Research on Biomedical Engineering
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Research on Biomedical Engineering
Original Article

Um modelo do sistema termorregulador do corpo humano: exposição a ambientes quentes

A thermoregulatory model of the human body: exposure to hot environment

Ferreira, M.S.; Yanagihara, J.I.

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Resumo

Desenvolveu-se um modelo matemático em regime transitório do sistema de transferência de calor do corpo humano. O modelo é baseado em um único cilindro, repre sentando o corpo, formado por camadas anulares concên tricas: núcleo, músculo, gordura e pele. O modelo inclui geração de calor devido ao metabolismo, condução de calor nos tecidos, transferência de calor devido ao fluxo de sangue, convecção e evaporação na superfície, e perda de calor no trato respiratório. O sistema de controle possui duas entradas: as temperaturas médias da pele e do núcleo. As variáveis de saída são o fluxo de sangue para a pele (resposta vasomotriz) e o fluxo de suor (resposta "sudo motriz"). O modelo é capaz de calcular o perfil de tempe ratura do organismo para a condição de neutralidade térmica fisiológica. Esse perfil é usado como condição inicial da simulação transitória. O modelo pode ser usado na simulação da resposta do corpo humano a um súbito aumento na temperatura ambiente além de seu valor inicial ou então, a uma repentina exposição à radiação solar. Os resultados foram comparados com dados experimentais presentes na literatura revelando boa concordância. O modelo permite prever a resposta do corpo humano a exposição a ambientes quentes, mas é suficientemente flexível para ser modificado de modo a simular também a resposta a ambientes frios.

Palavras-chave

Regulação da Temperatura Corporal, Modelo Matemático, Conforto Térmico.

Abstract

A transient mathematical model for the human heat transfer system has been developed. It is based on a single cylinder, representing the body, with four concentric annular layers: core, muscle, fat and skin. It includes metabolic heat generation, conduction of heat in tissue, convection of heat by flowing blood, heat transfer by radiation, convection and evaporation at the surface and loss of heat through the respiratory tract. The control system has two inputs: the mean temperatures from the skin and core. The output variables are the skin blood flow (vasomotor response) and the sweat rate (sudomotor response). The model can only predict the human body response to hot environment, it is flexible enough to be modified enabling its use in a cold environment. The model is capable of predicting a thermally neutral body temperature profile that is used as initial condition for the transient simulation. It can be used to simulate the body’s response to a rise in the ambient temperature beyond the initial value or to a sudden exposure to solar radiation. The relative humidity and the air velocity can be modified. The results were compared to data in the literature and showed good agreement.

Keywords

Temperature Regulation, Thermoregulation, Mathematical Model, Thermal Comfort.
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Res. Biomed. Eng.

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