Biofisica dos fluidos

Prévia do material em texto

Biofísica dos fluidos 
 Importância do estudo da biofísica dos fluidos – Os organismos vivos são formados de sólidos, 
gases e principalmente líquidos. Assim, tendo em vista que nosso corpo é constituído de forma 
majoritária de fluidos, torna-se fundamental entender tal temática. 
o Filtragem renal, passagem de gás nos alvéolos, variação da pressão 
 Incidência de pressão – fluidos- e seus movimentos com ações do cotidiano, como, por exemplo, 
bocejar, aferir a pressão arterial, altitudes diferentes, água em superfície, hemodiálise, avaliação 
pressão intraocular. Fluidos e dinâmica dos fluidos e das soluções IMPORTANTE 
 
O que é a biofísica dos fluidos? 
 O termo fluido abrange tanto líquidos como gases ,sendo substâncias que não possuem formas 
definidas, e quando submetidas a forças apropriadas, fluem , isto é, uma camada desliza em 
relação às adjacentes 
 As forças que mantêm as moléculas ligadas nos fluidos são menores que as que interligam as 
moléculas nos sólidos. Devido ao fato de as forças de ligação entre as moléculas de um gás serem 
menores que aquelas que agem num líquido, o primeiro ocupa o volume total do recipiente que 
o contém e é altamente compressível, ao passo que o segundo já possui um volume definido e é 
praticamente incompressível. 
 As forças dos gases são menores que a dos líquidos e são altamente compressivos ( em relação 
aos líquidos) 
 
O que é pressão hidrostática? 
 É a força que um fluido contido num recipiente exerce sobre uma área 
 A pressão é definida como o quociente entre uma força e a área sobre a qual atua ( p = F/A) 
 Se um fluido, contido num recipiente, não estiver sujeito a nenhuma força externa - como por 
exemplo a força gravitacional — a pressão em todos os pontos do mesmo será constante 
Entretanto, existindo a força gravitacional, mesmo que o fluido esteja em equilíbrio, sua pressão 
não será uniforme, na direção vertical. 
 A pressão atmosférica diminui exponencialmente com o aumento da altitude z. 
 Questão gravitacional ???? 
 Essa relação força e área pode ser exemplificado pela pressão sanguínea – Menor artéria, maior 
força – Quando há deposito de gordura, por exemplo, há uma diminuição do diâmetro devido ao 
acúmulo de placas, isso, permite que a pressão seja o dobro em relação a uma artéria que não 
possui essas placas. 
 Unidade de medida de pressão : Força/Área como N/m2 = pascal (pa) 
 Comum usar também a atmosfera (atm) – 1 atm = 1x105 pa = 760 mm Hg 
 Altura de colunas de mercúrio ( mm Hg) 
 
Princípio de Pascal: 
 se houver um aumento de pressão num ponto de um fluido contido num recipiente, pela ação 
de uma pressão externa, esse aumento se transmitirá a todos os outros pontos do fluido, 
inclusive às paredes do recipiente. 
 A transmissão do aumento de pressão é instantânea em líquidos, devido a sua 
incompressibilidade. 
 
Aplicando o conceito de pressão: 
 Ao apertarmos o embolo iremos romper a inercia e criar uma aceleração para fora da seringa, 
fazendo com o que o medicamento entre na veia do paciente. 
 Se ao contrário a gente puxar o embolo , iremos aspirar sangue para o interior da seringa 
 A luz da física , quando apertamos o embolo – a pressão no interior da seringa ficou maior que a 
pressão sanguínea, o medicamento acelerou e entrou na corrente sanguínea 
 Quando a pressão no interior da seringa ficou menor que a pressão sanguínea o sangue entra na 
seringa. 
 Exemplo com um gás . Respiração 
 Para inspirar, é necessário expandir o tórax, ao encher o peito a pressão no interior dos pulmões 
torna se menor que a atmosférica e, então, o ar acelera entrando nos pulmões. 
 Na expiração, a retração do tórax faz com que a pressão dos pulmões fique maior que a 
atmosférica e o ar acelera para fora. 
 
Qual lei da física é essa? 
Por que quando puxamos o embolo da seringa ou expande os pulmões a pressão dentro dessas 
estruturas torna-se menor? 
 A resposta está na lei de Boyle, que nos diz que : “ quando aumentamos o volume do local que 
contém o fluido, a pressão em seu interior diminui e, paralelamente, quando diminuímos o 
volume a pressão aumenta”. 
 
Lei fundamental da dinâmica dos fluidos 
 Só ocorre aceleração de um fluido se houver diferença de pressão entre dois pontos 
 Conclui-se também que a aceleração de um fluido ocorre do ponto de maior para o ponto de 
menor pressão. 
 Dinâmica dos fluidos 
 Movimento básicos do coração sístole e diástole 
 Durante a sístole ( contração) a cavidade dos ventrículos diminui, a pressão anterior aumenta e 
o coração ejeta o sangue para os vasos. 
 Já na diástole (relaxamento) os átrios aumentam em sua cavidade, a pressão interior diminui e o 
coração aspira o sangue de volta 
 
Variação de pressão: 
 
Pressão intraocular 
 Os fluidos do globo ocular, os humores aquoso e vítreo, que transmitem a luz à retina (parte 
fotossensível do olho), estão sob pressão e mantêm o globo numa forma e dimensão 
aproximadamente fixas. 
 Humores aquoso e vítreo estão sob pressão ( 15 mmHg) - Nutre córnea e cristalino (está entre 
córnea e íris) 
 O humor aquoso, fluido contido na parte frontal do olho, é essencialmente água, sendo que, o 
olho produz continuamente esse. 
 Há um sistema de drenagem que permite a saída do excesso de humor aquoso, a fim de evitar o 
aumento de pressão. 
 Se o sistema de drenagem do humor aquoso for bloqueado a pressão ocular aumenta, 
comprimindo a artéria retiniana além de lesionar nervo óptico, o que poderia restringir a 
circulação sanguínea na retina, provocando a visão tunelada ou até mesmo cegueira. 
 Quando há esse aumento de pressão intraocular, dá-se o nome de Glaucoma – existem fármacos 
que conseguem modular o glaucoma, o que torna as pressões mais estáveis. 
 
Pressão sanguínea 
 Medida com o esfigmomanômetro, que consiste em uma coluna de mercúrio com uma das 
extremidades ligada a uma bolsa, que pode ser inflada através de uma pequena bomba de 
borracha. 
 A pressão do ar da bolsa é aumentada até que o fluxo sanguíneo das artérias do braço seja 
bloqueada. 
 Primeiro som, quando a pressão do ar contido na bolsa se iguala a pressão sistólica – máxima 
pressão sanguínea 
 Último som: pressão diastólica – menor pressão sanguínea. 
 Esses sons são denominados sons de Korotkoff. 
 As pressões arteriais em todas as partes do corpo de uma pessoa deitada são aproximadamente 
iguais à pressão arterial do coração. Quando a pessoa está sentada, ou em pé, devido à elevação 
da cabeça em relação ao coração, a pressão arterial é mais baixa na cabeça. Assim, quando uma 
pessoa deitada se levanta rapidamente, haverá queda de pressão arterial da cabeça será de, o 
que implicará uma diminuição do fluxo sanguíneo no cérebro. Como o fluxo deve ser contínuo e 
como o ajuste do fluxo pela expansão das artérias não é instantâneo, a pessoa pode sentir-se 
tonta. Em casos de variações de pressão muito rápidas, a diminuição da circulação pode ser tal 
que provoque desmaio. 
 
Mergulho subaquático 
 O ouvido médio é uma cavidade de ar atrás do tímpano 
 Se a pressão nessa cavidade não for igual a pressão do lado externo do tímpano, a pessoa pode 
sentir mal- estar. Essa diferença de pressão pode ser evitada por meio da equalização mediante 
bocejo, mastigação ou deglutição. 
 Uma diferença de pressão de 120mmHg pode ocasionar sua ruptura 
 Quando uma pessoa mergulha na água, a equalização das pressões nos dois lados do tímpano 
pode não ocorrer, e uma diferença de pressão de 120 mmHg pode ocasionar sua ruptura. Uma 
maneira de equalizar essas pressões é aumentar a pressão da boca, mantendo boca e nariz 
fechados e forçando um pouco do ar dos pulmões para as trompas de Eustáquio 
 Em mergulhos a pressão nos pulmões aumenta – facilitando passagem dos gases para o sangue 
 Ar (78% n2 e 21%O2) 
 A pressão parcial do oxigênio e nitrogênio faz com que o maior número de moléculas desse gás 
seja transferido para o sangue 
 Isso significa que as pressões parciaisdos componentes do ar são também mais elevadas. O 
aumento da pressão parcial do oxigênio faz que maior número de moléculas desse gás seja 
transferido para o sangue. Dependendo desse acréscimo, pode ocorrer envenenamento por 
oxigênio. Um possível efeito do envenenamento por oxigênio é a oxidação de enzimas dos 
pulmões, que pode provocar convulsões. Em bebês prematuros, colocados em tendas de 
oxigênio puro, há grandes riscos de se desenvolver cegueira devida ao bloqueio do 
desenvolvimento dos vasos sanguíneos dos olhos. 
 “Narcose de nitrogênio” relaxamento e sono (30m) 
 Nitrogênio tecidual ou residual 
 Subida rápida: o nitrogênio sai do sangue formando bolhas bloqueando pequenos vasos, 
formigamento – DOENÇA DE DESCOMPRESSÃO 
 Se for usado o ar nos tanques de mergulho, a altas pressões o nitrogênio se dissolve no sangue. 
Se o mergulhador voltar rapidamente à superfície, o nitrogênio dentro do sangue pode "ferver", 
formando bolhas. Isso pode provocar lesões graves nos ossos, levando até à necrose do tecido 
ósseo. A razão dessa necrose são os infartos no tecido, causados pelo bloqueio da circulação do 
sangue pelas bolhas. Por isso, a subida de um mergulhador deve ser feita lentamente. Caso 
ocorra a formação de bolhas, um dos efeitos sobre o mergulhador é a produção de cãibras. Nesse 
caso, o acidentado deve ser recolocado num ambiente à pressão alta e ser lentamente 
descompressado. 
 Câmaras hiperbáricas: câmera de oxigênio puro em altas pressões 
 A elevada pressão de oxigênio promove aumento da fração de oxigênio dissolvido no plasma. 
Esse aumento faz com que o gás se difunda a uma distância ate quatro vezes maior, atingindo 
portas que se encontram pouco oxigenados. 
 Hiperóxia ação bactericida bacteriostática e fungicida – efeito cicatrizante – aumenta a ação dos 
fibroblastos. 
 
Efeitos de altitude 
 Montanha - diminuição da pressão atmosférica e a diminuição da pressão parcial do O2 – Hipóxia 
 Taquicardia, mal-estar generalizado, dificuldade de respirar, dores de cabeça, náuseas, vômito, 
insônia etc. 
 Os sintomas se acentuam a partir de 3.000 m. 
o Abaixo de 3 000 m: não existem efeitos detectáveis no desempenho da respiração, e o 
ritmo cardíaco, em geral, não se altera. 
o Entre 3 000 e 4 600 m: região de "hipoxia compensada" em que aparece um pequeno 
aumento nos ritmos cardíaco e respiratório, e uma pequena perda de eficiência na 
execução de tarefas complexas. 
o Entre 4 600 e 6 100 m: mudanças dramáticas começam a ocorrer. As frequências 
respiratória e cardíaca aumentam drasticamente; pode aparecer a perda de julgamento 
crítico e controle muscular, e também entorpecimento dos sentidos. Estados 
emocionais podem variar desde a letargia até grandes excitações com euforia ou 
mesmo com alucinações. Esse é o estado de "hipoxia manifesta". 
o Entre 6 100 e 7 600 m: essa é a região de "hipoxia crítica". Os sintomas são perda rápida 
do controle neuromuscular, da consciência seguida de parada respiratória, e finalmente 
morte. 
 
Escoamento dos fluidos 
 Escoamento = movimento 
 Se a densidade de um fluido em movimento variar, ele é considerado compressível; caso 
contrário, diz-se que é incompressível. 
 Se o fluido em estudo for incompressível e não apresentar resistência ao movimento, ele se diz 
fluido ideal. 
 Aterosclerose - uma artéria é estreitada internamente, o que provoca diminuição da pressão na 
região parcialmente obstruída. 
 Como em condições normais existe uma pressão externa à artéria que contrabalança a pressão 
arterial, com o estreitamento a força externa pode se tornar maior que a interna, provocando 
um colapso total da artéria. ISQUEMIA TECIDUAL 
 Viscosidade: força de resistência ao movimento do líquido. 
 Todos os líquidos se tornam mais viscosos com a diminuição da temperatura; (fica mais difícil 
fluir os sangue por exemplo, espessura de mel, calda de pudim) 
 Pessoa entra em estado de choque devido a um acidente - a temperatura de seu corpo cai, 
aumenta a viscosidade do sangue e pode haver queda no fluxo sanguíneo. 
 
Tensão superficial 
 As propriedades de superfície aparecem sempre que houver duas substâncias em contato. Essas 
substâncias podem ser: líquido-líquido, líquido-gás, líquido-sólido, ou sólido-gás. Essas 
propriedades se devem à assimetria das forças entre as moléculas dos dois meios na superfície. 
 Pontes de hidrogênio formam ligação entre moléculas polares. 
 Água - suas moléculas formam pontes de hidrogênio em todas as direções, ou seja, uma molécula 
de água está cercada por pontes de hidrogênio; 
 Na superfície do líquido – que é o limite físico da massa de água, essas forças não se anula. 
 Tensão superficial é a propriedade que só existe na interface de dois meios diferentes, por 
exemplo, líquido e gás. 
 Tensão superficial dos pulmões: Os alvéolos pulmonares são fisicamente semelhantes a milhões 
de pequenas bolhas que aumenta quando ocorre a inspiração. Uma rede intensa de capilares 
cobre quase a totalidade dessa área. Os sacos alveolares possuem dimensões variadas, e suas 
paredes são compostas por uma membrana fina, que é banhada por uma camada de fluido. As 
propriedades elásticas dos alvéolos dependem principalmente das propriedades mecânicas da 
membrana e da tensão superficial do fluido. 
 Os alvéolos pulmonares, como qualquer outro tecido do organismo, são ricos em água. 
 Na água existe uma tensão superficial, a qual é forte suficiente para fazer com que o alvéolo se 
feche e fique todo “amassado” isso se chama colabamento - forte o suficiente para impedir a 
inspiração; 
O fato de não ocorrer o colabamento alveolar se deve à secreção de uma mistura de 
lipoproteínas, denominadas surfactantes, por células secretoras especiais, componentes do 
epitélio alveolar. Essas lipoproteínas atuam da mesma forma que os detergentes, isto é, 
diminuem a tensão superficial dos líquidos. Assim, a existência desses surfactantes nos alvéolos 
reduz a tensão superficial do fluido alveolar, reduzindo também a pressão interna necessária 
para manter abertos os alvéolos. 
 Lei de Laplace 
 O epitélio dos alvéolos apresenta células secretoras de surfactantes, que são moléculas que 
atuam como detergentes e conseguem diminuir a tensão superficial do fluido alveolar, 
diminuindo dessa maneira, também, a pressão interna necessária para manter os alvéolos 
abertos. 
 Partos de crianças prematuras; 
 Fetos com menos de 30 semanas ainda não produz surfactante; 
 Logo, se o problema não for imediatamente tratado com a aplicação de surfactante sintético 
pelas vias respiratórias o bebê provavelmente morrerá por incapacidade de respirar. 
 Difusão: É a tendência de um soluto se espalhar homogeneamente pelo solvente, sendo um 
processo que leva o sistema a um equilíbrio. 
 Osmose: Caso um soluto esteja impossibilitado de se difundir ao longo de uma solução até que 
ela se torne homogênea, os processos termodinâmicos, continuam atuando, levando água até 
onde está o soluto, na tentativa de, por revés, chegar ao equilíbrio 
 Pressão osmótica e resultante da força de deslocamento do solvente por unidade de área da 
membrana semipermeável. 
 A osmose é muito importante em processos biológicos, pois todas as células vivas são revestidas 
por membranas semipermeáveis e são também subdivididas internamente por tais membranas. 
Desse fato resultam as difusões seletivas, quando somente as moléculas relevantes à vida e às 
funções de determinada célula se difundem através de suas membranas. Além da osmose, a 
passagem de fluidos ou solutos através das membranas celulares pode ser efetuada pela difusão 
ou por algum tipo de transporte ativo. 
 Exemplo de transporte entre membranas: 
 Diálise, processo pelo qual os produtos metabólicos inúteis e/ou tóxicos são removidos do 
sangue pelos rins. 
 Os glomérulos contidos nos néfrons — Figura 20.18 —são membranas semipermeáveis e 
também possuem a propriedade de filtragem. A separação de solutos do solvente (sangue)ocorre devido à pressão osmótica (da ordem de 30 mmHg) existente face à variação de 
concentração dos solutos; enquanto a filtragem só se processa quando há uma diferença de 
pressão hidrostática (da ordem de 40 mmHg) através da membrana. Assim, para que os rins, com 
cerca de 1 milhão de néfrons em cada um, possam funcionar, a pressão sangüínea deve ser no 
mínimo, da ordem de 70 mmHg. Portanto, uma queda de pressão sangüínea prolongada pode 
provocar problemas graves. 
 Os glomérulos contidos nos néfrons são membranas semipermeáveis e possuem propriedade de 
filtragem. 
 Quando há falha dos dois rins, ocorre a uremia – intoxicação consequente da retenção de 
substâncias nocivas no sangue, sendo necessário a realização da hemodiálise.