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Biofísica – Módulo I – Fisioterapia – 2° Período By Rita Jardim A Física é a área das ciências naturais que estuda os fenômenos que acontecem com a matéria no decorrer do espaço e do tempo. A Física é, tradicionalmente, dividida em ramos. Cada ramo agrupa o estudo dos fatos que apresentam propriedades semelhantes e que podem ser relacionados e descritos por leis comuns. Mecânica – estuda o movimento e suas causas. Termologia – estuda o calor. Acústica – estuda o som. Optica – estuda a luz. Eletricidade – estuda a eletricidade. Física moderna – estuda tudo relacionado a física após 1900. CONCEITOS FUNDAMENTAIS Matéria: o que detém massa e ocupa espaço Energia: é uma grandeza numérica, constante em sistemas controlados, que relaciona a massa a seu movimento Ambas formas correspondem ao que se denomina Energia Mecânica A CONSTITUIÇÃO BÁSICA DA MATÉRIA A constituição básica da matéria é o átomo. A matéria, embora constituída por átomos, é estudada na Física Clássica como um grande e único corpo. Esse corpo é mantido coeso por meio das ligações moleculares. OS ESTADOS DA MATÉRIA A matéria pode ser definida de maneira bem simplificada como sendo tudo aquilo que tem massa e volume e ocupa um lugar no espaço. Portanto, a matéria é constituída de minúsculas partículas, que podem ser átomos, moléculas, íons e assim por diante. De modo que, simplificadamente, o que diferencia um estado físico de outro é a organização dessas partículas, se elas estão mais próximas umas às outras ou mais afastadas, isto é, se estão mais agregadas ou menos agregadas. Por isso, os estados físicos podem ser corretamente chamados de “estados de agregação”. Biofísica – Módulo I – Fisioterapia – 2° Período By Rita Jardim Sólido: Nesse estado, as partículas estão bem próximas umas às outras, de modo que não se movimentam. Estão bem organizadas e, por isso, possuem forma e volume fixos, não podendo sofrer compressão. O gelo é um bom exemplo disso. Líquido: Nesse estado, as partículas possuem maior liberdade de movimentação que no estado sólido, pois estão um pouco mais afastadas umas das outras, havendo certo espaço entre elas. Por essa razão, as substâncias líquidas, como a água, possuem forma variável, adaptando-se ao recipiente em que estão contidas, mas não podem ser comprimidas, pois possuem volume constante. Gasoso: Nesse estado, as partículas estão bem afastadas umas das outras, possuindo grande liberdade de movimentação. Por isso, os gases e os vapores, como o vapor de água, não possuem forma nem volume fixos, conformando-se de acordo com o recipiente e podendo ser comprimidos. Assim, quando uma substância recebe ou perde energia na forma de calor, ela muda de estado físico. Com isso, ela continua sendo a mesma substância, mas mudou somente a organização de suas partículas constituintes. Dependendo do tipo de interação entre essas partículas, isto é, dependendo da intensidade das forças intermoleculares, a quantidade de energia necessária para provocar a mudança de estado físico varia. Se a força intermolecular for bem intensa, precisará de mais energia, ou seja, precisaremos aquecer bastante a substância para mudá-la de estado físico e vice-versa. NOMENCLATURA DAS TRANSFORMAÇÕES O QUE SÃO DIMENSÕES? Na física e na matemática, a dimensão de um espaço matemático é informalmente definida como o número mínimo de coordenadas necessárias para especificar qualquer ponto dentro dela. CONCEITOS FUNDAMENTAIS Massa (m): o quão pesado é um objeto de estudo. Volume (V): o quão espaçoso é um objeto de estudo. https://www.manualdaquimica.com/quimica-geral/tipos-forcas-intermoleculares.htm Biofísica – Módulo I – Fisioterapia – 2° Período By Rita Jardim Densidade (ρ): o quanto pesa um determinado volume do objeto de estudo. Distância (S): o quão grande é uma grandeza linear. – Unidade Internacional: metro (m). Tempo (t): o quanto esperamos para que se complete um evento determinado. – Unidade Internacional: segundo (s). Período (T): o tempo que demora para que se complete um evento que se repete. Frequência (f): quantos eventos se repetem em um determinado tempo. – Unidade Internacional: Hertz (Hz). Movimento: a distância percorrida em uma ou mais direções. Velocidade (v): o quanto um objeto se movimentou em um determinado tempo. Aceleração (a): o quanto um objeto muda sua velocidade em um determinado tempo. As Leis de Newton são os princípios fundamentais usados para analisar o movimento dos corpos. Juntas, elas formam a base da fundamentação da mecânica clássica. PRIMEIRA LEI DE NEWTON A Primeira Lei de Newton é também chamada de "Lei da Inércia" ou "Princípio da Inércia". Inércia é a tendência dos corpos de permanecerem em repouso ou em movimento retilíneo uniforme (MRU). Assim, para um corpo sair do seu estado de repouso ou de movimento retilíneo uniforme é necessário que uma força passe a atuar sobre ele. Portanto, se a soma vetorial das forças for nula, resultará no equilíbrio das partículas. Por outro lado, se houver forças resultantes, produzirá variação na sua velocidade. Quanto maior for a massa de um corpo, maior será sua inércia, ou seja, maior será sua tendência de permanecer em repouso ou em movimento retilíneo uniforme. Para exemplificar, pensemos num ônibus em que o motorista, que está numa determinada velocidade, se depara com um cão e rapidamente, freia o veículo. Nesta situação, a tendência dos passageiros é continuar o movimento, ou seja, eles são jogados para frente. SEGUNDA LEI DE NEWTON A Segunda Lei de Newton é o "Princípio Fundamental da Dinâmica". Nesse estudo, Newton constatou que a força resultante (soma vetorial de todas as forças aplicadas) é diretamente proporcional ao produto da aceleração de um corpo pela sua massa: Onde: : resultante das forças que agem sobre o corpo : massa do corpo : aceleração LEIS DE NEWTON https://www.todamateria.com.br/primeira-lei-de-newton/ https://www.todamateria.com.br/movimento-retilineo-uniforme/ https://www.todamateria.com.br/movimento-retilineo-uniforme/ https://www.todamateria.com.br/segunda-lei-de-newton/ Biofísica – Módulo I – Fisioterapia – 2° Período By Rita Jardim No Sistema Internacional (SI) as unidades de medida são: F (força) é indicada em Newton (N); m (massa) em quilograma (kg) e a (aceleração adquirida) em metros por segundo ao quadrado (m/s²). Importante ressaltar que a força é um vetor, ou seja, possui módulo, direção e sentido. Dessa forma, quando várias forças atuam sobre um corpo, elas se somam vetorialmente. O resultado desta soma vetorial é a força resultante. A seta acima das letras na fórmula representa que as grandezas força e aceleração são vetores. A direção e o sentido da aceleração serão os mesmos da força resultante. TERCEIRA LEI DE NEWTON A Terceira Lei de Newton é chamada de "Lei da Ação e Reação" ou "Princípio da Ação e Reação" no qual toda força de ação é correspondida por uma força de reação. Dessa maneira, as forças de ação e reação, que atuam em pares, não se equilibram, uma vez que estão aplicadas em corpos diferentes. Lembrando que essas forças apresentam a mesma intensidade, mesma direção e sentidos opostos. Para exemplificar, pensemos em dois patinadores parados um de frente para o outro. Se um deles der um empurrão no outro, ambos irão se mover em sentidos opostos. Em um sistema fechado a energia sempre se conserva, embora mude sua forma. A não conservação ocorre por perda de energia em forma de calor. Se não houver forças não conservativas, a soma de energia mecânica antes de um evento é igual à depois do eventoNa natureza nada se cria, nada se perde, tudo se transforma. - Antoine Lavoisier (1743-1794) ENERGIA EM FORMA DE TRABALHO E POTÊNCIA A forma de energia não-conservativa mais utilizada na Física Mecânica é denominada Trabalho. Trabalho (τ): energia dispendida por/ necessária para que uma força desloque determinada distância. – Unidade de medida: Joule (J) Potência (P): quantidade de energia dispendida por tempo. – Unidade de medida: Watt (W) (J/s) Conceito de Transdução Transdução é um fenômeno de conversão de um tipo de energia em outro. LEI DA CONSERVAÇÃO DA ENERGIA https://www.todamateria.com.br/terceira-lei-de-newton/ Biofísica – Módulo I – Fisioterapia – 2° Período By Rita Jardim TAXA METABÓLICA Taxa metabólica é a quantidade de energia gasta por um animal em um determinado período de tempo. A taxa metabólica pode ser medida em joules, calorias ou quilocalorias por unidade de tempo. Você também pode ver a taxa metabólica expressa como oxigênio consumido (ou dióxido de carbono produzido) por unidade de tempo. Quantificação oxidativa É a medição do consumo de gás O2 QR= 𝐶𝑂2 𝑓𝑜𝑟𝑚𝑎𝑑𝑜 𝑂2 𝑐𝑜𝑛𝑠𝑢𝑚𝑖𝑑𝑜 O oxigênio é usado na respiração celular e o dióxido de carbono é produzido como um subproduto, assim ambas medidas indicam quanto combustível está sendo queimado. Em alguns casos, a taxa metabólica é dada para o animal inteiro. Em outros casos a taxa metabólica é dada em uma base por massa. Taxas metabólicas por massa nos ajudam a fazer comparações significativas entre organismos de diferentes tamanhos. A taxa metabólica "de base" de um animal é medida como a taxa metabólica basal (TMB) para um endotérmico ou como a taxa metabólica padrão (TMP) para um ectotérmico. Tanto a TMB quanto a TMP são medidas de taxa metabólica em animais que estão em descanso, calmos/sem stress e não ativamente digerindo alimento (em jejum). Para um endotérmico, a TMB é também medida quando o animal está em um ambiente termoneutro, isto é, um ambiente onde o organismo não gasta energia extra (acima da linha de base) para manter a temperatura. Para um ectotérmico, TMP variará com a temperatura, assim qualquer medida de TMP é específica para a temperatura na qual é tomada. Os endotérmicos tendem a ter taxas metabólicas basais altas e altas necessidades energéticas, graças à sua manutenção de uma temperatura corporal constante. Ectotérmicos de tamanho similar tendem a ter taxas metabólicas padrão e necessidades energéticas muito mais baixas, algumas vezes 10% ou menos do que aquelas de endotérmicos comparáveis. NECESSIDADES ENERGÉTICAS RELACIONADAS AO TAMANHO CORPORAL Quem tem uma taxa metabólica basal maior: um rato ou um elefante? Se nós olharmos para a taxa metabólica do organismo inteiro, o elefante ganhará - há muito mais tecido metabolizante em um elefante do que em um rato. Se nós olharmos para a taxa metabólica por massa, contudo, a situação se inverte. Uma grama de tecido de rato metaboliza 10 Biofísica – Módulo I – Fisioterapia – 2° Período By Rita Jardim vezes mais rápido ou mais do que uma grama de tecido de elefante. Ou seja, quanto menor a massa do organismo, provavelmente maior será sua taxa metabólica basal. Parte da explicação pode estar relacionada à proporção entre área superficial e volume do animal, e como ela varia com o tamanho. Assim como uma célula pequena tem mais área superficial em relação ao seu volume que uma célula grande, assim também um animal pequeno tem mais superfície corporal em relação ao seu volume de tecido metabolizante. Uma vez que os animais trocam calor com seu ambiente por toda sua superfície corporal, pequenos animais tenderão a perder calor para um ambiente mais frio mais rápido que animais grandes. Por causa disto, um animal menor necessitaria de mais energia e uma taxa metabólica mais alta para manter a temperatura interna constante (em um ambiente de temperatura mais baixa que sua temperatura corporal). NECESSIDADES ENERGÉTICAS RELACIONADAS AOS NÍVEIS DE ATIVIDADE Quanto mais ativo está um animal, mais energia deve ser gasta para manter essa atividade, e maior é a taxa metabólica. A taxa metabólica de um animal determina quanto alimento ele deve consumir para manter seu corpo com uma massa constante. Se um animal não come alimento suficiente para repor a energia que utiliza, perderá massa corporal (uma vez que glicogênio, gorduras e outras moléculas são queimadas como combustível). Por outro lado, se um animal come mais alimento do que precisa para repor a energia gasta, haverá sobra de energia química que é armazenada pelo corpo como glicogênio ou gordura. Esta é a base de perda e ganho de peso em seres humanos e também em outros animais. Temperatura É uma medida da energia cinética média de translação por molécula de uma substância, em kelvins, graus Celsius ou graus Fahrenheit. Escalas termométricas Calor É energia que flui de um objeto para outro em virtude de uma diferença de temperaturas. É medido em calorias ou joules. TERMOBIOLOGIA Biofísica – Módulo I – Fisioterapia – 2° Período By Rita Jardim MEIOS DE TRANSMISSÃO DE CALOR O calor é um tipo de energia que pode ser transferido de um corpo para o outro quando há diferença de temperatura entre eles. A transferência de calor pode ocorrer de três formas: radiação, condução e convecção. Radiação A radiação térmica, também conhecida como irradiação, é uma forma de transferência de calor que ocorre por meio de ondas eletromagnéticas. Como essas ondas podem propagar-se no vácuo, não é necessário que haja contato entre os corpos para haver transferência de calor. Todos os corpos emitem radiações térmicas que são proporcionais à sua temperatura. Quanto maior a temperatura, maior a quantidade de calor que o objeto irradia. Condução Nesse processo, é necessário que o objeto esteja em contato com uma fonte de calor, por exemplo, o fogo. Primeiramente, a parte que está sobre o fogo terá sua temperatura elevada, pois o fogo está transferindo energia para o objeto. Em seguida, as moléculas que constituem o objeto começarão a ficar agitadas e irão se chocar com as outras que não estão em contato com o fogo. Essa agitação será transmitida de molécula para molécula até que todo o objeto fique aquecido. Dessa forma, na condução, a energia propaga-se em virtude da agitação molecular. Convecção É uma forma de transferência de calor comum para os gases e líquidos. Exemplo. Ao colocar água para ferver, a parte que está próxima ao fogo será a primeira a aquecer. Quando ela aquece, sofre expansão e fica menos densa que a água da superfície, sendo assim, ela desloca-se para ficar por cima, enquanto a parte mais fria e densa move-se para baixo. Esse ciclo repete-se várias vezes e forma uma corrente de convecção, que é ocasionada pela diferença entre as densidades, fazendo com que o calor seja transferido para todo o líquido. Biofísica – Módulo I – Fisioterapia – 2° Período By Rita Jardim PARTES DO CORPO E O FLUXO DE IRRADIAÇÃO DE ONDAS DE CALOR DISTRIBUIÇÃO ESPACIAL E TEMPORAL DE CALOR EM ORGANISMOS Distribuição de temperatura no corpo de um indivíduo a temperaturas ambiente de 20°C (esquerda) e 35°C (direita). As isotermas, que indicam locais de temperaturas iguais, demonstram que, a uma temperatura ambiente de 35°C, a temperatura central de 37°C (área sombreada) estende-se aos braços e per nas. À temperatura ambiente de 20°C, os gradientes de temperatura no envoltório estendem-se ao longo das pernas e braços, e a temperatura central fica restrita ao tronco e à cabeça (Aschoff e Wever,1958). A Teoria do Tecido Caro O aumento da energia na dieta, resultado da seleção de cérebros mais eficazes, permitiu a sobrevivência de intestinos menores com o mesmo suporte energético ao organismo. Consequentemente, mais energia pode ser devotada ao desenvolvimento cerebral. MECANISMOS DE REGULAÇÃO TÉRMICA Alterando a condutância entre organismo e meio ambiente (frio): Isolamento morfo-térmico do corpo (pelugem, tecido adiposo, roupas); - Vasoconstrição periférica (inclusive da camada adiposa); - Piloereção (eriçamento de pelos/penas, que aumenta camada de ar isolante); - Flexão do eixo ântero-posterior do corpo, diminuindo a Relação Área Superficial por Volume; Alterando a produção de calor no corpo: Tetania muscular (calafrio) Ativação simpatética por liberação de acetilcolina (exceção) Biofísica – Módulo I – Fisioterapia – 2° Período By Rita Jardim Liberação de adrenalina na circulação Aumento da taxa metabólica basal (ou diminuição – hibernação e torpor) Incremento metabólico da tireoxina e de esteroides Termogênese química: por desacoplamento da fosforilação oxidativa em gordura marrom; e por digestão de alimentos Alterando a condutância entre organismo e meio ambiente (quente): Sudorese (superestimulação das glândulas sudoríparas, com consequente aumento na produção da secreção precursora e subsequente aumento na liberação de suor) Arquejo (taquipnéia, aumenta a troca de gases e, então, de calor por condução) Umidificação superficial (lamber ou se molhar) Vasodilatação periférica (irrigação da camada adiposa) Extensão do eixo ântero-posterior do corpo, aumentando a Relação Área Superficial por Volume Alterando a produção de calor no corpo: Repouso Diminuição da taxa metabólica basal Redução metabólica da tireoxina e de esteroides O corpo humano tem uma temperatura constante entre 36 e 37°C. Algumas pessoas podem apresentar temperatura corporal um pouco mais elevada ou baixa que essa média, sem que isso seja um problema. E, por isso, entende-se como febre, a elevação da temperatura do paciente além de sua média. A febre é um dos sintomas clínicos mais comuns. Mas o que acontece no nosso corpo para elevar a temperatura? A temperatura corporal é controlada pelo hipotálamo, uma região do cérebro. Quando nosso organismo é invadido por agentes infecciosos, os glóbulos brancos são ativados e começam a combater esses invasores. Esse processo aumenta a produção de agentes inflamatórios “do bem”, chamados prostaglandinas, que ajudam no processo de eliminação da infecção. Quando esses agentes chegam ao cérebro, estimulam o hipotálamo, que aumenta a temperatura do corpo. É um ciclo interessante. Os glóbulos brancos produzem prostaglandinas, que ao chegar ao cérebro, aumentam a temperatura do corpo, porque assim vai dar mais fortalecer o sistema imunológico no combate à infecção. Nesse momento, o corpo reage com calafrios, contrações musculares e alteração dos batimentos cardíacos, porque está lutando para se manter aquecido. Esse é o motivo do mal-estar causado pela febre. O MECANISMO DA FEBRE Biofísica – Módulo I – Fisioterapia – 2° Período By Rita Jardim CONCEITOS FUNDAMENTAIS Velocidade (v): o quanto um objeto se movimentou em um determinado tempo. Aceleração (a): o quanto um objeto muda sua velocidade em um determinado tempo. Força (F): a influência no sistema que resulta de uma determinada massa sob uma determinada aceleração. Torque (Т): a força rotacional em um objeto sobre seu eixo de rotação. Momentum (q): grandeza referente ao movimento de um objeto portador de massa. Gravidade É a força de atração entre dois centros de massa. Na superfície terrestre, resume-se à aceleração de ≈ 10m/s2 . É a gravidade que nos mantém em contato com o solo, pois nos aproxima do centro da Terra. A força resultante é denominada Normal, em sentido oposto à gravidade. O centro de gravidade de nosso corpo é o ponto onde se manifesta a força gravitacional média de todos os pontos de massa que nos constitui. CENTRO DE GRAVIDADE E EQUILÍBRIO O centro de gravidade, também chamada de baricentro, é o ponto de um corpo onde pode ser aplicada a força de gravidade de todo o corpo. É através do centro de gravidade que os corpos atingem ou não um ponto de equilíbrio. Equilíbrio corporal é o estado postural assumido pelo corpo que permite a sua sustentação no apoio desejado. Muitos distúrbios de marcha ocorrem por alterações no centro de gravidade estrutural ou em sua percepção neural. O Torque Torque é um conceito físico, relativo ao movimento de rotação de um corpo após a aplicação de determinada força sobre ele. Torque (T) é definido matematicamente por: T = F * d Sendo d a distância entre a força e o ponto de rotação. Biofísica – Módulo I – Fisioterapia – 2° Período By Rita Jardim Qualquer um que já abriu uma porta tem um entendimento intuitivo sobre torque. Quando alguém abre uma porta, eles empurram o lado da porta para mais longe das dobradiças. Empurrando o lado da porta para mais perto das dobradiças requer consideravelmente mais força. Embora o trabalho feito é o mesmo nos dois casos (a maior força seria aplicada sob uma distância menor) pessoas geralmente preferem aplicar menos força, então se explica a posição usual da maçaneta. A MUSCULATURA ESQUELÉTICA A nossa capacidade de locomoção depende da ação conjunta de ossos, articulações e músculo, sob a “supervisão” e controle do sistema nervoso. Então, de uma forma bem elementar, os músculos são as estruturas básicas do Sistema Muscular. Como uma de suas principais propriedades, temos a contração, ou o encurtamento e alongamento das fibras musculares, e é justamente essa característica que torna possíveis os movimentos. Os músculos também são responsáveis, entre outras coisas, por estabilizar as posições do nosso corpo e produzir calor, por exemplo. Esses órgãos são formados por um conjunto de células especializadas que são chamadas de Fibras Musculares Fáscia muscular Cada fibra muscular isolada, cada fascículo e cada músculo no seu conjunto, estão revestidos por um tecido conjuntivo chamado de fáscia. As fáscias são consideradas elementos passivos da contração muscular transmitindo a tensão gerada pela atividade muscular. Têm como principal função fricção (entre músculos, fascículos e fibras musculares) permitindo, assim, que os músculos deslizem uns sobre os outros, e como essas as membranas envolvem e isolam um do outro, dificulta, por exemplo, a proliferação infecções. A ESTRUTURA DO SARCÔMERO A Unidade Funcional da Miofibrila Esquelética https://pt.khanacademy.org/science/physics/torque-angular-momentum/torque-tutorial/a/science/physics/work-and-energy/work-and-energy-tutorial/a/what-is-work Biofísica – Módulo I – Fisioterapia – 2° Período By Rita Jardim Sarcômeros são unidades que se repetem nas miofibrilas e são compostos pelas proteínas actina, tropomiosina, troponina (filamentos finos) e miosina (filamentos grossos). As miofibrilas são filamentos cilíndricos de proteínas (as citadas acima) que, em conjunto, formam a fibra muscular. As fibras musculares são células cilíndricas, longas e multinucleadas que se originam no embrião pela fusão de células alongadas, os mioblastos. Portanto, os sarcômeros são estruturas que fazem parte das células. O CICLO DE PONTES CRUZADAS E A CONTRAÇÃO MUSCULAR A contração muscular, além de ser responsável pela locomoção e vários outros tipos de movimentos do corpo, também promove a movimentação dos órgãos internos. Tais processos sefazem possíveis graças à capacidade de encurtamento das miofibrilas, que são filamentos citoplasmáticos das células musculares. Tais miofibrilas são constituídas por diversos tipos de proteínas, sendo a actina e a miosina as mais abundantes. Os filamentos de actina e miosina apresentam uma alta afinidade eletrônica, estabelecendo ligações estáveis, o que recebe o nome de ponte cruzada. Ambos os filamentos se organizam de tal forma que os finos podem se deslizar sobre os grossos, encurtando as miofibrilas, o que leva à contração das células musculares. Todo esse processo ocorre em presença de ATP, que tem sua hidrólise catalisada pela miosina, liberando a energia necessária ao trabalho muscular. Impulso Caso o sistema não seja conservativo e exista forças atuando sobre o mesmo, observa-se que os corpos sofrem forças por determinada quantidade de tempo. A resultante dessa interferência é chamada Impulso. Impulso na Prática Locomotiva O aumento do tempo de impacto reduz a força necessária para mudar o momentum e, https://www.infoescola.com/fisiologia/contracao-muscular/ https://www.infoescola.com/bioquimica/proteinas/ https://www.infoescola.com/bioquimica/adenosina-trifosfato-atp/ https://www.infoescola.com/reacoes-quimicas/hidrolise/ Biofísica – Módulo I – Fisioterapia – 2° Período By Rita Jardim portanto, reduz a deformação do objeto em movimento. Pressão É o efeito de potencial deformador que uma força exerce sobre uma determinada área. Para uma mesma força, quanto menor a área, maior a pressão e maior a chance de deformação da superfície. Biofísica – Módulo I – Fisioterapia – 2° Período By Rita Jardim CONCEITOS FUNDAMENTAIS Fluxo: volume de fluido em uma determinada área ou volume. Ex: 1,5L/compartimento renal. Vazão: massa ou volume de fluido por unidade de tempo. Ex: gotas/segundo Na Fisiologia, em português, os conceitos são considerados equivalentes: FLUXO = VAZÃO = volume por tempo. Densidade: a relação entre a quantidade de massa por um determinado volume. PROCESSOS BIOFÍSICOS Difusão é um processo físico em que substâncias são transportadas de uma região mais concentrada para outra menos concentrada (a favor do gradiente de concentração) de maneira aleatória e espontânea. Esse processo pode ser observado, por exemplo, ao se colocar um corante em um copo com água. Com o tempo, o corante espalha-se (difunde-se) de maneira homogênea, deixando toda a água com a mesma quantidade de soluto. Ou seja, Difusão é o fenômeno de espalhamento de uma substância menos abundante (soluto) em outra substância miscível mais abundante (solvente) atingindo a distribuição uniforme de ambos Movimento Browniano Em 1827, o botânico Robert Brown observou em um microscópio que grãos de pólen se movimentavam por caminhos aleatórios DIFUSÃO Biofísica – Módulo I – Fisioterapia – 2° Período By Rita Jardim quando em suspensão em água. Tal fenômeno foi explicado em 1905 pelo físico Albert Einstein, que homenageou o botânico ao nomear o fenômeno como Movimento Browniano, caracterizado pelo movimento de colisão aleatório de moléculas em um fluido. A COMPOSIÇÃO DO AR O ar atmosférico é composto por vários gases. Uma análise nas camadas de ar seco e limpo ao nível do mar pode revelar uma composição de 21% de oxigênio, 78% de nitrogênio, 1% de argônio, e 0,03% de dióxido de carbono. A relação ar e pressão atmosférica Pressão atmosférica é o peso que o ar exerce sobre a superfície terrestre. Sua manifestação está diretamente relacionada à força da gravidade e à influência que essa realiza sobre as moléculas gasosas que compõem a atmosfera. Assim, a pressão atmosférica sofre variações conforme as altitudes e as condições de temperatura do ar. Quanto maior a altitude de um dado relevo, isto é, quanto mais elevado ele estiver em relação ao nível do mar, menor será a pressão atmosférica. Isso ocorre porque a força da gravidade mantém a maior parte do ar próxima à superfície, o que explica o fato de grandes cadeias de montanhas apresentarem um ambiente mais rarefeito. Ar rarefeito é um gás pouco denso presente na atmosfera em condições especiais. O ar rarefeito está em regiões de baixa pressão atmosférica e grandes altitudes. Ao nível do mar, por exemplo, o ar é pesado, com uma massa estável. Mas, conforme a altitude é elevada, a pressão do ar diminui, causando dificuldade de respiração. AR INSPIRADO E AR EXPIRADO As funções do sistema respiratório são: Levar ar para dentro do corpo, retirar oxigénio desse ar e transferi-lo para o sangue, que se encarrega de o distribuir por todas as células do corpo. (Inspiração) Expulsar do nosso corpo o dióxido de carbono. (Expiração) Biofísica – Módulo I – Fisioterapia – 2° Período By Rita Jardim VIAS AÉREAS A Anatomia das Vias Aéreas é dividida em duas porções: via aérea superior, que se situa fora da cavidade torácica e é constituída pela cavidade nasal, faringe e laringe; e via aérea inferior, que consiste na traqueia, brônquios, bronquíolos e alvéolos. O pulmão e a hematose A hematose é o processo de trocas gasosas que ocorre nos capilares sanguíneos dos alvéolos pulmonares através da difusão de gases: oxigênio e dióxido de carbono. Alvéolos pulmonares Alvéolos pulmonares são onde ocorrem as trocas gasosas e constituem a última porção da árvore brônquica. Essas estruturas fazem parte do sistema respiratório e são um dos componentes da chamada porção respiratória, a qual é formada pelos bronquíolos respiratórios, ductos alveolares e alvéolos. são estruturas localizadas na porção respiratória do sistema respiratório, sendo encontrados após o ducto alveolar, o qual pode terminar em um alvéolo único ou em sacos alveolares, constituídos por vários alvéolos. Eles se assemelham a pequenos sacos de ar e caracterizam-se por apresentarem paredes muito delgadas, o que garante maior facilidade nas trocas gasosas. Nos alvéolos pulmonares, ocorre o processo conhecido como hematose (troca gasosa), que garante que o sangue pobre em oxigênio torne-se oxigenado. O ar inspirado é levado pelas vias aéreas até os alvéolos, e, ao chegar a essa estrutura, o oxigênio presente no ar difunde-se para o interior dos capilares e o gás carbônico https://mundoeducacao.uol.com.br/biologia/sistema-respiratorio.htm https://mundoeducacao.uol.com.br/biologia/hematose.htm https://www.google.com/url?client=internal-element-cse&cx=010178560479257371445:mr4ko1lt60u&q=https://mundoeducacao.uol.com.br/biologia/sangue.htm&sa=U&ved=2ahUKEwjmvcrB0YnuAhVRHLkGHT4uA04QFjAAegQIBBAB&usg=AOvVaw1irr1w316tCwv99e37LWMS https://mundoeducacao.uol.com.br/quimica/oxigenio.htm Biofísica – Módulo I – Fisioterapia – 2° Período By Rita Jardim presente no sangue difunde-se em direção contrária. Devido a esse processo, mediando o sistema respiratório e o sistema circulatório, o sangue venoso, concentrado em CO2 e convertido em sangue arterial rico em O2, é distribuído aos tecidos do organismo para provimento das reações metabólicas das células. Portanto, a difusão nos alvéolos pulmonares se estabelece por diferenças no gradiente de concentração dos capilares, onde o CO2 difunde-se do sangue venoso em direção ao meio externo, havendo a oxigenação do sangue a partir do mecanismo inverso com as moléculas de oxigênio na cavidade pulmonar. O DIAFRAGMA E A VENTILAÇÃO PULMONAR A respiração pulmonar é um processo em que ocorre a entrada de ar em nossos pulmões e sua posterior eliminação. A entrada do ar é importante, pois garante que oxigênio seja levado até o sangue para, então, ser distribuído às células. Além disso,a respiração permite que o gás carbônico produzido pelas células seja lançado para fora do corpo. Para que a respiração pulmonar aconteça, é fundamental a realização de dois movimentos respiratórios: inspiração e expiração. → Inspiração Na inspiração, o ar entra em nossos pulmões graças à ação integrada de várias estruturas. Os principais eventos que determinam a inspiração são: Contração dos músculos intercostais externos que promovem a elevação das costelas; A elevação das costelas que promove a movimentação do esterno para fora, desencadeando o aumento do diâmetro do tórax; O diafragma, músculo que separa a cavidade abdominal e torácica, contrai e abaixa o assoalho da cavidade torácica; O pulmão alarga-se; A pressão intrapulmonar diminui. A diminuição da pressão intrapulmonar, que chega a valores abaixo da pressão atmosférica, promove a entrada de ar nos pulmões. Quando o ar entra nos pulmões, a pressão atmosférica e a intrapulmonar ficam equilibradas temporariamente. https://mundoeducacao.uol.com.br/biologia/sistema-respiratorio.htm https://mundoeducacao.uol.com.br/biologia/hematose.htm Biofísica – Módulo I – Fisioterapia – 2° Período By Rita Jardim → Expiração Na expiração, o ar é expulso do nosso corpo de maneira passiva. O que se observa nesse movimento respiratório é o inverso do que ocorre na inspiração, assim, os eventos marcantes desse movimento são: Relaxamento dos músculos intercostais externos; Relaxamento do diafragma; Retorno ao tamanho de repouso da cavidade torácica; Retração dos pulmões; Aumento da pressão intrapulmonar. O aumento da pressão intrapulmonar força o ar para fora dos pulmões, lançando-o no meio. Quando o ar sai dos pulmões, a pressão atmosférica e a intrapulmonar ficam equilibradas temporariamente. A TENSÃO SUPERFICIAL E O SURFACTANTE O surfactante pulmonar é um líquido que reduz de forma significativa a tensão superficial dentro do alvéolo pulmonar, prevenindo o colapso durante a expiração. A tensão superficial é a força que atua através de uma linha imaginaria na superfície do liquido. Ela se origina porque as forças de atração entre as moléculas adjacentes do liquido são muito mais fortes do que aquelas entre o liquido e o gás, resultando em Biofísica – Módulo I – Fisioterapia – 2° Período By Rita Jardim diminuição da superfície liquida, gerando uma pressão dentro do alvéolo. Biofísica – Módulo I – Fisioterapia – 2° Período By Rita Jardim CONCEITOS FÍSICOS FUNDAMENTAIS Densidade (d): grandeza caracterizada pela razão entre massa por volume Viscosidade (η): grandeza caracterizada pela resistência intrínseca de um fluido ao escoamento. Pressão (P): grandeza caracterizada pela razão entre força por área. Tensão (T): estado de submissão de um material a forças unidirecionais opostas que tendem a gerar ruptura. Resiliência (Re): grandeza caracterizada pela resistência de um material à deformação (vulgarmente conhecido como Elastância – dada em % de restauração ao estado inicial após deformação. Complacência (C): grandeza caracterizada pela relação entre deformação volumétrica por unidade de tensão. FLUXO EM ESPAÇOS CILÍNDRICOS (VASOS) É entendido como fluido qualquer tipo de matéria que apresenta a propriedade de escoar ou fluir. Esses fluxos de fluidos sempre estão apoiados nas leis e princípios já destacados acima. Na natureza os fluxos são caracterizados nas diversas seguinte maneiras: Fluxo laminar: Nesse caso as partículas constituintes do fluido apresentam trajetórias bem definidas. Essas trajetórias formam camadas ou lâminas que preservam as propriedades e características do meio. O escoamento laminar aparece geralmente em baixas velocidades e em fluidos mais viscosos. Nesse tipo específico de escoamento a viscosidade do fluido age de maneira a amortecer o surgimento de turbulências. Velocidade em parábola Som agudo ou inaudível Fluxo Turbilhonar: Nesse caso as partículas constituintes do fluido apresentam trajetórias indefinidas. Isso quer dizer que as trajetórias são aleatórias e irregulares. Geralmente o escoamento turbulento aparece em fluidos menos viscosos como a água. Velocidade multidirecional Som grave e audível Biofísica – Módulo I – Fisioterapia – 2° Período By Rita Jardim CLASSIFICAÇÃO BÁSICA DO SISTEMA VASCULAR o sistema cardiovascular é formado pelo coração, artérias, veias e capilares, sendo esses três últimos denominados genericamente de vasos sanguíneos. É nesses vasos que o sangue circula, sendo levado para todas as partes do corpo, o que garante nutrição e oxigenação das células. Características dos vasos sanguíneos Geralmente os vasos sanguíneos são formados pelas seguintes camadas, também conhecidas como túnicas: túnica íntima, túnica média e túnica adventícia. A camada mais interna é a túnica íntima, e a mais externa é a adventícia. A túnica íntima é formada pelo endotélio, uma camada de tecido conjuntivo frouxo que ocasionalmente apresenta células musculares e uma lâmina elástica interna. A túnica média, por sua vez, é formada por tecido muscular liso associado a fibras elásticas. Por fim, a túnica adventícia é formada por tecido conjuntivo denso não modelado e tecido conjuntivo frouxo. → Artérias As artérias são vasos sanguíneos que levam sangue do coração para todos os tecidos. À medida que saem do coração, essas artérias tornam-se de menor calibre e cada vez mais ramificadas. O sangue, ao sair do coração, está sob uma alta pressão, o que poderia danificar as artérias se elas não possuíssem paredes elásticas e fortes. Nas artérias, percebe-se que a túnica média é bem mais desenvolvida quando comparada com as dos outros tipos de vasos sanguíneos. Túnica íntima: é a camada mais interna dos vasos sanguíneos. É formada por uma camada de células endoteliais que se apoia em uma camada de tecido conjuntivo frouxo (camada subendotelial). Separando a túnica íntima da média, há uma lâmina elástica interna, a qual apresenta elastina. Túnica média: destaca-se por ser rica em células musculares lisas. Entre essas células, existe uma matriz que contém, entre outros componentes, fibras e glicoproteínas. Pode- se observar entre a túnica média e a túnica adventícia a presença de uma lâmina elástica externa em artérias de calibre menor. Nas artérias de calibre maior, a túnica média apresenta-se bem espessa. Túnica adventícia: é a camada mais externa dos vasos sanguíneos e apresenta como principais componentes o colágeno e as fibras elásticas. Anteriormente, considerava-se que artérias eram vasos que transportavam apenas sangue rico em nutrientes e oxigênio, que recebia o nome de sangue https://mundoeducacao.uol.com.br/biologia/sistema-circulatorio.htm https://mundoeducacao.uol.com.br/biologia/coracao.htm https://mundoeducacao.uol.com.br/biologia/tecido-conjuntivo-1.htm https://mundoeducacao.uol.com.br/biologia/tecido-muscular.htm https://mundoeducacao.uol.com.br/biologia/tecido-conjuntivo-1.htm https://mundoeducacao.uol.com.br/biologia/tecido-muscular-liso.htm Biofísica – Módulo I – Fisioterapia – 2° Período By Rita Jardim arterial. Entretanto, hoje sabemos que isso não é verdade, pois existe a artéria pulmonar, que leva sangue pobre em oxigênio do coração ao pulmão para que ele possa ser oxigenado. → Veias As veias são vasos sanguíneos que transportam sangue proveniente dos tecidos para o coração. As veias maiores resultam da convergência de vasos sanguíneos, que tornam a veia mais calibrosa à medida que se aproxima do coração. Quando comparadas às artérias, verificamos que a túnica média das veias é menos musculosa e com menos fibras elásticas.Túnica íntima: é formada por células endoteliais que ficam apoiadas em uma camada de tecido conjuntivo frouxo. Nas veias essa túnica é fina. Túnica média: é formada, principalmente, por células musculares lisas, e entre elas é encontrada uma matriz extracelular composta, entre outros componentes, por fibras elásticas. A túnica média desses vasos sanguíneos apresenta menos músculo e fibras elásticas do que essa camada nas artérias. Túnica adventícia: Na túnica adventícia, observa-se a presença, principalmente, de colágeno e fibras elásticas. Nas veias essa é a camada mais desenvolvida. Normalmente o sangue transportado pelas veias é rico em gás carbônico e pobre em nutrientes, por isso, esse tipo de sangue era chamado anteriormente de sangue venoso. Vale destacar, no entanto, que as veias também transportam sangue rico em oxigênio, que é o caso da veia pulmonar. Diferentemente das artérias, a pressão nas veias é menor. Para que o sangue consiga vencer a força da gravidade e a baixa pressão para retornar ao coração, as veias possuem válvulas que evitam o refluxo de sangue. → Capilares Os capilares são vasos sanguíneos que apresentam como função principal realizar trocas entre o sangue e os tecidos, garantindo que nutrientes e oxigênio sejam passados para as células. Por causa dessa função, é importante que esses vasos sejam delgados. Normalmente os capilares são formados por uma única camada de células https://mundoeducacao.uol.com.br/biologia/tecido-conjuntivo-1.htm Biofísica – Módulo I – Fisioterapia – 2° Período By Rita Jardim endoteliais e seu diâmetro fica em torno de 8 mm. VASOCONSTRIÇÃO SIMPÁTICA O Sistema Nervoso Simpático promove a vasoconstrição de arteríolas periféricas, diminuindo a perfusão e hematose dos membros e da pele. Isso ocorre principalmente na regulação térmica e pressórica. Biofísica – Módulo I – Fisioterapia – 2° Período By Rita Jardim A ANATOMIA DO CORAÇÃO Coração é um órgão muscular que, por meio da sua contração, garante o bombeamento do sangue para as diferentes partes do corpo. O bombeamento do sangue é fundamental para que nutrientes e oxigênio cheguem a todas as células e que os resíduos do metabolismo sejam levados até locais adequados para sua eliminação. Características do coração O Coração é um órgão localizado na parte inferior do mediastino médio. Encontra-se na cavidade torácica, mais precisamente na região posterior ao osso esterno e acima do músculo diafragma. Esse órgão tem o tamanho aproximado de uma mão fechada e apresenta maior parte da sua massa à esquerda da linha mediana. O coração possui um formato de cone invertido, com seu ápice voltado para baixo, e seu peso é de cerca de 300 g. O coração é um órgão formado, principalmente, por tecido muscular estriado cardíaco, o qual se caracteriza por apresentar contração involuntária. Esse órgão realiza contrações e relaxamentos que seguem um ritmo cíclico. Sua contração garante o bombeamento de sangue, enquanto seu relaxamento permite que as câmaras se encham dele. A fase de contração recebe a denominação de sístole, enquanto a fase de relaxamento é denominada diástole. O coração apresenta paredes constituídas por três camadas: Endocárdio: é a camada mais interna e é formado por endotélio que está sobre uma camada subendotelial delgada de tecido conjuntivo. Essa última camada conecta-se ao miocárdio por uma camada de tecido conjuntivo que apresenta nervos, veias e alguns ramos do sistema responsável pela condução do impulso do coração. O endocárdio reveste as cavidades do coração, as válvulas e os músculos associados com as válvulas. Miocárdio: é a camada média do coração e a mais espessa. O miocárdio é rico em células musculares cardíacas, sendo a camada responsável pela capacidade de contração desse órgão. O miocárdio do ventrículo esquerdo é mais espesso que o do ventrículo direito. Isso se deve ao fato de que a contração nessa região deve ser mais https://mundoeducacao.uol.com.br/quimica/oxigenio.htm Biofísica – Módulo I – Fisioterapia – 2° Período By Rita Jardim vigorosa, de modo a garantir que o sangue siga para o corpo. Pericárdio: é uma espécie de saco invaginado constituído de uma camada mais externa, chamada de pericárdio parietal, e de uma camada mais interna, chamada de pericárdio visceral. É este último que adere ao coração e forma a camada mais externa do órgão (epicárdio). Cavidades do coração O coração humano é formado por quatro cavidades, assim como o de todos os mamíferos. Nesse órgão é possível observar dois átrios e dois ventrículos. Átrios: apresentam paredes relativamente delgadas e funcionam como câmaras receptoras de sangue. O átrio esquerdo recebe o sangue proveniente do pulmão, enquanto o direito recebe o que vem de outras partes do corpo, com exceção do pulmão. Dessas cavidades o sangue segue para os ventrículos. Ventrículos: apresentam paredes mais grossas — uma característica importante, uma vez que sua contração garante que o sangue siga para os pulmões e outras partes do corpo. A contração do ventrículo direito impulsiona-o em direção aos pulmões, enquanto a do esquerdo garante o seu impulso ao restante do corpo. Caminho do sangue dentro do coração O coração funciona como uma espécie de bomba que garante o impulsionamento do sangue para todas as partes do corpo. O sangue, proveniente das várias partes do corpo, com exceção do pulmão, chega ao coração pelo átrio direito. As veias cavas superior e inferior trazem sangue do corpo e desembocam-no nessa cavidade, assim como o seio coronário, o qual é responsável por drenar o sangue presente no coração. Após chegar ao átrio direito, o sangue segue em direção ao ventrículo direito. Do ventrículo, ele parte em direção aos pulmões, sendo levado pela artéria pulmonar. Nos pulmões, o sangue, que até então estava rico em gás carbônico, recebe o oxigênio proveniente da respiração, tornando-se oxigenado. O sangue oxigenado retorna então para o coração por meio das veias pulmonares. Essas veias desembocam no átrio esquerdo. O sangue, daí, segue para o ventrículo esquerdo, local de onde será impulsionado para todo o corpo, com exceção do pulmão, sendo levado pela artéria aorta. https://mundoeducacao.uol.com.br/biologia/classe-mammalia.htm https://mundoeducacao.uol.com.br/biologia/movimentos-respiratorios.htm Biofísica – Módulo I – Fisioterapia – 2° Período By Rita Jardim CONCEITOS IMPORTANTES Difusão Difusão é o fenômeno de espalhamento de uma substância menos abundante (soluto) em outra substância miscível mais abundante (solvente) atingindo a distribuição uniforme de ambos. Soluto É a substância que se encontra dispersa no solvente. Corresponde a substância que será dissolvida e, geralmente, apresenta-se em menor quantidade na solução. Solvente É a substância na qual o soluto será dissolvido para formação de um novo produto. Apresenta-se em maior quantidade na solução. Solução Uma solução pode ser definida como a mistura homogênea de duas ou mais substâncias. EXEMPLOS DE SOLUTO E SOLVENTE Água e sal Soluto: Sal de cozinha - Cloreto de sódio (NaCl) Solvente: Água Por se tratar de um composto iônico, o cloreto de sódio na solução dissocia-se e forma íons que, por sua vez, são solvatados por moléculas de água. O polo positivo da água (H+) interage com o ânion do sal (Cl-) e o polo negativo da água (O2-) interage com o cátion (Na+). Esse é um tipo de solução eletrolítica, pois as espécies iônicas em solução são capazes de conduzir corrente elétrica. Água e açúcar Soluto:Açúcar - Sacarose (C12H22O11) Solvente: Água O açúcar é um composto covalente e quando dissolvido em água as moléculas se dispersam, mas não alteram a sua identidade. Essa solução aquosa é classificada como não eletrolítica, pois o soluto disperso em solução é neutro e, por isso, não reage com a água. https://www.todamateria.com.br/agua/ https://www.todamateria.com.br/o-que-e-molecula/ Biofísica – Módulo I – Fisioterapia – 2° Período By Rita Jardim Uma importante regra para solubilidade é que semelhante dissolve semelhante. Compostos polares são dissolvidos em solventes polares, enquanto que substâncias apolares dissolvem-se em solventes apolares. Mistura homogênea É uma solução que apresenta uma única fase. Ex: água e sal Mistura heterogênea Apresenta duas ou mais fases. Ex: água e óleo Fase é cada porção que apresenta aspecto visual uniforme. A dissociação iônica é a separação de íons que ocorre a partir de compostos iônicos dissolvidos em água. A água interage com os íons e provoca a sua separação, um fenômeno denominado de solvatação. Ele observou que algumas substâncias quando colocadas em água podiam conduzir eletricidade. Assim, Arrhenius sugeriu que nas soluções aquosas deviam existir partículas carregadas eletricamente, os íons. É importante ressaltar que apenas as substâncias iônicas, como sais e bases, sofrem dissociação quando em soluções ou fundidos. Processo Para exemplificar o processo de dissociação, podemos utilizar o NaCl, o sal de cozinha. Quando o NaCl é colocado em água, temos a seguinte equação: O NaCl é um composto iônico, por isso os íons já existiam, o que ocorreu foi apenas a separação entre eles através da ação da água. Agora temos um outro exemplo utilizando uma base: O NaOH, uma base, quando colocado em água, a ligação entre o Na+ e OH- é rompida e os mesmos são liberados no meio. Lembre-se que as bases são substâncias que liberam íons hidroxila (ânions OH–) em solução aquosa. É importante ressaltar que os íons livres em soluções aquosas podem conduzir eletricidade. DISSOCIAÇÃO E IONIZAÇÃO Entenda a diferença entre dissociação iônica e ionização: DISSOCIAÇÃO IÔNICA https://www.todamateria.com.br/ionizacao/ Biofísica – Módulo I – Fisioterapia – 2° Período By Rita Jardim Dissociação iônica: É o processo físico de separação de íons que ocorre em sais e bases. Ionização: É uma reação química que origina íons a partir de ácidos colocados em água. Assim, a ionização é o processo de formação de íons. Exemplo: No caso do HCl (ácido clorídrico), a ligação química entre o H e Cl é quebrada e formam- se os íons H+ e Cl-. Em comum, na dissociação e ionização os elétrons livres podem conduzir eletricidade. Tal situação não ocorre, por exemplo, com o açúcar (C12H22O11) que não forma íons em solução aquosa. Portanto, não há condução de eletricidade e o açúcar apenas se dissolve na água. DIFUSÃO Sob as mesmas condições de temperatura e pressão, as taxas de difusão (r) dos gases são inversamente proporcionais às raízes quadradas de suas massas molares Tais fenômenos levaram os fisiologias a proporem a chamada Constante de Difusão (K) para gases, que relaciona a velocidade de difusão diretamente à pressão parcial de cada gás específico na fase gasosa e é definida como: o número de centímetros cúbicos de um gás que se difunde em 1 minuto, através de uma área de 1cm2, quando o gradiente de pressão é 1atm por centímetro. O tempo de difusão aumenta com o quadrado da distância média total. Equação de Fick Basicamente diz que, quanto mais próximo da homogeneidade, ou seja, quanto menor o gradiente de concentração, menor será a velocidade de diluição. Biofísica – Módulo I – Fisioterapia – 2° Período By Rita Jardim 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. Quando as substâncias estão igualmente distribuídas, não há mais um gradiente de concentração. OSMOSE É o movimento de água entre duas soluções com diferentes concentrações de soluto quando as soluções são separadas por uma membrana semipermeável Molaridade (M): número de mols de um soluto (n) por volume (V) de solução. Osmolaridade (Osm): número de partículas (i) dissociadas por volume (V) de solução. Pressão Osmótica (π): pressão hidrosalina (π) exercida por uma solução conforme sua osmolaridade (Osm) sob determinadas condições de temperatura (T) em Kelvin e de pressão (P) em atm. Equação de van’t Hoff Um composto dissociável aumenta a pressão osmótica em dobro. Exemplo: Cloreto de sódio Quando o NaCl é colocado em água os íons se separam. Supondo que há uma concentração de 10 NaCl em uma solução aquosa, após a separação dos íons, será 10 Na+ e 10 Cl-, ou seja, a pressão osmótica aumentará 20 vezes e não 10. Esse fenômeno explica porque uma pessoa hipertensa não pode fazer um consumo alto de sal, pois, como vimos, o sal aumenta em dobro a pressão. Esse processo, no entanto, não ocorre com substancias que não são dissociáveis como a glicose por exemplo. Em uma solução aquosa, uma concentração de 10 C6H12O6 (glicose) aumentará a pressão osmótica somente 10 vezes, pois o composto não sofrerá dissociação iônica. Dessa forma, em caso de compostos não dissociáveis, a pressão osmótica aumenta de acordo com a quantidade de moléculas. Quanto maior a concentração iônica na solução, maior será sua pressão osmótica. GRADIENTE DE CONCENTRAÇÃO Biofísica – Módulo I – Fisioterapia – 2° Período By Rita Jardim COEFICIENTE DE REFLEXÃO A permeabilidade de um soluto em relação a uma certa membrana é caracterizada pelo seu coeficiente de reflexão, de modo que 0 representa total permissividade da membrana ao íon e 1 representa total reflexão da membrana ao íon. Quanto maior a pressão, maior será o número de partículas que vão permear a membrana. Equilíbrio donnan Equilíbrio de forças física e química que permite dois ambientes preservarem um gradiente de concentração. É um nome para o comportamento de partículas carregadas perto de uma membrana semipermeável que às vezes não consegue se distribuir uniformemente pelos dois lados da membrana. A causa usual é a presença de uma substância carregada diferente que é incapaz de atravessar a membrana e, portanto, cria uma carga elétrica desigual. Por exemplo, as grandes proteínas aniônicas no plasma sanguíneo não são permeáveis a paredes capilares . Como os pequenos cátions são atraídos, mas não estão ligados às proteínas, os pequenos ânions cruzarão as paredes capilares para longe das proteínas aniônicas mais prontamente do que os pequenos cátions. Assim, algumas espécies iônicas podem passar pela barreira, enquanto outras não. As soluções podem ser géis ou colóides , bem como soluções de eletrólitos. Estabelece-se uma “situação de equilíbrio, com distribuição desigual de íons difusíveis e carga elétrica resultante. O potencial elétrico que surge entre duas dessas soluções é denominado potencial de Donnan. https://stringfixer.com/pt/Ions https://stringfixer.com/pt/Semi-permeable_membrane https://stringfixer.com/pt/Electrical_charge https://stringfixer.com/pt/Anion https://stringfixer.com/pt/Blood_plasma https://stringfixer.com/pt/Blood_plasma https://stringfixer.com/pt/Capillary https://stringfixer.com/pt/Cation https://stringfixer.com/pt/Gel https://stringfixer.com/pt/Colloid https://stringfixer.com/pt/Electrolytehttps://stringfixer.com/pt/Electric_potential https://stringfixer.com/pt/Donnan_potential https://stringfixer.com/pt/Donnan_potential Biofísica – Módulo I – Fisioterapia – 2° Período By Rita Jardim O QUE É SOM? Trata-se de um tipo de onda mecânica, longitudinal e tridimensional, sendo um dos principais tipos de ondas presentes em nosso cotidiano. O som é uma onda do tipo mecânica, pois precisa de um meio para propagar-se, e é tridimensional, já que pode ser percebida em todas as direções. O fato de ser tridimensional restringe a sua forma de propagação, que não pode ser transversal, mas, sim, longitudinal, isto é, as ondas terão uma direção de propagação paralela à vibração que as gerou. As ondas eletromagnéticas são uma exceção, pois, mesmo sendo tridimensionais, a sua forma de propagação é transversal. Espectro sonoro O ouvido humano pode perceber sons apenas dentro de um intervalo de frequências, que vai de, no mínimo, 20 Hz até o máximo de 20.000 Hz. Os sons abaixo do mínimo audível são denominados de infrassons e aqueles acima do máximo audível pelo ser humano são denominados de ultrassons. O espectro sonoro mostra as regiões da audição humana, bem como as regiões de infra e ultrassons. O que para nós pode ser infrassom ou ultrassom pode ser som audível para alguns animais, como os cães. Audição O ser humano utiliza o som, em conjunto com outros tipos de estímulos, proveniente do ambiente para perceber o mundo a sua volta, o que faz com que emoções e sentimos sejam despertos. A audição é, dentre todos os sentidos humanos, o primeiro a ter o desenvolvimento completo em termos de origem. O seu funcionamento tem início por volta das 16 semanas de gestação, quando já é possível o feto responder a estímulos provenientes do corpo materno e do ambiente externo. Esses estímulos são mecânicos, por meio de ondas sonoras as estruturas que compõem o sistema auditivo captam, transformam e transmite ao córtex cerebral, onde serão interpretados e armazenados. O sistema auditivo é dividido em três partes descritas abaixo. O processo da audição ocorre em duas etapas: o mecânico, que acontece na orelha externa e média, e o mecânico/elétrico, que decorre na orelha interna. Orelha externa – constituída pelo pavilhão auricular e o canal auditivo. Orelha média – membrana timpânica e cadeia de ossículos. Orelha interna – cóclea, sistema vestibular e nervo auditivo. https://brasilescola.uol.com.br/fisica/ondas.htm https://brasilescola.uol.com.br/fisica/o-que-sao-ondas-eletromagneticas.htm https://brasilescola.uol.com.br/fisica/o-que-sao-ondas-eletromagneticas.htm https://brasilescola.uol.com.br/fisica/a-audicao-humana.htm https://www.infoescola.com/sentidos/ https://www.infoescola.com/fisica/ondas-sonoras/ Biofísica – Módulo I – Fisioterapia – 2° Período By Rita Jardim FISIOLOGIA DA AUDIÇÃO A vibração da onda sonora se propaga no meio e produz sons que são audíveis à orelha do ser humano. A frequência de som percebida pelo ser humano está entre 20 Hz e 20.000 Hz. Contudo, esses valores podem variar com o avanço da idade, onde pode existir a presbiacusia (perda auditiva). Na orelha externa, o som (energia sonora) é captado pelo pavilhão auricular, que funciona como um funil a fim de concentrar melhor a coleta dos sons. Os estímulos sonoros são direcionados para o meato acústico externo, onde são amplificados. Essa estrutura funciona também como auxílio na localização da fonte sonora (através da pressão que o som exerce na orelha). O som passa pelo canal auditivo externo e segue pela membrana timpânica, sendo transformada em energia mecânica e transmitida aos ossículos. A orelha externa funciona também como proteção ao sistema auditivo: há presença de pelos, glândulas sebáceas e ceruminosas que protegem contra a entrada de agentes patogênicos e estranhos; e controle da temperatura e umidade. Os estímulos atingem a membrana do tímpano, que vibra e se desloca em um movimento de para dentro e para fora da orelha média (conforme um pistão). As estruturas dos ossículos transmitem as vibrações pela base do estribo e bigorna até o cabo do martelo, onde são propagados pelo fluido que está presente na cóclea, estrutura da orelha interna. Ocorre então a transformação do estímulo mecânico em energia hidrodinâmica. Os estímulos são conduzidos até o vestíbulo pela janela oval, onde existe a perilinfa, se desloca pela rampa vestibular e atinge a helicotrema, retornando pela rampa timpânica. Ao chegar na janela oval, os estímulos são direcionados à caixa timpânica. A diferença de pressão hidrostática é aplicada sobre a membrana basilar. Sobre a membrana basilar há o órgão de Corti, uma estrutura que transforma a energia mecânica em energia elétrica. Nela, existem cinco tipos de células que realizam essa transdução: células ciliadas internas, células ciliadas externas (amplificam o impulso nervoso), células de sustentação (Deiters, Hensen, Claudius), estereocílios das células ciliadas e o nervo auditivo (coclear). Os estímulos são transformados em impulsos nervosos e conduzidos ao córtex cerebral onde serão decodificados pelo cérebro, que processa, interpreta e analisa. https://www.infoescola.com/sistema-exocrino/glandulas-sebaceas/ https://www.infoescola.com/audicao/timpano/ https://www.infoescola.com/audicao/coclea/ https://www.infoescola.com/fisica/energia-mecanica/ https://www.infoescola.com/fisica/energia-mecanica/ https://www.infoescola.com/biologia/cortex-cerebral/ https://www.infoescola.com/biologia/cortex-cerebral/ https://www.infoescola.com/anatomia-humana/cerebro/ Biofísica – Módulo I – Fisioterapia – 2° Período By Rita Jardim Biofísica – Módulo I – Fisioterapia – 2° Período By Rita Jardim O olho humano é formado por um conjunto complexo de elementos que atuam de forma específica para que o ato de olhar, ver ou enxergar ocorra. Primeiramente existem aquelas estruturas responsáveis pela captação da luz e desempenham função ótica, posteriormente aparecem os elementos que transformam o impulso luminoso em impulso elétrico, através de reações químicas. De forma simplificada o olho é formado por: córnea, íris, pupila, cristalino, retina, esclera e nervo ótico. Córnea: É a primeira estrutura do olho que a luz atinge. A córnea se constitui de cinco camadas de tecido transparente e resistente. A camada mais externa, o Epitélio, possui uma capacidade regenerativa muito grande e se recupera rapidamente de lesões superficiais. As quatro camadas seguintes, mais internas, são que proporcionam uma rigidez e protegem o olho de infecções. Íris: A porção visível e colorida do olho, logo atrás da córnea. Possui músculos em disposição tal que possam aumentar ou diminuir a pupila, a fim de que o olho possa receber mais ou menos luz, conforme as condições de luminosidade do ambiente. Pupila: É a abertura central da íris, através da qual a luz passa para alcançar o cristalino. Cristalino: É quem ajusta na retina o foco da luz que vem através da pupila. Tem a capacidade de, discretamente, aumentar ou diminuir sua superfície curva anterior, a fim de se ajustar às diferentes necessidades de focalização das imagens, próximas ou distantes. Esta capacidade se chama "acomodação". Retina: É a membrana que preenche a parede interna em volta do olho, que recebe a luz focalizada pelo cristalino. Contém fotorreceptores que transformam a luz em impulsos elétricos, que o cérebro pode interpretar como imagens. Existem na retina dois tipos de receptores: bastonetes(+ ou - 120 milhões) e cones (+ ou - 7 milhões), que se localizam em torno da fóvea. Cada receptor comporta em torno de 4 milhões de moléculas, ricas em rodopsina, que é capazde absorver quanta luminosos decompondo- se em duas outras moléculas. Nervo Óptico: Transporta os impulsos elétricos do olho para o centro de processamento do cérebro, para a devida interpretação. Esclera: É o nome da capa externa, fibrosa, branca e rígida que envolve o olho, e contínua com a córnea. É a estrutura que dá forma ao globo ocular O globo ocular está localizado em cada uma das duas cavidades orbitárias, que são Biofísica – Módulo I – Fisioterapia – 2° Período By Rita Jardim largas e profundas, situadas entre a face e o crânio. Os estímulos que são captados pelos olhos, são assimilados pelo cérebro que engendra uma imagem tridimensional única. No olho está presente o cristalino, cuja função consiste em sua adaptação para suprir as necessidades solicitadas pela visão, funcionando como uma lente. Há também a retina que contém as células fotossensíveis que são responsáveis por detectar as cores e os estímulos luminosos. No olho ainda estão presentes as estruturas da córnea (primeira e mais poderosa superfície que a luz atravessa) e os nervos ópticos (meio de transporte das informações entre a retina e o cérebro). Biofísica – Módulo I – Fisioterapia – 2° Período By Rita Jardim RADIAÇÃO Radiação é o processo por meio do qual ocorrem mudanças na estrutura nuclear dos átomos: Enquanto reações químicas envolvem alterações na eletrosfera, reações radioativas envolvem alterações no núcleo • Portanto, o núcleo de um determinado elemento químico é alterado Radiação é um processo físico de emissão (saída) e de propagação (deslocamento) de energia por meio de partículas ou de ondas eletromagnéticas em movimento. Esse processo pode ocorrer em um meio material ou no espaço (vácuo). São exemplos de radiações bastante conhecidas e comentadas: alfa, beta, gama, raio X, ultravioleta, luz visível, ondas de rádio, infravermelha, micro-ondas, etc. Radioatividade Radioatividade é um fenômeno nuclear que resulta da emissão de energia por átomos, provocada em decorrência de uma desintegração, ou instabilidade, de elementos químicos. Uma reação nuclear é diferente de uma reação química. Em transformações nucleares o núcleo do átomo sofre alterações, já as reações químicas ocorrem na eletrosfera do átomo. Desta forma, um átomo pode se transformar em outro átomo e, quando isso acontece, significa que ele é radioativo. Tipos de Radioatividade A radioatividade das partículas Alfa, Beta e das ondas Gama são as mais comuns. O tipo de radiação determina o poder de penetração na matéria, que são, respectivamente, baixa, média e alta. Emissões Alfa São partículas pesadas de carga positiva, que possuem carga elétrica +2 e massa igual a 4. Por possuir 2 prótons e 2 nêutrons, seu núcleo é comparado ao do elemento químico hélio, e por isso, alguns autores também a chamam de “hélion”. Biofísica – Módulo I – Fisioterapia – 2° Período By Rita Jardim Possui pequeno poder de penetração, e por isso a sua radioatividade pode ser impedida por uma folha de papel. Emissões Beta São partículas leves, de carga negativa e que não contêm massa. O elétron da partícula é produzido por reações nucleares a partir de um nêutron e possui alta velocidade. Nessa reação, um nêutron instável se desintegra, convertendo-se em um próton, que permanece no núcleo, há a emissão de um elétron em alta velocidade e do neutrino, cuja massa e carga são desprezíveis. Possui poder de penetração superior a radioatividade alfa, podendo penetrar uma folha de papel, mas não uma placa de metal. Emissões Gama São ondas eletromagnéticas de altíssima frequência e que não possuem massa e carga elétrica. A sua capacidade de penetração é superior aos raios-X e faz com que a sua radioatividade passe tanto pelo papel como pelo metal. Como podemos ver a seguir, as radiações diferem no poder de penetração. A radiação gama é bem mais penetrante que os outros dois tipos devido o seu comprimento de onda ser bem menor, podendo facilmente atravessar todo o nosso organismo. RAIO X E TOMOGRAFIA • Ambos os métodos obtêm imagens conforme a incidência de elétrons emitidos que incidem, refletem e refratam nos tecidos, marcando uma superfície posterior ao tecido. A Tomografia é como se fossem inúmeros Raio-X, incididos em diversas angulações. https://www.todamateria.com.br/eletron/ https://www.todamateria.com.br/ondas-eletromagneticas/ Biofísica – Módulo I – Fisioterapia – 2° Período By Rita Jardim Raios x são elétrons (ondas beta) de maior frequência que a luz visível Como funciona o Raio-X: A Máquina O controle da intensidade, penetração e contraste dos raios-x nos tecidos varia conforme a diferença de potencial assumida pelo acelerador de elétrons (motor). Quando o aparelho é ligado, o gerador de raios X produz um feixe de radiação. Essas partículas saem pela abertura do equipamento e são irradiadas até atingirem a parte do corpo que será examinada. Em seguida, a radiação atravessa o corpo do paciente, e uma parte dela é absorvida pelas estruturas anatômicas. Os raios não absorvidos se chocam contra uma chapa feita de material sensível à radiação, que pode estar sob o paciente ou atrás da parte do corpo estudada, e é nesse momento que as imagens são registradas. Como expliquei alguns tópicos atrás, nos aparelhos convencionais, é necessário revelar um filme para ver as imagens. Já na radiografia digital, seja direta ou indireta, as imagens são formadas em pixels. A versão indireta usa uma chapa eletrônica para registrar as imagens que, em seguida, são escaneadas para visualização no computador. Na radiografia digital direta, por sua vez, a chapa sensível envia os dados diretamente ao computador, que conta com um software específico para transformar as informações em imagens A energia utilizada pelo equipamento de raio- X é a radiação ionizante. Por ser capaz de modificar a estrutura das células, ela está relacionada a alguns tipos de câncer. Também pode causar reações simples, como eritemas (vermelhidão no local exposto aos raios X) e queimaduras. Entretanto, os riscos são muito inferiores aos benefícios. Além disso, os aparelhos modernos contam com tecnologias de controle da radiação, de forma a expor o paciente à menor quantidade necessária para o registro das imagens. Quais são as características das imagens radiográficas? As imagens geradas pela radiografia são semelhantes a negativos de fotografias. Elas mostram as estruturas anatômicas em duas dimensões, em tons de cinza. A tonalidade pode ser mais ou menos intensa, dependendo da densidade dos tecidos mostrados. Afinal, quando a radiação atravessa a parte do corpo examinada, é absorvida pelos tecidos de forma diferente. Biofísica – Módulo I – Fisioterapia – 2° Período By Rita Jardim Os mais densos e duros, como os ossos, absorvem mais raios X, permitindo que uma pequena quantidade os atravesse e se choque com a placa sensível do equipamento de radiografia. Por isso, aparecem claros nas imagens registradas. Por outro lado, tecidos menos densos, como órgãos e partes moles, absorvem pouca radiação, permitindo que a maior parte dos raios os atravesse e cheguem até a placa sensível. Com a maior intensidade, a radiação queima o material fotossensível, de modo que essas áreas aparecem mais escuras. Quanto mais radiopaco, mais branco. Quanto mais radioluminescente, mais escuro. ULTRASSONOGRAFIA Ultrassom, como o nome refere, é uma onda sonora e, portanto, mecânica. Essas ondas têm frequência entre 2- 20∙106 Hertz (faixas não audíveis). Detectam a parcela de ondas refletidas (o que varia conforme a estrutura do tecido)e convertem-na em uma imagem. A ultrassonografia é um exame que utiliza ondas sonoras para gerar imagens do corpo humano. É um método muito utilizado, por exemplo, para o acompanhamento pré- natal e para avaliação de estruturas de partes moles. Além disso, a ultrassonografia também pode ser utilizada para guiar procedimentos intervencionistas, como biópsias e cirurgias. O ultrassom é um procedimento seguro, de baixo custo, não invasivo e que não utiliza radiação ionizante. Portanto, é uma ótima ferramenta diagnóstica quando nas mãos de um radiologista habilidoso. Na ultrassonografia, o ultrassom é a produção de ondas sonoras de alta frequência que não podem ser ouvidas pela audição humana. As imagens geradas por ultrassom são baseadas nos mesmos princípios que envolvem o sonar utilizado por morcegos, navios e pescadores. Ou seja, quando uma onda sonora atinge um determinado objeto, ela reverbera ou reflete. Ao medir essas ondas de eco, é possível determinar a distância do objeto, bem como o tamanho, forma e, com certo grau de certeza, a consistência. Permite dizer, por exemplo, se a estrutura é sólida ou líquida. O exame de ultrassonografia utiliza uma pequena sonda, chamada de transdutor, e um gel condutor especial que é espalhado sobre a pele. As ondas sonoras de alta frequência são emitidas do transdutor, passam pelo gel e, por fim, para o corpo, sendo refletidas. Assim, o transdutor capta as ondas sonoras que refletem dos órgãos. Por sua vez, estas ondas são transmitidas para um computador que irá gerar a imagem em tempo real. Um ou mais quadros das imagens em movimento são capturados como imagens estáticas. Pequenos loops de https://www.nova.med.br/ https://pt.wikipedia.org/wiki/Sonar Biofísica – Módulo I – Fisioterapia – 2° Período By Rita Jardim vídeo das imagens também podem ser salvos. Como as imagens são capturadas em tempo real, elas são capazes de mostrar a estrutura e o movimento dos órgãos internos do corpo. Aliás, a ultrassonografia, utilizando uma técnica especial chamada de ultrassom com Doppler, também pode mostrar em tempo real o sangue em movimento através dos vasos sanguíneos. Por isso, o ultrassom é um exame tão utilizado e que pode ajudar os médicos a diagnosticarem e tratarem condições clínicas de maneira não invasiva, simples e rápida. Biofísica – Módulo I – Fisioterapia – 2° Período By Rita Jardim OSMOLARIDADE A osmolaridade é defina pela concentração de solutos em um meio aquoso. A diferença de osmolaridade entre dois espaços contendo líquidos, separados por uma membrana semipermeável – que permite a passagem de água, mas não de solutos-, cria uma pressão osmótica, que, determina passagem de água do meio menos concentrado (hipoosmolar) para o meio mais concentrado (hiperosmolar), até que se obtenha um equilíbrio osmolar entre os compartimentos. No corpo humano, como era de se esperar, existe equilíbrio osmolar entre o líquido intracelular e extracelular. O principal soluto responsável pela osmolaridade plasmática é o sódio, enquanto o potássio é responsável pela osmolaridade intracelular. Outros solutos podem influencia a osmolaridade plasmática: CL, HCO3, glicose e uréia. Desequilíbrios entre as osmolaridades intra e extravascular determinam deslocamento anômalo de líquido para o compartimento com maior osmolaridade. O objetivo disso é diluir o soluto e manter constante a osmolaridade. Volume Intravascular O volume intravascular é regulado de maneira fina, principalmente porque, mínimas alterações de volume nesse compartimento resultam em alterações significativas na pressão arterial. E, essa necessita ser mantida dentro da faixa da normalidade para evitar danos ao organismo. A pressão arterial deve ser entendia como a pressão exercida pelo sangue contra as artérias, no momento em que é bombeado pelo coração. A partir dessa compreensão podemos inferir que aumento do volume sanguíneo resulta também em aumento da pressão arterial, e o contrário também é verdadeiro. Pressão arterial alta: O organismo entende que existe volume de líquido excessivo no meio intravascular e, portanto, os rins atuam aumentando a eliminação urinária de sal e água, reduzindo esse volume e normalizando a pressão. Pressão arterial baixa: O organismo entende que o volume de líquido intravascular está insuficiente, então, os rins passam a reter sal e água, aumentando o volume sanguíneo e elevando a pressão para níveis normais. PRESSÃO Pressão é a relação entre uma determinada força e sua área de distribuição. O termo pressão é utilizado em diversas áreas da ciência como uma grandeza escalar que mensura a ação de uma ou mais forças sobre um determinado espaço, podendo este ser líquido, gasoso ou mesmo sólido. Biofísica – Módulo I – Fisioterapia – 2° Período By Rita Jardim Pressão hidrostática É a pressão que o volume sanguíneo exerce na parede do vaso. Pressão oncótica É a pressão exercida na parede dos vasos em função do coeficiente de reflexão dos solutos sobre uma membrana. Pressão osmótica É a pressão exercida na parede dos vasos em função do número de partículas dissociadas.
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