No final de 1990 muitas figuras de destaque da tecnologia wearable previram que muito em breve os wearable iriam derrubar o smartphone e a eletr´onica iria posicionar-se ainda mais perto do corpo do utilizador. Esta previs˜ao ainda est´a longe se ser verdadeira, as tecnologias wearable ainda n˜ao se encontram no mercado em massa, no entanto, conjugar dispositivos wearable com smartphones poderia, eventualmente, resolver alguns dos principais problemas em aplica¸c˜oes port´ateis (Chandnani and Wadhvani, 2012).
As aplica¸c˜oes port´ateis atuais ainda tˆem v´arios problemas a serem trabalhados antes de aparecerem no mercado em massa. Muitas delas est˜ao relacionadas com a manuten¸c˜ao do dispositivo (Chandnani and Wadhvani,2012).
Uma boa alternativa para interfaces de utilizador integradas na tecnologia wearable seria a utiliza¸c˜ao de uma ferramenta de conex˜ao sem fios m´ovel, de preferˆencia com boa capacidade de entrada e sa´ıda, que esteja amplamente dispon´ıvel e modific´avel para diferentes grupos-alvo e tarefas. Esta interface seria aquela com que a maioria da popula¸c˜ao j´a se encontra familiarizada e que utiliza e transporta sempre consigo (Beringer, 1984).
2.3. WEARABLES E APLICAC¸ ˜OES M ´OVEIS 31
Os dispositivos wearable tipicamente n˜ao representam um substituto para os smartphones, pelo contr´ario, estes dispositivos s˜ao usados muitas vezes para se complementarem e aumentarem as suas funcionalidades.
Os wearables podem ser vistos como uma extens˜ao ou uma progress˜ao dos smartphones e suas aplica¸c˜oes inteligentes que se tornaram numa parte indispens´avel no nosso dia-a-dia (Chandnani and Wadhvani, 2012).
Ao utilizar o smartphone como parte do sistema, os problemas mais dif´ıceis de fabrica¸c˜ao, custos e manuten¸c˜ao da eletr´onica integrada poderiam ser resolvidos. Neste sentido surgem as aplica¸c˜oes m´oveis como parte integrante da tecnologia wearable (Beringer, 1984).
Plataforma Android
Uma das plataformas mais utilizadas para o desenvolvimento de aplica¸c˜oes que complementem ou sejam complementadas pelas tecnologias wearable ´e a plataforma Android. Uma das raz˜oes pelas quais esta plataforma ´e t˜ao utilizada est´a relacionada com o facto de estar t˜ao presente nos smartphones de hoje em dia, bem como in´umeras vantagens que apresenta (Todd and Barraclough, 2016). Android ´e um conjunto de software de c´odigo aberto baseado em Linux que vem junto com um sistema operacional, middleware, aplica¸c˜oes m´oveis nativas, juntamente com um conjunto de bibliotecas de API para a constru¸c˜ao de aplica¸c˜oes, utilizando linguagem Java. Foi projetado principalmente para dispositivos m´oveis touchscreen, como smartphones, tablets e agora tamb´em outros sistemas (Developers, 2016).
A principal vantagem da utiliza¸c˜ao da plataforma Android ´e a sua abordagem unificada para o desenvolvimento de aplica¸c˜oes. Os programadores apenas necessitam de desenvolver as suas aplica¸c˜oes para Android uma vez que dever˜ao ser capazes de funcionar em diversos dispositivos diferentes, desde que os dispositivos utilizem a plataforma (Todd and Barraclough, 2016).
A plataforma Android traz consigo muitos benef´ıcios no que toca ao desenvolvimento de aplica¸c˜oes. O n´umero de ferramentas e tecnologias start-up que est˜ao dispon´ıveis gratuitamente para desenvolvimento de aplica¸c˜oes Android torna o processo de desenvolver uma aplica¸c˜ao m´ovel mais f´acil. A ampla e abrangente disponibilidade de bibliotecas de ´audio, v´ıdeo, arquivos de imagem, gr´aficos 2D e 3D, GPS, cˆamara de v´ıdeo e tela sens´ıvel ao toque para aplica¸c˜oes s˜ao alguns dos componentes inclu´ıdos nesta plataforma (Developers, 2016).
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E poss´ıvel criar trabalhos gr´aficos dinˆamicos e atraentes usando a biblioteca de gr´aficos do Android. Mesmo aplica¸c˜oes complexas podem ser constru´ıdas de forma f´acil e r´apida, j´a que a plataforma Android permite o uso repetitivo do mesmo c´odigo. Isso economiza muito o tempo do programador. O armazenamento de dados tamb´em ´e muito eficiente e feito numa forma estruturada usando SQLite (base de dados). Algumas das melhores caracter´ısticas de desenvolvimento de aplica¸c˜oes m´oveis Android incluem sua capacidade de recolher informa¸c˜ao de forma r´apida e simples, a disponibilidade de ferramentas para a constru¸c˜ao de aplica¸c˜oes, compatibilidade de ´audio, v´ıdeo e formatos de imagem (Todd and Barraclough, 2016).
A plataforma Android possibilita, assim, o desenvolvimento de aplica¸c˜oes ricas que permitem a conveniˆencia de desenvolver aplica¸c˜oes mais atraentes com facilidade e em menor tempo.
Os avan¸cos na tecnologia m´ovel abriram novas ideias para maximizar a sua utilidade. Hoje em dia j´a existem muitas aplica¸c˜oes Android para smartphones para serem usadas livremente pelos utilizadores. Muitas delas s˜ao amplamente utilizadas em ´areas de monitoriza¸c˜ao do estado de sa´ude como, por exemplo, aplica¸c˜oes de smartphones que foram usadas para verificar o ritmo card´ıaco . A Instant Heart Rate, de uma empresa chamada Azumio, ´e um exemplo que utiliza a cˆamara do telefone para medir a rapidez dos batimentos card´ıacos do utilizador (Chandnani and Wadhvani, 2012).
Tamb´em aplica¸c˜oes para wearables que monitorizam a press˜ao arterial permitem que o seu registo seja feito pelo utilizador, oferecendo depois feedback e sugest˜oes
2.3. WEARABLES E APLICAC¸ ˜OES M ´OVEIS 33
consoante os valores introduzidos.
Um exemplo desenvolvido pela empresa Withings ´e uma manga projetada para medir a press˜ao arterial que automatiza completamente o processo (figura 2.13). Os valores medidos pelo aparelho s˜ao enviados para o smartphone Android ou n˜ao, para depois serem enviados para uma base de dados online que pode ser acedida pelo computador (Beringer, 1984). Nos dias de hoje temos a oportunidade de presenciar a grande evolu¸c˜ao e inova¸c˜ao no campo das aplica¸c˜oes para smartphones. Estas oferecem apenas uma pequena amostra de como os smartphones acabar˜ao por ser utilizados em dispositivos wearable ligados a in´umeros campos.
3
Princ´ıpios determinantes na
dete¸c˜ao de ´alcool
O ´alcool ´e uma das drogas mais consumidas e est´a presente em bebidas na forma de etanol. O etanol ´e produzido por um processo de fermenta¸c˜ao em que c´elulas de levedura atuam no a¸c´ucar das frutas, carbohidratos, gr˜aos ou vegetais (Daly,2013). A f´ormula molecular do etanol ´e C2H5OH e a sua estrutura qu´ımica est´a
representada na figura 3.1. Esta substˆancia orgˆanica vol´atil ´e acrescentada em diferentes concentra¸c˜oes a diferentes bebidas, dependendo do tipo de bebida que est´a a ser produzida (Daly, 2013).
Figura 3.1 – Estrutura qu´ımica do etanol (Burke and A., 1991).
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A medida que a concentra¸c˜ao de ´alcool no sangue aumenta, aumenta tamb´em o 35
seu impacto na tomada de decis˜oes, capacidade de racioc´ınio, prejudicando tamb´em as fun¸c˜oes motoras do corpo humano, o que pode levar a consequˆencias s´erias. A diminui¸c˜ao da concentra¸c˜ao de ´alcool no sangue d´a-se conforme o etanol ´e eliminado no corpo (Stripp and Koblinisky, 2007).
O ´alcool entra no corpo humano atrav´es da ingest˜ao. ´E, depois, absorvido pelas paredes do estˆomago e intestino delgado onde entra na corrente sangu´ınea e ´e distribu´ıdo pelas v´arias partes do corpo afetando os diversos ´org˜aos do corpo humano (Daly, 2013). Uma vez no sangue, o ´alcool, na sua forma l´ıquida, viaja pelos capilares para as veias e depois para os pulm˜oes. Uma vez nos pulm˜oes, o etanol move-se por difus˜ao dos capilares para os alv´eolos (Burke and A., 1991). Os alv´eolos s˜ao estruturas de pequenas dimens˜oes localizados no sistema respirat´orio, no final dos bronqu´ıolos. As paredes dos alv´eolos s˜ao respons´aveis pela troca de oxig´enio e di´oxido de carbono no sangue. O di´oxido de carbono sai o sangue e o oxig´enio passa pelas paredes dos alv´eolos e entra no sangue, oxigenando-o. Quaisquer substˆancias vol´ateis presentes no sangue passar˜ao tamb´em para os alv´eolos durante esta troca, o que possibilita a sua dete¸c˜ao no sopro alveolar (Saferstein, 2014).
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E nos alv´eolos, que parte do etanol presente muda do seu estado l´ıquido para gasoso (figura 3.2). A este processo chama-se vaporiza¸c˜ao. Aos compostos, como etanol, que podem facilmente mudar do seu estado l´ıquido para gasoso chamam-se compostos vol´ateis. A habilidade do etanol se evaporar nos pulm˜oes torna este composto um ´otimo candidato a ser detetado na respira¸c˜ao (Burke and A.,1991). A maior concentra¸c˜ao de ´alcool nos pulm˜oes encontra-se na por¸c˜ao mais profunda dos mesmos, onde o ar est´a mais pr´oximo do sangue. Quando um indiv´ıduo expira profundamente, o ar mais profundo dos pulm˜oes ´e expelido em ´ultimo lugar (Swartz,
2004). Por esta raz˜ao, com os testes de ´alcool pretende-se recolher amostras do ar profundo dos pulm˜oes, no fim de uma expira¸c˜ao profunda (Hlastala, 1984).
A concentra¸c˜ao de ´alcool no vapor dos pulm˜oes est´a diretamente relacionada com a sua concentra¸c˜ao no sangue. Existe, portanto, um equil´ıbrio. Este equil´ıbrio deve-se ao seguinte: ap´os a primeira ingest˜ao de ´alcool, a concentra¸c˜ao de etanol no sangue
37
excede a concentra¸c˜ao nos alv´eolos. O etanol difunde-se depois nos alv´eolos at´e que a concentra¸c˜ao no sangue e no ar dos pulm˜oes corresponda a um r´acio constante. Desta forma, as duas partes encontram-se em equil´ıbrio. Ap´os este equil´ıbrio ser atingido, as mol´eculas de etanol podem mover-se livremente entre os alv´eolos e o sangue, no entanto, para cada mol´ecula que se move dos alv´eolos para o sangue, uma outra far´a o trajeto oposto, mantendo o equil´ıbrio (Burke and A., 1991).
Figura 3.2 – Difus˜ao do etanol dos capilares para os alv´eolos por vaporiza¸c˜ao (Burke and A.,1991).
A concentra¸c˜ao de ´alcool ´e normalmente mais elevada nas partes do corpo com maior teor de ´agua. `A medida que mais ´alcool ´e consumido , a taxa de ´alcool no sangue atinge o seu pico m´aximo cerca de uma hora ap´os a sua ingest˜ao, dando in´ıcio `a p´os absor¸c˜ao. A p´os absor¸c˜ao refere-se ao per´ıodo em que a concentra¸c˜ao de ´alcool diminui gradualmente at´e atingir zero. O ´alcool ´e eliminado por excre¸c˜ao e oxida¸c˜ao. A maioria do ´alcool ´e oxidado no f´ıgado para formar di´oxido de carbono e ´agua. O ´alcool restante no corpo ´e excretado pela respira¸c˜ao, urina e transpira¸c˜ao (figura 3.3) (Daly, 2013).
Figura 3.3 – Representa¸c˜ao esquem´atica do processo de transporte de etanol pelo corpo, desde a ingest˜ao at´e `a excre¸c˜ao.
3.1
Lei de Henry
A rela¸c˜ao cient´ıfica que diz respeito `a solu¸c˜ao de gases em l´ıquidos ´e a Lei de Henry que relaciona a concentra¸c˜ao de equil´ıbrio de um g´as dissolvido num l´ıquido com a sua concentra¸c˜ao no ar acima do l´ıquido (Hlastala, 1984).
A propor¸c˜ao constante entre a concentra¸c˜ao no l´ıquido e a concentra¸c˜ao no ar na Lei de Henry ´e o coeficiente de parti¸c˜ao (raz˜ao de parti¸c˜ao). A lei de Henry ´e um princ´ıpio cient´ıfico geral, que se relaciona com solu¸c˜oes dilu´ıdas de todos os gases ideais dissolvidos em l´ıquidos, n˜ao apenas para o ´alcool et´ılico no sangue (Hlastala,
1984).
A raz˜ao de parti¸c˜ao ´e diferente para v´arios gases e l´ıquidos, e ´e fortemente dependente da temperatura. O r´acio define a distribui¸c˜ao das mol´eculas entre dois meios, tais como o g´as e o l´ıquido (Hlastala, 1984).
Se uma amostra de sangue que contenha um pouco de ´alcool for mantida num frasco fechado, o ´alcool evapora-se a partir do sangue at´e que a concentra¸c˜ao de ´alcool no ar acima do sangue atinja o equil´ıbrio. Quanto mais ´alcool existir, maior ser´a a
3.2. PRIMEIRAS ESTIMATIVAS DA QUANTIDADE DE ´ALCOOL NO CORPO 39
concentra¸c˜ao de ´alcool no ar (uma vez que as duas concentra¸c˜oes tˆem um r´acio fixo), o que ´e chamado de constante de Henry, ou a raz˜ao de parti¸c˜ao (Hlastala,
1984).
Os testes de ´alcool na respira¸c˜ao baseiam-se nos princ´ıpios acima. Um indiv´ıduo proporciona a amostra de ar dos seus pulm˜oes numa cˆamara de dispositivo de teste. A amostra ´e enviada para um dispositivo, que por meio de um mecanismo espec´ıfico mede a quantidade de ´alcool que foi introduzido. Varia¸c˜oes de temperatura tˆem uma profunda influˆencia sobre a raz˜ao de parti¸c˜ao e a concentra¸c˜ao de ´alcool no ar expirado (Hlastala,1984).
O r´acio de parti¸c˜ao para o ´alcool no sangue diminui por cerca de 6% por cada aumento de 1◦C na temperatura. Isto implica um aumento de cerca de 6% da
concentra¸c˜ao de ´alcool no ar expirado quando a temperatura do corpo aumenta em 1◦C. A temperatura m´edia do corpo humano ´e de 37◦C e varia cerca de 1◦C entre
diferentes indiv´ıduos (Hlastala,1984).
A fim de determinar a concentra¸c˜ao de ´alcool no sangue ou a concentra¸c˜ao de ´alcool no ar expirado e, portanto, o n´ıvel de intoxica¸c˜ao, ´e imperativo que a temperatura do corpo seja conhecida. No entanto, a temperatura n˜ao ´e uma vari´avel que esteja inclu´ıda na maioria dos processos de determina¸c˜ao da concentra¸c˜ao de ´alcool no sangue (Hlastala,1984).
3.2
Primeiras estimativas da quantidade de ´alcool
no corpo
Os c´alculos para determina¸c˜ao do n´ıvel de ´alcool no corpo humano originaram-se por volta do ano 1920, atrav´es do trabalho de Widmark (Widmark, 1981), que notou, enquanto desenvolvia uma micro an´alise do ´alcool, que os resultados foram sempre mais elevados do que seria de esperar de um simples c´alculo de dilui¸c˜ao. Por outras palavras, uma dose m de gramas de ´alcool num sujeito de M quilos de peso iria sempre produzir uma concentra¸c˜ao de ´alcool no sangue superior a m/M. Widmark
percebeu que este facto se devia `a propor¸c˜ao de ´agua no corpo como um todo ser menor do que a propor¸c˜ao de ´agua no sangue. Os ossos e a gordura do corpo humano contˆem pouca ´agua e, portanto, absorvem apenas uma baixa quantidade de ´alcool. Para compensar esta diferen¸ca, Widmark propˆos a incorpora¸c˜ao de de um fator r emp´ırico na sua f´ormula. Desta forma, a concentra¸c˜ao de ´alcool no sangue seria (Searle, 2014):
C = m
rM · 100 mg/100 ml (3.1) O fator r, com as unidades de litros por quilograma, ficou conhecido como o Fator de Widmark, tendo-se verificado que este fator depende do sexo do sujeito bem como um n´umero de fatores antropom´etricos em que o ´Indice de Massa Corporal (IMC) talvez seja o mais importante (Searle,2014).
Muitos outros estudos tˆem vindo a criar bases de dados de valores a partir dos quais o Fator de Widmark pode ser determinado para qualquer sujeito.
Atualmente, a quantidade de ´alcool existente no sangue num determinado momento ´e habitualmente expressa em gramas de ´alcool puro por litro de sangue e ´e denominada por taxa de alcoolemia no sangue (TAS). Esta taxa constituiu a medida mais frequentemente utilizada para estimar a concentra¸c˜ao de ´alcool no organismo e a forma como ´e calculada apresenta-se na equa¸c˜ao 3.2.
T AS = AP C
P k (3.2)
Onde TAS corresponde `a taxa de ´alcool no sangue (g/L), APC corresponde ao ´alcool puro consumido (g), P corresponde ao peso do indiv´ıduo (Kg) e K ´e o coeficiente que varia consoante as circunstˆancias de consumo e caracter´ısticas do consumidor (Gouveia, 2010).
Em Portugal, a TAS limite permitida por lei para condu¸c˜ao de ve´ıculos ´e de 0,5 g/l de sangue, ou seja, por cada litro de sangue, o m´aximo permitido s˜ao 0,5 g de ´alcool.
3.3. FATORES BIOL ´OGICOS E PESSOAIS QUE AFETAM A ABSORC¸ ˜AO DE ´ALCOOL 41
3.3
Fatores biol´ogicos e pessoais que afetam a
absor¸c˜ao de ´alcool
O n´ıvel de ´alcool est´a altamente relacionado com a quantidade de ´alcool consumida ao longo do tempo, no entanto ´e tamb´em influenciado por outros fatores. ´E a rela¸c˜ao complexa entre certas vari´aveis que torna dif´ıcil o processo de inferir o n´ıvel de ´alcool, bem como determinar at´e que ponto o consumidor ser´a prop´ıcio ao desenvolvimento de problemas de alcoolismo (Gouveia,2010).
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E importante perceber que um teste de alcoolismo n˜ao deve ser usado para determinar se um indiv´ıduo deve ou n˜ao conduzir ap´os o consumo. As limita¸c˜oes f´ısicas e psicol´ogicas resultantes do consumo de bebidas alco´olicas s˜ao resultado de qualquer quantidade ingerida, por mais diferentes que as circunstˆancias de consumo possam ser (Gouveia, 2010).
Alguns dos fatores que influenciam diretamente um teste de alcoolismo e a necessidade de consumo de ´alcool de um indiv´ıduo ser˜ao referidos de seguida.
3.3.1
Volume de ´alcool consumido
Obviamente que a quantidade de ´alcool consumido ´e diretamente proporcional `a quantidade que vai ser absorvida pelo corpo e, por consequˆencia ir´a afetar os v´arios ´org˜aos do consumidor. V´arias investiga¸c˜oes tˆem vindo a estabelecer que concentra¸c˜oes mais baixas de ´alcool ou doses administradas mais pequenas s˜ao mais dificilmente detetadas pelos sensores de ´alcool (Cherpitel et al., 1993; Rehm et al., 2001).
3.3.2
Padr˜ao de consumo
Os indiv´ıduos que abusam do ´alcool severamente tˆem sido inclu´ıdos frequentemente em estudos de investiga¸c˜ao de sensores de ´alcool (Barnett, 2014), no entanto, o seu
hist´orico de consumo de ´alcool tem sido raramente investigado como um preditor de dete¸c˜ao do n´ıvel de intoxica¸c˜ao devido a esta substˆancia.
Existem evidˆencias de que o hist´orico de consumo de ´alcool de um indiv´ıduo influencia o seu metabolismo da substˆancia, pelo que a elimina¸c˜ao de ´alcool d´a-se mais rapidamente entre aqueles com maior maiores h´abitos de consumo de bebidas alco´olicas (Jones, 2008). Al´em disso, ´e feita uma associa¸c˜ao entre o metabolismo de ´alcool e o risco de dist´urbios de ´alcool (Edenberg, 2007).
Dada a associa¸c˜ao entre o uso abusivo de ´alcool e transtornos relacionados e metabolismo da substˆancia, ´e importante ter em conta a influˆencia do consumo abusivo de ´alcool associado a um indiv´ıduo quando se procede ao estudo da dete¸c˜ao de ´alcool atrav´es de sensores (Barnett, 2014).
3.3.3
G´enero
Em termos de fisiologia e g´enero do indiv´ıduo exposto a bebidas alco´olicas, existe uma diferen¸ca na dete¸c˜ao de ´alcool usando um sensor. Os homens tendem a consumir mais bebidas por epis´odio, o que poderia resultar numa concentra¸c˜ao de ´alcool no sangue superior. Por outro lado, o metabolismo das substˆancias psicoativas ocorre de forma distinta de acordo com o g´enero (Barnett, 2014).
Na popula¸c˜ao feminina a metaboliza¸c˜ao do ´alcool e de outras substˆancias psicoativas ocorrem de forma mais lenta (Cerqueira, 2015).
As mulheres tendem a ser menores do que os homens, de modo que a mesma dose de ´alcool tende a levar a n´ıveis de alcoolismo maiores, o que sugere que o consumo das mulheres pode mostrar, em geral, maiores concentra¸c˜oes detetadas. Al´em disso, as mulheres tˆem menor quantidade de ´agua corporal (Watson et al.,1980), ou seja, o ´alcool ´e mais concentrado no sangue das mulheres e, portanto, pode resultar em taxas de dete¸c˜ao mais elevadas (Barnett, 2014; Elbreder and Fonsi, 2008).
Sendo assim, a popula¸c˜ao feminina torna-se mais suscet´ıvel aos preju´ızos associados ao consumo de ´alcool, mesmo ingerindo n´ıveis mais baixos por per´ıodo mais curto.
3.3. FATORES BIOL ´OGICOS E PESSOAIS QUE AFETAM A ABSORC¸ ˜AO DE ´ALCOOL 43
3.3.4
Massa corporal e altura
Os efeitos das substˆancia psicoativas s˜ao diretamente influenciados pelas caracter´ısticas f´ısicas do consumidor (Cerqueira, 2015).
Geralmente, a massa corporal influencia o processamento do ´alcool consumido de forma inversamente proporcional, isto ´e, para o mesmo n´umero de bebidas consumido, pessoas com maiores pesos corporais ir˜ao apresentar n´ıveis de alcoolismo mais baixos (Barnett, 2014).
3.3.5
Idade
Uma pesquisa realizada por David H. Jernigan em 2001 nos Estados Unidos da Am´erica, demonstrou que quanto mais precoce o consumo de ´alcool maior a tendˆencia do desenvolvimento de dependˆencia na fase adulta da vida (Cerqueira,
2015).
De acordo com o Departamento de Adolescˆencia da SBP (SBP, 2007) estudos em animais demonstram que ratos adolescentes possuem menor sensibilidade aos efeitos agudos do ´alcool em rela¸c˜ao aos adultos.
Este fato sugere que indiv´ıduos mais jovens podem desenvolver respostas adaptativas mais r´apidas de tolerˆancia `a substˆancia.
A resposta adaptativa que funcionaria como um fator de prote¸c˜ao para os indiv´ıduos mais jovens acaba por favorecer o maior consumo de ´alcool, podendo contribuir para acidentes e violˆencia e, no futuro, maior risco de dependˆencias f´ısica e psicol´ogica(SBP, 2007).
Segundo Jernigan, (Jernigan and David, 2001) aqueles que iniciaram o consumo de ´alcool na adolescˆencia apresentam maior risco de sofrer acidentes de diversas naturezas no decorrer do seu uso.
3.3.6
Dieta nutricional
A alimenta¸c˜ao pr´evia ao consumo de substˆancias psicoativas auxilia no processo de metabolismo das mesmas no organismo. O ´alcool ´e metabolizado no estˆomago