Termometría y calor corporal, termodinámica y calorimetria.

Biofisica

Calor

Contenido energético de un cuerpo, en forma de energía cinética debido al movimiento de sus moléculas.

Termometría

Rama de la física que estudia los métodos para medir la temperatura.

Temperatura

Magnitud física que mide el nivel de agitación de las partículas de un cuerpo. Es la "Expresión de la energía cinética molecular" y depende de la velocidad media de las partículas.

NO ES UNA FORMA DE É

Temperatura en relación con el calor

Indica el sentido en que fluye el calor (siempre de mayor a menor T). También refleja el nivel térmico de un cuerpo.

Animal homeotermo

Que mantiene su temperatura corporal relativamente constante, sin importar la temperatura ambiente.

Componentes de la regulación voluntaria de la T corporal

Vestimenta, búsqueda de ambientes cálidos o frescos, e ingestión de alimentos/bebidas calientes o frías.

Fuentes principales de Producción de calor en el cuerpo

1. Reacciones químicas del metabolismo (aprox. 35%).

2. Trabajo muscular (el mayor, de 30% a 80%).

3. Acción de Hormonas (tiroxina, crecimiento, testosterona) 

4. Sistema Nervioso Simpático (adrenalina).

Principal mecanismo de Pérdida de calor cuando la T ambiente es mayor que la corporal

Evaporación (cuando el sudor se evapora). Es clave durante el ejercicio o a T ambiente > 30C (aprox. 22% de la pérdida total).

Radiación

El cuerpo emite calor en forma de ondas electromagnéticas de tipo infrarrojo. Es el más frecuente en bajas temperaturas.(55-60%).

Convección

Pasaje de calor a un medio que fluye (como el aire o agua en movimiento) (aprox. 15%).

Conducción

Pérdida de calor por contacto directo desde la piel al aire circundante o a un objeto sólido por continuidad térmica (aprox. 3%).

Centro termorregulador principal

Hipotálamo

Respuestas efectoras controladas por centros simpáticos para la Producción de Calor

1. Contracción muscular (temblor o tiritero/escalofríos).

2. Termogénesis sin temblor (aumento del metabolismo por acción de la hormona tiroidea).

Respuestas efectoras controladas por centros parasimpáticos para la Pérdida de Calor.

1. Vasodilatación (cutánea).

2. Aumento de la ventilación.

3. Sudoración.

Vasomotricidad cutánea

El cierre (vasoconstricción) o dilatación (vasodilatación) de las arteriolas de la piel.

Mecanismos de pérdida de calor actúa la Vaso motricidad cutánea

Actúa sobre la Convección y la Radiación.

Mecanismo de pérdida de calor es dominante si la T exterior es menor a 20C

Metabolismo (aumento de la producción) y Temblor (para aumentar la producción).

Mecanismo de pérdida de calor es dominante si la T exterior es mayor a 30 C

Evaporación (Sudoración).

Principio físico fundamental por el cual funcionan la mayoría de los termómetros

La Dilatación térmica de los cuerpos (ej. líquidos, gases o sólidos) al absorber calor.

Propiedad que deben tener las sustancias termométricas ideales

Deben variar linealmente con la temperatura.

Ventajas del Mercurio como sustancia termométrica

1. Su volumen varía uniformemente (linealmente) con la T.

2. Tiene un amplio rango de registro (Se congela a 39C y se evapora a +357C)

3. No se adhiere al vidrio.

4. Fácil de obtener en estado puro

5. Calor especifico bajo

6. Mucha dilatación al absorber Q, su coef. de dil. no es muy alto.

Alcohol

Utilizado para registrar T muy bajas -114C y 78C.

Principio del Termómetro Infrarrojo (Digital o Auricular)

Medición de la energía infrarroja emitida por la superficie del cuerpo (no necesita contacto).

Tipos de Termómetros

1. Clínico

2. De máxima y mínima

3. Químico o industrial

4. De banda bimetálica

5. Eléctrico

6. Infrarrojo

Puntos Fijos que necesita toda escala termométrica

Punto de Congelación del agua y Punto de Ebullición del agua (a presión normal).

Límite de Hipertermia compatible con la vida

43C

Hipotermia

T inferior a 35C y el limite es 25C

Pirógenos

Sustancias tóxicas (productos de desintegración de bacterias, como la Interleucina 1) que actúan sobre el centro termorregulador y elevan el punto de ajuste (set-point) del termostato hipotalámico.

Relación T y V

A mayor temperatura (T°), mayor velocidad de las partículas.

Intercambio de calor

De mayor a menor temperatura (gradiente de temperatura). Se interrumpe cuando las temperaturas se igualan.

Hombre en términos de temperatura

Es un animal homeotermo

Producción de calor corporal

1.Índice metabólico

2.Reacciones químicas del metabolismo (35%)

3.Trabajo muscular (30-80%)

4.Hormonas (tiroxina, etc.)

5.Sistema nervioso simpático (adrenalina).

Formas de Pérdida de calor

1. Radiación 55-60

2. Evaporación  20-25

3. Convección 15

4. Conducción 3

5. Orina y heces 2

Termostato hipotalámico

Detecta temperatura vía termoreceptores centrales y periféricos. Respuestas efectoras: producción de calor (temblor, termogénesis) y pérdida (vasodilatación, ventilación, sudoración).

Respuesta del Sistema termorregulador según temperatura exterior

<20°C: Metabolismo y temblor.

20-30°C: Vaso motilidad.

>30°C: Evaporación.

Celsius a Kelvin

100°C = 373 K.

T°K = T°C + 273.

Límites normales en axila, boca y recto

Axila: 37°C; Boca: 37.2°C; Recto: 37.5°C.

Causas y síntomas de la Hipertermia

Enfermedades cardiovasculares, olas de calor o ejercicio.

Cefalea, escalofríos, nauseas, vómitos y cefalea

Muerte por insuficiencia cardiaca.

Causas y síntomas de la Hipotermia

Ebriedad por vasodilatación, ancianos o enfermedades.

Insuficiencia cardiaca y renal, hipoglucemia, intoxicación por fármacos.

Termorreceptores

Centrales (hipotálamo) y periféricos (piel y médula espinal).

Respuestas para perder calor

Vasodilatación, aumento de ventilación, sudoración.

Fahrenheit a Celsius

(°F- 32) × 5/9 = °C.

Celsius a Fahrenheit

(°C 9/5)+32

Kcal a Kjoule

1 Kcal= 4,18 Kjoule

Termodinámica

Estudio de las transformaciones e intercambios de la energía, y las relaciones entre el calor y las demás formas de energía en un sistema y su entorno.

Sistema Aislado, Cerrado y Abierto.

Aislado: No transfiere masa ni energía.

Cerrado: Transfiere energía (calor/trabajo/radiación), NO masa.

Abierto: Transfiere masa y energía (Ej.: el cuerpo humano).

Ley Cero de la Termodinámica

Si dos sistemas están en equilibrio termodinámico con un tercer sistema, también lo están entre sí. Establece la propiedad de la Temperatura.

Primer Principio de la Termodinámica

Conservación de la energía: La energía no se crea ni se destruye, solo se transforma. Delta U = Q + W. La propiedad es el Calor.

Energía Interna (U)

Representa toda la Energía contenida en una sustancia, que incluye la Energía Cinética de las moléculas y la Energía de Atracción/Repulsión entre ellas.

(ΔE = E final - E inicial ).

Segundo Principio de la Termodinámica

En cambios espontáneos, el Universo tiende hacia el desorden (aumento de la Entropía).

Es la base de la Irreversibilidad de los procesos.

Entropía

Una medida de la aleatoriedad o desorden del sistema. Para que un proceso ocurra espontáneamente, la entropía del Universo debe aumentar.

Postulado de Clausius (o Refrigerador Térmico).

El calor no fluye espontáneamente de un cuerpo frío a otro caliente.

Postulado de Kelvin (o Máquina Térmica).

Es imposible convertir todo el calor en trabajo; siempre hay una pérdida de energía (calor residual).

Tercer Principio de la Termodinámica.

Es imposible alcanzar la temperatura de cero absoluto (0 K).

La entropía de una sustancia pura, perfectamente cristalina, es cero en el cero absoluto.

Caloría

Cantidad de calor necesario para elevar la T de 1 gramo de agua de $14.5 C a 15.5 C

Fórmula de la Ecuación Fundamental de la Calorimetría.

(Q: calor= m: masa,* c: calor específico,* Delta T: variación de temperatura).

Capacidad Calórica (C)

Relación entre el calor recibido (Q) y la variación de temperatura (Delta T).

Calor Específico (c)

Es una característica de la sustancia y es el cociente entre C y la masa (m).

Calorimetría Directa e Indirecta.

Directa: Mide la cantidad total de calor producido por el organismo (Ej: cámaras de Atwater).

Indirecta: Determina el calor conociendo el consumo de oxígeno (Ej: aparato de Benedict-Roth).

Metabolismo Basal (MB).

Conjunto de reacciones químicas que ocurren en el organismo en reposo físico y mental, y en condiciones de mínima demanda energética (mantener funciones vegetativas).

Condiciones requeridas para medir el Metabolismo Basal.

1. Reposo físico (mínimo 30min).

2. Reposo mental (relajado, pero despierto).

3. Ayuno de 12 horas.

4. T y ambiente cómodos (22C a 25C).

Valor energético de los Glúcidos y las Proteínas

4 Kcal/g

Valor energético de los Lípidos y el Alcohol

Lípidos: 9 Kcal/g. Alcohol: 7 Kcal/g.

Factores que INCREMENTAN la Tasa de Metabolismo Basal (TMB).

Práctica de ejercicio (aumento de masa muscular)

Fiebre

T extremas

Hipertiroidismo

Estrés

Embarazo/Lactancia

Metilxantinas

Ciclo Menstrual.

Factores que DISMINUYEN la Tasa de Metabolismo Basal (TMB).

Edad (avanzada)

Hipotiroidismo

Inanición grave o prolongada/Desnutrición

Sueño

Menopausia

Universo

Conjunto del sistema más el entorno.

Eficiencia máxima en máquinas térmicas

Alrededor del 50%, según la fórmula R = (T° caldera - T° frío) / T° caldera.

Fórmula de capacidad calorífica

 C = Q / ΔT.

Fórmula de Calor específico

c = C / m.

Fórmula para MB por calorimetría indirecta

Consumo O2 (L/h) × 4.825 / Superficie corporal (m²).

Hombre: 42 kcal/h/m²; Mujer: 39.9 kcal/h/m².

Unidades se mide la TMB

kcal/h/m²

Gasto calórico - Factores de actividad

1.3 sedentario, 1.5 moderado, 2.0 alto.

Gasto de una mujer activa al día

1800-2300 cal.

Gasto de un hombre activo al día

2500-3000 cal.

Requerimiento energético diario

Metabolismo Basal (70%) + Actividad física (20%) + Indeterminada 300 (10%) + Termogénico (10%).= kcal al dia

kcal/h en actividad intensa

200-300 kcal/h. Muy intensa: 300-400 kcal/h

kcal/día por actividad indeterminada

300 kcal/día.

Efecto termogénico

Energía que se consume para la asimilación de los alimentos.

+ E + Alimento

10% del total (MB + actividad física + indeterminada).

Tamaño corporal

Mayor masa muscular aumenta TMB; composición corporal influye.

Efecto de la Edad TMB

Disminuye con la edad debido a pérdida de masa muscular.

¿Cómo afectan temperaturas extremas a la TMB?

Aumentan TMB para mantener homeostasis.

¿Cómo afectan las glándulas endócrinas a la TMB?

Hipertiroidismo aumenta; hipotiroidismo disminuye.

¿Cómo afecta el estrés a la TMB?

Aumenta TMB por activación simpática.

¿Cómo afecta la alimentación a la TMB?

Inanición grave disminuye; buena nutrición mantiene.

¿Por qué aumenta la fiebre la TMB?

Mayor actividad metabólica para combatir infección.

Cambios de temperatura determinan cambios en las propiedades físicas de los cuerpos.

Longitud, volumen, presión, conductividad, longitud de onda de la radiación emitida por un cuerpo.

Gases

Gran coeficiente de dilatación.

Constituye la sustancia termométrica ideal.

Volumen muy afectado por la presión.

Solidos

Se dilatan poco.

Recuperan muy lentamente su vol. inicial.

Líquidos

Su volumen aumenta uniformente con la temperatura.

Actividad Física

Liviana 100 kcal*H

Moderada 100 a 200 kcal*H

Intensa 200 a 300 kcal*H

Muy intensa 300 a 400 kcal*H

Actividad Indeterminada

Actividades variadas de la vida diaria: bañarse, comer, hablar. 

Características fundamentales de la energía

Indestructibilidad y su Inter convertibilidad

Proceso Adiabático

Se llevan a cabo con cantidad constante de calor

Espirómetro

Mide la capacidad de los pulmones y la cant. de aire que entra y sale de ellos.