O QUE É DIFUSÃO ?

DIFUSÃO

Difusão refere-se ao movimento microscópico aleatório da água e outras pequenas moléculas devido a colisões térmicas. A difusão também é conhecida como movimento browniano , nomeado em homenagem ao botânico escocês Robert Brown, que observou pela primeira vez a vibração espontânea de partículas de pólen sob o microscópio em 1827.

A difusão deve ser distinguida de outros processos dispersivos resultantes do transporte de partículas a granel pelo próprio meio fluido. Por exemplo, o turbilhão inicial de tinta que caiu em um copo de água não é uma manifestação de difusão, mas é principalmente devido a forças gravitacionais mais correntes de convecção induzidas termicamente e mecanicamente . Somente em estágios posteriores, quando o corante se tornou mais uniformemente distribuído e as correntes iniciais diminuíram, a difusão se torna dominante. Uma melhor experiência demonstrando difusão pura é colocar o corante em uma placa de ágar (onde não existem correntes de convecção). Aqui, as gotículas de tinta são vistas para se difundirem simetricamente com o tempo, aumentando gradualmente e desaparecendo na cor.

Em meados do século XIX, o físico alemão Adolf Fick modelou a difusão como o movimento de partículas de uma região de maior concentração para uma região de menor concentração. Fick mostrou que o fluxo de partículas era diretamente proporcional ao gradiente de concentração, relacionado pelo fator D , o coeficiente de difusão . Como D reflete o fluxo de partículas através de uma superfície durante um certo período de tempo, possui unidades de área / tempo (por exemplo, mm² / seg).

Um problema com a análise de Fick é que quando os gradientes de concentração desaparecem, não deve haver fluxo líquido. Pode-se, portanto, erroneamente concluir que a difusão parou. No entanto, colisões térmicas e fluxos difusivos ainda continuam em equilíbrio; eles simplesmente se anulam.

Foi somente em 1905 que Albert Einstein desenvolveu uma teoria matemática abrangente para explicar o movimento browniano e incorporar as leis de difusão de Fick. (Isso fazia parte da tese de doutorado de Einstein!) Sua abordagem original era modelar o processo como um "passeio aleatório" estatístico com uma distribuição gaussiana (normal).

A difusão de moléculas de água (setas vermelhas) é dificultada no compartimento
 intracelular devido à presença de macromoléculas, aumento da viscosidade e múltiplas membranas. 
Apenas leve restrição de difusão (devido principalmente à tortuosidade) ocorre no espaço extracelular.

A constante de difusão para água pura à temperatura do corpo é cerca de 3,0 x 10 -3 mm 2 / seg. Os valores de D para os tecidos biológicos são apenas 10-50% do tempo, talvez, 1,0 x 10 -3 mm 2 / seg sobre a média.

De acordo com o modelo de passeio aleatório, isso significa que durante o período de tempo de ~ 50 ms de uma seqüência de imagens ponderada por difusão, cerca de 2/3 das moléculas de água do tecido permanecerão dentro de 10 µm de sua origem.

Moléculas de água são distribuídas entre os compartimentos intracelular e extracelular em uma proporção de aproximadamente 3: 1 (a proporção exata depende do órgão de interesse). O equilíbrio entre estas duas piscinas é mantido por bombas de íons Na-K dependentes de energia. Quando estas bombas falham (como pode acontecer com insultos tóxicos ou hipóxico-isquêmicos), o inchaço e / ou a ruptura celular podem ocorrer com mudanças dramáticas nas frações da água e na difusividade.

As doenças podem aumentar ou diminuir a difusão da água nos tecidos. Os tempos de difusão muitas vezes são prolongados em muitas doenças não agudas e crônicas. Tecidos remotamente lesados ​​contêm evidências de destruição celular, incluindo citoarquitetura interrompida, necrose ou degeneração microcística. Estes tecidos lesionados para ter espaços extracelulares maiores tornam-se mais "semelhantes a água". Além de apresentar coeficientes de difusão prolongados, eles também freqüentemente apresentam elevações de seus tempos T1 e T2 pelas mesmas razões.

A redução acentuada na difusão do tecido ocorre muito menos comumente do que o prolongamento da difusão, mas quando ocorre pode ter um efeito dramático nas imagens de RM ponderadas por difusão, tornando as áreas anormais "brilhantes". Doenças onde isso pode ocorrer incluem isquemia aguda, infecções, abscessos, insultos tóxicos-metabólicos e tumores altamente celulares.

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