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Fundamentos da Biofísica Termodinâmica
Kelser de Souza Kock
http://biofisicaunisul.blogspot.com.br/
Introdução
• Estudo dos processos em que há transformação de energia e o comportamento dos corpos nessas transformações.
Lei zero – Equilíbrio térmico Termorregulação
• Se dois corpos estiverem em equilíbrio térmico com um terceiro, estarão em equilíbrio térmico um com o outro.
Lei zero – Equilíbrio térmico Termorregulação
• Qual o significado da sensação de frio e calor? (está correto este termo?)
• Por que nos sentimos confortáveis a uma temperatura média de 25º C?
• Por que o frio pode queimar?
Lei zero – Equilíbrio térmico Termorregulação
• Vestuário
– As roupas de inverno esquentam??
– Qual a influência das roupas na termorregulação?
• Vento e Umidade
– Qual a relação entre essas variáveis e sensação térmica?
Primeira Lei – Conservação de energia Metabolismo
A quantidade de calor fornecida ao sistema é igual a variação da energia interna mais o trabalho que ele
realiza:
Q = U + W
Num sistema isolado, a energia total permanece constante:
U = Q – W
ou
U energia interna do sistema metabolismo basal
Q calor fornecido ao sistema ingesta calórica
W trabalho realizado pelo sistema atividade física
Primeira Lei – Conservação de energia Metabolismo
Q = Energia dos alimentos (cal)
W = Custo calórico (Kcal/min) = METs x 3,5 x massa (kg)
200
Equivalente mecânico 1 cal ~ 4,2 J
Qual a Potência do ser humano ??
Primeira Lei – Conservação de energia Metabolismo
MET(s) Exemplos
1 repouso
2 pesca, alongamento
3 caminhada 4 km/h, ciclismo 50 W (muito leve), dança de salão lenta, boliche, jardinagem
4 caminhada 6 km/h, ciclismo < 16 km/h, aeróbica aquática, cavalgar
5 caminhada 6,5 km/h, ciclismo 80 W, (leve), ginástica aeróbica de baixo impacto, tênis (dupla), dança de salão (rápida)
6 caminhada 7,5 km/h, ciclismo 16 a 20 km /h, paddle, natação (lazer)
7 jogging, ciclismo 150 W (moderado), remo (moderado), natação (costas e livre), tênis, futebol casual, patinação
8
corrida 8 km/h, ciclismo 20 a 22 km/h, escalada, vôlei de praia, handebol, exercícios calistênicos vigorosos, pular corda
(lentamente)
9 corrida 8,5 km/h, ciclismo 22 a 24 km/h, cross country, step ergométrico, boxe
10
corrida de 9,5 km/h, ciclismo 200 W (vigoroso), natação livre e peito (vigoroso), paddle (competição), futebol
(competição), artes marciais, pular corda (moderadamente)
11 corrida de 10,5 km/h, ciclismo 24 a 26 km/h
12 corrida de 11,5 km/h, ciclismo de 26 a 28 km/h, canoagem (vigorosa), pular corda (rapidamente)
13 corrida de 13 km/h, ciclismo 250 W (muito vigoroso)
14 corrida de 13,5 km/h, esqui cross country (corrida)
15 corrida de 14,5 km/h, ciclismo > 28 km/h, patinação com velocidade
Segunda Lei – Entropia Envelhecimento e Doenças
• Em qualquer sistema físico, a tendência natural é o aumento da desordem. O reestabelecimento da ordem só é possível mediante o dispêndio de energia.
Segunda Lei – Entropia Envelhecimento e Doenças
• Em se tratando de seres vivos, podemos dizer que a procura se dá no sentido de maior organização, eficiência e utilização de energia, justamente pelo processo de diminuir a entropia.
• De acordo com a máxima poética de Schrödinger:
– “Os seres vivos se nutrem de entropia negativa”.
Segunda Lei – Entropia Envelhecimento e Doenças
• Dessa forma, a vida pode ser descrita como a luta pelo abaixamento da entropia. Isto resulta em aumenta da entropia ambiental. Viver é retirar é retirar organização do ambiente, é estar em constante não equilíbrio com o meio. A diferença entre estado hígido (saúde) e estados patológicos (doenças), é apenas no grau de entropia, que é aumentado no segundo caso.
Segunda Lei – Entropia Envelhecimento e Doenças
• seres vivos -> sistemas abertos, pois estão em regime estacionário, diferente de sistemas fechados que entram em equilíbrio dinâmico com o ambiente.
• Contudo, todos os processos biológicos são irreversíveis, e o envelhecimento é a entropia natural dos seres vivos. A morte é o estado de máximo de entropia. Assim, nesse sentido, o equilíbrio é a morte do sistema biológico.
Conclusão
• Lembrando que, na maquinaria biológica celular não há motores de explosão, cilindros a vapor, ou outros artefatos mecânicos. As células não usam energia mecânica (expansão de gases) ou energia térmica (calor) para produzirem trabalho. As células usam energia livre, que é um tipo de energia elétrica que produz trabalho em condições isobáricas, isotérmicas e isovolumétricas. Dessa forma, os seres vivos recorrem aos alimentos, retirando energia através das oxidações metabólicas.
Conclusão
• Assim, através dessa analogia termodinâmica, não podemos nos abster de comentários a respeito da visão simplista e reducionista desses métodos, ressaltando a complexidade dos mecanismos metabólicos e nutricionais.