Energia no corpo humano

Mesmo dormindo, o corpo humano consome energia. Como não fazemos fotossíntese (conversão da energia luminosa em química), precisamos ingerir alimentos. Essa energia é medida em kcal (quilocalorias), mais conhecidas no dia a dia como “calorias” (esse “quilo” indica que são mil calorias, assim como “quilômetro” significa mil metros ou “quilograma” são mil gramas). Se a pessoa consome mais calorias do que gasta, ela é armazenada na forma de gordura; se gastar mais energia do que come, perde peso. Por isso que falam que “para emagrecer, tem que fechar a boca e fazer exercícios”.

Um adulto costuma ingerir 2500 kcal por dia. Essa energia é usada para manter o corpo humano em funcionamento – em condições de repouso, os músculos esqueléticos consomem cerca de 30% da energia, outros 30% pelos órgãos abdominais, 20% pelo cérebro e 10% pelo coração. Ela fica armazenada nos músculos, no sangue e no fígado na forma de glicogênio ou de glicose.

Sabendo-se do que é composto um alimento, é possível calcular quanto de energia ele é capaz de oferecer. Por exemplo, um grama de carboidrato (o elemento energético contido no trigo, no arroz, na batata, no açúcar, etc) ou de proteína contém cerca de 4 kcal. Já um grama de gordura contém bem mais que isso, cerca de 9 kcal. Para conseguir as 2500 kcal que gastamos durante o dia, precisa-se consumir cerca de 625 g de carboidrato ou a metade disso em gordura ou, o que seria mais saudável, misturar proteínas, carboidratos e gorduras.

Como esses valores foram obtidos? Basta queimás-lo e medir o quanto de energia eles produziram, através da medição do quanto uma certa quantidade de água se aqueceu ao ser submetida à chama provocada pela queima do alimento. Por exemplo, acendendo uma castanha de caju, ela produz uma chama que aquecerá um volume água. Medindo a variação da temperatura da água antes e depois que a castanha foi completamente queimada, pode-se determinar a quantidade de energia liberada.

Em repouso, o corpo consome 80 W (Watts) de energia. O Watt é uma unidade de variação de energia (medida em Joules) pelo tempo em que é gasta (em segundos). Uma caloria equivale a 4,18 J (Joules). No dia-a-dia, o corpo humano precisa de aproximadamente 120 W para garantir o funcionamento normal do corpo com alguma energia extra para o trabalho mecânico realizado nas atividades usuais: enfrentar a força da gravidade para subir uma escada, empurrar a água que está à frente ao nadar ou mesmo o ar quando caminhamos, etc.

Quanto da energia química que conseguimos dos alimentos pode ser transformada em energia mecânica (ou seja, qual a eficiência do corpo humana para realizar trabalho)? Isso depende do tipo e da intensidade da atividade física, assim como do organismo de cada ser humano. Atletas bem treinados conseguem uma eficiência de 20% a 30%.

Resfriando o corpo

A energia produzida internamente em nosso corpo ou virará energia mecânica externa (na forma de contração muscular, por exemplo) ou calor. Se ingerimos cerca de 120 W, precisamos eliminar exatamente 120 W para que a temperatura do corpo não se altere, mantendo-se por volta de 37ºC. O aquecimento é uma forma de exercício mais leve realizado antes do exercício mais pesado, preparando o organismo para uma atividade de funcionamento mais intenso e maior emissão de calor. Todos os animais possuem algumas formas de refrigeração, principalmente:

• irradiação – aquecimento do ar próximo à pele, que será substituído por outro mais frio (roupas grossas tendem a evitar essa troca de calor com o ambiente, mantendo-nos aquecidos pelo calor que nós mesmos geramos). Perdemos cerca de 10 W para cada ºC de diferença de temperatura entre nossa pele e o ambiente – com vento, a troca de ar fica mais eficiente, dobrando a perda de calor via emissão de radiação infravermelha.
• condução – perda de calor para o ar e outras coisas, como água (se estamos em uma piscina) ou uma cadeira (se estamos sentados).
• evaporação de água – o suor ou a água (em contato com a pele, proveniente do sistema respiratório, etc), quando passa do estado líquido para o gasoso, rouba calor do corpo. Perde-se 540 cal (um pouco mais do que 2000 J) para cada grama de água evaporada.

Quando fazemos atividades físicas, para cada unidade de energia mecânica produzida, nosso corpo produz cerca de quatro unidades de energia química: uma para o trabalho externo e as outras três para aquecer nosso corpo. Se a atividade física é relativamente pesada, os mecanismos de radiação e condução (ou convecção) podem não ser suficientes – principalmente se não estamos dentro de uma piscina com água suficientemente fria para refrigerar nosso corpo nem o ambiente está frio o suficiente. Então, começamos a suar. Supondo uma corrida que gaste 200 calorias e que toda a energia seja perdida somente por evaporação, a pessoa deve evaporar 200/540 gramas de água por segundo, o que dá um litro e meio de suor depois de uma hora.

A principal fonte para esse texto foi o site do prof. Dr. Otaviano Helene, do Instituto de Física da USP. Lá tem outros tópicos com cálculos de Física do cotidiano – ele também tem os blogs sobre Ciências Olímpicas, o Física Enlatada e sobre política e educação. Veja mais dicas de saúde (alimentação, exercícios, …) clicando no link.

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