Fundamentos da Biofísica Termodinâmica

Transcrição

1 Fundamentos da Biofísica Termodinâmica Kelser de Souza Kock

2 Introdução Estudo dos processos em que há transformação de energia e o comportamento dos corpos nessas transformações.

3 Introdução O que é energia? A energia pode ser criada?

4 Lei zero Equilíbrio térmico Termorregulação Se dois corpos estiverem em equilíbrio térmico com um terceiro, estarão em equilíbrio térmico um com o outro.

5 Lei zero Equilíbrio térmico Termorregulação

6 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 25 º C? Por que o frio pode queimar?

7 Lei zero Equilíbrio térmico Termorregulação

8 Lei zero Equilíbrio térmico Termorregulação

9 Lei zero Equilíbrio térmico Termorregulação

10 Lei zero Equilíbrio térmico Termorregulação

11 Lei zero Equilíbrio térmico Termorregulação

12 Vestuário Lei zero Equilíbrio térmico Termorregulação As roupas de inverno esquentam?? Qual a influência das roupas na termorregulação? Vento e Umidade Qual a relação entre essas variáveis e sensação térmica?

13 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

14 Primeira Lei Conservação de energia Metabolismo

15 Primeira Lei Conservação de energia Metabolismo

16 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??

17 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

18 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.

19 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.

20 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.

21 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.

22 Segunda Lei Entropia Envelhecimento e Doenças

23 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.

24 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.

25 Bibliografia Garcia, Eduardo, A. C. Biofísica. São Paulo: Sarvier, HENEINE, Ibrahim Felippe. Biofísica básica. São Paulo: Atheneu, OKUNO, E.; CALDAS, I. L.; CHOW, C.l. Física para ciências biológicas e biomédicas. São Paulo: HARBRA, p.