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1 UNIVERSIDADE NILTON LINS COORDENAÇÃO DE MEDICINA RESUMO DO FUNCIONAMENTO DA BIOFÍSICA DA AUDIÇÃO E VISÃO Manaus - AM 2017 2 CLAUDIA DIAS LARISSA KALUME LUANA VIEIRA MARIA DE LOURDES RAYSSA MUNIZ SARAH LORENZONI TAMMY SUKY RESUMO DO FUNCIONAMENTO DA BIOFÍSICA DA AUDIÇÃO E VISÃO Trabalho elaborado para a disciplina de Fundamentos da Biofisiologia Humana, no curso de Medicina na Universidade Nilton Lins. Professora Nayana Coutinho Rodrigues Manaus - AM 2017 3 SUMÁRIO 1. VISÃO ............................................................................................................... 4 1.2 ÓPTICA DO OLHO .......................................................................................... 4 1.3 ERROS DE REFRAÇÃO .................................................................................. 5 1.4 SISTEMA DE LÍQUIDOS DO OLHO ............................................................. 7 1.5 FUNÇÕES RECEPTORA E NEURAL DA RETINA ...................................... 7 1.6 FOTOQUÍMICA DA VISÃO ........................................................................... 8 1.7 VISÃO COLORIDA .......................................................................................... 9 1.8 FUNÇÃO NEURAL DA RETINA ................................................................... 9 1.9 NEUROFISIOLOGIA CENTRAL DA VISÃO : VIAS VISUAIS ................. 10 1.10 ORGANIZAÇÃO E FUNÇÃO DO CÓRTEX VISUAL ................................ 11 1.11 PADRÕES NEURONAIS DE ESTIMULAÇÃO DURANTE ANÁLISE DA IMAGEM VISUAL ......................................................................................... 11 1.12 CAMPOS VISUAIS; PERIMETRIA .............................................................. 11 1.13 MOVIMENTOS OCULARES E SEU CONTROLE ...................................... 12 1.14 CONTROLE AUTÔNOMO DA ACOMODAÇÃO E DA ABERTURA PUPILAR ......................................................................................................... 12 2. AUDIÇÃO ....................................................................................................... 13 2.1 MEMBRANA TIMPÂNICA E O SISTEMA OSSICULAR .......................... 13 2.2 CÓCLEA ......................................................................................................... 13 2.3 MECANISMOS AUDITIVOS CENTRAIS ................................................... 14 2.4 ANORMALIDADES DA AUDIÇÃO ............................................................ 15 3 REFERÊNCIAS ............................................................................................... 16 4 BIOFÍSICA DA AUDIÇÃO E VISÃO 1. VISÃO Lembrando que a refração da luz é o fenômeno em que a mesma é transmitida de um meio a outro diferente. Ao atravessar uma interface angulada, o feixe se curva pois altera sua velocidade significativamente. Como a direção em que a luz trafega é sempre perpendicular ao plano, a direção do feixe se modifica. É justamente essa angulação que é observada como refração. Observando uma lente convexa, os raios que a atingem perpendicular não são refratados, somente os feites angulados. Essa curva em direção ao centro é a convergência. E se a lente possuir curvatura apropriadas, esses feixes serão curvados o suficiente para atingir um ponto único: o ponto focal. É importante ressaltar que enquanto as lentes esféricas geram um ponto focal, no qual convergem os feixes, a lente cilíndrica só altera os raios nos dois lados, sem alterar na sua parte superior e inferior, criando assim uma linha focal. Sendo que as cilíndricas côncavas divergem a luz, enquanto as convexas convergem. Em uma lente convexa, distância focal é a alcance além da própria lente em que os raios paralelos convergem para um ponto focal. A relação desta com a lente, fonte de luz e o foco são expressos pela fórmula: . Onde f é a distância focal, a é a distância da fonte e b é a distância do foco no outro lado da lente. Quanto mais uma lente for capaz de curvar os feixes, maior será seu poder refrativo, medido através da dioptria, calculado por 1 metro dividido pela distância focal. Mas como as lentes côncavas divergem os raios, a sua classificação é comparativa e proporcional. 1.2 ÓPTICA DO OLHO Podemos comparar o olho humano à uma câmera fotográfica comum. Um sistema de lentes com abertura variável – a pupila – e o correspondente ao filme: a retina. Mas no olho, esse sistema é composto por quatro regiões refrativas: entre o ar e a 5 córnea, entre a córnea e o humor aquoso, entre o humor e o cristalino e, finalmente, entre este o humor vítreo. Para facilitar os cálculos, foi criado o olho reduzido que considera apenas uma superfície refrativa com um ponto central de 17 mm à frente da retina e 59 dioptrias. O sistema de lentes focaliza uma imagem invertida e reversa de um objeto na retina, porém nossa mente é capaz de se orientar, adaptando a inversão como normal. Ainda nessas adaptações naturais, temos o mecanismo de acomodação, quando a forma do cristalino é mudada, aumentando a sua convexidade, uma vez que a estrutura é composta de uma cápsula elástica forte e cheia de líquido viscoso transparente, onde fixam-se cerca de setenta ligamentos capazes de tensionar ou relaxa-lo. Tal acomodação é controlada quase inteiramente pela inervação parassimpática. À medida que envelhecemos, nosso cristalino fica mais espesso, tornando-se menos elástico, muito pela desnaturação progressiva de suas proteínas. Logo, a capacidade de acomodar-se muda com a idade; e ao atingir praticamente 0 dioptria, temos a condição de presbiopia. Neste estado, cada olho fica permanentemente focando uma distância quase constante; é justamente quando se faz necessário os óculos bifocais. Regular a quantidade de luz na escuridão, ou diminuir durante o dia, é função da íris. Mas no geral, a quantidade de luz é proporcional à área da pupila; interferindo inclusive no foco, cuja maior profundidade é possível quando a pupila é muito pequena, uma vez que praticamente todos os feixes atravessariam o centro da lente. 1.3 ERROS DE REFRAÇÃO Um olho considerado normal é chamado de emetrópico, capaz de ver todos os objetos distantes focados mesmo com os músculos ciliares relaxados. Quando existe alguma alteração nesta normalidade, considerados um erro de refração. 6 Algumas pessoas podem possuir um globo ocular curto demais – ou ainda um sistema de lentes fraco – que só permite uma boa visão à distância, a essa condição chamamos de hipermetropia. Seus feixes paralelos não são curvados o suficiente para chegar ao foco quando alcançam a retina, e o mecanismo de acomodação só pode ajustar a visão para longe. Numa condição inversa, a miopia ocorre justamente quando o globo ocular é longo demais, e neste caso o indivíduo possui uma visão boa para perto, pois os raios de luz oriundos de objetos afastados são focalizados antes da retina. E como não existe um mecanismo para diminuir a força de uma lente para menos, o míope não tem uma acomodação para a visão para longe. No entanto, quando mais se aproxima do olho, o objeto pode ficar perto o suficiente para que a imagem seja focalizada. Para corrigir tais condições, é necessário usar as diferentes características das lentes.Se a lente côncava diverge os feixes é capaz de diminuir o poder retrativo do olho, neutralizando-o e corrigindo a miopia. O processo inverso acontecia com as lentes convexas e a hipermetropia. A determinação da força dessas lentes é geralmente feita por um processo de tentativa, testando várias lentes até o paciente escolher a melhor acuidade visual. Outra condição é o astigmatismo, quando ocorre um defeito óptico nos sistemas de lentes fazendo com que a imagem de um ponto seja igual a dois pequenos segmentos de reta perpendiculares que se formam a diferentes distâncias. De tal forma, o mecanismo de acomodação não é capaz de compensar essa curvatura desigual fazendo que a pessoa sem auxílio de óculos – neste caso, composto por duas lentes cilíndricas - não consiga focalizar nenhum objeto a qualquer que seja a distância. Já a catarata é uma anormalidade comum, na maioria das vezes em idosos. É uma área – ou áreas – nublada no cristalino. Em um primeiro momento, as proteínas de algumas fibras começam a desnaturar, depois coagulam formando as áreas opacas. Se 7 chegar ao ponto de comprometer de forma grave a visão, pode-se fazer uma correção cirúrgica. 1.4 SISTEMA DE LÍQUIDOS DO OLHO Para conservar o globo ocular distendido, o olho é cheio com um líquido intraocular que mantém pressão interna. Tal líquido é divido em humor aquoso e vítreo. O primeiro está sempre sendo formado e reabsorvido, tal equilíbrio regula o volume e a pressão deste líquido intraocular. A pressão média é de cerca de 15mmHg, que pode ser medida pelo tonômetro, aplicando uma pressão e deslocando a córnea, a distância do movimento é convertida. O nível da pressão é determinado, principalmente, pela resistência à saída do humor aquoso da câmara anterior para o canal de Schlemm. Uma das grandes causas da cegueira é o glaucoma, condição em que a pressão intraocular se torna patologicamente alta, podendo atingir 70mmHg, sendo que qualquer valor acima de 25 de forma constante já causa perda de visão. Tanto que o paciente pode ficar cego em dias, mas também em apenas algumas horas. À medida que a pressão aumenta, axônios no nervo óptico são comprimidos, bloqueando o fluxo axonal e impedindo a nutrição apropriada das fibras, causando suas mortes. Pode ser tratado com um colírio que possui uma substância capaz de reduzir secreção ou aumentar a absorção do humor aquoso, se falhar técnicas cirúrgicas são indicadas. 1.5 FUNÇÕES RECEPTORA E NEURAL DA RETINA A retina é região sensível à luz e contém os cones (visão de cores) e os bastonetes (visão em preto-e-branco). Ao serem excitados, em primeiro lugar seus sinais são transmitidos através de várias camadas de neurônios para depois se propagarem por fibras do nervo óptico e de lá para o córtex cerebral. Na figura ao lado, podemos observar as camadas que compõe a retina. A fóvea é uma pequena área no centro da retina, especializada em visão acurada e detalhada. 8 Os principais segmentos funcionais de um cone ou bastonete são: segmento externo, segmento interno, núcleo e corpo sináptico. Na parte mais externa fica a substância fotoquímica sensível a luz, nos bastonetes (rodopsina) e nos cones três conhecidas por pigmentos coloridos. No segmento interno, fica o citoplasma, com grande relevância para as mitocôndrias. No corpo sináptico que se liga às células nervosas. A melanina na camada pigmentar impede a reflexão da luz por todo globo ocular, extremamente importante para a visão, uma vez que sem ela os feixes seriam refletidos em várias direções. É a artéria central da retina, a responsável pelo suprimento sanguíneo das camadas mais internas. A externa é aderente à coroide, que também é um tecido altamente vascularizado, entre a retina e a esclera. 1.6 FOTOQUÍMICA DA VISÃO As substâncias químicas que existem nos cones e bastonetes se decompõem diante a exposição de luz, e durante esse processo, excitam as fibras do nervo óptico. A rodopsina é a combinação do pigmento carotenoide retinal – ou retineno – e a proteína escotopsina. Essa estrutura permite uma decomposição rápida, uma vez que a fotoativação de elétrons modifica a forma cis para trans, tal mudança estrutural afasta os elementos. Quando ativada, a rodopsina (metarrodopsina II) provoca alterações elétricas nos bastonetes, que transmitem a imagem visual para o SNC sob a forma de potencial d e ação do nervo óptico. 9 Ao ser exposto à luz, o bastonete tem seu potencial receptor diferente em praticamente todos os seus receptores, pois causa aumento da negatividade do potencial de membrana intrabastonetes, um estado de hiperpolarização. Quando a rodopsina se decompõe, a condutância da membrana é diminuída para íons sódio no segmento externo. O segmento interno bombeia continuamente sódio de dentro para foram gerando um potencial negativo. Os discos fotorreceptores são permeáveis aos íons sódio que são carregadores positivamente e difundem-se para o interior, neutralizando o processo. Quando um indivíduo está sob luz intensa por muito tempo, a maioria das substâncias fotoquímicas terá sido reduzida a retinal e opsinas; reduzindo assim a sensibilidade à luz. Tal processo é conhecido como adaptação à luz. O inverso é verdadeiro, ao ficar em escuridão total, o retinal e a opsina serão convertidos em pigmentos sensíveis, gerando a adaptação ao escuro. Além da alteração na concentração dessas substancias, a adaptação pode ser a partir da alteração do tamanho pupila ou ainda uma adaptação neural. 1.7 VISÃO COLORIDA O olho humano é capaz de detectar vários espectros ainda que somente o azul, verde e vermelho seja apresentado em várias combinações. Mas quando um único grupo de cones receptivos à cor está ausente, o indivíduo é incapaz de distinguir algumas cores de outras. Existem vários tipos, como a protanopia – cegueira para o vermelho – e até o distúrbio genético, exclusivamente masculino, a cegueira para o vermelho-verde. Para testar essas cegueiras é utilizado um quadro de manchas. 1.8 FUNÇÃO NEURAL DA RETINA A organização neural da retina é complexa, mas basicamente apresenta conexões de diferentes tipos celulares: fotorreceptores (cones e bastonetes) que transmitem a informação para a camada plexiforme externa; células horizontais, de fotorreceptores para células bipolares, que transmitem para a camada plexiforme interna, para realizar sinapse com células ganglionares e amácrinas. 10 Células amácrinas transmitem sinais em duas direções, de forma horizontal dentro da camada plexiforme interna ou diretamente de células bipolares. Enquanto as ganglionares transmitem sinais eferentes da retina através do nervo óptico para o cérebro. Ainda existe a célula plexiforme, que transmite sinais na direção retrógrada a partir da camada interna para a externa. A transmissão da maioria dos sinais ocorre nos neurônios da retina por condução eletrônica, não por potenciais de ação. 1.9 NEUROFISIOLOGIA CENTRAL DA VISÃO : VIAS VISUAIS Os nervos ópticos são as vias para os sinais da retina, e é no quiasma óptico que as fibras das metades nasais atravessam para seus lados opostos, unindo-se as fibras temporais, formando o trato óptico. No núcleo geniculado dorsolateral do tálamo, essas fibras fazem sinapse e as fibras geniculocalcarinas se projetam no trato geniculacalcarino para o córtex visual primário. Ainda se projetam para áreas como os núcleos supraquiasmáticos do hipotálamo e os núcleos pré-tectais no mesencéfalo. No chamado sistema novo, as fibras do nervo óptico terminam no núcleogeniculado dorsolateral, exercendo duas funções: retransmissão de informações visuais para o córtex por meio de radiação óptica. Lembrando que metade das fibras é derivado de um olho, no final representando as duas retinas. A segunda função é controlar quanto do sinal é permitido passar para o córtex. Esse sinal são recebidos das fibras corticofugais e das áreas reticulares do mesencéfalo. 11 1.10 ORGANIZAÇÃO E FUNÇÃO DO CÓRTEX VISUAL O córtex visual primário situa-se na área da fissura calcarina, estendendo-se à frente a partir do polo occipital na parte medial de cada córtex, região dos sinais visuais diretos. A fóvea da retina é responsável pelo grau mais alto de acuidade visual, tendo significativamente mais representação no córtex visual que a maioria da partes periféricas da retina. As secundárias, conhecidas como áreas de associação visual, encontram-se lateral, anterior, superior e inferiormente ao córtex visual primário. Sinais secundários são transmitidos a estas áreas para análise dos significados visuais. Existe uma necessidade de várias áreas pois muitos aspectos da imagem visual são progressivamente dissecados e analisados. 1.11 PADRÕES NEURONAIS DE ESTIMULAÇÃO DURANTE ANÁLISE DA IMAGEM VISUAL Apenas alguns neurônios no córtex primário são estimulados quando um indivíduo fita uma parede em branco. Para compreender o que o córtex visual capta, a imagem ao lado mostra o padrão espacial. As áreas de máxima excitação ocorre ao longo das bordas nítidas. Já o córtex visual detecta não apenas a existência de linhas e bordas nas diferentes áreas da imagem da retina, como a direção de orientação de cada linha ou borda. Para cada uma das orientações, são estimuladas células neuronais específicas, captadas por células simples. As complexas, por outro lado, são capazes de mesmo a distância processar a direção, mas não a posição. 1.12 CAMPOS VISUAIS; PERIMETRIA A área visual vista por um olho em determinado instante é o conceito de campo visual. E a perimetria é processo para diagnosticar cegueira em partes específicas. Às vezes, achamos manchas cegas fora da área do disco óptico, chamadas de escotomas, usualmente causadas por lesão do nervo óptico decorrente de glaucoma, reação alérgica ou patologia tóxica. 12 1.13 MOVIMENTOS OCULARES E SEU CONTROLE O uso máximo das capacidades visuais do nosso corpo dependemos tanto da interpretação dos sinais visuais e do controle de direcionamento. Esses movimentos são controlados por três pares de músculos: retos medial e lateral, os retos superior e inferior e os oblíquos superior e inferior. O primeiro par contrai-se para movimentar os olhos de lado a lado; o reto superior e inferior, para movimentos de cima e baixo, enquanto os oblíquos rodam o globo. O controle cortical do aparelho oculomotor propaga sinais das áreas visuais no córtex occipital, através de tratos para as áreas pré-tectal e do colículo superior no tronco cerebral. Quanto aos movimentos de fixação, são controlados por dois mecanismos neuronais. O de fixação permite movimentação voluntária para determinado objeto, enquanto o involuntário mantém o olhar após o objeto ser definido. Os campos oculares corticais occipitais involuntários posteriores automaticamente travam os olhos numa dada mancha do campo visual, impedindo o movimento da imagem na retina, para sair é necessário sinalizar ao campo ocular voluntário. Para tornar as percepções visuais mais significativas, as imagens visuais nos dois olhos normalmente se fundem entre si nos pontos correspondentes das duas retinas. Nessa fusão, o córtex visual t em papel importante. Ocorrem interações de interferência em neurônios específicos quando as duas imagens visuais não estão precisamente fundidas. No estrabismo, por exemplo, um ajuste anormal do mecanismo de fusão do sistema visual causa o olho torto. 1.14 CONTROLE AUTÔNOMO DA ACOMODAÇÃO E DA ABERTURA PUPILAR O olho é inervado por fibras nervosas parassimpáticas e simpáticas. As primeiras originam-se no núcleo de Edinger-Westphal e passam no terceiro nervo até o gânglio ciliar, atrás do olho. Enquanto a simpática se origina nas células do corno intermediolateral do primeiro segmento torácico da medula espinhal. De lá, entram na cadeia simpática e sobem para o gânglio cervical superior, onde fazem sinapse com os neurônios pós-ganglionares. 13 O mecanismo que focaliza o sistema do cristalino do olho é essencial para um bom grau de acuidade visual. Essa acomodação resultada da contração ou do relaxamento do músculo ciliar do olho, causando aumento do poder refrativo do cristalino ou diminuição no caso do relaxamento. É regulada por um mecanismo de feedback negativo que automaticamente ajudas esse poder. A estimulação dos nervos parassimpáticos também excita o músculo esfíncter da pupila, diminuindo assim a abertura pupilar; conhecido como miose. Inversamente, a estimulação dos nervos simpáticos excita as fibras radiais da íris e causa dilatação da pupila, a midríase. Algumas doenças do sistema nervoso danificam a transmissão dos sinais visuais das retinas, podendo bloquear os reflexos pupilares. 2. AUDIÇÃO 2.1 MEMBRANA TIMPÂNICA E O SISTEMA OSSICULAR Os ossículos conduzem o som da membrana timpânica através da orelha média, chegando à cóclea. Fixado à membrana está o cabo do martelo, este unido à bigorna por minúsculos ligamentos, fazendo que eles sempre movam juntos. A outra extremidade da bigorna articular-se com a base do estribo, e placa do estribo encontra-se contra o labirinto membranoso da cóclea na abertura da janela oval. A membrana timpânica e o sistema ossicular proporcionam equalização das impedâncias entre as ondas sonoras no ar e as vibrações sonoras no líquido da cóclea. A cóclea está mergulhada em uma cavidade óssea no osso temporal, o chamado labirinto ósseo, as vibrações do crânio inteiro podem causar vibrações no líquido na própria cóclea. 2.2 CÓCLEA É um sistema de tubos espiralados: a rampa vestibular, a rampa média e a timpânica. Sendo a primeira e a segundo separadas pela membrana de Reissner (ou vestibular); a rampa timpânica e a média são separadas pela membrana basilar, que em 14 sua superfície encontra-se o órgão de Corti com uma série de células eletromecanicamente sensíveis, as células ciliadas. As vibrações sonoras entram na rampa vestibular a partir da placa do estribo na janela oval, conectando-se às bordas para movimentar-se para dentro e fora com as vibrações. O movimento faz com que o líquido se mova para frente da rampa vestibular e média. O órgão de Corti é o receptor que gera impulsos nervosos em resposta à vibração da membrana basilar. Com as células ciliadas internas e externas que fazem sinapse com uma rede de terminações nervosas da cóclea. As fibras nervosas estimuladas pelas células ciliadas levam ao gânglio espiral de Corti, no centro da cóclea. A intensidade é determinada pelo sistema auditivo por alguns modos. À medida que o som se torna mais intenso, a amplitude de vibração da membrana basilar e de células ciliadas também cresce, de modo que as ciliadas excitem as terminações nervosas em frequências mais rápidas. Ou ainda o aumento da vibração faz com que cada vez mais células fiquem estimuladas, causando assim somação espacial dos impulsos. 2.3 MECANISMOS AUDITIVOS CENTRAIS As fibras nervosas do gânglio espiral de Corti entram nos núcleos cocleares dorsal e ventral, na parte superior do bulbo. Algumas fibras de segunda ordem também se projetam para o núcleoolivar, e de lá, a via auditiva sobe através do lemnisco lateral. No fim, a via prossegue por meio da radiação auditiva até o córtex auditivo. Sinais de ambas as orelhas são transmitidos através das vidas e em pelo menos três lugares no tronco cerebral ocorre cruzamento entre duas vias: no corpo trapezoide, na comissura entre os dois núcleos do lemnisco lateral e na comissura que liga os dois colículos inferiores. Muitas fibras entram diretamente no sistema reticular ativador do tronco cerebral. O córtex auditivo se subdivide em primário e de associação auditiva. Sendo que o primário é excitado de forma direta por projeções do corpo geniculado, enquanto áreas de associação são por impulsos do córtex. No momento em que a excitação chega ao córtex cerebral, a maior parte dos neurônios responsivo ao som responde a apenas uma faixa estreita de frequências, isso faz com que em algum ponto da via, mecanismos de processamento focalizam a resposta a frequências. 15 Um indivíduo percebe a direção do som horizontal através do intervalo de tempo e a diferença entre as intensidades de sons nas duas orelhas. Mas os mecanismos de percepção não podem dizer se o som está emanado da parte da frente, de trás, cima ou baixo da pessoa. Esta discriminação é dada pelos pavilhões auditivos, cuja forma modifica a qualidade do som. 2.4 ANORMALIDADES DA AUDIÇÃO A surdez pode ser classificada em dois tipos: a causada por comprometimento da cóclea ou do nervo auditivo, a surdez nervosa, ou a causa por problemas nas estruturas físicas da orelha condutoras do som, a surdez de condução. No caso de destruição da cóclea ou do nervo auditivo, a surdez é permanente. Em outros casos, podemos compensar as perdas com aparelhos. 16 3 REFERÊNCIAS Guyton, A. C., & Hall, J. E. (2011). Tratado de Fisiologia Médica - 12ª Ed. Rio de Janeiro: Elsevier / Medicina Nacionais.
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