Em formação

Com que eficiência o corpo humano converte a energia armazenada na gordura em energia cinética?


Li que um grama de gordura contém 9 kcal de energia. Existem muitas tabelas em torno de reivindicar quextipo de exercício paratduração queima aproximadamenteEenergia kcal. Eu gostaria de estimar quanto peso alguém perderá seguindo um determinado plano de treinamento com base nesses dois valores. Não sei se preciso calcular a perda de calor também ou não. A maioria dessas tabelas não diz nada sobre o método usado para estimar oEvalores. Eu poderia contornar esse problema ignorando a eficiência, mas só posso fazer isso se for relativamente perto de 100%. Pelo que eu sei, a gordura passa pela beta-oxidação e pelo ciclo do ácido cítrico. Depois disso, o ATP é usado para mover os músculos. É difícil encontrar algo sobre o quão eficiente é esse processo.


isso depende muito de como você o define, o que normalmente medimos é a eficiência, incluindo quanta energia é usada na manutenção metabólica e no aquecimento do corpo, além da produção muscular. usamos o consumo de oxigênio para saber exatamente quantas calorias "queimamos" ao fazer isso. Neste estudo obtemos entre 18-26% de eficiência, ou seja, calorias ingeridas para o trabalho realizado. A maior parte da perda está na conversão em ATP (perda de ~ 60%) e na quantidade de ATP que "desperdiçamos" aquecendo o corpo. Observe que a eficiência cai bastante quando você muda para exercícios anaeróbicos.

tenha em mente que, no entanto, o corpo não começará a queimar gordura, ele tem reservas de glicogênio que começará a usar primeiro.


As gorduras podem ser transformadas em glicogênio para os músculos?

A quantidade de gordura na dieta média e a quantidade de gordura armazenada no corpo normal tornam atraente a ideia de converter essa gordura em energia utilizável. Glicogênio, uma forma de energia armazenada nos músculos para uso rápido, é o que o corpo utiliza primeiro para realizar os movimentos, e níveis mais altos de glicogênio resultam em energia utilizável mais alta. Não é possível que as gorduras sejam convertidas diretamente em glicogênio porque não são compostas de glicose, mas é possível que as gorduras sejam indiretamente quebradas em glicose, que pode ser usada para criar glicogênio.


Caminho para a corrente sanguínea

As gorduras são mais cientificamente conhecidas como triglicerídeos. Eles são moléculas compostas por três cadeias de ácidos graxos presas a uma molécula de glicerol. Eles entram no corpo através dos alimentos como essa estrutura, mas precisam se dividir em suas partes individuais para passar pela parede digestiva e entrar no corpo. Quando saem da parede digestiva, eles se transformam em triglicerídeos. As células de gordura e células musculares então quebram esses triglicerídeos novamente para que os ácidos graxos e o glicerol possam passar pela membrana celular e entrar na célula.


O ciclo de queima de glicogênio

Qual é a conexão entre glicogênio e queima de gordura? Aqui está a advertência: seus estoques de glicogênio no fígado e músculos não podem conter uma quantidade limitada. A quantidade total de glicogênio que você pode armazenar em todo o corpo é de aproximadamente 600 gramas. Uma vez que esses estoques se esgotem, qualquer excesso de glicogênio é convertido em um tipo de gordura chamado triglicerídeos. Os triglicerídeos podem entrar diretamente na corrente sanguínea para obter energia ou são armazenados na gordura corporal.

Se você ingerir carboidratos continuamente em qualquer forma, seu corpo os priorizará e o ciclo continuará. Isso significa que você sempre será queima de glicose e glicogênio de energia, e qualquer excesso sempre será armazenado como gordura corporal. Quando você está ingerindo mais carboidratos do que o corpo pode efetivamente armazenar como glicogênio (mais calorias entrando do que saindo), ele não tem escolha a não ser converter alguns e armazená-los dentro das células de gordura.

Se você comer demais ou comer muito açúcar e carboidratos, isso pode realmente causar ganho de peso com o tempo.


Variáveis

A rapidez com que você metaboliza os alimentos depende de algumas coisas, todas relacionadas à sua taxa metabólica basal. O site da Mayo Clinic aponta que, se você for uma pessoa musculosa, metabolizará uma refeição em um ritmo muito mais rápido do que se você tivesse pouca massa muscular. Sua idade também é considerada. Conforme as pessoas envelhecem, elas tendem a perder massa muscular. Pessoas mais jovens, que tendem a ter mais músculos, geralmente metabolizam os alimentos em um ritmo mais rápido. Os homens geralmente têm mais massa muscular do que as mulheres e metabolizam os nutrientes mais rapidamente, então o gênero também é um fator.


Bioquímica. 5ª edição.

Os padrões metabólicos do cérebro, músculos, tecido adiposo, rim e fígado são notavelmente diferentes. Vamos considerar como esses órgãos diferem no uso de combustíveis para atender às suas necessidades de energia:

Cérebro. A glicose é praticamente o único combustível para o cérebro humano, exceto durante a inanição prolongada. O cérebro carece de reservas de combustível e, portanto, requer um suprimento contínuo de glicose. Consome cerca de 120 g por dia, o que corresponde a uma entrada de energia de cerca de 420 kcal (1760 kJ), sendo responsável por cerca de 60% da utilização da glicose por todo o corpo em repouso. Grande parte da energia, estimativas sugerem de 60% a 70%, é usada para alimentar mecanismos de transporte que mantêm o potencial de membrana Na + -K + necessário para a transmissão dos impulsos nervosos. O cérebro também deve sintetizar neurotransmissores e seus receptores para propagar os impulsos nervosos. No geral, o metabolismo da glicose permanece inalterado durante a atividade mental, embora aumentos locais sejam detectados quando um sujeito realiza certas tarefas.

A glicose é transportada para as células cerebrais pelo transportador de glicose GLUT3. Este transportador tem um valor baixo de KM para glicose (1,6 mM), o que significa que está saturada na maioria das condições. Assim, o cérebro geralmente é fornecido com um suprimento constante de glicose. As medições não invasivas de ressonância magnética nuclear 13 C mostraram que a concentração de glicose no cérebro é cerca de 1 mM quando o nível plasmático é 4,7 mM (84,7 mg / dl), um valor normal. A glicólise diminui quando o nível de glicose se aproxima do KM valor da hexoquinase (

50 & # x003bcM), a enzima que retém a glicose na célula (Seção 16.1.1). Este ponto de perigo é alcançado quando o nível de glicose no plasma cai abaixo de cerca de 2,2 mM (39,6 mg / dl) e, assim, se aproxima do KM valor de GLUT3.

Os ácidos graxos não servem como combustível para o cérebro, porque estão ligados à albumina no plasma e, portanto, não atravessam a barreira hematoencefálica. Na fome, corpos cetônicos gerados pelo fígado substituem parcialmente a glicose como combustível para o cérebro.

Músculo. Os principais combustíveis para os músculos são glicose, ácidos graxos e corpos cetônicos. O músculo difere do cérebro por ter um grande estoque de glicogênio (1.200 kcal ou 5.000 kJ). Na verdade, cerca de três quartos de todo o glicogênio do corpo são armazenados nos músculos (Tabela 30.1). Este glicogênio é prontamente convertido em glicose 6-fosfato para uso nas células musculares. O músculo, como o cérebro, carece de glicose 6-fosfatase e, portanto, não exporta glicose. Em vez, o músculo retém a glicose, seu combustível preferido para explosões de atividade.

Na contração ativa do músculo esquelético, a taxa de glicólise excede em muito a do ciclo do ácido cítrico, e muito do piruvato formado é reduzido a lactato, parte do qual flui para o fígado, onde é convertido em glicose (Figura 30.12).

Essas trocas, conhecidas como ciclo de Cori (Seção 16.4.2), transferem parte da carga metabólica do músculo para o fígado. Além disso, uma grande quantidade de alanina é formada no músculo ativo pela transaminação do piruvato. A alanina, como o lactato, pode ser convertida em glicose pelo fígado. Por que o músculo libera alanina? O músculo pode absorver e transaminar aminoácidos de cadeia ramificada, entretanto, não pode formar uréia. Consequentemente, o nitrogênio é liberado no sangue como alanina. O fígado absorve a alanina, remove o nitrogênio para descarte como uréia e transforma o piruvato em glicose ou ácidos graxos. O padrão metabólico do músculo em repouso é bastante diferente. No músculo em repouso, os ácidos graxos são o principal combustível, atendendo a 85% das necessidades energéticas.

Ao contrário do músculo esquelético, o músculo cardíaco funciona quase exclusivamente aerobicamente, conforme evidenciado pela densidade das mitocôndrias no músculo cardíaco. Além disso, o coração praticamente não tem reservas de glicogênio. Os ácidos graxos são a principal fonte de combustível do coração, embora os corpos cetônicos, assim como o lactato, possam servir como combustível para o músculo cardíaco. Na verdade, o músculo cardíaco consome acetoacetato de preferência à glicose.

Tecido adiposo. Os triacilgliceróis armazenados no tecido adiposo são um enorme reservatório de combustível metabólico (consulte a Tabela 30.1). Em um homem típico de 70 kg, os 15 kg de triacilgliceróis têm um conteúdo de energia de 135.000 kcal (565.000 kJ). O tecido adiposo é especializado na esterificação de ácidos graxos e na liberação de triacilgliceróis. Nos seres humanos, o fígado é o principal local de síntese de ácidos graxos. Lembre-se de que esses ácidos graxos são esterificados no fígado em glicerol fosfato para formar triacilglicerol e são transportados para o tecido adiposo em partículas de lipoproteína, como as lipoproteínas de densidade muito baixa (Seção 26.3.1). Os triacilgliceróis não são captados pelos adipócitos, em vez disso, eles são primeiro hidrolisados ​​por uma lipase de lipoproteína extracelular para captação. Essa lipase é estimulada por processos iniciados pela insulina. Depois que os ácidos graxos entram na célula, a principal tarefa do tecido adiposo é ativar esses ácidos graxos e transferir os derivados CoA resultantes para o glicerol na forma de glicerol 3-fosfato. Este intermediário essencial na biossíntese de lipídios vem da redução do fosfato de dihidroxiacetona intermediário glicolítico. Assim, células adiposas precisam de glicose para a síntese de triacilgliceróis (Figura 30.13).

Os triacilgliceróis são hidrolisados ​​em ácidos graxos e glicerol pelas lipases intracelulares. A liberação do primeiro ácido graxo de um triacilglicerol, a etapa limitante da taxa, é catalisada por uma lipase sensível ao hormônio que é reversivelmente fosforilada. O hormônio epinefrina estimula a formação de AMP cíclico, o mensageiro intracelular na cascata amplificadora, que ativa uma proteína quinase & # x02014a tema recorrente na ação hormonal. Os triacilgliceróis nas células adiposas são continuamente hidrolisados ​​e ressintetizados. O glicerol derivado de sua hidrólise é exportado para o fígado. A maioria dos ácidos graxos formados na hidrólise são reesterificados se o glicerol 3-fosfato for abundante. Em contraste, eles são liberados no plasma se o glicerol 3-fosfato for escasso devido à escassez de glicose. Assim, o nível de glicose dentro das células adiposas é um fator importante para determinar se os ácidos graxos são liberados no sangue.

O rim. O principal objetivo do rim é produzir urina, que serve como um veículo para excretar produtos residuais metabólicos e para manter a osmolaridade dos fluidos corporais. O plasma sanguíneo é filtrado quase 60 vezes por dia nos túbulos renais. A maior parte do material filtrado do sangue é reabsorvido, de modo que apenas 1 a 2 litros de urina são produzidos. Os materiais solúveis em água no plasma, como a glicose, e a própria água são reabsorvidos para evitar perdas desnecessárias. Os rins requerem grande quantidade de energia para realizar a reabsorção. Embora constituam apenas 0,5% da massa corporal, os rins consomem 10% do oxigênio usado na respiração celular. Grande parte da glicose que é reabsorvida é transportada para as células renais pelo cotransportador sódio-glicose. Lembre-se de que esse transportador é alimentado pelo gradiente Na + -K +, que por sua vez é mantido pela Na + -K + ATPase (Seção 13.4). Durante a inanição, o rim se torna um importante local de gliconeogênese e pode contribuir com até metade da glicose sanguínea.

Fígado. As atividades metabólicas do fígado são essenciais para fornecer combustível para o cérebro, músculos e outros órgãos periféricos. Na verdade, o fígado, que pode ser de 2% a 4% do peso corporal, é o centro metabólico de um organismo (Figura 30.14). A maioria dos compostos absorvidos pelo intestino passa primeiro pelo fígado, que é capaz de regular o nível de muitos metabólitos no sangue.

Vamos primeiro considerar como o fígado metaboliza os carboidratos. O fígado remove dois terços da glicose do sangue e todos os monossacarídeos restantes. Parte da glicose é deixada no sangue para ser usada por outros tecidos. A glicose absorvida é convertida em glicose 6-fosfato pela hexoquinase e pela glucoquinase específica do fígado. A glicose 6-fosfato, como já foi dito, tem uma variedade de destinos, embora o fígado use pouco dela para atender às suas próprias necessidades de energia. Muito do glicose 6-fosfato é convertido em glicogênio. Tanto quanto 400 kcal (1700 kJ) podem ser armazenados nesta forma no fígado. O excesso de glicose 6-fosfato é metabolizado em acetil CoA, que é usado para formar ácidos graxos, colesterol e sais biliares. A via da pentose fosfato, outro meio de processar a glicose 6-fosfato, fornece o NADPH para essas biossínteses redutoras. O fígado pode produzir glicose para liberação no sangue, quebrando seu estoque de glicogênio e realizando a gliconeogênese. Os principais precursores da gliconeogênese são lactato e alanina do músculo, glicerol do tecido adiposo e aminoácidos glicogênicos da dieta.

O fígado também desempenha um papel central na regulação do metabolismo lipídico. Quando os combustíveis são abundantes, os ácidos graxos derivados da dieta ou sintetizados pelo fígado são esterificados e secretados no sangue na forma de lipoproteína de densidade muito baixa (ver Figura 30.15). No entanto, em jejum, o fígado converte os ácidos graxos em corpos cetônicos. Como o destino dos ácidos graxos do fígado é determinado? A seleção é feita de acordo com a entrada dos ácidos graxos na matriz mitocondrial. Lembre-se de que os ácidos graxos de cadeia longa atravessam a membrana mitocondrial interna apenas se forem esterificados em carnitina. A carnitina aciltransferase I (também conhecida como carnitina palmitoil transferase I), que catalisa a formação de acil carnitina, é inibida pela malonil CoA, o intermediário comprometido na síntese de ácidos graxos (ver Figura 30.9). Assim, quando o malonil CoA é abundante, os ácidos graxos de cadeia longa são impedidos de entrar na matriz mitocondrial, no compartimento de oxidação & # x003b2 e na formação de corpos cetônicos. Em vez disso, os ácidos graxos são exportados para o tecido adiposo para incorporação em triacilgliceróis. Em contraste, o nível de malonil CoA é baixo quando os combustíveis são escassos. Nessas condições, os ácidos graxos liberados do tecido adiposo entram na matriz mitocondrial para serem convertidos em corpos cetônicos.

O fígado também desempenha um papel essencial no metabolismo dos aminoácidos da dieta. O fígado absorve a maioria dos aminoácidos, deixando alguns no sangue para os tecidos periféricos. O uso prioritário de aminoácidos é para a síntese de proteínas, e não para o catabolismo. Por que meios os aminoácidos são direcionados para a síntese de proteínas em preferência ao uso como combustível? o KM o valor das aminoacil-tRNA sintetases é menor do que o das enzimas que participam do catabolismo de aminoácidos. Assim, os aminoácidos são usados ​​para sintetizar aminoacil-tRNAs antes de serem catabolizados. Quando o catabolismo ocorre, a primeira etapa é a remoção do nitrogênio, que é posteriormente processado em uréia. O fígado secreta de 20 a 30 g de uréia por dia. Os & # x003b1-cetoácidos são então usados ​​para gliconeogênese ou síntese de ácidos graxos. Curiosamente, o fígado não consegue remover o nitrogênio dos aminoácidos da cadeia ramificada (leucina, isoleucina e valina). A transaminação ocorre no músculo.

Como o fígado atende às suas próprias necessidades de energia? & # x003b1-Cetoácidos derivados da degradação de aminoácidos são o próprio combustível do fígado. Na verdade, o principal papel da glicólise no fígado é formar blocos de construção para a biossíntese. Além disso, o fígado não pode usar o acetoacetato como combustível, porque tem pouco da transferase necessária para a ativação do acetoacetato em acetil CoA. Assim, o fígado evita os combustíveis que exporta para os músculos e o cérebro.


Com que eficiência o corpo humano converte a energia armazenada na gordura em energia cinética? - Biologia

Ao final desta seção, você será capaz de:

  • Explique o consumo de energia do corpo humano quando em repouso versus quando envolvido em atividades que realizam trabalhos úteis.
  • Calcule a conversão da energia química dos alimentos em trabalho útil.

Conversão de energia em humanos

Nossos próprios corpos, como todos os organismos vivos, são máquinas de conversão de energia. A conservação de energia implica que a energia química armazenada nos alimentos é convertida em trabalho, energia térmica e / ou armazenada como energia química no tecido adiposo. (Veja [link].) A fração que entra em cada forma depende de quanto comemos e do nosso nível de atividade física. Se comermos mais do que o necessário para trabalhar e nos mantermos aquecidos, o restante vai para a gordura corporal.

A energia consumida pelos humanos é convertida em trabalho, energia térmica e gordura armazenada. De longe, a maior fração vai para a energia térmica, embora a fração varie dependendo do tipo de atividade física.

Energia consumida em repouso

o avaliar na qual o corpo usa a energia dos alimentos para sustentar a vida e realizar diferentes atividades é chamada de taxa metabólica. A taxa total de conversão de energia de uma pessoa em repouso é chamada de taxa metabólica basal (BMR) e é dividida entre vários sistemas do corpo, conforme mostrado em [link]. A maior fração vai para o fígado e baço, com o cérebro vindo em seguida. É claro que, durante exercícios vigorosos, o consumo de energia dos músculos esqueléticos e do coração aumenta acentuadamente. Cerca de 75% das calorias queimadas em um dia vão para essas funções básicas. O BMR é uma função da idade, sexo, peso corporal total e quantidade de massa muscular (que queima mais calorias do que gordura corporal). Os atletas apresentam maior TMB devido a este último fator.

Taxas metabólicas basais (BMR)
Órgão Energia consumida em repouso (W) Consumo de oxigênio (mL / min) Porcentagem de BMR
Fígado e baço 23 67 27
Cérebro 16 47 19
Músculo esquelético 15 45 18
Rim 9 26 10
Coração 6 17 7
De outros 16 48 19
Totais 85 W 250 mL / min 100%

O consumo de energia é diretamente proporcional ao consumo de oxigênio, pois o processo digestivo é basicamente um processo de oxidação dos alimentos. Podemos medir a energia que as pessoas usam durante várias atividades medindo o uso de oxigênio. (Veja [link].) Aproximadamente 20 kJ de energia são produzidos para cada litro de oxigênio consumido, independente do tipo de alimento. [link] mostra as taxas de consumo de energia e oxigênio (energia gasta) para uma variedade de atividades.

Poder de fazer trabalhos úteis

O trabalho feito por uma pessoa às vezes é chamado de trabalho útil, que é trabalho feito no mundo exterior, como levantar pesos. O trabalho útil requer uma força exercida à distância no mundo exterior e, portanto, exclui o trabalho interno, como o feito pelo coração ao bombear o sangue. O trabalho útil inclui aquele feito em subir escadas ou acelerar para uma corrida completa, porque estes são realizados através da aplicação de forças no mundo exterior. As forças exercidas pelo corpo são não conservativas, de modo que podem alterar a energia mecânica (KE + PE KE + PE tamanho 12 <"KE" + "PE"> <>) do sistema trabalhado, e este é frequentemente o objetivo. Um jogador de beisebol jogando uma bola, por exemplo, aumenta a energia cinética e potencial da bola.

Se uma pessoa precisa de mais energia do que consome, como ao fazer um trabalho vigoroso, o corpo deve utilizar a energia química armazenada na gordura. Portanto, o exercício pode ser útil para perder gordura. No entanto, a quantidade de exercício necessária para produzir uma perda de gordura ou para queimar as calorias extras consumidas naquele dia pode ser grande, como [link] ilustra.

Se uma pessoa que normalmente requer uma média de 12.000 kJ (3.000 kcal) de energia alimentar por dia, consome 13.000 kJ por dia, ela ganhará peso de forma constante. Quanto andar de bicicleta por dia é necessário para compensar esses 1000 kJ extras?

[link] afirma que 400 W são usados ​​ao pedalar em velocidade moderada. O tempo necessário para trabalhar fora de 1000 kJ a esta taxa é então

Se essa pessoa usar mais energia do que consome, o corpo da pessoa obterá a energia necessária metabolizando a gordura corporal. Se a pessoa usa 13.000 kJ, mas consome apenas 12.000 kJ, a quantidade de perda de gordura será

assumindo que o conteúdo de energia da gordura seja de 39 kJ / g.

Um oxímetro de pulso é um aparelho que mede a quantidade de oxigênio no sangue. Os oxímetros podem ser usados ​​para determinar a taxa metabólica de uma pessoa, que é a taxa na qual a energia do alimento é convertida em outra forma. Essas medidas podem indicar o nível de condicionamento atlético, bem como certos problemas médicos. (crédito: UusiAjaja, Wikimedia Commons) Taxas de consumo de energia e oxigênio 1 (energia)
Atividade Consumo de energia em watts Consumo de oxigênio em litros O2/ min
Dormindo 83 0.24
Sentado em repouso 120 0.34
Ficar relaxado 125 0.36
Sentado na aula 210 0.60
Caminhando (5 km / h) 280 0.80
Ciclismo (13 e # 821118 km / h) 400 1.14
Tremendo 425 1.21
Jogando tênis 440 1.26
Natação peito 475 1.36
Patinação no gelo (14,5 km / h) 545 1.56
Subir escadas (116 / min) 685 1.96
Ciclismo (21 km / h) 700 2.00
Corrida de cross-country 740 2.12
Jogar basquete 800 2.28
Ciclismo, piloto profissional 1855 5.30
Sprinting 2415 6.90

Todas as funções corporais, desde o pensamento até o levantamento de peso, requerem energia. (Ver [link].) As muitas pequenas ações musculares que acompanham todas as atividades silenciosas, desde dormir até coçar a cabeça, acabam se transformando em energia térmica, assim como as ações musculares menos visíveis do coração, pulmões e trato digestivo. Tremer, na verdade, é uma resposta involuntária à baixa temperatura corporal que coloca os músculos uns contra os outros para produzir energia térmica no corpo (e não faz trabalho). Os rins e o fígado consomem uma quantidade surpreendente de energia, mas a maior surpresa de tudo isso é que 25% de toda a energia consumida pelo corpo é usada para manter os potenciais elétricos em todas as células vivas. (As células nervosas usam esse potencial elétrico nos impulsos nervosos.) Essa energia bioelétrica acaba se transformando principalmente em energia térmica, mas parte é utilizada para alimentar processos químicos, como nos rins e no fígado, e na produção de gordura.

Esta varredura de fMRI mostra um nível elevado de consumo de energia no centro de visão do cérebro. Aqui, o paciente estava sendo solicitado a reconhecer rostos. (crédito: NIH via Wikimedia Commons)

Resumo da Seção

  • O corpo humano converte a energia armazenada nos alimentos em trabalho, energia térmica e / ou energia química que é armazenada no tecido adiposo.
  • o avaliar em que o corpo usa a energia dos alimentos para sustentar a vida e realizar diferentes atividades é chamada de taxa metabólica, e a taxa correspondente quando em repouso é chamada de taxa metabólica basal (TMB)
  • A energia incluída na taxa metabólica basal é dividida entre vários sistemas do corpo, com a maior fração indo para o fígado e baço, e o cérebro vindo em seguida.
  • Cerca de 75% das calorias dos alimentos são usadas para sustentar as funções corporais básicas incluídas na taxa metabólica basal.
  • O consumo de energia das pessoas durante várias atividades pode ser determinado medindo-se o uso de oxigênio, pois o processo digestivo é basicamente o de oxidar os alimentos.

Questões Conceituais

Explique por que é mais fácil escalar uma montanha em um caminho em zigue-zague em vez de subir pela lateral. O seu aumento na energia potencial gravitacional é o mesmo em ambos os casos? O seu consumo de energia é o mesmo em ambos?

Você trabalha no mundo exterior quando esfrega as mãos para aquecê-las? Qual é a eficiência desta atividade?

Tremer é uma resposta involuntária à temperatura corporal reduzida. Qual é a eficiência do corpo ao tremer, e este é um valor desejável?

Discuta a eficácia relativa da dieta e dos exercícios para perder peso, observando que a maioria das atividades atléticas consome energia alimentar a uma taxa de 400 a 500 W, enquanto uma única xícara de iogurte pode conter 1360 kJ (325 kcal). Especificamente, é provável que o exercício por si só seja suficiente para perder peso? Você pode querer considerar que exercícios regulares podem aumentar a taxa metabólica, enquanto dietas prolongadas podem reduzi-la.

Problemas e exercícios amplos

(a) Quanto tempo você consegue subir escadas rapidamente (116 / min) com 93,0 kcal de energia em um pacotinho de 10,0 g de manteiga? (b) Quantos lances são se cada lance tiver 16 degraus?

(a) Qual é a potência em watts e cavalos de força de um velocista de 70,0 kg que acelera do repouso a 10,0 m / s em 3,00 s? (b) Considerando a quantidade de força gerada, você acha que um atleta bem treinado poderia fazer isso repetidamente por longos períodos de tempo?

Calcule a potência em watts e cavalos de força de um arremessador de peso que leva 1,20 s para acelerar o tiro de 7,27 kg do repouso para 14,0 m / s, enquanto o eleva para 0,800 m. (Não inclua a energia produzida para acelerar seu corpo.)

Lançador de peso no Dornoch Highland Gathering em 2007. (crédito: John Haslam, Flickr)

A energia que não é utilizada para trabalho ou transferência de calor é convertida na energia química da gordura corporal contendo cerca de 39 kJ / g. Quantos gramas de gordura você ganhará se comer 10.000 kJ (cerca de 2.500 kcal) um dia e não fizer nada a não ser sentar-se relaxado por 16 horas e dormir pelas outras 8 horas? Use os dados de [link] para as taxas de consumo de energia dessas atividades.

Usando os dados do [link], calcule as necessidades energéticas diárias de uma pessoa que dorme 7,00 h, caminha 2,00 h, assiste às aulas por 4,00 h, pedala por 2,00 h, senta relaxada por 3,00 he estuda por 6,00 h. (Estudar consome energia na mesma proporção que sentar em sala de aula.)

Qual é a eficiência de um sujeito em uma esteira que trabalha a uma taxa de 100 W enquanto consome oxigênio a uma taxa de 2,00 L / min? (Dica: veja [link].)

Tirar a neve com pá pode ser extremamente desgastante porque os braços têm uma eficiência muito baixa nessa atividade. Suponha que uma pessoa que está limpando uma trilha metabolize alimentos a uma taxa de 800 W. (a) Qual é a potência útil dela? (b) Quanto tempo levará para levantar 3.000 kg de neve 1,20 m? (Esta poderia ser a quantidade de neve pesada em 20 m de trilha.) (C) Quanta transferência de calor residual em quilojoules ela gerará no processo?

Forças muito grandes são produzidas nas articulações quando uma pessoa salta de alguma altura para o solo. (a) Calcule a magnitude da força produzida se uma pessoa de 80,0 kg pular de uma saliência de 0,600 & # 8211 m de altura e aterrissar rigidamente, comprimindo o material da junta com 1,50 cm como resultado. (Certifique-se de incluir o peso da pessoa.) (B) Na prática, os joelhos dobram-se quase involuntariamente para ajudar a estender a distância na qual você para. Calcule a magnitude da força produzida se a distância de parada for 0,300 m. (c) Compare as duas forças com o peso da pessoa.

(c) A relação entre a força líquida e o peso da pessoa é 41,0 na parte (a) 3,00 na parte (b)

Correr em superfícies duras com sapatos insuficientemente acolchoados produz grandes forças nos pés e nas pernas. (a) Calcule a magnitude da força necessária para parar o movimento descendente de uma perna de corredor & # 8217s, se sua perna tem uma massa de 13,0 kg, uma velocidade de 6,00 m / s, e para a uma distância de 1,50 cm. (Certifique-se de incluir o peso do corpo do corredor de 75,0 kg & # 8217s.) (B) Compare esta força com o peso do corredor.

(a) Calcule a energia em kJ usada por uma mulher de 55,0 kg que faz 50 flexões profundas de joelho nas quais seu centro de massa é abaixado e elevado 0,400 m. (Ela trabalha nas duas direções.) Você pode presumir que a eficiência dela é de 20%. (b) Qual é a taxa média de consumo de energia em watts se ela fizer isso em 3,00 min?

Kanellos Kanellopoulos voou 119 km de Creta a Santorini, Grécia, em 23 de abril de 1988, no Daedalus 88, uma aeronave movida por um mecanismo de propulsão do tipo bicicleta (ver [link]). Sua potência útil para a viagem de 234 minutos foi de cerca de 350 W. Usando a eficiência para pedalar de [link], calcule a energia do alimento em quilojoules que ele metabolizou durante o vôo.

O Daedalus 88 em vôo. (crédito: foto da NASA por Beasley)

O nadador mostrado em [link] exerce uma força horizontal média para trás de 80,0 N com seu braço durante cada braçada de 1,80 m de comprimento. (a) Qual é a produção de seu trabalho em cada golpe? (b) Calcule a potência de seus braços se ele der 120 braçadas por minuto.

Os alpinistas carregam oxigênio engarrafado quando estão em altitudes muito elevadas. (a) Supondo que um alpinista use o dobro do oxigênio para subir 116 degraus por minuto (devido à baixa temperatura do ar e ventos), calcule quantos litros de oxigênio um alpinista precisaria para 10,0 h de escalada. (São litros ao nível do mar.) Observe que apenas 40% do oxigênio inalado é utilizado, o resto é exalado. (b) Quanto trabalho útil o escalador realiza se ele e seu equipamento têm uma massa de 90,0 kg e ele ganha 1000 m de altitude? (c) Qual é sua eficiência para a subida de 10,0 h?

A inspiradora Grande Pirâmide de Quéops foi construída há mais de 4.500 anos. Sua base quadrada, originalmente com 230 m de lado, cobria 13,1 acres e tinha 146 m de altura, com uma massa de cerca de 7 & # 215 10 9 kg 7 & # 215 10 9 kg. (As dimensões da pirâmide & # 8217s são ligeiramente diferentes hoje em dia devido à extração e alguns entalhes.) Os historiadores estimam que 20.000 trabalhadores gastaram 20 anos para construí-la, trabalhando 12 horas por dia, 330 dias por ano. (a) Calcule a energia potencial gravitacional armazenada na pirâmide, dado que seu centro de massa está a um quarto de sua altura. (b) Apenas uma fração dos trabalhadores levantaram blocos, a maioria estava envolvida em serviços de apoio, como construção de rampas (ver [link]), transporte de comida e água e transporte de blocos para o local. Calcule a eficiência dos trabalhadores que fizeram o levantamento, supondo que havia 1000 deles e eles consumiram energia alimentar à taxa de 300 kcal / h. O que sua resposta sugere sobre quanto do trabalho deles foi gasto em levantamento de blocos, em comparação com quanto trabalho foi gasto em atrito e levantamento e abaixamento de seus próprios corpos? (c) Calcule a massa de alimento que deve ser fornecida a cada dia, supondo que o trabalhador médio necessite de 3600 kcal por dia e que sua dieta seja 5% de proteína, 60% de carboidrato e 35% de gordura. (Essas proporções negligenciam a massa de materiais a granel e não digeríveis consumidos.)

As pirâmides antigas provavelmente foram construídas usando rampas como máquinas simples. (crédito: Franck Monnier, Wikimedia Commons)

(a) Por quanto tempo você consegue jogar tênis com 800 kJ (cerca de 200 kcal) de energia em uma barra de chocolate? (b) Isso parece muito tempo? Discuta por que o exercício é necessário, mas pode não ser suficiente para fazer uma pessoa perder peso.


Energia interna você

Podemos pensar sobre a energia interna de um sistema de duas maneiras diferentes, mas consistentes. A primeira é a visão atômica e molecular, que examina o sistema em escala atômica e molecular. o energia interna de um sistema é a soma das energias cinética e potencial de seus átomos e moléculas. Lembre-se de que a energia cinética mais potencial é chamada de energia mecânica. Assim, a energia interna é a soma da energia mecânica atômica e molecular. Como é impossível rastrear todos os átomos e moléculas individuais, devemos lidar com médias e distribuições. Uma segunda maneira de ver a energia interna de um sistema é em termos de suas características macroscópicas, que são muito semelhantes aos valores médios atômicos e moleculares.

Macroscopicamente, definimos a mudança na energia interna como sendo aquela dada pela primeira lei da termodinâmica:

Muitos experimentos detalhados verificaram que onde está a mudança na energia cinética e potencial total de todos os átomos e moléculas em um sistema. Também foi determinado experimentalmente que a energia interna de um sistema depende apenas do estado do sistema e não como atingiu aquele estado. More specifically, is found to be a function of a few macroscopic quantities (pressure, volume, and temperature, for example), independent of past history such as whether there has been heat transfer or work done. This independence means that if we know the state of a system, we can calculate changes in its internal energy from a few macroscopic variables.

MAKING CONNECTIONS: MACROSCOPIC AND MICROSCOPIC

In thermodynamics, we often use the macroscopic picture when making calculations of how a system behaves, while the atomic and molecular picture gives underlying explanations in terms of averages and distributions. We shall see this again in later sections of this chapter. For example, in the topic of entropy, calculations will be made using the atomic and molecular view.

To get a better idea of how to think about the internal energy of a system, let us examine a system going from State 1 to State 2. The system has internal energy in State 1, and it has internal energy in State 2, no matter how it got to either state. So the change in internal energy is independent of what caused the change. Em outras palavras, is independent of path. By path, we mean the method of getting from the starting point to the ending point. Why is this independence important? Note that Both and depend on path, but does not. This path independence means that internal energy is easier to consider than either heat transfer or work done.

Example 1: Calculating Change in Internal Energy: The Same Change in você is Produced by Two Different Processes

(a) Suppose there is heat transfer of 40.00 J to a system, while the system does 10.00 J of work. Later, there is heat transfer of 25.00 J out of the system while 4.00 J of work is done on the system. What is the net change in internal energy of the system?

(b) What is the change in internal energy of a system when a total of 150.00 J of heat transfer occurs out of (from) the system and 159.00 J of work is done on the system? (See Figure 3).

In part (a), we must first find the net heat transfer and net work done from the given information. Then the first law of thermodynamics can be used to find the change in internal energy. In part (b), the net heat transfer and work done are given, so the equation can be used directly.

Solution for (a)

The net heat transfer is the heat transfer into the system minus the heat transfer out of the system, or

Similarly, the total work is the work done by the system minus the work done on the system, or

Thus the change in internal energy is given by the first law of thermodynamics:

We can also find the change in internal energy for each of the two steps. First, consider 40.00 J of heat transfer in and 10.00 J of work out, or

Now consider 25.00 J of heat transfer out and 4.00 J of work in, or

The total change is the sum of these two steps, or

Discussion on (a)

No matter whether you look at the overall process or break it into steps, the change in internal energy is the same.

Solution for (b)

Here the net heat transfer and total work are given directly to be and so that

Discussion on (b)

A very different process in part (b) produces the same 9.00-J change in internal energy as in part (a). Note that the change in the system in both parts is related to and not to the individual or involved. The system ends up in the mesmo state in both (a) and (b). Parts (a) and (b) present two different paths for the system to follow between the same starting and ending points, and the change in internal energy for each is the same—it is independent of path.

Figura 3. Two different processes produce the same change in a system. (a) A total of 15.00 J of heat transfer occurs into the system, while work takes out a total of 6.00 J. The change in internal energy is Δvocê=Q−W=9.00 J. (b) Heat transfer removes 150.00 J from the system while work puts 159.00 J into it, producing an increase of 9.00 J in internal energy. If the system starts out in the same state in (a) and (b), it will end up in the same final state in either case—its final state is related to internal energy, not how that energy was acquired.

What Is Metabolism?

This fat-burning magic comes from your metabolism, a word you've probably heard tossed around a lot but maybe don't quite understand. What is metabolism? Simply put, it's all the various chemical reactions that happen inside your body, 24-7, that keep you alive. It's food being turned into energy and that energy being burned off to keep your hair growing, your heart beating, your liver pumping out bile, your lungs transferring oxygen into your bloodstream and your intestines turning Amstel Light into urine (not that there's a huge leap there).

It's the engine room of your individual starship, your never-ending calorie burn. And while you may imagine that the majority of your calories get burned while you're engaged in some strenuous activity like riding a bike, diving into a pool or getting jiggy with your honey, you're actually burning most of your calories, well, just keeping the lights on.

In fact, think of metabolism as your caloric 401(K) program. It's not going to give you instant gratification, like hitting a slot machine jackpot. It's a long-term strategy, but it's a sure thing: Invest in it and you'll get slow, steady, effective returns that will keep you happy and healthy for years to come.

Now, like any long-term investment, it needs a little maintenance from time-to-time. Learn the smart ways to tweak your metabolism, improving your burn just enough to gain even more over the long haul. (Or to borrow what they say in financial circles, it's time to work less for your calorie burn and have your calorie burn start working for you!)

Prepare for a few surprises, starting with.


How our bodies turn food into energy

All parts of the body (muscles, brain, heart, and liver) need energy to work. This energy comes from the food we eat.

Our bodies digest the food we eat by mixing it with fluids (acids and enzymes) in the stomach. When the stomach digests food, the carbohydrate (sugars and starches) in the food breaks down into another type of sugar, called glucose.

The stomach and small intestines absorb the glucose and then release it into the bloodstream. Once in the bloodstream, glucose can be used immediately for energy or stored in our bodies, to be used later.

However, our bodies need insulin in order to use or store glucose for energy. Without insulin, glucose stays in the bloodstream, keeping blood sugar levels high.

How the body makes insulin

Insulin is a hormone made by beta cells in the pancreas. Beta cells are very sensitive to the amount of glucose in the bloodstream. Normally beta cells check the blood's glucose level every few seconds and sense when they need to speed up or slow down the amount of insulin they're making and releasing. When someone eats something high in carbohydrates, like a piece of bread, the glucose level in the blood rises and the beta cells trigger the pancreas to release more insulin into the bloodstream.

Insulin opens cell doors

When insulin is released from the pancreas, it travels through the bloodstream to the body's cells and tells the cell doors to open up to let the glucose in. Once inside, the cells convert glucose into energy to use right then or store it to use later.

As glucose moves from the bloodstream into the cells, blood sugar levels start to drop. The beta cells in the pancreas can tell this is happening, so they slow down the amount of insulin they're making. At the same time, the pancreas slows down the amount of insulin that it's releasing into the bloodstream. When this happens, the amount of glucose going into the cells also slows down.

Balancing insulin and blood sugar for energy

The rise and fall in insulin and blood sugar happens many times during the day and night. The amount of glucose and insulin in our bloodstream depends on when we eat and how much. When the body is working as it should, it can keep blood sugar at a normal level, which is between 70 and 120 milligrams per deciliter. However, even in people without diabetes, blood sugar levels can go up as high as 180 during or right after a meal. Within two hours after eating, blood sugar levels should drop to under 140. After several hours without eating, blood sugar can drop as low as 70.

Using glucose for energy and keeping it balanced with just the right amount of insulin — not too much and not too little — is the way our bodies maintain the energy needed to stay alive, work, play, and function even as we sleep.

Insulin helps our bodies store extra glucose

Insulin helps our cells convert glucose into energy, and it helps our bodies store extra glucose for use later. For example, if you eat a large meal and your body doesn't need that much glucose right away, insulin will help your body store it to convert to energy later.

Insulin does this by turning the extra food into larger packages of glucose called glycogen. Glycogen is stored in the liver and muscles.

Insulin also helps our bodies store fat and protein. Almost all body cells need protein to work and grow. The body needs fat to protect nerves and make several important hormones. Fat can also be used by the body as an energy source.

How diabetes changes the way this works

With diabetes, the body has stopped making insulin, has slowed down the amount of insulin it's making, or is no longer able to use its own insulin very well. When this happens, it can lead to several things.

For example, glucose cannot enter the cells where it's needed, so the amount of glucose in the bloodstream continues to rise. This is called hyperglycemia (high blood sugar).

When blood sugar levels reach 180 or higher, the kidneys try to get rid of the extra sugar through the urine. This makes a person urinate more than usual. It also makes a person feel thirstier because of the water he or she is losing by urinating so much.

When a person loses sugar in the urine, it's the same as losing energy because the sugar isn't available for the cells to use or store. When this happens, a person might feel tired, lose weight, and feel hungry all the time.

Other problems caused by high blood sugar include blurry vision and skin infections or injuries that don't heal. Women might have vaginal yeast infections more often.

When the body doesn't have enough insulin to help convert sugar into energy, it often starts burning body fat instead. This sounds like it might work well, but burning too much fat for energy produces a byproduct called ketones. High levels of ketones can lead to a condition called diabetic ketoacidosis (DKA), which can be life threatening if not treated quickly. DKA is more common in type 1 diabetes because the body has stopped making insulin.

Keep blood sugar levels under control

For a person with diabetes, the main focus of treatment is to control the amount of glucose in the body so that blood sugar levels stay as close to normal as possible.

People with type 1 diabetes need insulin shots as part of their care plan to control their blood sugar levels. Some people with type 2 diabetes can control their blood sugar levels with a healthy diet and exercise. However, many people with type 2 diabetes will need to include diabetes pills, insulin shots, or both in their diabetes care plans.

People with either type 1 or type 2 diabetes need to pay close attention to how blood sugar levels change at various times throughout the day in order to keep them as close to normal as possible. When blood sugar levels are close to normal, it means the body is getting the energy it needs to work, play, heal, and stay healthy.


Assista o vídeo: Ulangkaji Kesihatan Mental: Sejauh mana kecekapan anda menjawab soalan di bawah? (Janeiro 2022).