Fundamentos da Biofísica Introdução
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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. Introdução • O que é energia? • A energia pode ser criada? 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 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 Lei zero – Equilíbrio térmico Termorregulação Lei zero – Equilíbrio térmico Termorregulação Lei zero – Equilíbrio térmico Termorregulação Lei zero – Equilíbrio térmico Termorregulação 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 ou Num sistema isolado, a energia total permanece constante: U=Q–W 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 Primeira Lei – Conservação de energia Metabolismo 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. Segunda Lei – Entropia Envelhecimento e Doenças 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. Bibliografia • Garcia, Eduardo, A. C. Biofísica. São Paulo: Sarvier, 2002. • HENEINE, Ibrahim Felippe. Biofísica básica. São Paulo: Atheneu, 1996. • OKUNO, E.; CALDAS, I. L.; CHOW, C.l. Física para ciências biológicas e biomédicas. São Paulo: HARBRA, 1986. 490 p.
