BIOFÍSICA radiologia médica Prof. MsC. Remi Wagner FICA.

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1 BIOFÍSICA radiologia médica Prof. MsC. Remi Wagner FICA

2 Aspectos da Disciplina Cada bimestre será calculado da seguinte maneira: – Nota bimestral: 100 = prova + (número de resumos x 5,0) Ao final de cada aula, deverá haver a entrega de um relatório individual sobre a aula do dia. (valor: 5,0 por relatório) Toda a teoria apresentada (no slide ou comentada) deverá ser copiada pelo aluno para auxiliar nos resumos. Somente quando for necessário o material apresentado nas aulas será disponibilizado para o email da turma. Não insista. 2

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4 Introdução Como os átomos agregam-se para formar a matéria? Porque certas estruturas se atraem e outras se repelem? De onde os seres vivos obtêm energia e como a utilizam? Existe um fenômeno instantâneo? 4

5 Introdução Qualquer interação entre sistemas surge devido a ação de campos, Os campos produzidos pelos corpos interagem entre si, Essa interação acontece dentro de um intervalo de tempo, A interação mais rápida é a da luz no vácuo, 5

6 Introdução Não existem eventos instantâneos, Todos os eventos necessitam de tempo para ocorrerem e tem os campos como mediadores do processo, Quando dizemos que uma reação é instantânea, dizemos apenas que ela ocorreu de forma que os nossos sentidos não a perceberam pois foi muito rápida. 6

7 Conceitos Iniciais - Energia É uma perturbação no espaço, Foi através da energia que a natureza propagou-se pelo nosso Universo, Princípio da conservação da energia, Não pode ser criada, somente transformada, Movimento (eólica, marés), repouso (potencial), solar, nuclear,... 7

8 Conceitos Iniciais - Energia Não pode ser criada e nem destruída, Matéria – mol – 1,6x10 24 átomos Matéria sempre contém massa? λ = h/p Massa é a medida da inércia de um corpo, Inércia do repouso e inércia do movimento, Utilizando a 2° lei de Newton F = ma temos P = mg 8

9 Conceitos Iniciais - Campo É uma região de influência produzida por um corpo dentro da qual, qualquer outro objeto que se localizar dentro dessa região, irá sofrer as influências desse campo. Campos gravitacional, elétrico, nuclear, magnético, Dependendo do tipo de campo, pode haver ordem, desordem, instabilidade, estabilidade, 9

10 Conceitos Inicias - Campo As interações que ocorrem devido a presença de campos não é boa e nem ruim, Essas interações simplesmente acontecem pois é inerente a todos os sistemas a busca da estabilidade, Mesmo em sistemas caóticos (grande entropia) existe uma ordem ?!?! 10

11 Texto para Análise O conceito de campo em sala de aula – uma abordagem histórico – conceitual Autor: José Fernando Moura Rocha Fonte: Revista Brasileira de ensino de Física, volume 31, número 1 (2009). 11

12 Material Auxiliar Física das Radiações Não Ionizantes Material formado por conteúdos interdisciplinares para promover o conhecimento das fontes de radiação não ionizante, ação sobre os sistemas biológicos e proteção. 12

13 Força Elétrica – Lei de Coulomb 13 Charles-Augustin de Coulomb militar e físico francês.

14 Lei de Coulomb e a Evolução das Espécies 14 - A formação dos pares ocorre devido a uma proximidade entre es moléculas de modo que a atração eletrostática seja intensa para mantê-las unidas (pontes de Hidrogênio). - Essa força eletrostática mantém unida as bases até que uma enzima reinicie o processo de separação entre as hélices. - Devido a essa força de atração, a ordem é mantida e a informação genética é passada de forma adequada. - A taxa de erro é muito pequena. Se o erro ocorrer é a chamada mutação e induz uma mudança na característica do indivíduo. - No interior das células o movimento é caótico e a força de atração eletrostática reduz o caos, mantendo a taxa de erros apenas o suficiente para garantir a evolução das espécies.

15 Lei de Coulomb - Aneuploidias 15

16 A Forma dos Líquidos O que você aprendeu sobre a forma dos líquidos na escola? Portanto, qual é a forma dos líquidos? O objetivo é desmistificar uma das mais conhecidas e equivocadas características dos líquidos: a de que eles não têm forma própria, moldando-se ao recipiente. 16

17 A Forma dos Líquidos O fato de os líquidos moldarem-se ao recipiente surge em função da ação do campo gravitacional sobre eles. Onde essa ação não existe ou é equilibrada de alguma forma os líquidos mostram a sua verdadeira forma, que é a esférica. Exemplo: em naves que circundam a Terra onde a ação gravitacional é quase zero. 17

18 A Forma dos Líquidos Moldar-se ao recipiente é exclusividade dos líquidos? Isso também ocorre com os sólidos. As chapas de aço, sólidas, sob ação de prensas também se moldam ao recipiente – molde das prensas. Um corpo celeste onde a ação gravitacional produz forças intensas, também poderiam moldar objetos sólidos aos seus recipientes. 18

19 A Forma dos Líquidos Outro fator que pode ser mostrado é o comportamento das forças de coesão na formação e na estrutura de um líquido. Não há preferência para o ajuste dos átomos e moléculas nos líquidos, não há direções preferenciais, portanto observa-se a forma esférica. Para assumir outras formas, deverá haver forças que atuem em certas direções. 19

20 Água e sua Importância em Biologia Em um adulto jovem possui 75% de água, No planeta Terra a água é o solvente universal, Neste planeta, sem água, não há seres vivos, É encontrada em três fases: sólido líquido e gás (vapor),

21 Microestrutura É polar, Pontes de hidrogênio, Pequeno volume.

22 Propriedades Macroscópicas Densidade: a densidade do gelo é menor do que da água líquida e por isso o gelo flutua, No inverno apenas uma camada superficial dos oceanos e lagos se solidifica, permanecendo líquida a imensa massa submersa, Se o gelo fosse mais pesado, o fundo dos oceanos e lagos seriam sólidos e a ecologia certamente seria diferente.

23 Calor e Água Na superfície da Terra, a existência e a manutenção da vida, em todas as suas formas, dependem em grande parte do comportamento peculiar da água em relação ao calor. Ao congelar – aumenta de volume – menor densidade. 23

24 Calor e Água De 0°C a 4°C a água diminui de volume. Isso faz com que nas regiões mais frias o gelo flutue nos rios e lagos, funcionando como isolante térmico, mantendo a água líquida nas camadas mais profundas 24

25 Propriedades Macroscópicas Calor específico: é a quantidade de energia térmica que deve ser fornecida a uma substância para elevar sua temperatura, Água: 1,0 cal/g°C Inversamente, para reduzir a temperatura da água, é necessário retirar mais calor, Como ¾ de um sistema biológico possui água, ela age como um moderador térmico. Os sistema biológicos estão mais protegidos contra mudanças bruscas de temperatura.

26 Calor de vaporização: A água possui alto calor de vaporização, Duas vantagens: –P–Para desidratar um sistema biológico, é necessário gastar mais energia, –P–Portanto a água é usada para controlar a temperatura corporal.

27 Nos animais homeotermos (temperatura constante), a evaporação de pequenas quantidades de água serve para dissipar o excesso de calor corporal, A evaporação pode ser por perspiração ou sudorese (eliminação de suor), Ou pela evaporação que acompanha a respiração pulmonar.

28 Propriedades Macroscópicas Tensão superficial

29 Sempre que duas ou mais substâncias estão em contato, surge entre elas uma superfície de separação. Os átomos que pertencem a estas superfícies estão em desequilíbrio energético em relação aos átomos localizados dentro da substância. Possuem mais energia pois tem menos vizinhos a uma dada distância interatômica e sofrem a ação de uma força que aponta para dentro, perpendicularmente à superfície.

30 Esse desequilíbrio implica, portanto, em uma energia potencial de superfície, proporcional a esta, que depende fundamentalmente das características dos átomos daquela substância. Isso explica a tendência que os líquidos possuem de tomar preferencialmente a forma esférica, quando fora da influência gravitacional, e possuírem superfícies arredondadas e lisas. É uma tentativa natural de minimização da energia.

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32 Propriedades Macroscópicas A tensão superficial da água é grande e certamente concorreu muito para o compartimentação biológica, através da gênese da membrana. Detergentes tendem a reduzir a tensão superficial de líquidos, enquanto que impermeabilizantes aumentam-na.

33 Viscosidade: A água deveria ter alta viscosidade por causa das pontes de hidrogênio, e isso seria um fator desfavorável. Mas a viscosidade da água é muito baixa e acredita-se que isso se deve a continua flutuação das pontes de hidrogênio, que se fazem e se desfazem em 10 -11 s. Alta viscosidade seria prejudicial as trocas hídricas dos organismos e no caso da circulação sanguínea, um obstáculo à hemodinâmica.

34 Agua como Solvente Sendo polar, a água tem alta constante dielétrica, ε = 80, Isto significa que a força de atração de um ânion por um cátion é reduzida em 80 vezes na água, permitindo que cada partícula fique envolvida pela água e portanto em soluçãoo.

35 Água como Solvente

36 Suspensões e Agentes Interfásicos Suspensões são misturas bifásicas, Agentes interfásicos: –S–São assim denominadas substâncias que agem nas interfases –U–Um agente interfásico são os surfactantes, que agem diminuindo a tensão superficial entre líquidos e gases. –O–Os surfactantes são muito importantes nos tratamentos respiratórios, porque facilitam as trocas gasosas entre os alvéolos pulmonares e o ar atmosférico.

37 Outro agente interfásico são os detergentes que agem reduzindo a tensão superficial. Atuam como antissépticos, removendo lipídios das membranas de microorganismos, que morrem imediatamente por falta dessa barreira seletiva.

38 Adesão e Coesão Além de seu comportamento peculiar em relação ao calor, outras propriedades são igualmente importantes (coesão e adesão). A coesão é uma força de natureza elétrica que atua entre os átomos de uma molécula mantendo-as unidas. 38

39 Adesão e Coesão É essa força que torna possível a existência das próprias gotas e lhes confere a forma esférica. A forma da gota que aparece em desenhos como os das campanhas de vacinação contra a poliomielite, por exemplo, só ocorre na natureza no momento em que a gota de desprende de algum corpo. 39

40 Adesão e Coesão 40 A força de adesão é a que une substâncias diferentes quando em contato. Trata-se também de uma força de atração elétrica, mas que atua entre moléculas de substâncias diferentes. Essa é a força que prende as gotas de água nos vidros – tanto que se não houvesse a adesão os limpadores de pára-brisa dos carros seriam desnecessários.

41 Adesão e Coesão As forças de coesão e adesão são muito importantes para o meio ambiente. Após a chuva ou depois de uma noite muito fria, gotas ficam aderidas nos vegetais (folhas, flores e caules). É um tempo extra de permanência da água no ambiente oferecido pela natureza aos pequenos seres vivos. 41

42 Adesão e Coesão Se não houvesse a coesão as gotas de água não se formariam. Se não houvesse adesão elas não se manteriam a disposição durante um tempo. A vida seria bem diferente da que conhecemos hoje. 42

43 O Ar Para o ser humano o vento foi a primeira força motora a auxiliá-lo em suas aventuras. O ar em movimento sustenta o peso dos aviões. Toda a criança sabe que precisa correr para empinar pipa em dia de pouco vento. 43

44 O Ar Com um experimento simples podemos provara ação da pressão atmosférica sobre os objetos e seres vivos. 44

45 O Experimento Existe outra maneira de realizar o experimento?

46 A Explicação O ar no interior da lata se rarefaz devido ao aquecimento direto e da vaporização da água. Quando a lata é emborcada na água, o pouco ar nela contido se resfria rapidamente. Então a pressão interna da lata fica muito menor do que a pressão externa.

47 A Explicação Essa diferença entre a pressão atmosférica e a interna da lata causa o esmagamento da lata. Se tirarmos a lata do fogo e deixarmos que ela esfrie naturalmente, aberta, o ar externo retorna ao interior da lata e nada acontece.

48 A Explicação Se emborcarmos em um recipiente com água o ar é aprisionado em seu interior e a redução rápida de temperatura reduz também rapidamente a pressão tornando a pressão interna muito menor provocando o esmagamento repentino da lata.

49 A Explicação

50 O ar no interior da lata se rarefaz por causa do aquecimento direto e da vaporização da água. Quando a lata é emborcada na água o pouco ar nela contido se resfria rapidamente. Em conseqüência, a pressão interna da lata fica muito menor do que a pressão externa. Essa diferença entre a pressão atmosférica externa e a interna causa o esmagamento da lata. 50

51 Uma Observação a Mais A rarefação do ar pode ocorrer também por aquecimento sem água. Ventosas. Prática medicinal antiga para sugar o sangue. Essa experiência é importante para justificar um conceito que pode ser mal interpretado por professores e livros didáticos.

52 Uma Observação a Mais

53 Há quem diga que a pressão atmosférica nos comprime por todos os lados, anulando-se. A pressão atmosférica mesmo atuando sobre todos os lados nos esmagaria como no caso da lata da experiência. A referência com a ventosa demonstra que há uma pressão interior no nosso corpo.

54 Uma Observação a Mais Essa pressão existe devido ao ar contido nos nossos pulmões e circulação do sangue. Não somos esmagados pois existe um equilíbrio entre a pressão interna com a pressão atmosférica. Quando a lata é vedada com uma pressão interna menor que a externa, ocorre o esmagamento visto na experiência.