Biofísica da Visão

Centro Universitário Franciscano
Curso de Fisioterapia
Biofísica
Prof: Valnir de Paula
Unidade III
Biofísica da Visão
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Roteiro
Fundamentos Físicos
Biofísica da Visão Normal
Processos Patológicos da Visão
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Onda Eletromagnética
 Uma carga elétrica cria à sua volta um campo elétrico. Se
esta carga for acelerada, haverá uma variação do campo
elétrico no tempo, que irá induzir um campo magnético.
 Estes campos são perpendiculares entre si e constituem
uma onda eletromagnética.
 A direção de propagação da onda é perpendicular às
direções de vibração dos campos que a constituem.
 Uma onda eletromagnética propaga-se no vácuo à
velocidade constante de 300.000 km/s.
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Onda Eletromagnética
A sua frequência é inversamente proporcional ao comprimento
da onda, de acordo com a equação:
f 
v

Onde f é a frequência, v é a
velocidade e λ é o comprimento
da onda
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Espectro Eletromagnético
 Tomando o espectro de ondas eletromagnéticas, todas as
ondas que são visíveis, possuem uma faixa de freqüências que
se estende de 4,5.1014 Hz , a 7,5.1014 Hz .
 Esta faixa possui as sete cores fundamentais que podemos
relacioná-las em ordem de freqüência crescente, como:
vermelho, alaranjado, amarelo, verde, azul, anil e violeta.
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Espectro Eletromagnético
 Todas as radiações que apresentam uma freqüência menor
que 4,5. 1014Hz (cor vermelha), não são capazes de
estimular nossos olhos, tornando-se assim invisíveis, como
por exemplo, as ondas de calor, de microondas, telefonia, TV
e rádio (todas ondas infra-vermelhas).
 Já todas as radiações que apresentam uma freqüência maior
que 7,5.1014Hz (cor violeta), também são invisíveis, como
por exemplo, o ultravioleta, os raios –X, e os raios γ.
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Refração da Luz
Quando a luz se propaga de um meio a outro, dizemos que
esta se refratou. Ao se refratar, o feixe de luz muda sua
direção. Na figura abaixo a luz se refratou do meio 1 para o
meio 2. O meio 2 é mais refringente que o meio 1, pois possui
maior índice de refração, sendo que a velocidade é menor e o
comprimento de onda é maior neste meio.
Exemplo do efeito de refração
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Índice de Refração
Índice de refração (n) é uma relação entre a velocidade da luz
no vácuo e a velocidade da luz em um determinado meio.
A relação pode ser descrita pela fórmula:
c
n
v
Onde: c é a velocidade da luz no vácuo (c = 3 x 108 m/s) e v é
a velocidade da luz no meio;
A velocidade da luz nos meios materiais é sempre menor que c.
Logo, sempre teremos n > 1.
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Dispersão da Luz
É a relação de dependência do índice de refração com o
comprimento de onda da luz. É a dispersão que faz com que a
luz branca incidindo sobre um prisma de vidro seja refratada,
separando as várias cores desde o vermelho ( maior λ ) até o
violeta ( menor λ ).
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O Arco Íris
O arco-íris é um fenômeno óptico que se forma em razão da
separação das cores que formam a luz solar. Ele pode ser
observado sempre que existirem gotículas de água suspensas
na atmosfera e a luz solar estiver brilhando acima do
observador em baixa altitude ou ângulo, ou seja, ele pode
acontecer durante ou após uma chuva. Esse acontecimento
ocorre em razão da dispersão da luz.
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O Disco de Newton
 A recomposição da luz branca (soma das cores) pode ser
obtida através um aparelho que é chamado disco de Newton.
 Este disco, contendo as mesmas cores que compõem o
espectro de luz branca, adquire uma cor uniformemente
branca quando girado velozmente
Disco com
as cores
Mesmo disco em
alta rotação
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Difração da Luz
A difração da luz é observada quando
um feixe de luz atravessa uma
abertura estreita e ilumina uma área
maior do que a própria abertura.
A luz chega a lugares onde deveria
ser sombra, mostrando que a onda
contorna o obstáculo.
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Polarização da Luz
Em geral, temos uma onda luminosa com campos elétricos e
magnéticos apontando em todas as direções, sempre
perpendiculares à direção de propagação.
Com o uso de filtros é possível “selecionar” as direções que nos
interessam, permitindo obter luz polarizada, ou seja, luz com
vibrações eletromagnéticas numa única direção.
Uma das aplicações da polarização da luz ocorre nas lentes dos
óculos de sombra.
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Polarização da Luz
Há uma estreita correlação entre configuração molecular,
atividade óptica e estrutura cristalina.
Cores observadas após a luz branca polarizada atravessar
solução de sacarose, vistas pelo topo do arranjo experimental.
Em cada caso, o polarizador superior foi girado segundo certo
ângulo.
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Lentes
São materiais transparentes, limitados por duas faces, sendo
uma curva e a outra plana ou curva.
Quando atravessadas por um conjunto paralelo de raios de luz,
fazem com que ocorra convergência ou divergência dos
mesmos.
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Lentes
As lentes convergentes são aquelas que, ao serem
atravessadas por raios de luz, tendem a aproximá-los.
As lentes divergentes tendem a afastá-los.
Quando uma lente é atravessada por um feixe de raios paralelos, esses
raios se concentram em um único ponto, chamado foco ( f ).
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Lentes
 Quanto menor o foco, maior a capacidade da lente de
desviar os feixes de luz. A isso chamamos Vergência definida
por:
V = 1/f
 Onde V é a Vergência e f é a distância do vértice da lente
até o foco. A Unidade de medida S.I. da Vergência é a
dioptria (di) e a do foco é o metro (m).
 No olho humano existem três meios que funcionam como
lentes: a córnea, do tipo côncavo-convexa (convergente); o
humor aquoso do tipo convexo-côncava, (divergente) e o
cristalino do tipo biconvexa (convergente).
 Ou seja, temos duas lentes convergentes e uma divergente,
constituindo um sistema de efeito global fortemente
convergente.
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A Câmera fotográfica (Câmara escura)
 O funcionamento da Câmara Escura da máquina fotográfica
é bastante semelhante ao do olho humano.
 Cada um dos pontos do objeto colocado diante da lupa de
uma câmara escura envia luz em trajetórias retilíneas. Os
raios de luz que atravessam o orifício (obturador), passam
pela lente e se propagam até ao fundo da caixa formam a
imagem invertida do objeto.
Câmera
fotográfica
Obturador
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A formação da imagem no olho
A luz atravessa a córnea, segue através do cristalino (lente
convergente), onde sofre refração e atinge a retina, que é rica
em células fotorreceptoras (cones e bastonetes) local onde
ocorrem as conversões químicas que sensibilizam a retina
efetivando a fototransdução.
A retina funciona
como um conjunto de
células fotoelétricas,
que recebem a
energia luminosa e a
transformam na
energia elétrica
(potenciais de ação).
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Anatomia do Olho
O olho humano é um órgão extremamente complexo; atua
como uma câmera, coletando, focando luz e convertendo a luz
em um sinal elétrico traduzido em imagens pelo cérebro. Mas,
em vez de um filme fotográfico, o que existe aqui é uma retina
altamente especializada que detecta e processa os sinais
usando dezenas de tipos de neurônios.
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Anatomia do Olho
Cristalino: Parte do frontal do olho que funciona como uma lente
convergente, do tipo biconvexa
Pupila: comporta-se como um obturador, controlando a quantidade de
luz que penetra no olho.
Retina: é a parte sensível
à luz, onde são projetadas
as imagens formadas pelo
cristalino, e enviadas ao
cérebro.
Músculos ciliares:
distendem
convenientemente o
cristalino, alterando a
distância focal.
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Movimento da pupila
 Dependendo da intensidade da luz incidente no olho, a
pupila regula seu diâmetro.
 O músculo esfíncter da pupila diminui o diâmetro,
enquanto que o músculo dilatador da pupila o aumenta, de
acordo com o estímulo luminoso.
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Fototransdução
 A retina contém 3 camadas de neurônios: 1 camada de
células fotorreceptoras (cones e bastonetes), 1 camada de
células bipolares e 1 camada de células ganglionares.
 Os cones são as células especializadas na identificação das
cores.
 A camada fotorreceptora é que produz os potenciais
geradores de sinal. Após passar essa camada, a informação
é conduzida às células bipolares e depois às células
ganglionares.
 O axônios das células ganglionares unem-se para formar o
nervo óptico.
 O nervo óptico transmite os impulsos visuais ao córtex
cerebral do lobo occipital do cérebro, que interpretará a
sensação visual.
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Foto
transdução
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Centro da Visão no Cérebro
Devido ao cruzamento no
quiasma óptico, o lado direito
do córtex interpreta as
sensações visuais do lado
esquerdo de um objeto e o
lado esquerdo interpreta as
sensações do lado direito do
objeto.
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Formação da Imagem
A formação da imagem na retina requer 4 processos básicos:
1) Refração dos raios de luz;
2) Acomodação (aumento da curvatura) da lente (cristalino);
3) Constrição da pupila
4) Convergência dos olhos
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Formação da Imagem
Quanto maior a curva da lente, mais os raios desviam, uns em
direção aos outros. Para ajustar o foco de visão de um objeto
próximo ou distante, o cristalino pode alterar o ponto de foco,
variando a sua curvatura. Essa variação da curvatura da lente
do olho é chamada de acomodação.
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Hipermetropia
 É uma patologia em que o eixo ocular é mais curto que o
normal. Em conseqüência, o olho hipermétrope tem
dificuldade em ver objetos próximos.
 Um objeto colocado a pequena distância tem sua imagem
formada depois da retina. Pode-se corrigir a hipermetropia
com uma lente convergente.
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Miopia
Neste caso, a imagem recai antes da retina. Em conseqüência,
o olho míope tem dificuldade em ver objetos a grande distância.
Pode-se corrigir miopia com uma lente divergente ou
cirurgicamente, com a utilização de raio laser para adequar a
curvatura da córnea.
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Astigmatismo
 O astigmatismo ocorre devido as imperfeições de curvatura
da córnea, ou, mais raramente, do cristalino.
 A correção é feita com lentes cilíndricas, que apresentam
convergência maior numa direção que em outra.
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Presbiopia
 A presbiopia ou “vista cansada” ocorre devido à perda de
flexibilidade dos músculos ciliares ou ao aumento da rigidez
do cristalino, o que reduz o poder de acomodação.
 A correção desta patologia é feita usando lentes bifocais.
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Daltonismo
 É uma patologia visual cuja pessoa pode ter ausência ou
redução na sensibilidade de um, dois ou dos três tipos de
cones.

 O caso mais comum de daltonismo é em virtude do cone
sensível ao vermelho, onde um objeto vermelho é visto como
sendo preto.
 Em casos menos comuns pode haver problemas com os cones
sensíveis ao verde ou ao azul.
Visão de um semáforo
para um daltônico, que
não percebe a cor
vermelha
Teste visual para detecção
de daltonismo
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Sensação de Movimento
 Os olhos se movem ao tentarmos fixar insistentemente
sobre um objeto. É por isso que determinadas formas de
disposição de linhas dão impressão de movimento.
 As imagens persistentes acabam cedendo lugar às novas
imagens formadas pelos movimentos involuntários do
olho, dando a sensação de movimento.
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Sensação de Movimento
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Referências
GARCIA, Eduardo Antônio Conde.Biofísica. São Paulo. Sarvier, 2007.387p.
OKUNO, E., CALDAS, I. L., CHOW, C. Física para ciências biológicas e
biomédicas. São Paulo: Harbra, 1982.
HANSEN, J. T., KOEPPEN, B. M. Atlas de Fisiologia Humana de Netter.
TORTORA, G. J. Corpo Humano, Fundamentos de Anatomia e Fisiologia.
4ª Edição. Editora Artmed. Porto Alegre. 2000
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