Acredita-se que os agentes físicos exógenos participem da regulação de forma e função dos tecidos biológicos, afetando remodelamento, metabolismo, reparo e crescimento.

Ha uma ampla literatura que trata do efeito de sinais externos sobre as respostas de síntese, mitogênese e proliferação em células in vitro. Acredita-se que as respostas fisiológicas ao estímulo físico sejam devidas a mecanismos celulares que envolvem receptores presentes na membrana plasmática das células. Os mecanismos de transdução dos agentes físicos podem ser investigados indiretamente pelo estudo de seus efeitos em sistemas que permitam medidas de atividade e proliferação celulares.

A compreensão dos mecanismos biofísicos de regulação do reparo e crescimento dos tecidos biológicos envolve fenômenos em nível da atividade celular. Envolvendo e definindo o domínio da célula a membrana plasmática mantém diferenças essenciais entre o conteúdo celular e o meio ambiente. Ela controla a entrada de nutrientes e a saída de metabólitos e gera diferenças de concentrações entre os meios intra e extracelular. Embebidas na dupla camada lipídica, as moléculas de proteína intermediam a maioria das funções da membrana, inclusive as funções de transporte de moléculas específicas para dentro ou para fora da célula. Ainda, a membrana atua como sensor na recepção dos estímulos externos. As interações com os agentes físicos externos podem ocorrer tanto através das moléculas de lipídios quanto das proteínas da membrana plasmática.

A sub-área de concentração Interação de Agentes Físicos com os Sistemas Biológicos, originalmente "Efeitos Biológicos do Ultra-Som", surgiu a partir do trabalho pioneiro do Prof. Luiz Romariz Duarte que desenvolveu o método da "Estimulação Ultra-sônica da Regeneração Óssea" e demonstrou experimentalmente a aceleração de processo de reparo ósseo em fraturas com retardo de consolidação e pseudartroses. Entretanto, a explicação científica para o método requereu um grau de investigação das propriedades físicas do osso em nível celular, uma vez que os resultados observados não poderiam ser explicados unicamente por mecanismos envolvendo variação de pressão no meio ou envolvendo campos elétricos (piezelétricos) unicamente, mas sim por um sinergismo entre eles. Ainda, o parâmetro freqüência dos estímulos aplicados mostrou-se de fundamental importância nos efeitos observados. Surgiu, assim, a necessidade de uma compreensão em nível molecular da biofísica dos processos de interação do ultra-som, agente físico, com o sistema biológico. Uma vez que os sítios de interação situam-se na membrana plasmática e apresentam-se diferenciados e especializados, criou-se uma sub-área de concentração completa, voltada à interpretação dos mecanismos de interação dos agentes físicos. Neste campo, o CPBIB desenvolveu diversos projetos de dissertação, concentrados nos efeitos biológicos do ultra-som de baixa intensidade, principalmente no caso de regeneração tecidual, e na sua comparação com efeitos de ultra-som de média intensidade.

Por outro lado, os agentes físicos regularmente utilizados na fisioterapia e reabilitação, tais como ultra-som e campos eletromagnéticos, apresentam efeitos térmicos e não-térmicos, com efeitos terapêuticos ou deletérios, dependendo de parâmetros como freqüência e intensidade. Há interesse tanto nos efeitos em nível macroscópico, onde campos mecânicos e correntes elétricas podem apresentar efeitos tais como lesões teciduais quanto, efeitos microscópicos, onde rupturas de estruturas citoplasmáticas, por exemplo, podem ser relevantes. Neste campo, de forte interesse clínico, existem diversas questões a responder, algumas da quais têm sido alvo de projetos de dissertação do PPBIB.

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