15.3G: El Transporte de Calor

Además de su papel en el transporte de materiales, el sistema circulatorio es responsable de la distribución del calor por todo el cuerpo. Esto es cierto tanto de

• endotermas, animales —aves y mamíferos— que generan internamente el calor necesario para mantener su temperatura corporal. Las aves y los mamíferos son de “sangre caliente” u homeotérmicos, manteniendo su temperatura corporal dentro de límites estrechos, sin importar cuál sea la temperatura ambiente.
• mesotherms, animales que generan calor internamente pero que no mantienen una temperatura corporal fija. El atún, algunos tiburones y el equidna son mesotermos.
• ectotermos, animales —los otros vertebrados y los invertebrados— que aseguran su calor de su entorno (por ejemplo, tomando el sol). Los ectotermos son de “sangre fría” o poiquilotérmicos.

La principal fuente de calor para las endotermas es el metabolismo de sus órganos internos. Más de dos tercios del calor generado en un ser humano en reposo es creado por los órganos de las cavidades torácica y abdominal y el cerebro (que aporta 16% del total —aproximadamente lo mismo que todos nuestros músculos esqueléticos cuando están en reposo). Hay varias medidas que un animal endotérmico puede tomar si comienza a perder calor a su entorno más rápido de lo que puede generar calor (es decir, comienza a enfriarse). Puede aumentar la tasa metabólica de sus tejidos. Muchos pequeños mamíferos y bebés humanos hacen esto a medida que su entorno se vuelve más frío, pero aún no se sabe si los humanos adultos pueden hacerlo. El incremento en el metabolismo, con la consiguiente liberación de calor, ocurre en el tejido adiposo marrón. También puede aumentar su actividad física. En reposo, los músculos hacen solo una pequeña contribución (alrededor del 16%) al calor corporal. Durante el ejercicio vigoroso, esto puede aumentar mucho. En ausencia de acción muscular voluntaria, el mismo efecto se logra escalofriando. Cuanto mayor sea la relación superficie-volumen de una parte del cuerpo, más rápido puede transferir calor a su entorno. Es por ello que primero notas frío en tus manos y pies. La pérdida de calor de las extremidades se puede reducir drásticamente al disminuir su suministro de sangre. En frío extremo, por ejemplo, el suministro de sangre a los dedos puede bajar al 1% más o menos de su valor normal.

Intercambiador de calor a contracorriente

Muchos animales (incluidos los humanos) tienen otra forma de conservar el calor. Las arterias de nuestros brazos y piernas corren paralelas a un conjunto de venas profundas. A medida que la sangre caliente pasa por las arterias, la sangre cede parte de su calor a la sangre más fría que regresa de las extremidades en estas venas. Tal mecanismo se llama intercambiador de calor a contracorriente. Cuando la pérdida de calor no es un problema, la mayor parte de la sangre venosa de las extremidades regresa a través de venas localizadas cerca de la superficie.

Figura 15.3.7.1 Intercambiador de calor a contracorriente

Los intercambiadores de calor a contracorriente pueden operar con una eficiencia notable. Una gaviota marina puede mantener una temperatura normal en su torso mientras está de pie con sus pies desprotegidos en agua helada. Cuando se considera que la sangre de los peces pasa sobre las branquias que están bañadas en el agua circundante, es fácil ver por qué los peces son “de sangre fría”. Sin embargo, algunos peces marinos (por ejemplo, el atún) son mesotérmicos, capaces de mantener sus músculos nadadores más activos más calientes que el mar mediante el uso de un intercambiador de calor a contracorriente.

Figura 15.3.7.2 Skipjack cortesía de E. D. Stevens, Departamento de Zoología, Universidad de Guelph, Ontario

La fotografía de arriba a la derecha muestra una sección transversal a través de un atún listado. El músculo oscuro a ambos lados de la columna vertebral se mantiene a una temperatura mayor que el resto de los peces gracias a su intercambiador de calor a contracorriente. La sangre arterial fría y rica en oxígeno pasa a una serie de arterias finas que llevan la sangre a los músculos activos. Estas finas arterias se encuentran una al lado de la otra con venas que drenan esos músculos. Entonces, a medida que la sangre fría pasa a los músculos, recoge el calor que habían sido generados por estos músculos y evita que se pierda en los alrededores. Gracias a este intercambiador de calor a contracorriente, un atún que nada en invierno puede mantener sus músculos activos para nadar 14°C más calientes que el agua circundante. La fotomicrografía de la izquierda es de sección transversal a través del intercambiador de calor. Observe el empaque cercano y paralelo de las arterias (paredes gruesas) y venas (paredes delgadas).

Los intercambiadores a contracorriente también operan en el riñón y están integrados en el diseño de riñones artificiales.

El sistema circulatorio también se encarga de enfriar a un animal. Si la temperatura corporal “central” del animal se eleva demasiado, el suministro de sangre a la superficie y las extremidades aumenta permitiendo que el calor sea liberado a los alrededores. Si esto es insuficiente, el animal puede evaporar el agua de la sangre —en forma de sudor para aquellos animales con glándulas sudoríparas. La evaporación de 1 gramo de agua absorbe unas 540 calorías de calor.

La mayoría de las endotermas no pueden tolerar un aumento de la temperatura corporal de más de 5°C o así. El cerebro es el órgano más susceptible al daño por una temperatura alta. Algunos mamíferos, perros por ejemplo, tienen un intercambiador de calor a contracorriente ubicado entre las arterias carótidas y los vasos que distribuyen la sangre al cerebro. Este intercambiador de calor transfiere parte del calor de la sangre arterial a la sangre venosa relativamente fría que regresa de la nariz y la boca. Esto enfría su sangre arterial antes de que llegue al cerebro.

El desplazamiento del flujo sanguíneo según sea necesario para mantener la homeotermia es controlado por los receptores de temperatura en el hipotálamo del cerebro. Un conjunto de receptores aquí responde a pequeños aumentos (0.01°C) en la temperatura de la sangre. Cuando se desencadena, entran en juego todas las actividades como la derivación de los vasos sanguíneos a la piel y las extremidades y la sudoración por la que el cuerpo se enfría. Es este centro el que nos permite mantener una temperatura corporal constante (homeotermia) durante periodos de esfuerzo extremo o en entornos calurosos.

Una segunda región del hipotálamo desencadena respuestas de calentamiento como la derivación de la sangre de la piel y las extremidades y el escalofrío cuando el cuerpo se enfría. Es el hipotálamo el que ejecuta la respuesta febril. En efecto, el hipotálamo es el termostato del cuerpo. La liberación de prostaglandinas durante la inflamación aumenta el fraguado; es decir, gira el termostato “hacia arriba”. Si la temperatura corporal aún no está ahí, el cuerpo comienza a temblando violentamente —provocando “escalofríos ”— para generar el calor necesario. El resultado es fiebre cuando se alcanza el nuevo punto de ajuste.