BIOFÍSICA DA AUDIÇÃO
 
BIOFÍSICA DA AUDIÇÃO
 


INTRODUÇÃO

Os órgãos dos sentidos formam um conjunto que é responsável por captar e transmitir as informações externas para o cérebro através de transformações biofísicas, que convertem os estímulos recebidos em impulsos elétricos.

O objeto de estudo desse trabalho, o aparelho auditivo dos mamíferos e dos humanos, é um sistema com mecanismos que se relacionam entre si, convertendo estímulos mecânicos (ondas mecânicas) em informações para o cérebro. Essas informações são processadas pelo cérebro em forma de impulso elétrico, onde causam a sensação psicofísica da audição.

Além de permitir a percepção dos sons, a audição tem também a capacidade de transmitir mensagens emocionais, ativando outros sentidos e áreas do cérebro, sendo também de fundamental importância no equilíbrio e postura humana e como sentido de localização de alguns animais.

Desde os insetos até humanos, o som é um precioso agente de informação e comunicação, por isso pode-se observar a especialização do aparelho auditivo e suas estruturas internas.

A metodologia utilizada na elaboração deste trabalho foi a revisão bibliográfica e pesquisa em meio eletrônico.

O objetivo geral foi compreender de uma forma geral o funcionamento biofísico do aparelho auditivo, suas funções, os fenômenos internos e importância desse sen-tido na percepção dos estímulos externos.

Os objetivos específicos foram :

? Descrever sumariamente a física do som;
? Descrever algumas características e propriedades do som;
? Descrever o aparelho auditivo do homem e outros mamíferos;
? Compreender a estrutura e funções do aparelho auditivo;
? Compreender os tipos de anomalias da audição;
? Descrever a ecolocalização através do sistema de audição


FÍSICA DO SOM


Uma definição direta e comum de som o caracteriza como uma perturbação material que se propaga através de impulsos ondulatórios e longitudinais, conheci-dos como ondas mecânicas. Dentro de sua gama de comprimento de onda, as on-das mecânicas são utilizadas como meio de comunicação por diversas espécies. São também utilizadas na medicina, odontologia e biologia, como tratamento de sa-úde, observação interna de organismos e pesquisas em geral.

Segundo HENEINE (2005, p.321), "o som é um fenômeno do campo gravita-cional." Entendemos então, que ele não é transmitido no vácuo.

Os sons têm particularidades e distinguem-se um do outro por características físicas (comprimento de ondas, velocidade, freqüência) e fisiológicas (intensidade, altura e timbre), esta ultima denominada de acústica.


CARACTERÍSTICAS FÍSICAS DO SOM


? Comprimento de ondas: é a distância percorrida em um ciclo completo e va-ria conforme o meio de propagação. Representa-se pela letra grega lambda.

? Velocidade: é o espaço percorrido pela onda no intervalo de tempo. Depende do meio de propagação. Obtemos a velocidade dividindo o comprimento pelo período.

? Frequência: é o número de vezes que o fenômeno se repete em determinado intervalo de tempo, medida em valor por segundo.


CARACTERÍSTICAS FISIOLÓGICAS DO SOM: ACÚSTICA


? Intensidade: está ligada a amplitude das vibrações. É o nível de energia so-nora e no movimento ondulatório. Decresce com o inverso do quadrado da distância, denominado de amortecimento de onda.

? Altura: está ligada a freqüência da onda sonora. Cada emissor tem uma fre-qüência típica de emissão. Os sons de maior freqüência são os mais altos e os de menor freqüência são mais baixos ou mais graves.

? Timbre: Dependem dos harmônicos associados ao som fundamental. Os sons harmônicos embelezam e dão "colorido" ao som fundamental, daí a ra-zão do timbre ser denominado também de qualidade do som. As freqüências harmônicas são múltiplos inteiros de uma freqüência mais longa.


PROPAGAÇÃO DO SOM


"O som se propaga em função das propriedades do meio transmissor. A veloci-dade é diretamente proporcional a temperatura e inversamente proporcional ao mó-dulo de elasticidade do meio." (HENEINE, 2005, p. 324)

Nos tecidos biológicos, assim como ocorre na água, o som apresenta-se com movimentos ondulatórios devido ao aumento de energia cinética das moléculas do meio, o que facilita a perturbação material.


REFLEXÃO DO SOM


Para HENEINE (2005, p. 325) quando há uma superfície que se opõe a pro-pagação do som, ele muda de direção, com ângulo de incidência igual ao da refle-xão. A reflexão do som também é o princípio do sonar e da exploração biológica a-través de ultra-som.


DIFRAÇÃO DO SOM

É descrito como sendo a capacidade que as ondas possuem de contornar os obstáculos. Por exemplo, por uma porta entreaberta passa muito som e ruído.


INTERFERÊNCIA

É responsável pela perda da discriminação de sons e ruídos, ou seja, o au-mento ou diminuição da intensidade do som, devido ao somatório dos pulsos de on-da.


EFEITO DOPPLER

É a mudança aparente de freqüência, quando existe movimento relativo entre emissor e receptor, seja se aproximando ou se afastando um do outro. Nesse caso, a freqüência Vr do receptor não será a mesma que a freqüência Vo da onda na fon-te. Podemos observar esse fenômeno em sirenes de ambulâncias. Esse efeito é u-sado para determinar a velocidade da circulação sanguínea, usando ondas refletidas pelo sangue que se afasta.


APARELHO AUDITIVO

É o conjunto de subsistemas que tem a capacidade de transformar estímulos externos de origem física (ondas mecânicas) em impulsos elétricos internos, que terminam agindo sobre células ciliadas e seus nervos terminais, sendo enviadas ao cérebro, que codifica o estímulo mecânico inicial, causando a sensação de audição. Assim sendo, podemos dizer que o ouvido humano é um orgão extremamente sen-sível, capaz de converter até o menor estímulo mecânico, produzido em um meio externo.

Existem animais que tem essa capacidade mais avançada de captura e inter-pretação dos sons, como os morcegos e os cetáceos, por exemplo. O cachorro é outro animal que também tem a sua audição especializada. Esses animais conse-guem receber e converter estímulos não detectáveis ao ouvido humano.


SENTIDO DA AUDIÇÃO X SENTIDO DA VISÃO


É interessante comparar as propriedades físicas da audição com outro sentido para entender algumas particularidades do mesmo. Estaremos fazendo um com-parativo com o sentido da visão.

A visão possui a característica de ser sintética, ou seja, os impulsos energéti-cos são somados. Um exemplo disso é que a mistura azul com amarelo, da a sen-sação do verde. O ouvido porém, é capaz de perceber dois sons de freqüências dife-rentes, mesmo se estiverem sendo emitidos simultaneamente.

A visão tem a persistência retiniana e nos permite a ilusão visual do cinemató-grafo (cinema) pela fusão de imagens sucessivas. O som não tem persistência e nos permite ouvir música, pela seqüência de sons separadamente.


ANATOMIA FUNCIONAL: ESTRUTURA E FUNÇÃO DO APARELHO AU-DITIVO

Como mostra a figura 1, o ouvido é constituído de três partes: ouvido externo, médio e interno.


Figura 1. Anatomia resumida do ouvido humano e cadeia auditiva Fonte: HENEINE,2005, p. 329

Descreveremos sumariamente cada parte que compõe o ouvido separadamen-te, sua estrutura e função


Ouvido Externo (Captação e Condução do Som)


É a parte do ouvido que está em contato com o meio externo. É nessa parte que incide o estímulo produzido por uma fonte sonora. É formado pelo pavilhão auri-cular, ou orelha, e o canal auditivo, ou meato. O canal tem aproximadamente 0,7 cm de diâmetro e 2,5 cm de comprimento e termina na membrana timpânica.
A estrutura é basicamente a mesma no homem e nos outros mamíferos, salvo as particularidades de cada espécie.
" No humano, o pavilhão é pouco efetivo se comparado ao de alguns animais, onde essa parte produz um ganho apreciável para certos intervalos de freqüência do som detectado." (DURÁN, 2005,p.228)
HENEINE (2005,p. 329), afirma que alguns animais são até capazes de mover o pavilhão auditivo, e dessa forma, direcionar a captação, semelhante a uma antena de radar.


Ouvido Médio (Transformação da Energia Sonora em Deslocamento Mecânico)


A membrana timpânica é o início do ouvido médio. Este se comunica com o exterior através da trompa de Eustáquio. É uma cavidade de ar com aproximada-mente 2 cm3 de volume. A função desse canal é equalizar as pressões interna e ex-terna, porque qualquer diferença de pressão entre o ouvido médio e o ambiente ex-terno é intolerável.
Nele está localizada a cadeia mecânica que transmite o som para as estrutu-ras do ouvido interno, conforme ilustrado na figura 1.
O tímpano vibra sob o impacto da pressão sonora, em amplitude proporcional a intensidade do som. A eficácia mecânica do tímpano, que é uma membrana de 65mm2, com apenas 0,1 mm de espessura, permite que os seus movimentos sejam transmitidos ao martelo, daí para a bigorna e desta para o estribo.
Através desse sistema de alavancas, a pressão exercida na janela oval pelo estribo pode ser 3 a 20 vezes maior que a pressão exercida pelo som no tímpano. Essa necessidade é interessante para os eventos seguintes da audição que ocorrem em meio líquido,a cóclea.



Ouvido Interno (Transformação do Movimento Mecânico em Hi-dráulico, e deste em Pulso Elétrico)


Nesta parte do ouvido, a energia transportada pelo estímulo sonoro será con-vertido em um sinal elétrico, o qual será levado ao córtex auditivo. Sua estrutura contém a cóclea, que constitui o labirinto anterior.

A cóclea tem 21/2 voltas, e está representada como um cone de 35 mm de comprimento. (figura 2). É separada em dois compartimentos principais, a rampa vestibular (em cima) e a rampa timpânica (embaixo) pela membrana basilar.

A galeria superior da cóclea, ou rampa vestibular, comunica-se com o ouvido médio através da janela oval. A galeria média ou canal coclear contém o orgão de Corti. A galeria inferior ou rampa timpânica, se comunica com o ouvido médio atra-vés da janela redonda. O pulso se propaga rapidamente, mas durante o trajeto, es-tabelece gradientes de pressão entre a rampa superior e a inferior. Esse gradiente de pressão comprime o órgão de Corti, que gera um impulso elétrico.

Um fator biofísico importante nesse processo segundo HENEINE (2005, p. 330), é a diferença de potencial entre o órgão de Corti ( + 80 mv ) e a endolinfa ( - 70 mv ), o que torna as células extremamente sensíveis e excitáveis (figura 3).


Figura 2. Cóclea desenrolada, visão lateral Fonte: HENEINE,2005, p. 331


Figura 3. Cóclea desenrolada, secção transversal
Fonte: HENEINE,2005, p.331.



TRANSMISSÃO E RECEPÇÃO DAS ONDAS SONORAS PELO OUVIDO


De acordo com DURÁN (2005, p.229) " o estímulo sonoro é transportado pe-lo sistema tímpano-ossicular penetrando na perilinfa da rampa vestibular.?? Ele afirma ainda que " em conseqüência disso, nessa região do ouvido interno, irá ocorrer um deslocamento simultâneo das membranas de Reissner e basilar do canal coclear.

As células receptoras e de sustentação tem em comum a membrana basilar em toda sua extensão,por isso quando há uma oscilação na base dessa membrana, o estímulo se propaga como uma onda viajante FIGURA 10.18. Essas ondas viajan-tes chegarão ao cérebro através das células ciliadas internas que fazem sinapses com neurônios. O estribo faz vibrar a janela oval, que gera uma onda viajante pro-pagando-se pela perilinfa, oscilando a membrana basilar (figura 4).


Figura 4. O estribo fazendo o som vibrar através janela oval
Fonte: DURÁN,2005, p. 229


As células ciliares se comportam como um transdutor convertendo energia mecânica em elétrica ou vice-versa. As sinapses se utilizam de vários neurotrans-missores, entre os quais podemos citar, acetilcolina e encefalina.

Em síntese, a função do ouvido interno é transformar as ondas de energia de compressão dentro do fluído em impulsos nervosos que podem ser transmitidos ao cérebro.



QUANTITAÇÃO E ANÁLISE DE INTENSIDADE DO SOM RECEBIDO


A diferença de intensidade sonora é percebida quando há o deslocamento da membrana basilar e o orgão de Corti, proporcionalmente a intensidade do som.

De acordo com HENEINE(2005, p.331), " o som entra como uma onda hi-dráulica pela janela oval (figura 4.A) e percorre o trajeto indicado. Nesse trajeto, se o som for fraco desloca pouco a membrana basilar (figura 4.B) e caso o som seja for-te, desloca mais (figura 4.C). Ou seja, quanto maior a amplitude do deslocamento, mais o pulso elétrico e seu potencial de ação. Neste sentido, quanto maior a corren-te, mais células são acionadas, provocando intensa sensação sonora no cérebro.


Figura 5. Percepção da Intensidade sonora
Fonte: HENEINE,2005, p.331


DURÁN(2005, p. 230) menciona que a sensação sonora do ouvido varia de acordo com a frequencia do som, e que a partir de denominado limiar de sensibilida-de começamos a perceber o som, mas que um valor bem superior da pressão acús-tica, ocorre o limiar da dor.

Ele cita ainda os efeitos produzidos por ondas acústicas muito elevados, co-mo por exemplo, sensação de mal-estar, vertigem, náuseas, além de espamos ou dores fortes, pois as células capilares e os orgãos internos também chegam a vibrar, dependendo da intensidade do som.

Para medir e controlar a audibilidade do som, foi criada a escala decibélica, com unidade de medida o decibel. A soma das intensidades nessa escala não é li-near. O ideal confortável ao ser humano é sons até 60 dB. A partir desse índice tor-na-se incômodo e acima de 120 dB inicia-se o limiar doloroso.



ASPECTOS PSICOFÍSICOS: AUSCULTA E ANOMALIAS DA AUDIÇÃO


Ausculta

É um dos aspectos importantes da audição, seja com estetoscópio ou não. Os sons e ruídos da ausculta estão no limite da audibilidade, por serem de baixa fre-qüência e fraca intensidade.
Os sons comuns da ausculta são: bulhas cardíacas, os sopros e ruídos pul-monares e da circulação e os sons de Korotkov na tomada da pressão arterial.


Anomalias da Audição


Podem ser agrupadas em dois grupos gerais: Surdez de condução e surdez nervosa.

Na surdez de condução há obstrução no canal auditivo externo, ou lesões no tímpano ou ossículos. Pode ocorrer por causas simples como obstrução no meato por cerume ou secreções purulentas incrustadas, ou ainda, causas graves como le-sões nos ossículos, causados por traumas, por exemplo.

Na surdez nervosa há lesões na cóclea ou no nervo ótico. Esse tipo é mais grave, pois pode resultar de infecções que destroem a cóclea. Isso pode ocorrer por uso de antibióticos. Nesse caso, as lesões por medicamentos são irreversíveis.


DIAGNOSTICANDO ANOMALIAS DA AUDIÇÃO


Existem testes e exames que verificam e diferenciam os tipos de surdez de maneira muito eficiente. Dentre eles, podemos citar: teste de Weber, teste de Rinne, teste do diapasão e teste da orelhinha.

? Teste de Weber: Um diapasão vibrante é colocado no plano sagital em contato com atesta para verificar ambos os ouvidos.

? Teste de Rinne: O diapasão vibrante é colocado sobre a apófise do temporal. A medida que a energia se dissipa, o som vai diminuindo.

? Teste do diapasão: O instrumento vibrando é testado alternadamente nos dois ouvidos, por obliteração de um deles. O diapasão vai sendo afastado até que o paciente indique que não mais ouve.

? Teste da orelhinha: Um teste simples feito 48 horas após o nascimento do bebê pode detectar se ele tem algum problema auditivo e evitar problemas na fala e no aprendizado da criança. A avaliação é rápida, indolor e importante para toda a vida da pessoa.

O exame é feito no berçário em sono natural, de preferência no 2º ou 3º dia de vida Demo-ra de 5 a 10 minutos, não tem qualquer contra-indicação, não acorda nem incomoda o bebê Não exige nenhum tipo de intervenção invasiva (uso de agulhas ou qualquer objeto perfurante) e é absolutamente inó-cuo. A triagem auditiva é feita inicialmente através do exame de Emis-sões acústicas evocadas (código 51.01.039-9 AMB).

Geralmente após o diagnóstico de surdez de condução, ao paciente é indica-do desobstrução do pavilhão auditivo, e nos casos mais graves, a surdez nervosa, é indicada uso de aparelhos auditivos, sendo que há exceções que não há como tra-tar.


ECOLOCALIZAÇÃO

DURÁN(2008,p.239) descreve a ecolocalização como um sistema de auto-informação, no qual um mesmo animal possui um órgão emissor e outro receptor para emitir e receber respectivamente os sinais, que podem ser o eco do sinal emiti-do. Esses animais têm a capacidade de captar o sinal refletido por um obstáculo, e assim avaliar a distância do mesmo. As figura 6 e 7 mostram essa característica.

Ainda de acordo com DURÁN, as principais características desses animais são:

? Mecanismo evoluído para gerar sons (morcegos, cetáceos e pássaros);

? Grande extensão espacial para suas atividades (nadadores e voado-res);

? Consomem sua atividade diária em mais ou menos completa escuri-dão.

Os morcegos em geral possuem uma audição altamente desenvolvida, isso porque possuem um cérebro adaptado e especializado ao seu modo de vida (Figura 6).

Figura 6. Morcego emitindo ondas ultra-sônicas
Fonte: DURÁN,2005, p.239


Já os vertebrados aquáticos, como golfinhos e baleias, apresentam alto grau de desenvolvimento da ecolocalização. Como o som se propaga na água a 1.500 m/s, em 2s uma baleia pode ver objetos a 1.500 m de distância. A figura 7 mostra O golfinho que ao se aproximar de obstáculos, percebe a posição deles, emitindo e re-cebendo sons.


Figura 7. O golfinho percebendo o obstáculo
Fonte: DURÁN,2005, p.241



O SISTEMA DE AUDIÇÃO REPRESENTADO NO CINEMA ? FILME DE-MOLIDOR (DARE DEVIL)


Até aqui fizemos um estudo da audição e sua importância tanto para o ho-mem quanto para alguns animais. Verificamos que as ondas mecânicas são a maté-ria-prima que entra no aparelho auditivo, e este por sua vez, através de fenômenos físicos e biológicos, transformam em sons.

O resultado dessa cadeia de relações mecanoelétricas foram apresentadas no cinema, no filme DEMOLIDOR ( Dare Devil ), onde o ator principal (Bem Afleck) no papel super-herói, sofre um acidente na infância que o deixa cego. Eleentão co-meça a desenvolver seus outros sentidos, em especial, a sua audição.

Quando adulto ele passa a fazer justiça como um herói mascarado. Mas ele é cego,e isso, ninguém percebe. Ele movimenta-se com agilidade e "vê" as coisas a-través das ondas magnéticas, geradas por sua bengala especial, que ele bate no chão ou nos objetos, gerando ondas que retornam a ele, e que com o desnvolvimen-to do seu sistema receptor, ele "enxerga" através dessas ondas, assim como os mo-cergos e os cetáceos.

Há um momento no filme em que chove, e as gotas d?água caem sobre o rosto da amada do herói, e o som das gotas caindo criam um campo de ondas que o possibilita "enxergar" o contorno do rosto dela.

Obviamente que sabemos que se trata de uma ficção, e que tem seus exage-ros próprios de uma obra cinematográfica, porém,a nível didático, o filme ilustra mui-to bem o sistema de ecolocalização e a importância do audição para o ser humano e os outros animais.



CONCLUSÃO

Perceber mecanismos dos organismos vivos através de fenômenos biofísicos não é tarefa fácil, mas ao mesmo tempo enriquecedora e gratificante, pois ao enten-dermos um pouco mais do que somos e dos processos que ocorrem semelhante-mente aos animais, percebemos o quão relacionados estamos enquanto seres do mesmo meio ambiente.

O aparelho auditivo, objeto de estudo desse trabalho, apresenta-se com alto grau de complexidade como qualquer outro sistema biológico.
Trata-se de uma estrutura altamente especializada que nos possibilita receber estímulos externos, convertendo em informações que vão diretamente ao cérebro.

O fechamento desse trabalho não contemplará repetidas menções do que já foi exposto em todo seu conteúdo, ao invés disso, é fundamental reafirmar a importân-cia do aparelho auditivo, inclusive no âmbito psicomotor do ser humano, na medida em que contribui para manutenção do equilíbrio da sua estrutura física, assim como sua fundamental importância desse sentido na percepção dos estímulos externos.



REFERÊNCIAS


BIOFÍSICA DO APARELHO AUDITIVO. Disponível em http://www.ufpa.br/ccen/fisica/biofisica/capit3/capitulo3.html Acesso em 14/03/2010

DURÁN,José Enrique Rodas. Biofísica ? Fundamentos e Aplicações. São Paulo: Pearson Prentice Hall, 2005,318 p.

HENEINE, Ibrahim Felippe. Biofísica Básica. São Paulo: Atheneu.,2005, 384 p.

PINTO, Eriane Nascimento. Teste da Orelhinha. Disponível em . Acesso em 14/03/2010
 
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Revisado por Editor do Webartigos.com


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Sobre este autor(a)
Hamilton é graduado em Administração pela Faculdade Metropolitana da Grande Recife. Atualmente cursa Licenciatura em Ciências com Habilitação em Biologia, pela Fundação de Ensino Superior de Olinda - FUNESO. Exerceu monitoria em Metodologia Científica durante o último período da graduação em Adminis...
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