O desenvolvimento desta tese teve como propósito implementar uma ferramenta numérica para simulação, estudos e análise do acoplamento térmico em sistemas trocadores de calor. Avaliação dos parâmetros é aplicável para processos de aquecimento, arrefecimento ou resfriamento de fluidos em dutos de equipamentos termofluido-mecânicos. Nas superfícies destes dutos ocorre o acoplamento da condução com a radiação, convecção externa e interna. A condução estudada é 2-D, na direção axial e na seção transversal do duto com paredes consideradas de espessura fina. O modelo da convecção interna utiliza formulações e métodos de solução para a condição de temperaturas não-impostas no perímetro da seção transversal de dutos retangulares com escoamento laminar e desenvolvido. Os coeficientes locais de convecção interna são obtidos pelo cálculo de derivadas, após obtenção do campo de temperatura 3-D do fluido. A convecção externa é modelada utilizando correlações estabelecidas na literatura para obter o número de Nusselt e o coeficiente de convecção externa. O estudo da radiação consiste basicamente na obtenção das equações integrais de radiosidade na banda de interesse do espectro eletromagnético. Portanto, o modelo contempla o acoplamento 3-D de modos múltiplos da transferência de calor em dutos retangulares com escoamento laminar e viscoso. A camada limite hidrodinâmica e térmica são completamente desenvolvidas. Um modelo físico-matemático e computacional é elaborado para representar o dispositivo proposto e analisar a interação entre os modos da transferência de calor. Nas paredes do duto são realizados os balanços de energia, surgindo as relações de dependência destes modos entre si. O acoplamento das equações diferenciais da condução, radiação, convecção interna e externa ocorre nestes balanços térmicos, em cada uma das paredes, gerando um sistema de equações não-lineares. Além das equações para o balanço de energia, as equações de conservação da massa, quantidade de movimento e energia governando o escoamento são discretizadas pelo método de diferenças finitas e, obtém-se a partir destas, resultados numéricos que correspondem aos campos de velocidade e temperatura. A representação do domínio computacional é feita por malhas estruturadas. A solução é obtida para a condição de regime permanente. O efeito da dissipação viscosa na equação da energia é contabilizado, onde se confirma sua importância quando comparando soluções para Nu=f (Z*) com e sem termos viscosos na referida equação. Convergência e estabilidade da solução são demonstradas utilizando a malha com número adequado de nós (pontos) e queda dos resíduos numéricos em pelo menos cinco ordens de grandeza. Para o escoamento interno (ar, água ou óleo) e material das paredes em aço inox, aço-carbono, alumínio ou cobre, são avaliados na direção axial do duto, dentre outros, o coeficiente de convecção (h), o número de Nusselt (Nu) e os gradientes de temperatura (média global e média das paredes), além do campo 3-D de temperatura e da geração de entropia. A metodologia proposta é validada com base na termodinâmica e princípios de conservação da energia no acoplamento entre os vários modos da transferência de calor nas paredes do duto. Esta validação é amparada também por meio da comparação dos resultados com a literatura, bem como apresentando analises baseadas no significado físico dos parâmetros obtidos.

O quadro de resistência à insulina em humanos está fortemente relacionado ao acumulo de lipídeos intracelulares, a inatividade física e ao aumento de espécies reativas de oxigênio (ERO). O objetivo deste estudo foi verificar se o aumento na oferta de nutrientes incluindo glicose e ácido graxo palmítico pode alterar o potencial de membrana mitocondrial, a respiração, a produção de espécies reativas de oxigênio e a resposta a insulina em células do tecido muscular. Nossos resultados mostram que a exposição de células musculares a elevada disponibilidade de substratos resultou em diminuição do potencial de membrana mitocondrial, e aumento da respiração no estado IV e da expressão do RNAm da proteína desacopladora mitocondrial UCP-3. Mostrando a existência de um mecanismo de desacoplamento intrínseco em células do músculo esquelético ativado em situações de elevada oferta de nutrientes. Nessas condições observamos redução do acoplamento e da eficiência termodinâmica mitocondrial. Interessantemente, essa capacidade de desacoplamento parece ser perdida cronicamente como indicado pelos nossos resultados de consumo de oxigênio no período de 48h favorecendo uma menor atividade mitocondrial, aumento de EROs e redução da razão GSH/GSSG. Imagens de microscopia eletrônica em cultura primária e expressão gênica do PGC1-, um reconhecido gene regulador da biogênese mitocondrial, não demonstraram diferença entre controle e tratamento com palmitato. O ácido palmito resultou na redução da fosforilação de Akt, bem como, na captação de glicose estimulada por insulina. Nossos achados, portanto, sugerem que uma redução do acoplamento termodinâmico mitocondrial e do sistema antioxidante, juntamente com aumento do peróxido de hidrogênio, estão fortemente relacionados a redução da resposta a insulina. Deste modo, nosso estudo sugere um papel importante da mitocôndria na resposta a insulina. / The insulin resistance in human framework is strongly related to the accumulation of intracellular lipids, physical inactivity and increased reactive oxygen species (ROS). The aim of this study was to determine whether the increase in nutrient supply including glucose and palmitic fatty acid can change the mitochondrial membrane potential, respiration, production of reactive oxygen species and the insulin response in muscle tissue cells. Our results show that exposure of muscle cells to high availability of the substrate resulted in decreased mitochondrial membrane potential, in increased respiration in the state IV and mRNA expression of mitochondrial uncoupling protein UCP-3. Showing the existence of an intrinsic uncoupling mechanism of skeletal muscle cells activated in situations of high supply of nutrients. However, under these conditions we observed a reduction of the coupling and mitochondrial thermodynamic efficiency. Interestingly, this decoupling capacity was chronically lost as indicated by our results in the 48 hours period favoring a lower mitochondrial activity, increase of ROS and reduced GSH / GSSG ratio. Images from electron microscopy and gene expression of PGC1-, a recognized regulatory gene of mitochondrial biogenesis, showed no difference between control and treatment with palmitate. The palm acid resulted in reduced phosphorylation of Akt, as well as glucose uptake stimulated by insulin. Our findings thus suggest that a reduction in mitochondrial antioxidant and thermodynamic coupling system, along with increase in the hydrogen peroxide, are closely related to reducing insulin response. Thus, our findings suggest a role of mitochondria in insulin response.

O quadro de resistência à insulina em humanos está fortemente relacionado ao acumulo de lipídeos intracelulares, a inatividade física e ao aumento de espécies reativas de oxigênio (ERO). O objetivo deste estudo foi verificar se o aumento na oferta de nutrientes incluindo glicose e ácido graxo palmítico pode alterar o potencial de membrana mitocondrial, a respiração, a produção de espécies reativas de oxigênio e a resposta a insulina em células do tecido muscular. Nossos resultados mostram que a exposição de células musculares a elevada disponibilidade de substratos resultou em diminuição do potencial de membrana mitocondrial, e aumento da respiração no estado IV e da expressão do RNAm da proteína desacopladora mitocondrial UCP-3. Mostrando a existência de um mecanismo de desacoplamento intrínseco em células do músculo esquelético ativado em situações de elevada oferta de nutrientes. Nessas condições observamos redução do acoplamento e da eficiência termodinâmica mitocondrial. Interessantemente, essa capacidade de desacoplamento parece ser perdida cronicamente como indicado pelos nossos resultados de consumo de oxigênio no período de 48h favorecendo uma menor atividade mitocondrial, aumento de EROs e redução da razão GSH/GSSG. Imagens de microscopia eletrônica em cultura primária e expressão gênica do PGC1-, um reconhecido gene regulador da biogênese mitocondrial, não demonstraram diferença entre controle e tratamento com palmitato. O ácido palmito resultou na redução da fosforilação de Akt, bem como, na captação de glicose estimulada por insulina. Nossos achados, portanto, sugerem que uma redução do acoplamento termodinâmico mitocondrial e do sistema antioxidante, juntamente com aumento do peróxido de hidrogênio, estão fortemente relacionados a redução da resposta a insulina. Deste modo, nosso estudo sugere um papel importante da mitocôndria na resposta a insulina. / The insulin resistance in human framework is strongly related to the accumulation of intracellular lipids, physical inactivity and increased reactive oxygen species (ROS). The aim of this study was to determine whether the increase in nutrient supply including glucose and palmitic fatty acid can change the mitochondrial membrane potential, respiration, production of reactive oxygen species and the insulin response in muscle tissue cells. Our results show that exposure of muscle cells to high availability of the substrate resulted in decreased mitochondrial membrane potential, in increased respiration in the state IV and mRNA expression of mitochondrial uncoupling protein UCP-3. Showing the existence of an intrinsic uncoupling mechanism of skeletal muscle cells activated in situations of high supply of nutrients. However, under these conditions we observed a reduction of the coupling and mitochondrial thermodynamic efficiency. Interestingly, this decoupling capacity was chronically lost as indicated by our results in the 48 hours period favoring a lower mitochondrial activity, increase of ROS and reduced GSH / GSSG ratio. Images from electron microscopy and gene expression of PGC1-, a recognized regulatory gene of mitochondrial biogenesis, showed no difference between control and treatment with palmitate. The palm acid resulted in reduced phosphorylation of Akt, as well as glucose uptake stimulated by insulin. Our findings thus suggest that a reduction in mitochondrial antioxidant and thermodynamic coupling system, along with increase in the hydrogen peroxide, are closely related to reducing insulin response. Thus, our findings suggest a role of mitochondria in insulin response.