Sistema Biológico

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BIOFÍSICA DOS SISTEMAS BIOLÓGICOS Aula_1
Ao imaginarmos o Universo sempre associamos este pensamento à vastidão e variedade,porém o chamado universo conhecido tem como componentes primordiais apenas MATÉRIA, ESPAÇO e TEMPO. Estes componentes são o próprio universo conhecido e assim nomeados de grandezas fundamentais. Ainda podemos incluir dentre as grandezas fundamentais ENERGIA, porém devemos ressaltar que, como grandeza fundamental, ela estará atrelada a determinada MASSA (matéria),porém também pode ser observada como grandeza derivada, como faremos na nossa análise,quando a grandeza ENERGIA ao TRABALHO (também uma grandeza derivada). Os seres vivos são constituídos de MATÉRIA, e portanto, ocupam ESPAÇO próprio, seu processos vitais ocorrem diante da conversão e utilização de ENERGIA e necessariamente ao longo do TEMPO.
Sim, podemos encontrar em cada organismo neste planeta toda a essência do universo,e é por isto, só por isto, que as Leis universais, muito divulgadas como leis físicas, são inteiramente aplicáveis aos sistemas biológicos (seres vivos). Pois então vejamos claramente que nenhum fenômeno biológico poderá ocorrer fora de qualquer princípio físico. A Biofísica, portanto, estuda MATÉRIA, ENERGIA, ESPAÇO e TEMPO nos seres vivos, enquanto a “Física para Ciências Biológicas” apresentou os princípios físicos necessários a esta compreensão.
Para justificar toda a diversidade que nossos sentidos podem apreender ou nossa mente
pode vislumbrar, utilizaremos duas abordagens distintas: uma é através de relações matemáticas entre as Grandezas fundamentais, o que resultará no surgimento das Grandezas derivadas.
Grandezas Físicas
Por meio de aparelhos adequados, podemos obter medidas de massa, comprimento, tempo, velocidade etc. Esses elementos mensurados são denominados grandezas físicas.Toda grandeza física é identifi cada pelo fato de apresentar medidas. Observe que a medida compreende duas partes: um número e uma unidade.
Sistema Internacional de Unidades (SI)
Foi implantado na 11ª Conferência Internacional de Pesos e Medidas, em 1960, na França.O objetivo era uniformizar as unidades das grandezas físicas. Desde então, o SI tornou-se a linguagem internacional, trazendo facilidade e praticidade na troca de informações das comunidades científicas dos diversos países. No Brasil, foi adotado pelo Decreto-Lei n.º 52423 de 30 de agosto de 1963.
Notação Científica
Escrever um número em notação científica é expressá-lo sob a forma de um produto de dois fatores, a saber:A finalidade é facilitar a apresentação de uma quantidade muito grande ou muito pequena, omitindo-se os zeros.
Por exemplo:
500.000 Kg = 5,0 x 105Kg 300.000.000 m/s = 3,0 x 108m/s
0,000015m = 1,5 x 10-5m 0,025 A = 2,5 x 10-2A
Composição do Universo
A composição do Universo desde o microcosmo atéo macrocosmo parece muito complexa, mas pode ser reduzida a alguns componentes fundamentais.São eles:
Matéria → objetos, corpos, alimentos etc. 
Energia → calor, luz, som, trabalho físico ou mecânico.
Espaço → distâncias, áreas e volumes dos objetos e seres. 
Tempo → sucessão do dia e da noite, pela espera dos acontecimentos e pela duração da vida.
Essa composição é qualitativa e quantitativamente definida pelas grandezas físicas fundamentais e derivada. Matéria e energia são dois estados diferentes de uma mesma QUALIDADE FUNDAMENTAL. Matéria caracteriza-se pela massa e a Energia é a capacidade dessa massa em realizar trabalho.
Conceito de Biofísica
É o estudo da matéria, da energia, do espaço e do tempo nos sistemas biológicos.
Teorias dos Campos de Força
Três são os campos de força que atuam no Universo:
Gravitacional
O campo G é inerente à matéria, ou seja, aparece sempre que houver massa.
• Provoca sempre força permanente de atração.
• O campo G da Terra é um exemplo típico dessa força de atração cuja direção da força é vertical e o seu sentido é para o centro do planeta.
• O campo G também pode ser provocado pela aceleração dos corpos, é transitório.
Eletromagnético
• É mais diversificado que o campo G e possui forças de atração e repulsão.
• É a composição dos campos elétrico (E) e magnético (M). Compõem o campo elétrico (E) as cargas elétricas positivas e negativas, que atraem-se e repelem-se segundo leis próprias.
Estão nas radiações eletromagnéticas dos raios-X, das ondas de luz, das ondas de calor etc.
Campo Nuclear
• O campo nuclear (N) existe somente dentro dos limites do núcleo atômico.
• Sua força é a mais intensa de todos os campos, mas possui um raio de ação muito curto.
• Divide-se em campo nuclear forte, que é a força responsável por manter a coesão entre as partículas subatômicas do núcleo e campo nuclear fraco, que são responsáveis pelas emissões radioativas do núcleo atômico (radiação Beta).
Tipos de Energia
Energia Potencial
Na mecânica, existem dois tipos de energia potencial: a gravitacional e a elástica.
Energia Potencial Gravitacional
Um corpo situado em uma posição tal que seu peso possa realizar trabalho possui energia potencial gravitacional. Em relação ao solo, a energia potencial do corpo da figura a seguir pode ser determinada pelo trabalho que seu peso realiza quando ele cai da altura h.
Como a energia potencial desse corpo ( E ) é medida pelo trabalho realizado pelo seu peso P, podemos escrever:
Energia Potencial Elástica
Um corpo é denominado elástico quando, cessada a ação da força que o deformou, volta à situação inicial.
Corpos elásticos, como a mola de aço, o elástico de um estilingue e a corda de um relógio, podem armazenar energia quando são deformados. Essa energia é a potencial elástica. Quando uma força (F) produz deformação em uma mola, comprimindo-a ou esticando-a, a mola exerce uma força , denominada força elástica, sempre no sentido contrário ao da deformação.
 A energia potencial elástica armazenada na mola ou
 em outro corpo elástico é medida pela seguinte fórmula:
Em que k é a constante elástica do corpo elástico,medida em N/m no SI e x é a deformação da mola em metros.
Energia Cinética
Quando deslocamos um corpo, estamos transferindo energia para ele, realizando um trabalho sobre ele.A energia que um corpo possui por causa do seu estado de movimento denomina-se energia cinética.
É calculada pela seguinte fórmula:
m – massa do corpo (kg)
v – velocidade do corpo (m/s)
Peso
 
O peso de um objeto é a força gravitacional sofrida por este objeto em virtude da atração gravitacional nele exercida por um outro corpo massivo.
 p = m.g onde a gravidade g = 9,8m/s2 , m = massa( Kg ) , p = peso (N) 
Força : massa x aceleração (mudança da velocidade em função do tempo ). 
Pressão : p =força /área 
 
Viscosidade: atrito interno visível no escoamento de um líquidzo . ( representada pela letra grega eta).
Tensão superficial : força que deve ser feita para a penetração de objetos em uma superfície líquida .( sigma ).
Freqüência: Fenômenos biológicos repetitivos em função do tempo. Unidade de medida é o Hertz ( um evento por segundo ). 
Temperatura é medida da intensidade da energia térmica (ET ) e calor é a quantidade de E T .
Grandeza escalar é uma grandeza que é determinada apenas por um valor numérico chamado de módulo.
Grandeza Vetorial é uma grandeza que, além do módulo, é determinada por uma direção e um sentido.
Força Gravitacional
A gravidade é uma das quatro forças fundamentais da natureza em que objetos com massa exercem atração uns sobre os outros. Classicamente, é descrita pela lei de Newton da gravitação universal. 
 F = força em N (Newton) m = massa em Kg
Um dos importantes efeitos médicos da força gravitacional é a formação de veias varicosas nas pernas quando o sangue venoso viaja contra a força da gravidade no seu caminho devolta ao coração. 
. 
Pressão
A pressão é uma grandeza que é quantificada através da razão entre a força (F) e a área (A) da superfície em questão, onde a força é aplicada. 
 em líquidos 
onde, F= força (N) , A = área (m2) d = densidade (Kg/m3), g = gravidade (m/s2) , h = metros (m)
Pressão Arterial Sistólica e Diastólica
A pressão arterial pode ser definida de uma forma bastante simples, como sendo a força que o próprio sangue, depois de bombeado pelo seu músculo cardíaco, exerce sobre as paredes dos seus vasos sanguíneos enquanto percorre cada milímetro do seu corpo, garantindo assim que todo ele receberá a “visita” do seu sangue. É indispensável que todo o seu organismo seja bombeado pelo seu sangue, pois sem isto este vai ficar “sem circulação”, podendo ate sentir algumas zonas do corpo sem reação, ou mesmo dormentes.
A circulação do seu sangue é feita através de um sistema “fechado”, isto é, a pressão exercida assim que o sangue saí do coração é a mesma durante toda a circulação no seu corpo, precisamente graças ao impulso dado pelo seu músculo cardiovascular. De uma forma geral, o seu coração tem um ritmo entre os 60 a 80 batimentos por minuto, assim todo o seu organismo recebe a quantidade de sangue necessária para que este funcione da forma correta. Em cada um desses momentos, o seu coração bombeia uma certa quantidade de sangue diretamente para a artéria aorta (que tem uma das principais funções em toda a circulação do seu corpo), sendo depois encaminhado para as inúmeras ramificações que se espalham por todas as partes do seu organismo.
A pressão arterial é medida em dois tipos, a pressão arterial sistólica e a pressão arterial diastólica. Principalmente porque esta sofre algumas oscilações ao longo do seu caminho por todo o corpo, daí existir dois valores que são necessários para definir qual é a sua pressão arterial no momento.
Pressão arterial sistólica – geralmente este valor é denominado de pressão arterial máxima, e é correspondente ao valor medido no momento em que o ventrículo esquerdo bombeia uma quantidade de sangue para a aorta. Normalmente este valor pode variar entre os 120 a 140 mmHg, sendo estes os valores mais comuns para que tenha a sua pressão dentro dos valores normais.
Pressão arterial diastólica – normalmente este valor é conhecido como a pressão arterial mínima, correspondente ao momento em que o ventrículo esquerdo volta a encher-se para retomar todo o processo da circulação. Este valor geralmente está dentro da média dos 80 mmHg.
Para que a sua saúde se mantenha uniforme e sem qualquer tipo de problema é indicado que faça a medição da sua pressão arterial, pelo menos, uma vez por mês. Assim, poderá verificar os valores da mesma consoante o tipo de vida que está a levar, e para o caso dos valores não estarem dentro dos parâmetros normais, é indicado que faça alguns cuidados e restrições durante o próximo mês até voltar a medir, e só depois, caso os valores continuem fora do normal, é que é aconselhável a visita a um médico de família para que seja encaminhado para o tipo de tratamento correto para o seu problema e para a sua saúde.Porém, existem algumas cuidados imprescindíveis para evitar que a sua pressão arterial esteja fora dos parâmetros normais, como por exemplo, uma dieta equilibrada mas com todos os nutrientes e proteínas necessárias, a eliminação do álcool, tabaco, drogas e excesso de sal do seu dia-a-dia, e ainda a inserção (para o caso de não estar presente) do exercício físico em detrimento do sedentarismo, bastante comum nas pessoas com mais idade. É certo que os problemas de pressão arterial têm maior tendência nas pessoas da terceira idade, no entanto, estes podem surgir em qualquer idade, principalmente quando se leva uma vida completamente desregulada e sem qualquer tipo de cuidados e restrições necessárias para o seu bom funcionamento. Esta, tal como outras doenças “silenciosas”, deve ser tratada antes mesmo de existir, isto é, o melhor tratamento que pode fazer para a “curar”, é a prevenção levada quase ao extremo, adequando o seu tipo de vida a todas as indicações que o seu médico de família e nutricionista lhe vão indicar.
Pressão em líquidos 
A pressão é uma grandeza que é quantificada através da razão entre a força (F) e a área (A) da superfície em questão, onde a força é aplicada.
d = densidade (Kg/m
3
)
 
 g = gravidade (m/s2)
h = metros (m)
Trabalho em sistema biológico
O trabalho de uma força é definido como uma grandeza escalar correspondente ao produto da força pelo deslocamento, desde que a força e o deslocamento tenham mesma direção e sentido.
τ (tau) = Trabalho (J) F = Força (N) coeficiente de atrito 
p=Pressão (N/m2) ∆V = Variação do volume (m3)
Apnéia
Apnéia significa "parada da respiração". Apnéia do sono é o distúrbio no qual o indivíduo sofre breves e repetidas interrupções da respiração (apnéias) enquanto dorme. As apnéias são causadas por obstruções transitórias da passagem do ar pela garganta de pelo menos 10 segundos de duração. Quando ocorrem apnéias com frequência maior que 5x/hora no sono dizemos que o indivíduo é portador de apnéia do sono.Estima-se que cerca de 4% das mulheres e 9% dos homens adultos sofram de apnéia do sono, sendo que sua prevalência é maior entre os obesos e maiores de 35 anos.Curiosamente, apesar de possuir alta prevalência na população, apenas recentemente a medicina reconheceu, através de estudos científicos, os riscos trazidos por esta doença e a importância do seu diagnóstico. Deste modo, sabe-se que cerca de 90% dos indivíduos que possuem apnéia do sono ainda não possuem o diagnóstico ou sequer foram alertados pelo seu médico para a possibilidade de sofrerem desta doença.Cada vez que ocorre uma apnéia ocorre uma diminuição rápida da oxigenação sanguínea. A fim de evitar a morte por asfixia, o organismo envia um “sinal” ao cérebro despertando-o por tempo suficiente para conseguir desobstruir a garganta. Ou seja, ocorre um microdespertar que o indivíduo não percebe e nem lembra no dia seguinte. Esse fenômeno pode repetir-se até 1000 vezes em cada noite de sono nos casos mais graves. Após cada microdespertar ocorre também uma descarga aguda de hormônios do estresse como adrenalina e outros que, aliada a queda da oxigenação sanguínea, pode desencadear arritmias cardíacas, infarto do miocárdio e acidentes vasculares cerebrais (AVC) durante o sono. Além disso, a apnéia do sono não tratada, a longo prazo, ocasiona ou agrava várias doenças como diabetes, obesidade, hipertensão, insuficiência cardíaca, infarto do miocárdio, arritmias cardíacas, AVCs, entre outras. Devido ao grande número de microdespertares pelas apnéias repetidas, o sono torna-se fragmentado ocorrendo diminuição do sono profundo e do sono REM nos indivíduos com apnéia do sono. O sono profundo é fundamental para a recuperação do corpo, enquanto que a fase REM (Rapid Eye Movement - fase onde ocorrem os sonhos) é importante para a consolidação do aprendizado e da memória. Assim, a apnéia do sono é uma das causas mais comuns de fadiga, sonolência e dificuldades de aprendizado e memória, entre outros sintomas. O indivíduo com apnéia do sono raramente percebe que tem dificuldade para respirar durante o sono e por esse motivo, a doença geralmente passa despercebida ao longo de vários anos até o seu diagnóstico.