Michelle Cândida dos Santos Nº USP: 7480851 Polo Piracicaba 2

Relatório de Física do Corpo Humano

Disciplina Laboratório Didático I

Piracicaba, 11 de fevereiro de 2011

  1. Resumo

O corpo humano utiliza energia metabólica na forma de ATP para manter os processos fisiológicos, como a contração e o relaxamento musculares, e para reações celulares, como sistemas de transporte ativo, sinalização de receptores de hormônios e síntese de proteínas. O combustível para as necessidades de energia do corpo provém de nutrientes ingeridos ou de glicogênio e gordura armazenados.

As células convertem energia armazenada nas ligações químicas dos alimentos em energia livre, que pode ser utilizada para as reações moleculares do metabolismo celular. Esses processos fisiológicos envolvem diversos modos de transdução de energia, de energia química das ligações moleculares para energia térmica ou para trabalho mecânico nos movimentos de órgãos, como os que ocorrem no coração e nos pulmões. Todas as transduções de energia metabólica obedecem à primeira lei da termodinâmica, que afirma que a energia é conservada quando é convertida. Durante o exercício, os músculos esqueléticos utilizama energia química da hidrólise do ATP para produzir trabalho mecânico e químico. Nesse processo de transdução irreversível, ocorrem movimentos e a energia é dissipada na forma de calor.

2. Introdução

As experiências descritas neste relatório tiveram como objetivo determinar a ingestão calórica de um dia, calcular a potência do corpo humano, calcular o deslocamento e velocidade média em atividade física de caminhada e calcular a aceleração média em cada valor proposto.

O metabolismo é o conjunto de reações químicas responsáveis pelos processos de síntese e degradação dos nutrientes na célula. O metabolismo divide-se em duas etapas: catabolismo (onde há degradação,ou “quebra” de compostos) e anabolismo (que é a síntese, ou seja, formação decompostos). O metabolismo é também o processo através dos quais as células capturam energia de outras células: convertem nutrientes em blocos construtores para a síntese de macromoléculas tais como os polissacarídeos (açúcares), proteínas e ácidos nucléicos; sintetizam as macromoléculas necessárias para o crescimento e replicação da célula; e degradação de macromoléculas para obter energia ou para estoque de seus blocos construtores para futuras construções.

O Catabolismo refere-se ao processo o qual leva a quebra ou degradação de compostos em moléculas menores, mais simples, tais como o íon lactato, etanol, etc. As vias catabólicas são invariavelmente acompanhadas por uma rede de liberação de energia livre, e uma das metas do metabolismo é capturar pelo menos alguma desta energia sob a forma de compostos de alta energia, como a adenosina trifosfato (ATP). Já o Anabolismo descreve seqüências de reações nas quais moléculas crescentemente mais complexas são sintetizadas às expensas de ATP, ou seja, o anabolismo requer energia para ser realizado, e esta energia é proveniente das reações de decomposição (catabolismo). Durante o metabolismo, em ambos os processos, catabolismo e anabolismo, ocorrem uma série de passos discretos e pequenos, passando através de um número de intermediários em seus caminhos até chegar aos produtos finais.

Adenosina trifostato (ATP) é a fonte primária de energia química para uma variedade aparentemente sem fim de processos biológicos. Ela alimenta processos tão diversos como a bioluminescência, o transporte de íons e moléculas através de membranas, a contração de músculos, a realização de exercícios, e a síntese de carboidratos e ácidos nucléicos. Quando um ATP libera energia ele vira ADP (adenosina difosfato) e precisa ser fosforilado para voltar a ser ATP, sendo necessário, para isso, a degradação de micronutrientes como a fosfocreatina, a glicose, o ácido graxo ou o aminoácido, para novamente ser capaz de gerar energia.

O metabolismo é simplificado por dois fatores. Primeiro, ele exibe somente pequenas variações dentro de células de uma mesma espécie. Segundo, os processos metabólicos são acoplados ao longo de reações essenciais que podem ser organizadas em vias, tais como a glicólise (degradação da glicose – carboidrato), e um entendimento de um limitado número destas vias pode revelar uma grande quantidade de informação sobre todo o processo do metabolismo. Apesar do ensino classificatório da nutrição implicar na atribuição das funções únicas e específicas para cada nutriente: função "energética" para os carboidratos, função de "reserva" para os lipídeos e função "estrutural" (ou "plástica") para as proteínas. Estes mesmos nutrientes podem contribuir para a produção de energia no organismo humano.

Cada pessoa necessita de um nível mínimo de energia para desempenhar as funções vitais no estado acordado. O organismo gasta uma quantidade de calorias simplesmente para manter suas funções vitais quando se está em repouso, pondo em funcionamento o menor número possível de reações, como respiração e funcionamento cardiovascular, por exemplo, esse valor refere-se à taxa de metabólica basal (TMB). Este gasto expressa as mudanças metabólicas indispensáveis e, se determina em repouso absoluto e depois de 12 horas de uma refeição ligeira. Essa demanda de energia reflete a produção de calor pelo corpo.

Os valores do consumo de oxigênio para a taxa metabólica basal (TMB) variam habitualmente entre 160 e 290 ml/min (0,8 a 1,43 Kcal/min), dependendo de fatores como sexo, idade, tamanho corporal global e peso corporal isento de gordura (PIG). O conhecimento da TMB permite estabelecer a importante linha basal energética para elaborar um bom programa de controle do peso corporal através da restrição alimentar, exercício, ou uma combinação de ambos.

Um pouco acima da TMB está a taxa metabólica de repouso (TMR), que se refere à soma dos processos metabólicos da massa de células ativas necessários para manter o equilíbrio regulador normal e as funções corporais em repouso. Para uma pessoa normal, a TMR corresponde a aproximadamente 60 a 75% do Consumo diário total de energia (CDTE), enquanto os efeitos térmicos da alimentação são responsáveis por cerca de 10% e a atividade física é responsável pelos 15 a 30% restantes.

O metabolismo em repouso varia proporcionalmente à área superficial do corpo. Isso demonstra que o dispêndio de energia está intimamente relacionado ao gasto energético/ por área de superfície corporal/ por hora (Kcal.m2. h). Ou seja, quanto maior a área superficial do seu corpo, maior será o gasto energético.

Para identificar quantas calorias são gastas em um dia é necessário incluir alguns fatores como peso (quem pesa mais, ou seja, têm maior massa muscular, possui necessidade calórica maior), idade (com o avanço da idade o metabolismo diminui), sexo (os homens possuem mais massa muscular e por isso o metabolismo é mais acelerado) e nível de atividade física (a atividade física aumenta o metabolismo) que influenciam o gasto energético do organismo.

O metabolismo dos nutrientes pode ser dividido por vias metabólicas, ou seja, existe o metabolismo dos carboidratos (glicose ou glicogênio muscular e hepático), o metabolismo das gorduras (ácidos graxos) e o metabolismo das proteínas (aminoácidos). O metabolismo pode ser dividido também em relação a presença de oxigênio (metabolismo aeróbio) e na ausência de oxigênio (metabolismo anaeróbio), o que vai definir qual será a via metabólica utilizada para gerar a ressintese do ATP será a velocidade e a intensidade do gasto energético.

3. Procedimento

3.1. Exercício1

Sabendo que a potência total diária de nosso corpo é definida como a razão entre toda a energia ingerida pelo corpo e o tempo de um dia,realize a seguinte atividade :

3.1.1. Anote durante um dia (24horas) todo o alimento consumido, estimando a massa ingerida e sua principal característica (se é proteína,gordura ou carboidrato).

3.1.2. Com estes valores faça uma tabela de energia consumida para cada porção de comida;

vide a terceira e quarta coluna da tabela

3.1.3. Determine a energia total ingerida e a potência total mediado corpo humano.Cuidados:Determine sempre a energiaem Joules(1cal=4,1868J);Para o cálculo do tempo de um dia (24h) é necessário converte-lo em segundos; Para problemas nas estimativas de massa ingerida, valores de J/g consulte a página :http://www.faac.unesp.br/pesquisa/nos/bom_apetite/tabelas/cal_ali.htm2.

3.2. Exercício 2

Caminhar ou executar qualquer modalidade de atletismo na pistade do CEFER durante um tempo de no mínimo 30 minutos. Para esta atividade física:

3.2.1. Anotar o tempo necessário para completar diferentes distâncias,i.e., anotar o deslocamento em função do tempo.

3.2.2. Com estes valores elaborar um gráfico:Deslocamento versus tempo

3.2.2 Calcular a velocidade média entre cada valor experimental de posição e tempo anotados.

3.3. Exercício 3

Visitar a biblioteca do Campus, procurar por algum livro listado na bibliografia anterior, buscar explicar o conceito de eficiência do corpo humano, eficiência do pulmão, coração,etc.,de qualquer outro órgão. E por fim,listar todos os valores de eficiência ao corpo humano executando diferentes atividades físicas,e órgãos que possam ser associados ao corpo.

4. Resultados e discussão

4.1. Análise dos dados dos Exercícios 1 e 2

Conforme foi pedido no Exercício1, registrou-se a dieta e quantidades de alimentos consumidos no decorrer do dia. Os dados foram reportados na tabela 1.

Tabela 1: Levantamento dos alimentos ingeridos no decorrer do dia, as massas de cada porção, os valores de energia e macroelemento majoritário na constiuição.

Refeição

Alimento

Quantidade e

Unidade

Massa (g)

Energia (Kcal)

Energia (KJoules)

Principal Característica

Café da manhã

Leite com café

1 copo

250 g

207

867,5

Lipídeo

Pão integral

2 fatias

100 g

253

1059

Carboidrato

Queijo frescal

1 fatia

33

88

368,7

Proteína

Mamão papaia

½ unidade

100 g

40

168

Carboidrato

Lanche

manhã

Banana nanica

1 unidade

90 g

82,8

339,5

Carboidrato

Refeição

Alimento

Quantidade e

Unidade

Massa (g)

Energia (Kcal)

Energia (KJoules)

Principal Característica

Almoço

Arroz integral

2 colheres

50 g

62

258,5

Carboidrato

Feijão

2 colheres

50 g

164,5

688.5

Carboidrato

Filé de Frango

1 unidade

100 g

159

666

Proteína

Brócolis cozido

porção

100 g

25

103

Carboidrato

Laranja pêra

1 unidade

100 g

37

154

Carboidrato

Lanche tarde

Granola

1 xícara chá

60 g

300

1230

Carboidrato

Iogurte integral

1 pote

200 g

102

430

Carboidrato

Jantar

Arroz integral

2 colheres

50 g

62

258,5

Carboidrato

Feijão

2 colheres

50 g

164,5

688.5

Carboidrato

Almôndegas

Porção

100 g

272

1137

Proteína

Abobrinha

Porção

100 g

15

63

Carboidrato

Maçã Fuji

Unidade

65 g

36,4

150,8

Carboidrato

Ceia

Biscoito rech. chocolate

4 unidades

50 g

236

987

Carboidrato

TOTAL

__

__

1648,0 g

2032,2

8332,0

___

A tabela de composição de alimentos que foi utilizada para reportar os dados encontra-se no site do Núcleo de Estudos e Pesquisas em Alimentação da UNICAMP , e disponível no site TACO-UNICAMP.

Para a escolha do principal macroelemento presente no alimento, foi reportado aquele cuja maior quantidade estava reportada na TACO.

Em seguida, foi calculado a potência durante um dia (que é a grandeza que determina a quantidade de energia concedida por uma fonte a cada unidade de tempo):

Conforme foi pedido no Exercício 3, em outro momento foi registrado o deslocamento de uma amiga na pistade do CEFER (pois eu estava com o pé machucado e não pude realizar a coleta dos dados). Os valores obtidos foram mostrados na tabela 2, e o gráfico pedido não gráfico 1:

Tabela 2: Descolamento em função do tempo na pistade do CEFER

Tempo (s)

Δt

(t2-t1)

Deslocamento(m)

Velocidade

(m/s)

Aceleração

(m/s²)

0

0

0

0

200

200

300

1,50

-0,00055

486

286

700

1,39

0,000035

772

286

1100

1,40

0,000007

1058

282

1500

1,38

-0,00055

Para o cálculo de velocidade, aplicou-se a fórmula

E para o cálculo de aceleração, aplicou-se a fórmula

Onde Δt é a variação no tempo, Δv é a variação de velocidade no intervalo considerado e Δs é o deslocamento no intervalo considerado

Figura 1: Gráfico deslocamento x tempo de caminhada

4.1. Análise dos dados dos Exercícios 3

Metabolismo (do grego metabolismos, μεταβολισμός, que significa "mudança", troca[1]) é o conjunto de transformações que as substâncias químicas sofrem no interior dos organismos vivos. O termo "metabolismo celular" é usado em referência ao conjunto de todas as reacções químicas que ocorrem nas células. Estas reacções são responsáveis pelos processos de síntese e degradação dos nutrientes na célula e constituem a base da vida, permitindo o crescimento e reprodução das células, mantendo as suas estruturas e adequando respostas aos seus ambientes.

A energia liberada pela oxidação de cada grama de carboidrato a dióxido de carbono e água é de 4,1 calorias, enquanto a liberada da gordura é de 9,3 calorias. A energia liberada do metabolismo das proteínas da dieta, com a oxidação de cada grama a dióxido de carbono, água e uréia, é de 4,35 calorias. Além disso, essas diferentes substâncias variam quanto à percentagem média absorvida pelo tubo gastrintestinal: cerca de 98% para os carboidratos, 95% para as gorduras e 92% para as proteínas.

A Tabela 3 apresenta a composição de alimentos selecionados, ilustrando, em particular, as altas proporções de gorduras e proteínas nas carnes e as elevadas proporções de carboidratos na maioria dos vegetais e cereais. A gordura é enganosa na dieta, visto que costuma existir sob forma de 100%de gordura, enquanto as proteínas e os carboidratos estão misturados em meios aquosos, de modo que cada um delesrepresenta normalmente menos de 25% do peso. Por conseguinte, a gordura da porção usual de manteiga misturada com uma porção de batatas costuma conter tanta energia quanto a própria batata. O consumo de energia por uma pessoa adulta - na forma de alimentos - é de aproximadamente 2.500 kcal por dia

Tabela 3: Conteúdo de macromoléculas constituintes de alguns alimentos

Os carboidratos, os lipídios e as proteínas podem ser utilizados pelas células para sintetizar grandes quantidades de trifosfato de adenosina (ATP) e que este, por sua vez, pode ser usado como fonte energética para muitas outras funções celulares. Por essas razões, o ATP tem sido considerado como a energia "circulante" que pode ser produzida e consumida. Com efeito, as células têm a capacidade de transferir energia dos diferentes alimentos para a maioria de seus sistemas funcionais apenas pelo ATP como intermediário (ou pelo nucleotídio muito semelhante, trifosfato de guanosina [GTP].

Uma propriedade do ATP que o torna muito valioso como meio de energia circulante é a grande quantidade de energia livre (cerca de 7.300 calorias por mol em condições padrões, porém até 12.000 calorias em condições fisiológicas) investida em cada uma de suas duas ligações fosfato de alta energia. A quantidade de energia em cada ligação, quando liberada por decomposição do ATP, é suficiente para desencadear a ocorrência de quase todas as etapas de qualquer reação química no organismo, se for conseguida a transferência apropriada de energia. Algumas reações químicas que necessitam da energia do ATP utilizam apenas poucas centenas das 12.000 calorias disponíveis, sendo o restante dessa energia perdido sob forma de calor. Contudo, mesmo assim, essa ineficiência na utilização de energia é melhor que a incapacidade de energizar as reações químicas necessárias. Em média, cerca de 35% da energia dos alimentos são transformados em calor durante a formação de ATP. A seguir, uma quantidade ainda maior de energia transforma-se em calor quando é transferida do ATP para os sistemas funcionais das células, de modo que, até mesmo nas melhores condições, não mais do que 27% de toda a energia proveniente dos alimentos são finalmente utilizados pelos sistemas funcionais.

A energia que dispomos está armazenada nos músculos, no sangue e no fígado, na forma de glicogênio ou de glicose. Como a disponibilidade de energia é muito importante no desempenho de um atleta, há várias estratégias de alimentação que têm como objetivo encontrar um balanço adequado na alimentação que permita otimizar a disponibilidade e o armazenamento de energia no corpo.

É interessante verificar que nosso corpo tem uma eficiência relativamente alta quando faz trabalho mecânico, mas está longe se ser totalmente eficiente. Assim, apenas cerca da décima parte da energia consumida pelo coração corresponde à energia necessária para empurrar o sangue; o restante é gasto de energia que não se traduz em movimento mecânico de coisa alguma.

Quando executa trabalho físico, a eficiência da energia humana se aproxima de 30%; 70% da energia produzida são liberados como calor. Humanos são cerca de 24% eficientes quando andam em uma velocidade confortável. Em velocidades baixas de marcha, a eficiência cai para 14%. Isso é comparável ao motor de combustão interna de um automóvel, que tem uma eficiência de apenas 10 a 20% na conversão da energia química da gasolina em calor e na transdução do calor em energia mecânica de torque em marcha lenta

Tabela 4: Taxa metabólica e consumo de oxigênio de alguns órgãos em repouso

Os fatores que aumentam a atividade química das células também intensificam o metabolismo. São eles os exercícios, necessidades energéticas para as atividades diárias, efeitos de diferentes tipos de atividade sobre as necessidades energéticas diárias, ação dinâmica específica das proteínas (Depois de uma refeição contendo grande quantidade de carboidrato ou gorduras, o metabolismo costuma aumentar apenas cerca de 4%. Todavia, depois de uma refeição contendo grandes quantidades de proteínas, o metabolismo geralmente começa a aumentar dentro de 1 hora, atinge valor máximo de cerca de 30% acima do normal e persiste por 3 a 12 horas), idade, hormônio tireoidiano, estimulação simpática, hormônio sexual masculino, hormônio do crescimento, febre, clima, sono e desnutrição.

Tabela 4: Consumo de energia por hora durante diferentes tipos de atividade para um homem com 70 quilogramas e comparação com algumas máquinas

Figura 2: Intensidade metabólicas basais normais em diferentes idades para cada sexo.

Figura 3: Comparação de taxas metabólicas basais de diferentes espécies animais

5. Conclusão

Foi feito o diário nutricional para saber o valor energético dos alimentos ingeridos em um dia. Foi obtido um valor próximo a ingestão diária recomendada. Também foi feito o calculo de deslocamento, aceleração e velocidade para uma camnhada de 30 minutos.

E através do desenvolvimento do exercício 3, foi possível compreender que a ingestão mínima de calorias é necessária para a manutenção de atividades essenciais a sobrevivência (Taxa metabólica Basal ou TMB) . As dietas de ganho de massa baseiam-se na ingestão calórica bem acima da TMB, enquanto que as de emagrecimento baseiam-se ingestão calórica inferior a TMB associada a atividades físicas.

A ingestão de alimentos deve ser suficiente para suprir as necessidades metabólicas do organismo, sem, contudo, ser demasiada a ponto de causar obesidade, e nem reduzida a ponto de provocar . Além disso, como diferentes alimentos contêm proporções diversas de proteínas, carboidratos, gorduras, sais minerais e vitaminas, é preciso que seja mantido o equilíbrio apropriado entre esses vários tipos de alimentos para que todos os segmentos dos sistemas metabólicos possam ser supridos com os nutrientes necessários.

6. Bibliografia:

GUYTON, A.C.; HALL, J.E. Tratado de Fisiologia Médica. 9. ed., Rio de Janeiro Guanabara

Koogan,1997.

Mcardle, William; Katch, Frank I. ; Katch, Victor L. Fundamentos de Fisiologia do Exercício 2 ed., Buenos Aires (?), Editora Mc Graw Hill,

Tabela brasileira de composição de alimentos / NEPA-UNICAMP.- T113 Versão II. -- 2. ed. -- Campinas, SP: NEPA-UNICAMP, 2006.

http://www.ifi.unicamp.br/~grad/f107/aulas/aula4.pdf, acesso em fevereiro de 2011

http://www.faac.unesp.br/pesquisa/nos/bom_apetite/tabelas/cal_ali.htm , acesso em fevereiro de 2011

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