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TERMODINAMICA II

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Gary Saavedra Vilchez

on 23 July 2016

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Transcript of TERMODINAMICA II

1. ESCALA FAHRENHEIT
1. CONDUCCIÓN
1. METABOLISMO BASAL
Thank you!
TEMPERATURA
DILATACIÓN
TERMORRECEPTORES
TERMODINAMICA II
INSTRUMENTOS DE MEIDICIÓN.
REGULACION DE TEMPERATURA.
ADAPTACIONES BIOLOGICAS.
FIEBRE, HIPERTERMIA E HIPOTERMIA.

TRASTORNOS DE LA TERMORREGULACIÓN
FIEBRE
HIPERTERMIA
AGOTAMIENTO POR CALOR
SINCOPE POR CALOR
GOLPE DE CALOR O SCHOCK TÉRMICO
HIPOTERMIA EXTREMA.
Límites mortales por debajo de los 20ºC

insuficiencia circulatoria
anoxia
AGITACIÓN TÉRMICA
DILATACIÓN TÉRMICA
APLICACIÓN DE LA DILATACIÓN
MERCURIO
VI. BALANCE TÉRMICO
V. REGULACIÓN DE LA TEMPERATURA
INTEGRACIÓN CENTRAL
HIPOTÁLAMO ANTERIOR
HIPOTÁLAMO POSTERIOR
IV. INTERCAMBIO DE CALOR CON EL MEDIO AMBIENTE Y PÉRDIDAS DE CALOR (TERMÓLISIS)
1. RADIACIÓN.
2. CONDUCCIÓN.
3. CONVECCIÓN
4. EVAPORACIÓN
III. MECANISMOS DE TRANSFERENCIA DE CALOR EN EL ORGANISMO
2. CONVECCIÓN
3. MECANISMO DE INTERCAMBIO DE CALOR POR CONTRACORRIENTE
II. PRODUCCIÓN DE CALOR (TERMOGÉNESIS).
2. AUMENTO DE LA ACTIVIDAD MUSCULAR: TIRITAR
3. CATECOLAMINAS: EXCITACIÓN SIMPÁTICA QUÍMICA DE LA PRODUCCIÓN DE CALOR
4. HORMONAS TIROIDEAS
LA TEMPERATURA EN UN SISTEMA BIOLÓGICO Y MECANISMOS QUE LO REGULAN
TERMORREGULACIÓN
I. VARIACIONES DE LA TEMPERATURA CORPORAL: CONCEPTOS BÁSICOS
ANIMALES HOMEOTERMOS Y ANIMALES POIQUILOTERMOS.
Homeotermos
Poiquilotermos
TEMPERATURA CENTRAL Y SUPERFICIAL
Temperatura central o profunda
Temperatura superficial
TEMPERATURA CORPORAL NORMAL
ESCALAS DE TEMPERATURA
2. ESCALA CELSIUS
3. ESCALA KELVIN
COMPARACIÓN DE ESCALAS
TABLA COMPARATIVA
Forma de expresar por medio de una cantidad, qué tan caliente o frío está un cuerpo con respecto a otro.
Sensación física que nos produce un cuerpo cuando entramos en contacto.
Medida del calor o energía térmica de las partículas en una sustancia.
No depende del número de partículas en un objeto y por lo tanto no depende de su tamaño.
Nosotros experimentamos la temperatura todos los días
“Energía cinética promedio de las moléculas de un cuerpo”
Efectos de la energía calorífica:
aumento en la temperatura
cambio de estado
incremento en su volumen (dilatación térmica)
El movimiento que tienen las partículas de un cuerpo origina la existencia de la energía calorífica.
Cuando el movimiento se incrementa también se incrementa el espacio que existe entre las partículas.
Aumento de volumen que ocurre en un cuerpo debido al aumento de su temperatura.
El agua no está dilatada cuando se encuentra a 4°C.
Líquido metálico que se dilata uniformemente
Su punto de congelación es de -39°C
Su punto de ebullición es de 356.7°C
Puede medir temperaturas entre estos dos puntos
¿Por qué al caminar durante mucho tiempo los zapatos nos aprietan?
¿Por qué en las vías del tren se deja un espacio entre un riel y otro riel?
Los termómetros empiezan de puntos de medición distintos.
Todos miden la agitación térmica de las moléculas.
Usan escalas distintas.
Las escalas térmicas más importantes son:
Fahrenheit y Celsius (relativas)
Kelvin (absoluta)
Cada escala considera dos puntos de referencia, uno superior y el otro inferior, y un número de divisiones entre las referencias señaladas.
En 1714 Daniel Gabriel Fahrenheit creó el primer termómetro de mercurio, al que le registra la escala Fahrenheit y que actualmente es utilizado en los países de habla inglesa. Esta escala tiene como referencia inferior el punto de fusión de una mezcla de sales con hielo (0°F) y como referencia superior el punto de ebullición del agua (212°F). Entre estas dos referencias existen 180 divisiones.
Fue creada en 1742 por Andrés Celsius, es la más utilizada en el mundo, su referencia inferior esta basada en el punto de fusión del hielo (0°C) y la superior en el punto de ebullición del agua (100°C). Entre estas dos referencias existen 100 divisiones.
Fue creada en 1848 por William Thompson, Lord Kelvin, ésta escala es la que se usa en la ciencia y esta basada en los principios de la termodinámica, en los que se predice la existencia de una temperatura mínima, en la cual las partículas de un sistema carecen de energía térmica. La temperatura en la cual las partículas carecen de movimiento se conoce como cero absoluto (0°K).
Para comprender mejor la relación que existe entre las tres escalas térmicas se recomienda introducir los tres termómetros dentro de un recipiente con una sustancia líquida, se puede colocar agua y observar la temperatura que registra cada termómetro, por ejemplo si el termómetro Celsius registra 0°C, los otros 32°F y 273°K. A continuación se aplicaría calor para incrementar la temperatura y se observaría que cuando el termómetro Celsius aumenta 1°C, en el Fahrenheit se incrementa 1.8°F y en el kelvin 1°K.
Teniendo en un recipiente agua a 0°C se aplica calor para ir incrementando la temperatura, en dicho recipiente se encuentran al mismo tiempo un termómetro Celsius, uno Fahrenheit y uno Kelvin. Con lo comprendido hasta ahora observe la siguiente tabla: se ha completado (en rojo) la información que faltaba.
CONVERSIÓN CELSIUS A FAHRENHEIT:
°F= (°C) (1.8) + 32

CONVERSIÓN CELSIUS A KELVIN:
°K= 273+ °C
El ser humano es considerado como un sistema termodinámico abierto, en estado estacionario.
Existe transferencia de energía y de materia.
La temperatura se mantiene constante
La velocidad de las reacciones químicas de nuestros procesos fisiológicos depende de mantener una adecuada temperatura corporal. Así las reacciones enzimáticas se producen efectivamente, en un estrecho margen de variación térmica. Debajo de éste dejan de funcionar y si se sobrepasa el límite superior se precipitan y desnaturalizan en forma irreversible
Por ello existen mecanismos de regulación muy finos.
Los animales que los poseen son Homeotermos y los que no lo poseen son Poiquilotermos (adoptan temperatura del ambiente.
Cantidad de calor producido va a ser igual a la de calor liberado. La homeotermia se establece de forma completa en zonas profundas o de núcleo. Esto constituye el 80% de nuestro cuerpo.
El resto de nuestro organismo llamado muchas veces corteza, se comporta poiquilotérmicamente.
sangre caliente (mamíferos y aves) son aquellos que mantienen una temperatura corporal central relativamente constante.

Los mamíferos hibernantes son un caso especial. Pero son homeotermos. Son capaces de de reducir o aumentar su temperatura gracias al control de su metabolismo.
Llamados también de sangre fría, invertebrados, peces, anfibios y reptiles, tienen una temperatura corporal central que baja con el frío y aumenta con el calor y la regulan en un amplio margen de variación, pudiendo llegar hasta varios grados centígrados.
El organismo se puede dividir, a efectos de entender estos conceptos, en una parte central o nuclear y una parte superficial o más en contacto con el medio externo ambiental.
“núcleo central del organismo” constituido por los contenidos de la cabeza, cavidad torácica y abdominal o según otros autores, en los órganos profundos y de alto metabolismo como hígado, cerebro, corazón y músculos esqueléticos.

Esta temperatura es notablemente constante, variando menos de 0,6 ° C día tras día. De hecho, un individuo desnudo puede quedar expuesto a temperaturas bajas, del orden de 12 ° C , o relativamente altas; por ejemplo de 60° C, conservando sin embargo, una temperatura interna casi constantes.


La temperatura central está representada por las temperaturas oral, rectal, esofágica, membrana del tímpano, hipotalámica o de la sangre al pasar por cualquiera de los órganos de la parte central o nuclear. La más representativa es la T° rectal.
La piel y el tejido celular subcutáneo constituyen la superficie. La T° superficial aumenta y disminuye con la del medio ambiente, y es la temperatura importante cuando nos referimos a la capacidad de la piel para perder calor hacia el ambiente.
Es una suma de la temperatura central y superficial
La temperatura normal promedio se considera por lo general entre 36,7 y 37 ° C cuando se mide en la boca, y alrededor de 0,6 °C mayor cuando se mide en el recto.
La temperatura corporal varía con el ejercicio y con la temperatura del medio, pues los mecanismos reguladores no son 100% eficaces.
El estudio de la termorregulación obliga a considerar:
a. Producción de calor (Termogénesis).
b. El transporte del calor desde el núcleo central hacia la superficie.
c. Las pérdidas de calor en la superficie corporal (Termólisis).
Es la cantidad de calor que produce el sujeto por metro cuadrado de superficie corporal y por hora, hallándose despierto, en ayunas desde 12 horas anteriores, en reposo físico y mental y en un ambiente de temperatura agradable.
En la porción dorsomedial de la parte posterior del hipotálamo, cerca del tercer ventrículo, se encuentra un área llamada centro motor primario para los escalofríos. Normalmente se encuentra inhibida por señales provenientes del centro del calor, pero se excita cuando le llegan señales frías desde la piel y médula espinal.

Estas señales pasan por haces bilaterales hacia el tallo cerebral, se transmiten desde allí hacia las columnas laterales de la médula espinal y llegan hasta las neuronas motoras anteriores.

Estas señales no son rítmicas ni producen sacudidas musculares reales, más bien incrementan el tono de los músculos esqueléticos de todo el cuerpo. Cuando el tono se eleva por arriba de cierto nivel crítico, empiezan los escalofríos, los que son resultado de oscilaciones de retroalimentación del mecanismo reflejo de estiramiento del huso muscular.
La estimulación simpática, o de la adrenalina y noradrenalina, incrementan de inmediato el metabolismo celular. Este efecto denominado termogénesis química, se debe a la capacidad de la adrenalina y noradrenalina de desacoplar la fosforilación oxidativa, con lo cual se hace necesaria una mayor oxidación de los alimentos, para obtener los compuestos de fosfato de alta energía, requeridos por la función normal del organismo.

El grado de termogénesis química que tiene lugar en un animal, es casi directamente proporcional a la cantidad de grasa parda que existe en sus tejidos.


El enfriamiento del área preóptica del hipotálamo, también aumenta la producción de la hormona neurosecretoria, factor liberador de tirotropina por el hipotálamo, que siguiendo los vasos portales llega hasta la adenohipófisis, estimulando la secreción de tirotropina.
La tirotropina estimula la liberación de tiroxina por la glándula tiroides, que a su vez incrementa el metabolismo celular de todo el cuerpo. El mecanismo tiroideo no ocurre de inmediato, sino que requiere de varias semanas.
Una vez producido el calor, éste es transferido y repartido a los distintos órganos y sistemas. Este proceso se realiza por los mecanismos de conducción, convección y por el mecanismo de intercambio de calor por contracorriente
Es el flujo de calor por gradiente, el fundamento físico es el de transferencia de energía calorífica entre moléculas. La conductancia física es de escasa importancia debido a la poca conductancia fisicotérmica de los diferentes tejidos del cuerpo en especial el adiposo (calor específico 3.21 KJ/K/°C)
Es la transferencia de calor a distintas partes del cuerpo, a través de la circulación sanguínea. Este mecanismo es sin duda el más importante, ya que la sangre al presentar gran cantidad de agua, se convierte en la sustancia con mayor calor específico 3,8 KJ/K/°C.
La temperatura sanguínea no se mantiene constante en todos los vasos sanguíneos. Así por ejemplo, en el caso de una persona que se encuentre en reposo en un medio ambiente confortable, la temperatura de la sangre en las arterias braquial y radial es de aproximadamente 36.5 y 36 °, respectivamente.

Las pérdidas de calor en la superficie corporal y su intercambio con el medio ambiente, se realiza por los mecanismos de radiación, conducción, convección y evaporación. El intercambio de calor por los tres primeros mecanismos depende del gradiente térmico que exista entre la piel y el medio ambiente
Es la transferencia de calor por ondas electromagnéticas y constituye la forma más importante de pérdida de calor en el cuerpo humano, alcanzando un total de 60 %. Esta forma de pérdida no se puede controlar ya que depende de la emisión de rayos infrarrojos.
Es la transferencia de calor molécula a molécula, en sólidos, líquido o gases. Es un mecanismo dependiente de la conductividad de la sustancia y de las diferencias de temperatura entre los puntos de contacto. Es un mecanismo poco importante para el organismo ya que por el enorme poder aislante de la grasa corporal, solamente perdemos por esta forma un 3 % del calor corporal.
Ocurre cuando el calor de nuestro cuerpo es trasladado o retirado por un fluido que puede ser el aire o el agua (por ejemplo cuando estamos frente a un ventilador). Por convección del aire se pierde aproximadamente el 15 % del calor corporal.
Este proceso se basa en el hecho de que la transformación de cualquier líquido en vapor, sin cambiar su temperatura, requiere calor. Para que se evapore 1 g de sudor de la superficie de la piel se requieren aproximadamente 0.58 Kcal, las cuales se obtienen de la piel. La evaporación se realiza gracias al sudor y puede ser de dos formas, una imperceptible, insensible y constante denominada perspiración y otra más significativa y ostensible llamada sudoración. Constituye en condiciones normales un 22 % del total de calor que se pierde.
La temperatura sanguínea no se mantiene constante en todos los vasos sanguíneos. Así por ejemplo, en el caso de una persona que se encuentre en reposo en un medio ambiente confortable, la temperatura de la sangre en las arterias braquial y radial es de aproximadamente 36.5 y 36 °, respectivamente.
Sin embargo, si a este individuo se le cambia a un medio ambiente frío, dichas temperaturas descienden a valores de 31 y 21 °C respectivamente.
En el tejido celular subcutáneo encontramos receptores para el calor y el frío. Los receptores para el frío son más abundantes, 10 veces más que los de calor.
Se desencadenan efectos reflejos inmediatos. Producción de escalofríos, inhibición del proceso de sudación, promoción de la vasoconstricción cutánea.
Receptores profundos en médula espinal, vísceras abdominales, alrededor de grandes venas y en el área preóptica del hipotálamo Identifican sobre todo frío y no calor.
El sistema consiste en una serie de receptores superficiales y profundos y en un centro integrador localizado en el hipotálamo, cuya misión es recibir e integrar la información de un punto de referencia codificado en el propio SNC que son los 37° C
Núcleos preópticos y anterior, contienen gran número de neuronas sensibles al calor. Son los lugares de partida de las órdenes reguladoras de la termólisis (se oponen al calentamiento):
Vasodilatación: Inhibición de los centros simpáticos del hipotálamo posterior que producen vasoconstricción.
Sudoración: Por impulsos transmitidos por vías neurovegetativas hacia la médula, y de ahí siguiendo las vías simpáticas, a la piel de todo el cuerpo, estimulando las glándulas sudoríparas que tienen inervación colinérgica y también adrenérgica.
Disminución de la producción de energía: Se inhiben en forma enérgica los mecanismos de producción excesiva de calor como escalofríos y termogénesis química.
Es responsable de las órdenes para la termogénesis (se oponen al enfriamiento):
Vasoconstricción cutánea: por estimulación de los centros simpáticos hipotalámicos.
Piloerección: Significa que el pelo se endereza desde su base, por estimulación simpática del músculo del folículo piloso y permite aprisionar una gruesa capa de “aire aislante”.
Aumento de la producción de calor: Tiritar, excitación simpática y elevación de la tiroxina.
La Tº C central se mantiene constante por este balance entre la ganancia y la pérdida de calor. Cuando tal equilibrio existe, no hay cambio en la temperatura media del organismo, ni tampoco en la cantidad de calor almacenado. Este concepto se representa en forma de balanza.
El organismo produce una determinada cantidad de calor en el proceso catabólico de los principios inmediatos y pierde igualmente una determinada cantidad de calor por los mecanismos antes descritos, principalmente los de radiación, convección y evaporación.
A 35ºC los mecanismos de pérdida de calor se vuelven ineficientes y toda pérdida de calor ocurre solamente por evaporación del sudor, que adquiere en este caso una importancia vital.
Es la alteración más común de la temperatura; se establece cuando existe una modificación en el nivel de referencia natural (punto de ajuste) que se establece en el hipotálamo. Durante un episodio febril, el sistema regulador térmico funcionan pero, se ha cambiado el punto de referencia. En lugar de 37ºC la regulación se produce en torno a un valor más elevado; por ejemplo del orden de los 38 ºC – 39ºC.
a. FASE DE ESCALOFRÍOS. Por consiguiente el inicio del acceso febril está marcado por las reacciones termorreguladoras características de la lucha contra ei frío: escalofríos, tiritones, vasoconstricción cutánea por esta razón él esté fase se le conoce como la de "escalofríos".

b. FASE DE ESTABILIDAD TÉRMICA. Posteriormente la, persona llega a producir calor hasta llegar a una homeostasis térmica con el nuevo valor del punto de ajuste es decir nuestro cuerpo llega a tener 39°C de temperatura y el hipotálamo "ve" cumplidas sus órdenes. Esta es 1a fase de estabilidad térmica, pero con valores elevados de temperatura corporal. Obviamente altera algunas funciones celulares.

c. FASE DE CRISIS. Finalmente, se logra recuperar el valor normal del punto de ajuste; espontáneamente o por la ingesta de algún medicamento (un antipirético por ejemplo), esto hace que el organismo reaccione tratando de perder el calor acumulado hasta conseguir nuevamente la homeostasis térmica. Por lo tanto el cuerpo suda y se produce vasodilatación, a esto se denomina periodo de "crisis".
Es el aumento de la Tº central sin que cambie el punto de referencia. En el ejercicio físico, es debida al exceso de calor producido por la contracción muscular y se alcanza un nuevo punto estable en un nivel más elevado ( 39ºC), llegándose a un equilibrio entre el exceso de calor producido y su pérdida.
Incluyen cefaleas, náuseas, vómitos, zumbidos escalofríos y diarreas. El paciente puede estar inconsciente con Tº rectal superior a 40ºC .
En personas no aclimatadas, que realizan ejercicios extenuantes, puede producir desviación de grandes volúmenes de sangre a los vasos cutáneos dilatados, disminuye el Retorno Venoso y cae la Presión Arterial, entonces se produce Isquemia cerebral y pérdida de conocimiento transitoria.
Urgencia médica, la Tº rectal es de 41-43 ºC. Hay taquicardia severa, paciente inconsciente con reflejos muy disminuidos o abolidos, delirio, convulsiones, Shock térmico.
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