1.5: Requisitos para a vida humana
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Ao final desta seção, você poderá:
- Discuta o papel do oxigênio e dos nutrientes na manutenção da sobrevivência humana
- Explique por que o calor e o frio extremos ameaçam a sobrevivência humana
- Explique como a pressão exercida por gases e fluidos influencia a sobrevivência humana
Os humanos têm se acostumado com a vida na Terra pelo menos nos últimos 200.000 anos. A Terra e sua atmosfera nos forneceram ar para respirar, água para beber e comida para comer, mas esses não são os únicos requisitos para a sobrevivência. Embora você raramente pense nisso, você também não pode viver fora de uma certa faixa de temperatura e pressão que a superfície do nosso planeta e sua atmosfera fornecem. As próximas seções exploram esses quatro requisitos da vida.
Oxigênio
O ar atmosférico contém apenas cerca de 20% de oxigênio, mas esse oxigênio é um componente chave das reações químicas que mantêm o corpo vivo, incluindo as reações que produzem ATP. As células cerebrais são especialmente sensíveis à falta de oxigênio devido à necessidade de uma produção alta e estável de ATP. Danos cerebrais provavelmente ocorrem em cinco minutos sem oxigênio, e a morte provavelmente em dez minutos.
Nutrientes
Um nutriente é uma substância presente em alimentos e bebidas que é essencial para a sobrevivência humana. As três classes básicas de nutrientes são a água, os nutrientes que produzem energia e fortalecem o corpo e os micronutrientes (vitaminas e minerais).
O nutriente mais importante é a água. Dependendo da temperatura ambiental e do nosso estado de saúde, podemos sobreviver por apenas alguns dias sem água. As substâncias químicas funcionais do corpo são dissolvidas e transportadas na água, e as reações químicas da vida ocorrem na água. Além disso, a água é o maior componente das células, do sangue e do fluido entre as células, e a água representa cerca de 70% da massa corporal de um adulto. A água também ajuda a regular nossa temperatura interna e amortece, protege e lubrifica as articulações e muitas outras estruturas corporais.
Os nutrientes que produzem energia são principalmente carboidratos e lipídios, enquanto as proteínas fornecem principalmente os aminoácidos que são os blocos de construção do próprio corpo. Você os ingere em alimentos e bebidas vegetais e animais, e o sistema digestivo os divide em moléculas pequenas o suficiente para serem absorvidas. Os produtos da decomposição de carboidratos e lipídios podem então ser usados nos processos metabólicos que os convertem em ATP. Embora você possa sentir que está morrendo de fome depois de perder uma única refeição, você pode sobreviver sem consumir os nutrientes que produzem energia por pelo menos várias semanas.
A água e os nutrientes que produzem energia também são chamados de macronutrientes porque o corpo precisa deles em grandes quantidades. Em contraste, os micronutrientes são vitaminas e minerais. Esses elementos e compostos participam de muitas reações e processos químicos essenciais, como impulsos nervosos, e alguns, como o cálcio, também contribuem para a estrutura do corpo. Seu corpo pode armazenar alguns dos micronutrientes em seus tecidos e aproveitar essas reservas se você deixar de consumi-los em sua dieta por alguns dias ou semanas. Alguns outros micronutrientes, como a vitamina C e a maioria das vitaminas B, são solúveis em água e não podem ser armazenados, então você precisa consumi-los todos os dias ou dois.
Faixa estreita de temperatura
Você provavelmente já viu notícias sobre atletas que morreram de insolação ou caminhantes que morreram de exposição ao frio. Essas mortes ocorrem porque as reações químicas das quais o corpo depende só podem ocorrer dentro de uma faixa estreita de temperatura corporal, de um pouco abaixo a um pouco acima de 37° C (98,6° F). Quando a temperatura corporal sobe bem acima ou cai bem abaixo do normal, certas proteínas (enzimas) que facilitam as reações químicas perdem sua estrutura normal e sua capacidade de funcionar e as reações químicas do metabolismo não podem prosseguir.
Dito isso, o corpo pode responder de forma eficaz à exposição de curto prazo ao calor (Figura 1.8) ou ao frio. Uma das respostas do corpo ao calor é, obviamente, a transpiração. À medida que o suor evapora da pele, ele remove um pouco de energia térmica do corpo, resfriando-o. Água adequada (do fluido extracelular do corpo) é necessária para produzir suor, portanto, a ingestão adequada de líquidos é essencial para equilibrar essa perda durante a resposta ao suor. Não é de surpreender que a resposta ao suor seja muito menos eficaz em um ambiente úmido porque o ar já está saturado com água. Assim, o suor na superfície da pele não consegue evaporar e a temperatura interna do corpo pode ficar perigosamente alta.
O corpo também pode responder de forma eficaz à exposição de curto prazo ao frio. Uma resposta ao frio é o tremor, que é um movimento muscular aleatório que gera calor. Outra resposta é o aumento da decomposição da energia armazenada para gerar calor. No entanto, quando essa reserva de energia se esgota e a temperatura central começa a cair significativamente, os glóbulos vermelhos perderão a capacidade de liberar oxigênio, negando ao cérebro esse componente crítico da produção de ATP. Essa falta de oxigênio pode causar confusão, letargia e, eventualmente, perda de consciência e morte. O corpo responde ao frio reduzindo a circulação sanguínea nas extremidades, nas mãos e nos pés, para evitar que o sangue esfrie e para que o núcleo do corpo permaneça aquecido. Mesmo quando a temperatura corporal central permanece estável, no entanto, os tecidos expostos ao frio intenso, especialmente os dedos das mãos e dos pés, podem desenvolver queimaduras pelo frio quando o fluxo sanguíneo para as extremidades é muito reduzido. Essa forma de dano tecidual pode ser permanente e levar à gangrena, exigindo a amputação da região afetada.
Conexão diária
Hipotermia controlada
Como você aprendeu, o corpo se envolve continuamente em processos fisiológicos coordenados para manter uma temperatura estável. Em alguns casos, no entanto, substituir esse sistema pode ser útil ou até mesmo salvar vidas. Hipotermia é o termo clínico para uma temperatura corporal anormalmente baixa (hipo- = “abaixo” ou “abaixo”). A hipotermia controlada é uma hipotermia induzida clinicamente realizada com o objetivo de reduzir a taxa metabólica de um órgão ou de todo o corpo de uma pessoa.
A hipotermia controlada geralmente é usada, por exemplo, durante cirurgias cardíacas abertas porque diminui as necessidades metabólicas do cérebro, coração e outros órgãos, reduzindo o risco de danos a eles. Quando a hipotermia controlada é usada clinicamente, o paciente recebe medicamentos para evitar tremores. O corpo é então resfriado a 25—32°C (79—89°F). O coração está parado e uma bomba cardíaca-pulmonar externa mantém a circulação no corpo do paciente. O coração é resfriado ainda mais e mantido a uma temperatura abaixo de 15°C (60°F) durante a cirurgia. Essa temperatura muito baixa ajuda o músculo cardíaco a tolerar a falta de suprimento sanguíneo durante a cirurgia.
Alguns médicos do departamento de emergência usam hipotermia controlada para reduzir os danos ao coração em pacientes que sofreram uma parada cardíaca. No pronto-socorro, o médico induz o coma e reduz a temperatura corporal do paciente para aproximadamente 91 graus. Essa condição, mantida por 24 horas, diminui a taxa metabólica do paciente. Como os órgãos do paciente precisam de menos sangue para funcionar, a carga de trabalho do coração é reduzida.
Faixa estreita de pressão atmosférica
A pressão é uma força exercida por uma substância que está em contato com outra substância. A pressão atmosférica é a pressão exercida pela mistura de gases (principalmente nitrogênio e oxigênio) na atmosfera terrestre. Embora você possa não perceber, a pressão atmosférica está constantemente pressionando seu corpo. Essa pressão mantém os gases dentro do corpo, como o nitrogênio gasoso nos fluidos corporais, dissolvidos. Se você fosse repentinamente ejetado de uma nave espacial acima da atmosfera da Terra, passaria de uma situação de pressão normal para uma de pressão muito baixa. A pressão do gás nitrogênio no sangue seria muito maior do que a pressão do nitrogênio no espaço ao redor do corpo. Como resultado, o gás nitrogênio no sangue se expandiria, formando bolhas que poderiam bloquear os vasos sanguíneos e até mesmo fazer com que as células se separassem.
A pressão atmosférica faz mais do que apenas manter os gases sanguíneos dissolvidos. Sua capacidade de respirar, ou seja, absorver oxigênio e liberar dióxido de carbono, também depende de uma pressão atmosférica precisa. O mal da altitude ocorre em parte porque a atmosfera em grandes altitudes exerce menos pressão, reduzindo a troca desses gases e causando falta de ar, confusão, dor de cabeça, letargia e náuseas. Os alpinistas transportam oxigênio para reduzir os efeitos dos baixos níveis de oxigênio e da baixa pressão barométrica em altitudes mais altas (Figura 1.9).
Desequilíbrios homeostáticos
Doença descompressiva
A doença descompressiva (DCS) é uma condição na qual os gases dissolvidos no sangue ou em outros tecidos do corpo não são mais dissolvidos após uma redução na pressão sobre o corpo. Essa condição afeta mergulhadores subaquáticos que emergem de um mergulho profundo muito rapidamente e pode afetar pilotos que voam em grandes altitudes em aviões com cabines não pressurizadas. Os mergulhadores costumam chamar essa condição de “curvas”, uma referência à dor nas articulações que é um sintoma da DCS.
Em todos os casos, o DCS é provocado por uma redução na pressão barométrica. Em grandes altitudes, a pressão barométrica é muito menor do que na superfície da Terra porque a pressão é produzida pelo peso da coluna de ar acima do corpo pressionando o corpo. As pressões muito altas sobre mergulhadores em águas profundas também são causadas pelo peso de uma coluna de água pressionando o corpo. Para mergulhadores, o DCS ocorre na pressão barométrica normal (ao nível do mar), mas é provocado pela diminuição relativamente rápida da pressão à medida que os mergulhadores sobem das condições de alta pressão das águas profundas para a pressão agora baixa, em comparação, ao nível do mar. Não é de surpreender que mergulhar em lagos de montanhas profundas, onde a pressão barométrica na superfície do lago é menor do que a do nível do mar, tenha maior probabilidade de resultar em DCS do que mergulhar na água ao nível do mar.
No DCS, os gases dissolvidos no sangue (principalmente nitrogênio) saem rapidamente da solução, formando bolhas no sangue e em outros tecidos corporais. Isso ocorre porque quando a pressão de um gás sobre um líquido diminui, a quantidade de gás que pode permanecer dissolvido no líquido também diminui. É a pressão do ar que mantém os gases sanguíneos normais dissolvidos no sangue. Quando a pressão é reduzida, menos gás permanece dissolvido. Você viu isso em vigor quando abre uma bebida gaseificada. A remoção do selo da garrafa reduz a pressão do gás sobre o líquido. Isso, por sua vez, causa bolhas quando gases dissolvidos (neste caso, dióxido de carbono) saem da solução no líquido.
Os sintomas mais comuns da DCS são dores nas articulações, com dor de cabeça e distúrbios da visão ocorrendo em 10 por cento a 15 por cento dos casos. Se não for tratada, a DCS muito grave pode resultar em morte. O tratamento imediato é feito com oxigênio puro. A pessoa afetada é então movida para uma câmara hiperbárica. Uma câmara hiperbárica é uma câmara fechada reforçada que é pressurizada a uma pressão maior que a atmosférica. Ele trata o DCS repressurizando o corpo para que a pressão possa ser removida muito mais gradualmente. Como a câmara hiperbárica introduz oxigênio no corpo em alta pressão, ela aumenta a concentração de oxigênio no sangue. Isso tem o efeito de substituir parte do nitrogênio do sangue por oxigênio, que é mais fácil de tolerar sem solução.
A pressão dinâmica dos fluidos corporais também é importante para a sobrevivência humana. Por exemplo, a pressão arterial, que é a pressão exercida pelo sangue à medida que flui dentro dos vasos sanguíneos, deve ser grande o suficiente para permitir que o sangue alcance todos os tecidos do corpo e, ainda assim, baixa o suficiente para garantir que os delicados vasos sanguíneos possam suportar o atrito e a força do fluxo pulsante do sangue pressurizado.