Biofísica da difusão, osmose e tônus

a aula de hoje nós vamos falar sobre a biofísica difusão osmose e tônus vamos iniciar a aula revisando o conceito de difusão que nada mais é que a distribuição de um soluto de forma homogênea tô soluto está representado nesta imagem por essas bolinhas vermelhinhas e o solvente está representado por esse líquido azul quando o soluto se mistura o solvente nós temos a formação de uma solução a tendência natural do soluto é que ele se distribua na solução só que quando acontece essa distribuição o soluto ele não vai ficar ali parado as partículas elas vão continuar

se movimentando então nós fizemos que esta solução ela entra em um estado de equilíbrio mas é um equilíbrio dinâmico e as moléculas partículas elas continuam se movimentando quando nós estudamos os diferentes estados físicos da matéria nós aprendemos que no estado sólido as partículas estão bem coesas entre si e no estado gasoso as partículas estão mais dispersos então é difusão no estado gasoso ocorrem numa velocidade muito maior do que quando aquela substância está no estado sólido é por essa razão que logo que uma pessoa chega no ambiente a primeira coisa que a gente sente é o

perfume que ela tá usando porque os gases se movimentam muito rápido bom então não podemos nos esquecer que se formos comparar a velocidade de difusão de uma mesma substância no estado sólido líquido ou gasoso a velocidade de difusão no estado gasoso sempre vai ser muito maior e quando eu estudo o fenômeno da difusão estou estudando o movimento das partículas e esse movimento obedece à lei de fick além de fique está representada nessa equação apresentada e para que que serve essa equação para podermos mostrar todos os parâmetros que influenciam no movimento das moléculas esse movimento das

moléculas então vai ser representado por esse r que a taxa de difusão ea taxa de difusão depende do coeficiente de difusão que que é o coeficiente de difusão é uma constante atribuída a cada tipo de molécula nós vamos ter uma velocidade de difusão diferente dependendo da molécula de molécula por molécula a velocidade de difusão vai variar porque a malévola vai ter um tamanho diferente uma carga diferente e tem vários fatores relacionados a molécula que vão influenciar na velocidade na taxa de difusão daquela molécula de um meio para o outro além do coeficiente de difusão a

área da membrana também vai influenciar na velocidade de difusão esse delta-p ele representa o gradiente de concentração ou seja quanto maior a concentração de uma determinada substância maior taxa de difusão maior tendência daquela substância simples a se difundir de forma homogênea ali no solvente e nós temos aqui também que a taxa de difusão ela é inversamente proporcional a espessura da membrana isso significa que se uma substância ela vai atravessar de um o sentimento para outro compartimento quanto maior foi espessura da membrana menor vai ser a taxa de difusão é mais difícil eu passar de um

lado para o outro se a espessura da membrana aumentar então a taxa de difusão ela é diretamente proporcional ao coeficiente de difusão a área da membrana ao gradiente de concentração e ela é inversamente proporcional a espessura da membrana se a gente pensar aqui com relação à área da membrana vamos lembrar do nosso intestino onde nós temos os enterócitos que são aquelas células que elas têm velocidades essas velocidades presentes lá no intestino elas servem justamente para poder aumentar a área de superfície se eu aumento a área de superfície eu vou aumentar a taxa a fusão das

substâncias naquela região e como nós podemos perceber temos múltiplos fatores que vão influenciar na taxa de difusão o coeficiente de difusão representado na equação por essa letra de como eu disse anteriormente ele depende de vários fatores da partícula cada molécula cada partícula vai ter um coeficiente de difusão diferente dependendo de alguns fatores quais fatores são esses coloquei o quê dois exemplos estão no primeiro exemplo nós temos duas soluções a solução lá e a solução b na solução de eu tenho um pequeno número de partículas e na solução lá eu tenho um grande número de partículas

se nós pensarmos em faixa de difusão quem tem a taxa de difusão maior a solução a ou a solução b essa daqui todo mundo a responder letra a então quanto maior a quantidade de moléculas quanto maior o número de partículas maior conhecer a taxa de difusão no segundo exemplo nós temos a mesma quantidade de partículas mas no recipiente a tem partículas pequenas e no recipiente ver eu tenho partículas grandes e aí volta a perguntar onde a taxa de difusão será maior aí novamente nós temos a maior taxa de difusão no recipiente a porque quanto menor

o número das partículas maior vai ser a taxa de difusão ou seja o tamanho das partículas também influencia na taxa de difusão todos esses fatores relacionados às partículas eles vão estar determinados calculados e vão está é nesse coeficiente de difusão vamos pensar num exemplo prático para poder facilitar o entendimento desse conceito de taxa de difusão e entender aplicação prática dessa equação desses parâmetros que estão representados na equação de fick se nós pensarmos a respeito das superfícies respiratórias nós sabemos que o pulmão realiza trocas gasosas entre o ambiente eo nosso corpo e mal por mal nós

temos os alvéolos então com existência dos alvéolos nós temos uma grande área de trocas gasosas lembra-la da equação que a área ela é diretamente proporcional a taxa de difusão quanto maior a área de superfície maior a taxa de difusão então os alvéolos eles ajudam a aumentar a taxa de difusão do oxigênio do alvéolo a sanguínea nós temos também a espessura das membranas representadas na equação por essa letra de minúscula e lá nos alvéolos podemos perceber que as membranas são extremamente finas a espessura das membranas na equação de fick ela tá no denominador ou seja é

inversamente proporcional a taxa de difusão quanto maior a espessura da membrana menor a taxa de difusão no alvéolo a espessura da membrana é fina então quanto menor a espessura da membrana maior vai ser a taxa de difusão é mais fácil para o oxigênio passar do alvéolo para corrente sanguínea se a membrana é fila se fosse uma membrana espessa era mais difícil para o oxigênio passar dos alvéolos para corrente sanguínea e por último mas não menos importante nós temos também que observar a pressão de oxigênio olha só pressão de oxigênio dentro do alvéolo pulmonar é de

104 milímetros de mercúrio ea pressão de oxigênio lá no capilar sanguineo é de 40 milímetros de mercúrio isso significa que concentração de oxigênio nos alvéolos é maior do que no capilar sanguineo o gradiente de concentração no alvéolo é maior do que um gradiente de concentração no capilar sanguineo onde é que tá essa informação lá na equação de fick tá aqui ó esse deu um tp então a gente sabe que quanto maior o grande em ti de concentração maior a taxa de difusão tô se a concentração de oxigênio ela é maior nos alvéolos do que nunca

e é muito mais fácil para o oxigênio passar do alvéolo para o capilar do que se fosse o contrário ah ah mas eu preciso entender esse fenômeno de difusão só por causa da respiração não nós temos vários outros fenômenos que acontecem no corpo dos seres vivos que também dependem da difusão a difusão ela tem por exemplo um papel muito importante na geração do potencial de membrana é a difusão que realiza o transporte passivo do sódio para o interior da célula e do potássio para o exterior da célula lembrando que eu não tô falando aqui de

bomba de sódio e potássio não bomba de sódio-potássio é transporte ativo nós vamos aprender sobre isso em outro momento agora nós estamos falando de transporte passivo eu sei que no meio extra-celular o yin o que está presente em maior concentração eu sódio e no meio intracelular o hino que está presente em maior concentração é tão a tendência natural do sódio é de migrar do meio extra-celular para o meio intracelular e o potássio a tendência natural é imigrar do meio intracelular para o meio extra-celular isso acontece sem gasto de energia é transporte passivo é difusão simples

e além da difusão simples nós temos um outro fenômeno que é a difusão facilitada a difusão facilitada ela também vai acontecer do meio mais concentrado para o meio menos concentrado e a diferença da difusão facilitada para a difusão simples é que aqui na difusão facilitada nós temos a presença de poros ou canais que vão facilitar a passagem dessas substâncias de um meio outro mas difusão facilitada é diferente de transporte ativo porque aqui não há gasto de energia eu também estou indo a favor do gradiente de concentração do bem mais concentrado para o meio menos concentrado

na tentativa de colocar os dois em equilíbrio é o exemplo clássico que nós temos de difusão facilitada é a absorção das moléculas de glicose no intestino as moléculas de glicose ela se aproveitam dos canais de sódio e atravessam do meio mais concentrado para o meio menos concentrado sem gasto de energia é um outro fenômeno de migração que também ocorre sem gasto de energia e que portanto também é um exemplo de transporte passivo é osmose nesse fenômeno da osmose nós temos a migração do sorvete da região menos concentrada para a região mais concentrada enquanto lá na

difusão simples e difusão facilitada quem me grava de um meio para o outro era o soluto agora na osmose quem faz a migração é o solvente do fenômeno da osmose as partículas do soluto e do solvente elas estão em constante movimento equilíbrio dinâmico e essas partículas elas estão se chocando com as paredes dos recipientes as partículas ela se chocam umas com as outras e com as paredes do recipiente a hora esse choque entre as partículas e esse as partículas e o recipiente vocês concordam comigo que é uma força as partículas estão exercendo uma força se

elas estão se chocando contra outras partículas ou contra as paredes do recipiente elas estão exercendo essa força sobre uma determinada área certo isso então pessoal é o conceito de pressão osmótica e e a pressão osmótica então é uma pressão aplicada a solução para impedir a passagem do solvente a pressão osmótica ela tenta impedir a ocorrência do fenômeno da osmose e a pressão osmótica ela pode ser estimada pela equação de uma top que tá apresentada nesta imagem então nós temos a pressão osmótica representada pela letra p i e nós podemos ver que ela é diretamente proporcional

à concentração molar da solução à constante universal dos gases a temperatura essa temperatura a temperatura absoluta precisa de graus kelvin e o fator de correção de van tol dessa equação que é importante a gente discutir essa concentração molar se a pressão osmótica é diretamente proporcional à concentração molar isso significa que quanto maior a concentração de uma solução maior vencer a pressão osmótica quanto maior a concentração da solução é mais difícil acontecer a osmose é pra a vodka tá muito alta as moléculas estão fazendo uma força muito grande para que o solvente não passe daquele e-mail

para outro e vamos observar esse exemplo para tentar entender um pouco melhor esse conceito de pressão osmótica tão aqui no primeiro exemplo nós temos um recipiente contendo água pura e do outro lado nós temos um pouquinho de água com algumas moléculas de soluto nós já sabemos então que o fenômeno da osmose o solvente que é a água vai passar através da membrana do meio menos concentrado para o meio mais concentrado para poder tentar equilibrar a concentração tá agora quando nós temos uma solução e nessa solução eu tenho algumas moléculas de soluto essas moléculas começam a

exercer uma força para impedir a passagem de água de um lado para o outro então se não comparar o exemplo a com exemplo b a pressão a cosmética ela vai ser maior nesse segundo exemplo porque nós temos moléculas de soluto exercendo uma pressão para impedir a passagem de água de um lado para o outro quanto maior a quantidade de moléculas de soluto maior é a pressão osmótica vai ou não vai ser a pressão que essas moléculas vão fazer para tentar impedir a passagem de água de um lado para o outro e quando nós estudamos osmose

o exemplo clássico apresentado é o exemplo das hemácias e uma solução de cloreto de sódio e exemplo é usado para apresentar os conceitos de solução isotônica e hipotônica e hipertônica quando a gente fala de solução isotônica estou comparando a concentração da solução do lado de fora da célula do meio extra-celular e do meio intracelular se é isotônico estou dizendo que a concentração da solução do meio extra-celular no meio intracelular ela é equivalente se eu falo de solução hipotônica eu estou dizendo que o meio extra-celular ele é menos concentrado do que o meio intracelular e se

eu estou falando de uma solução hipertônica o meio extra-celular ele é mais com é do que o meio intracelular eu preciso ter em mente que quando eu aumento a concentração dessa solução do meio extra-celular eu estou aumentando a pressão osmótica dessa solução eu não tô aumentando a quantidade de soluto se eu aumento a quantidade de soluto estou aumentando a concentração molar e aí se eu lembrar da equação de van't hoff eu vou ver que a pressão osmótica é diretamente proporcional à concentração da solução quanto mais concentrada solução maior a pressão osmótica então por isso que

na solução hipertônica a tendência do solvente é sair de dentro da célula e para fora porque as moléculas do lado de fora estão entre aspas segurando as moléculas de água impedindo que elas ninguém para o outro meio e numa solução hipotônica eu tenho uma pressão automática baixa então as moléculas de água do meio extra-celular conseguem migrar para o interior das células e quando nós falamos de soluções isotônicas hipotônicas e hipertônicas nós estamos falando de tonicidade mas o que que é tonicidade das soluções a tonicidade é um termo fisiológico que a gente usa para poder descrever

uma solução e entender como que essa solução oferta o volume da célula eu não vou trabalhar com unidades aqui é só um termo comparativo mas é importante nesse momento frisar que até então sempre que a gente aprendeu a respeito de osmose nós pensamos muito em concentração quando na verdade quando a gente pensa naquele exemplo zinho clássico das hemácias o que garante que a o meio extra-celular o meio intracelular estão em equilíbrio é a pressão osmótica então quando a pressão osmótica do meio extra-celular do meio intracelular é equivalente nós te e as células em equilíbrio que

é o que acontece com quando as hemácias estão percorrendo a circulação sanguínea o plasma ele é um meio isotônico para as hemácias a pressão osmótica do plasma e dentro das hemácias ela é semelhante se por alguma razão a pressão aos montes no plasma diminui eu vou ter a passagem da água do solvente do meio extra-celular para o meio intracelular a água vai passar então do plasma para dentro das hemácias e as hemácias vão ficar intumescidos podendo até mesmo se romper isso é então uma solução hipotônica quando eu tiver falando da solução isotônica eu tenho meio

extra-celular e intracelular compressão aos motika equivalente e quando eu tenho uma pressão osmótica extracelular vai ó do que a pressão osmótica intracelular eu voltei a passagem da água de dentro da hemácia para o plasma meio extra-celular as hemácias bom adquirir essa aparência crê nada e isso daí então conceito de uma solução hipertônica sempre que eu falo de soluções isotônicas estou falando de soluções que possuem impressões aos motivos semelhantes eu sempre vou usar a tonicidade para comparar soluções por exemplo o soro fisiológico ele é uma solução de cloreto de sódio com 0,9 por cento de cloreto

de sódio em massa e ele é uma solução isotônica em relação aos líquidos corporais do nosso corpo isso que pega as moléculas de água se difundam com a mesma facilidade para dentro e para fora das células corporais como os e marcius não acarretando nenhuma alteração e se o soro fisiológico não fosse isotônico em relação ao nosso sangue ele poderia causar danos ao organismo está a soluções com pressão osmótica maior elas são chamadas e hipertônicas se o soro fisiológico fosse então hipertônico ou seja se ele tivesse uma maior concentração de cloreto de sódio as hemácias do

nosso sangue elas vão murchar porque as moléculas de água elas irão migrar de dentro das hemácias para fora e por outro lado se o soro fisiológico fosse hipotônico as hemácias elas iriam inchar e podiam até mesmo explodir porque a concentração do soro e estar menor e aí as moléculas de água elas vão se difundir com maior facilidade para dentro das hemácias justamente por ser uma solução isotônica que o soro é muito utilizado para reidratação de pacientes que por alguma razão estão em um estado muito desidratado tão pacientes idosos pacientes crianças que costumam se desidratar com

mais facilidade quando precisam procurar um hospital por conta de uma desidratação severa era eles serão reidratados com ajuda do soro fisiológico que é uma solução isotônica em relação ao nosso plasma e o soro fisiológico vai ser usado porque fica muito mais fácil das moléculas migrarem do meio extra-celular para o meio intracelular e assim a gente restabelecer o equilíbrio no metabolismo daquela pessoa o outro exemplo que nós temos da aplicação desse fenômeno de osmose da medicina é um processo da hemodiálise só que aqui nós temos uma diferença porque na osmose comum através das membranas semipermeáveis ocorre

passagem somente do solvente e o soluto ele é retido na hemodiálise tanto solvente que a água que está presente lá no nosso plasma quanto algumas partículas de soluto como alguns resíduos tóxicos que são produzidos no nosso organismo vão passar pela membrana semipermeável que é utilizada nesse aparelho e ela membrana filtrante desse rim artificial ela vai ser formada por filtros nós temos lá um conjunto de tubos finos e essa diálise ela vai acontecer de forma lenta ela tem grande aplicação terapêutica principalmente para pacientes que têm mau funcionamento renal seja esse mau funcionamento agudo ou crônico nós

sabemos que por meio dos anos os resíduos tóxicos que são produzidos no nosso organismo como a ureia compostos nitrogenados creatina e pacientes que têm ao funcionamento renal eles precisam se submeter a sessões de hemodiálise de quatro a sete horas por dia pode ser que a pessoa tem que fazer isso por toda vida se ela não conseguiu transplante o sangue da pessoa então vai ser bombeado para um tubo esse tubo ele é revestido por uma membrana semipermeável que em que a membrana de alisadora e vai ficar imerso em uma solução com componentes do plasma sanguíneo e

ali que vai acontecer aos móveis as partículas de resíduos tóxicos que estão presentes no sangue da pessoa elas vão passar através da membrana e vão ser eliminadas e o sangue limpo ele vai voltar para o corpo da pessoa a células sanguíneas as proteínas os outros componentes do sangue eles não participam da osmose porque o tamanho dessas partículas é maior do que os poros dessa membrana e quando nós falamos de difusão e osmose temos então duas situações fundamentais que podem ocorrer sendo que na primeira situação todos os componentes são de fusíveis e aí vai haver então

troca de todos os componentes entre os dois meios e nós temos situações onde a presença de componentes não de fusíveis como a gente viu o exemplo da hemodiálise nós temos macromoléculas que não passam pela membrana e aí vai passar apenas o solvente para o outro lado até que o equilíbrio de pressão hidrostática e osmótica seja atingido outra grandeza que nós precisamos abordar nessa aula de hoje é a pressão hidrostática lá na física do 2º grau nós aprendemos que a força da gravidade exerce influência na pressão exercida pelo líquido então se eu tiver como está apresentar

para além desse cilindro uma molécula que está o placar um e uma molécula no ponto h2 eu sei que a pressão hidrostática no ponto h2 ela é maior do que a pressão hidrostática no ponto h1 quanto maior a profundidade maior vai ser a pressão hidrostática desse segundo exemplo que eu tenho os pontos a b c e b eu tenho que a pressão hidrostática ela é equivalente nos pontos a b c e a pressão hidrostática no ponto de é menor do que nos pontos abc quanto maior a profundidade então maior vai ser a pressão hidrostática quando

nós pensamos nos vasos sanguíneos o conceito que nós temos que ter em mente de pressão hidrostática e a pressão que o movimento do sangue exerce sobre a parede do vaso para poder ficar mais fácil de entender vão e quando uma pessoa tá com uma mangueira na mão regando a planta do jardim e aquela mangueira ela precisa regar uma plantinha que tá mais longe mas ela não chega até lá que que a pessoa faz ela coloca a mão tampando ele uma parte do bocal da mangueira com isso aumenta a pressão hidrostática e aí aquela água que

sai com mais pressão consegue chegar na plantinha que tá mais longe então se por alguma razão eu diminuo eu empresto a passagem do fluxo sanguíneo eu vou aumentar a pressão hidrostática por que que eu preciso entender a respeito de pressão hidrostática hora a gente sabe que na época de inverno por exemplo aumentam os casos de avc infarto agudo do miocárdio hipertensão e por que que acontece esse aumento os nossos vasos com a queda bom dura eles sofrem vaso constrição com a vaso constrição a pressão hidrostática que o sangue vai realizar e nas paredes dos vasos

ela vai aumentar na época do calor acontece o contrário nós temos a vasodilatação e apreensão hidrostática ela vai então diminuir e sempre que eu falar então de pressão hidrostática eu tô falando daquela pressão exercida sobre a luz do vaso para o interstício se houvesse apenas a presença da pressão hidrostática eu veria um grande edema continua haveria perda constante de líquido do vaso para o interstício daí é importância de nós termos forças em direções opostas a pressão hidrostática fazendo força do vaso para o interstício e a pressão osmótica onde o próprio sangue ele faz força para

que não ocorra extravasamento de líquido para o interstício tô sem a existência da pressão osmótica a gente teria um grande edema quando a pressão hidrostática é maior que a pressão osmótica nós temos extravasamento de líquido nós temos for o tema da última grandeza que precisa ser apresentada nessa aula é a pressão coloidosmótica que que faz seu conceito de pressão coloidosmótica ou de pressão oncótica ou ainda pressão osmótica capilar é a pressão que as células do sangue exercem sobre o próprio sangue e a pressão um corte cagou coloidosmótica que ela diz respeito ao osmolaridade a concentração

do sangue quanto um pais concentrado o sangue ele vai ficar mais denso maior vai ser a pressão coloidosmótica nós precisamos nos lembrar que colóide é um termo usado para a gente poder se referir a moléculas que tem grande peso molecular no plasma sanguíneo os principais coloides presentes são as proteínas bom então essas proteínas presentes no plasma sanguíneo albumina e as globulinas principalmente elas vão gerar a pressão osmótica capilar ou pressão um código ou pressão coloidosmótica pode chamar de qualquer um desses três anos e se nós compararmos a pressão entre as veias e as artérias do

nosso corpo nós vamos perceber que a medida que o sangue chega a porção arteriolar se ele vai para o lado das artérias a pressão hidrostática do vaso ela é superior a pressão coloidosmótica ou seja isso contribui para o casamento do interstício o sangue que está presente nas artérias é o sangue rico em oxigênio eu quero que esse sangue seja distribuído para as diferentes células estão a pressão hidrostática e a pressão sanguínea arterial pela sendo maior vai favorecer o isso para vazamento do líquido para o interstício quando o caminho para o lado veloso do capilar eu

já tenho a situação contrária à pressão hidrostática pressão sanguínea venosa ela vá é muito menor porque boa parte do líquido já saiu a pressão coloidosmótica vai aumentar muita concentração de coloides de proteínas ela vai estar elevada com isso a tendência é o interstício empurrar o líquido de volta para o vaso e quando nós pensamos em pacientes doentes renais por exemplo nós podemos observar que a concentração de proteínas ela vai diminuir nos vasos sanguíneos daquele paciente se essa concentração de proteínas diminui diminui então a pressão coloidosmótica fica mais fácil para os líquidos eles migrarem de dentro

dos vasos para o interstício e por isso que o paciente que tem problemas renais ele pode desenvolver edemas há outros exemplos de situações onde nós temos alteração da pressão coloidosmótica primeiro paciente que sofre queimaduras as queimaduras elas vão causar lesões na pele nós vamos ter a formação de edemas e esses bebê mas eles estão cheios de líquido que vem lá do plasma do sangue do paciente o sangue do paciente queimado então ele vai ficar mais denso mais grosso com isso nós vamos ter um aumento da pressão coloidosmótica paciente também que tem doença pulmonar obstrutiva crônica

ele vai produzir uma quantidade maior de hemácias para tentar captar mais moléculas de oxigênio quando esse paciente produz mais macios ele tá aumentando a quantidade de colóide ali no seu sangue aumentando a densidade de sangue então ele também está aumentando a pressão um monte que se nós observarmos o hemograma desses dois pacientes do paciente que sofreu queimadura e do paciente com a doença pulmonar obstrutiva crônica nós vamos ver que o hematócrito ele vai estar elevado o hematócrito é aquele parâmetro que mostra justamente a proporção de células vermelhas presentes no sangue total do paciente quanto maior

o hematócrito maior a quantidade de hemácias e menor a quantidade de plasma de parte liquida do sangue então é isso pessoal finalizamos nosso capítulo de difusão osmose tons espero que os exemplos tenham ajudado a entender essas diferentes grandezas envolvidas com esses processos metabólicos e fisiológicos que nós vemos hoje e nos vemos na próxima aula