Biotermologia

Temática: Introdução ao Estudo da Biotermologia

Entendemos por metabolismo basal a demanda de gás oxigênio consumida por um ser vivo quando este se encontra em condições controladas de alimentação e estresse. O homem é um animal endotérmico, ou seja, ele mantém constante a temperatura corporal independente da temperatura do meio onde se encontra. Sua temperatura interna encontra-se entre 36,5 e 37 °C, entretanto, medições retais (realizadas pelo reto) indicam temperaturas variando entre 37,3 e 37,6 °C. Essa temperatura é mantida dessa forma graças a mecanismos eficientes de controle de calor corporal. Assim, quando animais endotérmicos são expostos ao frio, mecanismos de termogênese são ativados e, quando expostos ao calor, os mecanismos de termólise passam a atuar. Vamos descrever os dois processos de termogênese: a termogênese mecânica e a termogênese química.

Termogênese Mecânica

Muitos animais, incluindo o homem, quando expostos ao frio apresentam tremores que são chamados de calafrios. Durante os calafrios há o atrito entre os músculos com eles mesmos e com outras vísceras. Esse atrito libera calor, o que acaba por aumentar a temperatura corporal. Assim, animais que estão em processo de hipotermia conseguem manter sua temperatura através desses tremores musculares descontrolados. Esses tremores, apesar de descontrolados, surgem não do músculo em si, mas de uma atividade nervosa descontrolada, como demonstrada pelo uso de curare em animais com calafrios. O curare é uma substância que atua bloqueando a transmissão neuromuscular. A contraprova é a utilização de fenesina em animais nesses estados de tremores. A fenesina atua na medula espinhal inibindo os neurônios motores. Assim, a aplicação dessa droga inibe os calafrios e, caso estes tenham se iniciado antes da aplicação, eles são abolidos.

Termogênese Química

Embora mais lenta que a termogênese mecânica, a termogênese química é o meio mais importante para homem na manutenção da sua temperatura corporal. Estudos já demonstraram que esse tipo de termogênese também ocorre em pequenos animais como ratos, os quais, quando aclimatados ao frio, conseguem produzir calor sem calafrios. Esse tipo de termogênese ocorre pelo aumento do metabolismo, através de reações exotérmicas. As células que são responsáveis por armazenar gorduras (adipócitos), principalmente aquelas que estão localizadas no tecido adiposo marrom, são importantes fontes de energia térmica, pois possuem facilidade em converter seu estoque de energia química em térmica.

A importância do tecido adiposo marrom como fonte termogênica foi primeiramente observado por Polimanti em 1912. A partir daí surgiram diversos outros estudos que demonstraram essa importância. Esse tecido pode ser encontrado em todo o corpo, porém é principalmente encontrado no subcutâneo das regiões superiores do tronco.

Em um homem de aproximadamente 70 Kg e 1,80 m² de superfície corporal, calcula-se que seja produzido cerca de 1,5 kcal/min. Esse calor é gerado principalmente em órgãos como cérebro, fígado, coração e músculos esqueléticos. Para se ter uma idéia da produção de calor, um homem sentado gasta cerca de 0,3 kcal/min, em pé cerca de 0,6 kcal/min, e andando de 2 a 3 kcal por min. Agora, quando um homem nessas condições sobe uma ladeira, ele gasta, a cada metro de altura que sobe, cerca de 0,8 kcal.

Existem diversos métodos para dissipar calor do corpo, embora todos eles ocorram de forma combinada. Sempre é importante lembrar que o calor se dirige de um corpo mais quente em direção a um corpo mais frio. Aqui podemos estabelecer que o corpo mais quente é o próprio ser vivo e o mais frio é o meio em que ele se encontra, muito embora isso não valha para dias muito quentes, onde a temperatura do ambiente ultrapassa a temperatura corporal (37°C). Os quatro principais meios pelo qual o corpo dissipa calor são explicados abaixo.

Vaporização

Chama-se evaporação a passagem da água no estado líquido para o estado gasoso. No corpo humano, a evaporação ocorre nos pulmões e na pele. Através desse meio, o corpo humano consegue dissipar cerca de 20 a 25% do seu calor total. Dessa forma, para cada grama de suor evaporada que o corpo libera, perde-se cerca de 0,58 kcal.

Radiação

É a forma com que o corpo humano dissipa mais calor, cerca de 60% do total. Esse calor é dissipado na forma de ondas eletromagnéticas na faixa do infravermelho. Isso torna real o uso de dispositivos capazes de “enxergar através das paredes”. Chamamos de poder emissivo ou potência emissiva de um corpo a razão entre o fluxo de calor (φ) e a quantidade de calor por unidade de tempo (φ_n), como demonstra a equação abaixo:

A pele humana apresenta um excelente poder emissivo, independente da sua cor. Ela tem uma potência de irradiação igual a 97% do que um corpo negro apresenta. Os raios infravermelhos emitidos pela pele possuem comprimento de onda entre 5 a 20 μm, sendo que as radiações de 9 μm são as que possuem maior amplitude. Assim, podemos dizer que a pele é a principal fonte emissora de radiação térmica do corpo. Isso é decorrente do grande suprimento sanguíneo nesse órgão o qual está sob o controle do sistema nervoso central. A imagem abaixo mostra a radiação infravermelha dissipada por um cachorro:

Convecção

Define-se por convecção a transferência de energia térmica de um sistema para outro por meio da movimentação de massas de fluido. Assim, a exemplo do ar condicionado, fluidos frios tendem a descer, pois suas moléculas apresentam menor energia cinética. Ao mesmo tempo, os fluidos com temperaturas mais elevadas tendem a subir. Por esse motivo, os aparelhos de ar-condicionado devem ser instalados na parte superior da parede, pois do contrário não irão resfriar o ambiente por igual, mas apenas a região inferior.

A perda calórica devida a correntes de ar quente que se elevam, a partir da pele e passam para ambientes mais frios, é denominada convecção natural, enquanto que o resfriamento da pele com um ventilador é uma convecção forçada. O calor perdido por convecção, a partir da pele, deve ser primeiro conduzido através de uma camada mais fria de ar, que adere firmemente à pele.

Condução

Chamamos de condução a forma de transferência de calor na qual existe um contato direto entre dois objetos que estão em temperaturas diferentes. O objeto mais quente cede calor ao objeto mais frio até atingirem o equilíbrio térmico (temperaturas iguais). O calor é conduzido dos tecidos mais quentes no interior do organismo para a superfície da pele, e desta através da fina camada de ar com o qual está em contacto, ou para objetos mais frios como o assoalho ou as roupas.

Temática: Controle da Temperatura Corporal

O controle da temperatura corporal está ligado ao hipotálamo, uma glândula situada no teto do terceiro ventrículo cerebral. Quando na região anterior a glândula é lesada surge no paciente hipertermia, e caso a lesão seja causada na região posterior surge então hipotermia, o que demonstra que cada região dessa glândula é responsável pelos processos de termólise e termogênese de forma independente.

Embora o homem seja classificado como um animal endotérmico, sua temperatura varia levemente. Assim, quando classificamos um animal como endotérmico indicamos que sua temperatura corporal é mantida dentro de um curto limite de variação. Essa variação observada se deve tanto a fatores internos como a fatores externos. Durante o sono, com a diminuição do metabolismo, ocorre uma diminuição da temperatura corporal, sendo que o seu valor mínimo é alcançado em torno das 4 horas da manhã. A partir desse ponto ela passa a subir até o final da tarde, momento em que atinge seu valor máximo.

Existe um mecanismo pelo qual o relógio biológico humano consegue regular essas pequenas variações de temperatura em pessoas que trabalham durante a noite. Nelas se observa o inverso, ou seja, a temperatura máxima atingida pelo corpo ocorre durante a noite e a mínima durante o final da tarde.

O homem, assim como outros animais, consegue realizar a manutenção do seu equilíbrio térmico com o seu meio adotando atitudes específicas, como, por exemplo, buscar ventilação quando o ambiente está quente. A ventilação aumenta a taxa de troca de volume de ar que está em contato com o corpo. Dessa forma ela permite que o ar mais frio entre em contato com o corpo, melhorando a transferência de calor por convecção e condução, processos que já foram estudados na aula anterior.

As trocas de calor com o meio dependem de vários fatores. Esses fatores, equacionados abaixo, são capazes de informar a quantidade total de calor perdida ou produzida pelo corpo:

Onde:

Q = quantidade de calor ganha ou cedida pelo corpo.

M = quantidade de calor produzida pelo organismo.

W = quantidade de trabalho muscular externo.

Cv = quantidade de calor trocada por convecção.

Cd = quantidade de calor trocada por condução.

R = quantidade de calor trocada por radiação.

E = quantidade de calor trocada por evaporação.

A pele exerce papel fundamental na regulação da temperatura corporal. Por meio dela ocorrem todos os processos dissipativos de calor. Assim, torna-se óbvio que alterações na pele constituem também alterações na temperatura corporal. Dentre os fatores externos que influenciam na temperatura da pele podemos citar o uso de roupas, a temperatura e a umidade do ar, o movimento do ar etc. Já em relação aos fatores internos, os que mais nos interessam são as características físicas da pele, a circulação sanguínea e a ingestão de alimentos.

Embora reflitam a luz em intensidades diferentes (a pele branca reflete cerca de 40 a 50% da luz incidente e a pele negra tem um poder reflexivo menor), ambas, do ponto de vista de emissão térmica (forma pela qual o calor é dissipado), comportam-se como um corpo negro quase que perfeito. Aqui o termo corpo negro tem um sentido físico, não significando um corpo cuja cor é negra. Por esse motivo, o fluxo de calor emitido pode ser medido pela lei de Stefan-Boltzmann:

Onde:

Q = radiação emitida (cal/s/cm²)

K = constante de Stefan-Boltzmann (1,37 . 10^-11 cal/s/cm²)

Tp = temperatura da pele (K)

Ta = temperatura do ambiente (K)

A = área efetiva da pele (cm²)

Foi demonstrado também que a alimentação aumenta a temperatura da palma das mãos. A temperatura dos dedos dos pés varia de acordo com a taxa metabólica do indivíduo, sendo que a resposta térmica dos pés é mais lenta que a resposta térmica das mãos, entretanto sua amplitude é maior.

Temática: Introdução à Termoterapia

O uso dos ultrassons como processo terapêutico pode ser usado para a modificação da temperatura do corpo pode ser usada como processo terapêutico. Esse processo, chamado de termoterapia, já é utilizado desde a Antiguidade pelo homem. Ainda na época de Hipócrates (séc. IV a.c.), o pai da Medicina, o calor proveniente do carvão e do ferro em brasa era utilizado para aliviar os sintomas de dores musculares e articulares. Muitos séculos depois, em 1882, D' Arsonval construiu um dispositivo que permitia o aumento da temperatura corporal interna. Esse dispositivo consistia de um solenóide metálico no qual o paciente era colocado em seu interior. Nesse dispositivo, o calor era conseguido por meio de uma indução eletromagnética, uma vez que o paciente funcionava como núcleo da bobina.

Reações Fisiológicas do Organismo

A primeira reação do organismo em resposta ao calor é a liberação de acetilcolina, a qual promove a vasodilatação, o que facilita o fluxo sanguíneo local. Isso permite a remoção mais rápida de catabólitos produzidos pelo metabolismo, os quais muitas vezes são responsáveis pelas dores. A vasodilatação também estimula a migração de células de defesa, como os macrófagos, por exemplo. Assim, a termoterapia também é passível de ser usada em processos infecciosos.

Indicações e Contraindicações

A termoterapia é indicada para o tratamento de doenças como: doenças inflamatórias das articulações (artrites), doenças inflamatórias dos tendões (tendinites), contusões musculares, processos inflamatórios na pele, dentre outros. Há contraindicação no tratamento de neoplasias malignas (câncer), moléstias hemorrágicas, em pacientes grávidas, em pacientes anestesiados e em pacientes com obstruções arteriais periféricas. Essas contraindicações são decorrentes do conhecimento de que, com o aumento da irrigação sanguínea local, o aumento do fluxo sanguíneo pode promover a disseminação de células cancerígenas pelo corpo, processo conhecido como metástase. Em mulheres grávidas, o aumento da temperatura na região pélvica pode interferir no processo de divisão celular (mitose) das células fetais, as quais já estão em processo acelerado. Em pacientes anestesiados não há sensibilidade, o que é muito perigoso, pois pode causar queimaduras nos pacientes.

A aplicação do calor sob o corpo inteiro promove o relaxamento muscular, tem efeito sedativo e aumenta o metabolismo bem como o fluxo sanguíneo superficial. Outro uso do calor sobre o corpo inteiro ocorre no tratamento de infecções bacterianas. Sabe-se que cepas de gonococos são destruídas após 5 horas de exposição a uma temperatura de 40°C. Por esse motivo, muitos pacientes são aconselhados a tomar banhos com lama quente sulfurosa ou banho de areia quente.

Efeitos Maléficos do Calor

Embora possua muita utilidade no tratamento de doenças e processos patológicos, a utilização do calor de forma indiscriminada pode ter consequências desastrosas. Quando se usa calor de forma excessiva sobre o corpo, ou parte dele, pode ocorrer:

·         Insolação e intermação: a diferença básica entre esses dois quadros é que a insolação ocorre por exposição direta ao sol, enquanto a intermação ocorre por exposição indireta. Em ambos, a perda de água pode conduzir à morte celular. Quando as células morrem, os seus subprodutos podem cair na corrente sanguínea e, chegando ao hipotálamo, podem promover o descontrole dos processos de termogênese e termólise. Além disso, na insolação e na intermação, podem ocorrer náuseas, vômitos, convulsões, edemas e alteração da pressão arterial.

·         Queimaduras: a queimadura causada pelo excesso de calor pode ocorrer apenas superficialmente como atingir órgãos mais profundos. A destruição da pele permite que microrganismos invadam as partes internas do corpo, causando infecções gravíssimas. Assim, pacientes com grandes queimaduras possuem um quadro clínico considerado grave, mesmo que estejam com as funções vitais estáveis.

·         Tromboses: chama-se trombose a formação de coágulos de sangue. Esses coágulos são formados pela falta de água causada pelo intenso suor. Assim, a viscosidade do sangue aumenta, dificultando a circulação sanguínea, o que permite a formação de trombos.

Temática: Termorregulação