MÉTODOS BIOFÍSICOS DE ESTUDO São métodos utilizados com base no conhecimento físico que se aplica na biologia, com o objetivo de obter métodos diagnósticos e de tratamento para o auxílio da Medicina e outras áreas de Saúde. Existem três tipos de método de estudo para diagnóstico:
Métodos in vivo: usam o próprio paciente. Exemplos: fotografia, endoscopia (usa-se um endoscópio, que atua como uma fonte de luz para observar partes internas através de uma micro-câmera), densitometria óssea (analisa a densidade mineral óssea e pode usar tanto raios- X quanto raios γ e ultra -som – não dá informações sobre a forma, e sim sobre o funcionamento ), radiografia, tomografia computadorizada (TC), ultrassonografia, cintilografia e RMN (ressonância magnética nuclear). Numa radiografia, a imagem está em tamanho real, e na ultrassonografia a imagem é menor e em forma de leque. A ultrassonografia analisa regiões não protegidas por osso (como o cérebro) e cheias de ar (como o estômago). A radiografia pode analisar qualquer estrutura do corpo, densa ou não. Caso não se defina a imagem, i magem, pode-se usar contraste. As substâncias de contraste, tanto na radiografia quanto na TC e na cintilografia, são: os radio-opacos (sais de bário), que deixam a imagem cinzaescura, e os radio-transpararentes (compostos de iodo), que deixam a imagem cinza-clara. Na RMN, a substância de contraste tem como função facilitar a propagação de ondas magnéticas aplicadas, visando aumentar o campo magnético da estrutura. A ecografia utiliza o ultra-som para analisar a imagem. Métodos in vitro: usam uma mostra do paciente (sangue, fezes, urina, biópsia...). Exemplos: espectofotometria, centrifugação (separa moléculas com base na densidade – é necessário criar um campo gravitacional ), ), eletroforese (separa moléculas com base na diferença de potencial elétrico – é necessária a presença de carga elétrica resultante ), microscopia (análise com o uso de microscópios para produzir laudos), imunofluorescência (microscópios de fluorescência ou espectofotômetros detectam a presença de substâncias fluorescentes), radioimunoensaio (reação antígeno-anticorpo para dosagem, junto com um antígeno radioativo em um tubo de ensaio – quanto maior a fluorescência, menos antígeno haverá no paciente ), diálise (purificação para o tratamento com membrana semipermeável para passagem de proteínas de acordo com o tamanho – a hemodiálise é um método in vivo!), pHmetria e cromatografia (separação, identificação e quantificação). quantificação). Métodos de eletrodiagnóstico: eletrodiagnóstico: usam-se os sinais elétricos vindos de algum local do paciente para fazer um gráfico. Exemplos: ECG, EEG, Holter, teste ergométrico, mapeamento cerebral e eletroneuromiografia. eletroneuromiografia.
TOMOGRAFIA COMPUTADORIZADA (TC) Produz imagens radiográficas do corpo que se assemelham a cortes anatômicos transversais. Nessa técnica, um feixe de raios-X atravessa o corpo enquanto o tubo de raios-X e o detector giram em torno do eixo. Assim, executa-se uma varredura linear durante a qual se fazem medidas de radiação transmitida através do corpo do paciente. Os dados coletados são armazenados num computador que efetua a análise para reconstituir uma imagem das estruturas anatômicas de uma secção transversal de uma das partes do corpo. A imagem que reflete as propriedades de absorção é, então, apresentada num anteparo de um tubo de raios catódicos. As imagens de TC são sempre exibidas como se o observador estivesse aos pés do paciente em decúbito dorsal, isto é, uma visa inferior.
ULTRASSONOGRAFIA Técnica que permite ver estruturas superficiais ou profundas do corpo mediante registro de pulso de ondas ultrassônicas refletidas pelos tecidos. Um transdutor entra em contato com a pele e gera ondas sonoras de alta frequência que atravessam o corpo e são refletidas pelas interfaces de tecidos de diferentes características, como os tecidos moles e o osso. Os ecos são refletidos pelo corpo chegam ao transdutor e são convertidos em energia elétrica. Os sinais elétricos são registrados e exibidos em monitor como uma imagem seccional, que pode ser vista em tempo real e registrada como uma única imagem, ou em fita de vídeo. Vantagens: mais barata que a TC e a RMN; portátil, podendo ser feita até à beira no leito ou na mesa de cirurgia; produção de imagens em tempo real; não usa radiação; não é invasiva e mostra o movimento de estruturas e o fluxo nos vasos sanguíneos.
RESSONÂNCIA MAGNÉTICA NUCLEAR (RMN) O organismo deve ser posto em um campo magnético estático. Isso vai induzir um direcionamento de prótons que estão presentes no hidrogênio em moléculas de água. Aqueles prótons que possuem baixo nível de energia ficam paralelos ao campo e os que têm alto nível de energia ficam antiparalelos ao campo. Então, é aplicado um pulso de radiofreqüência. As imagens permitem melhor diferenciação tecidual, sendo muito semelhantes a cortes anatômicos, sobretudo no encéfalo.
CINTILOGRAFIA OU CINTIGRAFIA Usa-se no paciente uma substância chamada traçador, que possui afinidade com o órgão de interesse. Essa substância é constituída por materiais radioativos, que vão ficar na superfície da célula ou em estruturas no interior delas. Irão emitir radiação para o estudo das partes desejadas. A cintilografia é usada na Medicina Nuclear. Aplicações: a) Mapeamento da tireoide, através da captação de iodo. b) Função pulmonar, através gases inspirados (como isótopos de carbono, nitrogênio, oxigênio e xenônio) ou injetados intravenosamente (xenônio e nitrogênio). c) Fisiologia cardíaca, através da injeção intravenosa de albumina ou hemácias marcadas com um isótopo do tecnécio ou o partectenato de sódio radioativo. d) Doenças metabólicas, com o uso de radioisótopos de carbono, hidrogênio, oxigênio, fósforo, ferro, enxofre etc.
RAIOS-X
Descoberta: Rötgen recobriu a ampola de Crooks com papel preto. Com o uso do PtBa(CN)4 como sensor de radiações ionizantes e aplicando uma alta diferença de potencial, viu que o papel ficou transparente. Rötgen aprimorou a ampola, usando a platina no lugar do alumínio e, posteriormente o tungstênio (que possui maior PE) Efeito termoiônico: o aquecimento de um gás faz com que este se ionize, liberando elétrons e formando uma nuvem negativa. Quando aplica-se uma diferença de potencial, os elétrons se deslocam até o ânodo positivo e interagem com os átomos do metal e deslocam os elétrons orbitais, fazendo estes passarem para um meio externo (ao ganhar energia) e outros retornarem para orbitais internos (com perda de energia). A isso, denomina-se convecção eletrônica. Bremsstrahlung: pequeno desvio que os elétrons com muita energia cinética sofrem ao se aproximarem do núcleo. Eles perdem sua energia e liberam-na na forma de fótons de raios-X. 99% da energia cinética dos elétrons é convertida em calor e apenas 1% vira raios-X. O Bremsstrahlung depende da distância do elétron ao núcleo, da energia cinética do elétron e da carga do núcleo. Os raios-X produzidos por Bremsstrahlung constituem um espectro contínuo com comprimento de onda entre 0,1 e 0,5 Angstroms. A quantidade de raios-X gerada depende do fluxo de elétrons que colide com o ânodo. Mesmo o tungstênio sendo o mais resistente ao calor, ele não é bom fornecedor de raios catódicos.
Ânodos giratórios: extensa superfície de cobre para o bombardeamento de elétrons Os raios-X podem ser duros (baixa energia e alto comprimento de onda) ou moles (alta energia e baixo comprimento de onda). Assim, é preciso e uso de filtros para reter as radiações fracas e deixar passar apenas as de alto poder de penetração. Fatores que controlam a intensidade e a qualidade dos raios-X: diferença de potencial aplicada, aquecimento do filamento, material que constitui o ânodo (quanto maior o número atômico, melhor será) e filtros acoplados. Componentes do gerador de raios-X: transformador (armadura aterrada para prevenir choques elétricos), painel de comando, ampola e mesa para o paciente. Até alcançar a película radiográfica, os raios-X passam por: filtração na parede da ampola de raios-X, filtros metálicos colocados nos trajetos dos raios, as estruturas biológicas do paciente e as écrans reforçadoras (evitam grandes exposições dos pacientes, e converte os fótons visíveis para impressionar a película, já que sua sensibilidade à ação direta é baixa) Diafragmas (chumbo, barato, muita penumbra), filtros e colimadores (chumbo, pouca penumbra): evitam grandes dispersões dos feixes de raios-X. A decodificação da imagem é feia pela mudança do comprimento de onda dos fótons que emergem do paciente examinado. A qualidade da imagem depende especialmente da espessura, do tamanho e da densidade dos grãos fotossensíveis. Quanto menores forem, maior será a resolução (poder de distinguir dois pontos próximos) apresentada pela imagem. Camada fotossensível: emulsão AgBr (90 a 99%) e AgI (1 a 10%) Gelatina: cobre a camada fotossensível cristais de haleto de prata A revelação das imagens é feita com substâncias redutoras, como a hidroquinona. Quando esta interage com os íons de prata, ela os neutraliza e produz Ago em meio alcalino pH alcalino. A prata não reduzida pelo revelador é removida pelo fixador: AgBr + Na2SO4 complexo tio-sulfato-prata + NaBr
A IMAGEM RADIOGRÁFICA
Contraste (C): C = Io/Is, onde Io é a a intensidade de radiação que atravessa áreas vizinhas e Is é a intensidade de radiação que atravessa o objeto. A qualidade da radiografia depende da corrente aplicada para o aquecimento, da tensão, do tempo de exposição e da distância entre a ampola e o objeto examinado. Os raios-X com alta frequência (raios “duros”) têm grande poder de
penetração e não servem para órgãos como músculos e o tecido mamário, mas já em órgãos intra-abdominais, eles são necessários. Efeitos a curto prazo da radiação: altas doses de radiação (acima de um Sv) recebidas por uma grande área do corpo por muito tempo. Seus efeitos são: náusea, vômitos, prostração, perda de apetite e peso, febre, hemorragias dispersas, queda de cabelo e forte diarreia (síndrome aguda da radiação). Afeta os sistemas hematopoiético (abaixo de 5 Sv), gastrointestinal (entre 5 e 20 Sv) e nervoso (acima de 20 Sv). Efeitos a longo prazo da radiação: altas doses num curto intervalo de tempo ou pequenas doses por um longo intervalo de tempo. Seus efeitos são genéticos (afetam as células reprodutoras, acometendo as gerações futuras) e somáticos (aumentando a incidência de câncer, anormalidade no desenvolvimento do embrião, indução de catarata e redução na vida média). Umbra: região em que não há iluminação Penumbra: região que é pouco iluminada
ESPECTROFOTOMETRIA
Consiste em usar o espectro radiante para inspecionar sistemas biológicos, especialmente soluções. Um feixe de energia atravessa a solução, e sua absorção oferece informações sobre a qualidade e quantidade dos compostos do sistema. Espectrofotometria de absorção: um espectrofotômetro produz luz monocromática e mede a luz absorvida pelas soluções. A fonte de luz tem seu feixe focalizado pelo colimador sobre um prisma de quartzo. A luz é decomposta em ultravioleta, violeta, azul, verde, amarelo, laranja, vermelho e infravermelho. Uma fenda seletora escolhe uma fina porção desse espectro como luz monocromática. Essa luz passa através da cubeta que contem a solução, e parte é absorvida, parte transmitida. Uma fotocélula acoplada a um galvanômetro mede a luz transmitida. O galvanômetro tem uma escala especial de 0 a 2. Que indica leituras lineares, aritmeticamente proporcionais à absorção da luz. As fontes de luz ultravioleta são geralmente lâmpadas de hidrogênio, ou de deutério. Para o visível e o infravermelho, as lâmpadas de tungstênio e irradiadores de cerâmica são usados. A decomposição da luz é feita, além de prismas, por grades de difração. Um método simples de obter luz monocromática é usar filtros, que são pedaços de vidro colorido especiais, que deixam passar luz da sua cor. A luz monocromática dos filtros é de qualidade inferior à dos primas e grades. Esses filtros de absorção podem ser combinados a camadas de interferência, que melhoras. sua seletividade. Para o infravermelho longo, usam-se cristais de NaCl como monocromadores. As
cubetas são de vários formatos, mas a cubeta padrão tem trajeto óptico de 1cm. É usada para determinar quais os comprimentos onda absorvidos pelas substâncias (obtém-se a Curva de Absorção Espectral) e a concentração das substâncias (obtém-se uma relação entre a concentração e a absorção luminosa). A Curva de Absorção Espectral permite identificar substâncias (funcionando como uma espécie de “impressão digital” das substâncias e caracterizando a
presença desses compostos), identificar grupamentos químicos (como carboxila e amina, que apresentam curvas espectrais características, principalmente na faixa do infravermelho), indicar a pureza das substâncias (quando a curva se afasta do esperado, impurezas podem ser suspeitas na solução) e indicar os comprimentos de onda para dosagem de substância (para isso, tem-se que escolher um comprimento de onda que seja absorvido especificamente). As substâncias possuem cores diferentes daquelas que absorvem. Costuma-se chamar de par complementar essas coisas absorvidas x exibidas. Por exemplo, verde-vermelho, azul-amarelo. Espectrofotometria de chama: o sistema biológico excitado emite luz, que á a característica da substância emissora. Usada exclusivamente para cátions que quando são aquecidos emitem luz característica. A solução a ser analisada é You're Reading a Preview gotejada ou vaporizada no queimador, em alta temperatura. O s cátions + trial. access with a (K free emitem luz: amarela Unlock (Na +),fullvermelha ), avermelhada (Ca2+). Um filtro seleciona o comprimento de onda (cor) do metal que se quer dosar. A luz Download With Free Trial específica, que é proporcional à concentração do emissor, estimula a fotocélula, que aciona o galvanômetro.
