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Colóquio do IFSC/USP – Física Social: revelando as leis da sociedade

O IFSC/USP realizou no dia 27 de maio, às 10h30, mais um colóquio, desta vez com a participação do docente e pesquisador doe nosso Instituto, Prof. José Fernando Fontanari.

Em sua apresentação, o palestrante começou por colocar a questão se é possível estudar  fenômenos sociais com o mesmo grau de rigor com que a Física trata  da matéria inanimada, cuja resposta foi dada na primeira metade do século XIX pelo polímata belga Adolphe Quételet no livro “Sobre o homem e o desenvolvimento de suas faculdades: ensaios de uma Física Social”.

Esse livro  lançou as bases para a construção da Física Social, cuja meta era descobrir as leis da sociedade e, assim,  colocar as ciências sociais no mesmo nível da astronomia,  cujas leis Newton havia revelado pouco mais de um século antes.

O insight de Quételet  é que a distribuição das observações  é fundamental e  tem um caráter universal.

O Prof. Fontanari apresentou, de forma resumida, a aplicação desse insight na caracterização de nosso universo  artificial –  textos e cidades –  e mais profundamente no entendimento do ainda misterioso fenômeno da sabedoria das massas, descoberto por Francis Galton  em 1907:  a  média das previsões  de um grupo de pessoas  – a previsão coletiva –  é melhor do que a previsão  de cada uma delas ou, pelo menos, melhor do que a maioria delas.

Assessoria de Comunicação – IFSC/USP

“Semana da Óptica 2022”- motivando os mais novos para a ciência – A luz para o bem estar do ser humano

A Óptica é o ramo da Física que se dedica ao estudo de fenômenos relacionados à luz. Nessa importante parte da Física, são estudados os fenômenos da refração, reflexão, difração, dispersão, formação de imagens em espelhos e lentes, interação entre a luz e os objetos e os diversos instrumentos ópticos.

É com base nestes princípios que os cientistas se têm debruçado desde há décadas em pesquisas que visam utilizar a luz para as mais diversas vertentes, incluindo a área da saúde, promovendo novas abordagens para diagnóstico e combate a doenças consideradas graves. E todos esses estudos se originaram a partir da luz do Sol e de suas radiações, atendendo a que todos os seres vivos dependem dessa luz e dessas radiações para sobreviver. Os vegetais, por exemplo, só conseguem realizar a fotossíntese através do Sol (da luz), enquanto os humanos precisam da  vitamina D para que fiquem fortes.

Em 2015, a Assembleia Geral das Nações Unidas proclamou esse ano como o Ano Internacional da Luz, reconhecendo a importância das tecnologias que foram desenvolvidas à base de luz para beneficiar a humanidade, e como o entendimento da luz e da interação da luz com a matéria foi importante tanto para o avanço do conhecimento quanto para a melhoria da qualidade de vida.

Exposição paleontológica “Dinossauros”

Em artigo publicado na Scielo (2015), os pesquisadores Prof. Vanderlei Bagnato e Sebastião Pratavieira salientaram que “Quando falamos de luz, há diversos pontos importantes. Primeiro, toda a luz deve ser produzida, podendo as fontes serem naturais ou artificiais. Uma vez produzida, ela apresenta propriedades que em geral dependeram da forma como foi produzida. Finalmente, temos sua interação com a matéria e as consequências desta interação.

Dentre as fontes de luz, não há dúvida que a mais importante para nós é o Sol. A luz do Sol, produzida através de mecanismos nucleares, percorre uma grande distância até chegar ao nosso planeta, onde encontrando aqui matéria, transforma-se em calor, energia química, dando a vida ao planeta.

Show da Física

Se por alguma razão o Sol interrompesse seu fornecimento de luz, em poucas horas começaria um inverno intenso. Não haveria forma adequada de formarmos moléculas essenciais à vida através das fotoreações, e a partir daí a vida seria extinta. Todos os seres vivos são um “pequeno pedaço” do Sol através da energia química que carregam. Neste sentido, as civilizações antigas tinham razão ao afirmar que “somos filhos da luz”. A vida, hoje, depende integralmente da energia do Sol que chega até nós através da luz por ele emitida. A nossa dependência com a luz é muito mais íntima do que se possa imaginar e neste sentido não se pode pode entender o mundo ao nosso redor se não entendermos a luz e sua interação com a matéria”.

Este é, assim, um pressuposto importantíssimo para que anualmente se comemore o “Dia Internacional da Luz”, algo que o Grupo de Óptica, e o Centro de Pesquisa em Óptica e Fotônica (CEPOF), alocado no Instituto de Física de São Carlos (IFSC/USP), vem fazendo anualmente através da realização da Semana da Óptica (SEMÓPTICA), e que tem angariado apoios institucionais de diversas entidades e órgãos públicos. Uma semana inteira para repassar aos jovens estudantes e seus professores não só a importância da luz, mas também o contexto onde ela se insere dentro da imensidão de conhecimentos que é a ciência. Enquanto que em países mais desenvolvidos o ensino da ciência mais fundamental é repassada inicialmente às crianças em idade pré-escolar, preparando-as para o seu desenvolvimento escolar e, eventualmente, para se apaixonarem pela ciência, em outros países, como o Brasil, esse ensino, na maior parte das vezes, só é facultado – com deficiências de diversa ordem – aos jovens estudantes no ensino médio. Para suprir algumas dessas dificuldades e para atrair os mais jovens para a ciência, a “Semana da Óptica – 2022” cumpriu seus objetivos, levando até esse público diversas iniciativas que ocorreram entre os dias 16 e 20 de maio, quer nas instalações do IFSC/USP, quer ainda no Museu da Ciência “Prof. Mário Tolentino”, em São Carlos, que congregou centenas de jovens alunos dos ensinos fundamental e médio, juntamente com seus professores.

“SEMÓPTICA – 2022” – Programação rica e diversificada

“Razões para ser um físico”, com o Prof. Vanderlei Bagnato

A edição de 2022 da “SEMÓPTICA” foi realmente fantástica, com uma programação intensa, mas divertida, com palestras, minicursos, apresentação e demonstração dos kits didáticos “Aventuras na Ciência”, inúmeras atividades interativas inseridas na exposição “Vida – do visível ao invisível”, shows de física, exposição paleontológica intitulada “Dinossauros”, e um planetário onde os jovens puderam observar “O nascimento do sistema solar”. Já de uma forma mais intimista. Coube ao Prof. Vanderlei Bagnato (IFSC/USP), promover uma palestra aberta a professores e alunos subordinada ao tema “Razões para ser um físico”, onde partilhou suas experiências pessoais, enquanto cientista, ao serviço da ciência e tecnologia, comemorando, assim, o “Dia do Físico” (19/05).

Para o Prof. Euclydes Marega Junior, que juntamente com o Prof. Sebastião Pratavieira coordenou este evento, a ideia de inserir o “Dia Internacional da Luz” e o “Dia do Físico” nesta “Semana da Óptica” foi algo muito importante, já que estimulou os jovens estudantes a entenderem a ciência de uma forma mais consistente. “O objetivo deste evento foi tentar atrair os jovens estudantes para a ciência, incentivá-los a desenvolverem suas habilidades e conhecimentos, e tentar incutir neles que a ciência é algo importante e fundamental para a sociedade. O papel do cientista na sociedade é algo que todos eles também podem fazer, já que a sociedade sempre irá apoiar os cientistas a partir do momento em que ela saiba exatamente o que eles estão fazendo por ela. Isso é muito importante”, sublinha o pesquisador.

A “SEMÓPTICA 2022”, teve os apoios da FAPESP, CNPq, MCTI, Instituto de Física de São Carlos (IFSC/USP), Secretaria de Educação de São Carlos e Diretoria de Ensino – Região de São Carlos.

Para o ano tem mais.

Rui Sintra – Assessoria de Comunicação – IFSC/USP

Parceria entre Texas A&M University e IFSC/USP – Pesquisador norte-americano exalta integração em nosso Instituto

Prof. Vladislav Yakovlev com seus colegas e alunos (Crédito: Biomedical Engineering Texas A&M University website)

É a segunda vez que o docente e pesquisador do Departamento de Engenharia Biomédica da Texas A&M University (EUA), Prof. Vladislav Yakovlev (57), visita o IFSC/USP, numa parceria científica que se encontra estabelecida entre as as duas instituições, até porque, segundo o pesquisador, os EUA consideram o Brasil como um parceiro estratégico, sendo que esta parceria é considerada particularmente importante para o Estado do Texas, dadas as similaridades científicas com aquilo que se faz nos institutos de pesquisa e nas universidades sediadas no Estado de São Paulo.

Texas A&M University

Nascido em Moscou (ainda na antiga URSS), Vladislav Yakovlev obteve seu PhD em física e eletrônica quântica na Universidade Estadual de Moscou, em 1990, tendo-se mudado para os EUA, em 1991 e trabalhado inicialmente em uma startup (Novatec Laser Systems), onde construiu um sistema amplificador oscilador de Ti – safira de femtosegundo para uso na ablação de córnea, descobrindo o que agora é conhecido como Bladeless Lasik. Ao longo dos anos, o cientista foi-se integrando na área de ciências biomédicas, estando neste momento desenvolvendo trabalhos na área de desenvolvimento de ferramentas para o estudo de sistemas biológicos, com foco no aperfeiçoamento de instalações médico-cirúrgicas com abordagens científicas avançadas. Apesar desta área não ser nova no mundo científico, o Prof. Yakovlev afirma que ela é cada vez mais popular devido à sua expansão  nas fronteiras da ciência e tecnologia mundiais.

“É um campo de conhecimento que fica bem no meio de um cruzamento científico onde interagem a ciência, propriamente dita, a engenharia, química, biologia, matemática e física, entre outras, por forma a que todas elas contribuam para o desenvolvimento e aprimoramento de novas ferramentas e conceitos que auxiliem os médicos a tratar as principais doenças que continuam a ameaçar a vida do ser humano”, esclarece o pesquisador.

A colaboração com o IFSC/USP

Prof. Vladislav Yakovlev

A importância desta colaboração entre a Texas A&M University e o IFSC/USP é, para o pesquisador norte-americano, uma das mais importantes que sua universidade mantém com o Brasil e principalmente com o Estado de São Paulo, por intermédio da USP, algo que nasceu mesmo antes da pandemia, já que é a área de medicina que mais está sendo estudada e pesquisada pelas duas instituições, até porque os problemas relacionados com a saúde são um dos maiores destaques  e preocupações no futuro da humanidade. “Esta colaboração com o Instituto de Física de São Carlos surgiu, principalmente, visando uma atuação conjunta na área de doenças infecciosas, o que tem ocasionado intercâmbios valiosos entre nós, permitindo que pesquisadores da minha universidade e do IFSC/USP se tenham visitado mutuamente no passado recente, realizando pesquisas conjuntas”, salienta Yakovlev, acrescentado que a importância fundamental para os dois países e para as duas universidade é que hajam bastantes trocas de ideias, com a expansão da ciência e da multidisciplinaridade nas pesquisas que são feitas e no conhecimento gerado. “Existem muitos problemas na área médica que precisam ser estudados e resolvidos no mundo, como é o caso das doenças infecciosas que atingem simultaneamente os dois países, além da prevenção e combate ao câncer, que se encontra na agenda de muitos grupos de pesquisa de ambas as instituições. O Estado do Texas tem um dos maiores centros de combate ao câncer do mundo, sendo que numerosas instituições existentes no Estado de São Paulo e no Brasil, como um todo, não ficam atrás, daí a necessidade de trabalharmos juntos. A população está crescendo e temos que trabalhar muito para que os diagnósticos e os tratamentos sejam cada vez mais eficazes, menos dispendiosos e menos demorados, por isso temos que que encontrar alternativas e soluções. O IFSC/USP, e principalmente o seu Grupo de Óptica, é um dos poucos lugares que tem trabalhado com extrema eficiência nesses alvos, com técnicas inovadoras que poderão auxiliar as populações. Por isso temos que unir esforços para que estes grupos de pesquisa espalhados pelo mundo lutem lado a lado no mesmo sentido, na mesma direção, motivos pelos quais terá que haver uma maior interação entre China, EUA, Europa, Rússia, etc.”, pontua o Prof. Yakovlev.

No IFSC/USP todas as áreas da Física trabalham juntas

Para o Prof. Vladislav Yakovlev, o IFSC/USP é um modelo de organização no seu conjunto, com um destaque natural para o Grupo de Óptica, atendendo a que os trabalhos desenvolvidos nesse grupo estão diretamente ligados aos estudo do pesquisador norte-americano, principalmente na área da saúde. “Este grupo, liderado pelo Prof. Vanderlei Bagnato, tal como os outros grupos que se dedicam a esta área particular, está a fazer um trabalho verdadeiramente incrível e fomentando as interações que falei atrás. Há muita sinergia neste Grupo de Óptica, principalmente no que diz respeito à multidisciplinaridade nos estudos e pesquisas, tudo isso representando a ciência do futuro, ao contrário do que acontecia antigamente, onde as áreas do conhecimento eram estanques. Está mais do que provado que não podemos separar as áreas do conhecimento, porque elas fazem parte de um todo, elas têm que estar unidas para a resolução dos problemas que surgem diariamente na ciência e esta é a única maneira de seguir em frente”, sublinha o pesquisador, que exalta, como maior destaque, a integração de toda a infraestrutura do IFSC/USP, com todas as áreas da Física a trabalharem juntas em muitos projetos. Para ele, a transferência de conhecimento no IFSC/USP é bastante relevante e tem atraído a atenção de muitos grupos internacionais, dando como exemplo a Texas A&M University, bem como as pesquisas de ponta que são feitas em diversos níveis e para diversos problemas. “É um trabalho incrível que vejo aqui”, afirma Yakovlev.

Ver mais alunos e cientistas a se visitarem para realizarem pesquisas conjuntas que possam atingir níveis ainda mais elevados na ciência e inovação é, para o pesquisador norte-americano, o próximo passo que deverá ser dado nesta parceria.

A carreira do Prof. Yakovlev reflete uma enorme quantidade de trabalhos pioneiros em óptica de alta velocidade. Algumas dessas realizações incluem seu trabalho em amplificadores paramétricos ópticos de luz branca contínua, amplamente adaptados como fontes amplamente sintonizáveis de pulsos de laser ultracurtos usados para imagens de alta velocidade e espectroscopia.

O Prof. Vladislav Yakovlev recebeu em 2021 o “Prêmio Harold E. Edgerton em Óptica de Alta Velocidade” da Sociedade Internacional de Óptica e Fotônica (SPIE).

Rui Sintra – Assessoria de Comunicação – IFSC/USP

Hibernação, torpor e sono – Distinguir os animais que hibernam daqueles que passam por um estado de torpor diário

Figura-1: Diagrama esquemático para distinguir torpor diário e hibernação. (a) A variação da temperatura do corpo de um animal entorpecido, abaixa durante a noite e aumenta durante o dia. (b) A variação da temperatura de um animal que hiberna, dura meses, e é entremeado por breves intervalos de despertar fisiológico. Durante esses pequenos intervalos, os parâmetros fisiológicos retomam seus valores pré-hibernação (Crédito: ref. [1])

Por: Prof. Roberto N. Onody *

A saúde das células de um organismo vivo depende de parâmetros vitais como temperatura, osmolaridade e oxigenação. Para sua preservação, os animais têm que dar respostas fisiológicas às mudanças ambientais, num processo chamado homeostase.

Alguns animais dão uma resposta extraordinária às alterações ambientais – a hibernação. A hibernação é um conjunto de estratégias fisiológicas escolhidas para enfrentar um ambiente muito hostil e adverso, como grandes mudanças de temperatura, falta de comida ou de água. Em geral, o estado de hibernação se caracteriza por uma diminuição da temperatura do corpo, decréscimo da pulsação e da pressão arterial, diminuição do metabolismo e de toda a atividade do animal. A palavra hibernação vem do latim hibernare, que significa ´passar o inverno´.

De maneira surpreendente, o número de animais diferentes que se beneficiam da hibernação é, realmente, muito grande. Inclui tanto animais heterotérmicos (isto é, que não mantêm a temperatura do seu corpo constante, aproximando-a da temperatura ambiente) como répteis, anfíbios e peixes, e os animais homeotérmicos (isto é, que mantêm a temperatura do seu corpo, aproximadamente, constante) como os mamíferos e aves.

É preciso distinguir os animais que, de fato, hibernam daqueles que passam por um estado de torpor diário. Na Figura 1, temos um gráfico esquemático mostrando a diferença [1].  A variação da temperatura de um animal que hiberna é pontuada por breves intervalos de despertar fisiológico (entrementes, o animal não está acordado, consciente). Durante esses curtos intervalos, os parâmetros fisiológicos retomam seus valores pré-hibernação. Esses intervalos de despertar não existem no estado de torpor. Sabe-se que, durante esses intervalos de despertar, a máquina biológica entra em ação: ocorre divisão celular para produzir proteínas e reparar células, estímulo do sistema imunológico e reversão das contrações dos dendritos dos neurônios. Essas contrações sempre ocorrem durante o torpor.

Figura-2: O noitibó-de-nuttal (Phalaenoptilus nuttallii), única ave conhecida que hiberna (por até 100 dias) (Crédito: VeVET : Ahhh o frio… )

Para não sofrer os efeitos de mudanças climáticas, as aves migram em vez de hibernar. Só se conhece uma ave que hiberna – é a noitibó-de-nuttal, uma ave norte-americana (Figura 2).

Aves como o beija-flor não dormem e nem hibernam, mas passam por um torpor diário. Durante o dia, sua temperatura corporal é de cerca de 40oC, batendo o coração num ritmo frenético (1.200 vezes por minuto). À noite, sua temperatura cai para 18oC e coração desacelera para cerca de 50 batidas por minuto.

Nós, seres humanos, durante o sono, temos um decaimento de 1 a 2 graus Celsius da nossa temperatura corporal, uma diminuição de cerca de 10% do nosso metabolismo e da pressão arterial. Quando a temperatura aumenta, nós transpiramos e perdemos calor na forma de suor; quando a temperatura diminui, nós trememos para aumentar a produção de calor.

Todos os animais, para sobreviverem, devem manter a temperatura corporal dentro de um certo intervalo. Abaixo de 0oC, cristais de gelo podem se formar no interior das células, rompendo suas membranas. Acima de 40oC, as proteínas se desnaturam, perdendo sua função.

Para controlar sua temperatura, o animal tem que produzir calor (animal endotérmico ou, popularmente, de ´sangue quente´) ou receber (ou mesmo perder) calor do sol (animal ectotérmico, de ´sangue frio´). Um animal endotérmico pode ser homeotérmico ou heterotérmico. Por outro lado, todo animal ectotérmico é heterotérmico.

A hibernação de animais de sangue frio (peixes, répteis e anfíbios) é chamada de brumação.  Ao contrário dos animais de sangue quente (que, antes de hibernarem, se empanturram de alimentos), eles não precisam se alimentar antes de brumar. Quando está muito frio, colocam-se em um lugar que tenha sol, abaixam a temperatura corporal aproximando-a da temperatura ambiente, diminuem o ritmo metabólico, a respiração e as batidas cardíacas. Se está muito quente, as alterações fisiológicas se repetem, só que desta vez, o animal procura um lugar fresco e à sombra. Este último caso também é chamado de estivação. Entre exemplos de animais que brumam estão algumas espécies de serpentes, tartarugas, jacarés, sapos, peixes, abelhas e até o pequeno caracol.

Figura-3: O fofinho lêmure anão (Fat-tailed Dwarf Lemur). Antes de hibernar, seu peso aumenta em 40%. Essa gordura extra se acumula na sua cauda, daí seu nome ´Fat-tailed´ (Crédito: ref. [2])

Entre os animais de sangue quente que hibernam, o destaque fica para os mamíferos, principalmente aqueles de pequeno porte. São esquilos, morcegos, porcos-espinhos, gambás e marmotas. Estas últimas, famosas por, supostamente, conseguirem prever se o próximo inverno será muito rigoroso ou não, hibernam por 5 meses. Neste período perdem um quarto do seu peso, diminuem seus batimentos cardíacos de 100 para apenas 10 batimentos por minuto e sua temperatura corporal de 37 para apenas 2 graus Celsius!

Quando falamos em hibernação, a imagem imediata que nos vem à cabeça é a de um urso. Essa é uma percepção comum – o urso como modelo de hibernação. É, porém, equivocada. Hoje, a maioria dos biólogos prefere caracterizar como torpor! Isto porque a temperatura corporal dos ursos cai apenas 5oC durante a ´hibernação´ e as batidas cardíacas diminuem de 50 para 20 por minuto (muito pouco quando comparamos, por exemplo, com a marmota). Os ursos são animais enormes (que pesam entre 400 e 700 kg) e muito fortes – a mordida de um urso pardo pode esmagar uma bola de boliche. Antes do inverno eles precisam engordar muito (cerca de 1,5 kg por dia!) para queimar calorias durante a dormência. Mas, é uma obesidade saudável.  Saem do inverno bem ´fit´, com um peso 30 % menor.

O único primata conhecido que hiberna é um lêmure anão encontrado na ilha de Madagascar (Figura 3). Sua temperatura corporal, que é de 37oC diminui para 16 oC. Seu batimento cardíaco despenca de 180 para apenas 8 batidas por minuto [2]. Eles podem hibernar por até 7 meses!

Vamos agora, analisar os mecanismos biológicos envolvidos na hibernação. Entre eles, o controle térmico corporal tem um papel fundamental e o sistema nervoso autônomo é o encarregado desse controle.

A sensitividade térmica do nosso corpo se deve à presença de termorreceptores [3]. Termorreceptores são terminais nervosos livres encontrados na pele, fígado, músculos esqueléticos e no hipotálamo. No ser humano, o número de termorreceptores para o frio é 3,5 vezes maior do que para o quente.

No hipotálamo (Figura 4), neurônios termicamente sensíveis disparam os mecanismos de resposta ao calor e ao frio. Essa resposta é dada por diversos órgãos. Diretamente, pelo fígado e músculos esqueléticos e, indiretamente, pelo coração e a tiróide.

Na parte anterior do hipotálamo fica uma região chamada de pré–óptica. Ela é o verdadeiro centro de coordenação térmica, pois recebe sinais de termorreceptores periféricos (pele e medula espinhal) e os compara com aqueles vindos de termorreceptores centrais (hipotálamo). Ela os integra e escolhe a melhor resposta regulatória para dadas condições térmicas internas e externas (ambientais).

Figura-4: O hipotálamo é um órgão multifuncional. Ele controla a temperatura corporal, a fome, a sede, a fadiga e o ritmo circadiano. (Crédito: Medical News Today)

É também nessa região pré–óptica do hipotálamo que se dispara o sinal de alarme contra invasores no nosso corpo. O metabolismo de bactérias e vírus e a ação defensiva dos leucócitos, produzem pirogênios (moléculas de polissacarídeos ou peptídeos).  A presença dessas substâncias pirogênicas, diminui a atividade de neurônios sensíveis ao calor e aumenta a atividade dos neurônios sensíveis ao frio, causando a febre. O alarme defensivo foi acionado.

Experimentos realizados em mamíferos demonstraram que o aquecimento (resfriamento) da região pré–óptica reduz (aumenta) a taxa metabólica. Em outras palavras, a variação de temperatura nessa região altera a atividade dos neurônios. Voltaremos a esse assunto mais adiante.

Guardadas as devidas proporções (e precauções), o sono se assemelha muito à hibernação. Basicamente, o sono pode ser dividido em quatro fases: REM – movimento rápido dos olhos (Rapid Eye Moviment) e NREM – não REM, com 3 fases denominadas N1, N2 e N3, detectadas pelo eletroencefalograma. Quando nos deitamos para dormir, o sono se inicia com as 3 fases N1, N2 e N3 (nessa ordem). Cerca de 90 minutos depois vem a primeira fase REM, que dura de 10 a 60 minutos. Em seguida, elas vão se alternando com diferentes durações.

Durante a fase REM, as ondas cerebrais, a respiração e a pulsação aumentam de tal forma que se parecem com o da vigília. É a fase mais cheia de sonhos (agitados). Nessa fase, para evitar danos a nós mesmos e aos outros, nossos músculos estão paralisados!

Durante a fase NREM, há uma diminuição da temperatura corporal e do ritmo metabólico. Os vasos sanguíneos da nossa pele se dilatam, favorecendo a dissipação de calor. Exceto pelas amplitudes envolvidas (nos valores da queda da temperatura e do ritmo metabólico), a fase NREM é muito semelhante ao torpor.

Vejamos agora as diferenças. Ao contrário do que acontece na vigília, importantes experimentos demostraram que, durante a fase REM, alterar a temperatura da região pré-biótica não modifica a atividade dos neurônios. Ao contrário da fase NREM, durante o torpor não se observou dilatação de vasos cutâneos.

O torpor natural é caracterizado por uma diminuição espontânea da atividade metabólica e, consequentemente, da temperatura corporal. A temperatura do corpo pode se aproximar da temperatura ambiente, desde que esta fique acima de 0oC. Isso mostra, que a regulação térmica está deprimida, mas, ainda está presente.

Uma vez que o estado de torpor existe em todas as ordens de mamíferos (incluindo os primatas), acredita-se que a característica de supressão da taxa de metabolismo já estivesse presente em algum ancestral evolutivo. Portanto, em algumas espécies, os genes responsáveis pelo torpor foram silenciados.  Será possível reativá-los?

Existe um caso humano, reportado na literatura [4], que se aproxima do torpor. Um senhor de 51 anos tinha ataques de suor violentíssimos, várias vezes por dia. Esses ataques eram unilaterais, pois atingiam somente o lado esquerdo do seu corpo. Aconteciam, estando o paciente em pé ou deitado. Começaram após uma infecção identificada como do tipo influenza. Os ataques de suor duravam cerca de uma hora e meia, após o que ele sentia muita fraqueza, lentidão mental, tremores e muito frio. Sua temperatura baixava para apenas 31oC por, aproximadamente, 80 minutos. Todos os exames foram feitos, diagnósticos possíveis e medicamentos testados, sem resultado. Após 1 ano os sintomas simplesmente desapareceram.

A hipotermia terapêutica em seres humanos é muito utilizada em casos de injúrias cerebrais e coronárias. No processo de hipotermia, a cada 1oC de queda na temperatura de nosso corpo, há uma redução de 6% no consumo de oxigênio nos tecidos e de 10% no nosso cérebro. Porém, abaixo de 32oC esse ritmo diminui. Quando a temperatura chega a 15oC, nosso cérebro está consumindo apenas 17% do oxigênio daquele utilizado em nível normal. Mas, esses níveis de hipotermia só podem ser atingidos com enorme suporte de equipamentos clínicos especializados e coordenação humana.

Uma maneira alternativa (e, talvez, mais eficaz) de conseguir induzir torpor em mamíferos, seja reduzindo o seu metabolismo. O metabolismo envolve a ação de múltiplas enzimas e inclui o catabolismo – em que uma molécula complexa é quebrada em moléculas mais simples liberando energia e o anabolismo – que é o processo oposto, utiliza energia e moléculas mais simples para produzir moléculas mais complexas.

Buscando-se provocar torpor em mamíferos de maneira artificial (o chamado torpor sintético), várias substâncias têm sido testadas. Sulfeto de hidrogênio, N6-cyclohexyladenosine, 3-iodothyronamine (um hormônio da tiróide), etc. Na maioria dos casos, essas substâncias tiveram sucesso apenas em mamíferos de pequeno porte como ratos e esquilos.

O torpor sintético em seres humanos tem particular interesse em longas viagens espaciais. Um astronauta metabolicamente quiescente, ensejaria uma diminuição de consumo de oxigênio, comida, água, e quem sabe, até uma redução dos efeitos nocivos nos ossos e nos músculos da microgravidade.

*Físico, Professor Sênior do IFSC – USP

e-mail: onody@ifsc.usp.br

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(Agradecimento: ao Sr. Rui Sintra da Assessoria de Comunicação)

Referências:

[1] Cellular, Molecular, and Physiological Adaptations of Hibernation: The Solution to Environmental Challenges | Annual Review of Cell and Developmental Biology (doi.org) 

[2] Fat-tailed Dwarf Lemur – Duke Lemur Center

[3] The Central Control of Energy Expenditure: Exploiting Torpor for Medical Applications | Annual Review of Physiology (annualreviews.org)

[4] Paroxysmal episodic central thermoregulatory failure

https://doi.org/10.1212/WNL.58.8.1300

Assessoria de Comunicação – IFSC/USP

Um Mestre se foi…

Pessoas mais qualificadas do que eu, e que conheceram o PROFESSOR DJALMA MIRABELLI REDONDO há mais tempo, já falaram sobre ele, de suas contribuições pessoais, profissionais e, sobretudo, didáticas na rica vida do campus da USP em São Carlos. Mesmo assim, sinto-me compelido, por profunda gratidão e respeito, a dar meu testemunho pessoal.

Já quando eu estava em meu segundo ano de faculdade, ouvia os
comentários dos veteranos acerca da disciplina de Física-Matemática: “Aquela matéria onde você tirará todas as suas dúvidas sobre física que acumulou desde a primeira aula de Cálculo.” “Equação de Poisson? Não se preocupe, quando você a vir em Eletromagnetismo, já terá resolvido de n formas, do avesso e de trás para frente, em Física-Matemática.”

“Você não se forma aqui sem passar pelo Djalma!”

Com o tempo, comecei a prestar atenção no Djalma ao encontrá-lo pelo campus, um senhor andando calma mas resolutamente no final da tarde, da biblioteca para a saída do campus na rua Miguel Petroni. Ou, então, em frente à biblioteca, conversando com estudantes com sua voz baixa e seus gestos expansivos.

Fiquei com uma imagem de serenidade, cultivando expectativas que foram correspondidas quando me tornei um de seus estudantes em 2004. Divido meu curso de graduação entre antes e depois do Professor Djalma. Suas aulas eram extremamente bem-estruturadas, com começo, meio e fim. Nas suas explicações, havia o rigor das demonstrações matemáticas, com seus épsilons e deltas que tanto me assustaram nas disciplinas de Cálculo, mas agora de forma compreensível. Eu conseguia entender tópicos extremamente elaborados – como as condições de Cauchy-Riemann, integrações por resíduo ou transformadas de Laplace – em cada detalhe, algo que não conseguira antes (talvez por minha própria imaturidade). Isso, para mim – como para qualquer estudante de exatas – era enriquecedor e gratificante.

Em suas exposições, exibia para nós também seu amplo conhecimento de história e filosofia, procurava nos transmitir a motivação e o contexto científico da época em que determinado conceito ou resultado havia se originado. Não era possível acompanhar seu curso tendo apenas um único livro-texto: cada tópico possuía suas próprias referências, mencionadas na ocasião, de livros consagrados como Morse e Feshbach, Butkov ou Kreyszig, aos menos conhecidos da extinta editora soviética Mir como Tikhonov e Samarskii, ou Budak e Fomín. Eu adorava procurar os volumes nas bibliotecas – do IFSC ou do ICMC – para fazer as minhas anotações, ir em sua sala para tirar dúvidas e, então, entrar em uma conversa demorada, recebendo outras indicações de leitura.

Uma característica do Professor Djalma que, com certeza, chamava a atenção de todos: ele já era aposentado há anos e, mesmo assim, ia todos os dias ao IFSC, fazia questão de ainda lecionar. Não havia pego uma disciplina qualquer, mas justamente Física-Matemática, decisiva para o curso de Física. Longe de apenas repetir o mesmíssimo conteúdo, de folhas manuscritas e amareladas preparadas anos antes, sua forma de
apresentar a disciplina mudava a cada ano! Várias vezes ao ir em sua sala eu o encontrava reescrevendo suas notas de aula, mudando o enfoque e a seqüência dos tópicos, ou até mesmo excluindo algum específico para aquele semestre, para dar lugar a algum que julgasse mais importante com base em conversas com os professores das demais disciplinas. Quando achava que algum tópico seria importante para nossa formação, mas o tempo previsto para a disciplina não seria suficiente para abordá-lo, o Professor Djalma se dispunha a ministrar aulas extras. Inclusive, ministrou para nós um curso de férias de preparação matemática para a Mecânica Quântica, que veríamos no último ano de faculdade.

Impossível não lembrar seu método exigente de avaliação. Em primeiro lugar, listas de exercícios semanais, que exploravam bem o conteúdo e demandavam dedicação. O restante da média seria referente às provas escritas individuais, cada uma com sua própria substitutiva na semana seguinte; quem ficasse com nota menor do que 5 em alguma prova (depois da oportunidade de recuperá-la com a substitutiva), mesmo que conseguisse compensar nas seguintes, já estaria automaticamente de recuperação. Por que o trabalho, para um professor aposentado, de corrigir listas e ficar aplicando provas a mais? Porque o conteúdo de Física-Matemática é vital para qualquer físico, não é possível ter lacunas, simplesmente ignorar determinado tópico. Pelo contrário, deveríamos demonstrar uma proficiência mínima em cada aspecto da disciplina.

Em meu ano como seu estudante ele escreveu um artigo, logo publicado no European Journal of Physics, onde analisava vibrações em membranas variando as condições de contorno, tendo como um dos co-autores o monitor da disciplina na época, Leonardo Castelano, hoje também professor. O destaque deste trabalho era o uso do software MAPLE para fazer simulações, lembro-me do entusiasmo do Djalma ao projetar as animações durante as aulas, ilustrando as aplicações das funções de Bessel. Tratava-se de um entusiasmo pela tecnologia e pelo potencial
pedagógico por ela proporcionado digno de um jovem recém-contratado.

Creio que a maioria dos professores (pelo menos comigo isso acontece com freqüência) já recebeu uma pergunta em sala-de-aula sobre algum aspecto da explicação, que pode até ser banal, mas que nos pega desprevenidos, obrigando-nos a uma pausa momentânea para pensar no assunto, às vezes até mesmo com ajuda do autor da pergunta – não deixa de ser um processo estimulante. Tínhamos histórias assim com nossos professores, provavelmente meus estudantes terão também comigo, porém
nunca vi, enquanto aluno, isso ocorrer com o Professor Djalma,
tampouco escutei relatos nesse sentido. Cada questionamento era sempre respondido prontamente, sem sinal de insegurança.

O Professor Djalma nunca se apressava, cada passo era explicado no tempo certo, e só quando havia a certeza de ter sido exposto da forma mais transparente possível, passava para o seguinte. Sem pular etapas, sem passagens misteriosas. Eu admirava muito sua calma e sua organização, a dignidade, a segurança e o respeito com que conduzia as aulas, e espero algum dia chegar à sua altura. É o modelo do professor
que eu gostaria de ser.

Descanse em paz, Mestre Djalma!

(Carlos Alexandre Brasil)

Assessoria de Comunicação – IFSC/USP

Produção de cerveja é melhorada com aplicação de luz

Crédito (FAPESP)

Pesquisadores do IFSC-USP descobriram que o uso de luzes de LED pode acelerar a fase de fermentação na produção de cerveja, reduzindo o tempo gasto nesse processo de 15% a 20%, sem alterar a qualidade da bebida.

O uso de luz para análise do processo de produção de cerveja permite o controle de reações enzimáticas e fermentativas que antes não passavam de metodologias empíricas. Com as técnicas ópticas, a produção de cerveja passa a ser otimizada, atingindo melhora na qualidade final.

Este foi o resultado inicial de uma pesquisa realizada no IFSC/USP a partir do trabalho de doutorado do aluno Éverton Sérgio Estracanholli, com o objetivo de ultrapassar as dificuldades em monitorar, em tempo real, a transformação do amido do malte de cevada em açúcares e, consequentemente, em álcool, garantindo assim a qualidade da cerveja.

Os métodos de análise atualmente praticados são demorados, havendo a necessidade de colher uma amostra, levar para um equipamento e fazer a quantificação.

Éverton Sérgio Estracanholli (FAPESP)

Nesse contexto e com base nesse estudo foi desenvolvido um conjunto de equipamentos, começando por um espectrômetro que compila os dados da produção de cerveja durante a produção em diferentes etapas. “Durante a produção de uma cerveja, você começa com a mosturação, que é o processo de cozimento dos grãos de malte de cevada, conhecido também como brassagem, onde acontece uma quebra do amido do malte em açucares. É esse açúcar que vai ser usado para a alimentação da levedura para a produção do álcool, no passo seguinte, a fermentação. Durante todo esse processo, desde a mosturação até à fermentação, o equipamento que vai fazer as medidas é o espectrômetro e os açúcares, juntamente com o álcool, são quantificados através de uma rede de inteligência artificial. Com o espectrômetro é possível monitorar em tempo real as propriedades da cerveja antes do processo ser finalizado, quantidade de açucares e de álcool, o que permite um controle da produção nunca feito antes.”, explica o docente e pesquisador do IFSC/USP, Prof. Sebastião Pratavieira.

O segundo equipamento, também baseado em leituras ópticas, é um medidor de cor e amargor que atua tanto na bebida em sua fase de produção, quanto com a bebida pronta, sendo possível determinar essas propriedades e adequá-las, atingindo com maior precisão o objetivo final desejado.

No IFSC/USP foram realizados testes de medida de amargor com cervejas de mercado, onde se verificou que, mesmo tolerando variações de 10% entre os valores reais de amargor e os valores declarados em rótulo, ainda assim 2/3 das cervejas foram incondizentes.

“Em um mercado onde cervejas amargas vêm sendo cada vez mais exploradas, com valores de amargor expostos em rótulos como meio de propaganda, torna-se indispensável o uso de técnicas para controle” acrescenta Éverton Sérgio Estracanholli.

Esta pesquisa está integrada na Unidade EMBRAPII – Centro de Pesquisa e Inovação em Biofotônica e Instrumentação do Instituto de Física de São Carlos (IFSC/USP) – Empresa: BR Tecnologia em Bebidas Ltda.

Rui Sintra – Assessoria de Comunicação – IFSC/USP

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