background image

22 

College of Medicine/Babylon University 

Medical Physics Module 

 

 

 

Lecture 4: 

 

Energy, work, and power of Body 

 

Objectives: after the end of this lecture, the student must know: 

 

1- 

Definition of BMR and physical factors affecting it 

 

2- 

Ways of heat loss from the body 

For basal conditions there are about: 

25% of the body's energy used by the skeletal muscle and heart.  

19% used by the brain. 

10% used by kidneys. 

 

27% used by the liver, spleen. 

 

The body uses food energy to operate its various organs, maintain constant body 

temperature, and do external work, small percentage (5%) of the body energy 

excreted in the feces and urine, any energy left over is stored as a body fat. 

Conservation of Energy in the body 

 

∆u = ∆ Q- ∆W 
u= change in stored energy 
∆ Q= heat lost or gain 
∆ W= work done by the body 

 

BMR (basal metabolic rate)

: is the amount of energy needed to perform minimal 

body function (such as breathing , and pumping blood through arteries under resting 

condition). BMR depends primarily upon thyroid function. A person of an over active 

thyroid has a higher BMR than a person with normal thyroid function. 

Since the energy used for basal metabolism becomes heat and dissipated from the 

skin, so BMR is related to the surface area, or the mass of the body. 


background image

College of Medicine/Babylon University 

Medical Physics Module 

 

 

The metabolic rate depends on temperature of the body, if temperature changes by 

1Cº there is a change about  10 % in the metabolic rate. For example, if a patient has 

temperature of 40 Cº or 3 above normal, the BMR is about 30% greater than normal, 

you can see why patients temperature sometimes lowered during heart surgery. 

 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 

Figure 1: 

relationship between BMR and body mass for different animals . 

 

Work And Power 

 

∆W = F ∆ X                     F= force  ,     ∆ X= distance 
 
P = ∆ W / ∆ t = F∆ X / ∆ t = F v      ,        P= power 
 
ϵ = work done / energy consumed     ,      ϵ= efficiency 

 

The convenient unite for expressing the rate of energy consumption of the body is 

the met, the met is defined as 50 Kcal/m

2

 of body surface area per hour. 

For normal person 1 met is equal to the energy consumption under resting 

conditions . A typical man has about 1.85 m

2

 of surface area women has 1.4 m

2

 and 

for typical man 1 met is about 92 Kcal/hr or 107 w oxidation occur in the cells of the 

body. 


background image

24 

College of Medicine/Babylon University 

Medical Physics Module 

 

 

 

In oxidation by consumption heat is released within the body heat is released as 

energy of metabolism. The rate of oxidation is called metabolic rate. 

The oxidation of glucose a common form of sugar used for intravenous feeding. The 

oxidation equation for one mole of glucose  C6 H12 O6  is 

C6 H12O6  + 6 O2  → 6 H2 O + 6 CO2  + 686 Kcal 

 

That is 1 mole of glucose (180) gm combines with 6 moles of O2 (129) gm to 

produce 6 moles each of H2O  (108) gm and CO2 (264) gm releasing 686 Kcal of heat 

energy in the reaction. 

When completely at rest, the typical person consumption of energy at rate of about 

92 Kcal /hr or 107 w or about  1 met this lowest rate of energy consumption called 

basal metabolic rate 

When a man climbing a hill or walking upstairs, we calculate the work done by 

multiplying person weight (gm) by vertical distance (h). 

When a man walking or running at constant speed on level surface, the force act in 

the direction perpendicular to his motion, thus external work done by him appears to 

be zero, however his muscles are doing internal work which appears as heat in the 

muscle and causes arise in its temperature. 

Heat Losses From The Body 

 

The main heat loss mechanisms are  

    1- Radiation 

2-  Convection 

 

3-  Evaporation (perspiration) 

 

4-  Some cooling of the body in lungs. 


background image

25 

College of Medicine/Babylon University 

Medical Physics Module 

 

 

 

The hypothalamus of brain contains body thermostat to keep temperature close to 

normal value. 

If the core temperature rises, the hypothalamus initiate sweating and vasodilation 

which increases blood flow to the skin and increase skin temperature which help to 

get rid of extra heat. 

If the skin temperature drops, the thermoreceptors on the skin inform hypothalamus 

and it initiate shivering, which causes increase in the core temperature. 

The difference between energy radiated by the body and the energy absorbed from 

surrounding can be calculated by: 

H

r

 = K

r

 A

e ( T

s

 -  T

 ) 

 

Hr = energy loss or gain 

 

Ar    = surface area emitting radiation  

E  = emissivity of body 

Ts = skin temperature 

 

Tw =surrounding temperature. 

Kr= constant= 5 Kcal/m

2

 hr Cº 

The heat loss due to convection Hc is given by 

 

H

c

 = K

c

 A

c

 ( T

s

 – T

 

Kc = constant depends upon the movement of air 

Ac = surface area 

Ta = air temperature. 

 

When the wind constant  Kc = 2.3 Kcal / m

3

 hr Cº 

 

When Ta = 25 Cº 

Ts =  34 Cº 

Ac  = 1.2 m

2

 

 

The nude body losses about 25 Kcal /hr by convection or about 25% of body heat loss. 


background image

College of Medicine/Babylon University 

Medical Physics Module 

 

 

When the air is moving, the constant Kc increases according to the equation 

 

K

c

 = 10.45 – v + 10 √ v 

 

Where v is the wind speed 
 
 
 
 
 
 
 
 
 

 
 

 

 
 
 
Small group discussion 

 

Qx/ What is the most accurate method to measure body temperature & why/  
Qx/ What is the mechanism of thermograph and write its medical application?  
Qx/ What is the effect of heating of one part of the body? 
Qx/ Why we lower body temperature during heart surgery? 

 

Qx/ Discuss the body response to exposure to hot and cold weathers. 

 

Qx/ Example suppose you wish to loss 4.45 Kg either through physical activity or by 
dieting. 

Qx/ What is the effect of atmospheric pressure on the body? 

 

Qx/ 45 years old male presented with intestinal obstruction. Explain the effect of 
intestinal bacteria on the pressure inside the GIT. 

Qx/ Discuss how Boyle’s law keep blood pressure constant?  

Qx/ Discuss the effect of Bernoulli principle on cough 




رفعت المحاضرة من قبل: علي الشبري
المشاهدات: لقد قام عضوان و 139 زائراً بقراءة هذه المحاضرة








تسجيل دخول

أو
عبر الحساب الاعتيادي
الرجاء كتابة البريد الالكتروني بشكل صحيح
الرجاء كتابة كلمة المرور
لست عضواً في موقع محاضراتي؟
اضغط هنا للتسجيل