Biofísica

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Biofísica

Ciência interdisciplinar que aplica teorias e métodos da física para compreender o funcionamento e as estruturas dos sistemas biológicos.

Primeira Lei da Termodinâmica na Biologia

Princípio da conservação da energia: a energia não é criada nem destruída pelos organismos, apenas transformada entre diferentes formas metabólicas.

Segunda Lei da Termodinâmica na Biologia

Indica que processos biológicos espontâneos aumentam a entropia do universo, exigindo consumo constante de energia para manter a organização celular.

Entropia (S)

Medida do grau de desordem ou aleatoriedade de um sistema; células mantêm baixa entropia interna dissipando calor para o ambiente.

Energia Livre de Gibbs (ΔG)

Quantidade de energia útil disponível para realizar trabalho celular; valores negativos indicam reações espontâneas ou exergônicas.

Reação Exergônica

Reação com variação negativa de energia livre (ΔG < 0), ocorrendo espontaneamente e liberando energia útil para o organismo.

Reação Endergônica

Reação com variação positiva de energia livre (ΔG > 0), que necessita de absorção de energia para ocorrer, sendo acoplada ao ATP.

Homeostase

Capacidade de um organismo manter a estabilidade do seu meio interno mediante mecanismos regulatórios dinâmicos de feedback.

Estado Estacionário

Condição em que propriedades do sistema biológico permanecem constantes ao longo do tempo graças ao fluxo contínuo de matéria e energia.

Equilíbrio Termodinâmico

Estado estático sem fluxos líquidos de matéria ou energia; em sistemas biológicos vivos, atingir o equilíbrio equivale à morte.

Bicamada Lipídica

Estrutura anfifílica auto-organizada de fosfolipídios que serve como barreira hidrofóbica semipermeável nas membranas biológicas.

Fluidez da Membrana

Capacidade de deslocamento lateral de lipídios e proteínas na membrana, modulada por temperatura, insaturação lipídica e colesterol.

Difusão Simples

Transporte passivo de solutos pequenos e apolares através da bicamada lipídica a favor do seu gradiente de concentração.

Primeira Lei de Fick

Estabelece que o fluxo difusional é diretamente proporcional ao gradiente de concentração do soluto e à sua área de difusão.

Difusão Facilitada

Transporte passivo a favor do gradiente eletroquímico mediado por canais iônicos ou proteínas carreadoras sem gasto de ATP.

Osmose

Movimento espontâneo de moléculas de água através de membrana semipermeável de uma região hipotônica para uma hipertônica.

Pressão Osmótica

Pressão hidrostática necessária para interromper o fluxo osmótico de água através de uma membrana semipermeável.

Osmolaridade

Medida da concentração total de partículas osmoticamente ativas por litro de solução aquosa.

Tonicidade

Efeito da concentração de solutos não penetrantes de uma solução sobre o volume de uma célula imersa nela.

Pressão Oncótica

Parcela da pressão osmótica plasmática exercida especificamente por proteínas de grande massa molecular, principalmente albumina.

Forças de Starling

Balanço entre pressões hidrostáticas e oncóticas nos capilares que determina o sentido da filtração e absorção de fluidos.

Transporte Ativo Primário

Movimento de íons contra gradientes eletroquímicos acoplado diretamente à hidrólise enzimática de ATP celular.

Bomba de Sódio-Potássio (Na+/K+-ATPase)

Proteína eletrogênica que consome ATP para ejetar três íons Na+ e importar dois íons K+, sustentando potenciais celulares.

Transporte Ativo Secundário

Acoplamento do transporte contra o gradiente de uma substância à descida termodinâmica simultânea de outra, tipicamente Na+.

Potencial de Membrana de Repouso (Vm)

Diferença estável de potencial elétrico entre o interior negativo e o exterior da célula excitável em repouso.

Equação de Nernst

Equação matemática que calcula o potencial de equilíbrio elétrico de um íon específico a partir de suas concentrações intra e extracelulares.

Equação de Goldman-Hodgkin-Katz (GHK)

Expressão que quantifica o potencial de membrana levando em conta as concentrações e as permeabilidades relativas de múltiplos íons.

Potencial de Ação

Inversão transitória, rápida e propagada da polaridade elétrica da membrana celular induzida por canais iônicos dependentes de voltagem.

Despolarização

Redução da magnitude da diferença de potencial na membrana, tornando o interior da célula eletricamente mais positivo.

Repolarização

Fase do potencial de ação caracterizada pelo retorno do potencial elétrico da membrana ao seu nível negativo basal.

Hiperpolarização

Aumento temporário da negatividade interna da membrana além do potencial de repouso habitual, dificultando a excitação.

Período Refratário Absoluto

Intervalo no qual novos estímulos elétricos não desencadeiam potencial de ação devido à inativação dos canais de Na+ voltagem-dependentes.

Condução Saltatória

Propagação rápida do potencial de ação que salta exclusivamente entre os nós de Ranvier ao longo de axônios mielinizados.

Constante de Espaço (λ)

Distância ao longo de um axônio onde a variação eletrotônica de voltagem decai para aproximadamente 37% de seu valor inicial.

Constante de Tempo (τ)

Tempo necessário para que o potencial de membrana atinja 63% do seu valor final durante uma resposta eletrotônica passiva.

Sinapse Elétrica

Junção intercelular tipo gap que permite a passagem iônica direta e bidirecional de correntes elétricas sem intermediários químicos.

Sinapse Química

Junção comunicante onde o sinal elétrico é convertido na liberação exocítica de neurotransmissores solúveis através da fenda sináptica.

Biomecânica

Ramo da biofísica que estuda a aplicação de leis da mecânica clássica à estrutura, aos fluidos e aos movimentos dos corpos vivos.

Viscosidade Sanguínea

Medida do atrito interno e da resistência ao fluxo gerada pelas interações celulares e proteicas no sangue.

Fluxo Laminar

Movimento ordenado de um fluido em camadas paralelas sem mistura lateral perceptível, típico em vasos saudáveis.

Fluxo Turbulento

Padrão desordenado com redemoinhos no qual a resistência ao fluxo aumenta consideravelmente, gerando sons audíveis como sopros.

Número de Reynolds

Parâmetro adimensional que correlaciona forças inerciais e viscosas para prever a transição entre fluxo laminar e fluxo turbulento.

Lei de Poiseuille

Equação que define a taxa de fluxo laminar em tubos rígidos, destacando que o fluxo varia com a quarta potência do raio vascular.

Resistência Vascular Periférica

Oposição oferecida pela rede vascular periférica ao fluxo sanguíneo, regulada primordialmente pelo diâmetro arteriolar.

Complacência Vascular

Capacidade de um vaso sanguíneo sofrer distensão volumétrica em resposta a aumentos na pressão transmural interna.

Tensão Superficial Alveolar

Força coesiva na interface ar-líquido dos alvéolos pulmonares que tende a colapsá-los caso não haja surfactante.

Surfactante Pulmonar

Complexo lipoproteico secretado por pneumócitos tipo II que reduz a tensão superficial alveolar e previne o colapso respiratório.

Lei de Laplace

Relação que indica que a pressão transmural em uma estrutura esférica é diretamente proporcional à tensão e inversamente proporcional ao raio.

Radiação Ionizante

Radiação eletromagnética ou corpuscular de alta energia capaz de remover elétrons fortemente ligados dos átomos, danificando o DNA.

Radiação Não Ionizante

Ondas eletromagnéticas de menor energia que induzem excitação eletrônica e efeitos térmicos sem ejetar elétrons de orbitais atômicos.

Ressonância Magnética Nuclear (RMN)

Técnica biofísica baseada no alinhamento e na perturbação de spins nucleares de hidrogênio sob campos magnéticos fortes e pulsos de RF.

Ultrassom na Medicina

Ondas acústicas longitudinais de alta frequência refletidas nas interfaces teciduais para gerar imagens anatômicas em tempo real.