Consumo de energia no corpo humano O consumo de energia por uma pessoa adulta na forma de alimentos de aproximadamente 2.500 kcal[i]por dia[ii]. Uma pessoa que pratique atletismo, outro esporte exigente, ou faa trabalho pesado deve consumir bem mais do que isso: umas 4 horas de atividade pesada por dia, como natao, trabalho na agricultura, ou alpinismo pode fazer com que uma pessoa precise comer duas vezes mais do que comeria na ausncia dessas atividades. J crianas ou pessoas de idade avanada e com pouca atividade fsica consomem bem menos. Em geral, mulheres consomem um pouco menos de energia do que homens. Entretanto, lactantes e grvidas podem precisar de alguma coisa como 300kcal a 500 kcal a mais por dia para que possam dar conta das exigncias adicionais a que esto submetidas. O valor usual de 2500kcal/dia bastante tpico para grande parte dos adultos em atividades tambm usuais. Essa energia usada para manter nosso organismo em funcionamento, como corao, pulmes e os demais rgos internos, e tambm para fornecer alguma capacidade de trabalho externo que feito durante praticamente todo o dia. Em condies de repouso, cerca de 30% da energia consumida pelos msculos esquelticos e praticamente outro tanto consumida pelos rgos abdominais. Em repouso o crebro consome cerca de 20% e o corao 10% da energia total consumida pelo corpo. interessante verificar que nosso corpo tem umaeficinciarelativamente alta quando faz trabalho mecnico, mas est longe se ser totalmente eficiente. Assim, apenas cerca da dcima parte da energia consumida pelo corao corresponde energia necessria para empurrar o sangue; o restante gasto de energia que no se traduz em movimento mecnico de coisa alguma. A energia que dispomos est armazenada nos msculos, no sangue e no fgado, na forma de glicognio ou de glicose. Como a disponibilidade de energia muito importante no desempenho de um atleta, h vrias estratgias de alimentao que tm como objetivo encontrar um balano adequado na alimentao que permita otimizar a disponibilidade e o armazenamento de energia no corpo. Energia e potncia s vezes, olhar uma mesma coisa de outro ponto de vista pode nos mostrar algo que, de outra forma, passaria desapercebida. Vamos aqui transformar a energia consumida pelo corpo em um dia em potncia e, no caso, medida em watts (W)[iii]. Primeiro vamos transformar aquelas 2.500kcalconsumida durante todo o dia em joules (1j=4,18cal): .Para calcular a potncia emWprecisamos dividir essa energia pelo nmero de segundos em um dia:.A est: produzimos e consumimos, em atividade normal, aproximadamente 120W de potncia, o equivalente ao consumo de eletricidade de uma lmpada de uso caseiro. Se o corao responsvel pelo gasto de cerca de 10% da energia que consumimos, ento ele consome cerca de 12W; o crebro, que nos custa 20% da energia, consome esto cerca de 24W. Se a potncia mdia consumida de 120W, isso quer dizer que temos capacidade suficiente para manter uma lmpada acesa, girando a manivela de um gerador de eletricidade, e conseguir iluminar uma sala em caso de falta de energia? Sim, mas por pouco tempo e apenas uma pessoa bem treinada consiga fazer isso por alguns minutos. Vamos fazer algumas contas para estimar a capacidade de produo de energia externa de uma pessoa. Potncia trabalho por unidade de tempo. Vamos fazer alguns clculos para determinar com que velocidade uma pessoa de 80kg deve subir uma escada para que a potncia mecnica dissipada pelo corpo seja de 100W: ,ondeE a energia mecnica (variao da energia potencial do corpo) no intervalo de tempot. Se aquela pessoa de 80kgsobe uma alturax, ento a variao de energia mecnica ser, ondeg a acelerao gravitacional, que vamos aproximar por 10m/s2. Para que essa energia seja de 100jem um segundo (100W), ento a cada segundo ela dever subir 0,15m, aproximadamente um degrau de escada por segundo. Nos primeiros segundos, ser fcil. Muitos agentaro fazer isso por 10 ou 20 minutos. Manter esse esforo por um tempo mais prolongado j depende de um razovel preparo fsico. Assim, no uma boa idia trocar a conta de eletricidade por um gerador eltrico a ser acionado por um pedal ou uma manivela. Energia nos alimentos A energia que consumimos vem dos alimentos que ingerimos. Quando no rtulo de um determinado alimento est escrito alguma coisa do tipo cada 100gdeste produto contm 400kcal, quer dizer que ao digerirmos esse alimento nosso organismo ser capaz de produzir 400kcal.Se voc souber do que composto um alimento, fcil calcular quanto de energia ele capaz de nos oferecer. Por exemplo, um grama de carboidrato (o elemento energtico contido no trigo, no arroz, na batata, no acar, etc) ou de protena contm cerca de 4kcal. J um grama de gordura contm bem mais que isso, cerca de 9kcal. Para conseguirmos as 2.500kcalque gastamos durante o dia precisamos consumir cerca de 625g de carboidrato ou a metade disso em gordura ou uma saudvel (e de preferncia apetitosa) mistura dessas coisas. fcil determinar a quantidade de energia contida em cada grama de um alimento: basta queim-lo e medir o quanto de energia ele produziu. E para fazer isso basta medir o quanto uma certa quantidade de gua, submetida chama provocada pelo alimento ao se queimar, se aqueceu[iv]. um pouco difcil queimar arroz ou feijo e aquecer gua com a chama produzida. Para fazer isso voc precisaria de uma atmosfera enriquecida em oxignio. Com batata seria ainda mais difcil, porque a sua maior parte gua e esta precisaria ser eliminada antes de queimar. Mas com amendoim, castanha de caju ou outra amndoa bastante gordurosa a coisa se torna mais fcil. Acenda uma castanha de caju isso mesmo, acenda segurando-a com uma pina ou alicate e, com a chama produzida, aquea um pouco de gua. Medindo a variao da temperatura da gua depois que a castanha foi completamente queimada voc pode determinar a quantidade de energia liberada. essa mesma energia que a castanha nos fornece se for ingerida.Eficincia mecnica do corpo humano Quando estamos em repouso ou em um nvel de atividade bem baixo, quase toda a energia que consumimos usada para manter nosso organismo em funcionamento, que corresponde a uma potncia de aproximadamente 80W. Ou seja, quase nada gasto como trabalho externo, ou seja, trabalho mecnico. No dia-a-dia precisamos de uns 120W, para garantir o funcionamento normal do corpo e mais alguma energia para o trabalho mecnico que fazemos nas atividades usuais: andar, levantar e sentar, subir escadas, etc. Entretanto, quando corremos, nadamos, trabalhamos duro, etc, uma parte da energia que consumimos usada para fazer um trabalho externo adicional: ao andarmos temos que fazer nosso corpo subir contra a acelerao da gravidade; ao nadarmos temos que empurrar a gua que est nossa frente; se corremos, temos que empurrar o ar que est nossa frente e ainda elevar nosso corpo a cada passo que damos; se transportamos tijolos escada acima o trabalho mecnico transformado em energia potencial dos tijolos. Que parte da energia qumica que conseguimos dos alimentos pode ser transformada em energia mecnica? Ou, em outras palavras, qual a eficincia do corpo humana para realizar trabalho? Isso depende do nvel de atividade, do tipo de atividade fsica (levantar pesos, andar de bicicleta ou correr) e tambm varia de pessoa para pessoa. Algum que passe o final de semana em uma espreguiadeira e a nica coisa que faz levantar duas ou trs vezes para conseguir alguma coisa para comer, uma pequenssima parte da energia consumida gasta na forma de trabalho contra uma fora externa, no caso a fora gravitacional ou da porta da geladeira. Entretanto, um atleta bem treinado pode conseguir transformar uma boa parte da energia qumica ingerida em trabalho externo. Uma eficincia de 20% a 30% de transformao de energia qumica dos alimentos em energia trabalho mecnico (conseguido a partir da contrao de msculos) possvel. Considere um atleta de 80kgque passa cerca de 4 horas do dia em atividade dura, por exemplo, subindo uma escada a uma taxa de 0,25m/s (s um bom atleta consegue isso). Nas quatro horas de exerccio ele estar dissipando uma potncia mecnica de[v] .O trabalho feito nessas quatro horas ento.Com uma eficincia de 25%, esse atleta dever gastar cerca de 2.800kcal. E ele ter que se alimentar para conseguir esse adicional de energia. Por exemplo, ele pode comer 700gde carboidrato: um belo prato de arroz com feijo, uma macarronada ou uma pizza s para ele.Refrigerando o corpoA energia produzida internamente em nosso corpo ou virar energia mecnica externa empurrar a gua de uma piscina, aumentar a energia potencial de tijolos ou de nosso corpo, etc ou servir para aquecer-nos. Mas ns no podemos deixar que o corpo se aquea muito alm dos 370C. Para isso, temos que resfri-lo[vi], pois uma temperatura excessiva prejudica o controle motor, o desempenho de um atleta e pode levar, em casos extremos, morte.Se produzimos cerca de 120W, precisamos eliminar exatamente 120W para que a temperatura do corpo no se altere. O corpo humano, e dos demais animais, tem algumas formas de refrigerao: irradiao, aquecimento do ar prximo pele e esse ar se vai, sendo substitudo por outro mais frio e evaporao de gua. (O camelo usa ainda um truque muito especial antes de comear a evaporar gua to preciosa em seu habitat.) Note que mesmo em dias ou regies frias precisamos eliminar os 120W: as roupas grossas so necessrias para que eliminemos apenas esses 120W, no mais, o que faria com que a temperatura do corpo ficasse demasiadamente baixa. Se estamos em atividade fsica, a potncia dissipada maior e, portanto, a necessidade de refrigerao tambm maior.Por irradiao e sem roupa nenhuma, perdemos cerca de 10Wpara cadaOC de diferena de temperatura entre nossa pele e o ambiente. Por aquecimento do ar e sob um vento de aproximadamente 1m/s, perdemos mais 10W, tambm para cada grau de temperatura de diferena entre a pele e o ar. Por evaporao do suor ou da gua no sistema respiratrio de alguns animais, como de um cachorro ofegante perde-se 540cal(um pouco mais do que 2000j) para cada grama de gua evaporada.Por exemplo, com a pele a cerca de 34OC voc se sentir confortvel em uma noite na praia, com pouco roupa e com uma brisa de 1m/s, se a temperatura do ar for de aproximadamente 280C; acima disso, voc sentir calor e abaixo disso, frio. Entretanto, vestido e em um ambiente fechado, sentimos calor a 280C e, provavelmente, comearemos a suar, pois os mecanismos de irradiao e de aquecimento do ar prximo pele no so suficientes para eliminar os 120Wque produzimos.Ao nadar, a perda de energia pelo corpo da ordem de 50Wpara cada grau celsius de diferena entre a nossa pele e a gua, desde que esta esteja abaixo de 300C. Considere ento um atleta que nade em uma piscina a 200C. Como a temperatura da pele pode cair a cerca de 300C quando estamos na gua[1], esse atleta perder cerca de 500W. Essa energia perdida servir para resfriar o corpo, pois ao nadar produzimos uma grande quantidade de energia que, se no eliminada, esquentaria o corpo. E os outros animais? Quanto os outros mamferos consomem de energia por dia em situaes normais (sem grande esforo)? H uma lei de escala que permite avaliar as necessidades energticas dos diferentes animais. Vamos descobrir essa lei de escala. Primeiro, a necessidade energtica deve ser proporcional massa do animal: quanto maior um animal maior ser seu sistema circulatrio; seu peso a ser sustentado pelos msculos, etc. Assim, poderamos desconfiar que o consumo de energia cresce com a massa do animal, .(Esse sinalzinhoquer dizer proporcional a.)Mas, por outro lado, todo o animal deve resfriar seu corpo e os principais mecanismos de refrigerao ocorrem pela superfcie do corpo: nossa pele. Essa superfcie proporcional ao quadrado da dimenso do animal, digamosl. Como a massa proporcional ao cubo da dimenso do animal,, conclumos que a capacidade de refrigerao ser proporcional m2/3.Muito pesquisadores, com trabalhos cientficos publicados nas principais revistas cientficas do Mundo, estudando essa questo com muito detalhe, chegaram concluso que a necessidade energtica para manter o metabolismo basal proporcional a um expoente entre 1 e 2/3,melevado a 3/4, e o fator de proporcionalidade aproximadamente 4 quando a massa dada emkge a potncia emW: .Se voc preferir calcular o consumo de energia em calorias por dia, a frmula . Exemplos: um animal de 100g (0,1kg), consome aproximadamente 0,7Wou cerca de 15kcal/dia; um animal de toneladas consumir cerca de 700W.

[1]Para evitar uma perda excessiva de energia quando estamos na gua fria, a circulao sangunea superficial reduzida para esfriar a pele. Assim, a temperatura da pele pode cair a cerca de 300Cna gua fria.

[i]Um milhar de unidades abreviado por um k antes da unidade principal, assim, 1 km so mil metros, 1 kj so mil joules, 1 kcal so mil calorias, etc.[ii]Uma caloria equivale a 4,18 j (jaules), que a unidade de energia no sistema internacional de unidades, SI. Outras unidades de energia so o kW.h, usado para medir o consumo de energia eltrica, o erg, unidade do sistema c.g.s. (centmetro, grama, segundo; 1 erg=10-7j). Outras unidades de energia tambm usadas so o eV (a energia ganha ou perdida por uma carga igual de um eltron ao sofrer uma diferena de potencial de e o ft.lb. 1V), o Btu[iii]Potncia energia dividida pelo tempo em que esta gasta.[iv]Lembre que 1cal a quantidade de energia necessria para aquecer um grama de gua de 14,50C a 15,50C.[v]Potncia a taxa com que realizamos trabalho, ou seja, trabalho por unidade de tempo. Mais diretamente, pode ser calculada pelo produto da fora pela velocidade. Assim, o atleta em questo faz uma fora de mg, onde m sua massa e g a acelerao da gravidade, a uma velocidade vertical de 0,25m/.[vi]. Note que a produo de energia em nosso corpo no nada mal: cerca de 1,5W por kg. Compare-se com o Sol: ele, o Sol, produz cerca de 41026W, bem mais do que qualquer um de nos! Mas a massa do Sol de 21030kg, o que resulta em uma produo de apenas 0,0002W/kg, bem menos do que qualquer um de ns!