Termodinámica-cuerpo humano
 
Termodinámica-cuerpo humano
MAPA CONCEPTUAL
Ecuación de estado
Termodinámica-cuerpo humano
 
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TERMODINAMICA APLICADA EN EL CUERPO HUMANO
El cuerpo humano puede ser considerado como un sistema termodinámico abierto, que debe mantener su temperatura constante de 37ºC, a pesar de encontrarse en un entorno de temperatura generalmente inferior que se pude tomar como una media de 15ºC. Por otra parte esta continuamente intercambiando material y energía con sus alrededores (metabolismo), consumiendo energía para desarrollar los trabajos internos y externos, y para fabricar moléculas estables (anabolismo) para lo cual necesita alimentarse ingiriendo moléculas de gran energía libre (nutrición) que a partir de determinadas reacciones de combustión dan lugar a productos de menor energía (catabolismo).
Tiene la peculiaridad de que su entropía es mínima, por eso es un sistema termodinámico inestable lo que provoca su evolución permanente, o sea la vida misma. Precisamente la muerte implicaría un estado de máxima entropía. Para que el organismo vivo pueda mantenerse en dicho estado es necesario que elimine el exceso de entropía que se produce continuamente inherente a los procesos vitales: circulación de la sangre, respiración, etc.
La primera ley de la termodinámica nos dice que la energía no se crea ni se destruye solo se trasforma , en organismos vivientes las reacciones más frecuentes son irreversibles y no son hechas encondiciones adiabática y es por eso que la aplicación de las leyes de la termodinámica se limita bastante , en sistemas biológicos el proceso de clasificación de las propiedades de sistemas es mas complicado pero en general podemos decir que los seres vivos no son sistemas en equilibrio , estos organismos son organismos abiertos que intercambian energía y materia con el entorno.


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fisiopatología
 
Los seres vivos cumplen con la segunda ley de la termodinámica, como cualquier otro sistema físico, a veces se piensa que los seres vivos, finalmente mueren "en cumplimiento" de la segunda ley, porque la creciente entropía acaba con ellos.
En la definición de vida, desde el punto de vista de la termodinámica los sistemas vivos son regiones localizadas donde se produce un continuo incremento de orden sin intervención externa. Esta definición se basa en el segundo principio de la termodinámica, el cual dice que la entropía o desorden, del universo siempre aumenta.
Aplicado al estudio de la célula, pues tiene que ver desde el proceso de alimentación y respiración celular, desde el punto de vista de la cadena alimenticia, que desde este punto de vista es la cadena de energía; muchas veces se compara a la célula con una fábrica con materia prima, proceso de producción y consumo de energía.
Cuando los sistemas físicos biológicos recuperan la energía como información, no "crean" la información, sino tan sólo la tornan disponible para el sistema.
En otras palabras, la segunda ley no puede explicar por qué la recuperación de energía como información crece (cuando el sistema se auto organiza), o decae (cuando el sistema declina o envejece). Luego, ¿por qué envejecen los seres vivos?, ¿por qué se originan y auto organizan?
Los seres vivos intercambiamos energía y materia con el medio ambiente. Aquí nos encontramos lejos de un equilibrio termodinámico. Los procesos son irreversibles y no reproducibles. La flecha del tiempo es infranqueable en nuestro organismo así como en la naturaleza. Nunca los sistemas regresan a su antiguo estado de orden. Aquí rigen las leyes de la teoría del caos y la no-linealidad.
Composición química del cuerpo humano

Conocer cómo y de qué elementos se compone el cuerpo humano es algo fundamental para comprender su funcionamiento, sus mecanismos fisiológicos y la forma en que sus estructuras interactúan. Se estima que un 96% de nuestro organismo se compone por 4 elementos en particular: oxígeno, carbono, hidrógeno y nitrógeno, mayoritariamente en forma de agua.

El 4% restante se compone por otros pocos elementos y bien podríamos decir que el 99% del cuerpo esta compuesto por 6 elementos: oxígeno, carbono, hidrógeno, nitrógeno, calcio, y fósforo.

Oxígeno (65%)
El 60% del peso del cuerpo se constituye por agua. El oxígeno (O,8) ocupa el primer lugar de la lista y compone el 65% del organismo.

Carbono (18%)
El carbono (C,6) es uno de los elementos más importantes para la vida. Mediante los enlaces carbono, que pueden formarse y romperse con una mínima cantidad de energía, se posibilita la química orgánica dinámica que se produce a nivel celular.

Hidrógeno (10%)
El hidrógeno (H,1) es el elemento químico que más abunda en todo el universo. En nuestro organismo sucede algo muy similar y junto al oxígeno en forma de agua.

Nitrógeno (3%)
Presente en muchísimas moléculas orgánicas, el nitrógeno (N,7) constituye el 3% del cuerpo humano. Se encuentra, por ejemplo, en los aminoácidos que forman las proteínas y en los ácidos nucleicos de nuestro ADN.

Calcio (1.5%)
De los minerales que componen el organismo, el calcio (Ca,20) es el más abundante y es vital para nuestro desarrollo. Se encuentra prácticamente a lo largo de todo el cuerpo, en los huesos y por ejemplo en los dientes. Además, son muy importantes en la regulación de proteínas.

Fósforo (1%)
El fósforo (P,15) también es muy importante para las estructuras óseas del cuerpo en donde abunda. No obstante, igualmente predominan en las moléculas de ATP proporcionándole energía a las células.
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El ser humano es una "mezcla" heterogénea,
Pues dentro del organismo podemos observar distintas composiciones. Por ejemplo, los músculos,los huesos, los sistemas dentro del sistema, etc.
Dentro del ser humano existen partes que son mas homogéneas que otras, por ejemplo la sangre tiene una composición similar en todas partes. No obstante ni en este ejemplo podemos afirmarlo, ya que la concentración de oxigeno es diferente en la sangre antes y después de pasar por las células, la concentración de iones metálicos y urea es distinta después del paso por los riñones, etc.
PRINCIPIO DE MARGALEF
*Los seres vivos son sistemas físicos complejos, integrados por un sistema disipativo y uno auto organizativo acoplados entre sí.

*El principio de Margalef apunta también que se trata de sistemas físicos complejos, sistemas integrados a su vez por sistemas menores, una suerte de "sistemas subsumidos en sistemas“.

*Ninguno, salvo los seres vivos, es capaz de recuperar la energía que disipa como información. Recuperar la energía disipada como información, es la gran diferencia.

*La auto organización puede definirse como la capacidad del sistema para generar y/o modificar su propia estructura, a partir de la información que recupera de la propia energía disipada.

*No todos los sistemas auto organizativos son a su vez, homeostáticos. La homeostasis en física se define como la "capacidad de un sistema físico para sortear perturbaciones
Los seres humanos efectuamos trabajo al caminar, correr, levantar un objeto, etc., para realizarlo requerimos de energía que el organismo obtiene al transformar la energía potencial química de los alimentos. Para las actividades antes mencionadas se asocia el concepto de eficiencia muscular (E), como el cociente del trabajo mecánico realizado y la energía suministrada al cuerpo, a través de los alimentos. Se ha verificado que la eficiencia muscular en el trabajo mecánico es aproximadamente del 20%, (E = 0.2).
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Con la alimentación conseguimos introducir en el sistema moléculas más ordenadas, eliminando otras mucho más desordenadas (CO2 y H2O)
La transformación de energía en el organismo, se realiza oxidando esencialmente glucosa en el proceso de respiración, mediante mecanismos moleculares realizados a nivel celular, a temperatura constante y baja.
Por ejemplo al ingerir 180g de glucosa, el hidrato de carbono mas conocido, y combinarse con 134,4 litros de oxigeno, se desprenden 2858 kJ y el contenido energético por unidad de masa sería 15878 kJ/kg. El equivalente calorífico del oxigeno se definiría como la energía liberada entre el oxigeno consumido o sea 2858 kJ/134,4L = 21,25 kJ/L
RADIACIÓN
Todos los cuerpos calientes emiten radiación electromagnética, y será infrarroja la longitud de onda predominante cuando el cuepro tenga cierta temperatura. Osea que existe una relación entre la cantidad de radiación electromagnética eemitida (energía emitida) y la temperatura del cuerpo.
El cuerpo humano emite radiaciones cuya longitud de onda esta comprendida entre 5 y 20 micrones. Si se calcula de acuerdo a la ley de Wien de la radiación, puede hallarse que la longitud de onda máxima emitida (máximo de la curva de radiación) esta en 10 micrones, para un cuerpo de unos 300K
El organismo humano es un radiador que presenta propiedades similares a la de un cuerpo negro que se halla a la mencionada temperatura (cuerpo negro es esencialmente un radiador o absorbente perfecto, que es capaz de absorber todas las longitudes de onda).
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