Aula 4 Sistema auditivo - Biofísica

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Biofísica aplicada à 
Biomedicina
Prof. Eduardo de Matos Rodrigues
eduardo.rodrigues@unifran.edu.br
Sistema auditivo 
• Grandezas físicas
• Introdução
• Ouvido externo
• Ouvido médio
• Ouvido interno
• Cérebro
Sistema auditivo
• Grandezas físicas
• Devivada (provenientes das fundamentais)
• Pressão
• Definição: Força aplicada em uma determinada área
• Nome da unidade: pascal (N/m²)
• Símbolo da unidade: Pa
• Derivação: massa, comprimento e tempo
Sistema auditivo
• Grandezas físicas
• Devivada (provenientes das fundamentais)
• Pressão
Força
𝐏𝐫𝐞𝐬𝐬ã𝐨 (𝐏) =
𝐅𝐨𝐫ç𝐚 (𝐅)
Á𝐫𝐞𝐚 (𝐀)
Sistema auditivo
• Grandezas físicas
• Devivada (provenientes das fundamentais)
• Pressão
=
𝐅
𝐀
A força não alterou
𝑷 =
𝐅
𝐀
𝐏
A área diminuiu
Sistema auditivo
• Grandezas físicas
• Devivada (provenientes das fundamentais)
• Pressão
=
𝐅
𝐀
A pressão aumentou
𝐏 =
𝐅
𝐀
𝐏
Sistema auditivo
• Grandezas físicas
• Devivada (provenientes das fundamentais)
• Pressão
Força
Força
Pressão
Pressão
Sistema auditivo
• Grandezas físicas
• Devivada (provenientes das fundamentais)
• Pressão
Sistema auditivo
• Grandezas físicas
• Devivada (provenientes das fundamentais)
• Densidade
• Definição: É a quantidade de matéria (massa) que um 
corpo ocupa em um determinado espaço (volume)
• Nome da unidade: Kilograma por metro cúbico
• Símbolo da unidade: kg/m³
• Derivação: massa e comprimento
Sistema auditivo
• Grandezas físicas
• Devivada (provenientes das fundamentais)
• Densidade
𝐃𝐞𝐧𝐬𝐢𝐝𝐚𝐝𝐞 (𝐃) =
𝐌𝐚𝐬𝐬𝐚 (𝐦)
𝐕𝐨𝐥𝐮𝐦𝐞 (𝐕)
Sistema auditivo
• Grandezas físicas
• Devivada (provenientes das fundamentais)
• Densidade
=
𝐕
𝐦
A massa aumentou
=
𝐕
𝐦
𝐃 𝐃
O volume não alterou
Sistema auditivo
• Grandezas físicas
• Devivada (provenientes das fundamentais)
• Densidade
A densidade aumentou
=
𝐕
𝐦
𝐃 =
𝐕
𝐦
𝐃
Sistema auditivo
• Grandezas físicas
• Devivada (provenientes das fundamentais)
• Densidade
Exemplo:
𝐃 =
𝟖𝐠
𝟏 𝐜𝐦³
𝐃 = 𝟖
𝐠
𝐜𝐦³
1 g 1 cm
𝐃 =
𝟏𝟖𝐠
𝟏 𝐜𝐦³
𝐃 = 𝟏𝟖
𝐠
𝐜𝐦³
Sistema auditivo
• Grandezas físicas
• Devivada (provenientes das fundamentais)
• Densidade
• Região de alta densidade: Região de compressão
• Região de baixa densidade: Região de rarefação
Região de Rarefação
Região de Compressão
Região de Rarefação
Região de Compressão
Sistema auditivo
• Grandezas físicas
• Devivada (provenientes das fundamentais)
• Densidade
• Região de alta densidade: Região de compressão
• Região de baixa densidade: Região de rarefação
Sistema auditivo
• Grandezas físicas
• Devivada (provenientes das fundamentais)
• Frequência
• Definição: Número de padrões da onda (ciclos) por unidade
de tempo
• Nome da unidade: Hertz (ciclos por segundo)
• Símbolo da unidade: Hz (1/s)
• Derivação: tempo 
Frequência (F) =
Nº de padrões
Tempo (s)
Sistema auditivo
• Grandezas físicas
• Devivada (provenientes das fundamentais)
• Frequência
• Exemplo: Relógio analógico que completa uma volta em 4 
segundos
T = 0s T = 1s T = 2s T = 3s T = 4s
Sistema auditivo
• Grandezas físicas
• Devivada (provenientes das fundamentais)
• Frequência
• Exemplo: Relógio analógico que completa uma volta em 4 
segundos
Tempo que demora para dar uma
volta (ciclo) completa: 4 segundos
Frequência: 
Nº de ciclos
tempo
=
1 volta
4 segundos
=
1
4
×
voltas
segundo
≅ 0,25
voltas
segundo
= 0,25 Hz
Sistema auditivo
• Introdução
• Onda mecânica: Perturbação ou variação na densidade do meio
• Onda única
Direção de
propagação
Sistema auditivo
• Introdução
• Onda mecânica: Perturbação ou variação na densidade do meio
• Trem de ondas
Direção de
propagação
Sistema auditivo
• Introdução
• Onda mecânica: Perturbação ou variação na densidade do meio
• Trem de ondas
Rarefeito
(Alta pressão)
Comprimido 
(Alta pressão)
Direção de
propagação
Sistema auditivo
• Introdução
• Onda mecânica: Perturbação ou variação na densidade do meio
• Trem de ondas
Posição 
horizontal
Compressão
Rarefação
Densidade normal
Direção de
propagação
Sistema auditivo
• Introdução
• Onda sonora: Perturbação ou variação na densidade do meio, que 
satisfaz certas frequências e intensidades
Sistema auditivo
• Introdução
• Onda sonora: Perturbação ou variação na densidade do meio, que 
satisfaz certas frequências e intensidades
• Frequência: Característica do som relacionada à frequência da 
onda sonora. A faixa audível corresponde entre 20 Hz e 20.000 
Hz
Som grave
(Baixa frequência) 
Som médio
(Frequência média)
Som agudo
(Alta frequência)
Sistema auditivo
• Introdução
• Onda sonora: Perturbação ou variação na densidade do meio, que 
satisfaz certas frequências e intensidades
• Frequência: Característica do som relacionada à frequência da 
onda sonora. A faixa audível corresponde entre 20 Hz e 20.000 
Hz
0 s 1 s
Frequência = 3 
𝐜𝐢𝐜𝐥𝐨𝐬
𝐬𝐞𝐠𝐮𝐧𝐝𝐨
= 3 Hz
1 ciclo 2 ciclos 3 ciclos
3 ciclos por segundo
tempo (s)
Amplitude
Sistema auditivo
• Introdução
• Onda sonora: Perturbação ou variação na densidade do meio, que 
satisfaz certas frequências e intensidades
• Frequência: Característica do som relacionada à frequência da 
onda sonora. A faixa audível corresponde entre 20 Hz e 20.000 
Hz
0 s 1 s
1 
10 ciclos por segundo
Amplitude
tempo (s)
2 3 4 5 6 7 8 9 10 
Frequência = 10 
𝐜𝐢𝐜𝐥𝐨𝐬
𝐬𝐞𝐠𝐮𝐧𝐝𝐨
= 10 Hz
Sistema auditivo
• Introdução
• Onda sonora: Perturbação ou variação na densidade do meio, que 
satisfaz certas frequências e intensidades
• Intensidade: Característica do som relacionada à amplitude da 
onda sonora. A faixa audível corresponde entre 0 dB e 120 dB
Som fraco
(Baixa amplitude)
Som forte
(Alta amplitude)
Sistema auditivo
• Introdução
• Onda sonora: Perturbação ou variação na densidade do meio, que 
satisfaz certas frequências e intensidades
• Intensidade: Característica do som relacionada à amplitude da 
onda sonora. A faixa audível corresponde entre 0 dB e 120 dB
Sistema auditivo
• Introdução
• Onda sonora: Perturbação ou variação na densidade do meio, que 
satisfaz certas frequências e intensidades
Sistema auditivo
• Introdução
• O sistema auditivo tem a finalidade de transformar a onda sonora em 
sensações e percepções. 
Onda sonora
Sensações
Percepções
Sistema auditivo
• Introdução
• O sistema auditivo tem a finalidade de transformar a onda sonora em 
sensações e percepções. 
Sistema auditivo
• Introdução
• O sistema auditivo tem a finalidade de transformar a onda sonora em 
sensações e percepções. 
• Ele pode ser dividido em ouvido externo, médio e interno 
Sistema auditivo
• Ouvido externo
Sistema auditivo
• Ouvido externo
• O ouvido externo é composto pelo pavilhão auricular e pelo canal
auditivo
Pavilhão auditivo
Função:
• Captação da onda sonora
• Amplificação (Ressonância)
Canal auditivo
Função:
• Condução da onda sonora
• Amplificação (Ressonância)
Sistema auditivo
• Ouvido médio
Sistema auditivo
• Ouvido médio
• O ouvido médio é composto pelo tímpano, pelos ossículos martelo,
bigorna e estribo, pelas janelas oval e redonda e pela tuba
auditiva
Cavidade timpânica
Tuba auditiva
Janela redonda
Janela oval
Ligamentos
Canal auditivo
Tímpano
Martelo
Bigorna
Estribo
Sistema auditivo
• Ouvido médio
• O ouvido médio é composto pelotímpano, pelos ossículos martelo,
bigorna e estribo, pelas janelas oval e redonda e pela tuba
auditiva
Fotografia do tímpano
Sistema auditivo
• Ouvido médio
• Tímpano:
• Vibra sobre o impacto da pressão sonora com amplitude
proporcional a intensidade da onda de pressão
[VÍDEO]
Vídeo que mostra o tímpano vibrando ao receber uma onda sonora
Sistema auditivo
• Ouvido médio
• Tímpano:
• Vibra sobre o impacto da pressão sonora com frequência igual a
frequência da onda de pressão
Vídeo que mostra o tímpano vibrando ao receber uma onda sonora
[VÍDEO]
Sistema auditivo
• Ouvido médio
• Tímpano:
• Vibra sobre o impacto da pressão sonora com frequência igual a
frequência da onda de pressão
Vídeo que mostra o tímpano vibrando ao receber uma onda sonora
[VÍDEO]
Sistema auditivo
• Ouvido médio
• Tímpano:
• Transforma a onda sonora em deslocamento mecânico
Sistema auditivo
• Ouvido médio
• Tímpano:
• Transforma a onda sonora em deslocamento mecânico
Onda sonora
Sistema auditivo
• Ouvido médio
• Tímpano:
• Transforma a onda sonora em deslocamento mecânico
Deslocamento 
mecânico
Sistema auditivo
• Ouvido médio
• Tímpano:
• Fronteira entre o ouvido externo e o ouvido médio
Ouvido externo Ouvido médio
Martelo Bigorna
Estribo
Sistema auditivo
• Ouvido médio
• Ossículos (Martelo, bigorna e estribo):
Sistema auditivo
• Ouvido médio
• Ossículos (Martelo, bigorna e estribo):
• Funcionam como uma alavanca, amplificando a força mecânica
em 1,3 vezes através do torque, devido à diferença de tamanho
entre eles
Sistema auditivo
• Ouvido médio
• Ossículos (Martelo, bigorna e estribo):
• Funcionam como uma alavanca, amplificando a força mecânica
em 1,3 vezes através do torque, devido à diferença de tamanho
entre eles
Sistema auditivo
• Ouvido médio
• Ossículos (Martelo, bigorna e estribo):
• Funcionam como uma alavanca, amplificando a força mecânica
em 1,3 vezes através do torque, devido à diferença de tamanho
entre eles
Força aplicada 
no tímpano
Sistema auditivo
• Ouvido médio
• Janela oval interna (Cavidade timpânica):
Sistema auditivo
• Ouvido médio
• Janela oval interna (Cavidade timpânica):
• Fronteira entre o ouvido médio e o ouvido interno
Ouvido médio Ouvido interno
Área do tímpano:
55 mm²
Sistema auditivo
• Ouvido médio
• Janela oval interna (Cavidade timpânica):
• Estrutura que o estribo pressiona, com área 17 vezes menor que
a do tímpano
𝟓𝟓𝐦𝐦²
𝟑, 𝟐 𝐦𝐦²
≅ 𝟏𝟕
Sistema auditivo
• Ouvido médio
• Janela oval interna (Cavidade timpânica):
• Devido à essa diferença de área entre a janela oval e o tímpano,
a pressão na janela oval é amplificada 17 vezes
Pressão aplicada 
no tímpano
Sistema auditivo
• Ouvido médio
• Janela oval interna (Cavidade timpânica):
• A amplificação total da pressão na janela oval é dada pelo
produto entre a amplificação da força mecânica devido aos
ossículos (1,3) e a amplificação da pressão devido á diferença de
área entre o tímpano e a janela oval (17), tendo como resultado
o valor 22
Pressão 
aplicada no 
tímpano
Pressão 
aplicada no 
tímpano
Pressão 
resultante na 
Janela oval
= 22 ⨉
Sistema auditivo
• Ouvido interno
Sistema auditivo
• Ouvido interno
• O ouvido externo é composto pelo aparelho vestibular e pela
cóclea
Sistema auditivo
• Ouvido interno
• O ouvido externo é composto pelo aparelho vestibular e pela
cóclea
Sistema auditivo
• Ouvido interno
• Aparelho vestibular
• É composto pelos canais semicirculares e pelo vestíbulo
• Serve como um acelerômetro natural
• Manutenção do equilíbrio do corpo
Sistema auditivo
• Ouvido interno
• Aparelho vestibular
• É composto pelos canais semicirculares e pelo vestíbulo
• Serve como um acelerômetro natural
• Manutenção do equilíbrio do corpo
Sistema auditivo
• Ouvido interno
• Aparelho vestibular
• Canais semicirculares
• Os canais semicirculares são responsáveis pela mensuração
de acelerações angulares causadas pela rotação da cabeça
Sistema auditivo
• Ouvido interno
• Aparelho vestibular
• Canais semicirculares
• Existem três canais semicirculares, cada qual associado aos
planos sagital, axial e coronal
Sistema auditivo
• Ouvido interno
• Aparelho vestibular
• Canais semicirculares
• Cada canal possui uma extremidade dilatada chamada ampola
• Dentro de cada ampola existe uma estrutura chamada cúpula
Dentro da cúpula se encontram
as células ciliadas que, ao se
movimentarem, liberam neuro-
transmissores e iniciam a pro-
pagação do impulso nervoso
Sistema auditivo
• Ouvido interno
• Aparelho vestibular
• Canais semicirculares
Sistema auditivo
• Ouvido interno
• Aparelho vestibular
• Canais semicirculares
• Quando uma pessoa gira o corpo, sua cúpula se movimenta
Parado Rotacionando
Cílios
Células 
ciliadas
Cúpula
Sistema auditivo
• Ouvido interno
• Aparelho vestibular
• Vestíbulo
• Responsável pela mensuração de acelerações lineares e pelo
equilíbrio estático do corpo no espaço
Sistema auditivo
• Ouvido interno
• Aparelho vestibular
• Vestíbulo
• A mácula apresenta células ciliadas recoberta por uma
camada gelatinosa na qual estão mergulhados os otólitos.
Sistema auditivo
• Ouvido interno
• Aparelho vestibular
• Vestíbulo
• Quando o corpo se movimenta em linha reta, o peso dos
otólitos inclina os cílios das células ciliadas que, ao se
movimentarem, liberam neurotransmissores e iniciam a
propagação do impulso nervoso
Sistema auditivo
• Ouvido interno
• Aparelho vestibular
• Vestíbulo
• Quando o corpo se movimenta em linha reta, o peso dos
otólitos inclina os cílios das células ciliadas que, ao se
movimentarem, liberam neurotransmissores e iniciam a
propagação do impulso nervoso
Sistema auditivo
• Ouvido interno
• Cóclea
Sistema auditivo
• Ouvido interno
• Cóclea
Diâmetro da cóclea: 9 mm
Sistema auditivo
• Ouvido interno
• Cóclea
• Transforma o deslocamento mecânico em onda de pressão
hidráulica através da janela oval
Sistema auditivo
• Ouvido interno
• Cóclea
• Transforma o deslocamento mecânico em onda de pressão
hidráulica através da janela oval
Sistema auditivo
• Ouvido interno
• Cóclea
• A onda de pressão hidráulica se inicia na janela oval, e termina
na janela redonda
Sistema auditivo
• Ouvido interno
• Cóclea
• A onda de pressão hidráulica se propaga no interior da cóclea,
atinge uma região estreita de alta intensidade e cessa
Sistema auditivo
• Ouvido interno
• Cóclea
• A onda de pressão hidráulica se propaga no interior da cóclea,
atinge uma região estreita de alta intensidade e cessa
Sistema auditivo
• Ouvido interno
• Cóclea
• A onda de pressão hidráulica se propaga no interior da cóclea,
atinge uma região estreita de alta intensidade e cessa
Sistema auditivo
• Ouvido interno
• Cóclea
• Ondas mecânicas de baixa frequência (sons graves) tem seu
valor de pico nas regiões próximas do ápice, enquanto ondas
mecânicas de alta frequência (sons agudos) tem seu valor de
pico nas regiões próximas da base
Sistema auditivo
• Ouvido interno
• Cóclea
• Ondas mecânicas de baixa frequência (sons graves) tem seu
valor de pico nas regiões próximas do ápice, enquanto ondas
mecânicas de alta frequência (sons agudos) tem seu valor de
pico nas regiões próximas da base
Baixa frequência 
(Grave)
Alta frequência
(Agudo)
Sistema auditivo
• Ouvido interno
• Cóclea
• Transforma a onda de pressão hidráulica em impulsos nervoso
nas células ciliadas do órgão de Corti
Sistema auditivo
• Ouvido interno
• Cóclea• A onda de pressão hidráulica se propaga através da membrana
tectorial e membrana basilar movimentando os cílios das células
ciliadas
Sistema auditivo
• Ouvido interno
• Cóclea
• A onda de pressão hidráulica se propaga através da membrana
tectorial e membrana basilar movimentando os cílios das células
ciliadas
Sistema auditivo
• Ouvido interno
• Cóclea
• A movimentação da membrana tectorial abre mecanicamente os
canais de potássio localizados nos cílios das células ciliadas,
dando início à propagação dos impulsos nervosos
Sistema auditivo
• Ouvido interno
• Cóclea
• A movimentação da membrana tectorial abre mecanicamente os
canais de potássio localizados nos cílios das células ciliadas,
dando início à propagação dos impulsos nervosos
Sistema auditivo
• Ouvido interno
• Cóclea
• A movimentação da membrana tectorial abre mecanicamente os
canais de potássio localizados nos cílios das células ciliadas,
dando início à propagação dos impulsos nervosos
Sistema auditivo
• Ouvido interno
• Cóclea
• Cada coluna é composta por 1 célula ciliada interna, 3 células
ciliadas externas, e processa uma única frequência
Sistema auditivo
• Ouvido interno
• Cóclea
• Se a intensidade de um som aumenta, a frequência de impulsos
nervosos também aumentará
Sistema auditivo
• Cérebro
Núcleos cocleares: Localização
das fontes sonoras
Colículo inferior: Organização
dos reflexos de orientação da
cabeça em resposta ao som
Córtex auditivo: Início do
processo de percepção sonora
Sistema auditivo
• Cérebro
Sistema auditivo
• Exercícios
1) Quais são as grandezas físicas derivadas presentes em uma onda
sonora, vistas nessa aula? Defina-as.
2) Qual é a diferença entre uma onda mecânica e uma onda sonora?
3) Defina altura. Qual é a faixa de frequência audível?
4) Como são classificados sons de alta frequência? E de baixa
frequência?
5) Defina intensidade. Qual é a faixa de intensidade audível?
6) Como são classificados sons de alta intensidade? E de baixa
intensidade?
7) Qual é a função do pavilhão auditivo? E do canal auditivo?
8) Quais são as características e funções do tímpano?
Sistema auditivo
• Exercícios
9) Qual a função dos ossículos do ouvido? Quais fenômenos físicos estão
associados à essa função?
10)Quais são as características e funções da janela oval?
11)Qual é a função do sistema vestibular? Quais fenômenos físicos estão
associados à essa função?
12)Quais são as características e funções da cóclea?
13)Como a cóclea distingue diferentes frequências?
14)Como a cóclea distingue diferentes intensidades?
15)Por que o movimento da membrana tectorial (órgão de Corti) gera
impulsos nervosos no nervo auditivo?
16)Como a energia sonora se propaga desde a captação no pavilhão
auditivo até chegar no córtex auditivo primário?
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