Biofísica
 
Biofísica
 


Centro Federal de Educação Tecnológica do Amazonas

Diretoria do Ensino de Graduação - DEG

Licenciatura emCiências Biológicas

Suzely da Silva Nobre

Biofísica dos Sistemas do Corpo Humano

MANAUS- AM

Dezembro/2007

Suzely da Silva Nobre

Biofísica dos Sistemas do Corpo Humano

Biofísica da Audição

Biofísica da Respiração

Biofísica da Visão e

Biofísica da Função Renal

Trabalho apresentado ao Prof. Dr. Urdiel Macedo de Paula, para obtenção de nota do 6º período em licenciatura em ciências Biológicas do CEFET-AM na disciplina Biofísica.

MANAUS- AM

Dezembro/2007

Centro Federal de Educação Tecnológica do Amazonas

Diretoria do Ensino de Graduação - DEG

Licenciatura de Ciências Biológicas

Biofísica dos Sistemas do Corpo Humano

NOTA: ________________

_______________________________________________________________

Prof. Dr. Urdiel Macedo dePaula

_______________________________________________________________

Aluna: Suzely da Silva Nobre

Sumário

Sumário, 4

Lista de Figuras, 6

Lista de Tabelas, 6

Objetivo, 7

Metodologia,7

Introdução,7

1-Biofísica da Audição

1. Noções de Física do Som e Acústica de Interesse Biológico, 8

1.1Física do som, 8

1.2Acústica, 8

2. Propagação do Som ? Efeitos do Meio Transmissor, 9

3. Transdução da energia sonora em animais inferiores, 10

4. Freqüências sonoras audíveis limiar de audição, 11

5. O aparelho auditivo, 11

6. O ouvido humano, 11

7. Anatomia Funcional dos Órgãos da Audição,12

7.1 O ouvido Externo,12

7.2 A membrana Timpânica, 13

7.3 O ouvido médio, 13

7.4 O ouvido interno, 15

7.5 Transmissão do som ao ouvido interno, 16

8. Tipos de Surdez, 17

2 - Biofísica da Respiração

1.O Aparelho Respiratório, 18

1.1As Vias Aéreas ,18

1.2Os pulmões, 18

1.3Tubos respiratórios e alvéolos, 19

1.4A parede torácica, 19

1.5 Músculo da inspiração, 19

1.6Músculo da expiração, 20

2. A mecânica da respiração, 20

2.1 A movimentação dos pulmões, 20

2.2 A pressão pleural, 21

2.3 Escoamento do ar nas vias aéreas, 22

3. Controle da respiração, 25

3. Biofísica da Visão

1. O olho humano, 25

1.1 A anatomia do olho, 26

1.1.1 Globo ocular, 26

1.1.2 A retina humana, 28

2. Formação de imagens, 29

2.1 Luz, 29

2.2 Formação de imagem no olho humano, 30

3. Mecanismo Biofísico da Formação doPotencial Elétrico para a Visão, 31

3.1 Reflexo de acomodação à distância, 31

3.2 Adaptação ao claro e ao escuro, 32

4. Defeitos visuais, 32

4.1 Hipermetropia , 32

4.2 Miopia, 33

4.3 Presbiopia , 33

4.4 Astigmatismo,33

4- Biofísica da Função renal

1.O Rim, 33

2. Anatomia Funcional do Rim, 34

2.1Fluxo Renal Plasmático (FRP) e Fluxo Renal Sanguíneo (FRS), 34

2.2 Néfron, 35

2.3 O funcionamento do Néfron, 35

2.3.1 Os Mecanismos Básicos Renais, 36

2.3.2 Filtração Glomerular, 36

2.3.3 Reabsorção Tubular, 38

2.3.4 Secreção Tubular, 39

3. O mecanismo de Contra Corrente ,40

Conclusões, 42
Referências Bibliográficas, 43

Lista de Figuras

Figura 1.1 ? Principais partes do ouvido

Figura 1.2 ? Gradiente de pressão máxima de onda sonora

Figura 1.3 ? Anatomia da membrana timpânica

Figura 1.4 ? Corte transversal da Cóclea

Figura 2.1 ? Diagrama esquemático das passagens de ar para os pulmões

Figura 2.2 ? Estrutura do alvéolo

Figura 2.3 ? Tipos de escoamento

Figura 3.1 ? Corte transversal do olho humano

Figura 3.2 ? Camadas da retina

Figura 3.3 ? Formação da imagem

Figura 3.4 ? Zona de acomodação

Figura 3.5 ? Olho hipermitrope

Figura 3.6 ? Olho míope

Figura 4.1 ? Secção do rim

Figura 4.2 ? Resultado do fluxo renal plasmático

Figura 4.3 ? Unidade básica: Néfron

Figura 4.4 ? Funcionamento de um Néfron

Figura 4.5 ? Detalhe Glomérulo

Figura 4.6 ? Transporte máximo reabsorção

Figura 4.7 ? Mecanismo de contra - corrente

Lista de Tabelas

Tabela 1.1 ? Propagação do som

Tabela 1.2 ? Intensidade e nível sonoro de vários sons

Tabela 2.1 ? Variação da freqüência respiratória

Tabela 2.2 ? Parâmetros Respiratórios

Tabela 3.1 ? Espessura da parede da esclerótica

Tabela 3.2 ? Meios refratores do olho

Objetivo

Proporcionar uma análise de conhecimentos básicos, fundamentais de biofísica, para que se compreendam quais os princípios da física que participam dos processos que controlam importantes funções celulares e de diversos sistemas do corpo humano.
Metodologia

Pesquisa Individual

Introdução

A biofísica é o estudo da matéria, energia, espaço e tempo nos Sistemas biológicos. As informações do mundo exterior são captadas e transmitidas ao cérebro pelos órgãos dos sentidos. Nos primatas, os receptores e as vias nervosas que permitem a detecção e análise dos sinais sonoros (audição), luminosos (visão) e químicos (gustação e olfato) estão localizados na cabeça. Além dessas informações, os sensores localizados nos canais semicirculares do ouvido interno ajudam na manutenção da postura e participam na definição do equilíbrio do corpo.

Ao contrário do que muitos acreditam o ouvido humano não é só responsável pela audição, mas também pelo controle de equilíbrio e pela percepção de movimento. O sistema auditivo consegue trabalhar numa ampla faixa de freqüência e intensidade. Só para se ter uma idéia a intensidade do som que causa sensação de desconforto é um milhão de milhão de vezes maior que o som menos intenso detectável pelo ouvido.

O corpo inteiro é um tubo que pulsa em ondas de expansão e contração na respiração. Se este tubo não for flexível, com um amplo espectro de motilidade, a pessoa fica limitada em suas ações, como em sentimentos que possam emergir. A riqueza de pensamento e imaginação é afetada. Se os músculos não recebem sangue ou oxigênio suficiente a ação fica prejudicada. Se o cérebro sofre falta de oxigenação, a pessoa torna-se apática, insensível, desatenta.

O estudo da visão mo O estudo da visão mostra a maneira como a imagem é processada e transmitida ao cérebro. Um dos mais importantes meios de interação do homem com o mundo se faz através do espectro da radiação luminosa ? faixa compreendida entre a cor vermelha e a cor violeta. Esta interação só é possível a dois instrumentos altamente especializados, que tem o tamanho de uma bola de tênis de mesa, dispostas de forma mais ou menos simétrica ao plano sagital ? plano que divide o corpo humano em lado direito e lado esquerdo, o olho humano que se ajusta para captar de forma nítida uma imagem oupode ajudar a fazer tal função.

A função renal normal depende da integridade de quatro aspectos da fisiologia renal: o fluxo sangüíneo, a filtração glomerular, a função tubular e a permeabilidade das vias urinárias. O rim tem como função básica a conservação de fluidos, ou, em outras palavras, a concentração da urina. Além dessa função básica, possui três importantes papéis, que são a depuração de substâncias tóxicas, a manutenção do equilíbrio hidroeletrolítico interno e a produção de hormônios.

processada e transmitida ao cérebro. Um dos mais importantes meios de interação do homem com o mundo se faz através do espectro da radiação luminosa ? faixa compreendida entre a cor vermelha e a cor violeta. Esta interação só é possível a dois instrumentos altamente especializados, que tem o tamanho de uma bola de tênis de mesa, dispostas de forma mais ou menos simétrica ao plano sagital ? plano que divide o corpo humano em lado direitolado esquerdo, o olho humano que se ajusta para captar de forma nítida uma imagem

1- Biofísica da Audição

Grande parte das informações que o ser humano recebe é transmitida por ondas sonoras. Elas, normalmente, provêm do ambiente que nos cerca e são originadas em diversas fontes sonoras. O sistema auditivo dos animais permite a captação dessas ondas e o reconhecimento do conteúdo de informação que possuem. Além de participar da audição, o aparelho auditivo humano também está relacionado como equilíbrio do corpo.

O som é a propagação de energia mecânica em meio material, sob forma de movimento ondulatório, com pulso longitudinal. É um fenômeno do Campo Gravitacional. Os seres vivos captam e emitem sons. Desde insetos até os humanos, o som é um precioso agente de informação e comunicação. O ouvido humano é especialmente diferenciado para receber sons. Alem da capacidade puramente mediadora, a Audição permite ainda, sem uso do sentido semântico das palavras, a transmissão de mensagens emocionais.

1. Noções de Física do Som e Acústica de Interesse Biológico

1.3Física do som

Como dissemos acima, o som é a transmissão de uma perturbação material, com pulso longitudinal, e pode ser representado por um movimento ondulatório. Vejamos o som sob esses dois aspectos.

1. Perturbação material, deslocamento da energia.
2. Representação como movimento ondulatório.

Se tivermos como exemplo um oscilador vibrando, e sua energia é transmitida pelo ar, como zonas de compressão (alta energia) das moléculas gasosas. Nesse caso, o som se propaga como uma esfera sonora. A energia vai diminuindo com a distancia. O pulso energético é na direção da propagação. Setemos um tubo com ar, onde se aplica um sinal sonoro (’) em uma das extremidades. Na propagação, aparecem as zonas de compressão e rarefação do ar. A seta indica a direção da onda sonora, e também do pulso energético. Seuma pedra é lançada ao centro de um tanque com água. Aparecem dois movimentos ondulatórios:

1. Ondas mecânicas de água, visíveis como elevação e abaixamento da surpeficie, se propagando em círculos concêntricos. O pulso é transversal, isto é, perpendicular à direção da propagação. A velocidade é lenta, de alguns metros por segundo.
2. Ondas sonoras, invisíveis, de energia se propagando por compressão e descompressão de zonas liquidas. O pulso é longitudinal (a água não sobe, nem desce), na direção das ondas sonoras, que se propagam como uma semi-esfera no meio líquido, e outra meia-esfera no ar. A velocidade da água é 1.500 m.s-¹.

* Comprimento de onda

Éa distância percorrida emum ciclo completo, e se abrevia » (lambda). O tempo decorrido em um ciclo é denominado período, t.

* Velocidade

É o espaço percorrido pela onda, na unidade de tempo. Equivale a dividir o comprimento da onda pelo período:

v = »_

t

* Freqüência

É o numero de vezes que o fenômeno se repete em um intervalo de tempo, medido em ciclos por segundo, (Hertz, Hz).

f = 1_ = t -¹

t

1.2 Acústica

O som físico, emitido por uma fonte sonora, e o som percebido pelos instrumentos apropriados, como o ouvido, pode ser definido por três características, a intensidade, altura e timbre.

* Intensidade ? corresponde ao nível de energia sonora, e no movimento ondulatório, é medido pela amplitude. A amplitude é o deslocamento da onda no eixo de y ela vai desde sons pouco audíveis, como o falar cochichando, até o barulho de um avião a jato. Amplitude está relacionada à energia sonora, e decresce com o inverso do quadrado da distancia. É o chamado amortecimento da onda.

* Altura ? corresponde à freqüência do som emitido. Os sons de maior freqüência se dizem mais altos, ou mais agudos; os sons de menor freqüência, mais baixos, ou mais graves. Cada emissor tem uma freqüência típica de emissão. A voz humana vai desde o baixo profundo, ao soprano coloratura.

* Timbre ? também se denomina qualidade, e corresponde ao somatório de freqüências harmônicas. As freqüências harmônicas são múltiplos inteiros de uma freqüência fundamental, que é a mais longa. Um som de 100 Hz pode ter harmônicos associados de 200, 300, 400 Hz, etc., correspondendo ao som fundamental x 2, 3, 4, etc. os sons harmônicos embelezam e dão colorido ao som fundamental, daí a razão do timbre ser denominado de qualidade do som. Dependendo do numero e intensidade dos harmônicos, o som tem timbre, ou qualidade, que pode ser até característico. Todos que escutam, são capazes de identificar pela voz as pessoas conhecidas. Sons dos instrumentos musicais podem também ser identificados pelo timbre. Como os pulsos se somam, o som composto tem uma forma de onda mais complexa. Esses trens de onda são analisados pelas series de Fourier.

2. Propagação do Som ? Efeitos do Meio Transmissor

O som se propaga em função das propriedades do meio transmissor. De um modo aproximado, a velocidade é diretamente proporcional à temperatura, e inversamente proporcional ao módulo de elasticidade do meio. Alguns valores estão na Tabela 1.1.

Tabela 1.1 ? Propagação do som

Esses valores mostram que os tecidos biológicos conferem ao som características semelhantes à da água. O aumento da velocidade com a temperatura se deve ao aumento da energia cinética das moléculas do meio, que facilita a propagação da perturbação material. Como esperado, o som apresenta todas as propriedades comuns aos movimentos ondulatórios, e entre as que apresentam interesse biológico estão:

·Reflexão do Som ? quando o trem de ondas encontra uma superfície que se opõe à propagação, ele muda de direção, com ângulo de incidência igual ao de reflexão. A reflexão em superfícies planas ou curvas tem grande aplicação na construção de ambientes com acústica favorável, inclusive para reforço do som emitido.

·Interferência ? é o aumento ou diminuição da intensidade do som, devido ao somatório dos pulsos de onda: superposição de duas cristas há reforço; crista e vale abafamento. A interferência é responsável pela perda de discriminação do ouvido. A interferência é responsável perda de discriminação do ouvido. A interferência de sons e ruídos é notada especialmente no momento do seu desaparecimento: em lugares silenciosos, antes inaudíveis, são percebidos.

·Difração ? é o contornamento de obstáculos pela onda.

·Efeito Doppler ? é a mudança aparente de freqüência, quando existe movimento relativo entre o emissor e o receptor;

O efeito Doppler sonoro é frequentemente observado no cotidiano. Buzina de veículos, sirenes de ambulâncias, apito de locomotiva, etc., que se aproximam ou se afastam, mostram nitidamente o efeito Doppler. Esse efeito é usado para determinação de velocidade da circulação sanguínea, usando ondas refletidas pelo sangue que se afasta.

3. Transdução da energia sonora em animais inferiores

A transdução de energia sonora em elétrica já pode ser observada nos hidrozoários (caravelas, p.ex.), mas o aparelho auditivo somente aparece nos peixes e nos artrópodes. Nos animais vertebrados, os receptores encarregados da audição, do equilíbrio e da detecção do movimento (p.ex. peixes) são formados por células ciliadas, que se encontram conectados a neurônios sensoriais. Quando os cílios são movimentados, são produzidas ondas elétricas que se propagam pelos nervos, dirigindo-se aos centros superiores de analise e integração.

4. Freqüências sonoras audíveis limiar de audição

O ouvido humano pode detectar freqüências sonoras na faixa de 16 a 17.000Hz. Todavia, esses limites não são fixos, mas variam com a idade e também de um individuo para outro. Alem disso, o ouvido não apresenta a mesma sensibilidade para todas as freqüências, como se pode demonstrar com auxilio do audiograma. Esse exame é executado em ambiente silencioso, colocando-se fones de ouvido na pessoa examinada e pedindo que ela indique toda vez que escutar algum som. Então, sons puros com diferentes intensidades, geralmente eletronicamente, são enviados os fones de modo aleatório. A intensidade mínima necessária para que cada freqüência seja escutada é chamada de limiar de audição.

Som


Intensidade (W/m2)


Nível sonoro (dB)

Limiar auditivo


10-12


0

Respiração normal


10-11


10

Ambiente de biblioteca


10-10


20

Murmúrio (a 5 m)


10-9


30

Som ambiental médio


10-8


40

Conversação normal


10-6


60

Tráfego pesado


10-5


70

Trem em movimento


10-3


90

Britadeira


10-2


100

Limiar de desconforto


100


120

Decolagem de um jato


102


140

Lesão do tímpano


104


160

Tabela 1.2 - Intensidade e nível sonoro de vários sons.

5. O aparelho auditivo

O aparelho auditivo transforma as diferenças de pressão do som em pulso elétrico, que são enviadas ao cérebro, onde causam a sensação psicofísica da audição.

O ouvido é capaz de perceber dois sons de freqüência diferentes, como tais, mesmo quando emitidos simultaneamente. Ainda, pelo timbre, é capaz da diferenciação uma nota dó de um violino, da mesma nota de um violoncelo, ou outro instrumento.

O som não tem persistência, e nos permite a arte da musica, pela seqüência de sons que são percebidos separadamente.

6. O ouvido humano

A função do ouvido é converter uma fraca onda mecânica no ar em estímulos nervosos. O ouvido é constituído de três partes: o ouvido externo com a orelha e o canal auditivo, o ouvido médio com um sistema de três ossículos que são martelo, bigorna e estribo, e o ouvido interno com a cóclea contendo fluidos, onde ocorre a conversão do som em pulso elétrico. A Figura 1.1 mostra as principais partes do ouvido.

Figura 1.1 - Esquema dos ouvidos externo, médio e interno mostrando o pavilhão auricular (A), o meato auditivo externo (B), a membrana timpânica (MT),o ouvido médio (M), dois ossículos (01 e 02), a cóclea (C)ea trompa de Eustáquio (T).

A orelha é a parte menos importante da audição e auxilia as ondas sonoras a convergirem para o canal auditivo. Esse canal, de cerca de 2,5 cm de comprimento, pode ser comparado a um tubo de órgão aberto numa extremidade e fechado na outra pela membrana timpânica, que separa o ouvido externo do médio, ambos contendo ar.

7. Anatomia Funcional dos Órgãos da Audição

7.1 O ouvido Externo

A onda sonora que penetra no conduto auditivo externo perde parte de sua energia em virtude do atrito com as paredes. Outra parte de sua energia é transferida para a membrana timpânica . O ouvido externo atua como um tubo acústico fechado. Nesses tubos, as variações de pressão na extremidade selada são maiores do que as que ocorrem na extremidade aberta, pois ali a onda sonora não encontra liberdade para promover os movimentos de expansão ou de compressão de ar. Por esta razão, durante a chegada de uma onda sonora ao meato auditivo, existe um gradiente de pressão entre o ar que está próximo à membrana do tímpano e o arcontido na entrada do meato.

Nos tubos acústicos fechados, a freqüência de ressonância (f) é igual à razão da velocidade do som (v) por quatro vezes o comprimento do tubo(I), assim:

F = v/4.1

O conduto auditivo externo se comporta como um tubo acústico fechado e, por isso, essa expressão pode ser aplicada para analisá-lo. Assim, supondo-se que o comprimento de meato auditivo seja de 2 a 3cm e considerando-se que a velocidade do som no ar a 27° C e sob pressão de 1atm seja igual a 348m/s, pode-se concluir que a freqüência de ressonacia do meato auditivo externo está entre 2.900 e 4.350Hz. A demonstração experimental desse achado pode ser feita registrando-se o gradiente de pressão máxima que cada onda sonora produz nas extremidades do meato, contra a freqüência do som aplicado.

A demonstração experimental desse achado pode ser feita registrando-se o gradiente de pressão máxima que cada onda sonora produz nas extremidades do meato, contra a freqüência do som aplicado.

Figura 1.2 Mostra um desses resultados. Note que a curva apresenta valores mínimos em torno dos 3,4kHz indicando que, nesses valores, a impedância do conduto auditivo externo é mínima. A curva apresenta uma forma achatada, em virtude do efeito de amortecimento exercido pela extensibilidade da membrana timpânica.

7.2 A membrana Timpânica

Um dos problemas fundamentais do aparelho auditivo é transmitir as ondas sonoras do ar para o liquido do ouvido interno, permitindo assim que processe a transdução de energia mecânica em elétrica. A grande diferença de densidade entre esses dois meios (ar e água) representa uma grande barreira à propagação do som. A maior parte (99,9%) da energia de uma onda sonora que trafega no ar é refletida, quando essa onda encontra a superfície da separação ar-agua. Apenas 0,1% da energia incidente sofre refração. Dessa forma, a primeira tarefa do ouvido é permitir que a energia da onda sonora chegue até a cóclea com um mínimo de perda.

Grande parte da energia da onda sonora é transferida ao tímpano, provendo a sua vibração. Essa membrana apresenta um comportamento complexo quando é estimulada a vibrar, pois ela não é homogênea, nem isótropa. Nela existem regiões tensas e outras flácidas, regiões com maior e menor grau de liberdade para o movimento, regiões com diferentes massas especificas, etc. Isso faz com que a freqüência de resposta dessa membrana seja alargada, o que implica dizer que ela possui uma ampla faixa de ressonância.

Figura1.3 Detalhes da Anatomia da membrana timpânica vista pelo meatoauditivo externo. F, porção flácida ; S, stria mallearis, T, porção tensa
A membrana timpânica vibra como um corpo quase rígido quando recebe sons de baixa freqüência. Todavia, para freqüências maiores do que 2.400Hz ela pode vibrar segmentarmente, reduzindo a sua área vibrante para 60 a 75% de sua área total, que é de 64mm². Quanto menor for a área vibrátil, menor será a transferência de energia para o ouvido médio. O padrão de vibração da membrana sofre modificação em função da freqüência sonora que o ouvido recebe.

Para poder vibrar adequadamente, as pressões de repouso nos lados da membrana timpânica devem ser iguais, de forma que ela não esteja submetida a um estado de tensão permanente. A pressão de repouso do meato é a pressão atmosférica. Essa pressão é transmitida ao ouvido médio por meio da trompa de Eustáquio.

.

7.3 O ouvido médio

·Ganho mecânico

O ouvido médio serve para realizar duas tarefas. A primeira é fazer com que a pressão do lado interno da membrana timpânica seja igual à pressão do lado externo. A segunda é a de promover um ganho mecânico, afim de que a energia da onda sonora seja suficiente para promover a vibração das linfas e membranas do ouvido interno. Essa tarefa, é emparte realizada pela cadeia de ossículos que forma um conjunto de alavancas co ganho mecânico igual a 1,3. Isso significa que a forca aplicada pelo estribo sobre a janela oval é 1,3 maior (30%) do que aquela que o tímpano aplica sobre o martelo.

·Casamento de impedâncias

O maior desafio mecânico do aparelho auditivo é fazer com que a energia da onda sonora que se propaga no ar seja suficiente para movimentar os líquidos da cóclea e, assim, permitir a excitação das terminações nervosas. A resistência que um dado volume de ar oferece ao movimento de vibração menor do que aquela oferecida por um mesmo volume de água.A elevada impedância da água deve-se não somente à maior quantidade de massa presente por unidade de volume, mas também às suas diferentes propriedades viscoelásticas.

O ouvido médio consegue realizar o casamento de impedâncias entre os ouvidos externo e interno, graças à amplificação (G = 1,3) da força recebida pelo martelo, mas também por causa da diferença entre as áreas da membrana timpânica (Sm) e da janela oval (So). A área vibrátil do tímpano é de 13 a 16 vezes maior do que área da janela oval, que é de 3,2mm². Como a força chega da na janela oval 1,3 vezes mais intensa do que aquela que é aplicada sobre a membrana na timpânica então o ganho total de pressão (Gt) sobre a janela oval será igual ao ganho mecânico promovido pela cadeia de ossículos multiplicado pela relação entre as áreas das duas membranas.

Assim:

Gt = G x _Sm _

So

ou, substituindo:

Gt = 1,3 x 13 = 16,9

Gt = 1,3 x 16 = 20,8

Os cálculos mostram que a pressão exercida sobre a janela oval é de 17 a 21vezes mais intensa do que aquela que o som aplica sobre a membrana timpânica. Esse ganho de pressão é fundamental para que a onda sonora possa passar do meio aéreo para meio líquido. Alguns experimentos demonstram que a freqüência de ressonância do ouvido médio se situa em torno dos 1.000Hz. A impedância de um sistema depende das resistências oferecidas pelo atrito, pela reatância elástica e pela reatância de massa. As reatâncias são resistências dinâmicas, no sentido de que dependem da freqüência da onda propagada. Para baixas freqüências, a reatância elástica predomina, elevando a impedância do sistema mecânico de condução sonora do ouvido. Nas freqüências elevadas, a impedância cresce em virtude de um aumento da reatância de massa.

Os músculos tensor do tímpano e estapédio, quando se contraem, comprimem os ossículos, aumentando a rigidez da cadeia, deformando o tímpano e a janela oval para dentro do ouvido médio. O sistema, tornando mais rígido, alem de transmitir com menor ganho a energia sonora, desloca sua freqüência de ressonância para sons mais agudos, atenuando os sons graves. Consequentemente, a ativação desses músculos protege o ouvido interno de sons graves e fortes. Na paralisia de Bell (nervo facial) e em certas miodistrofias (miastenia gravis), esses músculos podem não exercer adequadamente a sua ação protetora. Sugere-se que possa ser a causa da hipersensibilidade auditiva desses pacientes.

A membrana timpânica, para vibrar com a onda sonora, necessita que haja um equilíbrio entre as pressões de repouso dos ouvidos externo e médio. Quando, entre os lados do tímpano, há um gradiente de pressão no repouso, a audição fica prejudicada. Isso acontece, por exemplo, nas obstruções da trompa de Eustáquio que são provocadas por inflamação, compressão, e etc. Nesse caso, o ar contido no ouvido é absorvido e apressão dessa cavidade torna-se menor do que a pressão atmosférica. Com isso a membrana timpânica é empurrada para o interior do ouvido médio. Ela também fica sobre compressão, quando a pressão externa aumenta e, por alguma razão, a trompa de Eustáquio não promove um novo equilíbrio. Isso costuma ocorrer durante os mergulhos e em ambientes de alta pressão. Quando a pressão externa é reduzida, como nas grandes altitudes, a tendência é submeter o tímpano a um esforço de dentro pra fora, pois, nesses casos, a pressão do ouvido médio pode ser maior do que a pressão externa.

A pressão negativa no ouvido médio produz uma sensação de desconforto e uma perda de sensibilidade e da acuidade auditiva.

Quando ela alcança valores em torno de -60 a -80mmHg à pessoa começa a sentir dor. Entre -100 a -150mmHg, a membrana timpânica se rompe. Um indivíduo que se sofre ruptura do tímpano escuta um som explosivo intenso que se acompanha de dor, náuseas, desmaio e, algumas vezes, de choque. Alguns tratamentos da obstrução crônica da trompa de Eustáquio incluem a colocação de um tubo de ventilação através do tímpano, a fim de igualar as pressões do meato e do ouvido externo.

7.4 O ouvido interno

Figura 1.4 Corte transversal da Cóclea mostrando as escalas e, a esse nível, as principais membranas envolvidascom a mecânica da audição.

A cóclea, também chamada de ouvido interno, é constituída por um conjunto de túneis cheio de linfa, encravados no osso temporal. A cóclea tem cerca de 3cm de comprimento e está disposta em forma de espiral que se dobra em torno de um pilar central chamado modíolo.

As ondas sonoras provenientes do ouvido externo e médio movimentam o estribo e, consequentemente, a janela oval (O) e assim, chegam à escala vestibular. A escala timpânica, situada abaixo da membrana basilar, comunicar-se com a janela redonda (R) que está ocluída por uma membrana elástica chamada de membrana timpânica secundaria. As escalas vestibular e média estão separadas pela membrana de Reissner, que por ser muito fina e elástica, permite que elas se comportem mecanicamente como se fossem únicas. Quando o estribo comprime a janela oval, forma-se uma onda de pressão nas escalas vestibular e média, o que movimentar a membrana basilar em direção a escala timpânica. O movimento em pistão da janela oval desloca volumes de ordem de 10 -8 a 10 -9 cm ³.

Todo movimento da membrana basilar (MB) numa direção perpendicular ao seu plano promove o aparecimento de esforços que fazem a membrana tectorial (MT) deslizar numa direção que é longitudinal à membrana basilar. Ao se mover, a membrana tectorial estira e comprime os cílios das células ciliadas internas e externas, provocando a sua excitação e o aparecimento de impulsos elétricos que se propagam pelos filetes nervosos.

Muito se tem pesquisado para descobrir os mecanismos pelos quais o aparelho auditivo humano consegue discriminar os sons recebidos. Várias teorias foram trazidas à luz. Helmholtz, baseando-se na geometria do órgão de Corti, imaginou inicialmente que a membrana basilar, os túneis de Nuel, interno e externo, bem como as células ciliadas funcionassem como uma serie de ressoadores sintonizados. A disposição da membrana basilar mais estreitana base e mais longa larga no ápice (helicotrema) sugeria que ela vibrasse de modo variável conforme a altura do som recebido. Assim, sons agudos ressoariam na baseda membrana basolar vibrar mais amplamente, mais próximo da região apical. Esse padrão de vibração foi parcialmente comprovado pelos estudos experimentais. Entretanto, Von Békésy mostrou que as propriedades ressoantes somente explicavam a capacidade de o ouvido humano discriminar 4,5 da gama de 10,5 oitavas percebidas pela audição.

As células ciliadas externas são contrateis. A descoberta dessa propriedade foi fundamental para que fossem ampliados os conhecimentos sobre as características sensitivas e seletivas do ouvido interno. Essas células se comportam um transdutor de dupla ação, convertendo energia mecânica em elétrica (transdutor mecanoelétrico) ou então energia elétrica em mecânica (transdutor eletromecânico). A habilidade em transformar os estímulos provenientes dos nervos eferentes em movimento da membrana tectorial faz dessas células um elemento importante para promover a excitação das verdadeiras células auditivas sensoriais que são as células ciliadas internas.

As células internas e externas fazem sinapses com neurônios que se dirigem para o complexo olivar superior. As células internas têm sua atividade regulada em parte por impulsos elétricos provenientes do corpo olivar superior epsilateral, enquanto as externas são controladas por impulsos gerados por estruturas cerebrais superiores. Tanto as ciliadas internas (CCI), como as externas (CCE), recebem inervação aferente e eferente. As vias aferentes levam informações para o sistema nervoso central, enquanto as eferentes trazem para as células ciliadas os pulsos elétricos gerados por esse sistema.

As sinapses entre as células ciliadas internas e as fibras nervosas aferentes são glutamatérgicas, por si, é neurotóxica quando se apresenta em concentração elevada. Para evitar lesões, essas sinapses possuem um eficiente mecanismo de transformação do glutamato em glutamina. As sinapses eferentes que chegam 'as células internas usam vários neurotransmissores, tais como:

·Acetilcolina

·Ácido ³-aminobutírico (GABA)

·Dopamina

·Encefalina

·Calcitonina

·Dinorfinas

O mecanismo sináptico ao nível das células ciliadas externasé menos conhecido do que aquele referente às células internas. Sabe-se, no entanto, que vários neurotransmissores devem estar envolvidos. Entre lese o GABA, a acetilcolina e um tipo de calcitonina.

7.5 Transmissão do som ao ouvido interno

As ondas sonoras podem chegar ao ouvido interno meio de três vias:

·Cadeia de ossículos

·Via aérea

·Via óssea

A transmissãoatravés de ossículos já foi comentada até aqui. Quando essa cadeia está quebrada ou anquilosada então a passagem do som para ouvido médio. Nesse caso, a vibração da membrana timpânica se transmite para o ar do ouvido médio fazendo vibrar principalmente a janela redonda, pois a presença do estribo ligado à janela oval aumenta a inércia dessa estrutura. O som seguindo por essa via apresenta uma grande perda de energia, pois não havendo um sistema para ajustar as impedâncias dos ouvidos a maior parte d onda sonora sobre reflexão na janela redonda. A via aérea não constitui uma solução nos casos de ostosclerose, pois a imobilidade da articulação do estribo com a janela oval impede que ela possa ser abaulada para dentro do ouvido médio quando uma onda de pressão positiva chegaà janela redonda. Lampert propôs uma técnica cirúrgica para melhorar a audição de pacientes com ostosclerose. A idéia era fazer uma janela de compensação no canal semicircular horizontal, fechando-a comum retalho de tecido elástico, tal como aponeurose ou pele.

Sob determinadas condições, o som também pode alcançar o ouvido interno através dos ossos do crânio. Essa via não tem importância quando o som original se propaga no ar, pois, nesse caso, existe uma grande perda de energia sonora quando ele incide sobre o osso. O som de um diapasão em vibração pode, no entanto, ser escutado se o cabo do instrumento for encostadono crânio de uma pessoa.

8. Tipos de Surdez

* Surdez de condução

Este tipo de surdez ocorre quando há impedimento para a livre transmissão dos sons através dos ouvidos externo e médio. Pode-se diagnosticá-la testando-se a sensibilidade do paciente ao som que segue o trajeto normal e sons conduzidos por via óssea. Com um diapasão vibrante em contato com o crânio, o som é conduzido diretamente à cóclea por condução óssea, de modo que para este som ser percebido significa que a cóclea, o nervo auditivo e os centros superiores estão íntegros. O que proporciona esta patologia, principalmente, é o acúmulo de cera do meato auditivo externo, fixação dos ossículos à parede do ouvido médio em virtude de processos inflamatórios, espessamento do tímpano e fixação do estribo por crescimento ósseo exagerado.

* Surdez sensorineural

Este tipo de surdez ocorre quando o indivíduo é exposto a sons de elevada intensidade durante muito tempo. Nessa situação a perda da audição é maior para altas freqüências. Um sintoma comum neste caso, chamado de tinnitus, dá ao indivíduo a sensação semelhante ao som de uma campainha, decorrente do disparo espontâneo e contínuo das células ciliadas.

* Surdez Central

Este tipo de surdez ocorre quando há lesão das vias nervosas centrais ou do córtex cerebral encarregado da audição

2 - Biofísica da Respiração

Os animais necessitam de oxigênio para a manutenção dos processos metabólicos que lhes garantem a vida. Esse gás é retirado da atmosfera ou de líquidos nos quais está dissolvido. Das reações bioquímicas que se passam nos diversos compartimentos dos animais, resulta uma constante produção de gás carbônico, cuja eliminação é necessária para o equilíbrio do meio interno. Para realizar essas funções, os insetos apresentam tubos respiratórios e os peixes brânquias. Os animais mais evoluídos, no entanto, desenvolveram órgãos especiais ? os pulmões ? a fim de promover o comercio entre os gases internos e externos. Os gases, trocados ao nível pulmonar, são transportados pelo sangue, e nas células, o oxigênio é usado para a produção da água endógena, um processo que neutraliza hidrogênio protônico e que se chama respiração celular. Por isso, a troca de gases ao nível pulmonar é também chamada de respiração externa.

1. O Aparelho Respiratório

A respiração do homem é feita graças a um complexo aparelho formado pelas vias aéreas, pulmões e sistema de movimentação da caixa torácica.

1.5As Vias Aéreas

As vias aéreas superiores ( boca, cavidades nasais e faringe ) estãoconectadas á traquéia por meio da laringe. Nessa estrutura encontram-se a epiglote, a glote e as cordas vocais. Sua estabilidade se deve a uma parede osteocartilaginosa relativamente elástica.

Figura 2.1- Diagrama esquemático mostrando as passagens principais de ar para os pulmões.
A traquéia é um tubo móvel e longo, cuja parede contém anéis músculo-cartilaginosos, membrana mucosa, tecido fibroso e glândulas. Os anéis são, no entanto, imperfeitos, pois sua cartilagem lembra a lua crescente. Eles ocupam T da parede anterior do tubo traqueal posteriormente, são completados por tecido fibroso e fibras musculares lisas. Estas estão dispostas tanto na direção longitudinal à traquéia e os brônquios, quanto circundando essas estruturas. Assim, podem ser realizados movimentos de encurtamento e alongamento no comprimento e no diâmetro dos tubos respiratórios. Esse mesmo tipo de estrutura também se encontra nos brônquios extrapulmonares e naqueles intrapulmonares com diâmetro superior a 0,5mm. Os mais finos, contudo carecem do suporte cartilaginoso. Geometricamente, a traquéia se assemelha a um cilindro, mas sua parede posterior é achatada. No nível da 5ª vértebra torácica, ela se bifurca nos brônquios-fonte.

O brônquio-fonte direito é largo, curto e horizontalizado. O brônquio fonte esquerdo é estreito, longo e verticalizado. O pulmão direito possui três lobos, enquanto o esquerdo é bilobado. Logo ao penetrar no pulmão, o brônquio-fonte direito se divide para criar o ramo que se dirige ao lobo superior. Esse brônquio secundário possui grosso calibre e também logo se ramifica em brônquios terciários, que são relativamente curtos e grossos. Essa característica anatômica traz repercussões acústicas e sobre isso se falará mais adiante. Do brônquio-fonte esquerdo nascem os brônquios que se dirigem aos lobos superior e inferior do pulmão esquerdo.

Olhando-se para dentro da traquéia em direção à Carina percebe-se que o septo corresponde à subdivisão dos brônquios está situado mais à esquerda, e a impressão que se tem é a de que o brônquio-fonte direito é a via principal, aquela que dá continuidade ao tubo traqueal. Isso tem implicação na localização de corpos estranhos aspirados, pois eles se dirigem preferencialmente para o brônquio-fonte direito.

1.6Os pulmões

Os pulmões estão envolvidos pela pleura visceral e ocupam cerca 4/5 do volume da cavidade torácica. No adulto, após uma expiração normal, o volume de ar contido em cada pulmão é de 2.500ml a 3.000ml. Os pulmoes direto e esquerdo não têm o mesmo tamanho, pois parte do volume do hemitoráx esquerdo está ocupado pelo coração. Assim, 55% da função respiratória se deve ao pulmão direito e 45% ao esquerdo. Os pulmões são órgãos muito extensíveis, pois neles há uma grande rede de fibras elásticas formando o parênquima pulmonar. Por essa razão, toda vez que o pulmão é insuflado há. Nessas estruturas, um acumulo de energia potencial elástica, que é fundamental para promover a retração do órgão durante a expiração.

Os pulmões são mantidos expandidos no interior da cavidade torácica graças à pressão negativa do espaço pleural. Esse espaço existe entre as pleuras parietal e visceral e está preenchido por líquido que serve como meio de baixa fricção, facilitando a movimentação dos pulmões. As pleuras são membranas mesoteliais que revestem a parede interna da cavidade torácica e também recobrem os pulmões. Sempre que o torax é aberto,o pulmão, sob a ação das suas forças elásticas, entra em colapso e o seu volume reduz-se cerca de S do volume normal. O pequeno volume do pulmão colapsado se deve, principalmente, à presença do ar nas cavidades alveolares. No individuo vivo, no entanto, após algumas horas, o ar alveolar é absorvido pelo sangue circundante e o volume pulmonar reduz-se ainda mais.

1.7Tubos respiratórios e alvéolos

Figura 2.2 ? A estrutura do alvéolo
A extensibilidade dos pulmões e das vias aéreas permite que os seus volumes possam variar durante os movimentos respiratórios. Assim, na inspiração, os tubos respiratórios aumentam de comprimento e de diâmetro, facilitando a passagem do ar. À medida que se dividem, os tubos inspiratórios tornam-se mais finos. Sua área, no entanto, cresce rapidamente. os bronquíolos de 16ª geração são chamados de bronquíolos respiratórios,os quais se subdividem em dois ou mais ductos alveolares. Os ductos, por sua vez, estão conectados ao átrio alveolar e estes, aos sacos alveolares. A parede desse saco sofre invaginações, produzindo compartimentos que são os verdadeiros alvéolos pulmonares.

1.4A parede torácica

A parede torácica é formada por pele, tecido celular subcutâneo, arcos costais, esterno, clavículas, coluna dorsal, ligamentos, músculos, pleura parietal, vasos e nervos. È uma estrutura elástica que, em combinação com os movimentos do diafragma, promove as variações de volume da cavidade do tórax. O aumento do volume intratorácico ocorre em virtude do movimento dos arcos costais e do rebaixamento da cúpula diafragmática durante a inspiração, fase que processa com gasto de energia potencial elástica acumulada durante a inspiração. No exercício, na taquipnéia e nas doenças respiratórias obstrutivas, a expiração se torna um processo ativo e penoso.

1.5 Músculo da inspiração

Os principais músculos inspiratórios são: diafragma, intercostais e grande peitoral.

Em situações de grandes esforços inspiratórios, também são ativados os esternoclidomastóideo, o escaleno, o denteado maior e o trapézio. Alguns músculos colaboram com a inspiração, reduzindo a resistência das vias aéreas (digastrico, músculo da asa do nariz, musculatura das bochechas, elevador do palato, músculos laríngeos, língua e músculos posteriores do pescoço).

No tórax enfisematoso e no asmático, doenças em que há um permanente estado de hiperinsulação pulmonar, a forma em cúpula do diafragma se desfaz e o músculose torna planificado, perdendo, assim, a sua propriedade de pistão durante a inspiração. Em tal circunstancia, a contração diafragmática promove uma redução da circunferência das porções mais inferiores do tórax, contribuindo para caracterizar o tipo de respiração desses pacientes crônicos.

1.7Músculo da expiração

Os principais músculos expiratórios são:

-musculatura da parede abdominal

transverso do abdômen

oblíquos externos

oblíquos internos

reto abdominal

-musculatura da parede torácica

triangular do esterno

intercostais internos

A contração dos músculos expiratórios eleva a pressão intratoracica em virtude da compressão exercida pelas vísceras abdominais sobre o diafragma, do encurvamento do tronco e do rebaixamento dos arcos costais.

2. A mecânica da respiração

2.1 A movimentação dos pulmões

* Expansão pulmonar e pressão pleural

Os pulmões permanecem expandidos por causa da pressão pleuralque, durante as pausas compreendidas entre a expiração e a inspiração, é de -2cmH2O a -5cmH2O. as forças do espaço pleural equilibram as forças elásticas intrapulmonares que tendem a promover o colapso do órgão. Assim, durante as pausas respiratórias, a pressão intra-alveolar (ou intrapulmonar) é igual à pressão atmosférica. Não havendo gradiente pressorico, o fluxo de ar nas vias aéreas é, nesses instantes é nulo.

Na inspiração, o volume da caiodade torácica aumentada, reduzindo a pressão pleural, que passa a variar entre -4cmH2O e -8cmH2O. O aumento da pressão negativa no espaço pleural reduz a pressão alveolar e promove, assim, a entrada de ar pelas vias aéreas, enchendo os pulmões. Em situações de exercício ou de doença obstrutiva, a pressão pleural pode alcançar valores muito mais negativos, podendo chegar a -135cmH2O.

* A prensa abdominal

Na expiração, a compressão exercida pela parede torácica e pelos músculos do abdômen eleva a pressão pleural para valores menos negativos ( -2 a -4cmH2O ) ou para valores ligeiramente positivos, quando a expiração é forçada. Campbell (1958), estudando a ação dos músculos abdominais na expiração, mostrou que a prensa abdominal não é ativada enquanto a resistência do fluxo expiratório é menor do que 10cmH2O. quando essa resistência está levemente aumentada, o homem pode respirar sem auxilio da musculatura do abdômen. Isso é possível porque, com o aumento do volumeinspiratório, os elementos elásticos sofrem maior de formação e, assim,acumulam mais energia potencial elástica, que será usada para promover a expiração.

Os músculos expiratórios abdominais são ativados quando a resistência ao fluxo está muito aumenta ou quando a ventilação pulmonar ultrapassa 400ml/min. Eles também se manifestam na tosse, no espirro, no vomito e na manobra compressiva de Valsalva.Durante a expiração, a queda de negatividade na pressão pleural favorece as forças de colapso pulmonar. Estas colaboram para aumentar a pressão intra-alveolar, fazendo que o ar dos pumoes seja expulso. Os músculos expiratórios podem elevar e manter a 160cmH2O a pressão intratoracica. Valores ainda mais altos (400cnH2O) podem ser registrados transitoriamente.

* Freqüência Respiratória

A respiração pulmonar é um processo ritimico. A freqüência dos ciclos respiratórios, no entanto, varia com a idade, com o exercício e está alterada em alguns estados patológicos. Quetelet, estudando 300 individuos normmais, encontrou os dados apresentados na Tabela 2.1.

Idade

(anos)


Freqüência respiratória

(ciclos/min)

0-1


44

5


26

15-20


20

20-25


18

25-30


16

30-50


18

Tabela 2.1Variação da freqüência respiratória

com a idade.

2.2 A pressão pleural

* Medida da pressão pleural

Duas são as técnicas para medir a pressão da cavidade pleural:

- Punciona-se a parede torácica até alcançar o espaço pleural e, então, conecta-se um manômetro à agulha.pode-se, também, usar a agulha de punção como guia para passar um tubo polietileno. Uma vez que esse tubo esteja bem posicionado, retira-se a agulha.com isso, evita-se a perfuração do pulmão que pode ocorrer durante os movimentos respiratórios.

- Coloca-se no terço inferior do esôfago uma sonda dotada de balonete longo. O balonete é inflado com água e sua pressão é monitorada com o auxilio de um manômetro. A pressão esofágica reflete a pressão pleural porque o esôfago,por ser um tubo fino, flexível, situado entre os pulmões e a parede torácica, transmite para a sua luz as pressões que lhe são externas. Deve0se ter o cuidado, no entanto, de evitar medidas durante a deglutição ou durante as contrações peristálticas.

* Força muscular e tamanho do sarcômero

Rahnet alii estudaram a variação dapressão pleural durante a inspiração e a expiração máximas. Os resultados, vistos na tabela 2.2, mostram que a pressão final depende do volume inicial dos pulmões. Desde que Gordon, Huxley & Julian desenvolveram a teoria dos filamentos deslizantes para explicar a relação entre força e estiramento da musculatura esquelética, sabe-se que, até certo limite, quanto maior for o comprimento inicial do musculo, maior será a força que lê desenvolverá ao se contrair. Todavia, o musculo perderá força se for estirado além do seu tamanho ótimo. Isso explica porque os músculos expiratórios se contraem produzindo maior força quando ospulmoes estão cheios.Por outro lado, quanto mais desinflados estiverem, mais estirados estarão os músculos inspiratórios e estes, durante a contração,produzirão grande força.

A capacidade vital representa a quantidade de ar que um individuo movimenta durante uma expiração forçada realizada após uma inspiração máxima. A tabela 2.2 relaciona a capacidade vital com as pressões expiratórias e inspiratórias máximas. Nela, pode-se ver que, quanto maior for a capacidade vital,maior será a pressão expiratória máxima e menor a pressão inspiratória máxima. Isso se deve ao fato de que, estando os pulmões mais cheios , os músculos expiratórios se encontram estirados e os inspiratórios encurtados.

Capacidade vital

(%)


Pressão expiratória

Máxima

torr[cmH2O]


Capacidade vital

(%)


Pressão expiratória

Máxima

torr[cmH2O]

9,7


41,5[56,4]


3,0


-86,0[-116,9]

25,0


52,5[71,4]


21,7


-74,6[-101,4]

43,8


69,9[95,0]


34,8


-63,3[-86,0]

60,0


90,0[122,4]


55,6


-56,8[-77,2]

75,0


95,3[129,6]


75,7


-44,8[-60,9]

83,0


107,0[145,5]


91,0


-23,6[-32,1]

100,0


119,0[ 161,8]

Tabela 2.2 Parâmetros respiratórios

2.3 Escoamento do ar nas vias aéreas

* A equação de Poiseulle

A movimentação de ar nos tubos respiratórios obedece à equação de Poiseulle. Assim,o fluxo gasoso ¦ pode ser calculado pela expressão:

¦ = ”P . À . r__

8 . · . 1

Onde:

¦ ? é o fluxo em unidade de volume /tempo

”P- é a diferença de pressão entre as extremidades do tubo

r ? é o raio do tubo

1 ? é o comprimento do tubo

· ? é a viscosidade do fluido

Pela equação se observa que os elevados gradientes de pressão (”P) e os tubos largos (r) favorecem o desenvolvimento de grandes fluxos (¦). Por outro lado,os tubos longos (1) e os fluidos de alta viscosidade (·) oferecem grande resistência e dificultam a movimentação do ar.

Considerando que ¦ = ”P /R, onde R é a resistência oferecida ao movimento do fluido, então, da equação de Poiseulle, pode-se deduzir que:

R = 8. · . 1

À . r

Dos elementos resistivos, o raio r é o que maior influência tem na determinação do fluxo,pois a resistência depende da quarta potência dessa variável. Reduzindo-se o raio, a resistência ao fluxo aumenta 16 vezes.

* Os tipos de escoamento

O escoamento de fluidos no interior de tubos pode ocorrer sob três formas .

Figura 2.3 Tipos deescoamento

- laminar

- turbulento

- misto

No escoamento laminar, o fluido se move em camadas. Amais supercial, aquela que está em contato com a parede do tubo, possui velocidade muito pequena. A velocidade das demais camadas cresce da periferia para o centro da veia fluida. No escoamento turbulento, o fluido desenvolve remoinhos e não há organização mecânica no movimento da veia fluida. Esse tipo de regime oferece alta resistência ao fluxo, exigindo um elevado consumo de energia para promover a movimentação do fluido. Durante a respiração tranqüila, o ar nas vias aéreas longas e estreitas se movimenta laminarmente. Nos estados em que há dispnéia, o escoamento tende a ser turbulento, gerando vibrações sonoras que podem ser percebidas na ausculta do paciente.

* Forças envolvidas no escoamento

Quando o ar escoa pelas vias aéreas, varias forças podem ser reconhecidas:

- Forças elásticas da parede torácica e dos pulmões

- resistência viscosa do ar

- resistência promovida pela turbulência

- resistência oferecida durante a alteração de volume e forma dos órgãos

- forças de atrito

- forças necessárias para vencer a inércia dos sistemas moveis

* Forças de Bernoulli

Bernoulli demonstrou que existe uma relação inversa entre a velocidade (V) do fluxo aéreo e a pressão que o gás exerce sobre a parede interna da tubulação que o contém. Esse conhecimento se torna particularmente importante para entender a dificuldade respiratória em brônquios estreitados para entender a dificuldade respiratória em brônquios estreitados e de paredes flácidas, tal como acontece no enfisema pulmonar. Nessa doença, as paredes bronqueares não resistem à pressão de colapso, provocada pelo fluxo gasoso de alta velocidade, e a luz do tubo aéreo é estreitada, colaborando para o aumento do esforço respiratório e para produção de sibilos.

* O esforço nas pleuras

Durante a inspiração, os pulmões seguem o movimento da parede torácica graças a uma fina camada de fluido que se encontra no espaço pleural. Esse liquido é formado, basicamente, por água e sais. A água molha as pleuras. Dizer-se que um liquido molha uma superfície significa dizer que as forças de adesão são maiores do que as forças de coesão. Por isso para separar duas camadas por uma película de água, a resistência oferecida aos esforços dirigidos perpendicularmnte às superfícies somente se separam quando a força externa ultrapassar o valor de coesão da massa liquida. Como os líquidos são praticamente incompressíveis, são também inexpansiveis. Assim, quando o tórax se expande na inspiração, a aderência e a inexpansibilidade da camada de líquidos existente entre as pleuras mantemos pulmões solidários aos movimentos da parede torácica, fluidez da água, todavia, permite que as duas superfícies,unidas pela película liquida, possam mover-se com facilidade, quando submetidas a esforços longitudinais.

* A tensão superficial

Todo liquido, posto em contato com um gás, forma uma membrana elástica na inteface gás ? liquido. Essas membranas funcionam como redes elásticas, tensas e resistentes. A força que se desenvolve ao longo dessas membranas propicia a contração de esferas liquidas quando o fluido esta livre de forças externas. A rede elástica que se forma na superfície liquida possui uma tensão, cuja intensidade independe da área dessa superfície. Por essa razão, tais redes elásticas não se assemelham às membranas que normalmente conhecemos, tais como a pele, o couro a borracha, etc. Nessas, a tensão aumenta quando a área superficial cresce por estiramento. A tensão superficial tem direção longitudinal à superfície do liquido e constitui-se num tipo especial de força de coesão.

* Mecanismo formador da tensão Superficial

Para entendercomo surge a tensão superficial, considere o exemplo da interface ar-agua para observar o que ocorre no liquido. Nele, qualquer molécula situada no seu interior é atraída simultaneamente por todas as moléculas que se encontram ao seu redor. Isso faz com que seja a força resultante por todas as moléculas que se encontram ao seu redor. Isso faz com que seja nula a força resultante sobre cada uma dessas moléculas. Todavia, a força resultante que atua sobre cada molécula situada na superfície é diferente de zero e se orienta para o interior da massa liquida. O estado de permanente atração para o centro da massa fluida faz com que as moléculas contidas na camada superficial estejam mais aproximadas do que aquelas existentes no interior do liquido. Com isso, a força de coesão entre elas é maior, resultando numa quantidade de energia potencial por unidade de comprimento maior na superfície do que no interior da massa de fluido. Por essa razão, a tensão superficial de um liquido pode ser vista como sendo a energia potencial tomada por unidade de área da superfície livre s=do liquido. Assim, as unidades de tensão superficial são o J/m² ou N/m.

* Medida da tensão superficial

A tensão superficial dos líquidos pode ser determinada por vários métodos como balança de Lecompte de Noüy, capilaridade, valores de tensão superficial, tensão superficial e temperatura, sabões e detergentes e substâncias tensoativas e tensorredutoras.

3. Controle da respiração

Os músculos envolvidos com a respiração são estriados e não tem comando autônomo. por isso, eles necessitam de impulsos nervosos para se contrair. O centro regulador da respiração se encontra no assoalho do quarto ventrículo cerebral. Jack Feldman e Diethelm Richter localizaram com precisão esse complexo circuito oscilante neuronal. Ele está situado na porção caudal do núcleo retrofacial, próximo ao óbex (medula ventral) Nessa área, localiza-se o complexo pré-Bötzinger.

Os impulsos nervosos chegam aos músculos conduzidos pelos nervos cranianos (frênicos e ramos motores dos parassimpáticos) e medulares ( nervos torácicos). Os centros cerebrais responsáveis pela respiração possuem eutomatismo próprio, mas a sua atividade sofre a modulação dos impulsos provenientes do córtex consciente e dos sensores periféricos existentes nos vasos sanguíneos, na parede torácica e no parênquima pulmonar. Quando, por alguma razão, os impulsos nervosos não chegam aos músculos, então eles permanecem relaxados e se instala uma paralisia flácida.

Acidentes que comprometem a integridade da medula podem paralisar os músculos da parede torácica. Nesse caso, a respiração passa a depender da ação do diafragma. A lesão do nervo frênico pode acarretar paralisia do diafragma. Quando o processo é bilateral, a respiração é mantida pelos músculos da parede torácica e pelos músculos acessórios. A paralisia diafragmática, que geralmente é unilateral, pode ser diagnosticada através da radioscopia. Durante esse exame, observa-se um movimento paradoxal da cúpula do diafragma. Quando isso ocorre, o diafragma se eleva durante a inspiração, executando um movimento oposto ao que seria esperado em condições normais.

3. Biofísica da Visão

Figura 3.1 - corte transversal olho humano
O sentido da visão é muito elaborado, pois, mais do que ver, o homem é capaz de observar. A bioengenharia do aparelho visual representa um grande desafio para os cientistas. Muitos esforços têm sido feitos para conhecer os diversos tipos de adaptação que o olho possui e para entender como se processa a capacidade desse órgão para perceber brilho e cor. Também têm sido investigadas as vias nervosas de comunicação do olho com o cérebro, bem como a integração dos trajetos visuais com outros circuitos neuronais. Apesar do muito que sobre isso já se aprendeu, os mecanismos da visão tridimensional, o processamento e a memorização das imagens ainda são poucos conhecidos.

O avanço e da eletrônica e da óptica, a invenção do microeletrodo, o desenvolvimento das teorias da informação e da cibernética, que ocorreram depois dos anos 40 e, mais recentemente, a introdução da lógica dos fractais em biologia têm fornecido ferramentas importantes para o estudo dos complexos fenômenos que estão associados à visão.

1. O olho humano

O olho é o receptor sensorial que apresenta maior complexidade estrutural.

1.1 A anatomia do olho

1.1.1Globo ocular

As diversas estruturas do olho humano servem para:

·Manter a forma e movimentar o globo ocular;

·Conduzir a luz até os fotosensores;

·Focalizar a imagem dos objetos sobre os fotorreceptores;

·Nutrir, lubrificar e proteger o olho;

·Reduzir o ofuscamento;

·Adaptar o olho a diferentes condições de luminosidade;

·Conduzir as informações visuais para o sistema nervoso central;

·Processar as informações visuais.

A parede anterior do olho é formada pó uma mucosa ? a conjuntiva ? e pela córnea. A córnea é transparente e tem forma de cúpula. A parede das demais regiões do olho é formada por três membranas:

·Esclerótica ? membrana rígida que serve para dar forma ao globo ocular;

·Coróide ? rica em vasos sanguíneos e em pigmentos décor negra (melanina), é responsável pela nutrição de retina e reduz a reflexão da luz no interior do globo ocular;

·Retina ? membrana onde estão os fotorreceptores, que são células nervosas responsáveis pela detecção da luz. Nela também ocorre o primeiro estágio do processamento das informações visuais.

A emergência do nervo óptico cria na retina uma região especial, chamada de disco óptico ou ponto cego, que se localiza próxima à fóvea. Nessa área não existem fotorreceptores e para ela convergem os vasos sanguíneos responsáveis pela nutrição dos tecidos do olho e pela formação dos humores transparentes.

A esclerótica é opaca às radiações visíveis. Nela estão inseridos os músculos externos que são responsáveis pela movimentação do globo ocular.

Sua parede se apresenta mais espessa no pólo posterioré via de regra, mais delgada nas crianças e nas mulheres.

Tabela 3.1 Espessura da parede da esclerótica

Região


Média (mm)


Limites (mm)

Pólo posterior


1,1


1 - 1, 2

Equador


0,45


0,4 - 0,5

Limbo


0,6


-

A coróide, que é mais interna do que a esclerótica, tem uma espessura que varia de 0,1 até 0,22mm.

A córnea é transparente à luz visível e participa como uma importante lente para a formação da imagem retiniana. O seu diâmetro é ligeiramente maior no plano horizontal (11,6 mm) do que no vertical (10,6mm) e o seu índice de refração vale 1,376.

As diversas estruturas do olho são nutridas pela artéria central da retina e pela veia central da retina que penetram no olho através do nervo óptico. Quando esses vasos são examinados com o auxílio de um oftalmoscópio, o que se vê é uma rede vascular que parte ou chega ao ponto cego. Para efeito de estudo, a retina pode ser dividida em duas regiões: a retina nasal, que se situa perto do nariz, e a retina temporal, mais externa e, por isso, voltada para o lado do osso temporal.

O interior do olho está dividido pelo cristalino em dois compartimentos distintos. O cristalino é uma lente biconvexa de geometria variável, que se encontra sustentada pelos ligamentos suspensores, também chamados de fibras de zônula. Sua forma pode ser alterada pelos músculos ciliares que estão situados no corpo ciliar. Quando eles se contraem, o cristalino é relaxado e, devido à sua elasticidade, suas faces tornam-se mais curvas. A ativação dos músculos ciliares se faz através das fibras parassimpáticas do nervo óculos motor.

À frente do cristalino existe a íris, que é uma membrana móvel e cuja cor determina a coloração do olho. Ela atua como um diafragma, limitando a área iluminada do cristalino e, assim, controlando a quantidade de luz que chega à retina. À abertura da íris por onde passa a luz, chama-se pupila. A íris possui dois grupos musculares: um deles tem fibras dispostas radialmente (músculo dilatador da pupila), enquanto o outro apresenta fibras circulares situadas em torno do orifício pupilar (esfíncter pupilar). O músculo radial está sob o controle motor do sistema simpático. Quando esse nervo é estimulado, o diâmetro da pupila aumenta (midríase). Por outro lado, a estimulação parassimpática promove a contração das fibras do músculo esfíncter, reduzindo o diâmetro pupilar (miose).

A íris delimita duas câmaras: a câmara anterior, situada à frente dessa membrana, e a câmara posterior, que se encontra entre ela e o cristalino.Essas câmaras estão preenchidas pelo humor aquoso. Esse líquido possui elevada transparência e é secretado pelas células do epitélio ciliar para o interior da câmara posterior.Daí, ele passa pela câmara anterior.

A grande cavidade que se situa por trás do cristalino contém o humor vítreo.Este é um fluido gelatinoso,muito transparente,e sua composição só se assemelha à do líquido extracelular. Todavia, é rico em fibras colágenas e ácido hialurônico.

A produção e eliminação do humor aquoso é muito maior do que a do humor vítreo.O humor aquoso é drenado das câmaras oculares para as veias,.por meio do canal de Schlemm. Esse canal se situa no corpo ciliar,próximo ao limbus (zona de transição entre a córnea e a esclerótica).O volume do humor aquoso é quem determina a pressão intra-ocular que sob, condições normais, é menor que 22mmHg. O aumento dessa pressão,geralmente produzido pela dificuldade de drenagem através do canal de Schlemm, caracteriza um quadro patológico grave, conhecido como glaucoma. A pressão intra-ocular aumentada, dificulta a irrigação sanguínea da retina e,assim, pode levar à cegueira por destruição das células sensoriais da retina.

Os sensores da luz. A córnea e o cristalino atuam, em condições normais, como lentes convergentes. Define-se como eixo ópticodo olho alinha que liga os centros ópticos dessas duas lentes .

Ele não é, contudo, o eixo visual,em relação ao qual são formadas as imagens.O eixo visual unea fóvea centra lis ao centro óptico do cristalino. Esse eixo está ligeiramente desviado do eixo óptico do olho.Na fóvea somente existem cones,que são células nervosas especializadas na detecção da luze da cor e operam sob condições de grande intensidade luminosa (visão fotópica). A região onde está situada a fóvea é chamada de mácula lútea. A visão central ou foveana possui grande a cuida de e as imagens que nelas e projetam são vistas com nitidez, permitindo que a forma e a cor dos objetos possam ser bem definidos. As de mais regiões da retina, exceto sobre o disco óptico, possuem mais bastonetes do que cones. Os bastonetes são células nervosas quês e ativam em baixa intensidade de luz (visão escotópica).Elas,contudo, não apresentam boa resolução e, por isso, não fornecem informações que permitam a definição de detalhes das imagens que recebem.Além disso,esses fotorreceptores não são capazes de discriminar as cores.

Movimentos do globo ocular

Seis músculos controlam os movimentos de cada olho

·Oblíquo maior

·Oblíquo menor

·Reto interno

·Reto externo

·Reto superior

·Reto inferior

Dimensões

No globo ocular existem os seguintes parâmetros:

·Pólo anterior

·Pólo posterior

·Equador

·Meridiano

·Diâmetro transversal

·Diâmetro vertical

·Diâmetro sagital ou eixo ocular

1.1.2 A retina humana

A retina é uma das partes mais admiráveis do corpo humano. Ela é uma membrana de tecido transparente, cujo formato assemelha-se a uma taça funda, com menos de 0,1mm de espessura de do tamanho de um selo de correio. Entretanto, ela nos dá uma visão detalhada, contínua e em movimento do mundo colorido que nos rodeia. Ela converte os raios luminosos em impulsos nervosos e as envia pelo nervo óptico até o cérebro.

A retina em si é feita de diversas camadas, tendo a mais externa mais de 130 milhões de células sensíveis a luz, chamadas bastonetes e cones. Quando a luz incide em um bastonete ou em um cone, este envia impulsos nervosos a uma rede de células nervosas chamadas células bipolares. As células bipolares, por sua vez, são ligadas a outra camada de células chamadas células ganglionares. Cada uma dessas camadas está dentro da retina, que significa que a luz tende a atravessá-las para poder chegar aos bastonetes e cones. O cérebro, no entanto, logo aprende a lidar com essas "sombras" projetadas na retina pelas células nervosas e também pelos vasos sangüíneos.

A ciência está começando a compreender o funcionamento detalhado destas camadas. Os bastonetes, os cones, células bipolares, células ganglionares e outros tipos de células estão interligadas, de modo que passam mensagens ao nervo óptico somente se "vire" um certo tipo de imagem. Alguns grupos de células são sensíveis a pontos, outros reagem a linhas. Algumas células respondem ao movimento em uma direção, enquanto outras respondem ao movimento numa direção diferente. Tudo isso acontece quase instantaneamente.
O resultado é que as mensagens que saem da retina pelo nervo óptico já foram classificadas, processadas e codificadas. Na verdade existem apenas 800 mil fibras nervosas saindo do olho; portanto, para poder transmitir os milhões de impulsos vindos dos bastonetes e cones, esses já têm de estar muito modificados, em mais de 99%.

A retina também contém vasos sangüíneos que alimentam. Os nervos e os vasos sangüíneos saem pela parte de trás do olho. Aí não existem células sensíveis a luz, sendo esse ponto conhecido como ponto cego.

Embora a imagem na retina seja de cabeça para baixo e de trás para frente (como numa câmera fotográfica), o cérebro rapidamente aprende a colocar a imagem na posição normal.

A microscopia óptica mostra que a retina é uma membrana com estrutura complexa.

Quando corada pelo método de Nissl, nela podem ser identificadas 10 camadas distintas. A partir da coróide, essas camadas são:

Figura 3.2 ? camadas da retina
1.Epitélio pigmentar

2.Camada dos receptores

3.Membrana limitante externa

4.Camada nuclear externa

5.Camada plexiforme externa

6. Camada nuclear interna

7. Camada plexiforme interna

8.Camada de células ganglionares

9.Camadas de fibras ópticas

10. Membrana limitante interna

As principais camadas são observadas na figura3.2.

2. Formação de imagens

2.1 Luz

Luz é uma forma de energia eletromagnética ? detectada através de seus efeitos, ex. aquecimento de objetos iluminados, conversão de luz para corrente, pressão mecânica ("Força de Maxwell"), etc.

? A energia da luz é conduzida através de partículas "fótons" - comportamento balístico, ex. sombras.

? A energia da luz é conduzida através de ondas. - comportamento de onda, ex. interferência, difração

? Mecanismos de quantificação reconciliam os dois pontos de vista, através da declaração de "dualidade onda/partícula".

A luz segue os seguintes princípios: Ao ser emitida sobre um objeto qualquer, ocorrerá :

·Reflexão

Se o objeto for opaco, e poderá ser especular ou difusa. Se for especular, o ângulo de incidência será igual ao ângulo de reflexão. Se for difusa, os raios divergirão em várias direções.

·Absorção

Em quase todos os casos, principalmente se o objeto for preto, e aí todos os comprimentos de onda serão absorvidos, e transformados em calor. Todos os objetos opacos, translúcidos ou mesmo transparentes, absorvem e refletem alguma quantidade de luz. Quanto mais ele absorve, mais escuro é o objeto, e quanto mais reflete, mais claro.

·Transmissão

Ocorre num meio translúcido ou transparente, como o vidro, por exemplo. Sempre alguma luz, por mínima que seja, é refletida, ou então nem veríamos os objetos. Mas como deixam passar a maior quantidade de luz por eles, são chamados transparentes. Translúcidos serão aqueles que deixam passar a luz, também em grande quantidade, mas cuja transmissão sofre perdas e desvios significativos dos raios, dispersando a luz e tornando-a difusa.

Se o meio tiver uma cor, todas as demais serão barradas por ele, só deixando passar a freqüência correspondente à mesma cor do meio.

Os objetos, ao refletirem ou transmitirem a luz solar, não só o fazem em quantidade, mas também em qualidade. Significa que, de acordo com suas características físico-químicas, refletem ou transmitem determinados comprimentos de onda, adquirindo assim cores próprias.

Assim, um objeto que reflita ou transmita uniformemente todos os comprimentos de onda e examinado à luz solar aparecerá como branco (ou cinza, se absorver ou transmitir uniformemente uma parte da luz total incidente). Uma maçã é vermelha porque reflete apenas a porção de luz vermelha que sobre ela incide, absorvendo as demais. Um pedaço de veludo preto absorverá todos os comprimentos de onda da luz incidente sobre si. Um vidro transparente incolor transmite uniformemente todos os comprimentos de onda que sobre ele incidem, ao passo que um verde somente deixa passar os comprimentos de onda correspondentes ao verde e absorve os demais.

Tais conceitos de absorção, reflexão e transmissão são importantes para o bom entendimento da ação da luz e formação das cores. Em especial serão úteis para o estudo do emprego dos filtros. Tanto na fotografia a cores como em Preto-e-branco.

·Refração

Se a luz incidir em ângulo sobre uma superfície transmissora. Como a superfície transmissora é um meio onde a luz altera sua velocidade, ocorre a refração. Considerando n= velocidade da luz no vácuo/velocidade da luz no meio, temos que n é o índice de refração. Portanto, quanto maior for o ângulo de incidência, maior será o ângulo de reflexão. Mas existe um limite para refração, que é o ângulo de 90o formado por seus senos. Ultrapassando esse limite, todo o feixe de luz será refletido.

Tabela 3.2 ?Meios refratores do olho

Estrutura


Índice de refração (n)


Tipo de Refração


Dioptrias (grau)


Observações

Interface
Córnea-Humor Aquoso


1,38


Convergente


+ 45


principal meio refrativo

Cristalino


1,33


Divergente


- 5


único sistema divergente

Humor Vítreo


1,40


Convergente


+ 19


pode variar até + 33 di

Total


1,34

+ 59 a + 73

·Dispersão

Ocorre em todos os casos com exceção do raio laser, pois a luz saída de uma fonte tende sempre a se dispersar em todas as direções, o que explica o fenômeno das sombras não definidas.

2.2 Formação de imagem no olho humano

No olho, a luz atravessa a córnea, o humor aquoso e o cristalino e se dirige para a retina, que funciona como o filme fotográfico em posição invertida; a imagem formada na retina também é invertida. O nervo óptico transmite o impulso nervoso provocado pelos raios luminosos ao cérebro, que o interpreta e nos permite ver os objetos nas posições em que realmente se encontram. Nosso cérebro reúne em uma só imagem os impulsos nervosos provenientes dos dois olhos. A capacidade do aparelho visual humano para perceber os relevos deve-se ao fato de serem diferentes as imagens que cada olho envia ao cérebro. Com somente um dos olhos, temos noção de apenas duas dimensões dos objetos: largura e altura.

Figura 3.3 ? Formação da imagem

Com os dois olhos, passamos a ter noção da terceira dimensão, a profundidade.

3. Mecanismo Biofísico da Formação doPotencial Elétrico para a Visão

As células receptoras do estímulo para a visão estão despolarizadas no escuro e quando houver incidência de luz ocorrerá uma hiperpolarização, a qual regulará a quantidade de neurotransmissor e será responsável pela formação da imagem a nível cerebral.
Exceção nas formações de potenciais: estímulo não provoca uma despolarização e sim uma hiperpolarização. O pigmento visual (rodopsina) é essencial para que ocorra a visão.O retineno é um aldeído da vitamina A. O papel da vitamina A no mecanismo de visão é o da síntese do retineno. O retineno juntamente com a escotopsina (proteína), faz a síntese da rodopsina. Por isso quando falta vitamina A a visão fica prejudicada. O olho é capaz de captar comprimentos de onda entre 360 e 700 nm. Quando incide a energia luminosa na rodopsina, ocorrerá uma alteração química, uma transformação de rodopsina em lumirrodopsina.
Essa última é um intermediário muito instável e se transforma em metarrodopsina. Acredita-se que a metarrodopsina seja o composto essencial na formação do PA a nível visual. Transmissores sinápticos a nível visual: serotonina, gaba, dopamina, outras aminas colinérgicas, substância P, endorfinas, etc. Por fim ocorrerá a diminuição na liberação do transmissor sináptico que provoca uma resposta nas células bipolares que será conduzida às células ganglionares. O PA propriamente dito ocorre somente a partir das células ganglionares. Não ocorre PA a nível de cones, bastonetes, células amácrinas e células bipolares.
Nas células citadas, ocorrem potenciais locais possíveis de soma, potenciais graduados. A partir das células ganglionares ocorrem PA do tipo tudo ou nada.

3.1 Reflexo de acomodação à distância

Figura3.4 - Zona de acomodação
O foco da visão é ajustado por um mecanismo sediado no cristalino. Este se altera para corrigir o poder de refração à medida que os objetos se afastam ou se aproximam do olho:
- objeto distante: provoca um relaxamento no cristalino, pois ele não precisa dar muita convergência à incidência luminosa.
- objeto próximo: faz com que o cristalino fique achatado para que a incidência caia sobre a retina. Se não cair exatamente sobre a retina não há formação de imagem.
Em casos que o cristalino é opaco (catarata), ele é substituído cirurgicamente por uma lente.

3.2 Adaptação ao claro e ao escuro

·Adaptação ao escuro: a pupila dilata (ocorre midríase) expondo maior número de bastonetes à incidência luminosa, sabendo-se que eles são mais sensíveis. É preciso um certo tempo para a síntese de rodopsina em quantidade suficiente para uma visão melhor. A adaptação total ao escuro ocorre em 30 min e visa condicionar os bastonetes para receber estímulos luminosos de pequena intensidade.

·Adaptação ao claro: mais rápida. Ao se sair de um ambiente escuro a pupila está dilatada e fica-se com os olhos ofuscados porque a luz que estava incidindo nos bastonetes passa a atuar sobre os cones. Com a incidência de luz nos cones há uma degradação rápida da rodopsina nos bastonetes e das fotopsinas nos cones. O período de ofuscamento dura 10 min aproximadamente, tempo usado para uma nova síntese de níveis adequados de pigmento visual.

4. Defeitos visuais
O olho normal está numa condição de emetropia, ou seja, a imagem é formada exatamente sobre a retina, pois existe um desvio adequado da córnea e cristalino.
O olho éconsiderado emetrópico quando para o músculo ciliar completamente relaxado, os raios paralelos vindos dos objetos distantes estão focalizados (nítidos) na retina. Com o músculo ciliar relaxado o olho emetrópico vê objetos longínquos com clareza. Objetos próximos requerem acomodação do cristalino através da contração do músculo ciliar.

4.1 Hipermetropia

Figura 3.5 ? Olho hipermetrope

A hipermetropia ocorre quando a imagem de um objeto a grande distância é formada depois da retina. O olho hipermétrope requerer acomodação mesmo para objetos no infinito. Como conseqüência, a distância mínima para visão distinta acaba se tornando maior pois o esforço de acomodação já começa numa situação que normalmente isso não seria exigido.

4.2 Miopia

Figura 3.6 ? Olho míope

Na miopia, a imagem de um ponto no infinito é formada antes da retina. Não atinge, portanto, a retina. Perde, portanto, a visão distinta. Torna-se inútil um esforço de acomodação, pois a distância focal já é a máxima possível.
Os míopes tem facilidade para ver de perto. Na miopia fica reduzida a distância mínima de visão distinta.

4.3 Presbiopia

A presbiopia é causada pela alteração da amplitude de acomodação. Ele acontece naturalmente com a idade. À medida que os indivíduos envelhecem, o cristalino perde sua elasticidade perdendo sua capacidade de acomodação. A habilidade de assumir uma forma esférica é perdida paulatinamente. O poder de acomodação se reduz de 14 dioptrias quando se é criança, para duas dioptrias acima dos 50 anos.

4.4 Astigmatismo

Um indivíduo que tem astigmatismo associa a um objeto puntiforme uma linha imagem (ao invés de um outro ponto). Esta condição decorre do fato de que, nesse caso, a córnea ou o cristalino (mais raramente) não são perfeitamente simétricos. O raio de curvatura muda de acordo com a direção considerada. Não se apresenta, portanto, como uma calota esférica perfeita.

4- Biofísica da Função renal

A função renalé formada por um conjunto de órgãos que filtram o sangue, produzem e excretam a urina - o principal líquido de excreção do organismo. É constituída por um par de rins, um par de ureteres, pela bexiga urinária e pela uretra.

1. O Rim

O rim destaca-se no Sistema Renal por ser a unidade funcional do mesmo. Este é um dos emunctórios destinados a manter a constância do meio interno. Pode-se dizer que a função do rim é: "Cooperar na manutenção do regime estacionário do meio interior." É ele que excreta a maioria dos subprodutos metabólicos do corpo - exclua gás carbônico e um pouco de água que partem pelos pulmões. Eles também regulam a concentração da maioria das químicas no plasma sangüíneo. Cada rim contém mais de 1 milhões de néfrons. Cada néfron é uma unidade completa.

Figura 4. 1 Secção de um rim
Para desempenhar esse papel, o rim exerce, entre outras, as seguintes funções, em relação ao meio interno:

* Controle do volume hídrico;
* Controle do pH;
* Controle da osmolaridade.

Essa tarefa renal é feita através da Excreção e Reabsorção de vários íons, metabólitos e substâncias exógenas, e principalmente, água.

Para excretar e reabsorver, o rim usa três processos bem delineados:

1.Filtração Glomerular ? Nessa etapa, o rim filtra do plasma sanguíneo todas as substâncias de baixa massa molecular, retendo quase a totalidade das proteínas. Esse processo se realiza no glomérulo .

2.Reabsorção Tubular ? Nessa etapa, o rim escolhe as substâncias que devem voltar, e devolve essas substâncias ao meio interno. Esse processo se passa nas estruturas que vêm após o glomérulo.

3.Secreção Tubular ? Nessa etapa, o rim 3expulsa substâncias que foram filtradas, mas devem ser excretadas em quantidade maior do que a filtrada. É um mecanismo complementar a da filtração. A secreção se dá em estruturas pós-glomerulares. A secreção é um mecanismo importante nos processos de regulação do meio interno. Existem processos secretórios ativos e passivos.

Em resumo, as funções principais do rim, são:

Função


Mecanismo

Excreção


Filtração Glomerular

Secreção Tubular

Reabsorção


Reabsorção Tubular

Alem dessas funções, o rim é também glândula endócrina e exócrina.

2. Anatomia Funcional do Rim

2.1 Fluxo Renal Plasmático (FRP) e Fluxo Renal Sanguíneo (FRS)

Um parâmetro de grande importância em nefrologia é a quantidade de plasma que passa pelos rins:

"O fluxo renal plasmático (FRP), é a quantidade de plasma que entra na artéria renal, medida em ml.min-1"

Em um adulto do sexo masculino, o FRP é da ordem de ± 600 ml.min-1. Quando se conhece o hematócrito, pode-se calcular o fluxo renal sanguíneo (FRS), que é o volume total de sangue (plasma + hemáceas).

Exemplo: O FRP e de um indivíduo é 600 ml.min-1. Seu hematócrito foi 45%, calcular o FRS. O volume de plasma é 100 ? 45% = 55%, e vale 600 ml.min-1. Então:

FRS = 55= 100

600x

x = 1.100 ml.min-1.

Esse resultado está representado na figura 4.2. O FRP varia normalmente entre 540-660 ml.min-1., e pode ser calculado por métodos especiais.

Figura 4.2 ? Resultado do fluxo renal plasmático

Com um FRS de 1.100 ml.min-1 a percentagem de sangue que passa pelo rim é cerca 20% do total que circula no organismo, que é de 5.600 ml.min-1. Esses números mostram que a circulação renal é muito ativa, pois os dois rins representam menos de 1% da massa corporal.

2.2 Néfron

Figura 4.3 Unidade básica: Néfron

A unidade básica é o néfron figura 4.3. O funcionamento do néfron, em linhas gerais, é bastante simples:

1. O sangue entra pela artéria aferente passa pelos capilares glomerulares, sai pela artéria eferente, e circula com íntima proximidade com o setor urinário, dividindo seu fluxo entre os capilares peritubulares , (por onde passa a maior parte) e pelos vasos retos . Em seguida os dois fluxos desembocam na veia renal, voltando á circulação venosa geral. Ao passar pelo glomérulo, uma fração de água, e pequenos solutos, passa pela membrana filtrante, deixando um sangue enriquecido em proteínas, passar pela artéria eferente. Ocorreu a filtração.

3. O líquido filtrado é contido pela cápsula de Bowman, que é impermeável, e envolve o glomérulo. Daí, o fluxo filtrado se desloca para os túbulos proximais, alça de Henle, e passa aos tubos distais, e daí ao tubo coletor.

No trajeto entre os túbulos proximais e tubo coletor ocorrem os mecanismos de Reabsorção e Secreção.

Na reabsorção, parte dos componentes do filtrado volta ao setor sanguíneo e na secreção, ao contrário, substâncias do setor A vão para o setor urinário. Ao fim dos tubos coletores, já praticamente como urina o fluido passa aos cálices ureteres e bexiga. Está formada a urina.

2.3O funcionamento do Néfron

2.3.1Os Mecanismos Básicos Renais

Filtração ? Reabsorção ? Excreção

Figura 4.4 Funcionamento de um Néfron
Um modelo interessante para estudar esses três processos renais, é o da figura 4.4, que representa um néfron simplificado.

Nesse modelo, os três processos ocorrem da seguinte forma:

Filtração ? A membrana filtrante está sempre aberta, e permite a passagem de substâncias que podem ser filtradas. O transporte é passivo.

Reabsorção ? Se a comporta R estiver fechada, para uma determinada substância, não há reabsorção. Se estiver aberta, essa substância é reabsorvida. O processo pode ser ativo ou passivo.

Secreção ? Se a comporta S estiver fechada para uma determinada substância, não há secreção. Se estiver aberta, essa substância é secretada. O processo pode ser ativo ou passivo.

2.3.2 Filtração Glomerular

A filtração do plasma nos glomérulos obedece às diferenças de pressão existentes no glomérulo. A pressão nas artérias arqueadas é de aproximadamente 100 mmHg. As duas principais áreas de resistência ao fluxo renal através do néfron são as arteríolas aferente e eferente. A pressão de 100 mmHg na arteríola aferente, cai para uma pressão média de 60 mmHg nos capilares do glomérulo, sendo esta a pressão que favorece a saída do filtrado do plasma para a cápsula de Bowman. A pressão no interior da cápsula de Bowman é de cerca de 18 mmHg. Como nos capilares glomerulares 1/5 do plasma filtra para o interior da cápsula, a concentração de proteínas aumenta cerca de 20% à medida que o sangue passa pelos capilares do glomérulo, fazendo com que a pressão coloido-osmótica do plasma se eleve de 28 para 36 mmHg, com um valor médio de 32 mmHg, nos capilares glomerulares. A pressão no interior da cápsula de Bowman e a pressão coloido-osmótica das proteínas do

Figura 4.5 Detalhe Glomérulo
plasma são as forças que tendem a dificultar a filtração do plasma nos capilares glomerulares. Dessa forma a pressão efetiva de filtração nos capilares glomerulares é de apenas 10 mmHg, ou seja, a diferença entre a pressão arterial média nos capilares (60 mmHg) e a soma da pressão da cápsula de Bowman com a pressão coloido-osmótica do plasma.

A membrana capilar glomerular tem poros de aproximadamente 30 angstroms de diâmetro e, portanto, partículas de maiores dimensões, podem atravessar esses poros. Seu peso molecular é da ordem de 80.000 a 90.000 daltons. A destruição normal de hemácias produz uma pequena quantidade de hemoglobina livre no plasma sanguíneo.

Os glomérulos dispõem de um mecanismo especial capaz de manter essas pequenas quantidades de hemoglobina livre em concentrações de aproximadamente 5%. Se a destruição de hemácias aumenta e gera concentrações de hemoglobina elevadas (100-125 mg%), os mecanismos glomerulares de processamento da hemoglobina se esgotam e ocorre a filtração para a urina. Como a hemoglobina filtrada não é reabsorvida, esse pigmento protéico aparece na urina; é a hemoglobinúria. Portanto, quando a hemoglobina aparece na urina significa que houve uma grande quantidade de destruição de hemácias.

Diversos fatores podem afetar a filtração glomerular. O fluxo sanguíneo renal aumentado pode aumentar o coeficiente de filtração e a quantidade final de urina produzida. O grau de vaso constrição das arteríolas aferentes dos glomérulos faz variar a pressão glomerular e conseqüentemente a fração de filtração glomerular. O mesmo ocorre na estimulação simpática neurogênica ou através de drogas simpáticas como a adrenalina, por exemplo. O estímulo pela adrenalina produz constrição intensa das arteríolas aferentes, com grande redução da pressão nos capilares glomerulares que podem reduzir drasticamente a filtração do plasma e conseqüente formação de urina.

·Forças físicas na filtração

Por que se forma o filtrado? A causa é a soma das forças a favor e contra a formação, com resultante a favor.O mecanismo é simples: as forças similares de cada setor (sanguíneo e urinário), se opõem. A PosmU pela falta de proteínas é desprezível e não é considerada. Essa pressão é suficiente para expulsar o fluido, e os solutos de pequena massa molecular, que vão constituir o filtrado. A pressão de filtração Pfil, é um mecanismo altamente eficiente para controlar o volume filtrado. Quando Pfil aumenta ou diminui, o volume do filtrado acompanha as variações. Esse mecanismo é feito através da vaso constrição das artérias aferente e eferente.

A vaso constrição pode ocorrer simultaneamente nas artérias aferentes e eferentes, e o volume do filtrado continuar o mesmo. Isso ocorre em situações emergenciais, quando é necessário desviar o grande fluxo sanguíneo renal para outros setores.

Ritmo da filtração glomerular

A quantidade (volume) de plasma que é filtrado por minuto, recebe o nome de RFG, e constitui um parâmetro fundamental em nefrologia. O RFG é cerca de 21% do FRP, ou seja:

RFG = 600 x 21 = 125 ml.min-1

100

Isto é, aproximadamente 1/5 do FRP é espremido como filtrado no glomérulo. Esse RFG em 24 horas é:

RFG = 125 ml. Min-1 x 60 min.h-1 x 24 = 180.000 ml. 24h-1

2.3.3 Reabsorção Tubular

O filtrado glomerular que alcança os túbulos do néfron flui através do túbulo proximal, alça de Henle, túbulo distal e canal coletor, até atingir a pelve renal. Ao longo desse trajeto mais de 99% da água filtrada no glomérulo é reabsorvida, e o líquido que penetra na pelve renal constitui a urina propriamente dita.

O túbulo proximal é responsável pela reabsorção de cerca de 65% da quantidade de água filtrada nos capilares glomerulares, sendo o restante reabsorvido na alça de Henle e no túbulo distal. A glicose e os aminoácidos são quase inteiramente reabsorvidos com a água enquanto outras substâncias, por não serem reabsorvidos no túbulos, tem a sua concentração no líquido tubular aumentada em cerca de 99 vezes. A reabsorção da glicose exemplifica bem os mecanismos de reabsorção de determinadas substâncias dentro dos túbulos renais. Normalmente não existe glicose na urina ou no máximo, existem apenas ligeiros traços daquela substância, enquanto no plasma a sua concentração oscila entre 80 e 120 mg%. Toda a glicose filtrada é rapidamente reabsorvida nos túbulos. À medida que a concentração plasmática de glicose se aproxima dos 200 mg%, o mecanismo reabsortivo é acelerado até atingir o ponto máximo, em que a reabsorção se torna constante, não podendo ser mais aumentada. Esse ponto é chamado limiar de reabsorção da glicose. Acima do valor plasmático de 340 mg%, a glicose deixa de ser completamente absorvida no sistema tubular e passa para a urina, podendo ser facilmente detectada pelos testes de glicosúria.

Os produtos terminais do metabolismo, como a uréia, creatinina e uratos têm outro tratamento nos túbulos renais. Apenas quantidades moderadas de uréia, aproximadamente 50% do total filtrado, são reabsorvidas nos túbulos enquanto a creatinina não é reabsorvida. Os uratos são reabsorvidos em cerca de 85%, da mesma forma que diversos sulfatos, fosfatos e nitratos. Como todos são reabsorvidos em muito menor proporção que a água, a sua concentração aumenta significativamente na urina formada. A reabsorção nos túbulos renais obedece à diferença de concentração das substâncias entre o espaço intersticial peritubular e os vasos retos peritubulares.

A reabsorção de água é dependente da reabsorção de íon sódio, que é o soluto mais reabsorvido nos túbulos renais. Existem ainda dois mecanismos de intercâmbio muito importantes. O primeiro se refere à troca de íon sódio (Na+) pelo íon hidrogênio (H+), nos túbulos, como parte dos mecanismos de regulação renal do equilíbrio ácido-básico. Quando há necessidade de eliminar íon hidrogênio, os túbulos secretam ativamente o hidrogênio para a luz, dentro do filtrado e, em troca, para manter o equilíbrio iônico absorvem o íon sódio. O outro mecanismo de intercâmbio corresponde à reabsorção de íons cloreto (Cl-) quando há necessidade de se eliminar ácidos orgânicos pelo mecanismo de secreção tubular. Os mecanismos de transporte na reabsorção tubular podem ser ativos ou passivos, dependendo da necessidade de utilizar energia celular para a sua realização. O sódio, a glicose, os fosfatos e os aminoácidos estão entre as substâncias cujo transporte é feito com utilização de energia celular, transporte ativo, enquanto o transporte da água, uréia e cloretos não necessitam consumir a energia das células (transporte passivo).

·Uso da Reabsorçãopara Controle Homeostático

Conforme as necessidades metabólicas do meio interno, o rim pode reabsorver mais ou menos, oi íons K+, Na+, Cl-, HCO3--, H2PO4+, e ainda, secretar H+ ou NH4+, para controlar o pH e a osmolaridade do meio interno.

Figura 4.6 ? Transporte máximo de reabsorção

Transporte Máximo de Reabsorção

Tal parâmetro está relacionado com a capacidade máxima de reabsorção de uma substância. Seu conceito é o seguinte:

A glicose, como já mencionado, é 100% reabsorvido do filtrado. No entanto, observa-se que, em diabéticos, aparece glicose na urina, quando a concentração plasmática de glicose excede certo nível. Isso ocorre porque a concentração de glicose no filtrado (a mesma do plasma) excedeu a capacidade máxima de reabsorção do rim. Esse nível de reabsorção máximo, expressado em mg.min-1 é o Transporte máximo de reabsorção figura 4.6.

2.3.4 Secreção Tubular

A secreção tubular atua em direção oposta à reabsorção. As substâncias são transportadas do interior dos capilares para a luz dos túbulos, de onde são eliminadas pela urina.

Os mecanismos de secreção tubular, à semelhança dos mecanismos de reabsorção, podem ser ativos ou passivos, quando incluem a utilização de energia pela célula para a sua execução ou não.

Os processos de secreção mais importantes estão relacionados à secreção tubular de íon hidrogênio, potássio e amônia. Determinadas substâncias são eliminadas do organismo pelos mecanismos de secreção tubular, após metabolização no fígado. Os processos de reabsorção e de secreção ativa dos túbulos distais são influenciados por hormônios, pela quantidade total de solutos, pela dieta, pelo equilíbrio ácido - base e pelo fluxo do filtrado.

3. O mecanismo de Contra Corrente

Figura 4.7 ? Mecanismo de contra-corrente no néfron. A) no setor urinário; B) o setor urinário

O mecanismo de contracorrente é um dos aspectos mais interessantes da aplicação de princípios simples de física, á Biologia.

Denomina-se contracorrente um mecanismo de trocas onde dois fluxos caminham em sentidos opostos.

No rim há um mecanismo de contracorrente de concentração, osmótico, nos dois setores:

·Tubos e Alças

·Vasos retos

Os dois mecanismos se relacionam, e se completam, por difusão de água e eletrólitos entre os dois setores. Um não existiria sem o outro, e ambos ocorrem simultaneamente, mas a descrição em separado facilita muito entender esse mecanismo.

·Contracorrente Multiplicadora dos Tubos

O intercâmbio de concentração é especialmente nos túbulos proximais, ramos descendentes e ascendentes da alça de Henle, e tubos coletores. A seqüência é simples. O fluxo que entra no sistema a partir do glomérulo tem concentração de 300mOsm. A partir da reabsorção de Na+ e Cl-, esses componentes são expulsos para o líquido peritubular (LP), formando um gradiente de concentração no ramo descendente, que recebe os íons do ascendente. Nesse ramo ascendente a urina se dilui novamente porque os solutos saíram, sendo finalmente concentrada por expulsão ativa de água no túbulo coletor, pela ação do ADH. Essa contracorrente recebe o nome de multiplicadora, porque a concentração cresce de 300 a 1.200, ou mesmo 1.400mOsm.

·Contracorrente de Troca nos Vasos Retos

Se não houvesse os vasos retos, bem paralelos aos túbulos, o gradiente de concentração seria simplesmente varrido pela circulação, que levaria a alta concentração para longe. Entretanto, como os vasos retos são paralelos aos tubos, o gradiente de concentração circula nesses vasos, com concentrações idênticas ao líquido peritubular. Esse fluxo sanguíneo, na mesma direção, e de mesma molaridade do fluido peritubular, é que mantém o gradiente de concentração. Como essa contracorrente sanguínea não altera a concentração, ela é chamada de contracorrente de troca. Uma parte dôo NaCl reabsorvido nesse processo, retorna ao meio interno.

Conclusões

Biofísica é uma área de conhecimento interdisciplinar que tem como objetivo o estudo de fenômenos físico-biológicos que envolvem organismos vivos e comportamentos resultantes dos vários processos da vida. Seu aprendizado exige conhecer outras ciências, dentre as quais a física tem um papel fundamental, porque a aplicação de suas leis, princípios e metodologias permite explicar muitos dos fenômenos estudados.

O estudo dos sistemas biológicos em suas funções biofísicas revelam quão é importante para o funcionamento do nosso organismo uma interação entre todos os componentes que o constituem , não só os componentes como também os fenômenos químicos e físicos.

Com a conclusão deste obteve-se grande conhecimento, facilitando assim o desenvolvimento profissional de nós futuros biólogos que necessitaremos destes conceitos básicos no futuro.

Referências Bibliográficas

1.. Alberts, B. et al. Fundamentos da Biologia Celular: Uma introdução molecular da célula.3 a ed. Porto Alegre, Artes Médicas, 1999.

2. Burnie, D. A Luz, col. Visual Ciência, Editorial Verbo, Lisboa, 1992

3. Durán, J. E. R. Biofísica: fundamentos e aplicações. São Paulo: Prentice-Hall, 2003.

4. Guyton, A. C. Tratado de Fisiologia Médica. Rio de Janeiro, Guanabara Koogan, 2002.

5. Garcia, E. A. C. Biofisica. São Paulo, Sarvier, 1997,

6. Heneine, I. F. Biofísica Básica. Rio de Janeiro, Atheneu, 1987.

7. Okuno, E; Caldas, I. L.; Chow, C. Física para ciências biológicas e biomédicas. São Paulo: Harbra, 1986.
 
Avalie este artigo:
1 voto(s)
 
Revisado por Editor do Webartigos.com


Talvez você goste destes artigos também
Sobre este autor(a)
Aluna do curso de licenciatura em ciências biológicas do Centro Federal de Educação Tecnológica do Amazonas-Cefet -AM. Cursando o 7º período.
Membro desde junho de 2008
Facebook
Informativo Webartigos.com
Receba novidades do webartigos.com em seu
e-mail. Cadastre-se abaixo:
Nome:
E-mail: