetro de mercúrio, 
visto na imagem a seguir. O sangue exerce uma força nas paredes do vaso sanguíneo. Como todos 
os vasos sanguíneos são distensíveis (esticam), essa força estica o vaso. Devido a essa pressão, o 
sangue tende a sair do vaso por qualquer tipo de abertura, o que força o sangue a circular com 
velocidade elevada pelas artérias – onde a pressão é maior –pelos capilares e retornar ao coração 
pelas veias. 
As artérias têm as paredes muito mais fortes do que as das veias, pois precisam suportar uma 
pressão muito maior. Assim, as artérias são em torno de oito vezes menos distensíveis do que as 
veias. Quando a pressão sanguínea aumenta até um determinado ponto, uma veia pode se distender 
até oito vezes mais do que uma artéria de mesmo calibre. Quanto mais os vasos se dilatam, menor a 
resistência para o sangue circular, resultando em um aumento no fluxo de sangue.
28
Unidade I
Pressão 0
Flutuador
Mercúrio
Papel fuliginoso em movimento
Pressão 100 mmHg
Solução 
anticoagulante
Manômetro 
de mercúrio
Figura 17 – Medição da pressão sanguínea como uso de um manômetro de mercúrio
Pulsações da pressão arterial
O coração ejeta sangue através das artérias a cada sístole. Se as artérias não fossem distensíveis, 
todo esse volume de sangue ejetado teria que fluir imediatamente pelos vasos sanguíneos periféricos 
e pararia de circular quando acontecesse a diástole. Entretanto, como vimos, a parede das artérias é 
elástica e isso faz com que elas se distendam durante a sístole, absorvendo esse pulso de pressão ao 
longo do caminho até os capilares. 
A capacidade de amortecer os pulsos de pressão é chamada de complacência da árvore arterial. 
Dessa forma, o fluxo sanguíneo é praticamente contínuo e com pulsações muito pequenas quando 
o sangue atinge os capilares. Em um adulto, geralmente a pressão no pico de cada pulso na entrada 
a artéria aorta é chamada de pressão sistólica; no ponto mais baixo de cada pulso, pressão diastólica. 
A pressão sistólica é cerca de 120 mmHg, enquanto que a pressão diastólica é cerca de 80 mmHg. A 
diferença entre essas duas pressões é chamada de pressão de pulso.
29
BIOFÍSICA APLICADA ÀS CIÊNCIAS BIOMÉDICAS
0 20 40 60 80 100 120
Aorta
Grandes artérias
Arteríololas
Capilares
Vênulas
Pequenas veias
Grandes veias
Veias cavas
Pequenas artérias
Pressão (mm Hg)
Figura 18 – Pressão sanguínea ao longo dos vasos sanguíneos. 
 Lembrete
O deslocamento dos fluidos dos vasos ocorre sob diferença de pressão, 
senão não se moveriam. Seguindo um regime estacionário: o volume que 
entra no sistema é o mesmo que sai.
4.3 Medida da pressão arterial
O método mais utilizado como rotina em consultórios médicos para a aferição (medição) da 
pressão arterial é conhecido como método auscultatório. Para esse método, são utilizados um 
esfigmomanômetro e um estetoscópio. É colocada uma espécie de manga (manguito) inflável 
no braço do paciente, conectado a um manômetro (medidor) de pressão. Esse manguito é então 
inflado até que a sua pressão seja superior à pressão da artéria do braço (artéria braquial), 
provocando o seu fechamento. Depois, diminui-se gradualmente a pressão com o estetoscópio 
posicionado na parte interna do cotovelo. 
Em um determinado momento, a pressão aplicada no braço pelo manguito será ligeiramente inferior 
à pressão sistólica e pequenos jatos de sangue começarão a passar através da artéria, causando um fluxo 
turbilhonar (em jatos), que produz um ruído que pode ser captado através do estetoscópio. Nesse ponto, 
a pressão indicada no manômetro será a pressão sistólica. Continuando com a descompressão gradual 
do manguito, em um determinado momento a pressão aplicada será suficiente para que o sangue flua 
30
Unidade I
através da artéria braquial mesmo durante a diástole, de forma que o fluxo turbilhonar cessa e o barulho 
desaparece. Nesse momento, a pressão indicada no manômetro será a pressão diastólica.
Figura 19 – Aferição da pressão arterial através do método auscultatório.
 Resumo
Nesta unidade, descrevemos o que são grandezas fundamentais (como 
comprimento, massa, tempo, corrente elétrica, temperatura termodinâmica, 
intensidade e quantidade de substância); que os seres vivos, formados por 
matéria, consomem e geram energia, ocupam espaço próprio e vivem na 
dimensão do tempo; e, ainda, que os átomos são a unidade fundamental da 
matéria, sendo subdivididos em: prótons, nêutrons e elétrons. A combinação 
das grandezas fundamentais dá origem às grandezasderivadas. 
Podemos citar a velocidade, definida como espaço sobre tempo. 
Para determinar a área, multiplicamos duas dimensões: a largura e o 
comprimento. Já o volume é expresso pela multiplicação de três dimensões: 
a largura, o comprimento e a altura, usando a mesma unidade. A densidade 
é a relação de massa sobre volume (d = massa/volume).
A força está presente em quase todo o sistema biológico, é composta 
pela massa vezes a aceleração. Está presente na força elástica do tecido 
conjuntivo, por exemplo. O trabalho é conceituado como o produto da força 
vezes a distância pela qual a força é aplicada. Ele está presente em todos os 
sistemas, como o respiratório e o digestório. a potência é a capacidade de 
realizar trabalho em função do tempo. 
31
BIOFÍSICA APLICADA ÀS CIÊNCIAS BIOMÉDICAS
Pressão é a intensidade de força exercida por unidade de área. No corpo 
humano, os fluidos biológicos, como o sangue e a linfa, exercem pressão 
sobre os vasos. A pressão que um líquido ou gás exerce em um recipiente é 
consequência dos choques que ocorrem entre as moléculas que compõem 
o fluido. Quanto maior a frequência de choques entre as moléculas de um 
fluido, maior a pressão exercida por este fluido em seu recipiente. Existem 
várias unidades para medida de pressão. Sendo esta definida como o 
quociente entre uma força e a área sobre a qual ela atua, sua unidade 
pode ser: N/m2 ou 1 Pascal. A temperatura é uma medida de intensidade 
de energia térmica que influencia outras grandezas, como a pressão e a 
densidade; enquanto calor é medida de quantidade de energia térmica.
Notação científica é a maneira de escrever números reais em potências 
de base 10. O modelo para escrever um número em notação científica é 
a x 10b, em que o número “a” é denominado mantissa ou coeficiente, e “b”, 
a ordem de grandeza. A mantissa, deve ser maior ou igual a 1 e menor que 
10, e a ordem de grandeza “b”, dada sob a forma de expoente, é o número 
que mais varia conforme o valor absoluto (como -3, -2, -1, 0, +1, +2, +3).
Em 1962, o Brasil adotou o Sistema Internacional de Unidades (SI). Nesse 
sistema, os prefixos correspondem a um múltiplo de dez. Desse modo, o 
sistema métrico converte unidades maiores e menores em múltiplos de dez. 
Cada prefixo maior corresponderá a dez vezes a unidade antes representada, 
ou seja, a unidade posterior será dez vezes maior que a unidade anterior.
O Universo é, essencialmente, matéria e energia. Já o corpo humano 
apresenta esses constituintes em sua unidade básica chamada de célula. A 
energia é produzida e sustenta a atividade celular. Indiretamente, a energia 
é obtida dos alimentos. Diretamente a célula utiliza-se de moléculas de 
trifosfato de adenosina, molécula conhecida como ATP, uma vez que a 
energia utilizada é obtida a partir das reações de oxidação.
A quantidade de energia liberada por litro de O2 consumido depende da 
proporção dos nutrientes como glicose, carboidratos, proteínas, gorduras 
etc. na nossa dieta. Entretanto, nem toda a energia dos alimentos é 
aproveitada pelo corpo. Parte dessa energia é perdida e suas substâncias 
correspondentes são eliminadas junto com as fezes, urina e gases intestinais. 
A energia que sobra no corpo é a energia metabolizada.
O nosso corpo é capaz de manter a temperatura do corpo constante, 
mesmo com a temperatura do ambiente variando bastante, permitindo 
que os processos metabólicos funcionem, mesmo em climas muito frios. 
Quando morremos, esses processos param de funcionar, diminuindo a 
energia metabolizada no corpo e, como consequência, a temperatura 
32
Unidade I
corporal se iguala à temperatura ambiente. Os principais processos para 
essa transferência de calor são: radiação, convecção e evaporação.
A teoria dos campos relata que toda matéria emite um campo, e a 
energia desse campo revela uma força, capaz de produzir trabalho pelo seu 
deslocamento. O campo exibe três maneiras distintas: campo gravitacional, 
campo eletromagnético e campo Nuclear.
O trabalho realizado com gasto de energia chama-se de trabalho ativo. 
Quando não há gasto de energia – pois o movimento ocorre na mesma 
direção das forças do campo –, temos o trabalho passivo. No corpo 
humano, quando o sangue e bombeado pelo coração em direção a cabeça, 
o sentido do deslocamento vai contra as forças do campo gravitacional, 
ocorrendo trabalho ativo. Quando o sangue desce aos pés, temos o trabalho 
combinado: trabalho ativo pela ação do coração e trabalho passivo pela 
atração da força da gravidade.
Tudo do que a célula necessita provém do líquido extracelular, que é o 
líquido situado entre as células, ou seja, o meio em que as células vivem. 
E os resíduos que a célula precisa descartar são enviados a ele também. 
Assim, manter a célula viva significa manter as condições físicas e químicas 
do líquido extracelular, condição chamada de homeostasia.
Os constituintes do meio extracelular têm origem no sangue, que 
é o principal fluido do nosso corpo. Dessa maneira, tanto os nutrientes 
obtidos dos alimentos quanto o oxigênio do ar estão presentes nesse fluido 
precioso. O sangue entrega ao líquido extracelular praticamente tudo de 
que a célula precisa e remove tudo de que ela não precisa. Posteriormente, 
o sangue é filtrado pelos rins para a remoção das impurezas.
O Sistema Circulatório sanguíneo é composto pelo coração, o qual 
funciona como uma bomba, os vasos sanguíneos (artérias e veias) e capilares. 
As artérias transportam o sangue em alta pressão e alta velocidade, por 
esse motivo têm paredes fortes. No caminho em direção aos tecidos, as 
artérias vão se ramificando e diminuindo de calibre. Os capilares são os 
vasos mais finos do nosso corpo, tanto que o seu nome faz alusão a “fio 
de cabelo”s. Sua função é a de troca de substâncias entre o sangue e o 
líquido extracelular. Sua parede é porosa e formada por uma monocamada 
de células, permeáveis a pequenas substâncias. As vênulas coletam o 
sangue proveniente dos capilares e seguem gradualmente aumentando 
de calibre até se tornarem veias. As veias conduzem o sangue de volta 
ao coração. Quando o coração se contrai, ele ejeta o sangue contido nos 
ventrículos, o que chamamos de sístole. Quando os ventrículos relaxam, 
chamamos de diástole. O ciclo entre as sístoles e as diástoles é chamado 
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BIOFÍSICA APLICADA ÀS CIÊNCIAS BIOMÉDICAS
de ciclo cardíaco. A circulação se divide em duas partes: circulação 
sistêmica e circulação pulmonar.
O sangue exerce uma força nas paredes do vaso sanguíneo. Como todos 
os vasos sanguíneos são distensíveis, essa força estica o vaso. Devido a essa 
pressão, o sangue tende a sair do vaso por qualquer tipo de abertura, o que 
força o sangue a circular com velocidade elevada pelas artérias – onde a 
pressão é maior –, depois pelos capilares e retornar ao coração pelas veias.
Em um adulto, geralmente a pressão no pico de cada pulso na entrada 
da artéria aorta é chamada de pressão sistólica; no ponto mais baixo de cada 
pulso, pressão diastólica. A pressão sistólica é cerca de 120 mmHg, enquanto 
a pressão diastólica é cerca de 80 mmHg. A aferição da pressão arterial é 
conhecida como método auscultatório.
 Exercícios
Questão 1. (UFSCAR 2008, adaptada) Leia a tirinha:
Figura
Não é difícil imaginar que Manolito desconheça a relação entre a força de gravidade e a forma de 
nosso planeta. Brilhantemente traduzida pela expressão criada por Newton, conhecida como a lei 
de gravitação universal, esta lei é por alguns aclamada como a quarta lei de Newton. De sua apreciação, 
é correto entender que:
A) em problemas que envolvem a atração gravitacional de corpos sobre o planeta Terra, a constante 
de gravitação universal, inserida na expressão newtoniana da lei de gravitação, é chamada de 
aceleração da gravidade.
B) é o planeta que atrai os objetos sobre sua superfície e não o contrário, uma vez que a massa da 
Terra supera muitas vezes a massa de qualquer corpo que se encontra sobre a sua superfície.
C) o que caracteriza o movimento orbital deum satélite terrestre é seu distanciamento do planeta 
Terra, longe o suficiente para que o satélite esteja fora do alcance da força gravitacional do planeta.
34
Unidade I
D) a força gravitacional entre dois corpos diminui linearmente conforme é aumentada a distância 
que separa esses dois corpos.
E) aqui na Terra, o peso de um corpo é o resultado da interação atrativa entre o corpo e o planeta e 
depende diretamente das massas do corpo e da Terra.
Resposta correta: alternativa E.
Análise das alternativas
A) Alternativa incorreta.
Justificativa: essa constante, representada por G, pode ser chamada de constante de gravitação 
universal ou de constante de Gauss (G) é não é dependente dos corpos que se atraem, nem da distância 
ou até mesmo do meio interposto entre os dois corpos, sendo assim uma constante universal.
B) Alternativa incorreta.
Justificativa: ambos se atraem, mas a intensidade dessa força consegue atrair apenas o objeto, e não 
a Terra, por causa da diferença de massa entre eles.
C) Alternativa incorreta.
Justificativa: o satélite só fica em órbita se estiver dentro do campo gravitacional terrestre e, nesse 
caso, a força gravitacional é a própria força resultante centrípeta.
D) Alternativa incorreta.
Justificativa: diminui sim, mas não linearmente, pois, é inversamente proporcional ao quadrado da 
distância (função do segundo grau).
E) Alternativa correta.
Justificativa: o peso de um corpo é resultado da força de atração entre ele e o centro da Terra e P = m . g
Questão 2. (UFMG, adaptada) A figura mostra, de forma esquemática, um feixe de partículas 
penetrando em uma câmara de bolhas.
R
S
T
Figura
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BIOFÍSICA APLICADA ÀS CIÊNCIAS BIOMÉDICAS
A câmara de bolhas é um dispositivo que torna visíveis as trajetórias de partículas atômicas. O feixe 
de partículas é constituído por prótons, elétrons e nêutrons, todos com a mesma velocidade. Na região 
da câmara existe um campo magnético perpendicular ao plano da figura entrando no papel. Esse campo 
provoca a separação desse feixe em três feixes com trajetórias R, S, T.
A associação correta entre as trajetórias e as partículas é:
A) trajetória R: elétron, trajetória S: nêutron, trajetória T: próton.
B) trajetória R: nêutron, trajetória S: elétron, trajetória T: próton.
C) trajetória R: próton, trajetória S: elétron, trajetória T: nêutron.
D) trajetória R: próton, trajetória S: nêutron, trajetória T: elétron.
E) trajetória R: elétron, trajetória S: próton, trajetória T: nêutron.
Resolução desta questão na plataforma.