Energia e o corpo humano Okuno cap 11 (1)

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GUYTON, A.C. ; HALL, J.E. Tratado de Fisiologia Médica, 
editora Guanabara Koogan S.A., 12ª edição, 2011. 
Energia no Corpo Humano 
 
(Okuno – cap. 11, 
 
Guyton – caps. 71 e 72) 
Conceitos sobre fonte e dissipação de energia no corpo humano 
Primeira lei da termodinâmica 
E = Q - W 
P









t
W
t
W
 -
t
 Q
 
t
E
Alimentação  moléculas que reagem com oxigênio  oxidação 
 
Liberação de energia  produção de ATP 
Na reação de oxidação 
 
C6H1206 + 6 O2 6 C02 + 6 H2O + 686 kcal 
 
Calcule 
a. A energia liberada por grama de glicose (valor calórico) 
b. A energia liberada por litro de O2 consumido 
c. O número de litros de O2 consumidos por grama de glicose 
d. O número de litros de CO2 produzidos por grama de glicose 
e. A razão entre o número de moléculas de CO2 produzidas e o número de 
 moléculas de O2 usadas, ou seja, o quociente respiratório R. 
 
1 mol de glicose (180 g) reage com 6 moles de O2 (192 g) produzindo 6 moles de H2O 
(108 g) e 6 de CO2 (264 g). 
 
Portanto, o valor calórico é 
 
 
 
Como um mol de um gás ocupa 
um volume de 22,4 litros, temos: 
Na reação de oxidação 
 
C6H1206 + 6 O2 6 C02 + 6 H2O + 686 kcal 
 
Calcule 
a. A energia liberada por grama de glicose (valor calórico) 
b. A energia liberada por litro de O2 consumido 
c. O número de litros de O2 consumidos por grama de glicose 
d. O número de litros de CO2 produzidos por grama de glicose 
e. A razão entre o número de moléculas de CO2 produzidas e o número de 
 moléculas de O2 usadas, ou seja, o quociente respiratório R. 
 
1 mol de glicose (180 g) reage com 6 moles de O2 (192 g) produzindo 6 moles de H2O 
(108 g) e 6 de CO2 (264 g). 
 
Portanto, o valor calórico é 
 
 
 
Como um mol de um gás ocupa 
um volume de 22,4 litros, temos: 
l
kcal
lx
kcal
b
g
kcal
g
kcal
a
5,10 
4,226
686
)
3,81 
180
686
)


c. O número de litros de O2 consumidos por grama de glicose 
 
d. O número de litros de CO2 produzidos por grama de glicose 
 
e. A razão entre o número de moléculas de CO2 produzidas e o número de 
 moléculas de O2 usadas, ou seja, o quociente respiratório R. 
1)
0,747 
180
4,226
)
0,747 
180
4,226
)



Re
g
l
g
lx
d
g
l
g
lx
c
Os respirômetros mais completos podem medir tanto o volume de O2 consumido 
como o de CO2 produzido 
Tabela 11.1 - Energia liberada em reações de oxidação. Adaptado de CAMERON, J. R. 
& SKOFRONIC, J. G.- Medical Physics. USA, Addison-Wesley, 1978. 
substância 
Energia liberada por litro 
de O2 usado (kcal/l) 
Valor calórico 
(kcal/g) 
Glicose 5,1 3,8 
Carboidratos 5,3 4,1 
Proteínas 4,3 4,1 
Gorduras 4,7 9,3 
Dieta típica 4,8-5,0 - 
Gasolina - 11,4 
Madeira - 4,5 
Além disso, estas substâncias variam nas percentagens médias que são absorvidas 
a partir do trato gastrointestinal. Para pessoas saudáveis as percentagens médias 
são: 
 
98% para carboidrato 
95% para gordura 
92% para proteína 
 
Assim, a média de energia fisiológica disponível para cada grama de alimento é: 
 
Tipo de alimento Calorias 
 
Carboidrato 4 
Gordura 9 
Proteína 4 
Razão de Metabolismo Basal (RMB) 
 
Homem = 32,1 kcal/d.kg pessoa de 76 kg, quantos Watts de potência? 
Rendimento do trabalho externo realizado 
E
W


Alguns rendimentos 
Andando de bicicleta ~20% 
Nadando ~2% 
Motor a gasolina ~38% 
Tabela 11.3 - Consumo de oxigênio e taxa de metabolismo basal dos órgãos de um 
homem de 65 kg. Fonte: CAMERON, J. R. & SKOFRONICK, J. G. - Medical Physics. 
USA, Addison-Wesley, 1978. 
Órgão 
Massa 
(Kg) 
Consumo de O2 
(ml/min) 
Consumo mé-
dio de energia 
(Kcal/min) 
% da 
RMB 
Fígado e Baço 67 0,33 27 
Cérebro 1,4 47 0,23 19 
Músculos 28,0 45 0,22 18 
Rim 0,30 36 0,13 10 
Coração 0,32 17 0,08 7 
Restante 48 0,23 19 
Total 250 1,22 100 
Tabela 11.4 - Consumo de oxigênio para um homem de 1,75 m2 de superfície e 76 kg 
de massa. Fonte: CAMERON, J. R. & SKOFRONICK, J. G. - Medical Physics. USA, 
 Addison-Wesley, 1978. 
Atividade 
Consumo de O2 
(L/min) 
Produção de 
Calor 
(W) 
Dormindo 0,24 1,20 83 
Sentado/repouso 0,34 1,72 120 
Sentado/assistindo 
aula 
0,60 3,01 210 
Passeando 0,76 3,80 265 
Subindo escada 1,96 9,82 685 
Jogando basquete 2,28 11,4 800 
Troca de Calor 
O corpo como qualquer outro objeto, emite radiação eletromagnética com uma potência 
P dada pela lei de Stefan-Boltzman 
P = T4A 
 
 = emitância do material ~1 
 
 = 5,7 x 10-8 W.m-2K-4 (constante de Stefan-Boltzmann) 
 
Esta radiação está na região do infravermelho 
A diferença entre potência 
Absorvida e irradiada pode 
ser calculada pela expressão: 
= 76,8 W 
.h.Km
kcal
2,5K
)T-A(TK ΔP
2c
arpcc


Calor por convecção 
 
Ocorre devido à diferença de temperatura entre a pele Tp e o ar Tar. 
 
 A Potência desse processo é dada por: 
Onde A é a área do corpo exposta 
e Kc é uma constante que depende 
do movimento do ar. Se o corpo estiver 
em repouso e a velocidade do vento for 
de 5 m/s, ela será: 
GRAZIELLA FARINAZO 20 anos, recepcionista 
PESO – 47,2 quilos 
ALTURA – 1,64 metro 
COMPOSIÇÃO CORPORAL – 17,3% de gordura 
ROTINA DE EXERCICIOS – Sedentária 
TAXA DE METABOLISMO BASAL – 1 656 calorias 
COMENTÁRIO – Graziella é sedentária, mas sua taxa 
metabólica basal é alta, mesmo se comparada com a de 
alguém fisicamente ativo. Privilegiada pela genética, a moça 
não dispensa doces nem carnes suculentas, daquelas de churrascaria rodízio 
 
RMB = 35,08 kcal/kg.d 
A ciência da energia do corpo 
 
É possível interferir no ritmo metabólico e 
alterar o modo como o organismo processa e 
estoca calorias. Bom para a saúde e para a silhueta 
Revista VEJA 
RMB = 23,35 kcal/kg.d 
GUSTAVO BORGES 34 anos, ex-nadador 
PESO – 97,5 quilos 
ALTURA – 2,02 metros 
COMPOSIÇÃO CORPORAL – 14,5% de gordura 
ROTINA DE EXERCÍCIOS – Intensa 
TAXA DE METABOLISMO BASAL – 2 277 calorias 
COMENTÁRIO – Gustavo foi atleta profissional até os 32 anos. 
Ao se aposentar das competições, porém, continuou praticando 
exercícios todos os dias. Dessa forma, ele preserva sua musculatura 
e evita um dos males comuns entre ex-atletas: a queda drástica no 
gasto calórico e o ganho de peso decorrente dessa redução 
RMB = 21,41 kcal/kg.d 
TALITA GONÇALVES 21 anos, estudante de nutrição 
PESO – 67,9 quilos 
ALTURA – 1,60 metro 
COMPOSIÇÃO CORPORAL – 34,6% de gordura 
ROTINA DE EXERCÍCIOS – Leve 
TAXA DE METABOLISMO BASAL – 1 454 calorias 
COMENTÁRIO – Talita está no extremo oposto de Graziella. 
Mesmo submetendo-se a dietas rigorosas, nunca conseguiu 
atingir seu peso ideal. Com um metabolismo lento, a prática 
de exercícios físicos intensos poderia ajudá-la a acelerar seu 
metabolismo basal em até 30% 
1. Na oxidação da gordura 
 
C3H503(OC4H7)3 + 18,5 02  15 C02 + 13 H20 + 1941 kcal 
 
são liberadas 1 941 kcal por mol de gordura. 
a. Quais as massas moleculares das quatro moléculas envolvidas na reação? 
Para essa reação, calcule: 
b. o valor calórico; 
c. a energia liberada por litro de 02; 
d. o número de litros de 02 produzido por grama de gordura; 
e. o número de litros de C02 produzido por grama de gordura; 
f. o quociente respiratório (R). 
 
2. Idempara a oxidação do etanol 
C2H5OH + 3 02  2 C02 + 3 H20 + 327 kcal 
3. Considere um cavalo com uma massa de 500 kg. 
 
a. Use a Tabela 11.2 para determinar sua taxa de metabolismo basal. 
 
b. Supondo que o valor calórico de sua dieta seja 5 kcal/g, qual a quantidade mínima 
de alimento que ele necessita por dia? 
Kgd
Kcal
RMB
.
3,11
3. Considere um cavalo com uma massa de 500 kg. 
 
a. Use a Tabela 11.2 para determinar sua taxa de metabolismo basal. 
 
b. Supondo que o valor calórico de sua dieta seja 5 kcal/g, qual a quantidade mínima 
de alimento que ele necessita por dia? 
d
kg
kcal
kg
d
kcal
W
sx
d
kcal
J
d
kcal
RMB
ou
d
kcal
kgd
kcal
RMBa
13,1
5
10
.5650
comer precisa b)
7,273
360024
1
.
4186
.5650
5650 kg .500
.
3,11)
3




6. Uma pessoa de 70 kg subiu a pé, em 3 horas, uma montanha de 1 000 m de altura. Durante a 
subida, essa pessoa consumiu 02 a uma taxa de 2 l/min. Uma dieta típica, segundo a Tabela 
11.1, libera 4,9 kcal por litro de 02. Dado g = 9,8 m/s
2, calcule: 
a. o trabalho externo realizado por ela; 
b. a potência média com que foi realizado esse trabalho; 
c. a eficiência com que foi realizado o trabalho externo calculado no item a; 
d. a quantidade de energia transformada em calor pelo corpo dessa pessoa; 
e. o que essa pessoa precisa comer para recuperar a energia gasta pelo seu corpo. 
 W63,5 
s 3600 x 3
J 10 x 6,86
Δt
W
P
5

a) W = F.d = 70 Kg . 9,8 m/s . 1000m = 6,86 x 105 J 
b) 
 
 
 
 
6. Uma pessoa de 70 kg subiu a pé, em 3 horas, uma montanha de 1 000 m de altura. Durante a 
subida, essa pessoa consumiu 02 a uma taxa de 2 l/min. Uma dieta típica, segundo a Tabela 
11.1, libera 4,9 kcal por litro de 02. Dado g = 9,8 m/s
2, calcule: 
a. o trabalho externo realizado por ela; 
b. a potência média com que foi realizado esse trabalho; 
c. a eficiência com que foi realizado o trabalho externo calculado no item a; 
d. a quantidade de energia transformada em calor pelo corpo dessa pessoa; 
e. o que essa pessoa precisa comer para recuperar a energia gasta pelo seu corpo. 
kcal 1764 
O de L
kcal 4,9
h x 3x 
h
min 60
 x 
min
O de L 2
E
2
2 
9,3%100% x 
4186J
kcal
 x 
kcal 1764
J 10 x 6,86
η
ΔE
ΔW
η
5


c) Consumo de energia: 
eficiência: 
6. Uma pessoa de 70 kg subiu a pé, em 3 horas, uma montanha de 1 000 m de altura. Durante a 
subida, essa pessoa consumiu 02 a uma taxa de 2 l/min. Uma dieta típica, segundo a Tabela 
11.1, libera 4,9 kcal por litro de 02. Dado g = 9,8 m/s
2, calcule: 
a. o trabalho externo realizado por ela; 
b. a potência média com que foi realizado esse trabalho; 
c. a eficiência com que foi realizado o trabalho externo calculado no item a; 
d. a quantidade de energia transformada em calor pelo corpo dessa pessoa; 
e. o que essa pessoa precisa comer para recuperar a energia gasta pelo seu corpo. 
kcal 1600ΔQ
kcal 164 kcal 1764ΔQ
4186J
1kcal
Jx 10 x 6,86ΔQkcal 1764
kcal 1764ΔE
WΔQΔE :mica termodinâda lei segunda Da
5
int
int





d) Energia transformada 
 em calor: 
 
Ecalor = energia consumida 
 menos a 
 energia referente 
 ao trabalho útil 
alimento de g 352,8 
Kcal/g 5
kcal 1764
ETotal 
e) Precisaria comer: 
O valor calórico de uma dieta típica 
é em média 5 Kcal/g de alimento 
7. Os salmões que desovam no lago Stuart, nos EUA, partem do Oceano Pacífico, 
nadando cerca de 1000 km contra a correnteza do Rio Fraser. Eles se deslocam 
apenas 2,1 km/h devido à correnteza do rio, mas sua velocidade efetiva é cerca de 
duas vezes maior, ou seja, 4,2 km/h. Nadando com essa velocidade, um salmão 
absorve cerca de 0,5 X 10-3 kg/h de 02 para cada quilo de sua massa. Durante essa 
viagem eles não se alimentam. A energia liberada pele oxidação de gordura e de 
proteína é 3,3 kcal por grama de O2 usado. 
a. Calcule a energia total metabolizada usada por um salmão de 3 kg nessa viagem. 
b. Suponha que os salmões, ao nadarem, oxidem 2 g de gordura para cada grama de 
proteína oxidada. As energias contidas em 1 g de gordura e em 1 g de proteína são, 
respectivamente, 9 kcal e 4 kcal. Quantos gramas de gordura e de proteína são 
gastos nessa viagem? 
c. Que percentagem de seu peso é perdida por um salmão de 3 kg? 
kcal 2357E
Salmão kg 3 x 
h
km
2,1
km 1000
x
O de kg10
kcal 3,3
 x
Salmão kgh x 
O de kg0,5x10
E
metab.
2
3
2
3
metab.




7. Os salmões que desovam no lago Stuart, nos EUA, partem do Oceano Pacífico, 
nadando cerca de 1000 km contra a correnteza do Rio Fraser. Eles se deslocam 
apenas 2,1 km/h devido à correnteza do rio, mas sua velocidade efetiva é cerca de 
duas vezes maior, ou seja, 4,2 km/h. Nadando com essa velocidade, um salmão 
absorve cerca de 0,5 X 10-3 kg/h de 02 para cada quilo de sua massa. Durante essa 
viagem eles não se alimentam. A energia liberada pele oxidação de gordura e de 
proteína é 3,3 kcal por grama de O2 usado. 
b. Suponha que os salmões, ao nadarem, oxidem 2 g de gordura para cada grama de 
proteína oxidada. As energias contidas em 1 g de gordura e em 1 g de proteína são, 
respectivamente, 9 kcal e 4 kcal. Quantos gramas de gordura e de proteína são 
gastos nessa viagem? 
kcal 2357
(g)
kcal 4
y 
(g)
kcal 9
y x 2
: temosAssim
proteína. de gramas y"" oxida que Supõe
kcal 2357 Total
g
kcal
 4 : 
g
kcal
 9
(oxidação) 1 : 2 
proteína : gordura


gordura de g 214 
e proteína de g 107 oxida :Resp.
g 107 y 
g 235722y


7. Os salmões que desovam no lago Stuart, nos EUA, partem do Oceano Pacífico, 
nadando cerca de 1000 km contra a correnteza do Rio Fraser. Eles se deslocam 
apenas 2,1 km/h devido à correnteza do rio, mas sua velocidade efetiva é cerca de 
duas vezes maior, ou seja, 4,2 km/h. Nadando com essa velocidade, um salmão 
absorve cerca de 0,5 X 10-3 kg/h de 02 para cada quilo de sua massa. Durante essa 
viagem eles não se alimentam. A energia liberada pele oxidação de gordura e de 
proteína é 3,3 kcal por grama de O2 usado. 
a. Calcule a energia total metabolizada usada por um salmão de 3 kg nessa viagem. 
b. Suponha que os salmões, ao nadarem, oxidem 2 g de gordura para cada grama de 
proteína oxidada. As energias contidas em 1 g de gordura e em 1 g de proteína são, 
respectivamente, 9 kcal e 4 kcal. Quantos gramas de gordura e de proteína são 
gastos nessa viagem? 
c. Que percentagem de seu peso é perdida por um salmão de 3 kg? 
% 10,7 100% x 
g 3000
g 214 g 107
:é perdido peso de percentual o c)


Medida do débito cardíaco pelo consumo de O2 e lei de Fick 
 
Para cada litro de sangue que circula pelos pulmões são absorvidos 40 mL de O2. Se 
forem absorvidos 200 mL/min de O2 (medido pela redução de O2 do ar respirado), 
então o débito cardíaco será de 5 L/min. 
min/5
/40
min/200
 )/( 
(mL/min) pulmões nosmin por absorvido O
 
2
2
L
LmL
mL
sanguedeLmLOdeosaarteriovenDiferença
cardíacoDébito


Guyton 
10. Quando uma pessoa está submersa na água, sua perda de calor por convecção 
aumenta, sendo Kc ~ 16,5 kcal/(m
2 . h . K). Para uma pessoa de 70 kg, qual deve ser 
a temperatura da água para que sua perda de calor, por convecção, iguale a sua taxa 
metabólica basal? Considere A = 1,8 m2 e Tp = 34°C. 
C30,85T 3,15T - 34 3,15 T - T
K 3,15ΔT 
d
kcal 2247
 ΔT 
K . d
kcal712,8
 
d
kcal 2247
 Kg 70 x 
kg x d
kcal 32,1
 (RMB)
ΔT 
K . d
kcal 712,8
 ΔT 
d
h 24
 .m 1,8 x 
.h.Km
kcal 16,5
 ΔP
 )T - (TA x K ΔP
RMB ΔP 
kg x d
kcal 32,1
 (RMB) basal metabólica Taxa
0
águaáguaáguap
2
2c
águapcc
c






12. Qual deve ser a temperatura ambiente para que a diferença entre as potências 
emitida e absorvida por uma pessoa, calculada no Exemplo 11.6, aumente de 20%? 
 
No Exemplo 11.6, Tp – Ta = 14 K. Bastaria aumentar a diferença de temperatura em 
20%. Assim, T x 1,2 = 14 x 1,2 = 16,8 K 
 
Como Tp = 34
oC 
 
Ta = 34 – 16,8 = 17,2
oC 
8. As eficiências metabólicas de duas pessoas são, respectivamente, 75% e 60%. A 
dieta típica delas é de 6000 kcal e ambas realizam um trabalho externo total de 3600 
kcal por dia. Como variará aproximadamente o peso delas? 
diapor g 96,8 
Kcal/g 9,3
Kcal 3600 - 0,75 x Kcal 6000
Peso de Ganho 
diapor g 0 
Kcal/g 9,3
Kcal 3600 - 0,6 x Kcal 6000
Peso de Ganho 
O valor calórico da gordura é 9,3 Kcal/g 
 
A primeira pessoa engordará: 
 
A segunda pessoa engordará: