Biofísica das trocas de calor

e hoje nós vamos falar sobre a biofísica das trocas de calor corporal e entender os mecanismos que o nosso corpo usa para produzir e dissipar calor então nessa aula nós vamos aprender sobre os mecanismos de termogênese e termólise ou seja mecanismos de produção e mecanismos de perda de calor esses mecanismos eles são responsáveis por auxiliar na manutenção do metabolismo basal por meio do equilíbrio da temperatura interna do corpo nós sabemos que a temperatura é um dos principais fatores que afetam a função dos tecidos e consequentemente funcionamento do organismo o nosso organismo ele funciona através de

processos físicos e químicos e esses processos são sensíveis às alterações de temperatura e os seres vivos eles usam diferentes estratégias para regulação da temperatura nos seus órgãos e tecidos a gente sabe que você temperatura cai muito certo o funcionamento do organismo e se tiver um aumento exagerado da temperatura também teremos problemas devido à desnaturação das proteínas pode ser até fatal no organismo vamos conversar eles realmente então sobre os mecanismos de termogênese biológicas de geração de calor nós sabemos que os seres humanos eles obtêm energia química a partir dos alimentos essa energia ela é gradualmente liberada

através da oxidação dos açúcares e doces gorduras que são nossas formas de armazenamento de energia longo prazo e a energia ela passa a ser armazenada na forma de atp que são aquelas moléculas aqueles compostos a energia que armazena temporariamente para que a energia seja transportada para o local onde ela é necessário então a energia química ela vai ser transformada em trabalho biológico por exemplo no transporte de íons na síntese das macromoléculas síntese de lipídios e proteínas ou de ácidos nucleicos a gente pode transformar energia química em trabalho biológico na contração muscular também então tem várias

situações no nosso corpo onde nós fazemos transformação da energia química em energia mecânica bom então esse termo termogênese biológica nós estamos falando da energia sob a forma de calor que é proveniente do metabolismo corporal no nosso metabolismo nós temos dois grupos de reações nós temos reações anabólicas que são aquelas reações de construção de síntese de moléculas e nós temos reacções catabólicas que são aquelas reações de degradação de compostos tanto reações anabólicas quanto reacções catabólicas podem liberar energia e essa energia vai ser liberada sob a forma de calor e se nos lembrarmos lá da biologia do

segundo grau e pensarmos nas diferentes espécies animais nós vamos nos lembrar que nós temos os seres ectotérmicos com os peixes os répteis e os ativos e nós temos os homeotérmicos como as aves e os mamíferos esses termos eles se referem a capacidade dos seres vivos de regular a temperatura do corpo o homem ele mantém a temperatura corporal constante e acima da temperatura ambiente assim como todos os mamíferos e as aves para isso é necessário gasto energético e por isso é importante a busca constante por alimentos nós temos um aparelho fisiológico termorregulador ou seja nós temos

receptores da sensação de frio ou calor ali na superfície da pele e são esses receptores que vão mandar um sinal point e para a gente poder fazer a regulação da temperatura e quando o ser humano é exposto ao frio nós vamos ativar dois mecanismos diferentes a gente ativa a contração muscular que é uma termorregulação mecânica e nós também ativamos reações bioquímicas ectotermicas é a termorregulação química então nós temos reações em endotérmicas que absorvem energia e nós temos reações exotérmicas quando nós somos expostos ao frio o nosso mecanismo fisiológico de regulação da temperatura vai ativar as

reações exotérmicas que liberam calor então quando a gente fala de termogênese biológica nós temos dois mecanismos diferentes nós temos a termogênese química ea termogênese mecânica quando os termogênicos e mecânica a gente tá falando da produção de calor que ocorre durante o calafrio que é o que uma contração muscular desorganizada é uma resposta involuntária do nosso corpo resultante de uma atividade nervosa descontrolada então nós vamos ter a contração da pele e dos músculos em toda a extensão corporal isso é termogênese mecânica já a termogênese química ela vai ocorrer por meio de reações exotérmicas que vão acontecer

onde lá no metabolismo de gorduras e de açúcares e de proteínas que são a nossa reserva energética as gorduras nós sabemos que elas são uma importante fonte de energia térmica especialmente aquelas que são localizadas no tecido adiposo marrom que são as que convertem com mais facilidade a energia dos seus estoques é tão fundamentais para geração de calor no organismo homeotérmico ou seja nos seres humanos então nós temos os adipócitos brancos e os adipócitos marrons o adipócito branco tá aí representado na letra a' ou célula de gordura branca ele é uma célula madura que armazena os

triglicerídeos em uma única e grande gota lipídica que vai ocupar ele é porção central da célula então nessa célula a gente tem um deslocamento do citoplasma do núcleo e das demais organelas para periferia apesar dele ter volume volumes variáveis os adipócitos brancos eles são células muito grandes e podem alterar o tamanho de forma muito acentuada de acordo com a quantidade de triglicerídeos que foi acumulada ele fica distribuído de forma generalizada pelo corpo envolve o que o trem quase toda a região subcutânea ou seja embaixo da pele envolve os órgãos as vísceras ali na na cavidade

abdominal no tórax no peito e também envolve diversos grupamentos musculares os adipócitos brancos eles tem a função de fornecer proteção mecânica então são eles que vão amenizar o impacto de choques permitiram deslizamento adequado dos músculos uns sobre os outros sem comprometer ali integridade física ou funcional dos músculos e por eles terem uma distribuição mais abrangente ele também é considerado um isolante térmico por isso que os gordinhos sentem menos frio que as pessoas mais magras e agora o o depósito marrom ou a célula de gordura marrom ela tem como principal característica se termogênico ou seja ele

regula a produção de calor e consequentemente a temperatura corporal antigamente se pensava que esse tipo de depósito ele só estava presente em recém-nascidos e tava praticamente ausente em adultos mas alguns estudos recentes eles mostram que a quantidade desse tecido nos adultos ela não é tão pequena não e esse tecido marrom no ser humano para presente nas regiões interescapulares subscapularis e axilares então nos adipócitos marrons nós vamos ter várias gotículas de lipídio e muitas mitocôndrias para poder produzir calor ele vai ser então o depósito marrom ao contrário dele posto branco ele é menor ele tem várias

gotículas de triglicerídeos ele tem citoplasma relativamente abundante e tem muitas mitocôndrias e ele consegue produzir calor porque as mitocôndrias elas não possuem um complexo enzimático que é necessário para simples de atp então elas usam a energia liberada dos ácidos graxos para termogênese e e se nós compararmos a gordura branca com a gordura marrom mais ou menos 50 g de gordura branca armazena mais de 300 que lo calorias de energia e a mesma quantidade de gordura marrom cerca de 50 g pode queimar essas 300 quilocalorias por dia e quando a gente nasce nós nascemos com o

suplemento de gordura marrom em volta do pescoço é uma maneira que a natureza encontrou de nos manter aquecidos enquanto crianças aí a gente pensava que só nas crianças havia essa gordura marrom e que ela desaparecer na primeira infância mas hoje já se sabe que ela está presente na maioria senão em todos os adultos a gente sabe também que usar adultos que têm mais gordura marrom eles são mais magros do que aqueles que não têm nessa figura nós podemos observar os principais órgãos que estão envolvidos na termogênicos e química então nós temos o fígado o coração

o cérebro e os músculos e a termogênese química ela é mais lenta do que a termogênese mecânica mas apesar dela ser mais lenta ela é o meio mais importante para manutenção da temperatura corporal a termólise que que é isso termólise é a perda de calor do corpo humano os diferentes mecanismos de perda de calor também para poder fazer regulação da temperatura corporal todos temos diferentes mecanismos temos aí radiação condução vaporização e convecção e nós vamos falar um pouquinho sobre cada um desses mecanismos e vamos começar aqui falando sobre a irradiação aí radiação é uma forma

de transferência de calor que ocorre por meio das ondas eletromagnéticas as ondas eletromagnéticas ela se propagam no vácuo não é necessário que haja contato entre os corpos para que ocorra a troca de calor sessenta por cento da perda de calor corporal ela é realizada por radiação a gente precisa ter em mente que o fluxo de calor ele sempre acontece do corpo mais quente para o corpo - quente e agora a condução é o processo físico de transferência direta do calor ou seja aqui o contato é necessário para eu poder transferir a energia calorífica de um

corpo quente para um corpo frio esse processo de condução ele só é possível porque o calor ele é uma forma de energia cinética do movimento molecular então ele pode ser transferido de uma molécula para outra a evaporização que que é vaporização nós sabemos que a transformação física de um líquido em um gás essa vaporização ela pode ser realizada por três mecanismos diferentes a ebulição a qualificação ea evaporação o exemplo que a gente tem de ebulição é aquela panelinha com água para poder fazer o café fervendo lá no fogão ela vai acontecer de forma rápida porque

a matéria está recebendo uma grande quantidade de calor quando a gente pensa nacalifa são o exemplo que vem em mente é o ferro passando uma roupa uma olhada e aí nós temos a transformação das moléculas de água que estão na roupa e vapor a calefação ela acontece de forma extremamente rápida é quase que instantânea que a matéria tá rê a uma altíssima quantidade de calor e por último a evaporação o exemplo que a gente tem a roupa secando no varal nós temos aqui a vaporização acontecendo de forma lenta que a matéria está recebendo uma pequena

quantidade de calor bom então nós entendemos o conceito de vaporização observando ali a água na panela entrando em ebulição o ferro de passar roupa a roupa estendida no varal mas como que esse processo de vaporização acontece no ser humano eu não tô aqui para estudar biofísica das trocas de calor eu não quero entender os mecanismos de regulação da temperatura corporal bom então a vaporização nos climas quentes ela é o principal processo de eliminação do excesso de calor corporal ela é prejudicada pela umidade relativa do ar elevada e é favorecida pelos ventos mas como que acontece

a vaporização vaporização vai ser a evaporação do suor que vai levar ao resfriamento da pele além de acontecer vaporização na pele também acontece processo de vaporização lá nos pulmões tá então a vaporização ela corresponde a uma perda de 20 a 25 porcento da energia calorífica total perdida pelo corpo humano e agora quando a gente fala do mecanismo de convecção mecanismo de convecção é o processo físico de transferência da energia térmica por meio da corrente de ar nós sabemos que as correntes de ar elas tendem a se deslocava as regiões mais frias para mais quente e

vice-versa o ar frio ele é mais pesado então ele tende a descer né e o ar quente ele é mais leve ele tende a subir e é assim que a gente cria uma corrente de convecção e depois de entender esses conceitos iniciais a gente pode então falar sobre termorregulação que é a capacidade de manter a temperatura central do organismo equilibrado ou seja a gente vai manter as reações químicas orgânicas dentro de um padrão compatível com a normalidade que é ali entre 36,7 37 graus a temperatura corporal gente ela praticamente não se alteram numa situação normal

ela permanece quase sempre constante ela varia mais ou menos 0,6 graus mesmo se o organismo estiver exposto a grandes variações de frio ou calor e isso acontece devido ao aparelho termorregulador bom então quando nós falamos de termorregulação nós estamos falando de vários mecanismos para regulação da temperatura e esses mecanismos eles podem ser fisiológicos ou comportamentais o nosso organismo ele realiza uma série de reações metabólicas para poder manter a temperatura corporal nós vimos que nós temos mecanismos químicos e mecanismos mecânicos como o suor e os calafrios e nós também temos mecanismos comportamentais de termorregulação os indivíduos

eles buscam alternativas no meio externo para poder conter as variações térmicas que alternativas são essas a utilização de um agasalho ou até mesmo exposição ao sol são mecanismos comportamentais para regulação da temperatura corporal e o órgão responsável por manter o equilíbrio entre os processos de produção e perda de calor é o hipotálamo então como nós já vimos nós temos receptores na superfície da nossa pele e esses receptores vou mandar sinais para o hipotálamo para que seja feita a regulação da temperatura no ambiente frio ou em um ambiente quente então vamos pensar aqui ó em uma

situação onde houve aumento da temperatura ficou calor demais os receptores que estão presentes lá na pele os nossos termorreceptores eles estão integrados ao hipotálamo o hipotálamo ele vai mandar uma mensagem hormonal e uma mensagem nervosa para o nosso sistema efetor que que é o nosso sistema efetuou são os vasos são e as nossas glândulas sudoríparas e aí se eu tive aumento de temperatura que que o sistema efetua vai fazer a resposta dele vai ser uma vasodilatação um aumento da transpiração para que que vai ter essa resposta para poder diminuir a temperatura para que ela temperatura

de referência que a nossa temperatura corporal se nós pensarmos na situação oposta se nós formos expostos ao ambiente onde houve diminuição da temperatura esses mesmos receptores presentes na pele os termos receptores eles vão mandar mensagem para o hipotálamo o hipotálamo por sua vez manda uma mensagem hormonal e uma mensagem nervosa para o nosso sistema efetor e o nosso sistema efetou vai dar uma resposta diferente agora como houve diminuição da temperatura a resposta vai ser a vasoconstrição a contração muscular porque esse mecanismo aqui vai permitir o aumento da temperatura corporal para que ela atinja a temperatura

de referência bom então nós temos vários fatores internos e externos que interferem na temperatura da pele e podem auxiliar ou atrapalhar o processo de manutenção da temperatura corporal o vestuário por exemplo quando nós estamos em temperaturas mais baixas é aconselhável que você utilize roupas mais justas de modo que o ar aprisionado ele vai ser mais eficiente no processo de isolamento térmico com o meio externo agora se você está no ambiente com temperatura superior o aconselhado é utilizar roupas largas para poder haver maior circulação de ar e retardar a evaporação as roupas claras elas também absorvem

menos radiação que a roupa escura então por isso que em ambientes com temperatura superior a gente recomenda a utilização de roupas mais claras e além do vestuário a temperatura ea umidade do ar também são fatores externos que vão interferir na manutenção da temperatura corporal e são fatores externos que estão diretamente relacionados porque se nós estamos no ambiente frio e úmido a umidade ela vai conferir uma sensação térmica de frio mais intenso porque o equilíbrio térmico ele vai ocorrer por meio da transferência de calor para o meio agora se nós estamos no ambiente quente e úmido

a umidade aí já vai conferir uma sensação maior de calor então isso é devido ao impedimento do suor se evaporado para o meio externo então são fatores diretamente relacionados temperatura e umidade do ar a zona de maior conforto para o ser humano é aquela na faixa de temperatura de 20 a 24 graus a idade relativa do apa de quarenta a sessenta por cento e uma velocidade do ar de 0,2 metros por segundo e agora com relação aos fatores internos que influenciam na manutenção da temperatura corporal primeiro fator interno é a circulação sanguínea nós sabemos que

com o aumento do ritmo cardíaco nós temos um aumento do bombeamento de sangue esse aumento do bombeamento de sangue ele leva dilatação dos vasos periféricos ea dilatação dos vasos periféricos ela vai favorecer a troca de calor permitindo então a perda de calor corporal por outro lado se nós temos uma diminuição do ritmo cardíaco vai diminuir o bombeamento de sangue se diminui o bombeamento de sangue nós vamos ter uma vasoconstrição periférica e com isso a concentração do sangue mas na região central do corpo nós vamos ter então uma diminuição das trocas de ar e vai favorecer

o acúmulo de calor corporal e a ingestão de alimentos também é considerada como um fator interno que favorece a termorregulação os alimentos eles naturalmente são fontes de calor por meio das reações químicas mas nós temos alguns alimentos que a ingestão favorece ainda mais a produção de calor o álcool faz a produção de calor que se elevar e os alimentos do grupo dos termogênicos também é é bom gente deixar muito claro que todos os alimentos gastão energia no processo de digestão ou seja todo alimento tem a capacidade de aumentar a temperatura corporal e acelerar o metabolismo

também aumentando a queima de gordura só que os alimentos termogênicos eles induzem o nosso metabolismo de uma forma diferente eles incentivam o nosso organismo a trabalhar com ritmo acelerado gastando então e calorias um exemplo de alimento termogênico é a pimenta vermelho nós temos algumas pesquisas que mostram que o consumo de pimenta vermelha aumenta o gasto energético ea queima de gordura após as refeições só que os alimentos termogênicos eles ajudam mas não fazem milagre não adianta comer hambúrguer todo dia encher de pimenta que o hambúrguer não vai virar uma refeição fitness a gente precisa regar o

consumo dos alimentos termogênicos e precisa tá aliado a um plano alimentar equilibrado e prática frequente de exercícios físicos esses alimentos termogênicos se forem consumidos em excesso podem fazer muito mal para o organismo pode levar a dor de cabeça tontura problemas gastrointestinais elevação de pressão arterial então é preciso muito cuidado com a e esse grupo de alimentos e vamos falar que agora sobre as respostas fisiológicas ao usar o calor e primeira resposta que nós vamos falar é a respeito da febre a febre ela é caracterizada pelo aumento da temperatura corporal acima do amplitude normal de variação

e ela é desencadeada por alterações ao nível do centro termorregulador onde que é o centro termorregulador é lá no hipotálamo lembro então o hipotálamo ele vai promover respostas lá no nosso sistema excretor quais as respostas serão essas são os tremores vasoconstrição aumento do metabolismo celular de modo a atingir o equilíbrio térmico então a febre ela é o principal mecanismo de resposta fisiológica o calor mas ela é uma resposta a um processo patológico é um sinal indicativo de infecção e a febre pode ser iniciada por anormalidade do cérebro por substâncias tóxicas né pirogênios endógenos ou exógenos

que afetam os nossos centros de regulação térmica e embora a maioria dos pacientes com temperatura corporal elevada esteja em estado febril nós temos que lembrar que em alguns contextos a temperatura elevada ela pode se configurar um quadro de hipertermia então por exemplo a pessoa que ficou exposta a o sol intenso durante longo período ou uma pessoa que fez exercício físico intenso ela pode desenvolver um quadro de hipertermia é a elevação da temperatura mas nesse caso a gente não tem um processo infeccioso oi e a outra resposta que nós temos é a hipotermia hipotermia vai descer

ver que minta como a redução da temperatura corporal para valores inferiores a 35 graus e ela pode ser classificada em hipotermia primária ou secundária dependendo alice vai ter ausência ou presença de falhas funcionais no ipotalago em geral é o hipotálamo vai ser afetado quando a temperatura corporal foi inferior a 30° mecanismo de termorregulação em resposta ao frio ele remete a termogênese por meio da contração muscular da liberação de catecolaminas por meio do sistema nervoso autônomo simpático e das glândulas supra-renais e isso aí favorece o aumento da frequência cardíaca do débito cardíaco da pressão arterial e

a ação do calor produzido em viabilizar e dissipação do calor para o meio externo tão qualquer fator que altere esse mecanismo ele vai favorecer a hipotermia tô nós sabemos que a exposição a ambientes frios favorece a hipotermia a utilização de vestuários inadequados ou vestuários molhados obviamente vai favorecer hipotermia mas a própria saúde física do indivíduo pode favorecer um quadro de hipotermia o paciente desnutrido o subnutrido com doenças metabólicas o paciente idoso em idades extremas né o paciente muito jovem ou paciente muito idoso paciente que tem lesões no sistema nervoso central ele vai isso vai favorecer

a hipotermia tão diversas drogas diversos anestésicos também podem favorecer esse quadro e a gente precisa estar aqui e para finalizar nós não podemos nos esquecer a forma correta de socorrer um paciente com hipotermia então nós podemos cobrir esse paciente com a manta térmica lembrando de aplicar bolsas de calor e regiões extremas do corpo e manter esse paciente bem enrolado na manta nós podemos também fazer massagem nas extremidades para poder ativar a circulação desse paciente até que ele receba atendimento médico tá ok