Fundamentos da Biofísica Introdução

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.