Biofísica - Slides de Aula - Unidade II

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UNIDADE II
Biofísica Aplicada às
Ciências Biomédicas
Prof. Dr. Marcio Alves
 Membrana celular: a grande barreira
Transporte entre membranas biológicas
Fonte: Guyton & Hall; Tratado de 
Fisiologia Médica, 11e.
Fluido
extracelular
Proteína integral
Carboidrato
Citoplasma
Fluido
intracelular
Proteína integral
Proteína periférica
Bicamada
lipídica
 Difusão.
 A Segunda Lei da Termodinâmica postula que alguma coisa flui de um ponto onde 
há excesso para um ponto onde há escassez.
 De onde tem mais para onde tem menos.
Transporte entre membranas biológicas
Fonte: Aires; Fisiologia, 3e.
Situação final
 Visão de um campo de microscópio, em fundo escuro, mostrando o movimento 
browniano de partículas de fumaça
Transporte entre membranas biológicas
Fonte: Aires; Fisiologia, 3e.
 Difusão de moléculas de açúcar e da água pura saindo do ponto inicial (A), 
passando por um estado intermediário (B) até finalmente entrar em equilíbrio (C).
 As moléculas de açúcar em movimento (movimento browniano) começarão a se 
chocar umas com as outras provocando o “espalhamento”, ou seja, a difusão das 
moléculas de açúcar do lado da membrana que tem mais açúcar para o lado que 
tem menos açúcar, até que o número de moléculas de açúcar atinja o equilíbrio e 
seja igual dos dois lados da membrana.
Transporte entre membranas biológicas
Fonte: Okumo, Caldas e Cecil; Física para Ciências Biológicas e Biomédicas, 1e.
Equilíbrio
Solução
de açúcar H2O
A B C
1 1 12 2 2
Alguns fatores interferem na velocidade com que a difusão ocorre. Os principais são:
 Número: quanto maior o número de partículas, maior a concentração; e quanto 
maior o gradiente de concentração, mais rápida a difusão.
 Volume: partículas menores se difundem mais rapidamente.
 Forma: partículas cilíndricas se difundem mais rapidamente que as esféricas.
 Temperatura: quanto maior a temperatura, maior a difusão, porque as moléculas 
possuem maior energia cinética (movimento).
Transporte entre membranas biológicas
 Difusão simples através da dupla camada de fosfolipídios e de canais formados 
por proteínas que atravessam a membrana celular.
Transporte entre membranas biológicas
Fonte: Guyton & Hall; Tratado de Fisiologia Médica, 11e.
Difusão
simples
Canal
proteico
 Mecanismo postulado para difusão facilitada. Substância se liga a uma proteína 
transportadora que facilita o acesso da substância de um lado a outro da 
membrana celular, sem gasto de energia.
Transporte entre membranas biológicas
Fonte: Guyton & Hall; Tratado de Fisiologia Médica, 11e.
Molécula
transportada Local de ligação
Proteína transportadora
alteração estrutural
e
Liberação da ligação
 Na difusão simples, a velocidade da difusão é diretamente proporcional à diferença 
de concentração da substância entre os lados da membrana. Na difusão facilitada, 
a velocidade de difusão depende da capacidade da proteína carregadora.
Transporte entre membranas biológicas
Fonte: Guyton & Hall; Tratado de 
Fisiologia Médica, 11e.
Concentração da substância
V
e
lo
c
id
a
d
e
 d
a
 d
if
u
s
ã
o
Vmax
Difusão simples
Difusão facilitada
 Processo de osmose, no qual ocorre a difusão de água em direção ao lado da 
membrana (impermeável ao NaCl) que tem menos moléculas de água.
Transporte entre membranas biológicas
Fonte: Guyton; Fisiologia Humana, 6e.
Solução
NaCl
Água
Osmose
 A osmose ocorrerá sempre da solução hipotônica (menor tonicidade) em direção à 
solução hipertônica (maior tonicidade). Células, quando colocadas em solução 
isotônica, não perdem nem ganham volume, pois a osmose não ocorre. Já células 
colocadas em solução hipertônica irão murchar, enquanto células colocadas em 
solução hipotônica irão inchar.
Transporte entre membranas biológicas
Fonte: Guyton & Hall; Tratado de Fisiologia Médica, 11e.
A B
C D
 Transporte ativo através das membranas.
Vias de transporte através da membrana celular e seus mecanismos básicos 
de transporte:
Transporte entre membranas biológicas
Fonte: Guyton & Hall; Tratado de Fisiologia Médica, 11e.
Proteína
canal
Proteínas
transportadoras
Difusão simples
Difusão
facilitada
Energia
Difusão Transporte ativo
 Mecanismo postulado para a bomba de sódio-potássio através da membrana 
celular, mostrando o acoplamento do transporte desses dois íons e o consumo de 
energia. ADP, difosfato de adenosina; ATP, trifosfato de adenosina; Pi, íon fosfato.
Transporte entre membranas biológicas
Fonte: Guyton & Hall; 
Tratado de Fisiologia 
Médica, 11e.
Exterior
Interior
3Na+
2K+
ATPase
ADP
+
Pi
3Na+
2K+
A difusão parte do princípio que em algum momento temos algo concentrado em um 
determinado ponto, ou seja temos que ter uma diferença de concentração. Assinale 
a alternativa correta:
a) A difusão sempre ocorre contra o gradiente de concentração química.
b) O processo de difusão sempre gasta energia (ATP) e por isso é um tipo de 
transporte passivo.
c) Quanto maior o número de partículas, maior a concentração e quanto maior o 
gradiente de concentração, mais rápida é a difusão.
d) A difusão sempre acontece de onde tem menos, para 
onde tem mais.
e) Quanto menor a temperatura, maior a difusão, porque as 
moléculas possuem maior energia cinética (movimento).
Interatividade
A difusão parte do princípio que em algum momento temos algo concentrado em um 
determinado ponto, ou seja temos que ter uma diferença de concentração. Assinale 
a alternativa correta:
a) A difusão sempre ocorre contra o gradiente de concentração química.
b) O processo de difusão sempre gasta energia (ATP) e por isso é um tipo de 
transporte passivo.
c) Quanto maior o número de partículas, maior a concentração e quanto maior o 
gradiente de concentração, mais rápida é a difusão.
d) A difusão sempre acontece de onde tem menos, para 
onde tem mais.
e) Quanto menor a temperatura, maior a difusão, porque as 
moléculas possuem maior energia cinética (movimento).
Resposta
 Características funcionais da bomba de Na+ -K+ (transporte ativo) e os canais de 
“extravasamento” de K+ -Na+ (transporte passivo). ADP, difosfato de adenosina; 
ATP, trifosfato de adenosina.
Fenômenos elétricos nas células
Fonte: Guyton & Hall; Tratado de 
Fisiologia Médica, 11e.
Exterior3Na+ 2K+
ATP
Bomba de Na+ -K+
Na+
Na+
Na+
K+
K+
K+ ADP
Canais de
“extravasamento” K+ -Na+
 Em A, o estabelecimento do potencial de “difusão” através da membrana da fibra 
nervosa, causado pela difusão dos íons potássio de dentro da célula para fora, 
através da membrana que é seletivamente permeável somente ao potássio.
 Em B, o estabelecimento de “potencial de difusão” quando a membrana da fibra 
nervosa só é permeável aos íons sódio.
Fenômenos elétricos nas células
Fonte: Guyton & Hall; Tratado 
de Fisiologia Médica, 11e.
K+K+ Na+Na+
(Ânions)-(Ânions)-
(Ânions)-(Ânions)-
Fibra nervosa Fibra nervosa
Potencial de difusão
(-94 mV)- (+61 mV)-
A B
 Estrutura de um neurônio
Fenômenos elétricos nas células
Fonte: Guyton & Hall; Tratado 
de Fisiologia Médica, 11e.
Dendritos
Encéfalo Corpo
celular
Axônio
Sinapses
Medula
espinhal
Neurônios de
segunda ordem
 Anatomia funcional da sinapse, mostrando as vesículas com substâncias 
neurotransmissoras que são liberadas na fenda sináptica com a chegada do 
impulso nervoso nessa região da fibra nervosa.
Fenômenos elétricos nas células
Fonte: Guyton & Hall; Tratado de Fisiologia Médica, 11e.
Vesículas transmissoras
Mitocôndria
Proteínas receptorasFenda sináptica
(200-300
angstroms)
Terminal
pré-sináptico
Corpo celular
do neurônio
 A fibra nervosa motora é formada de duas partes: uma camada externa isolante 
chamada de bainha de Schwann ou bainha de mielina, que se estende por todo o 
axônio, como uma capa isolante que vem desde a medula espinhal até as 
terminações nervosas finais.
Fenômenos elétricos nas células
Fonte: Guyton & Hall; Tratado de Fisiologia Médica, 11e.
Axônio
Bainhade mielina
Citoplasma da célula de Schwann
Núcleos das células de Schwann
Nodo de Ranvier
Axônios amielinizados
Núcleo da célula de Schann
Citoplasma da célula de Schwann
A
B
 Potenciais de membrana.
 Diferenças nos gradientes de concentração dos íons sódio e potássio na 
membrana da célula nervosa. No estado de repouso, a membrana é permeável 
somente aos íons potássio.
Fenômenos elétricos nas células
Fonte: Guyton; Fisiologia Humana, 6e.
Na+
142 mEq
K+
4 mEq
14 mEq 140 mEq
-
(90)
mv.
 Potencial de ação e impulso nervoso.
 Propagação da onda de despolarização após o início do potencial de ação.
Fenômenos elétricos nas células
Fonte: Guyton & Hall; Tratado de Fisiologia Médica, 11e.
A
B
C
D
 Registro gráfico de um potencial de ação, mostrando as três etapas: repouso, 
despolarização e repolarização.
Fenômenos elétricos nas células
Fonte: Guyton & Hall; Tratado de Fisiologia Médica, 11e.
Eletrodo
de prata –
cloreto
de prata
+35
0
-90
M
ili
v
o
lt
s
Repouso
Ultrapassagem
 Quando o impulso nervoso chega à 
junção neuromuscular, acontece a 
liberação do neurotransmissor 
acetilcolina pela fibra nervosa no 
espaço entre a fibra nervosa 
e a fibra muscular, chamado 
de fendas subneurais.
 A junção neuromuscular –
a placa motora.
Fenômenos elétricos nas células
Fonte: Guyton & Hall; Tratado de Fisiologia Médica, 11e.
Vesículas sinápticas Terminal axonal
na goteira sináptica
Axônio
Bainha
de
mielina
Ramos do
terminal
nervoso
Célula
teloglial
Miofibrilas
Núcleos
da célula
muscular
A B
C
Fendas subneurais
 (A) canal colinérgico fechado. (B) ligação da acetilcolina (Ach) ao canal 
desencadeando uma alteração conformacional, que provoca a abertura do canal.
Fenômenos elétricos nas células
Fonte: Guyton & Hall; Tratado de Fisiologia Médica, 11e.
A
B
Na+ Ach
O potencial de repouso é decorrente das diferenças das concentrações iônicas entre 
o lado interno e externo da célula. Assinale a alternativa correta:
a) A concentração dos íons sódio é muito maior dentro da célula do que fora.
b) A membrana das células nervosas é quase impermeável aos íons sódio, mas é 
muito permeável aos íons potássio.
c) A cada saída de íons potássio, o interior da célula vai ficando muito positivo.
d) Os íons sódio tendem a sair na célula por difusão através de canais 
de extravasamento.
e) No interior das células existem grandes quantidades de 
proteínas com cargas positivas, que não são capazes de 
atravessar a membrana celular.
Interatividade
O potencial de repouso é decorrente das diferenças das concentrações iônicas entre 
o lado interno e externo da célula. Assinale a alternativa correta:
a) A concentração dos íons sódio é muito maior dentro da célula do que fora.
b) A membrana das células nervosas é quase impermeável aos íons sódio, mas é 
muito permeável aos íons potássio.
c) A cada saída de íons potássio, o interior da célula vai ficando muito positivo.
d) Os íons sódio tendem a sair na célula por difusão através de canais 
de extravasamento.
e) No interior das células existem grandes quantidades de 
proteínas com cargas positivas, que não são capazes de 
atravessar a membrana celular.
Resposta
 Eletrocardiograma normal, mostrando o registro da passagem do impulso nervoso 
através do músculo cardíaco (miocárdio).
Eletrocardiograma
Fonte: Guyton & Hall; Tratado de Fisiologia Médica, 11e.
Tempo (s)
M
ili
v
o
lt
s
Átrios Ventrículos
 Onda P: é causada pela voltagem produzida pela passagem do impulso 
pelos átrios.
 Ondas Q, R e S: são causadas pela passagem do impulso pelos ventrículos.
 Onda T: é produzida pelo retorno do potencial de membrana das fibras musculares 
ventriculares ao seu valor normal de repouso, ao término da contração.
Interpretação do eletrocardiograma normal
 Modelo do registro da onda de despolarização (em A e B) e da onda de 
repolarização (em C e D) durante a passagem do potencial de ação através de 
uma fibra muscular do coração.
Eletrocardiograma
Fonte: Guyton & Hall; Tratado de Fisiologia Médica, 11e.
Onda de
despolarização
Onde da
repolarização
0,30 segundo
A
B
C
D
 Fluxo da corrente elétrica que flui pelo tórax ao redor dos ventrículos durante sua 
despolarização e o seu registro através de eletrodos posicionados sobre a pele (A 
e B).
Eletrocardiograma
Fonte: Guyton & Hall; Tratado de Fisiologia Médica, 11e.
 Comparação entre um eletrocardiograma normal com outros que expressam vários 
tipos de anomalias, mostrando que várias anormalidades na função cardíaca 
podem ser detectadas por meio do eletrocardiograma.
Eletrocardiograma
Fonte: Guyton; 
Fisiologia 
Humana, 6e.
Eletrocardiograma normal
Segmento S -T deprimido devido
à lesão do músculo cardíaco
Batimento prematuro devido a um foco irritável no coração
 Em A, bloqueio do impulso por focos de musculatura refratária, causando 
fibrilação. Em B, propagação contínua de impulsos fibrilatórios no ventrículo 
em fibrilação.
Eletrocardiograma
Fonte: Guyton & Hall; Tratado de Fisiologia Médica, 11e.
Impulso
bloqueado
Ponto de estimulação
Impulsos se
dividindo
A B
 Quando uma corrente elétrica de alta voltagem é aplicada através do tórax por 
meio de dois eletrodos colocados em dois lados do coração por uma fração de 
segundos, pode fazer a fibrilação parar, por jogar todo o músculo cardíaco no 
período refratário ao mesmo tempo.
Desfibrilação dos ventrículos por eletrochoque
Fonte: Guyton & Hall; Tratado de Fisiologia Médica, 11e.
Eletrodo
Cabo para
aplicação da pressão
Vários milhares de volts por
alguns milissegundos
 Mecanorreceptores: detectam compressão mecânica ou estiramento (estirar = 
esticar) nos tecidos próximos ao receptor.
 Termorreceptores: detectam variações de temperatura; alguns detectam frio, 
outros detectam calor.
 Nociceptores: são os receptores de dor; detectam danos aos tecidos, sejam eles 
danos físicos ou químicos.
 Receptores eletromagnéticos: detectam radiações eletromagnéticas (luz) que 
incidem na retina dos olhos.
 Quimiorreceptores: responsáveis pela detecção do gosto 
na boca, do cheiro no nariz, do nível do gás oxigênio no 
sangue, da osmolaridade dos líquidos do corpo e outras 
tantas alterações químicas no corpo.
Receptores sensoriais
 Esquematização dos vários tipos de receptores sensoriais, que transformam os 
estímulos sensoriais em sinais neurais, para que eles possam ser percebidos 
pelo cérebro.
Receptores sensoriais
Fonte: Guyton & Hall; 
Tratado de Fisiologia 
Médica, 11e.
Receptor tátil
do folículo piloso
Receptor com
terminação expandida
Terminações
nervosas livres
Corpúsculo
de Krause
Corpúsculo
de Meissner
Corpúsculo
de Pacini
 Quando ocorre uma compressão nas proximidades desse receptor, a ponta da 
fibra nervosa em seu interior muda de curvatura ou é estirada (estica), o que faz 
aumentar momentaneamente a permeabilidade da membrana dessa fibra, 
permitindo a entrada de íons sódio, causando um fluxo de cargas positivas que irá 
gerar o potencial gerador, o qual irá causar uma série de potenciais de ação.
Excitação dos receptores sensoriais
Fonte: Guyton & Hall; Tratado de Fisiologia Médica, 11e.
Potencial
de açãoPotencial receptor
Área
deformada
Nó de Ranvier
 Grau de adaptação de diferentes tipos de receptores sensoriais, mostrando que 
alguns se adaptam rapidamente, enquanto outros se adaptam muito lentamente.
Adaptação dos receptores
Fonte: Guyton & Hall; Tratado 
de Fisiologia Médica, 11e.
Segundos
Im
p
u
ls
o
s
 p
o
r 
s
e
g
u
n
d
o
Receptores da cápsula articular
Fuso muscular
Receptor do folículo piloso
Corpúsculo de Pacini
A perda da sensação captada por um receptor durante a estimulação prolongada é 
conhecida como:
a) Retração
b) Adaptação
c) Regeneração
d) Reflexo
e) Sensação
Interatividade
A perda da sensação captada por um receptor durante a estimulação prolongada é 
conhecida como:
a) Retração
b)Adaptação
c) Regeneração
d) Reflexo
e) Sensação
Resposta
 Os nossos olhos funcionam de uma maneira parecida a uma câmera fotográfica. 
Existe um sistema de lentes formado pela córnea e pelo cristalino e um sensor, 
que é a retina.
O olho como uma câmera fotográfica
Fonte: Aires; Fisiologia, 3e.
Retina
Fóvea
Nervo óptico
EscleraHumor vítreo
Músculo ciliar
Humor aquoso
Córnea
Luz
Cristalino
Íris
 Mecanismo de acomodação do cristalino. Em A, cristalino tensionado pelos 
ligamentos suspensores focando um objeto distante. Em B, músculo ciliar 
contraído aliviando a tensão sobre o cristalino, que fica mais ovalizado, 
aumentando a força da lente para a focalização de um objeto próximo.
O sistema de lentes do olho
Fonte: Okumo, Caldas e Chow; Física Para Ciências Biológicas e Médicas, 1e.
Objeto próximoObjeto distante Músculo
contraído
Cristalino
engrossado
Músculo
descontraído
Cristalino
descontraído
A B
 Mecanismo tensor do cristalino, que faz essa lente mudar de espessura, variando 
dessa forma a sua dioptria para que o olho seja capaz de ajustar o foco de acordo 
com a distância do objeto que está sendo focalizado.
Mecanismo de acomodação
Fonte: Guyton & Hall; Tratado de Fisiologia Médica, 11e.
Córnea Fibras
meridionais
Esclera
Ligamentos
suspensores
Fibras
circulares
Junção
esclerocorneana
Coroide
 Na parte superior da figura, lente esférica convexa, a qual diverge os raios 
luminosos, deslocando o foco da imagem para cima da retina para a correção da 
miopia. Logo abaixo, uma lente esférica côncava, a qual converge os raios 
luminosos para que sejam focalizados em cima da retina, corrigindo 
a hipermetropia.
Erros de refração
Fonte: Guyton & Hall; Tratado de Fisiologia Médica, 11e.
 Astigmatismo: é um erro de refração que acontece por uma imperfeição na 
curvatura da córnea, que resulta em um sistema de lentes ovoide (em forma de 
ovo) em vez de esférico. A curvatura da lente do olho astigmático é diferente em 
um plano em relação ao outro.
Fonte: Okumo, Caldas e Chow; Física Para Ciências Biológicas e Médicas, 1e.
Córnea irregular
 A retina é a camada com 
terminações nervosas do olho 
que é encarregada de traduzir a 
energia luminosa focada pelo 
sistema de lentes sobre ela em 
impulsos nervosos que são 
transmitidos ao cérebro, que 
processa essa informação 
gerando a sensação visual.
A função da retina
Fonte: Guyton & Hall; Tratado 
de Fisiologia Médica, 11e.
Camada
pigmentada
Camada
nuclear externa
Camada
plexiforme
externa
Camada
nuclear interna
Camada
plexiforme
interna
Camada
de células 
ganglionares
Estrato óptico
Membrana
limitante interna
Direção
da luz
Proximal
Célula ganglionar Para o
nervo óptico
Célula
bipolar Célula
amácrima
Distral
Bastonete Cone Cone
Célula amácrima
Célula
bipolar
Célula horizontal
Via lateral
Via
vertical
 Esquema da organização anatômica do ouvido, mostrando o ouvido externo, 
médio e interno.
O ouvido humano
Fonte: Guyton & Hall; Tratado de Fisiologia Médica, 11e.
Rampa timpânica
Rampa vestibular
Nervo coclear
Gânglio espiral
Cóclea
Janela redonda
Janela oval
Membrana timpânica
Canal auditivo
Martelo
Estribo
Bigorna
 Diagrama funcional da cóclea, mostrando o movimento do líquido em seu interior, 
quando a vibração é transferida pelo estribo.
O ouvido humano
Fonte: Guyton; Fisiologia Humana, 6e.
Estribo
Janela oval
Janela redonda Escala
timpânica
Escala vestibular
e escala média
Membrana
basilar
Helicotrema
 O movimento das células altera a permeabilidade da membrana dessas células 
aos íons sódio, que entram nas células e alteram o potencial da membrana, 
disparando um potencial de ação.
O ouvido humano
Fonte: Guyton & Hall; Tratado de Fisiologia Médica, 11e.
Fibra basiliar
Gânglio espiral
Nervo coclear
Células ciliadas externas
Membrana tectorial
Células ciliadas internas
Qual é o tipo de lente indicado para a correção da hipermetropia? Assinale a 
alternativa correta:
a) Lente convexa.
b) Lente cilíndrica.
c) Lente ameotropica.
d) Lente côncava.
e) Lente plurifocal.
Interatividade
Qual é o tipo de lente indicado para a correção da hipermetropia? Assinale a 
alternativa correta:
a) Lente convexa.
b) Lente cilíndrica.
c) Lente ameotropica.
d) Lente côncava.
e) Lente plurifocal.
Resposta
ATÉ A PRÓXIMA!