Geração de entropia e controle de fluxos fisiológicos

• Processo: 23/10507-7
• Modalidade de apoio: Auxílio à Pesquisa - Regular
• Data de Início da vigência: 01 de dezembro de 2023
• Data de Término da vigência: 30 de novembro de 2025
• Área do conhecimento: Ciências Biológicas - Fisiologia - Fisiologia Geral
• Pesquisador responsável: José Guilherme de Souza Chaui Mattos Berlinck
• Beneficiário: José Guilherme de Souza Chaui Mattos Berlinck
• Instituição Sede: Instituto de Biociências (IB). Universidade de São Paulo (USP). São Paulo , SP, Brasil
• Assunto(s): Fluxos Modelos matemáticos Sistema cardiovascular Termodinâmica Regulação da temperatura corporal Torpor
• Palavra(s)-Chave do Pesquisador: Fluxos | modelagem matematica | Sistema cardiovascular | Termodinâmica | termorregulação | Torpor | Geral

Resumo

A manutenção da vida depende da manutenção do sistema orgânico fora de equilíbrio termodinâmico. Isto, por sua vez, implica na existência de fluxos tanto cruzando as fronteiras do sistema quanto internamente, devido às diferenças de potenciais sustentadas. O processo evolutivo por seleção natural, a despeito de não teleológico, gera otimizações nos sistemas biológicos. Esta afirmação é, contudo, menos simples do que podemos ser levados a crer, por dois motivos: os supostos ótimos não são ótimos globais pois dependem das restrições históricas do sistema em foco e o processo seletivo está sempre em marcha. Além disso, e essencial, é o fato de que a busca por reconhecer uma otimização implica em se ter um modelo do processo, o reconhecimento das restrições impostas/inerentes e a especificação do critério de performance utilizado (Kirk 2004). Neste último quesito, as otimizações biológicas são vistas, majoritariamente, como decorrentes de otimização energética em um dado fluxo. Por um outro viés, os fluxos devem ser regulados para a manutenção do meio interno (homeostase) em decorrência das condições tanto externas quanto internas vivenciadas num dado momento. Fluxos estão associados à geração de entropia pelo sistema, o que significa perda de capacidade de realização de trabalho útil. Assim, a questão das otimizações pode ser vista pelo viés entrópico, ou seja, "qual o melhor caminho para se controlar um fluxo de forma a minimizar a geração de entropia associada a essa regulação". Para esta abordagem foi desenvolvido o coeficiente de controle de fluxo e geração e entropia (equação (7) no texto). Este coeficiente indica o impacto entrópico que um dado parâmetro de controle "k" causa no fluxo regulado, e o coeficiente foi recentemente utilizado para solucionar dois problemas de escala filogenética (constância da pressão arterial e proporção do volume sanguíneo). A presente proposta visa explorar o uso deste coeficiente em outros cenários, como a regulação do débito cardíaco; termorregulação e depressão metabólica; evolução de néfrons em mamíferos. (AU)