Biofísica. Visão e Audição. Prof. Dr. Walter F. de Azevedo Jr. 2015 Dr. Walter F. de Azevedo Jr.

2015 Dr. Walter F. de Azevedo Jr. Biofísica Visão e Audição Prof. Dr. Walter F. de Azevedo Jr. 1

Notícia Relacionada Um grupo de pesquisadores usou células tronco para gerar células da retina, responsáveis pela visão. A pesquisa foi publicada no conceituado periódico científico Nature Communications. Essa pesquisa representa uma esperança para pessoas que perderam a visão por problemas na retina. Bastonetes indicados em verde numa miniretina obtida de células tronco. Imagem disponível em: <http://www.kurzweilai.net/researchers-createminiature-human-retina-in-a-dish >. Acesso em: 23 de setembro de 2015. 2

O que é uma ilusão de ótica? Como vemos as cores? Quais são os defeitos mais comuns da visão? Como funciona a audição? Fonte: http://www.kurzweilai.net/ 3

Ondas Fenômenos ondulatórios são comuns, desde de exemplos bucólicos, como uma onda formada num lago, a fenômenos não tão óbvios, como as ondas eletromagnéticas que compõem a luz. A representação gráfica de ondas, normalmente satisfatória para os propósitos da biofísica, faz uso de funções periódicas, como a função seno. Na figura ao lado, temos uma gota d água que caiu sobre uma superfície calma de um reservatório de água. O impacto da gota deforma a superfície, criando uma cratera temporária na água. A fluidez da água faz com que a cratera formada seja rapidamente preenchida, gerando um padrão de ondas. A foto é um instante congelado do fenômeno, onde vemos as ondas que se formaram a uma certa distância de onde a gota incidiu. Foto de alta velocidade de uma gota incidindo sobre a superfície d água. Disponível em: < http://www.sciencephoto.com/media/75567/view > Acesso em: 23 de setembro de 2015. 4

Representação Matemática das Ondas Para representarmos o instante congelado da figura, temos que considerar a variação senoidal da amplitude (altura da onda) em função da posição (x). A origem é o ponto x = 0, indicado na figura. Picos sucessivos de amplitude máxima (A) têm uma distância fixa entre eles, indicada na figura, tal distância é o comprimento de onda ( ). Como o instante está congelado no tempo, o fenômeno não apresenta variação com o tempo. A amplitude (y), varia com a posição (x), ou seja, y(x). Assim, a representação da variação da amplitude (y(x)) em função da posição (x) da onda ao lado, com amplitude máxima (A) e comprimento de onda ( ) tem a seguinte forma: y(x) 2 Asen( x) X =0 Eixo x Imagem que se forma devido à queda de uma gota d água sobre a superfície. Disponível em: < http://www.sciencephoto.com/media/75566/view > Acesso em: 23 de setembro de 2015. 5

Representação Matemática das Ondas Vamos considerar a onda mostrada na foto ao lado (parte superior). A onda apresenta um comprimento de onda ( ) de 1,5 cm e a amplitude máxima (A) é 0,5 cm. Assim, sua representação matemática é dada por: y(x) y(x) O gráfico de y(x) está mostrado na figura abaixo, onde vemos claramente a relação entre o fenômeno físico (figura superior) e a representação gráfica (figura inferior). As linhas tracejadas verticais indicam a equivalência entre os picos da onda na água (fenômeno físico) e os picos da função seno da representação matemática. 2π Asen( λ x) 2π (0,5 cm)sen( 1,5cm x) 6 Fonte da imagem: http://www.sciencephoto.com/media/2470/enlarge

Representação Matemática das Ondas Temos duas formas principais de representarmos a variação da amplitude (y) de uma onda. Em função da posição (x), y(x) 2 Asen( x) Onde é o comprimento de onda. Ou em função do tempo (t): y(t) Asen(2 f.t) Onde f é a frequência. A igualdade 2 f aparece rotineiramente no estudo das ondas, e recebe o nome de frequência angular ( ). A variação da amplitude da onda pode ser representada em função do tempo (y(t) ou em função da posição (y(x)), como indicado nas equações ao lado. Disponível em: < http://www.sciencephoto.com/media/2302/enlarge > Acesso em: 23 de setembro de 2015. 7

Representação Matemática das Ondas Caracterizamos as ondas mecânicas periódicas, ou ondas periódicas, pela oscilação dos átomos e moléculas que compõem o meio onde a onda se propaga. A frequência da onda (f) é a frequência de oscilação dos átomos e moléculas do meio. O período, T = 1 / f, é o tempo que leva para um átomo ou molécula particular passar por um ciclo completo do movimento de oscilação. O comprimento de onda ( ) é a distância, entre dois átomos (ou moléculas), que oscilam em fase, ao longo da direção de propagação da onda mecânica. Na representação abaixo temos a variação da amplitude (A) em função da posição x. A ua: unidades de amplitude (m por exemplo) ud: unidades de distância (cm por exemplo) 8

Fonte: http://www.if.ufrj.br/teaching/fis2/ondas1/ondulatorio.html Propagação das Ondas Quando o deslocamento dos átomos ou moléculas for perpendicular à direção em que a onda está viajando, chamamos a onda de transversal, como na figura abaixo. Para o deslocamento dos átomos ou moléculas coincidente com a direção de propagação, temos ondas longitudinais ou de compressão. Nas figuras abaixo temos dois exemplos de onda longitudinal. 9

Frequência(Hz) Comprimento de onda Espectro Visível Raios gama A luz que vemos (visível) é uma radiação eletromagnética, como também são as radiações ultravioleta, infravermelha, ondas de rádio, raios X e gama. Essas últimas não são visíveis por humanos. A figura ao lado mostra todas as radiações eletromagnéticas, onde vemos que a parte visível é uma porção minoritária no espectro de radiações. O que vemos do Universo é essa pequena janela, resultado da história evolutiva da nossa espécie. Outras espécies têm sensibilidade a outras faixas de radiação. Raios X Ultravioleta Visível Infravermelho Microondas Imagem disponível em: http://en.wikipedia.org/wiki/electromagnetic_spectrum# mediaviewer/file:electromagnetic-spectrum.svg. Acesso em: 23 de setembro de 2015. 10

Breve Revisão de Ótica Geométrica A luz tem um papel fundamental no estudo da biologia, seja como fonte de energia, no estudo da fotossíntese, ou como informação sobre o ambiente por meio da visão. Estudaremos aspectos relacionados à biofísica da visão. Para isto precisamos de alguns conceitos de ótica geométrica, entre eles o conceito de refração. A refração ocorre quando um feixe luminoso incide sobre um meio material transparente e sofre um desvio na direção de propagação. Considerando-se um meio transparente como o vidro, a luz ao incidir sobre esse meio sofre uma diminuição da sua velocidade de propagação, quando comparada com a velocidade de propagação do feixe luminoso no ar. Ar Vidro Feixes luminosos 11

Breve Revisão de Ótica Geométrica Uma forma de quantificar a refração de um meio material é por meio do índice de refração. O índice de refração é determinado pela divisão da velocidade de propagação da luz no ar (v ar ), pela velocidade da luz no vidro (v vidro ), conforme a equação abaixo. Quanto maior a redução da velocidade de propagação da luz, ao entrar no vidro, maior será seu índice de refração. O índice de refração pode ser usado para caracterizar qualquer sistema ótico, tais como, lentes, instrumentos óticos e o olho. Índice de refração do vidro n v v ar vidro Velocidade de propagação da luz no ar Velocidade de propagação da luz no vidro Se a velocidade de propagação da luz no vidro passa para 200.000 km/s, temos que o índice de refração do vidro (n) é de 1,5, como mostrado abaixo. Observe que o índice de refração é uma grandeza física adimensional. n v v ar vidro 300000km/s 200000km/s 1,5 12

Breve Revisão de Ótica Geométrica A lente convexa focaliza os feixes luminosos de uma fonte distante. Na figura ao lado temos feixes luminosos paralelos ( lado esquerdo da figura), que incidem sobre a lente convexa. Os feixes são focalizados sobre um ponto, no outro lado da lente, chamado de foco e a distância da lente até o foco é a distância focal. A incidência de um feixe de luz de um lado da lente convexa gera um ponto focal, onde os feixes convergem do outro lado da lente. Se colocarmos uma lente convexa contra o sol o ponto focal gerado concentra os raios solares, com energia luminosa suficiente para queimar papel. Feixes luminosos Lente convexa Foco 13

Breve Revisão de Ótica Geométrica A lente côncava afasta os feixes luminosos de uma fonte distante, ao contrário da lente convexa a lente côncava não apresenta ponto focal. Lente côncava Feixes luminosos 14

Breve Revisão de Ótica Geométrica Podemos medir o poder de refração de uma lente a partir do conceito de dioptria. Definimos dioptria como a razão entre 1 metro e a distância focal da lente, assim uma lente com distância focal de 1 metro apresenta poder de refração de 1 dioptria, se a distância focal for de 0,5 m o poder de refração é de 2 dioptrias, com uma distância focal de 10 cm (0,1 m) temos 10 dioptrias. f 1m Poder derefração 1m f 15

Estrutura do Olho Humano O olho humano é um sistema ótico extremamente complexo, com componentes diversos apresentando diferentes índices de refração. A luz, ao chegar no olho, encontra a córnea e em seguida o humor aquoso, na passagem da córnea para o humor aquoso há uma redução do índice de refração. Depois a luz chega ao cristalino, que apresenta o maior índice de refração (n = 1,40) do olho. A luz antes de chegar às células fotossensíveis atravessa o humor vítreo, que apresenta aproximadamente o mesmo índice de refração do aquoso. Zônula Íris Ar (n=1,0) Pupila Cristalino (n=1,40) Humor vítreo (n=1,34) Disco ótico Córnea (n=1,38) Humor aquoso (n=1,33) Fóvea Câmara posterior Músculo ciliar Coroide Esclerótica Retina Nervo ótico e vasos retinais 16

Estrutura do Olho Humano O olho é capaz de aumentar o poder de refração do cristalino, de 20 para até 34 dioptrias em crianças e jovens. Para isso, o cristalino modifica sua forma, de ligeiramente convexa, para uma forma com alta convexidade. Nos jovens, o cristalino é formado por uma cápsula elástica, repleta de fibras viscosas, de origem proteica e transparente. Quando o cristalino está relaxado, o mesmo assume forma quase esférica, devido à elasticidade da cápsula do cristalino (figura 2), com maior poder de refração. 1) Menor refração 2) Maior refração (músculo ciliar relaxado) (músculo ciliar contraído) Humor aquoso Cristalino Córnea Humor vítreo Íris Zônulas Músculo ciliar A contração do músculo ciliar leva as inserções periféricas dos ligamentos do cristalino a tracionarem para frente, relaxando um pouco a tensão sobre o cristalino. Há uma redução do diâmetro do círculo das fixações de ligamento, permitindo uma menor tensão sobre o cristalino (figura 2). 17

Estrutura do Olho Humano Assim, quando ocorre a contração das fibras musculares lisas no músculo ciliar, o mesmo relaxa os ligamentos da cápsula do cristalino, que toma uma forma mais esférica, aumentando o poder dióptrico do cristalino (figura 2). Com o músculo ciliar relaxado, o poder dióptrico do cristalino é mínimo (figura 1). Resumindo, com o músculo ciliar contraído, temos máximo poder de refração. Com o músculo ciliar relaxado, o cristalino é tensionado, diminuindo o poder de refração do cristalino. 1) Menor refração 2) Maior refração (músculo ciliar relaxado) (músculo ciliar contraído) Humor aquoso Cristalino Córnea Humor vítreo Íris Zônulas Músculo ciliar 18

Fonte: http://www.ocularlaser.com/paginas/ametropias/ametropias.html Defeitos da Visão O olho com visão perfeita, ou emétrope, é mostrado na figura A. No olho emétrope objetos situados à distância são focalizados sobre a retina. No olho míope, a imagem é formada antes da retina, como mostrado na figura B. Na maioria das vezes, um globo ocular mais longo é a causa da miopia, ou, em outras vezes, o poder de refração muito grande do sistema de lentes do olho é a causa. No olho com hipermetropia a imagem é formada após a retina, como destacado na figura C. A hipermetropia é, em geral, devida a um globo ocular mais curto, ou, algumas vezes, devida a um poder de refração menor do sistema de lentes do olho. A) Emetropia B) Miopia C) Hipermetropia 19

Fonte: http://www.ocularlaser.com/paginas/ametropias/ametropias.html Defeitos da Visão (Miopia) A correção da miopia se faz com a colocação de lentes côncavas, que leva a imagem a se formar mais longe. Com o poder de refração adequado, a imagem se formará sobre a retina. Para determinar o grau adequado da lente côncava, o procedimento de tentativa e erro é adotado, até determinar-se a lente que coloca a imagem sobre a retina, como indicado na figura ao lado. 20

Fonte: http://www.ocularlaser.com/paginas/ametropias/ametropias.html Defeitos da Visão (Hipermetropia) A correção da hipermetropia se faz com a colocação de lentes convexas, que leva a imagem a se formar mais perto. Com o poder de refração adequado, a imagem se formará sobre a retina. Para determinar o grau adequado da lente convexa o procedimento de tentativa e erro também é adotado. A figura ao lado mostra a correção de hipermetropia, com a imagem formando-se sobre a retina. 21

Fonte: http://www.ocularlaser.com/paginas/ametropias/ametropias.html Defeitos da Visão (Astigmatismo) O astigmatismo ocorre quando existe mais de um ponto focal (como mostrado na figura ao lado). O defeito ocorre porque a córnea não é perfeitamente esférica, mas sim ovalada. A córnea (ou mais raramente o cristalino) de um olho astigmático apresenta um formato da parede lateral de um ovo deitado, ou como bola de futebol americano. Para corrigir tal anomalia é necessário o uso de lentes cilíndricas. Uma lente cilíndrica tem a capacidade de mudar a distância focal do olho, na direção onde o raio de curvatura da córnea difere de suas demais partes. 22

Defeitos da Visão (Moscas Volantes) Moscas volantes são manchas ou pontos escuros no campo de visão. Em geral, são pequenas opacidades dentro do humor vítreo. O vítreo preenche toda a cavidade posterior do globo ocular. Embora esses corpos flutuantes pareçam estar na frente do olho, eles estão realmente flutuando dentro da gelatina e a sombra deles é projetada sobre a retina, conforme a movimentação dos olhos. Zônula Íris Pupila Córnea Humor aquoso Câmara posterior Músculo ciliar Cristalino Coroide Esclerótica Humor vítreo Retina Fóvea Disco ótico Nervo ótico e vasos retinais 23

Defeitos da Visão (Moscas Volantes) As moscas volantes são causadas por alterações que ocorrem no vítreo, o gel que preenche o olho, em decorrência da idade ou doenças oculares. Geralmente é acompanhado por um encolhimento ou condensação, chamado de descolamento do vítreo posterior, sendo essa uma causa bastante comum de moscas volantes. Elas podem resultar também de inflamações dentro dos olhos ou por depósitos de cristais na gelatina do vítreo. Zônula Íris Pupila Córnea Humor aquoso Câmara posterior Músculo ciliar Cristalino Coroide Esclerótica Humor vítreo Retina Fóvea Disco ótico Nervo ótico e vasos retinais 24

Defeitos da Visão (Glaucoma) Uma das principais causas da cegueira é o glaucoma. O glaucoma ocorre devido ao aumento da pressão interna ocular (intraocular) que leva a uma pressão no nervo ótico, podendo causar uma lesão. O aumento da pressão intraocular pode ocorrer devido à obstrução do escoamento do humor aquoso do olho. O humor aquoso é composto por uma solução salina, majoritariamente cloreto de sódio. Sua produção é contínua, numa média de 3 ml por dia. O humor aquoso é produzido pelo corpo ciliar e transportado para região entre a íris e a córnea. Zônula Íris Pupila Córnea Humor aquoso Câmara posterior Músculo ciliar Cristalino Coróide Esclerótica Humor vítreo Retina Fóvea Disco ótico Nervo ótico e vasos retinais 25

Defeitos da Visão (Catarata) A catarata é a opacidade do cristalino, pode ser causada por diabetes, traumatismo, envelhecimento e uso de certos medicamentos. Atualmente, indivíduos com catarata são submetidos à cirurgia, onde ocorre a remoção do cristalino por microfragmentação e aspiração do núcleo, e implante de uma lente intraocular. Zônula Íris Pupila Córnea Humor aquoso Câmara posterior Músculo ciliar Cristalino Coroide Esclerótica Humor vítreo Retina Fóvea Disco ótico Nervo ótico e vasos retinais 26

Fotorreceptores A retina apresenta dois tipos de fotorreceptores: os cones e os bastonetes. Os cones são responsáveis pela visão detalhada, precisa e colorida. Os bastonetes são muito sensíveis à luz, por isso, deles depende a visão em baixa intensidade luminosa. Os bastonetes possuem um pigmento fotossensível chamado rodopsina. O cromóforo da rodopsina é o 11-cis-retinal (Vitamina A). Este cromóforo liga-se à opsina para formar o complexo binário rodopsina. Os fotopigmentos existentes nos cones são chamados de iodopsinas. Os cones possuem iodopsinas, que combinadas com o retinal formam três pigmentos distintos: Um sensível ao azul, outro ao verde e outro ao vermelho. Assim temos cones sensíveis a cada umas destas cores. Estrutura do 11-cis-retinal 27

Fonte: http://www.scienceofspectroscopy.info/ Fotorreceptores A rodopsina é uma proteína transmembranar localizada no bastonete. A absorção de um fóton (partícula da luz) pelo 11-cis-retinal modifica sua estrutura tridimensional, resultando no isômero, trans-retinal. Tal mudança acarreta uma variação conformacional na estrutura da proteína, indicando que houve absorção da energia luminosa do fóton. A rodopsina é um receptor metabotrópico. Rodopsina 28

Mecanismo Molecular da Visão 1. Inicialmente a célula está no escuro, liberando neurotransmissor (glutamato) para a célula pós-sináptica. O potencial de membrana é da ordem de 40 mv. Na + Rodopsina Canal de Na + Transducina PDE GMPc GMPc PDE: fosfodiesterase (enzima) GMPc: Guanosina monofosfato cíclica (nucleotídeo) 29

Mecanismo Molecular da Visão LUZ 2. Um fóton (partícula de luz) ativa um elétron no 11-cis-retinal, levando à ativação da rodopsina. Na + Rodopsina Canal de Na + Transducina PDE GMPc GMPc GTP GTP: Guanosina tri-fosfato (nucleotídeo) GDP: Guanosina di-fosfato (nucleotídeo) 30

Mecanismo Molecular da Visão LUZ 3. A rodopsina ativa aproximadamente 500 moléculas de transducina, um tipo de proteína G, que converte GTP em GDP. Rodopsina Na + Canal de Na + Transducina PDE GMPc GMPc GTP GTP: Guanosina tri-fosfato (nucleotídeo) GDP: Guanosina diosfatonucleotídeo) 31

Mecanismo Molecular da Visão Na + Rodopsina Canal de Na + Transducina GTP PDE GMPc GMPc 4. A transducina, na forma ativa, atua ativando várias moléculas de fosfodiesterase (PDE). 32

Mecanismo Molecular da Visão Na + Rodopsina Canal de Na + Transducina GTP PDE GMPc GMPc 5. A PDE ativada catalisa a hidrólise de GMPc, formando 5 -GMP (outro nucleotídeo), podendo catalisar a hidrólise de até 4000 moléculas de GMPc. A diminuição da concentração de GMPc leva ao fechamento dos canais de Na +. O GMPc, antes de ser hidrolisado, estava ligado aos canais de Na + e Ca ++, o que deixava esses canais abertos, em condições de escuridão. A hidrólise de GMPc provoca o fechamento dos canais de Na + e Ca ++ 33.

Mecanismo Molecular da Visão Na + Rodopsina Canal de Na + Transducina GTP PDE GMPc GMPc 6. A absorção de um fóton é capaz de fechar milhares de canais de Na +. Com o fechamento desses canais iônicos a membrana hiperpolariza, pois cessa a entrada de carga positiva. A diminuição do potencial de membrana inibe a liberação de glutamato, passando a informação da excitação luminosa para as células pós-sinápticas. 34

Daltonismo Daltonismo é problema de visão relacionado com a percepção das cores. Ao lado temos um teste comum usado para avaliar se a pessoa apresenta problemas com a visão de cores. Há um número dentro de cada círculo, se tiver dificuldade em identificar os números procure seu oculista. O Daltonismo tem diversas causas, sendo a mais comum a genética. Uma mutação pode levar à problemas com a percepção das cores, principalmente a diferença entre verde e vermelho. Portal da retina. Disponível em: < http://www.portaldaretina.com.br/ilusoes/index.asp > Acesso em: 23 de setembro de 2015. 35

Ilusões de Ótica As ilusões de ótica indicam uma segmentação entre a percepção de algo e da concepção dessa outra realidade, a ordem de percepção não influencia a compreensão de algumas imagens. Principalmente nos últimos 20 anos, os cientistas mostraram um progresso na área ótica. As ilusões causam surpresa quando são percebidas de formas diferentes e até um certo tipo de divertimento. Algumas ilusões trabalham exatamente no fato de sermos, juntamente como outros primatas, os únicos seres que percebem a noção de largura, altura e profundidade; uma das explicações para tal fato é que temos os olhos na frente da cabeça e não dos lados como na maioria dos animais. Imagem disponível em: < http://www.moillusions.com/2012/04/stepping-feet-optical-illusion.html/0_11191103azu3che >. 36 Acesso em: 23 de setembro de 2015.

Ilusões de Ótica Arte Há diversas obras de arte que nos levam a um ilusão. A mais conhecida é a Mona Lisa de Leonardo da Vinci, com seu sorriso sujeito a um jogo de sombras. Ao lado temos um exemplo de uma pintura com imagens escondidas. Preste atenção: na imagem temos 9 pessoas. Tente encontrá-las... Esqueça o cachorro. Portal da retina. Disponível em: < http://www.portaldaretina.com.br/ilusoes/index.asp > Acesso em: 23 de setembro de 2015. 37

Ilusões de Ótica Ambíguas As imagens ambíguas, sempre apresentam mais de uma cena na mesma imagem. Seu sistema visual interpreta a imagem em mais de um modo. Embora a imagem em sua retina permaneça constante, você nunca vê uma mistura estranha das duas percepções, sempre é uma ou a outra. A ilusão do vaso de Rubin é uma ilusão ambígua figura/fundo. Isto porque podem ser percebida duas faces brancas olhando uma para a outra, num fundo preto ou um vaso preto num fundo branco. Portal da retina. Disponível em: < http://www.portaldaretina.com.br/ilusoes/index.asp > Acesso em: 23 de setembro de 2015. 38

Ilusões de Ótica Escondidas São imagens que à primeira vista não apresentam nenhum significado, mas depois de observar você irá se surpreender. Na figura ao lado focalize seu olhar no pontinho preto no centro do círculo... Agora movimente-se para frente e para trás... (ainda olhando para o pontinho). Portal da retina. Disponível em: < http://www.portaldaretina.com.br/ilusoes/index.asp > Acesso em: 23 de setembro de 2015. 39

Ilusões de Ótica Quanto pontos pretos tem na figura? A figura ao lado não tem nenhum pontinho preto, mas nossa visão tenta nos enganar, nos iludindo com a percepção de pontos pretos. Portal da retina. Disponível em: < http://www.portaldaretina.com.br/ilusoes/index.asp > Acesso em: 23 de setembro de 2015. 40

Ilusões de Ótica Letras Nossos olhos realmente nos enganam, aqui você descobrirá várias formas e tipos de letras que enganam nossa vista. Olhe ao lado e diga as CORES, não as palavras... Conflito no cérebro: o lado direito do seu cérebro tenta dizer a cor, enquanto o lado esquerdo insiste em ler a palavra. Portal da retina. Disponível em: < http://www.portaldaretina.com.br/ilusoes/index.asp > Acesso em: 23 de setembro de 2015. 41

Audição As ondas sonoras são produzidas pela deformação de um meio, causadas por diferenças de pressão. Para propagação das ondas sonoras necessitamos de um meio material, líquido, sólido ou gasoso. Não há propagação de ondas sonoras no vácuo. Os sons são, na sua maioria, produzidos pela vibração de objetos sólidos, como o diafragma de um alto-falante de uma caixa de som. Quando o diafragma se movimenta cria uma região de alta pressão, devido à compressão do ar que está próximo ao diafragma. Da maneira similar, ocorre uma rarefação, quando o diafragma se retorna o movimento. A figura abaixo ilustra a produção de som pelo alto-falante. Diafragma do alto-falante Ondas de compressão e rarefação Animação do diafragma de um alto-falante. Disponível em: < http://www.afh.bio.br/sentidos/sentidos4.asp > Acesso em: 23 de setembro de 2015. 42

Audição Quando as variações de pressão chegam às nossas orelhas, os tímpanos são levados a vibrar, causando a sensação fisiológica do som. Uma pessoa com audição padrão consegue ouvir uma faixa de frequências que varia aproximadamente entre 20 e 20.000 Hz. Ondas que apresentam frequências abaixo de 20 Hz são chamadas de infrassônicas. Ondas com frequências acima de 20.000 Hz são chamadas ultrassônicas. Diafragma do alto-falante Ondas de compressão e rarefação Animação do diafragma de um alto-falante. Disponível em: < http://www.afh.bio.br/sentidos/sentidos4.asp > Acesso em: 23 de setembro de 2015. 43

Audição Os sistemas auditivos usam mecanorreceptores para converter ondas sonoras em potenciais de ação. Na audição humana as ondas sonoras são captadas pelo pavilhão da orelha, que as direciona para o interior do meato auditivo externo (canal), que então, as conduz para a orelha média e interna. orelha externa orelha média orelha interna tuba auditiva 44 Fonte: http://www.if.ufrj.br/teaching/fis2/ondas2/ondas2.html

Audição A membrana timpânica, ou simplesmente tímpano, recobre a extremidade proximal do meato auditivo externo. As ondas sonoras, ao atingir a membrana timpânica, levam-na a vibrar. Seguindo-se o tímpano temos a orelha média, que apresenta ligação com a nasofaringe por meio da tuba auditiva. orelha externa orelha média orelha interna tuba auditiva 45 Fonte: http://www.if.ufrj.br/teaching/fis2/ondas2/ondas2.html

Audição Na orelha média encontram-se os ossos auditivos: martelo, bigorna e estribo. Esses ossos transmitem a vibração sonora para uma membrana flexível, chamada janela oval. Atrás da janela oval temos a orelha interna. A vibração da janela oval resulta em variações de pressão no líquido encontrado no interior da orelha interna. orelha externa orelha média orelha interna tuba As ondas mecânicas, que propagam-se no auditiva líquido no interior da cóclea, serão convertidas em potenciais de ação, que levarão a informação auditiva ao cérebro. 46 Fonte: http://www.if.ufrj.br/teaching/fis2/ondas2/ondas2.html

Fonte: Purves et al., Vida A ciência da Biologia. 6a. Ed. Artmed editora, 2002 (pg. 803). Audição 47

Fonte: Purves et al., Vida A ciência da Biologia. 6a. Ed. Artmed editora, 2002 (pg. 804). Audição 48

Fonte: Purves et al., Vida A ciência da Biologia. 6a. Ed. Artmed editora, 2002 (pg. 802). Audição Sons de diferentes frequências são registrados em diferentes regiões da cóclea, o que causa a ativação do nervo coclear em diferentes posições, propiciando a diferenciação entre os sons. Na figura ao lado temos sons de frequências baixas (400 Hz), médias ( 3000 Hz) e altas 22000 Hz. 49

Audição Para medimos a intensidade de um som usamos uma escala logarítmica chamada de decibel. Ela é uma razão entre valores, com um valor de referência. A intensidade do som no limiar da audibilidade, I 0, é 10-12 W/m 2. A intensidade som indica o fluxo da potência acústica sobre uma dada área. A equação para decibel é da seguinte forma: Como exemplo vamos determinar a intensidade de um ruído na escala de decibéis. Consideremos o ruído de um discurso, que tem intensidade I = 10-6 W/m 2. Solução: Valor em db é dado por: I db 10. log I I 0 I db 10.log I I 0 10 10.log 10 6 12 10.log10 6 6.10 60 db 50

Relação com Outras Disciplinas Na aula de hoje estudamos as bases físicas do movimento ondulatório, bem como á ótica geométrica aplicada à visão, assuntos relacionados à Física. As bases moleculares do funcionamento dos fotorreceptores são de interesse da Bioquímica Estrutural e Química. A estrutura da retina é de interesse da Biologia Celular e Tecidual. Química Aula de hoje Bioquímica Estrutural Biologia Celular e Tecidual Física 51

Material Adicional (Site Indicado) Segue uma breve descrição de um site relacionado à aula de hoje. Se você tiver alguma sugestão envie-me (walter.junior@pucrs.br ). http://www.moillusions.com Este site traz uma riqueza de imagens de ilusão de ótica. 52

Questão Descreva as bases moleculares do processo de contração do músculo esquelético. Miosina Miosina com atividade ATPase Miosina Filamento de actina Tropomiosina ATP Ca 2+ Troponina ADP 53 Mg 2+

Questão LUZ Descreva as bases moleculares da visão. Na + Rodopsina Canal de Na + Transducina PDE GMPc GMPc GTP GTP: Guanosina tri-fosfato (nucleotídeo) GDP: Guanosina diosfatonucleotídeo) 54

Referências OLIVEIRA, Jarbas Rodrigues de; WACHTER, Paulo Harald; AZAMBUJA, Alan Arrieira. Biofísica para ciências biomédicas. Porto Alegre: EDIPUCRS, 2002. 313 p. PURVES, W. K., SADAVA, D., ORIANS, G. H., HELLER, H. G. Vida. A Ciência da Biologia. 6a ed. Artmed editora. 2002. PURVES, D., AUGUSTINE, G. J., FITZPATRICK, D., KATZ, L.C., LaMANTIA, A. S., McNAMARA, J. O. WILLIAMS, S. M. Neurociências. 2ª ed. Artmed editora. 2005. 55