Vídeo da apresentação de Integração de Sistemas Biológicos realização da turma de Engenharia Biomédica , 1 semestre 2021, Universidade Federal de Uberlândia. 

https://web.microsoftstream.com/video/f4eff80a-3a80-4793-9aea-34b79d76759a

Integração de Sistemas Biológicos

Participantes Ativos

Nome Completo	Email
MARINA ABADIA  RAMOS	marina@ufu.br
Felipe Almeida	fe.almeida@ufu.br
Gabriela Abreu	gabrielafabreu@ufu.br
Ingrid Rossi	ingrid.rossi@ufu.br
Enzo Pinto Mohamed	enzo.mohamed@ufu.br
Gabriel Martins Gomes dos Santos	gabriel.dos@ufu.br
Maria Vitória Garcia	maria.garcia1@ufu.br
Maria Vitória Garcia	maria.garcia1@ufu.br
Nathalia Lopes	nathalia.lopes@ufu.br
Julia Martins	julia.martins28@ufu.br
Maria Laura  Izidoro Domingues Souza	maria.laura.izidoro@ufu.br
Maria Laura  Izidoro Domingues Souza	maria.laura.izidoro@ufu.br
Pedro Henrique de  Miranda Nogueira	pedronogueira@ufu.br
Daniel Barroso	daniel.costa@ufu.br
Solano Jorenti	solano.jorenti@ufu.br
Marcos Gabriel  Barbosa	Marcos.dos@ufu.br
Weber Andrade Pires Filho	weber.pires.filho@ufu.br
Igor Miranda	igor.miranda@ufu.br
Ana Carolina Miziara Sabino O. Borges	ana.miziara@ufu.br
Aline Victória Machado Silva	aline.victoria@ufu.br
Eduarda Soares	eduarda.soares@ufu.br
Isadora Ramos Tozette	isadora.tozette@ufu.br
CONRADO NETO	conrado.oliveira@ufu.br

  

 

No

Biofizz

Biofizz é um jogo desafiador e divertido de perguntas e respostas, cujo assunto é biofísica de sistemas, desenvolvido pelos alunos de Engenharia Biomédica, na disciplina de Biofísica do ano 2019-1. Monte a sua equipe, desafie seus amigos e ganhe esta corrida.

Orientação: Prof. Ms. Marina Abadia Ramos – Instituto de Ciências Biomédicas, ICBIM, DEBIOF – Departamento de Biofísica, Universidade Federal de Uberlândia. Julho, 2019.

Autores:

Alves, Camila F. M.

Andrade, Marianna F.

Carneiro, Maria Luiza C. B.

Carvalho, Victor H. N.

Costa, Renata M.

Guedes, Lucas G.

Júnior, Clóvis R. S.

Marques, Letícia P T.

Melo, Giovana S.

Pereira, Maria Luiza O. R

Pombo, Murilo R. N. N.

Ramos, Marina A.

Reis, Adriano S.J.

Santos, Guilherme R. G.

Silva, Igor Henrique.

Silva, Jeovanna V. P

Silva, Leonardo M.

Silva, Victor Henrique B.

Sírio, Marcos B.

Vinhais, Luiza S.

Para fazer o download, basta clicar dos links abaixo:

Biofizz_x64

Biofizz_x86

O código fonte do projeto pode ser encontrado no GitHub

Integração sistema ocular, auditivo, renal, respiratório e circulatório

Para que os sistemas respiratório, circulatório, renal, auditivo e visual consigam efetuar suas respectivas funções como movimentos compressão e descompressão, ocorre uma interdependência de fenômenos físicos associados aos processos fisiológicos.

Sob o ponto de vista da biofísica é a pressão sanguínea o ponto principal da integração dos sistemas ocular, auditivo e renal do ponto envolvendo, consequentemente, o sistema circulatório.

A biofísica pulmonar e respiratória consiste na ventilação ou trocas gasosas entre a atmosfera e os alvéolos, com troca de O2 e CO2 entre os alvéolos e o sangue.

Na inspiração, o volume torácico aumenta e a pressão dentro da cavidade diminui. Logo o ar atmosférico passa para dentro do pulmão, pois a pressão atmosférica torna-se maior. Na expiração, o volume torácico diminui e a pressão dentro da cavidade aumenta. Logo o ar pulmonar é expelido, pois a pressão atmosférica torna-se menor.

Já o sistema cardiovascular é constituído por um sistema de tubos e por uma bomba percussora, que tem como função impulsionar o sangue por toda a rede vascular. O coração age como uma bomba propulsora; as artérias agem como um circuito de distribuição de alta pressão; os capilares como canais de permuta; e as veias funcionam como circuito de coleta e retorno de baixa pressão. Suas válvulas cardíacas se interpõem entre átrios e ventrículos bem como nas saídas das artérias aorta e artéria pulmonar. Elas permitem o fluxo de sangue em um único sentido não permitindo que este retorne fechando-se quando o gradiente pressórico se inverte.

No sistema urinário, são as diferenças de pressão hidrostática e osmótica (além dos transportes ativo e passivo) dentro dos túbulos, garantem que o líquido a ser filtrado percorra todo o caminho de secreção/absorção, garantindo a filtração dos mesmos.

Do mesmo modo, no sistema auditivo, a conversão da pressão das ondas sonoras é essencial para mover o líquido coclear em um movimento de vai e vem, responsáveis pela agitação das células ciliares, que excitam as células sensoriais e gera os impulsos nervosos que são enviados ao córtex cerebral.

]Além dessa etapa do processo auditivo, o tímpano vibra com a mesma frequência da onda sonora captada, transformando vibrações sonoras em vibrações mecânicas que são comunicadas aos ossículos. Essa movimentação do tímpano (para frente e para trás) são consequências, também, de movimentos de compressão e descompressão.

Analogamente, processo chamado de acomodação visual consiste na variação da distância focal do cristalino é feita através de uma maior ou menor compressão dos músculos ciliares sobre o cristalino, tornando o sistema biológico da visão depende dos movimentos dos demais sistema conectados.

Caso a pressão sanguínea eleve-se, as pressões nos sistemas oculares e auditivos se alteram podendo resultar em glaucomas, hemorragias e outras patologias. E para manter a homeostase, o sistema renal desempenha papel de regulador de pressão que em cascata, os sistemas passem a funcionar em equilíbrio e de forma saudável.

O sistema ocular pode ser classificado do ponto de vista da biofísica pela semelhança do olho humano com um sistema óptico. O olho humano pode ser comparado a uma câmara escura devido a seu conjunto de lentes e o efeito que as mesmas causam na luz, forma de onda eletromagnética.

O caminho a ser seguido pela luz em nosso sistema óptico caracteriza o padrão normal de visão e os quadros clínicos. Podem existir anomalias quanto a forma do olho humano, quanto ao posicionamento e formato do foco ocular.

A seguir consta uma lista com alguns casos clínicos, resultantes da acomodação visual inadequada, que podem ser corrigidos pelo uso de óculos, lentes de contato ou cirurgia refrativa:

1- Miopia: a imagem visual não é focada diretamente na retina, mas sim à frente da mesma, dificultando a visão a longa distância. O problema pode ter origem na maior elongação do globo ocular ou o cristalino pode ter uma distância focal curta.

2- Hipermetropia: a imagem não é focada diretamente na retina, mas sim atrás da retina, dificultando a visão a curtas distâncias.

3- Astigmatismo: doença causada na maioria das vezes por irregularidade da forma da córnea, fazendo com que os raios de luz cheguem a retina em pontos diferentes, distorcendo a imagem formada. Mesmo tratamento anterior.

4- Presbiopia: causada pela perda de elasticidade e capacidade de acomodação da lente com o passar dos anos, tornando difícil a focalização de imagens em curta distância.

O sistema auditivo transforma o movimento mecânico em movimento hidráulico. Esse movimento hidráulico se transformará em impulsos elétricos, percebidos pelo cérebro, onde causam a sensação psicofísica da audição.

Por meio da interação de estruturas e organismos do sistema auditivo são percebidas variações nas pressões externas do ouvido, que serão comparadas as internas, interpretadas e levadas ao cérebro. 

Para o funcionamento perfeito desse processo é necessária a conversão da pressão das ondas sonoras, uma vez que ela é essencial para mover o líquido coclear em um movimento de vai e vem. Este líquido é responsável pela agitação das células ciliares, que excitam as células sensoriais e geram impulsos nervosos que são enviados ao córtex cerebral.

Alterações na pressão interna ou na pressão corporal provocam alterações na audição, no equilíbrio corporal, na homeostase como um todo.

O sistema renal tem como principal função é o equilíbrio osmótico do organismo através da filtração sanguínea. No sistema urinário, são as diferenças de pressão hidrostática e osmótica (além dos transportes ativo e passivo) dentro dos túbulos, garantem que o líquido a ser filtrado percorra todo o caminho de secreção/absorção, garantindo a filtração dos mesmos.

Estudos indicam que insuficiência renal pode ser resultante de pressão alta, porém os mecanismos de equilíbrio osmótico dos rins são controladores da pressão. Quando esta se encontra alta, os rins começam a filtrar mais sangue e excretam mais impurezas, diminuindo assim a viscosidade sanguínea e abaixando a pressão.

O sistema respiratório é constituído por: um par de pulmões, fossas nasais, boca, faringe, laringe, traqueia, brônquios, bronquíolos e os alvéolos, todos localizados nos pulmões. A função principal desse sistema é garantir as trocas gasosas com o meio ambiente. O processo de troca gasosa no pulmão, de dióxido de carbono por oxigênio, é conhecido como hematose pulmonar. Além disso ele também auxilia a regular a temperatura corpórea e o pH sanguíneo.

Do ponto de vista da biofísica temos o funcionamento do sistema: A biofísica pulmonar e respiratória consiste na ventilação ou trocas gasosas entre a atmosfera e os alvéolos. Para nos conceituarmos, é importante entender que do ponto de vista anatômico, a inspiração, que promove a entrada de ar nos pulmões, dá-se pela contração da musculatura do diafragma e dos músculos intercostais. O diafragma abaixa e as costelas elevam-se, promovendo o aumento da caixa torácica, com consequente redução da pressão interna (em relação à externa), forçando o ar a entrar nos pulmões.

Realizando agora a análise do ponto de vista da biofísica, durante esse processo o volume torácico aumenta e a pressão dentro da cavidade diminui. Logo o ar atmosférico passa para dentro do pulmão, pois a pressão atmosférica torna-se maior. Na expiração, o volume torácico diminui e a pressão dentro da cavidade aumenta. Logo o ar pulmonar é expelido, pois a pressão atmosférica torna-se menor.

Além disso o processo antagônico é a expiração. Ele promove a saída de ar dos pulmões, dá-se pelo relaxamento da musculatura do diafragma e dos músculos intercostais. O diafragma eleva-se e as costelas abaixam, o que diminui o volume da caixa torácica, com consequente aumento da pressão interna, forçando o ar a sair dos pulmões.

O transporte de gás oxigênio está a cargo da hemoglobina, proteína presente nas hemácias. Nos alvéolos pulmonares o gás oxigênio do ar difunde-se para os capilares sanguíneos e penetra nas hemácias, onde se combina com a hemoglobina, enquanto o gás carbônico (CO2) é liberado para o ar (processo chamado hematose).

Se o pH está abaixo do normal (acidose), o centro respiratório é excitado, aumentando a frequência e a amplitude dos movimentos respiratórios. O aumento da ventilação pulmonar determina eliminação de maior quantidade de CO2, o que eleva o pH do plasma ao seu valor normal. Caso o pH do plasma esteja acima do normal (alcalose), o centro respiratório é deprimido, diminuindo a frequência e a amplitude dos movimentos respiratórios. Com a diminuição na ventilação pulmonar, há retenção de CO2 e maior produção de íons H+, o que determina queda no pH plasmático até seus valores normais.

Por fim, temos o sistema circulatório representa o conjunto de órgãos responsáveis pela distribuição de nutrientes para as células e coleta de suas excretas metabólicas, que serão eliminadas pelos órgãos excretores. Ele é composto pelo coração, vasos sanguíneos, linfa e vasos linfáticos. Ou seja, o sangue está contido em um sistema de bomba hidráulica e vasos condutores, sem vazamentos, e o que entra de um lado do sistema é igual ao que sai no lado oposto, classificando assim o sistema estacionário.

Biofisicamente, o sistema circulatório caracteriza se como um sistema de tubos e por uma bomba percussora, que tem como função impulsionar o sangue por toda a rede vascular. O coração age como uma bomba propulsora; as artérias agem como um circuito de distribuição de alta pressão; os capilares como canais de permuta; e as veias funcionam como circuito de coleta e retorno de baixa pressão. Suas válvulas cardíacas se interpõem entre átrios e ventrículos bem como nas saídas das artérias aorta e artéria pulmonar. Elas permitem o fluxo de sangue em um único sentido não permitindo que este retorne fechando-se quando o gradiente pressórico se inverta.

A diferença de pressão entre dois pontos ocasiona o movimento dinâmico sanguíneo. Sem essa diferença de pressão não há movimentação, e consequentemente, não há circulação. A Lei das Pressões da cardiologia diz que a pressão, por exemplo, na grande circulação a pressão na aorta é máxima, decai bruscamente ao nível dos capilares e continua a diminuir progressivamente nas veias, até atingir valores próximos de zero nas aurículas.

Essa diferença de pressão sanguínea, ou gradiente, é originada pela relação existente entre o líquido, neste caso o sangue, dentro de um recipiente, neste caso os vasos sanguíneos. Se tivermos um vaso de calibre muito grande e um pequeno de sangue passando por ele, não haveria um gradiente grande o suficiente para gerar uma pressão sanguínea.

Do estudo acima concluímos que vários parâmetros interferem na gênese da pressão arterial responsável por relacionar todos os sistemas do corpo humano.

Dor, energia e sistemas biológicos: A biofísica aplicada

O corpo humano pode ser considerado um sistema aberto e complexo, pois constantemente, troca várias informações com o meio, e além disso é formado internamente por vários outros sistemas correlacionados entre si. Uma troca efetiva do corpo humano com o meio é em forma de energia: calor, nutrientes, gases, humor, dentre tantos outros, uma vez que para que essa complexa união de sistemas funcione corretamente, a energia adquirida externamente é imprescindível, ao mesmo tempo em que ocorre a sua liberação sob outras formas , cuja função é regular, por exemplo, a temperatura e controlar metabolismo.

Falando de energia, temos que: Tudo que exprime um trabalho, somente pode ser realizado à custa de uma transformação energética. A manutenção e o próprio conceito da vida implicam em constante permuta energética. Nisso temos as transformações energéticas que sintetizam trocas de energia e as transformações propriamente ditas.

Com relação ao metabolismo, este é a principal ferramenta geradora de energia no organismo e é dividido em duas etapas, o catabolismo e o anabolismo. O anabolismo e o conjunto de reações que implicam a construção de moléculas a partir de outras, acarretando o crescimento de tecidos e órgãos. Já o catabolismo é o processo que implica na quebra de substâncias complexas, em substâncias simples.

A dor pode ser observada como falta de energia de determinado órgão ou em um dado sistema, na forma de sinalização do meio interno para externar a condição patológica.  Assim, a obtenção de energia é uma estratégia com que o corpo adquire meios de acionar seu funcionamento e se relacionar com o ambiente. Também é um fator determinante para o aparecimento ou não de situações dolorosas.  A formação de energia pelo corpo e os processos internos que nele ocorrem, transformam a todo o tempo o meio interno e os diversos sistemas. A oxirredução faz parte dos eventos importantes que ocorrem em quase todos os processos para obtenção de energia e em todos nos sistemas. O desbalanço entre os processos de obtenção de energia podem levar a desequilíbrios nos sistemas e ainda mais, nos produtos das reações que são gerados durante estes processos. Um exemplo é a produção desregulada de mediadores inflamatórios efetuados por células inflamatórias ativadas pela sinalização do sistema imunológico.  Anormalidades e lesões induzidas por estes desequilíbrios de funcionamento levam a conseqüências em diferentes sistemas, como os sistema respiratório, renal, nervoso e circulatório são afetados.

Considera-se que existem três tipos principais de dor: a dor Nociceptiva, dor Neuropática, dor Psicológica. São provocadas por estímulos básicos que podem ser: substâncias químicas liberadas na área de terminações nervosa, alterações mecânicas ou térmicas atuando nas terminações, alterações com origem na libertação de substancias inflamatórias, doenças ou acidentes que podem causar danos no sistema nervoso. Sua transmissão é recorrente de fibras nervosas do tipo; neurônios motores, neurônios pós-ganglionares simpáticos, e neurónios receptores.

Cada pessoa tem uma sensação de dor para o mesmo estímulo.

Esta sensação vai depender da história de cada um, de como cada experiência em diferentes tipos de dor, esta diferença de recepção de estímulos de cada um se chama nocicepção. O que faz a dor ser subjetiva para cada pessoa.

Vários sistemas que constituem o corpo humano.

As informações do mundo exterior são captadas e transmitidas ao cérebro através dos órgãos dos sentidos. Nos primatas, os receptores e as vias nervosas permitem a detecção e análise dos sinais sonoros, a audição; luminosos, a visão; e químicos, a gustação e olfação; ambos situados na cabeça. Além dessas informações, os sensores situados nos canais semicirculares do ouvido interno ajudam a manutenção da postura e participaram definição do equilíbrio do corpo.

Circuito Humano - Circuito Elétrico que dá a vida

A MÁQUINA 

        O corpo humano e colocado pela ciência como uma estrutura complexa ou simplesmente uma maquina perfeita, aonde o seu funcionamento segue  passos coordenados e de maneira harmônica. Podemos ver toda essa complexidade através desse vídeo:  Corpo Humano - A máquina perfeita

       Essa comparação à uma máquina feita pela ciência, abriu a possibilidade também compararmos o funcionamento interno do seus sistemas, fazendo uma comparação com circuitos circuitos elétricos. Aonde imaginamos o circuito tendo o coração como a fonte de tensão que alimenta o circuito, o sangue que corre nos vasos(artérias,veias,capilares) como a corrente elétrica que passe pelo circuito, tendo como a pressão que ocorre dentro desses vasos como resistências naturais do circuito, interligando nesse circuito de modo paralelo uma fonte de corrente representando o pulmão, com a ideia de uma segunda fonte de energia para o circuito humano, um capacitor representando a função do rins de filtração da corrente que passa no circuito e suas demais resistências.

    

    A simples e grosseira comparação nos abre um leque de infinitas comparações eletro-eletrônicas, que possibilitam observar o comportamento e sua função dentro do organismo humano, de maneira que um leigo que compreende basicamente a função eletrônica dos componentes e do circuito, consiga compreender a sua função dentro do próprio individuo.  

Curiosidades - A Biofísica da Visão

Os olhos possuem um conjunto de proteínas que capturam fótons de luz e geram sinais elétricos, esse fenômeno é denominado fotorecepção.
      Ocorre então a transdução de fótons de luz em sinais elétricos que será interpretada pelo sistema nervoso central.







Possuímos dois tipos de fotoreceptores:
-Bastonetes: extremamente sensíveis à luz, visão noturna (escotópica)
-Cones: apresentam limiar mais alto de luz, visão diurna (fotópica)

      Nos bastonetes, a corrente no escuro é despolarizante, os canais de sódio se abrem, a rodopsina fica inativa e há lançamento de glutamato.Na luz, a corrente é hiperpolarizante, os canais de sódio ficam fechados e a rodopsina ativa. A rodopsina consta de uma parte protéica, opsina, e uma não protéica que é um derivado da vitamina A. Essa proteína é responsável pela visão monocromática no escuro.