Biofisica de Sistemas

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Sistema Circulatório 
- Transporte de nutrientes 
- Regulação térmica 
- Transporte de hormônios 
- Equilíbrio ácido/básico 
Componentes do Sistema Circulatório 
SC → coração e vasos → artérias, capilares 
e veias 
Vasos linfáticos 
 
Ciclo Cardíaco 
Mecanismo de funcionamento – EVENTOS 
Campo eletromagnético (início do sinal 
elétrico) 
1. Metabolismo molecular 
Início da despolarização 
2. Eventos elétricos 
Propagação do PA pelos feixes 
Campo gravitacional 
3. Eventos musculares 
Contração das fibras cardíacas 
4. Eventos hidrodinâmicos 
Circulação sanguínea 
Sistema de condução elétrica cardíaca 
• Músculo cardíaco especializado 
• Nodo sinoatrial (NSA) 
• Nodo atrioventricular (NAV) 
• Feixe de HIS 
• Ramos direito e esquerdo 
• Fibras de Purkinje 
• Influência do Sistema Nervoso 
Autônomo 
Sístole atrial e ventricular 
Propagação da PA sai do NSA passa por 
átrios e depois pelo NAV, passa por feixe de 
His e contrai ventrículos. O PA despolariza 
a célula (entra Na...) → contração. Mantém 
célula: bomba Na/K 
Velocidade de condução no músculo 
cardíaco 
Músculo atrial = 1,0 m/s – umas 80x/min 
Nodo AV = 0,03 m/s (3cm/s) – umas 
40x/min 
Feixe de His, Ramos direitos e esquerdos, 
Fibras de Purkinje = 5,0 m/s 
 
Células marcapassos: células excitáveis 
(NSA), não tem P. repouso verdadeiro 
As fibras tem condição de manter o 
coração, porém a frequência delas de 
despolarização é muito menor 
Propriedades do músculo cardíaco 
• Automaticidade 
 
 Biofísica de Sistemas 
Campos elétricos e a circulação 
Eletrocardiograma 
• O trabalho cardíaco produz sinais 
elétricos que passam para os tecidos 
vizinho e chegam à pele 
• Com a colocação de eletrodos no 
peito, podemos gravar as variações 
das ondas eletromagnéticas 
Eletrodos 
 
Sistema de derivações cardíacas 
 
Ondas do ECG 
- Onda P: início do processo de 
despolarização atrial 
- Onda QRS: PA chega no nódo AV 
despolarização ventricular (contração) 
- Onda T: repolarização ventricular (relax) 
 *não dá pra ver a onda de repolarização 
atrial pq a do ventrículo “encobre” ela 
 
 
*Onda P excessivamente alta e/ou alargada 
é característica de hipertrofia atrial 
Sistema Hidrodinâmico (gravitacional) 
Ejeção do sangue em todo SC 
Composto por: 
• Bomba com 4 câmaras mantendo um 
fluxo unidirecional 
• Rede de ductos de diversos calibres 
• Fluído que percorre o sistema é o 
sangue 
 SC é autônomo, mas pode ser regulado por 
SNP e SNS 
Mecanismo do sistema hidrodinâmico 
Fluido circulando por um sistema de ductos 
sob pressão gerado por bombas 
 
Corpo → AD → VD (artéria pulmonar) →
Pulmão → AE → VE (aorta) → Corpo 
Biofísica da Circulação Sanguínea 
Regime estacionário: o mesmo volume que 
entra no coração esquerdo, sai do coração 
direito (devido as trocas gasosas pode ter 
mudança no volume, quem completa pra 
ficar igual é o sistema linfático) 
Quebra do regime estacionário 
 - Edema pulmonar (↑P) 
 - Hemorragia 
Anomalias do fluxo 
- Estenose: estreitamento do vaso 
- Aneurisma: dilatação do vaso 
 
• Manutenção do fluxo constante 
 
V e S Inversamente proporcionais 
S1 e S2 = seção do tubo de calibres 
diferentes 
V1 e V2 = velocidade do líquido nas seções 
S1 e S2 respectivamente 
 
Pressão e Velocidade ao longo do sistema 
Inversamente proporcional 
↑A ↓V ↑P 
• Velocidade nos capilares é reduzida 
devido ao aumento do total da área 
de secção transversal (artéria tem 
menos área total) 
• Pressão é reduzida com o aumento 
da distância dos vasos do coração 
(perdendo energia) 
Pressão é diferente devido ao efeito da 
coluna de líquido (ex: pressão nos pés > que 
na cabeça – pressão hidrostática) 
 
 
 
O fluxo continua o mesmo, o que muda 
é a pressão e a velocidade 
• Velocidade vs Área 
 
 
 
 
 
O fluxo varia com o tamanho do raio 
Bioenergética da Circulação 
Equação de Bernouilli 
 
Energia potencial elástica: aplicada sob a 
parede dos vasos 
Energia cinética: movimento do sangue 
(velocidade) 
Biofísica da Circulação 
Representação vetorial 
 
Pressão sanguínea durante ciclo cardíaco 
• A pressão sanguínea aumenta e 
diminui ao longo do ciclo 
 
As artérias tem maior elasticidade: quando o 
fluído passa (na sístole), parte do fluído fica 
na parede da artéria, na diástole parte do 
sangue armazenado nas paredes da artéria 
em energia potencial converte em energia 
cinética que mantém o fluxo sanguíneo 
durante a diástole 
 
! Fluído vai do ponto de maior pressão 
para o ponto de menor pressão 
Pressão nos capilares 
 
Entra na vênula com pressão menor 
Fatores que facilitam o retorno venoso 
• Pressão hidrostática: durante a 
sístole a PA se propaga até os 
capilares produzindo a Pa em nível 
capilar o que transmite as vênulas 
“empurrando” o sangue até o 
coração (força que vem de trás) 
• Diástole do AD: isto faz com que a 
pressão no AD fique menor 
“aspirando” o sangue contido nas 
veias 
• Válvulas: as veias contêm válvulas 
que empurram o sangue (veia) 
• Coração periférico: contração dos 
músculos da panturrilha ajuda a 
bombear o sangue para cima 
• Coxins plantares: rede de capilares 
na planta dos pés (quando pisa são 
ativados) 
*não é uma alta pressão como o que sai 
do coração 
 
Leis do fluxo circulatório 
1° Lei do caudal circulatório: em toda a 
secção da árvore circulatória passa 
sempre, no mesmo tempo, a mesma 
quantidade de sangue 
2° Lei das pressões: o sentido de 
deslocamento sanguíneo se faz sempre 
de pontos onde há maior pressão para 
aquele sob menor pressão 
Fluxo Laminar e Turbilhonar 
Tomada de PA através de um manguito de 
ar ligado a um monômero (pressão sistólica 
e pressão diastólica) 
fluido turbilhonar ocorre na Pressão sistólica 
(máxima), quando descolaba a artéria e o fluxo 
de fluído é alto ou há rápidos estreitamentos 
nos vasos, causando um ruído (ex. gordura) 
fluido laminar ocorre na Pressão diastólica 
(mínima), onde a velocidade do sangue no 
centro do vaso é maior que na borda que está 
em contato com o vaso e ele é silencioso 
 
 
 
 
 
 
Sons cardíacos 
 
 
 
 
Com aumento do peso corporal a 
frequência cardíaca diminui 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Sistema Renal 
 
Rins 
Definição: elementos funcionais do sistema 
urinário 
Função 
• Reguladoras: controle de volemia, 
osmolaridade, sais e ácidos (líquido 
corporal constante) 
• Endócrinas 
• Excretoras 
- Excreção é eliminação de resíduos do 
metabolismo celular (CO2 e nitrogênio 
oriundo do metabolismo proteico) 
- Remoção de substâncias endógenas e 
exógenas, transformação de 
medicamentos em metabólitos inativos 
– fígado e a excreção é realizada pelos 
rins 
Volemia 
Volume de sangue circulante no corpo 
6 a 8% do peso corporal 
Osmolaridade 
Pressão osmótica contra outra força 
osmótica gerada pelas moléculas de soluto 
dissolvidas em água 
É medida pela [] de soluto por unidade de 
água 
Órgão regulador 
Equilíbrio dinâmico (hidroeletrolítico) 
• Troca contínua de líquidos e solutos 
com o ambiente externo 
• Trocas contínuas entre os diferentes 
compartimentos do corpo 
Controle homeostático 
• Manutenção do volume sanguíneo 
• Osmolaridade do Liquido extracelular 
Ganho de água 
 - Comida e bebida 
 - Metabolitos (glicose) 
Perda de água 
 - Pele, Pulmões 
 - Urina 
 - Fezes 
 - Suor 
Ingestão + metabólitos – Perda = 0 
Exercício intenso e prolongado 
Desequilíbrio – maior perda 
Localização dos rins 
2 rins (cerca de 10cm de comprimento) 
Na cavidade abdominal (cavidade 
retroperitonial) 
Forma anatômica dos rins 
Depende da espécie 
Coração – equino 
Lobulado – bovino 
Feijão – cão 
Anatomia do rim 
 
Néfrons: região do córtex renal e medula 
renal 
Suprimento sanguíneo para o Rim 
Artéria renal 
• A. interlobares 
• A. arciformes 
• A. interlobular• Arteríolas aferentes 
• Capilares dos glomérulos 
• Arteríolas eferentes 
• Capilares peritubulares 
• Veias interlobulares, veias 
arciformes, veias interlobares 
 Néfron 
1. Cortical: inserido na córtex renal, 
com alça de Henle curta penetrando 
pouco na medula renal 
2. Justamedular: parte está na córtex 
renal, mas o resto está na medula 
renal (alça de Henle longa) 
Arteríola aferente desemboca com 
capilares glomerulares que ficam dentro 
da capsula de bawman → arteríola 
eferente 
 
Azul: tubo contorcido proximal, alça de 
henley 
Roxo: capsula de bawman 
Vermelho: tubo contorcido proximal 
Funcionamento do Nefron 
• Limpar ou depurar o plasma 
(clearance) 
• Eliminar excreções 
• Reter substâncias necessárias ao 
organismo (reabsorção) 
Mecanismos básicos 
1. Filtração 
Sangue → lúmen 
2. Reabsorção 
Lúmen → Sangue 
3. Secreção 
Sangue → Lúmen 
4. Excreção 
Lúmen → ME 
 
Filtrado: vai para os túbulos, porém tem 
coisas que voltam para organismo pelos 
vasos (do glomérulo para meio externo) 
Reabsorção: ducto contorcido proximal 
Secretado: nas 3 áreas (alça de henle, tubo 
proximal e distal) 
Excreção: filtrado que não foi absorvido, 
mas foi secretado, desemboca no ducto 
coletor 
 
A- Tudo foi filtrado 
B- Filtrado – Reabsorvido = urina 
 
C- Tudo foi reabsorvido 
D- Filtrado + secreção = urina 
 
 
Córtex 
Medula 
Mecanismo básico de ação 
 
Membrana dos capilares glomerulares 
• Possui 3 camadas (mais espessa) 
• Grande porosidade 
• Alta intensidade de filtração 
• Permeabilidade seletiva: + água e 
soluto; - proteínas plasmáticas 
• A filtrabilidade dos solutos é 
determinada pelo seu tamanho (peso 
molecular) 
Fluxo renal sanguíneo (FRS) 
Normalmente 20% do volume/min do 
sangue que sai do coração – 1 a 1,2L/min 
Fluxo renal plasmático (FRP) 
40 a 50% do fluxo renal sanguíneo 
Varia com o peso – 4ml plasma/min/kg 
 
Taxa de filtração glomerular (TFG) 
Depende do balanço entre as pressões 
hidrostática e coloidosmótica 
• Pressão hidrostática: criada pelo 
líquido que sai do coração - 
movimento do fluido da artéria 
eferente para capsula de bawman 
• Pressão coloidosmótica: criada pelas 
proteínas que não são filtradas - 
osmolaridade 
• TFG: Kf x Pressãoefetiva 
Determinantes da filtração glomerular 
 
Forças de Starling 
Variação na filtração glomerular 
Constrição da arteríola aferente (diminui 
diâmetro): ↓FRP – diminui pressão 
hidrostática, ↓FR 
Constrição de arteríola eferente: ↓FRP, ↑
FG 
 
Mecanismo regulatório da filtração 
glomerular 
Hormônios 
Ritmo de filtração glomerular 
 
 
Fluxo eferente plasmático (FEP) 
O que chega (FRP) – o que é filtrado (FG) = 
FEP 
Reabsorção glomerular 
• Glicose é 100% reabsorvida (túbulo 
contorcido proximal) 
• 99% da água e sódio (transporte 
passivo e ativo) 
• 50% da uréia 
 
1) A unidade funcional dos rins são os néfrons, 
responsáveis pela formação da urina. Existem 
dois tipos de néfrons, os corticais que estão 
inserido na córtex renal, com alça de Henle 
curta penetrando pouco na medula renal, e os 
justamedulares que parte dele está na córtex 
renal, mas a maior parte está na medula renal 
(alça de Henle longa). 
2)A filtração e a secreção podem ocorrer, 
porém ocorre em maior porcentagem a 
secreção, devido o composto ter que passar 
pelas barreiras para ser filtrado. 
3)Os rins iniciam o processo de filtração do 
sangue, extraindo resíduos tóxicos do sangue, 
que formarão a urina, e reabsorvendo as 
substâncias reaproveitáveis, mandando-as de 
volta para o sangue. 
4)A filtração glomerular ocorre no interior do 
corpúsculo renal, as substâncias passam dos 
capilares para a cápsula devido a alta pressão 
nos capilares. Na reabsorção tubular algumas 
substâncias do filtrado são reabsorvidas para o 
sangue, ocorre no túbulo proximal, distal e na 
alça néfrica. Na secreção tubular ocorre a 
transferência de moléculas presentes no sangue 
para dentro do lúmen do néfron. 
5)A filtração glomerular sofre a ação de duas 
forças opostas, a pressão hidrostática, que é a 
força gerada pelo líquido, e a pressão 
coloidosmótica que é gerada pelas proteínas. 
 
 
Biofísica da Visão 
Olho: captação da imagem 
Cérebro: decodificação da imagem 
Luz incide no objeto, parte é absorvida e 
parte é refletida. A luz entra no globo 
ocular, sensibiliza células da retina e 
ativam mecanismo de transformar energia 
luminosa em química e a partir disso 
transforma em energia elétrica (sinal para 
PA). O PA percorre um caminho até chegar 
nos neurônios e depois chegar na região 
occipital do cérebro. 
Propriedades da luz 
Comportamento de partícula e onda 
2 vetores: campo elétrico e campo 
magnético 
Olho pode receber as ondas em outras 
frequências, porém as células só vão se 
sensibilizar em uma margem de frequência 
(da luz) 
Refração 
O feixe luminoso ao passar de um ambiente 
para outro tem mudança em sua 
velocidade, gerando um desvio 
𝑛𝑣 =
Var
𝑉𝑣𝑖𝑑𝑟𝑜
 
nv: índice de refração do vidro 
Var: velocidade de propagação da luz no ar 
Vidro: velocidade de propagação da luz no 
vidro 
As luzes são diferentes devido aos 
diferentes comprimentos de onde pela 
decomposição da luz branca (prisma) 
 
Maior comprimento de onda → Maior 
refração quando sai do prisma 
Lente convexa 
No centro óptico não há nenhum desvio, os 
raios das demais posições sofrem refração 
e se convergem para um ponto 
 
Lente côncava 
 
Refração dos raios sofrem divergência 
Poder de refração 
 
inverso da distância focal 
construção da imagem 
Raio 1: raios paralelos ao eixo óptico, se 
refratam e passam pelo foco 
Raio 2: raios que passam pelo centro 
óptico, não sofrem desvio 
Raio 3: raios que passam pelo foco anterior, 
se refratam na lente, paralelos ao eixo 
óptico 
 
 
 
• Imagem formada é invertida 
Formação da imagem no olho 
A imagem é formada na retina 
O cristalino faz o papel do poder de 
refração 
 
4 superfícies refratoras do olho 
• Interface ar-córnea 
• Interface córnea-humor aquoso 
• Interface humor aquoso-cristalino 
• Interface cristalino-humor vítro 
 
 
Cristalino: parte frontal do olho que 
funciona como uma lente convergente 
(biconvexa) 
Pupila: comporta-se como um obturador, 
controlando a quantidade de luz que 
penetra no olho 
Retina: é a parte sensível à luz, ode são 
projetadas as imagens formadas pelo 
cristalino e enviadas ao cérebro 
Músculos ciliares: distendem 
convenientemente o cristalino, alterando a 
distância focal (focam em objetos) 
Principais elementos do olho 
Bulbo Ocular 
1. Túnica fibrosa, a mais externa 
Córnea – transparente, 2/3 da 
focalização 
2. Túnica vascular, média 
Coróide – “forrando esclera” 
Corpo ciliar 
Íris 
Corpo cristalino 
3. Túnica interna (retina), onde se 
localizam os fotorreceptores 
Cones: visão detalhada (fotópica), 3 
tipos, referentes as 3 cores primárias 
(azul, vermelho e verde), 
concentram-se na fóvea e mácula 
lútea (cor) 
Bastonetes: sensíveis a baixa 
luminosidade (escotópica), não são 
sensíveis a cores (luz) 
Dependendo da espécie animal terá uma 
variação desses receptores 
Íris e pupila 
Íris dá cor ao olho e regula orifício da 
pupila – controla entrada de luz 
Músculo esfíncter da pupila diminui o 
diâmetro; músculo dilatador aumenta 
diâmetro da pupila 
 Miose: contração da pupila 
 Midríase: dilatação da pupila 
Aberração esférica: raios passam por todos 
os pontos da lente, porém nas áreas 
extremas da lente o poder de refração do 
raio é menor, não caindo no ponto focal, 
gerando desfoque 
Aberração cromática: o azul tem poder de 
desvio maior que o vermelho, tendo focos 
diferentes. Porém essa diferença de 
refração se torna mais perceptível nas 
extremidades das lentes 
 
 Miose inibe esses dois casos se 
contraindo não permitindo que chegue 
tanta radiação 
São aberrações fisiológicasFóvea: depressão na mácula lútea que não 
tem bastonetes, porém possuem milhões de 
cones, sendo a região com maior resolução 
visual 
Ponto cego: onde os vasos sanguíneos da 
retina emergem para o nervo óptico e não 
há bastonetes nem cones 
Cristalino 
Focar ondas eletromagnéticas na retina 
Acerto de foco: mais comprido – pontos 
distantes; mais gordinho – pontos 
próximos → quem faz essa mudança é a 
musculatura ciliar 
Catarata: proteínas do cristalino se tornam 
opacas 
 
Acomodação: mudanças no cristalino devido 
a visão de perto e longe, fibras ciliares e 
radiais 
 
Estruturas da retina 
Parte da luz é absorvida pela camada 
pigmentosa (epitélio pigmentar) e parte 
serve para sensibilizar os receptores 
 
Camada de células pigmentares: abriga 
células produtoras de melanina 
1 camada de fotorreceptores, 1 camada de 
células bipolares e 1 camada de células 
ganglionares 
1. Reduzir o espalhamento de luz entre 
os fotorreceptores 
2. Captar o trans-retinal e transformá-
lo em cis-retinal 
3. Liberar o cis-retinal para o meio que 
circunda as células sensoriais 
Camada fotorreceptora produz o PA que 
passa para células bipolares e chega as 
células ganglionares, onde seus axônios 
formam o nervo óptico que transmitirá o 
impulso ao córtex cerebral do lobo occipital 
do cérebro que interpretará a sensação 
visual 
 Comparação de bastonetes e cones 
 
Cromófiros 
 Bastonetes: rodopsina 
 Cone: iodopsinas 
Rodopsina na presença de luz sofre 
transmodificação e perde opsina 
Miopia e Hipermetropia 
 
Imagem formando em cima da retina, 
antes e depois da retina 
Fundo de olho – tapete lucidum 
Reflete luz excessiva para que animal 
tenha uma visão melhor a noite 
Olho brilhante a noite 
Ocorre em células fotorreceptoras, cones e 
bastonetes. Íons de cálcio e sódio carregados 
positivamente fluem para as células dos 
receptores através de canais iônicos, que são 
ativados pela GMPc (Monofosfato cíclico de 
guanosina). Esse influxo de cargas positivas 
despolariza a célula, liberando o 
neurotransmissor glutamato. Essas células 
possuem substancia como a rodopsina 
(bastonetes) e iodopsinas (cone) que são 
capazes de absorver luz, e com a absorção de 
luz pela retina essas substâncias ativam a 
proteína G (transducina), que ativa a proteína 
fosfodiesterase, que quebram os GMPc em 
GMP, e com a diminuição destes, os canais 
iônicos começam a se fechar, tornando a célula 
hiperpolarizada por entra menor sódio, 
consequentemente diminui também a saída de 
glutamato. A diminuição da saída de glutamato 
da célula significa que um sinal de luz chegou. 
Primeiramente a imagem atravessa a córnea 
chegando a íris, que regula a quantidade de luz 
que passará através da pupila. Passando pela 
pupila a imagem chega ao cristalino e é 
formada na retina.