Biofísica da Audição e Visão

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Biofísica da Visão
	O olho humano tem diâmetro antero-posterior de aproximadamente 24,15 milímetros, diâmetros horizontal e vertical ao nível do equador de aproximadamente 23,48 milímetros, circunferência ao equador de 75 milímetros, pesa 7,5 gramas e tem volume de 6,5cc.
	
Como enxergamos?
    	As imagens e os raios de luz atravessam a córnea, o humor aquoso, a pupila, o cristalino e o humor vítreo. Todos esses meios devem estar transparentes para que a luz possa passar por eles e chegar à retina. Da retina, são encaminhados para o cérebro através do nervo óptico. 
	A luz que entra no olho passa por várias camadas e atinge a retina, onde é transformada em estímulos elétricos, os quais são enviados ao cérebro através do nervo óptico. O cérebro interpreta as informações recebidas e as armazena na memória, de maneira semelhante ao banco de dados de um computador. 
Comparação do olho com a máquina fotográfica:
   
    	É quase inviável falar sobre o funcionamento do olho sem utilizar a já tradicional comparação com uma máquina fotográfica. Isto se dá porque a comparação é realmente excelente! 
Quando a luz incide sobre um objeto – qualquer que seja – dois fenômenos sempre ocorrem: uma parte da luz é absorvida, e outra é refletida. 
	Se o objeto for transparente - total ou parcialmente - além dos fenômenos acima ocorre também um terceiro que é a refração. A luz é refratada, isto é, ela muda de direção (há muito mais detalhes sobre este assunto, mas isto é o suficiente para o entendimento desta explanação). 
	Assim como a máquina fotográfica, o olho capta a parte da luz que é refletida pelos objetos. Para focalizar os objetos, tanto a máquina fotográfica quanto o olho se utilizam do fenômeno de refração. "Vejamos" como isto se dá. 
	Imagine, por exemplo, uma árvore. A luz do sol incide sobre ela. Uma parte desta luz é absorvida, outra parte é refletida. A parte da luz que é refletida chega aos nossos olhos, de modo que podemos vê-la, assim como chega à câmera, de modo que podemos fotografá-la. 
	A íris regula a quantidade de luz que entra no olho, assim como o diafragma da máquina fotográfica. 
	Ao se contrair, a pupila diminui de diâmetro e menos luz entra. A melanina presente na íris é importante para deixar passar luz somente pela pupila, absorvendo o restante. Nos olhos com pouca melanina, ou seja, os mais azulados, uma quantidade de luz passa também pela íris. Por isso as pessoas de olhos claros são mais sensíveis à luminosidade. Mas como a imagem da árvore cabe em nossos olhos? 
	Como ela cabe em uma câmera? Isto se dá graças ao terceiro fenômeno, a refração. A luz passa pelas lentes da câmera - que são transparentes, e, portanto causam mudança na direção da luz - e então a imagem é focalizada no filme. Do mesmo modo, ao passar pela córnea, pelo humor aquoso, pelo cristalino e pelo humor vítreo, que são transparentes, a luz sofre mudanças de direção, e a imagem é focalizada na retina.
	Uma vez tendo chegado ao filme da máquina, a luz causa uma reação química, alterando a composição do filme, fazendo com que a imagem fique ali gravada. Este filme então é mandado ao laboratório para ser revelado. 
	No olho, a luz também desencadeia uma reação química. Esta reação química é transformada em impulso nervoso, o qual por sua vez é enviado ao cérebro pelo nervo óptico para ser interpretado. O cérebro é o nosso laboratório de revelação! Mas o olho tem, neste sentido, uma grande vantagem em relação à máquina fotográfica.
	O Filme é automaticamente trocado cada vez que batemos uma foto, ou seja, cada vez que olhamos para algo. Isto por que as células que captam a luz, no interior das quais ocorrem às ditas reações químicas, imediatamente repõem as substâncias químicas gastas na reação, de modo que inúmeras fotos podem ser tiradas por segundo sem que o filme se desgaste! 
Como se dá a percepção das cores pelo olho humano:
  	 A luz do sol é composta de muitas cores, como podemos observar num arco-íris. A luz artificial tenta ser semelhante à luz do sol. Quando a luz (solar ou artificial) toca uma superfície, um objeto etc. que tenha cor, a maior parte das cores da luz é absorvida, com exceção de uma, que é aquela que volta até o nosso olho. Por exemplo: Se desenharmos uma flor amarela no papel, a tinta utilizada para a flor absorverá a maior parte das cores da luz, com exceção dos raios amarelos que voltam até a nossa retina. O mesmo ocorre com o caule, que deixa de absorver a cor verde; é esta que chega até a nossa retina. 
Portanto, podemos concluir que a cor depende dos raios que voltam até a nossa retina. Quando não existe absorção de cor, percebemos a cor branca. Já a cor preta aparece, quando todas as cores são absorvidas, deixando de refletir qualquer cor. Neste caso, podemos dizer que há uma ausência de cor.
	O olho humano sente o espectro de cores usando uma combinação da informação vinda de células localizadas no olho, chamadas de cones e bastonetes. Os bastonetes são mais adaptados a situações de pouca luz, mas eles somente detectam a intensidade da luz, os cones, por outro lado, funcionam melhor com intensidades maiores de luz e são capazes de discernir as cores. Existem três tipos de cones nos nossos olhos, cada especializado em comprimentos de luz curtos (S), médios (M) ou longos (L). O conjunto de sinais possíveis dos três tipos de cones define a gama de cores que conseguimos ver. O exemplo abaixo ilustra a sensibilidade relativa de cada um dos tipos de células cone para todo o espectro de luz visível -- de400nm a 700 nm.
O que determina a cor dos olhos?
   	 A cor dos olhos é uma característica poligênica e é determinada pelo tipo e quantidade de pigmentos na íris do olho. Os humanos e os animais têm muitas variações fenotípicas na cor dos olhos. Nos olhos humanos, essas variações de cores são atribuída a diversos rácios de eumelanin produzido por melanócitos na íris. O colorido brilhante dos olhos de muitas espécies de aves estão em grande parte determinados por outros pigmentos, como pteridinas, purinas, e carotenóides.Três elementos principais dentro da íris contribuir para a sua cor: a melanina do epitélio pigmentar da íris, a melanina dentro do estroma da íris e a densidade celular do estroma da íris. Nos olhos de todas as cores, o epitélio pigmentar da íris contém o pigmento preto, chamado de eumelanin. As variações de cor entre os diferentes tipos de íris são normalmente atribuídos à melanina que existe dentro do estroma da íris. A densidade de células dentro do estroma afeta quanto de luz é absorvida pelo pigmento subjacentes do epitélio.
Defeitos da visão:
    	A Miopia: é a condição em que os olhos podem ver objetos que estão perto, mas não são capazes de enxergar claramente os objetos que estão longe. A palavra "miopia" vem do grego "olho fechado", porque as pessoas com esta condição, freqüentemente apertam os olhos para ver melhor à distância. O olho míope apresenta uma curvatura corneana acentuada ou comprimento do olho além do normal. Por esse motivo, a formação da imagem se dá antes da retina, resultando em uma baixa de visão.
	Hipermetropia: é o nome dado ao erro de focalização da imagem no olho, fazendo com que a imagem seja formada após a retina. Isso acontece principalmente porque o olho do hipermétrope é um pouco menor do que o normal. Outras causas incluem situações onde a córnea ou o cristalino apresentam alterações no seu formato que diminuem o seu poder refrativo, como a megalocórnea, onde a córnea é mais plana do que deveria ser.
	Presbiopia: também conhecida como “vista cansada”, a presbiopia é uma falha refrativa do olho. Costuma acometer pessoas com mais de quarenta anos de idade. Neste caso, a imagem forma-se atrás da retina. 
A presbiopia ocorre em função do enrijecimento da lente do bulbo ocular. Este enrijecimento ocorre em função do envelhecimento do globo ocular, embora não atinja necessariamente todos os indivíduos. 
A pessoa que possui presbiopia possui dificuldade em focalizar objetos próximos ao campo de visão.Astigmatismo: se caracteriza pela formação da imagem em vários focos, em eixos diferenciados. Uma córnea normal é redonda e lisa, no caso de quem tem astigmatismo, ela é mais ovalada, isto faz com que a luz se refrate por vários pontos da retina em vez de se focar em apenas um. 
Para as pessoas com este problema, todos os objetos – tanto próximos como distantes – ficam distorcidos. As imagens ficam embaçadas porque alguns dos raios de luz são focalizados e outros não. A sensação é parecida com a distorção produzida por um pedaço de vidro ondulado.
	Estrabismo: É quando há perda do paralelismo entre os olhos. Popularmente as pessoas com estrabismo são chamadas de "vesgas". Embora a forma mais comum seja o desvio convergente (desvio de um dos olhos para dentro), podem ser divergentes (desvio para fora) ou verticais (um olho fica mais alto ou mais baixo do que o outro). 
	
Óculos e as diversas lentes para correção dos defeitos da visão: 
   	As lentes positivas são indicadas para hipermetropia e presbiopia, as lentes negativas para miopia e as lentes cilíndricas para astigmatismo. Sua geometria é característica porque são usualmente compostas de uma superfície convexa e outra concava para se adaptar melhor a anatomia ocular.Existem duas classes de lentes oftálmicas: as lentes para óculos, chamadas simplesmente de lentes oftálmicas e as lentes de contato que são aplicadas diretamente sobre a córnea do paciente para corrigir sua visão.As lentes bifocais são lentes oftálmicas formadas por duas partes, uma para ver de perto e outra lente para se ver de longe. Estas lentes perderam espaço para as lentes chamadas progressivas, porque são lentes que prejudicam a estética do rosto do usuário.
	Miopia: É necessário deslocar o foco, colocando-o sobre a retina. Isto é obtido na miopia através do uso de lentes divergentes os negativas, de superfície côncava. A cirurgia refratária procura modificar a curvatura da córnea, através de cortes radiais rigorosamente determinados. Com a cicatrização, a córnea se retrai e altera a sua curvatura, permitindo a formação da imagem sobre a retina.
	Hipermetropia: é necessário deslocar o foco de forma a colocá-lo sobre a retina. Consegue-se isso na hipermetropia com o uso de lentes convergentes ou positivas, de superfície convexa. 
	As lentes para correção do astigmatismo são chamadas de tóricas e sua notação na receita de óculos corresponde ao cilindro, cujo grau vem acompanhado do eixo corrigido. Precisam de lentes corretoras que tenham um meridiano positivo e outro negativo.
	Presbiopia: Há pelo menos três tipos diferentes de lentes para a correção da presbiopia: 
a- Lentes Monofocais: 
São lentes simples, com foco único, geralmente montadas em armações pequenas e que só devem ser utilizadas na visão de perto, pois desfocam as imagens quando no olhar a distancia.
b- Lentes Bifocais: 
São facilmente identificadas pela presença de uma divisão entre a parte superior da lente - para visão a distancia, e a parte inferior da lente- para visão de perto. Têm como principal inconveniente à mudança brusca no grau de longe para perto.
c- Lentes Multifocais: 
Representam a evolução das lentes para correção da presbiopia. Procuram imitar o funcionamento do cristalino, proporcionando focos distintos para distancias diferentes. Isto se consegue através de um aumento progressivo do grau, de cima para baixo, permitindo ao usuário o seu uso na visão de longe e perto. Externamente não diferem das lentes comuns, ou seja, não apresentam traço divisório. 
	Estrabismo: A correção do estrabismo pode ser cirúrgica ou com uso de lentes corretivas. Estrabismos que corrigem com óculos são chamados de acomodativos e está relacionada em geral a necessidade de correção do grau de hipermetropia. Somente os desvios latentes e os intermitentes pequenos é que são passíveis de serem auxiliados por exercícios chamados ortópticos. Pelas implicações de perda de visão, bem como pela possibilidade de ser manifestação de outras doenças, os pacientes com estrabismo devem ser examinados pelo especialista tão logo haja suspeita de desvio ocular. 
Tecnologia na correção dos defeitos da visão:
    	O recurso tecnológico mais utilizado para corrigir defeitos na visão são as cirurgias a lasers e cada defeito da visão possui um laser especifico:
Cirurgia a laser-miopia
   	As cirurgias refrativas atua na modificação da curvatura da córnea, determinando a formação correta da imagem na retina. A técnica mais moderna usada atualmente é feito com Excimer Laser.
Tipos de laser: PRK, Lasik.
Cirurgia a laser-hipermetropia
    	Uma alternativa de correcção do problema, restrita, geralmente, a maiores de 21 anos, é a cirurgia refrativa realizada com Excimer Laser ou Lasik.
    	Como já foi dito a diferentes técnicas de cirurgia a laser, incluindo: LASIK, PRK, LASEK e Epi-LASIK.
	E a tecnologia trouxe mais novidades aos portadores de defeitos na visão: O recente software “Tissue Saving” permite economizar até 30% do tecido a ser removido com o laser, sendo de grande utilidade para os pacientes que possuem a córnea mais fina. Além da segurança adicional, uma espessura corneana maior permitirá um eventual retratamento anos após a cirurgia inicial. Dentre as maiores inovações tecnólogicas atuais, destacam-se o equipamento de Excimer Laser Zyoptix – Z100 (produzido pela companhia alemã Bausch&Lomb), o qual já encontra-se disponível para sua cirurgia no Centro Avançado de Laser.
	Além disso, novíssimos softwares como o “Tissue Saving” (Preservação Programada da Córnea) e a Cirurgia Personalizada representam o que há de mais moderno na correção dos erros refrativos (miopia, hipermetropia e astigmatismo).
Biofísica da Audição
	O ouvido humano é um órgão que converte um estimulo mecânico, produzido em meios externo, em estímulos nervosos.
	Os órgãos dos sentidos são responsáveis por captar e transmitir as informações externas para o cérebro. Os receptores e as vias nervosas permitem a detecção dos sinais sonoros pela audição.
	Parte das informações recebidas pelo ser humano pode ser representada por um movimento ondulatório.
	Alem dessas informações, os sensores situados nos canais semicirculares do ouvido interno ajudam na manutenção da postura e participam na definição do equilíbrio do corpo e percepção de movimentos a audição permite ainda, a transmissão de mensagens emocionais.
BIOFISICA DA AUDIÇÃO
1 - FÍSICA DO SOM
O som pode ser representado por um movimento ondulatório, com pulso longitudinal e é a transmissão de uma perturbação material, pode ser visto levando em consideração dois aspectos:
Perturbação material, deslocamento de energia: Se temos um tubo com ar onde se aplica um sinal sonoro em uma das extremidades, na propagação aparecem zonas de compressão e rarefação do ar.
 Representação com movimentos de ondas: O lançamento de uma pedra no centro de um tanque com água, aparecem dois movimentos ondulatórios.
1.1- COMPRIMENTO DE ONDA
É a distância percorrida num ciclo completo, é representado por lambda. O comprimento de onda varia conforme o meio de propagação, fonte emissora.
1.2- VELOCIDADE
É o espaço percorrido pela onda. Equivale a dividir o comprimento da onda pelo período. A velocidade depende do meio da propagação.
1.3- FREQUENCIA
É o numero de vezes que o fenômeno se repete em intervalo de tempo, medido em ciclos por segundo.
1.4 - ACÚSTICA
O som físico percebido pelo ouvido pode ser definido por três características: intensidade, altura e timbre.
1.5 - INTENSIDADE
É o nível de energia sonora e no movimento ondulatório e é medido pela amplitude. A amplitude vai desde sons pouco audíveis, como o falar cochichando, até o barulho de avião.
1.6 - ALTURA
Corresponde ao nível de freqüência do som emitido. Os sons de maior freqüência são os mais altos e os de menor freqüência os mais baixos ou mais graves.
1.7 - TIMBRE
Também se denomina qualidade, corresponde ao somatório de freqüências harmônicas. As freqüênciasharmônicas são múltiplos inteiros de uma freqüência fundamental, que é a mais longa. Os sons fundamentais complementam os sons harmônicos, dependendo do numero e intensidade dos harmônicos, o som tem um timbre, ou qualidade, que pode ser característico.
2 - PROPAGAÇÃO DO SOM
	O som se propaga em função das propriedades do meio transmissor. De um modo aproximado, a velocidade é diretamente proporcional à temperatura, e inversamente proporcional ao módulo de elasticidade do meio.
	Os tecidos biológicos conferem ao som características semelhantes à da água, ou seja, movimentos ondulatórios. O som apresenta todas as propriedades comuns aos movimentos ondulatórios, entre as quais apresentam interesse biológico:
2.1 - REFLEXÃO DO SOM
Quando o trem de ondas encontra uma superfície que se opõe à propagação, ele muda de direção, com ângulo de incidência igual ao da reflexão. As conchas acústicas refletem o som a partir de um foco sonoro, reforçando a intensidade em determinada direção. A reflexão do som também é o principio do sonar e da exploração biológica através do ultra-som.
2.2 - DIFRAÇÃO
É o contornamento de obstáculos pela onda.
2.3 - INTERFERÊNCIA
È o aumento ou diminuição da intensidade do som, devido ao somatório dos pulsos de onda: superposição de duas cristas, há reforço; crista e vale, abafamento. A interferência é responsável pela perda da discriminação de sons e ruídos é notada especialmente no momento do seu desaparecimento.
2.4- EFEITO DOPLER
É a mudança aparente de freqüência, quando existe movimento relativo entre o emissor e o receptor. O efeito Dopler é observado cotidianamente em buzina de veículos, sirenes de ambulâncias, apitos, que se aproximam ou se afastam. Esse efeito é usado para determinação de velocidade da circulação sanguinea, usando ondas refletidas pelo sangue que se afasta.
3 - QUANTITAÇÃO DO SOM
	Unidades práticas são as mais usadas nos estudos de audição sendo elas:
- O decibel: É a intensidade relativa do som, não sendo linear. A escala decibélica de audibilidade é interessante. A maioria dos indivíduos normais que escuta o som padrão (1.000 Hz) de 40dB com um ouvido, ouve a mesma intensidade quando usa os dois ouvidos. Do ponto de vista psicofísico, 40dB é o dobro de 33dB.
4- O APARELHO AUDITIVO
	Os estímulos sonoros, cuja origem física são as ondas mecânicas, ao chegarem no sistema auditivo terminam agindo sobre células ciliadas e seus nervos terminais, que codificarão o estímulo mecânico em potenciais de ação.
	O aparelho auditivo transforma as diferenças de pressão do som em pulso elétrico, que são enviadas ao cérebro, onde causam a sensação psicofísica da audição.
5 - ANÁLISE DA INTENSIDADE DO SOM RECEBIDO
	A diferença de intensidade de sons recebidos é percebida da seguinte maneira:
	Os deslocamentos da membrana basilar e do órgão de Corti têm amplitude proporcional à intensidade do som.
	O som entra como onda hidráulica, pela janela oval. No trajeto, um som fraco desloca menos a membrana basilar, o som forte desloca mais. Quanto maior a intensidade sonora, maior é a amplitude do deslocamento, maior é o pulso elétrico gerado. Esse pulso elétrico tem o mesmo potencial de ação das células que o geram, mas como mais células são acionadas, a corrente é maior no caso de sons mais intensos. Essa maior corrente provoca sensação de som mais intenso no cérebro.
6 – CARACTERÍSTICAS DA PERCEPÇÃO AUDITIVA
	As freqüências audíveis estão no intervalo de 20Hz a 20kHz, aproximadamente. A sensibilidade do ouvido varia muito com a freqüência v da onda sonora, criando-se um campo de audibilidade. Quando , em um valor de freqüência audível, fazemos crescer a intensidade física do som, constatamos que:
- a partir de um certo valor da pressão acústica, começamos a perceber som;
- além de um valor bem superior da pressão acústica o som provoca uma sensação penosa e ate mesmo insuportável;
	As ondas acústicas podem produzir vários efeitos no organismo, como por exemplo, sensação de mal-estar, vertigem e náuseas. Isso se deve às minúsculas células capilares do ouvido interno que vibram. Essas ondas também podem fazer órgãos internos vibrarem, resultando em dores, espasmos ou até em morte.
7 – ANATOMIA MORFOFUNCIONAL DO APARELHO AUDITIVO
	O aparelho auditivo é formado por diversas partes:
Ouvido externo;
Ouvido médio;
Ouvido interno
Nervo acústico;
Centros auditivos cerebrais.
	O ouvido externo é constituído pelo pavilhão auricular( orelha) e pelo conduto auditivo externo, o qual liga a orelha no ouvido médio. O conduto auditivo externo é fechado internamente pela membrana timpânica.
	Ouvido médio é formado por uma cavidade cheia de ar que esta conectada a rinofaringe, é constituída no tímpano e por três pequenos ossos interconectados: o martelo, a bigorna e o estribo.
	O tímpano é uma membrana muito durável e bem esticada que vibra. Quando a onda alcança uma compressão força o tímpano para dentro e a refração a força para fora, logo o tímpano vibra com a mesma freqüência da onda, como ela esta conectada ao martelo, os movimentos do tímpano colocam o martelo, a bigorna e o estribo em movimento com a mesma freqüência da onda.
	O estribo é conectado ao ouvido interno, assim as vibrações do estribo são transmitidas ao fluido do ouvido médio e criam uma onda de compressão dentro do fluido. Os três pequenos ossos do ouvido médio agem como ampliadores das vibrações das ondas sonoras.
	O ouvido interno também conhecido como cóclea, é formado pelo (labirinto; uma estrutura tubular e preenchida pela endolinfa.Vestíbulo localizada na janela oval e recebe vibrações mecânicas do estribo,essas vibrações são transmitidas á endolinfa; e os canais semicirculares envolvidos com o sentido dos movimentos ) um conjunto de túneis cheios de linfas, encravados no osso temporal. Em forma de espiral esta dividido por três canais: rampa vestibular, rampa média e rampa timpânica. As rampas vestibulares e timpânicas contêm a perlinfa, um líquido com baixa concentração de potássio e alta concentração de sódio. A rampa média contém a endolinfa, um líquido com alta concentração de potássio e baixa concentração de sódio. A separação das rampas média e timpânica é feita pela membrana basilar. 
Na superfície desta membrana está o órgão de Corti, que contém as células ciliadas. As vibrações dos líquidos dentro da cóclea produz vibrações nas células ciliadas que convertem o som em sinais elétricos.
8- FUNÇÕES DO APARELHO AUDITIVO
	
	As funções do aparelho auditivo estão relacionadas á conversão de ondas sonoras e impulsos elétricos, que são enviadas ao cérebro,onde causam a sensação psicofísica da audição e percepção de movimento e posição de uma pessoa.