Termodinmica em Sistemas Biolgicos

Prof. Romildo Nogueira

1. Fundamentos da lgica da organizao do universo e a manifestao da vida.

A fsica quntica revelou que o universo no estvel quanto supunha

os princpios mecnicos e atmicos. As leis da natureza, imutveis e previsveis

na perspectiva clssica das dimenses macroscpicas, no se aplicam

dimenso microscpica, o que sugere que, a nvel subatmico, a realidade

probabilstica.

A ruptura decisiva da fsica quntica com a fsica clssica, ocorrido em

1927, com os princpios da incerteza e da complementaridade. O princpio da

incerteza de Heisenberg estabelece que no se pode conhecer, ao mesmo tempo,

a posio e a velocidade de uma dada partcula. O princpio da

complementaridade afirma que a matria ora se apresenta como partcula , ora

como onda. Ao contrrio do que formulava a viso clssica essas propriedades

no so excludentes, mas complementares. Em suma, h mais conexes do que

do que excluses entre os fenmenos que o racionalismo cartesiano pretende

distintos e contraditrios.

Um universo que foi, a princpio, considerado pela cincia como

dominado por uma ordem imperturbvel: estvel, regular e previsvel. Neste

universo, onde as estrelas estavam sempre nos mesmos lugares; os planetas

descreviam, incessantemente, as mesmas rbitas; os ciclos de vida, tanto animal

quanto vegetal, se reproduziam, de forma repetitiva, ao longo dos tempos, na

multiplicao e na renovao das espcies.

Entretanto, num segundo olhar, a cincia desvendou uma outra realidade:

a de um universo - desde a sua origem - sujeito disperso, expanso, sujeito

a revolues e em contnua evoluo. Nele, as estrelas nascem, explodem e

morrem e acidentes ecolgicos e geo-climticos ocasionam perdas e destruio,

perturbando e modificando a evoluo das espcies e as interaes nos

ecossistemas. Entretanto, esses incidentes que, a princpio, pareciam s

desordem, propiciam uma nova ordem no comportamento do universo.

Paul Valery afirma que duas calamidades ameaam o mundo: a ordem e a

desordem. Na verdade, tanto uma quanto outra, isoladas, seriam

catastrficas. Um universo determinista, em que reinasse a ordem pura, seria

semelhante a uma mquina, sem novidades, sem criao, sem devir, enfim

engessado, e com poucas possibilidades de crescimento. Da mesma forma, um

universo regido pela desordem no chegaria organizao, pois seria incapaz

de manter e conduzir a novidade e, por conseguinte, seria incapaz de levar uma

evoluo para frente. Um mundo absolutamente determinado, tanto quanto

um completamente aleatrio, pobre e mutilado; o primeiro, incapaz de

evoluir, e o segundo de nascer (Edgar Morin).

O cosmos e a vida surgiram em condies de turbulncia, de erupo e de

tormenta, portanto em condies de desordem. Essa desordem, derivada de um

calor intenso, significa uma agitao desordenada das partculas e dos tomos,

que, aleatoriamente se encontram, dando origem formao de galxias e da

prpria vida.

Somos todos vivos e no-vivos constitudos da mesma essncia. Os seres

vivos so constitudos de molculas desprovidas de vida. Essas molculas,

quando isoladas e examinadas individualmente comportam-se de maneira

idntica a matria inanimada. Apesar disso, os organismos vivos apresentam

atributos peculiares, os quais no so encontrados nos aglomerados de matria

inanimada.

Alguns atributos so inerentes aos seres vivos: so complexos e altamente

organizados em relao matria inanimada; cada parte componente de um

organismo vivo tem funo especfica; tem capacidade de extrair e transformar

a energia de seu meio ambiente , a qual eles usam para construir e manter suas

intricadas estruturas, a partir de materiais primrios simples (so

negentrpicos); tem capacidade de efetuar auto-replicao.

A matria inanimada no tem essa capacidade de utilizar a energia

externa para manter sua prpria organizao estrutural. Ao absorver energia a

matria inanimada geralmente passa para uma situao de maior desordem

(so entrpicos).

Como os organismos vivos constitudos de molculas intrinsecamente

inanimadas, difere to radicalmente da matria no-viva?

Por que razo os organismos vivos parecem ser mais do que a soma de

seus componentes inanimados?

Os filsofos antigos responderiam que os organismos vivos so dotados de

uma fora vital (vitalismo), que tem sido rejeitada pela cincia moderna. Na

atualidade a bioqumica e a biofsica molecular tem como objetivo central

determinar como os agregados de molculas inanimadas, que constituem os

seres vivos, interagem entre si para manter e perpetuar a condio vital.

As molculas encontradas na matria viva, denominadas de biomolculas,

apresentam composio qumica qualitativamente diferente do meio fsico em

que vivem. A maioria dos componentes qumicos dos organismos vivos de

natureza orgnica. Essas molculas so ricas em carbono, oxignio e nitrognio.

Em contraste, os elementos carbono e nitrognio no so abundantes na

matria inanimada.

Os compostos orgnicos presentes na matria viva ocorrem numa

extraordinria variedade e muitos deles so extremamente complexos. Mesmo

uma bactria, uma clula bastante simples, como a Escherichia coli contm

cerca de 5 mil compostos. No organismo humano, deve existir cerca de 100 mil

protenas diferentes. Alm disso, existe uma grande diversidade protica nos

diferentes organismos, de maneira que nenhuma das molculas proticas da

bactria E. coli idntica a qualquer uma das protenas encontradas no

homem, ainda que algumas funcionem de maneira muito semelhante. De fato,

cada espcie de organismo tem seu conjunto prprio, quimicamente distinto, de

molculas de protenas e cidos nuclicos. Considerando o nmero de espcies

de seres vivos existentes, uma tentativa intil tentar isolar, identificar e

sintetizar todas as molculas orgnicas encontradas na matria viva. Por outro

lado, a bioqumica e a biofsica molecular tem mostrado que as biomolculas

so formadas por uma lgica bastante simples. As protenas, por exemplo,

consistem de cadeias de aminocidos ligados covalentemente. So compostos

pequenos e de estrutura conhecida e somente vinte categorias diferentes deles

so encontrados nas protenas, que ao se organizarem em diferentes seqncias

podem formar a enorme variedade de protenas existentes nos seres vivos. De

maneira similar, todos os diferentes cidos nuclicos (DNA e RNA) encontrados

nos seres vivos so feitos somente por oito monmeros primrios, denominados

nucleotdeos. Portanto, a lgica molecular da condio vital, parece obedecer

aos seguintes axiomas: existe uma simplicidade bsica na organizao

molecular dos seres vivos e existe um princpio bsico de economia molecular,

que permite ao seres vivos conter as molculas mais simples possveis e o menor

nmero possvel delas. Existe s o suficiente para permitir a aquisio dos

atributos da vida e da identidade especfica nas condies ambientais vigentes

para ela.

2. Transformaes de energia nos seres vivos.

A complexidade molecular e a ordem estrutural dos organismos vivos, em

contraste com a estrutura ao acaso da matria inanimada, tm implicaes

profundas na maneira como o ser vivo transforma a energia absorvida do seu

meio para se manter organizado.

Uma breve reviso dos princpios da termodinmica ser realizada como

o objetivo de mostrar como o ser vivo utiliza a energia do meio ambiente na sua

organizao molecular. Isto contrria, a matria inanimada que ao absorver

energia se desorganiza.

A Termodinmica surgiu com o advento da revoluo industrial, onde o

interesse principal era a possibilidade de transformao de calor em trabalho,

assim como, eficincia das mquinas trmicas nesse processo. O princpio da

equivalncia descoberto por Mayer (1842), foi fundamental na compreenso da

relao quantitativa entre calor e trabalho, e portanto nos processos de

produo de trabalho a partir do calor. Segundo este princpio, num processo

termodinmico cclico, a quantidade total de trabalho dividida pela quantidade

total de calor igual a um valor constante, denominado equivalente mecnico

do calor. Se o trabalho e o calor forem medidos em Joule a sua razo igual

unidade.

Wtotal / Qtotal = 1, ou Qtotal - Wtotal = 0, ou seja a diferena entre o calor total

e o trabalho total num processo termodinmico cclico zero.

Num processo cclico termodinmico, quando a variao de uma certa

grandeza nula, diz-se que tal grandeza uma funo de estado. Portanto,

Qtotal - Wtotal uma funo de estado e denominada de energia interna.

Clausius chamou o princpio da equivalncia entre calor e trabalho de

primeiro princpio da termodinmica e o enunciou nos seguintes termos: Em

todos os processos cclicos em que o calor produz trabalho, consome-se uma

quantidade de calor igual ao trabalho produzido, e vice-versa, ao gastar uma

certa quantidade de trabalho, obtm-se uma mesma quantidade de calor.

A primeira lei da termodinmica tambm chamada lei da conservao

da energia e , comumente, anunciada na seguinte forma:

E = Q W,

onde E a energia interna do sistema e Q o calor fornecido e W o

trabalho realizado pelo sistema.

O primeiro princpio da termodinmica nada afirma a respeito da

possibilidade de uma dada transformao se realizar e nem informa sobre o

sentido em que tal transformao pode evoluir.

O segundo princpio da termodinmica afirma , segundo o enunciado de

Clausius, que impossvel que uma mquina cclica possa produzir, como

nico efeito, a transmisso contnua de calor de um corpo de menor

temperatura a outro de maior temperatura.

Considerando uma fonte quente e uma fonte fria como um sistema, pode-

se escrever: ( Q fonte quentesistema / T fonte quente) + (Q fonte fria sistema / T fonte fria) = 0.

A quantidade Q / T denominada de entropia, tambm uma funo de

estado termodinmica, ou seja nula num processo cclico.

A segunda lei da termodinmica , do ponto de vista da mecnica

estatstica, estabelece que os processos fsicos e qumicos tendem para um

aumento da desordem no universo ou da sua entropia. Por exemplo, se

colocado uma gota de um soluto num solvente a tendncia natural a gota se

difundir dentro do solvente. Desta maneira, a gota ao se espalhar no interior

do solvente no pode mais se organizar em forma de uma gota, aumentando a

desordem do sistema. Nesse caso diz-se que o sistema (solvente + soluto) teve

sua entropia aumentada. Observe que gota ao se difundir teve sua energia

(armazenada no gradiente qumico) transformada em energia cintica para

difuso do soluto, e portanto o gradiente de energia armazenada se perde no

decorrer do processo. Os processos naturais nunca ocorrem de modo a reduzir

a desordem global do universo, ou a sua entropia . Como ento que os seres

vivos podem criar e manter sua estrutura extremamente ordenada e complexa

num meio ambiente que est sempre aumentando a sua desordem?

Os organismos vivos no constituem excees s leis da termodinmica.

Eles incorporam, de seu meio ambiente, uma forma de energia que pode ser

utilizada por eles nas condies especiais de temperatura e presso nas quais

vivem (energia livre) e, em seguida, repe ao meio ambiente uma quantidade

equivalente de energia em forma, menos utilizvel (calor e outras formas de

energia). A modalidade utilizvel de energia que as clulas incorporam

denominada energia livre, que pode, ser definida como o tipo de energia capaz

de produzir trabalho em condies de temperatura e presso constantes.

No formalismo termodinmico a energia livre (de Gibbs) uma funo de

estado definida pela combinao das seguintes funes de estado: G = E + PV -

TS , onde E a energia interna , PV o produto da presso pelo volume e TS o

produto da temperatura pela entropia. Portanto, num sistema onde a

temperatura e a presso esto constantes ou seja, onde possam variar somente

a energia interna, o volume e a entropia, a varivel pertinente na avaliao da

espontaneidade e do equilbrio a energia livre G. Essa grandeza quando

expressa por mol, recebe o nome de potencial qumico, e ser bastante usado no

estudo do transporte de substncias, seja em meios homogneos ou

heterogneos.

O meio ambiente dos seres vivos absolutamente essencial para eles, no

somente como uma fonte de energia livre, mas tambm como uma fonte de

matrias-primas. Os organismos vivos so sistemas abertos, pois trocam tanto

energia como matria com o meio ambiente e, ao fazerem isso, transformam

ambos. uma caracterstica dos sistemas abertos o fato deles no estarem em

equilbrio com os seus meios ambientes. Ainda que os organismos vivos

paream estar em equilbrio, uma vez que eles no apresentam modificaes

visveis, em realidade, eles se encontram em estado estacionrio.

3. Equilbrio versus homeostasia.

Na natureza, os diversos processos, como por exemplo, a queda de um corpo

no campo gravitacional, o movimento de uma carga positiva no sentido do campo

eltrico e a difuso de um corante num lquido, ocorre sem a influncia de um

agente externo e sempre no sentido que o da espontaneidade. Os processos

espontneos buscam os estados de mnima energia e mxima entropia (so

entrpicos). Por outro lado, os processos no espontneos, como por exemplo, a

subida de um corpo no campo gravitacional, o movimento de uma carga positiva

contraria ao sentido de um campo eltrico, no ocorrem natureza, a menos que

agentes externos aos processos tenham participao. Esses processos no-

espontneos no levam o sistema ao equilbrio e so negentrpicos. Processos com

essas caractersticas, ocorrem sempre acoplados a processos espontneos. Quando

dois processos esto acoplados aquele que evolui no sentido da espontaneidade

recebe o nome de processo movente e o que evolui no sentido no-espontneo

denominado processo movido.

Um processo s ocorre na natureza, ou seja s h movimento de matria se

existirem foras associadas a esses processos. O processo movente evolui a favor

da fora ao qual ele est relacionado e o processo movido no sentido contrrio dela.

Se as foras forem iguais tem-se o equilbrio do sistema, caracterizado pela

ausncia da evoluo no tempo de qualquer um dos dois processos (movente e

movido).

Os seres vivos no se encontram em equilbrio com o seu meio ambiente,

porm em estado estacionrio. Esse estado se caracteriza por uma condio de

equilbrio aparente de uma parte do sistema, onde as variveis de estado

caractersticas (concentrao, densidade, temperatura, volume, etc.), se mantm

inalteradas com o tempo s custas de outros processos. Assim, o nvel da gua num

reservatrio poder no mudar com o tempo porque no entra nem sai gua do

mesmo (equilbrio) ou porque a quantidade de gua que sai bombeada de volta

(estado estacionrio).

As clulas mantm seus gradientes eletroqumicos as custas de um processo

dinmico (estacionrio), onde a degradao do gradiente eletroqumico de cada on

compensada por transporte ativo desse on (com consumo de ATP). Esse processo

dinmico que ocorre nos seres vivos denominado de homeostasia. A vida se

mantm devido a processos homeostsicos e no a processos envolvendo o

equilbrio com o meio ambiente. Equilbrio celular significa a sua morte. Viver

lutar contra a condio de equilbrio.

A maquinaria de transformao de energia dos seres vivos construda

inteiramente de molculas orgnicas frgeis e instveis, que so incapazes de

resistir a temperaturas elevadas, correntes eltricas intensas, ou condies

extremamente cidas ou bsicas. A clula viva tambm essencialmente

isotrmica; a qualquer tempo, todas as partes da clula tm praticamente a mesma

temperatura. Alm disso, no existem diferenas significantes de presso entre

uma parte e a outra da clula. Por essas razes, as clulas so incapazes de utilizar

o calor como fonte de energia. As clulas vivas, portanto, no se assemelham s

mquinas trmicas ou eltricas, com as quais estamos familiarizados. Ao contrrio,

elas obedecem a um outro importante axioma da lgica molecular da condio

vital: as clulas funcionam como mquinas isotrmicas. A energia que as clulas

absorvem de seu meio ambiente armazenada na forma de energia qumica, cuja

utilizao permite a realizao do trabalho qumico envolvido na biossntese de

componentes celulares, o trabalho osmtico necessrio para o transporte de

materiais na clula, o trabalho mecnico da contrao e locomoo.

4. Temperatura e calor

O conceito de temperatura intuitivo e est sempre associado sensao

de quente e frio e sua medida realizada observando-se a expanso de uma

coluna de mercrio, instrumento denominado de termmetro. A idia de

expanso de um determinado volume associado com o aumento da

temperatura induz proporcionalidade entre temperatura (T) e energia

cintica translacional mdia das molculas (EC) do material que se expande

na coluna do termmetro. Considerando, por simplicidade, um termmetro

a gs a relao entre a temperatura (T) e a energia cintica mdia

translacional das molculas do gs (EC)m pode ser expressa da seguinte

forma:

(EC) m = (3/2) kT,

onde k constante de Boltzmann. Portanto, a temperatura de um sistema

est relacionada energia cintica mdia translacional das suas molculas.

A temperatura de um corpo varia quando ele recebe ou fornece calor.

As molculas de um corpo esto em constante agitao trmica e so

responsveis por sua energia trmica. Quando o corpo recebe ou cede calor,

h um aumento ou diminuio dessa energia trmica, indicado pela variao

de sua temperatura. Quando um sistema mantm sua temperatura constante

porque sua energia trmica no varia, e portanto o corpo nem cedeu nem

recebeu calor. Ento, o calor pode ser entendido como a energia que

transita entre corpos de diferentes temperaturas colocados em contato,

reduzindo a energia trmica de uns e aumentando a energia trmica de

outros.

O calor sempre flui do corpo quente para o frio e a quantidade de calor

trocada Q, durante a variao de temperatura t de um corpo, depende de

sua massa, da prpria variao da temperatura e do material de que ele

constitudo. Assim,

Q = mct,

Onde a constante c denominada de calor especfico e varia de um

material para outro. O calor especfico a quantidade de calor necessria

para elevar 1 grama de uma certa substncia de 1 oC . O calor especfico da

gua 1 cal / (g. oC) enquanto o calor especfico do ar 0,17 cal / (g.

oC).

Como o homem mantm sua temperatura corporal? O homem

mantm, a despeito das variaes da temperatura ambiente, a sua

temperatura interna entre 36,7 e 37oC, quando medida na boca, ou entre

37,3 e 37,6 oC para medies retais. Isso se deve existncia de mecanismos

reguladores que controlam eficientemente a produo e a eliminao do

calor corporal. Em ambientes frios, o calor gerado no interior do corpo deve

ser conservado, enquanto nos ambientes quentes deve ser dissipado para o

meio. A temperatura interna do corpo depende, assim, desse balano. Os

animais que so capazes de controlar a prpria temperatura interna so

chamados homeotermos.

O homem um animal homeotermo (sangue quente). Claude Bernard (1876),

demonstrou que, nos animais expostos ao frio, o calor corporal era produzido pela

contrao muscular (termognese mecnica) e pelas reaes bioqumicas

exotrmicas (termognese qumica).

A termognese mecnica est baseada na produo de calor que ocorre

durante o calafrio. O calafrio uma resposta muscular apresentada por

muitos animais, entre os quais o homem, quando so subitamente expostos

ao frio. Pode tambm ser observado nos estados febris, quando a

temperatura corporal ascende rapidamente.

O calafrio caracterizado por uma contrao desordenada dos msculos

esquelticos. Trata-se de uma resposta involuntria e, durante a sua

ocorrncia, o consumo de oxignio pode elevar-se de 2 a 5 vezes. O calafrio

resultante de uma atividade nervosa descontrolada. Isso foi mostrado, por

Cottle & Carlson, (1954), quando aboliram o calafrio bloqueando a

transmisso neuromuscular, usando o curare. Alm disso, o uso da fenesina,

droga que atua principalmente na medula, abole tambm o calafrio, por

inibir os neurnios motores (Griggio, 1982).

Os animais homeotermos nem sempre utilizam a termognese mecnica

durante a adaptao ao frio. Pequenos animais (ratos) , aclimatados ao frio

conseguem produzir calor suficiente para suas necessidades trmicas, pelo

uso da termognese qumica, ou seja, aumentando seu metabolismo interno.

O prprio homem, quando submetido a um ambiente que se esfria

vagarosamente, pode compensar a sua demanda de calor, por esse

mecanismo.

A termognese qumica, apesar de mais lenta do que a termognese

mecnica, o meio mais importante para manuteno da temperatura

corporal. O calor produzido no corpo humano pelas reaes exotrmicas

que ocorrem no metabolismo das gorduras, dos aucares e das protenas. As

gorduras so uma fonte importante de energia trmica, sobretudo aquelas

localizadas no tecido adiposo marrom. As clulas desse tecido convertem

com facilidade a energia dos seus estoques. O tecido adiposo marrom existe

em camundongo, hamster, macacos, humanos e outros animais.

Alguns animais no utilizam a termognese mecnica durante a

adaptao ao frio. Entre eles o co, o coelho e a cobaia. O coelho faz a

aclimatao ao frio, eriando os plos, com o objetivo de criar uma camada

de ar que funciona como isolante trmico.

Nos animais pecilotrmicos (sangue frio), grande parte da regulao da

temperatura corporal consiste em alteraes do comportamento, como a

procura de locais quentes quando a temperatura cai. Isso implica restries tanto do

comportamento quanto do ambiente em que esses animais podem viver.

A produo de calor em situao de metabolismo basal de aproximadamente

1,5 Kcal / min para um homem adulto com 70 Kg e com 1,8 m2 de superfcie corporal.

O calor gerado principalmente no fgado, crebro, corao e msculos esquelticos.

Quando em atividade essa produo de calor pode elevar-se at 9,0 Kcal / min para

um esforo muito elevado.

O corpo humano perde calor (termlisis) pelos seguintes mecanismos:

Vaporizao; Radiao; Conveco; Conduo.

Vaporizao a passagem de uma substncia do estado lquido para o estado

gasoso. A vaporizao pode ocorrer por:i. ebulio que uma vaporizao rpida e

turbulenta observada quando o lquido atinge a sua temperatura de ebulio;ii.

calefao observada quando o lquido entra em contato com uma superfcie

superaquecida. Nesse caso, a vaporizao muito rpida e a temperatura do fluido

permanece menor do que sua a sua temperatura de ebulio;iii. evaporao processo

lento e realizado a baixa temperatura. No corpo humano, a vaporizao se faz por

evaporao da gua pela pele e pelos pulmes.

A perda de calor corporal por evaporao normalmente equivale cerca de 20 a

25% do calor total perdido pelo corpo humano. Para cada grama de suor o corpo

perde 0,58 Kcal. Nas febres e nas doenas onde ocorrem hiperventilao pulmonar

por taquipnia (respirao curta e acelerada), essa perda muito aumentada. Nos

grandes queimados, ao contrrio, a perda de calor por evaporao est

prejudicada. Isso ocorre porque a quantidade de lquido que chega superfcie do

corpo muito grande e no h tempo suficiente para sua completa evaporao.

Ainda mais, o lquido rico em protenas, sobretudo albuminas, o que aumenta

sua tenso superficial e prejudica, assim, a sua evaporao. Nesses pacientes, a

reduo da termlise por evaporao colabora para hipertermia que eles

costumam apresentar.

Na radiao o calor dissipado por meio de ondas eletromagnticas. Cerca de

60% da perda de calor corporal feita por radiao. Todo corpo com temperatura

maior do que 0 oC emite radiaes eletromagnticas (raios infravermelhos) devido a

sua temperatura. O fluxo de calor resultante se dirige do corpo mais quente para o

mais frio. Assim, a taxa de resfriamento de um corpo depende do seu poder emissivo.

O fluxo de calor para o meio circundante ser tanto maior, quanto maior for a rea do

emissor e maior for o gradiente trmico entre ele e o meio. A capacidade que a pele

tem para receber calor do corpo e, em seguida, dissipa-lo sob forma de radiao

eletromagntica fundamental na transferncia de calor entre o corpo e o meio.

Um fator importante na perda de calor por radiao poder emissivo ou potncia

emissiva (P) de um corpo que a razo entre o fluxo () de calor que o corpo emite e

a quantidade de calor por unidade de tempo(n) que seria emitida pelo corpo negro

se estivesse submetido s mesmas condies experimentais, ou seja:

P = () / (n)

O corpo negro tem as propriedades de absorver totalmente as radiaes

recebidas, seja ela ultravioleta, luz visvel ou infravermelho e emitir radiao de

acordo com sua temperatura.

A pele humana, funciona como um irradiador de calor, emite raios infravermelhos

com comprimentos de onda que vo de 5 a 20 m. A pele humana tem uma potncia

de irradiao igual a 97% daquela do corpo negro, independente da sua cor. Isso

mostra que ela tem um excelente poder emissivo.

A pele a principal fonte de radiao calorfica do corpo humano. O suprimento

sanguneo para esse rgo abundante e est sob o controle do sistema nervoso

central. Nas extremidades, em particular, existem muitas comunicaes entre artrias

e veias de pequeno calibre. Isso cria condies para a formao de grande fluxo

sanguneo, pois no tendo o sangue que percorrer os capilares, a resistncia ao fluxo

baixa. Por esta razo, nas extremidades ocorre grande troca de calor com o meio

ambiente.

As mudanas na temperatura ambiente alteram a circulao do sangue na

superfcie do corpo e isso se deve liberao de mediadores qumicos, tal como a

acetilcolina. A temperatura da pele tambm pode ser alterada por reflexos nervosos.

As informaes, captadas pelos receptores de frio e de calor situados na pele, chegam

ao crebro atravs dos nervos sensitivos. Esses sinais so ento processados e

retornam aos vasos que esto na regio do estmulo. Os nervos simpticos e

parassimpticos conduzem esses estmulos e, assim, controlam a circulao sangunea

da regio.

A conveco a transferncia de energia trmica de um sistema para outro que

se faz atravs da movimentao de massas de fluido. Esse movimento provm da

diferena entre o empuxo do meio e o peso das partculas do fluido. Quando o ar

aquecido, ele se expande, aumentando o seu volume e reduzindo sua densidade. Isso

faz com que a fora de empuxo do meio se torne maior do que o peso da massa de ar

expandido e, por conseguinte, a camada de ar empurrada para cima. O inverso

ocorre, quando o ar resfriado. Assim, quando as molculas de ar entram em contato

com a pele e so aquecidas (por conduo), elas se expandem rarefazendo o meio e

criando os gradientes de temperatura necessrios formao das correntes de

conveco. Por este mecanismo, o ar aquecido sobe e substitudo por uma massa

de ar mais fria. O efeito refrigerador, que a conveco do ar exerce sobre a pele, foi

chamado de clima privado.

Conduo a forma de transferir calor quando h contato direto entre um corpo frio e outro quente. A conduo importante quando se estuda a perda de calor atravs das roupas e em situaes especiais, como as que ocorrem nos trabalhos ou nos esportes sob a gua.

Uma equao para o fluxo de calor pode ser estabelecida. Considere uma barra condutora de calor, isolada do ambiente, ligada a dois corpos mantidos a temperaturas diferentes. A equao que permite calcular o fluxo () do calor que se propaga do corpo mais quente para o mais frio :

= -k.S.dT/dX, onde k a constante de condutividade trmica da barra, S a rea da barra e dT/dX o

gradiente de temperatura ao longo da barra.. A condutividade trmica depende do

material onde a conduo est ocorrendo. A condutividade trmica do ar igual a 0,026

cal/ m.s. oC, da borracha 0,372 cal/ m.s. oC, do cobre 401 cal/ m.s. oC e da pele 0,898 cal/

m.s. oC. Portanto, a condutividade do cobre 15423,08 vezes maior que a do ar e a da

pele 34,54. O ar tem uma baixssima condutividade.

A termoregulao corporal.

A regulao da temperatura corporal depende do ajuste adequado entre a

termognesis e a termlisis. Para isto, o organismo possui sensores que registram a

temperatura superficial e interna e atravs dos centros de processamento disponibilizam

os efetores adequados e induzem a adoo de comportamentos prprios s diversas

condies ambientais e do organismo.

Num ambiente confortvel em repouso e com o corpo desnudo, a maior perda de

energia se produz por radiao. Quando o organismo se encontra num ambiente de

temperatura elevada ou durante o exerccio, aumenta o fluxo da circulao perifrica

por vasodilatao, o qual favorece o transporte de calor do interior para a superfcie

corporal por conveco. O esquentamento da pele produz uma maior irradiao. Alm

disso, diminui a circulao de retorno dos membros pelas veias profundas e, portanto, se

reduz a troca de calor em contracorrente, aumentando a temperatura interna e

provocando aumento da sudorese.

A resposta ao frio consiste em vasoconstrico perifrica, desvio da circulao de

retorno dos membros atravs das veias profundas, aumento da atividade muscular e da

taxa metablica. No homem a proteo contra o frio mais importante se constitui no

abrigo, o qual resultado de um comportamento.

As relaes entre os sensores,os centros de processamento e os efetores so

descritos em detalhes nos tratados de Fisiologia e no ser tratado neste texto.