Biofísica - termodinâmica

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Aula – 08/03/21 – biofísica 
Termodinâmica
Seres vivos como máquinas térmicas 
O estudo relativo a eficiência de máquinas térmicas deu origem as primeiras declarações da segunda lei da termodinâmica. 
Uma máquina térmica converte calor em trabalho. 
*Repteis e vertebrados quando estão com a energia do organismo baixa, se mantem menos ativos, e para recarregar essa “bateria” é necessária uma fonte de calor para se manterem ativos. 
*já os mamíferos e as aves, assim como os outros, precisam também de uma fonte de calor para gerar energia, mas eles conseguem manter esse calor dentro do organismo, e se mantem ativos por mais tempo. 
Máquina térmica a vapor- funcionamento 
*comparando a máquina com o organismo: 
-O fluido que na máquina é a água no organismo é o sangue;
-O sangue gera o calor para esse sistema, e mantem todo o sistema aquecido
-O motor são as células musculares que geram os impulsos 
-O motor funciona basicamente de calor, que no caso das células chamamos de ATP
Quais os principais componentes de uma célula animal? (eucarionte)
Os principais componentes são a membrana plasmática, o citoplasma, as organelas e o núcleo. 
*O sangue trás todos os nutrientes para a célula atras da membrana, e ela é seletiva e escolhe quem entra e sai de dentro dela.
Origem da terra 
O planeta terra surgiu por volta de 4,5 bilhões de anos atras. 
A 4,5 bilhões surgiu a primeira existência de vida a primeira molécula, mas ainda não tinha oxigênio. 
*A mitocôndria é a organela que cria a energia dentro da célula. 
*A teoria da endossimbiose é o processo que mostra como a mitocôndria começou a fazer parte desse processo.
*A teoria é bem específica e interessante, que diz a respeito de um eucarionte pré-histórica que ingeriu uma cianobactéria (uma bactéria fotossintetizante) 
*Não é a ATP que gera calor, é a fosforização oxidativa, a ATP é funcional para todos reações
Biofísica- 15/03/2021 
Termorregulação nos vertebrados
*Metabolismo celular são as reações que ocorrem dentro das células. 
A célula precisa trabalhar
Portanto, precisa de energia
Catabolismo
Ganha energia com ATP
*fisiologia da contração muscular a nível molecular= é um movimento mecânico, como se fosse um elástico.
*a partir do catabolismo a célula vai ter energia para trabalhar= catabolismo= é reduzir macromoléculas.
Respiração celular que acontece dentro da mitocôndria, fornecendo ATP para dentro do citoplasma. 
*Durante a reação libera calor
Reagentes= Glicose + oxigênio 
Produtos= dióxido + água de carbono 
*Os hormônios são moléculas produzidas pelas células, que servem para mandar mensagens para outras células. 
Mitocôndria – Organela celular- Eucarionte -responsável pela produção de energia da célula.
As mitocôndrias são organelas encontradas em praticamente todas as células dos seres eucariontes. São responsáveis pela respiração celular aeróbia, ou seja, respiração em que há consumo de oxigênio.
*ela vai aquecer o citoplasma e o citoplasma vai aquecer o sangue, como se fosse uma caldeira.
Primeira e segunda lei da termodinâmica. 
1°- A Primeira Lei da Termodinâmica se relaciona com o princípio da conservação da energia.
*Se a primeira lei da termodinâmica diz que a energia se conserva então porque precisamos economizar energia?
*um organismo produz calor e gera trabalho.
*No caso dos vertebrados, a célula produz calor, aquece o sangue aquece e movimenta os músculos.
2° Lei da termodinâmica - As transferências de calor ocorrem sempre do corpo mais quente para o corpo mais frio, isso acontece de forma espontânea, mas o contrário não. O que significa dizer que os processos de transferência de energia térmica são irreversíveis.
*Segunda lei = possibilidade ou não de se aproveitar energia
*Dois corpos tendem a trocar calor, sempre do mais quente cedendo calor para o mais frio. 
*É fácil converter trabalho em energia térmica, mas é impossível remover energia térmica de um único reservatório e converte lá completamente em trabalho.
Um pouco de anatomia 
Todos os vertebrados são constituídos por um sistema cardiovascular, que é separado em sistema arterial e sistema venoso. 
*O sistema arterial transporta um sangue oxigenado.
*E o sistema venoso o sangue com CO2.
Classificação
· Quanto a variabilidade da temperatura corporal Vertebrados
Poiquilotérmicos = temperatura corporal varia com a do ambiente (peixes, anfíbios e repteis) 
*eles até geram calor, mas perdem o mesmo muito rápido para o ambiente. 
Homeotérmicos= temperatura corporal varia pouco com a do ambiente (aves e mamíferos) 
*Vão se aproveitar de alguma fonte de energia para se manter aquecidos. 
· Quanto a origem da energia para a termorregulação 
Endotérmicos = dependência da geração calor pelo metabolismo para manutenção da temperatura corporal. 
*Isso significa que a origem dessa energia para a termorregulação ocorre internamente. 
*Depende da formação de energia pelo metabolismo para gerar calor corporal. 
*tecido adiposo
*glândulas sudoríparas 
Ectodérmicos = dependência de calor por fontes externas para manutenção da energia corporal. (peixes, anfíbios e repteis) 
*vão variar com o meio ambiente, e vão depender de uma fonte de energia. 
*Peixes por exemplo buscam uma água quente, por exemplo nos trópicos. 
*quando não tem essa fonte de calor, eles desenvolver mecanismos para suportar essa baixa temperatura. 
*Por isso alguns tem aquele período de dormência (estivagem), são comportamentos que vão desenvolver.
Fluxograma do sistema termorregulador dos vertebrados 
*os órgãos sensoriais capitam as reações físicas do ambiente. 
*em todos os vertebrados, que tem o sistema nervoso bem desenvolvido, capitam bem os sinais sensoriais. 
*Saber diferenciar a variabilidade com o ambiente e a origem da energia para termorregulação (saber os dois tipos de vertebrados e suas formas de manter energia) 
A referencia do diagrama é o sinal sensorial.
Sistema termorregulador humano
· Mecanismos que reduzem a temperatura corporal
Vasodilatação
Sudorese (é o suor, é uma reposta autônoma do corpo que vai fazer reduzir essa temperatura corporal) 
· Mecanismos que elevam a temperatura corporal
Vasoconstrição
Estimulação hipotalâmica de calafrios 
Termogênese química (=15%; 100%) 
Maior produção de tiroxina (tiroxina é uma substância produzida pela tireoide que é uma glândula que fica no pescoço) (-50 a 100%) 
Efetores que alteram a temperatura corporal (aves e mamíferos)
1. Glândulas sudoríparas = recebem estímulos do hipotálamo e secretam suor com o objetivo de umidificar a pele;
2. Musculo liso em torno das arteríolas que suprem a pele = recebem estímulos do hipotálamo, dilatam se e aumentam o fluxo sanguíneo cutâneo. 
3. Músculos esqueléticos = em reposta a diminuição da TC, recebem estímulos do hipotálamo e iniciam os tremores para a produção de calor; 
4. Hormônios = adrenalina, noradrenalina e principalmente a tiroxina aumentam produção de calor; 
Equilíbrio hídrico corporal – Transpiração
A pele é o maior órgão de todos os mamíferos, vertebrados, seres vivos. 
1- O suor é formado na glândula sudorípara e à medida que passa no ducto da glândula, o sódio e o cloreto são reabsorvidos para o sangue (transpiração leve) 
*a pele tem vários ductos, que é onde vai passar o suor para eliminar na atmosfera, a partir do momento que o suor passa pelo ducto o sódio e o cloreto é reabsorvido para o corpo. 
 2-Quanto maior a temperatura (exercício), maior a produção de suor e menor a reabsorção desses sais; 
3- Individuas treinados e expostos ao calor em momentos repetidos aumentam a reabsorção de sódio e cloreto devido a estimulação da aldosterona glândulas sudoríparas; 
Algumas definições importantes
Metabolismo: conjunto de processos químicos que possibilitam a sobrevivência celular e liberam energia, proveniente da queima de carboidratos, gordura e proteínas. 
Principais fatores que afetam o metabolismo 
· Atividade física;
· Digestão de alimentos;
· Temperatura corporal. 
Metabolismo basal: velocidade de utilização da energia no organismo durante o repouso absoluto, mas com a pessoaacordada, A temperatura do ar deve estar entre 20 a 26,5 °C
*A mitocôndria sempre vai usar a glicose para a respiração celular. 
*O metabolismo basal existe em todos os organismos vertebrados. 
Variação da temperatura corporal- humano
*a temperatura está diretamente relacionada com a saúde do organismo. 
*o corpo suporta até +- 37 graus + que isso já é temperatura febril
*Menos que 32 o organismo já está entrando em hipotermia.
Sistema termorregulador humano
*os receptores térmicos, suas informações são transmitidas ao centro de controle por fibras aferentes e neurônios. 
*sistema de controle, que ativa os atuadores via fibras eferentes;
*os atuadores, estes agem sobre o sistema passivo. 
*a temperatura varia durante o dia e a noite.
*alguns hormônios aumentam a produção de calor. 
22/03/2021 – Biofísica 
Sistema termorregulador humano
· Os receptores térmicos, suas informações são transmitidas ao centro de controle por fibras aferentes e neurônios; 
· Sistema de controle, que ativa os atuadores via fibras eferentes;( quando a informação entra pela pele, os impulsos vão ser direcionados para o processador que é o cérebro) 
· Os atuadores, estes agem sobre o sistema passivo. (agem sobre o sangue, vai ser o sistema nervoso atuando sobre o sistema passivo que é o sangue, porque o sangue não se aquece sozinho) *Quem vai transportar o calor vai ser sempre o sangue, mas os músculos de contração involuntárias também formam calor para aquecer o sangue. 
· O sistema passivo. 
Transferência de calor com o ambiente 
-Radiação (céu) 
-Durante o dia esses animais tendem a receber muito valor
-Eles termo regulam todo tempo. 
- Evaporação (suor, respiratória)
-Sudorese
-Mamíferos são organismos que trazem essas características adaptativas. 
No caso dos seres humanos. 
-Em uma corrida, o chão transfere calor para o corpo
-A corpo transmite calor para o meio ambiente.
Termorregulação comportamental
*Regulação a partir do comportamento do animal
*ficar tomando sol, o peixe que vai nadar na parte da água quente. 
*as aves ficam juntinhas para gerar calor e transmitir para as outras. 
*Nos seres endotérmicos (ligamos o ventilador por ex) isso é uma termorregulação comportamental. 
Termorregulação fisiológica
*Os menores vasos sanguíneos que o corpo possui é os capilares, e as emacias entram dentro desses vasos em fila indiana de tão pequeno que é. 
*À medida que o sangue passa na superfície da pele, a pele transfere o calor, e as glândulas sudoríparas vão liberar o calor em forma de água. 
*Os hormônios trabalham nos músculos 
Mecanismos de termorregulação
*Faixa de 35 a 40°c 
*mecanismos para quando a temperatura aumenta
*mecanismos quando a temperatura diminui 
*O hipotálamo é o nosso termostato 
Troca de calor com o ambiente 
Condução e convecção 
1 - Condução envolve a transferência de calor de um material para o outro, através do contato molecular direto;
Exemplo1: Calor gerado no interior do organismo é transferido até a superfície corporal e então conduzido as vestimentas ou ao ar que se encontra em contato direto com a nossa pele;
Exemplo 2: Entrar em um carro com banco de couro que ficou exposto ao sol. Esse calor será transferido para o corpo. 
2. Convecção envolve a mobilização de calor de um lugar para outro através do movimento de um gás ou de um líquido pela superfície aquecida, quanto maior for o movimento do gás ou do líquido, maior será a remoção de calor. 
Exemplo1: O ar ao circular ao redor da nossa pele retira as moléculas que foram aquecidas pelo seu contato com a pele.
Termorregulação em mamíferos 
O controle da temperatura corporal humana é realizado pelo hipotálamo, conhecido como termostato biológico, uma porção pequena do encéfalo que também está relacionado com o emocional, respostas sexuais, apetite e regulação hídrica. Sinais enviados pelos termorreceptores localizados por toda a pele e a temperatura do sangue que passa pelo hipotálamo descrevem a condição de aquecimento corpóreo. Uma vez que sejam captados sinais de resfriamento, o centro de produção de calor do hipotálamo é ativado, enviando estímulos elétricos através dos nervos simpáticos que causam a vasoconstrição dos capilares da pele, reduzindo o fluxo de sangue superficial e mantendo o calor do corpo nos órgãos localizados mais profundamente. Esse estímulo também contrai os músculos eretores dos pelos para criar uma camada de ar que gera isolamento térmico, sendo esta ação mais eficiente em mamíferos que possuem o corpo coberto de pelagem. Também ocorrem estímulos nervosos para a contração da musculatura, os chamados tremores, que auxiliam a gerar calor no corpo. A exposição prolongada ao frio pode levar a uma regulação hormonal controlada pelo hipotálamo, que induz a hipófise a secretar o hormônio tireoestimulante (TSH) fazendo com que a taxa metabólica aumente e mais calor seja produzido pelo corpo.