COMBUSTIBLES Carbón, Petróleo y Gas Fuente común: Seres vivos que existieron hace millones de años Energía química guardada en la corteza terrestre
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COMBUSTIBLES Carbón, Petróleo y Gas Fuente común: Seres vivos que existieron hace millones de años Energía química guardada en la corteza terrestre FOTOSINTESIS Reacción más importante respecto al carbono biológico 6CO2+6H2O luz solar C6H12O6+6O2 Acumulación de la materia orgánica Energía solar de la fotosíntesis almacenada en forma de combustible Al quemar el combustible es liberada la energía G = 2720 KJ Incorporación del carbono en la planta por fotosíntesis Pasa a la cadena alimenticia de la planta y/o posteriormente a la de los animales El final de la cadena alimenticia es la muerte del organismo Se inicia un proceso de descomposición (inverso de la fotosíntesis) DESCOMPOSICION C6H12O6+6O2 6CO2+6H2O TERMODINAMICA Estudio de la energía y sus transformaciones. El trabajo mecánico y todas las formas de energía pueden ser convertidas en calor. GENERALIDADES . Todas las células de los seres vivos necesitan energía para: *Crecimiento *Reproducción *Mantenimiento El sol es la fuente primordial de casi toda la energía que sustenta la vida. No toda la energía capturada es utilizable, ya que parte de ella se dispersa en forma de calor hacia el entorno. MATERIA Y ENERGIA MATERIA Es todo lo que tiene masa y ocupa un espacio ENERGIA Capacidad de realizar trabajo. Todas las formas de energía son interconvertibles. Unidades de trabajo = Kilojoules (KJ) ó Unidades de energía térmica = Kilocalorías (Kcal). 1 cal = 4,186 J 1 kcal = 4186 J *captación *almacenamiento *utilización *transferencia Caloría: Cantidad de calor que es necesario suministrar a 1 g de agua para aumentar su temperatura de 13,5C a 14,5C Kilocaloría: Cantidad de calor que es necesario suministrar a 1 kg de agua para aumentar su temperatura en 1C ¿Què es masa? Cantidad de materia de un cuerpo. Medida de la inercia de un cuerpo. Medida de la oposiciòn que ofrece un cuerpo a ser acelerado. ¿Què es inercia? Tendencia de un cuerpo a mantener su posiciòn de reposo relativo o de M.R.U. (movimiento rectilìneo uniforme). Estado de equilibrio en el que a = 0. La presencia de una fuerza neta no nula implica un estado de no equilibrio en el que a ≠ 0. TRABAJO Cualquier cambio en el estado o el movimiento de la materia. Todos los seres vivos requieren energía porque los procesos biológicos implican la realización de trabajo. CALOR Cantidad total de energía cinética en una muestra de sustancia (“Energía en movimiento = transferencia”). Movimiento aleatorio de átomos y moléculas. Unicamente existe flujo de calor cuando hay una diferencia de temperatura. TEMPERATURA Medida de la intensidad del movimiento de las partículas del sistema y representa el promedio de la energía cinética de todas las partículas que conforman el sistema. TIPOS DE ENERGIA Energía externa : relacionada con el movimiento de un sistema como un todo y con la energía potencial debido a un campo de fuerzas. Energía interna : relacionada con los movimientos de traslación y rotación de los átomos y moléculas que forman el sistema. Incluye también la energía atómica y molecular. Masa y Energía E = m.c2 E : energía interna m : masa del cuerpo c : velocidad de la luz “Siempre que un cuerpo gana o pierde energía, su masa aumenta o disminuye” ENERGIA POTENCIAL Aptitud que tiene un cuerpo para realizar un trabajo en virtud de su posición o configuración a causa de las fuerzas que actúan sobre el mismo FORMAS DE ENERGIA POTENCIAL (según la naturaleza de las fuerzas) Gravitatoria Elástica Eléctrica Química Nuclear Energía Potencial Gravitatoria Epg = m.g.h Debida a la posición del cuerpo Depende de la altura h Energía Potencial Elástica Ep.ela. = ½ k.x2 Debida a las propiedades elásticas del cuerpo : su capacidad de recuperar la forma o regresar a la posición de equilibrio Energía Potencial Eléctrica Ep.ele. = W = q.∆V Debida a las fuerzas eléctricas entre los cuerpos cargados eléctricamente Energía Potencial Química Epq Debida a las fuerzas entre los átomos que conforman las moléculas de un cuerpo. Energía Potencial Nuclear Epn Debida a las fuerzas nucleares que actúan en los núcleos atómicos ENERGIA TERMICA Energía que puede fluir de un objeto con temperatura relativamente alta (fuente de calor) a otro con temperatura relativamente baja (sumidero de calor). T1 T2 FUENTE SUMIDERO T1 T2 ISOTERMIA La célula tiene la misma T en todos sus puntos El T 0 entre cada par de puntos No producen trabajo biológico a partir del calor “Las células no son máquinas térmicas” PRIMERA LEY DE LA TERMODINAMICA (CONSERVACION DE LA ENERGIA) La energía total de cualquier sistema cerrado (un objeto y sus alrededores) permanece constante. CERRADO ALREDEDORES = UNIVERSO ABIERTO ORGANISMO E = W + Q M E PRINCIPIO DE CONSERVACION DE LA ENERGIA Caso particular : E universo = Ec + Ep = constante (Robert Mayer – Físico alemán – 1842) “La cantidad total de energía del universo es constante; ni se crea ni se destruye; únicamente se transforma” Caso general : ∆E int = W ext “Todo cambio de energía interna de un cuerpo es igual al trabajo realizado sobre el cuerpo por las fuerzas externas” W fuerzas externas sobre el cuerpo : E int W externo realizado por el cuerpo : E int Universo Sistema aislado No F ext W ext = 0 ∆E int = 0 E int.f – E int.i = 0 E int.f = E int.i SEGUNDA LEY DE LA TERMODINAMICA La cantidad total de entropía del universo aumenta de manera continua. G = H – T . S G : energía libre H : entalpía S : entropía T : temperatura ENTROPIA (S) Energía aleatorizada o desordenada, no disponible para realizar trabajo. ENTALPIA (H) Es la energía potencial total de un sistema. Es en esencia equivalente a la “energía de enlace” necesaria para romper enlaces químicos. ENERGIA LIBRE (G) Es la parte de la energía total de un sistema que está disponible para realizar trabajo en condiciones definidas de temperatura y presión constantes. El ATP es el transportador universal de energìa libre. USO DE LA ENERGIA LIBRE Transporte activo de las moléculas a través de las membranas celulares Contracción de los músculos y ejecución del trabajo mecánico Distintas reacciones de síntesis para crear hormonas, membranas celulares y muchas otras moléculas esenciales del organismo Conducción de los impulsos nerviosos División y crecimiento celulares Muchas otras funciones fisiológicas necesarias para mantener y propagar la vida ENERGIA LIBRE DE LOS ENLACES DE ALTA ENERGIA -12.000 cal ATP +12.000 cal -12.000 cal ADP + PO3 +12.000 cal AMP+2PO3 12.000 CALORÍAS POR MOL DE ATP EN CONDICIONES HABITUALES DE TEMPERATURA Y CONCENTRACION DE LAS SUSTANCIAS REACTIVAS DEL CUERPO METABOLISMO Es el conjunto de transformaciones físicoquímicas que ocurren en un organismo. ANABOLISMO = vía metabólica en la que se sintetizan moléculas complejas a partir de sustancias más sencillas. Implican requerimiento global de energía. Ej: adición de aminoácidos para formar proteínas. CATABOLISMO = vía metabólica en la que se degradan moléculas grandes en otras más pequeñas. Implican liberación global de energía. Ej: degradación del almidón para formar monosacáridos. REACCION EXERGONICA Libera energía libre . El producto tiene menos energía que los reactivos. Se le dice “espontánea” o “colina abajo” . No son instantáneas pues requieren una energía inicial de activación. ENERGIA LIBRE Gr -G Gp PROGRESO DE LA REACCION REACCION ENDERGONICA Requiere energía libre . El producto tiene màs energía que los reactivos. Se le dice “colina arriba” . ENERGIA LIBRE Gp +G Gr PROGRESO DE LA REACCION RUTAS METABOLICAS LIPIDOS CARBOHIDRATOS PROTEINAS TRIGLICERIDOS GLUCOGENO PROTEINAS Lipólisis Lipogénesis Glucogenólisis ACIDOS GRASOS GLICEROL Lipogénesis Glucogénesis GLUCOSA Neoglucogénesis Glucólisis ACIDO LACTICO Proteinólisis Síntesis de proteínas AMINOACIDOS Desaminación Glucogénesis 2 PIRUVATO CETOACIDO NH3 Glucogénesis Lipogénesis UREA ACETIL CoA Betaoxidación Cuerpos Cetónicos ADP CICLO DE KREBS CADENA DE TRANSPORTE DE ELECTRONES ATP PROTEINAS POLISACARIDOS LIPIDOS ESTADO I : HIDROLISIS AMINOACIDOS MONOSACARIDOS GLICEROL, ACIDOS GRASOS ESTADO II : CONVERSION ACETIL CoA ESTADO III : FOSFORILACION OXIDATIVA CICLO ACIDO CITRICO ATP CO2 TRANSMISION DE CALOR CONDUCCION CONVECCION RADIACION CONDUCCION No implica movimiento del cuerpo a través del cual se transmite el calor. Depende de la existencia de un T. Constituye un proceso de no equilibrio. Los metales son muy buenos conductores del calor. Los metales son muy buenos conductores de la electricidad. Transferencia de calor en una lámina x A H T1 T2 LEY DE FOURIER (T1 T2 ) T H K A K A x x H : ritmo de transferencia de calor por conducción K : constante de conductividad térmica A : área de las caras paralelas del cuerpo T : diferencia de temperatura x : espesor del cuerpo CONVECCION Implica movimiento del cuerpo. a.Convección Natural : debido a la T el aire caliente tiende a subir por su menor densidad. La gravedad es el agente operativo. b.Convección forzada : ventilación. Cambio no lineal de temperatura Dentro Fuera 25C 0C LEY DE NEWTON H h A (T1 T2 ) h A T H : ritmo de transferencia de calor por convección h : constante propia del material (para el cuerpo humano rodeado de aire = 1,7x10^(-3) Kcal/(m^2).s.K) A : área lateral del material T : diferencia de temperatura RADIACION El calor se transmite en forma de radiación electromagnética. No necesita medio material para su propagación. La energía solar nos llega de esta forma. Intervalo de longitudes de onda [1,100] m. Radiación térmica o infrarroja. Cuerpo negro = excelente emisor y receptor. LEY DE STEFAN-BOLTZMAN H e A T H : ritmo de transferencia de calor por radiación e : coeficiente de emisividad. e Є (0,1] : constante universal = 5,67x10^(-8) W/(m^2).(K^4) A : área superficial del cuerpo T : temperatura 4 HIPOTALAMO Centro de coordinación del sistema neurovegetativo: Porción anterior = relación con el parasimpático. Porción posterior = relación con el simpático. A él llegan las vías aferentes (sensitivas) viscerales. De él parten las vías eferentes (motoras) viscerales. Alto centro de coordinación endocrina (hormonal). Conexión con el sistema límbico (emociones). CALOR CORPORAL PRODUCIDO POR: Metabolismo Ingesta Contracción muscular (85%) PERDIDO POR: Radiación Conducción Convección Evaporación: Sudación Respiración Micción-Defecación LIMITES TERMICOS DE TOLERANCIA CORPORAL El cuerpo humano protegido puede tolerar variaciones de temperatura ambiental entre -50ºC y 100 ºC. El cuerpo humano puede soportar variaciones de la temperatura interna de 4ºC manteniendo el rendimiento òptimo fìsico y mental. LIMITES TERMICOS DE TOLERANCIA CELULAR La cèlula humana puede soportar variaciones de temperatura desde -1ºC ( la ruptura de los cristales de hielo) hasta 45 ºC (coagulaciòn de las proteìnas). La tolerancia por encima de 41 ºC es corta. ALTERACIONES CELULARES Estructuras Sistemas enzimàticos Reacciones quìmicas Procesos fìsicos AUTOPROTECCION El extremo caliente es màs problemàtico. El cuerpo humano se autoprotege mejor contra el enfriamiento. La termorregulaciòn tiende a proteger el cuerpo contra el sobrecalentamiento. PERDIDAS CORPORALES DURANTE EL REPOSO Radiación = 60% Evaporación (sudación y respiración) = 22% Conducción = 15% Otros (micción, defecación, convección?) = 3% PERDIDAS CORPORALES DURANTE EL EJERCICIO Evaporación = 75% Convección = 13% Radiación = 11% Conducción = 1% CLASIFICACION DEL SISTEMA NERVIOSO SISTEM A NERVIOSO CENTRAL (SNC) Cerebro Médula espinal PERIFERICO (SNP) Nervios espinales Nervios craneales SOM ATICO Músculos voluntarios AUTONOM O Glándulas Músculos involuntarios SIM PATICO Actividad Gasto energético PARASIM PATICO Reposo Restauración energética + Inotropismo Vasoconstricción - Inotropismo Vasodilatación + Frecuencia cardíaca - Frecuencia cardíaca Relajación bronquial Contracción bronquial - Motilidad digestiva + Motilidad digestiva + Reabsorción líquidos + Secreción líquidos Contrae esfínteres TGI Relaja esfínteres TGI Relaja vesícula biliar Contrae vesícula biliar Midriasis Miosis TETRADA DE LA TERMO REGULACION ESTIMULO FRIO DETECCION INTEGRACION RECEPCIÓN CALOR TERMO/ RECEPTORES CUTANEOS CELULAS TER.SEN.: HIPOTALAMO OTROS HIPOTALAMO ACTIVADOS POR FRIO ACTIVADOS POR CALOR ANTERIOR PRODUCCION CALOR QUIMICOS PRODUCCION CALOR POSTERIOR PERDIDAS CALOR FISICOS PERDIDAS CALOR S.N.Pa. S.N.Si. RESPUESTA MECANISMOS DE REGULACION DE LA TEMPERATURA ACTIVADOS POR EL FRIO 1.Aumentan la producción de calor: escalofrio hambre + actividad voluntaria + secreción catecolaminas 2.Disminuyen la pérdida de calor: vasoconstricción cutánea enroscamiento piloerección ACTIVADOS POR EL CALOR 1.Aumentan la pérdida de calor: Vasodilatación cutánea Sudación + respiración 2.Disminuyen la producción de calor: anorexia apatía inercia ZONA CONFORT PERSONA VESTIDA Y EN REPOSO Tº ambiente desde 20ºC a 24ºC (pero puede variar desde 17ºC a 31ºC dependiendo del clima y la vestimenta usada). PERSONA DESNUDA Y EN REPOSO Tº ambiente desde 28ºC a 30ºC. Tº piel = 33ºC Tº nùcleo = 37ºC EXPOSICION AL FRIO Persona en reposo ¿Còmo evitar una disminuciòn de la Tº corporal? 1. Flujo Sanguìneo Perifèrico Tº piel Pèrdida de calor por Radiaciòn y Convecciòn 2.Temblor Producciòn de calor metabòlico EXPOSICION AL CALOR Persona en reposo ¿Còmo disminuir la Tº corporal? 1.Vasodilataciòn en la piel Transferencia calòrica nùcleocaparazòn 2.Activaciòn glàndulas sudorìparas Pèrdida calòrica por evaporaciòn del sudor Endotoxinas Inflamación Pirógenos Monocitos Macrófagos Células de Kupffer Citocinas Area preóptica del hipotálamo Prostaglandinas T° Fiebre CAPACIDAD CALORICA Q T La cantidad de calor Q que se añade a un material es directamente proporcional a la elevación de temperatura T. Q C. T C es la constante de proporcionalidad. C Q/T Capacidad calórica. CALOR ESPECIFICO C/m Q/m. T ce Q/m. T Calor Específico: cantidad de calor necesario para elevar la temperatura de una unidad de masa de una sustancia en un Grado Celsius. Unidades: cal / gr.C Q ce. m. T Para calcular el calor que gana o pierde un cuerpo cuando hay cambio de temperatura. CALOR ESPECIFICO DE ALGUNAS SUSTANCIAS SUSTANCIA CALOR ESPECIFICO Agua..….............................1 Vidrio…………………….0,15 Aire………………………0,17 Hielo……………………..0,5 Bronce…………………....0,09 Madera…………………...0,45 Hierro…………………….0,11 Gasolina…………………..0,5 Oro………………………..0,03 Papel……………………0,3 CALOR ESPECIFICO DEL CUERPO HUMANO Calor específico del cuerpo humano 0,8 cal / gr.C ¿Cuál es la diferencia de calor Q que produciría en un hombre de 70 kg de masa, una diferencia de temperatura de un grado centígrado? Qm. c. T(70000 gr).(0,8 cal/gr.C).(1C) 56000 cal56 kcal capacidad térmica alta mecanismos de emergencia mantener equilibrio térmico (sudor temblor) TERMOPLEJIA (GOLPE DE CALOR) DEFINICION: T corporal 41 C Calentamiento excesivo del hipotálamo Disminución de su capacidad termo-reguladora SIGNOS Y SINTOMAS: Cefalea Mareos Delirio Cese de la sudación Confusión Náusea Malestar Abdominal Piel caliente y seca Pulso acelerado y fuerte Presión arterial variable Inconsciencia TRATAMIENTO: Urgencia médica Tratamiento inmediato Bajar T central por medios físicos: *Inmersión en agua *Aplicación de hielo *Aplicación de toallas húmedas CONSECUENCIAS: (POR LA NO DISMINUCIÓN RAPIDA DE T) Choque circulatorio (hipotensión severa) Daño neuronal Daño renal Daño hepático Daño en otros órganos COLAPSO POR CALOR Fenómeno que precede al golpe de calor Signos y síntomas: Sudación abundante Fatiga Polidipsia Debilidad Piel fría y pálida