Biofísica de la termorregulación y

metabolismo energéticoIntegrantes:

Alvarado Montenegro Favio Ascencio Jesús Bautista Sánchez Bibiana Barturén Alvarado Luz Bruno Avalo Fiorella Boyd Gamarra Mariale Barrantes Lorena Campos Carrasco Carlos Calderón Idrogo Martha Calderón Vilcabana Nadia

TEMPERATURA Es una magnitud física escalar que mide el grado de agitación molecular en

el interior del cuerpo.

Una variable de estado de la materia relacionada con la energía cinética promedio de sus partículas.

No es energía; expresa el estado de agitación molecular de un cuerpo.

Los instrumentos que miden la temperatura de los cuerpos se denominan termómetros, estos pueden ser líquidos, de gas, de resistencia, bimetálicos, etc.

TEMPERATURA SEGÚN LOS LUGARES DE MEDICION

SENSACION TERMICA

Temperatura detectada por la piel de cada persona, frente a determinadas condiciones climáticas que no solo dependen de la temperatura del aire, sino también de la velocidad del viento, y de la humedad o vapor de agua que contiene el aire.

Si la temperatura es baja y hay viento, este aumenta la disipación de calor del cuerpo, haciendo que la sensación sea la que se experimentaría en un ambiente con una temperatura menor.

Si la temperatura del aire es 27°C, la sensación térmica es igual a esa temperatura si la humedad relativa es 40%. Sin embargo, si la humedad aumenta a 80% la persona se siente como si estuviera en un ambiente a 32°C.

SENAMHI: PARTE DE LA COSTA NORTE

CALOR

Energía en transición que se propaga en forma espontánea de los objetos de mayor T ° a los de menor T °.

1cal = 4,186J

Estudia las medidas de la cantidad de calor que intercambian dos o más cuerpos que están a diferentes temperaturas.

CALORIMETRIA

Q = C . M . T

Donde:• Q : calor intercambiado por un cuerpo • m : masa • C : calor específico • ΔT: variación de temperatura

Escala termométricas Son un conjunto de referencias para poder expresar la temperatura .

Para medir la temperatura es necesario disponer de un instrumento llamado termómetro.

Los termómetros pueden tener distintas escalas que permiten asignar un número a cada estado térmico.

Para calibrar un termómetro se deben considerar dos puntos de referencia, llamados puntos fijos. Algunas variantes en su determinación son las siguientes.

Los puntos fijos de esta escala son los de ebullición y fusión de una disolución de cloruro amónico en agua. En ella el grado 32 corresponde al 0 de la escala centígrada y el 212 al 100°C. Su Utilización se circunscribe a los países anglosajones y a Japón, aunque existe una marcada tendencia a la unificación de sistemas en la escala centígrada. 

Gabriel Fahrenheit

Escala Fahrenheit

• Para esta escala, se toman como puntos fijos, los puntos de ebullición y de fusión del agua, a los cuales se les asignan los valores de 100 y 0 respectivamente.

• En esta escala, estos valores se escriben como 100° y 0° y se leen 100 grados Celsius y 0 grados Celsius respectivamente.

Anders Celsius

Escala Celsius

Escala Kelvin

William Thomson

Si bien en la vida diaria las escalas centígrada y Fahrenheit son las más importantes, en los estudios científicos se usa otra, llamada absoluta o de lord Kelvin, por haberla inventado este físico inglés. En la escala absoluta, al 0ºC le hace corresponder 273,15ºK (ºK se lee grados Kelvin); a los 100ºC corresponde 373,15ºK. Se ve inmediatamente que 0ºK está a una temperatura que un termómetro centígrado señalará como -273,15ºC

De Fahrenheit a Celsius

Fórmulas de conversión de temperatura

De Celsius a Fahrenheit

De Kelvin a Celsius

De Celsius a Kevin

De Kelvin a Fahrenheit

De Fahrenheit a

Kelvin

Los termómetros

Existen diversos tipos de termómetros que se construyen para fines específicos.

Termómetros clínicosTermorresistoresTermómetros de alcohol

Termómetro clínico

Termómetro de gas

Bimetálicos Termómetro de Alcohol

Dilatación

La variación de temperatura de un cuerpo provoca un cambio en sus

dimensiones.

Si la temperatura aumenta, se produce un aumento del volumen del

cuerpo, se produce un dilatación.

TIPOS

DILATACIÓN LINEAL:

 Aumento de la materia en

una dimensión

DILATACIÓN POR ÁREA: 

Aumento de la materia

en dos dimensiones

DILATACIÓN VOLUMÉTRIC

A: Aumento de la

materia en tres dimension

es

Coeficiente de dilatación lineal

Alargamiento que experimenta la

unidad de longitud de un cuerpo,

cuando la temperatura se

eleva 1º

unidad de es

Formula:

Tabla de coeficientes de dilatación lineal de

algunos materiales

Dilatación superficial o de área

Dilatación volumétrica

Dilatación de los líquidos

Dilatación anómala del agua

• Cuando su temperatura aumenta desde 0 °C a 4 °C, se contrae, y más arriba de los 4 °C comienza a dilatarse hasta llegar al punto de ebullición.

• Este comportamiento poco habitual del agua es muy importante en la naturaleza ya que si se comportara como los demás líquidos, la vida de las especies acuáticas no sería posible.

Dilatación de los gases

Formula: V=V0⋅(1+p⋅∆T)

APLICACIONES DE LA DILATACIÓN TÉRMICA EN LA VIDA COTIDIANA

Mecanismos Externos de Termorregulación

Mecanismos Externos de Termorregulación

De ganancia de Calor

De pérdida de Calor

Irradiación desde la

atmósfera

Radiación directa del Sol

Evaporación

Convección

Conducción

Radiación

La superficie del cuerpo absorbe una gran cantidad

de calor como radiación infrarroja. Se ha calculado

que el cuerpo humano obtiene 97%.

La atmósfera actúa como una pantalla amplificadora frente a las radiaciones provenientes del solo

y hace incidir las radiaciones infrarrojas directamente sobre el

cuerpo.

TIPOS

Transferencia de calor

Radiación

Energía electromagnética

Se propaga

Espacio vacío

A la velocidad de la luz

Objetos a T

Ambiente: R. Infrarroja

Alta: R. Visible y R. Infrarroja

La energía que los cuerpos emiten por este proceso se llama Energía radiante.

Donde:H, flujo de calor.e, es el coeficiente de emisividad o absorbancia (entre 0 y 1, cuerpo negro es 1, cuerpo completamente reflejante es 0).σ, es la constante de Stefan – Boltzmann,  5,67 × 10-8 W/m²K4

A, es el área del cuerpo.T, es la temperatura absoluta del cuerpo.

La cantidad de energía radiante emitida o calor radiado se expresa por Ley de Stefan-

Boltzmann

Todos los cuerpos radian energía en función de su temperatura

El flujo neto de calor irradiado:

Conducción:

En la conducción se transmite energía térmica, pero no

materia.

Es el modo de transferencia de calor a través de un cuerpo sólido o a través de

un fluido en reposo.

Esta transferencia de energía sin desplazamiento de materia desde zonas de un cuerpo que se encuentra a mayor temperatura a las

de menor temperatura se denomina conducción.

Algunos materiales presentan la propiedad de ser mejores

conductores del calor que otros.

Los malos conductores del calor se denominan aislantes.

El flujo de calor que se transmite se puede simbolizar mediante la siguiente expresión matemática:

Donde:

H = Flujo de calor (J s-1)

K= Es la constante de conductividad térmica

A= Área de la sección transversal (m2)

ΔT = T1-T2; (T1 es mayor que T2). (K)

L= Es la longitud (espesor). (m)

ConvecciónCorresponde a la transmisión del calor en los líquidos y gases por el movimiento de sus moléculas, en forma de corrientes cálidas ascendentes y frías descendentes.

En la convección se trasmite energía térmica mediante el transporte de materia

A diferencia con la conducción que es transmisión de calor por choque y agitación de átomos, la convección implica movimiento de masa.

Las corrientes de convección se generan, por ejemplo, en la atmosfera generan corrientes de viento afectando el clima. Otro ejemplo notable de corrientes por convección se ve en las costas, en donde la arena y el océano absorben distintamente el calor, esto genera corrientes de convección

La Evaporación

La evaporación es la transformación de moléculas desde la fase líquida a la fase gaseosa

Solo se evaporan las moléculas mas energéticas o sea , aquellas con energía cinética suficiente para vencer la fuerza de cohesión del líquido .

La pérdida de estas moléculas de alta energía hace bajar la energía cinética media de las

moléculas que permanecen en el liquido y de aquí que la temperatura del liquido

descienda también.

REGULACION DE LA TEMPERATURA

HIPOTALAMOTermostato, mantiene equilibrio térmico del cuerpo.Envía señales al SNC y SNP

TermorregulaciónIntegración

central

Hipotálamo anterior

Hipotálamo posterior

Termólisis Termogénesis

• Vasodilatación• Sudoración

• Disminución de la producción de

energía

• Vasoconstricción cutánea

• Piloerección• Aumento de la producción de calor

Balance térmico

Temperatura constante

Mecanismos de ajuste ordenados por el Hipotálamo

Mecanismos que reducen la temperatura corporal: Vasodilatación Sudación (Est. simpática, fibras colinérgicas. NaCl) Disminución de producción de calor

Mecanismos que elevan la temperatura corporal: Vasoconstricción cutánea (tambien como reflejo

desde la piel) Piloerección Aumento de la producción de calor:○ El acto de tiritar (también como reflejo desde la

piel)○ La excitacion simpática○ La secreción de tiroxina○ Inhibición de la sudoración (reflejo desde la piel)

MECANISMOS INTERNOS – PÉRDIDA DE CALOR:

VOLUNTARIOS: Desabrigarse (Corteza cerebral)

INVOLUNTARIOS:

SUDORACIÓN

TRANSPIRACIÓN INSENSIBLE

VASODILATACIÓN

Calentamiento excesivoSeñales al área preóptica del cerebro (delante del hipotálamo)Hasta 1,5 L por hora

800ml diariosProveniente de células

Vasos periféricosMayor flujo de sangre cerca de la piel (enfriamiento)Después de ejercicio: piel enrojecida

MECANISMOS INTERNOS – GANANCIA DE CALOR:

VOLUNTARIOS: Abrigarse (Corteza cerebral)

INVOLUNTARIOS:

VASOCONSTRICCIÓN

PILOERECCIÓN

TERMOGÉNESIS QUÍMICA

ESPASMOS MUSCULARES O TIRITONES

Centro nervioso simpático (hipotálamo)Señales para disminuir diámetro de vasos sanguíneos cutáneos Estimulación de SNS contrae músculos

erectores de la base de folículos pilosos.Cierra poros, evita perder calorSe forma capa de aire pegada al cuerpo: no hay convección

Hipotálamo libera TRH, esta estimula TSH, aumentando la producción de hormonas tiroideas(estimula el metabolismo)Estimulación del SNS estimula adrenalina y noradrenalina

Frío: Contracciones musculares involuntariasTemblor perceptibleConsume energía, generando calor.

Fiebre

FiebreSistema

regulador térmico SÍ funciona

Cambia el punto de referencia de

37Cº a 38 – 39Cº

Se establece cuando existe una modificación en el nivel de referencia

natural (punto de ajuste) que se establece en el hipotálamo debido

a la liberación de pirógenos

Efectos

Hipertermia Agotamiento

por calor Sincope por

calor Shock

térmico Hipotermia

extrema

1.- Fase de escalofríos: intento de regular la temp a la nueva referencia

2.- Fase de estabilidad térmica: Homeostasis a la nueva referencia3.- Fase de crisis: Disminución de

temperatura. Sudoración y vasodilatación

Mecanismos externos de ganancia de calorSe incluye la radiación directa del sol y la irradiación de la atmósfera.Radiación directa del solLa superficie del cuerpo absorbe una gran cantidad de calor como radiación infrarroja. Se ha calculado que el cuerpo humano obtiene 97%.Irradiación desde la atmósferaLa atmósfera actúa como una pantalla amplificadora frente a las radiaciones provenientes del solo y hace incidir las radiaciones infrarrojas directamente sobre el cuerpo.

Mecanismos externos de pérdida de calorEntre ellos se incluyen radiación, conducción, convección y evaporación.RadiaciónComo todo cuerpo con temperatura mayor de 26.5 ºC, los seres vivos también irradian calor al ambiente por medio de ondas electromagnéticas. Es el proceso en el que más se pierde calor (60%).ConducciónEs la transferecia de calor por contacto con el aire, la ropa, el agua u otros objetos (una silla, por ejemplo). Si la temperatura del medio circundante es inferior a la del cuerpo, la transferencia ocurre del cuerpo al ambiente (pérdida), si no, la transferencia se invierte (ganancia). En este proceso se pierde 3% del calor si el medio circundante es aire a temperatura normal. Si el medio circundante es agua, la transferencia aumenta considerablemente porque el coeficiente de transmisión térmica del agua es mayor que el del aire. Es el flujo de calor por gradiente. El fundamenti físico es la transferencia de energía calorífica entre moléculas.ConvecciónEste proceso, que ocurre en todo fluido, hace que el aire caliente ascienda y sea reemplazado por aire más frío. Así, se pierde 12% del calor. La tela (ropa) disminuye la pérdida. Si existe una corriente de aire (viento o ventilador mecánico) se produce una convección forzada y la transferencia es mayor. Si no hay aire más fresco para hacer el reemplazo, el proceso se detiene. Esto sucede, por ejemplo, en una habitación pequeña con muchas personas.EvaporaciónAsí se pierde 22% del calor corporal, mediante el sudor, debido a que el agua tiene un elevado calor específico y para evaporarse necesita absorber calor y lo toma del cuerpo, el cual se enfría. Una corriente de aire que remplace el aire húmedo por el aire seco, aumenta la evaporación. Para que se evapore 1 g de sudor de la superficie de la piel se requiere aproximadamente 0.58 kcal, las cuales se obtienen de la piel, con lo que ésta se enfría y, consecuentemente, el organismo. La evaporación de agua en el organismo se produce a través de los siguientes mecanismos:- Evaporación insensible o persepiración: se realiza en todo momento y a través d elos poros de la piel, siempre que la humedad del aire sea inferior al 100%. También se pierde agua a través de las vías respiratorias.- Formación del sudor por parte d elas glándulas sudoríparas, que están distribuidad por todo el cuerpo, pero especialmente en la frente, palmas de manos y pies y zona axilar y púbica.