1.4: Requerimientos para la Vida Humana

Objetivos de aprendizaje

• Discutir el papel del oxígeno y los nutrientes en el mantenimiento de la supervivencia humana
• Explicar por qué el calor y el frío extremo amenazan la supervivencia humana
• Explicar cómo la presión ejercida por los gases y fluidos influye en la supervivencia humana

Los humanos se han ido adaptando a la vida en la Tierra durante al menos los últimos 200 mil años. La Tierra y su atmósfera nos han proporcionado aire para respirar, agua para beber y comida para comer, pero estos no son los únicos requisitos para sobrevivir. Aunque rara vez lo pienses, tampoco puedes vivir fuera de un cierto rango de temperatura y presión que proporciona la superficie de nuestro planeta y su atmósfera. En las siguientes secciones se exploran estos cuatro requisitos de la vida.

Oxígeno

El aire atmosférico es solo alrededor del 20 por ciento de oxígeno, pero ese oxígeno es un componente clave de las reacciones químicas que mantienen vivo al cuerpo, incluyendo las reacciones que producen ATP. Las células cerebrales son especialmente sensibles a la falta de oxígeno debido a su necesidad de una producción alta y estable de ATP. El daño cerebral es probable dentro de los cinco minutos sin oxígeno, y la muerte es probable dentro de los diez minutos.

Nutrientes

Un nutriente es una sustancia en alimentos y bebidas que es esencial para la supervivencia humana. Las tres clases básicas de nutrientes son el agua, los nutrientes que producen energía y culturistas, y los micronutrientes (vitaminas y minerales).

El nutriente más crítico es el agua. Dependiendo de la temperatura ambiental y nuestro estado de salud, es posible que podamos sobrevivir solo unos días sin agua. Los químicos funcionales del cuerpo se disuelven y transportan en agua, y las reacciones químicas de la vida tienen lugar en el agua. Además, el agua es el componente más grande de las células, la sangre y el líquido entre las células, y el agua constituye aproximadamente el 70 por ciento de la masa corporal de un adulto. El agua también ayuda a regular nuestra temperatura interna y amortigua, protege y lubrica las articulaciones y muchas otras estructuras corporales.

Los nutrientes que producen energía son principalmente carbohidratos y lípidos, mientras que las proteínas suministran principalmente los aminoácidos que son los bloques de construcción del propio cuerpo. Los ingieres en alimentos y bebidas vegetales y animales, y el sistema digestivo los descompone en moléculas lo suficientemente pequeñas como para ser absorbidas. Los productos de descomposición de los carbohidratos y lípidos pueden entonces ser utilizados en los procesos metabólicos que los convierten en ATP. Aunque es posible que sientas que te mueres de hambre después de perderte una sola comida, puedes sobrevivir sin consumir los nutrientes que producen energía durante al menos varias semanas.

El agua y los nutrientes que producen energía también se conocen como macronutrientes porque el cuerpo los necesita en grandes cantidades. En contraste, los micronutrientes son vitaminas y minerales. Estos elementos y compuestos participan en muchas reacciones y procesos químicos esenciales, como los impulsos nerviosos, y algunos, como el calcio, también contribuyen a la estructura del cuerpo. Tu cuerpo puede almacenar algunos de los micronutrientes en sus tejidos, y aprovechar esas reservas si no las consumes en tu dieta durante unos días o semanas. Algunos otros micronutrientes, como la vitamina C y la mayoría de las vitaminas B, son solubles en agua y no se pueden almacenar, por lo que es necesario consumirlos todos los días o dos.

Rango estrecho de temperatura

Probablemente hayas visto noticias sobre atletas que murieron de golpe de calor, o excursionistas que murieron por exposición al frío. Tales muertes ocurren porque las reacciones químicas de las que depende el cuerpo solo pueden tener lugar dentro de un rango estrecho de temperatura corporal, desde justo por debajo hasta justo por encima de los 37°C (98.6°F). Cuando la temperatura corporal sube muy por encima o desciende muy por debajo de lo normal, ciertas proteínas (enzimas) que facilitan las reacciones químicas pierden su estructura normal y su capacidad de funcionar y las reacciones químicas del metabolismo no pueden continuar.

Dicho esto, el cuerpo puede responder de manera efectiva a la exposición a corto plazo al calor (Figura\(\PageIndex{1}\)) o frío. Una de las respuestas del cuerpo al calor es, por supuesto, la sudoración. A medida que el sudor se evapora de la piel, elimina algo de energía térmica del cuerpo, enfriándolo. El agua adecuada (del líquido extracelular en el cuerpo) es necesaria para producir sudor, por lo que la ingesta adecuada de líquidos es esencial para equilibrar esa pérdida durante la respuesta al sudor. No es sorprendente que la respuesta al sudor sea mucho menos efectiva en un ambiente húmedo porque el aire ya está saturado de agua. Así, el sudor en la superficie de la piel no es capaz de evaporarse, y la temperatura interna del cuerpo puede llegar peligrosamente alta.

Figura\(\PageIndex{1}\): Calor Extremo. Los humanos se adaptan en cierto grado a la exposición repetida a altas temperaturas. (crédito: McKay Savage/Flickr)

El cuerpo también puede responder eficazmente a la exposición a corto plazo al frío. Una respuesta al frío es el escalofrío, que es el movimiento muscular aleatorio que genera calor. Otra respuesta es el aumento de la descomposición de la energía almacenada para generar calor. Sin embargo, cuando esa reserva de energía se agota y la temperatura central comienza a bajar significativamente, los glóbulos rojos perderán su capacidad de renunciar al oxígeno, negando al cerebro este componente crítico de la producción de ATP. Esta falta de oxígeno puede causar confusión, letargo, y eventualmente pérdida de conciencia y muerte. El cuerpo responde al frío reduciendo la circulación sanguínea a las extremidades, las manos y los pies, con el fin de evitar que la sangre se enfríe allí y para que el núcleo del cuerpo pueda mantenerse caliente. Aun cuando la temperatura corporal central se mantiene estable, sin embargo, los tejidos expuestos al frío severo, especialmente los dedos de manos y pies, pueden desarrollar congelación cuando el flujo sanguíneo a las extremidades se ha reducido mucho. Esta forma de daño tisular puede ser permanente y llevar a gangrena, requiriendo amputación de la región afectada.

CONEXIÓN DIARIA

Hipotermia Controlada

Como has aprendido, el cuerpo se involucra continuamente en procesos fisiológicos coordinados para mantener una temperatura estable. En algunos casos, sin embargo, sobreponer este sistema puede ser útil, o incluso salvar vidas. Hipotermia es el término clínico para una temperatura corporal anormalmente baja (hipo- = “por debajo” o “por debajo”). La hipotermia controlada es la hipotermia clínicamente inducida que se realiza con el fin de reducir la tasa metabólica de un órgano o de todo el cuerpo de una persona.

La hipotermia controlada a menudo se usa, por ejemplo, durante la cirugía a corazón abierto porque disminuye las necesidades metabólicas del cerebro, corazón y otros órganos, reduciendo el riesgo de daño a los mismos. Cuando se usa clínicamente hipotermia controlada, al paciente se le da medicación para evitar escalofríos. Luego, el cuerpo se enfría a 25—32°C (79—89°F). El corazón se detiene y una bomba externa corazón-pulmón mantiene la circulación hacia el cuerpo del paciente. El corazón se enfría más y se mantiene a una temperatura por debajo de 15°C (60°F) durante la duración de la cirugía. Esta temperatura muy fría ayuda al músculo cardíaco a tolerar su falta de suministro de sangre durante la cirugía.

Algunos médicos del departamento de urgencias utilizan la hipotermia controlada para reducir el daño al corazón en pacientes que han sufrido un paro cardíaco. En el servicio de urgencias, el médico induce coma y baja la temperatura corporal del paciente a aproximadamente 91 grados. Este padecimiento, que se mantiene durante 24 horas, ralentiza la tasa metabólica del paciente. Debido a que los órganos del paciente requieren menos sangre para funcionar, se reduce la carga de trabajo del corazón.

Rango estrecho de presión atmosférica

La presión es una fuerza ejercida por una sustancia que está en contacto con otra sustancia. La presión atmosférica es la presión ejercida por la mezcla de gases (principalmente nitrógeno y oxígeno) en la atmósfera terrestre. Aunque tal vez no lo percibas, la presión atmosférica está constantemente presionando hacia abajo sobre tu cuerpo. Esta presión mantiene los gases dentro de su cuerpo, como el nitrógeno gaseoso en los fluidos corporales, disueltos. Si de repente te expulsaran de una nave espacial por encima de la atmósfera terrestre, pasarías de una situación de presión normal a una de muy baja presión. La presión del gas nitrógeno en tu sangre sería mucho mayor que la presión del nitrógeno en el espacio que rodea tu cuerpo. Como resultado, el gas nitrógeno en tu sangre se expandiría, formando burbujas que podrían bloquear los vasos sanguíneos e incluso hacer que las células se rompan.

La presión atmosférica hace más que mantener disueltos los gases sanguíneos. Su capacidad para respirar, es decir, para absorber oxígeno y liberar dióxido de carbono, también depende de una presión atmosférica precisa. El mal de altura ocurre en parte porque la atmósfera a gran altura ejerce menos presión, reduciendo el intercambio de estos gases, y causando dificultad para respirar, confusión, dolor de cabeza, letargo y náuseas. Los alpinistas transportan oxígeno para reducir los efectos tanto de bajos niveles de oxígeno como de baja presión barométrica a mayores altitudes (Figura\(\PageIndex{2}\)).

Figura\(\PageIndex{2}\): Condiciones severas. Los escaladores en el Monte Everest deben acomodar frío extremo, bajos niveles de oxígeno y baja presión barométrica en un ambiente hostil a la vida humana. (crédito: Melanie KO/Flickr)

DESEQUILIBRIOS HOMEOSTÁTICOS

Enfermedad de descompresión

La enfermedad por descompresión (DCS) es una afección en la que los gases disueltos en la sangre o en otros tejidos del cuerpo ya no se disuelven después de una reducción de la presión sobre el cuerpo. Esta condición afecta a los buceadores submarinos que salen a la superficie de una inmersión profunda demasiado rápido, y puede afectar a los pilotos que vuelan a gran altura en aviones con cabinas sin presurizar. Los buzos suelen llamar a esta afección “las curvas”, una referencia al dolor articular que es un síntoma de DCS.

En todos los casos, el DCS es provocado por una reducción en la presión barométrica. A gran altitud, la presión barométrica es mucho menor que en la superficie de la Tierra debido a que la presión es producida por el peso de la columna de aire sobre el cuerpo presionando hacia abajo sobre el cuerpo. Las muy grandes presiones sobre los buceadores en aguas profundas son igualmente del peso de una columna de agua presionando hacia abajo sobre el cuerpo. Para los buzos, el DCS ocurre a presión barométrica normal (a nivel del mar), pero es provocado por la disminución relativamente rápida de la presión a medida que los buzos suben de las condiciones de alta presión de las aguas profundas a la ahora baja, en comparación, presión a nivel del mar. No es sorprendente que bucear en lagos profundos de montaña, donde la presión barométrica en la superficie del lago es menor que la del nivel del mar es más probable que resulte en DCS que bucear en el agua a nivel del mar.

En DCS, los gases disueltos en la sangre (principalmente nitrógeno) salen rápidamente de la solución, formando burbujas en la sangre y en otros tejidos corporales. Esto ocurre porque cuando disminuye la presión de un gas sobre un líquido, también disminuye la cantidad de gas que puede permanecer disuelto en el líquido. Es la presión del aire la que mantiene sus gases sanguíneos normales disueltos en la sangre. Cuando se reduce la presión, queda menos gas disuelto. Esto lo has visto en efecto cuando abres una bebida carbonatada. Al quitar el sello de la botella se reduce la presión del gas sobre el líquido. Esto a su vez provoca burbujas a medida que los gases disueltos (en este caso, el dióxido de carbono) salen de la solución en el líquido.

Los síntomas más comunes de DCS son dolor en las articulaciones, con dolor de cabeza y alteraciones de la visión ocurriendo en 10 por ciento a 15 por ciento de los casos. Si no se trata, los DCS muy graves pueden provocar la muerte. El tratamiento inmediato es con oxígeno puro. A continuación, la persona afectada es trasladada a una cámara hiperbárica. Una cámara hiperbárica es una cámara reforzada y cerrada que se presuriza a una presión mayor que la atmosférica. Trata DCS represurizando el cuerpo para que la presión pueda luego ser eliminada mucho más gradualmente. Debido a que la cámara hiperbárica introduce oxígeno al cuerpo a alta presión, aumenta la concentración de oxígeno en la sangre. Esto tiene el efecto de reemplazar parte del nitrógeno en la sangre por oxígeno, que es más fácil de tolerar fuera de solución.

La presión dinámica de los fluidos corporales también es importante para la supervivencia humana. Por ejemplo, la presión arterial, que es la presión ejercida por la sangre a medida que fluye dentro de los vasos sanguíneos, debe ser lo suficientemente grande como para permitir que la sangre llegue a todos los tejidos del cuerpo, y sin embargo lo suficientemente baja como para asegurar que los vasos sanguíneos delicados puedan soportar la fricción y la fuerza del flujo pulsante de la sangre presurizada.

Revisión del Capítulo

Los humanos no pueden sobrevivir por más de unos minutos sin oxígeno, durante más de varios días sin agua, y durante más de varias semanas sin carbohidratos, lípidos, proteínas, vitaminas y minerales. Si bien el cuerpo puede responder a las altas temperaturas sudando y a las bajas temperaturas escalofriando y aumentando el consumo de combustible, la exposición a largo plazo al calor y frío extremos no es compatible con la supervivencia. El cuerpo requiere una presión atmosférica precisa para mantener sus gases en solución y facilitar la respiración, la ingesta de oxígeno y la liberación de dióxido de carbono. Los humanos también requieren una presión arterial lo suficientemente alta como para asegurar que la sangre llegue a todos los tejidos corporales pero lo suficientemente baja como para evitar daños en los vasos sanguíneos.

Preguntas de revisión

P. Los humanos tienen la necesidad más urgente de un suministro continuo de ________.

A. alimentos

B. nitrógeno

C. oxígeno

D. agua

Respuesta: C

P. ¿Cuál de las siguientes afirmaciones sobre los nutrientes es verdad?

A. Todas las clases de nutrientes son esenciales para la supervivencia humana.

B. Debido a que el cuerpo no puede almacenar ningún micronutriente, es necesario consumirlos casi todos los días.

C. Los carbohidratos, lípidos y proteínas son micronutrientes.

D. Los macronutrientes son vitaminas y minerales.

Respuesta: A

P. C.J. está atrapada en su auto durante una ventisca amargamente fría. Su cuerpo responde al frío por ________.

A. aumentar la sangre a sus manos y pies

B. volverse letárgico para conservar el calor

C. descomponer la energía almacenada

D. aumentando significativamente los niveles de oxígeno en la sangre

Respuesta: C

Preguntas de Pensamiento Crítico

P. Cuando abres una botella de agua con gas, el gas dióxido de carbono en la botella forma burbujas. Si la botella se deja abierta, el agua eventualmente “se hundirá”. Explicar estos fenómenos en términos de presión atmosférica.

A. En una botella sellada de agua con gas, el gas dióxido de carbono se mantiene disuelto en el agua bajo una presión muy alta. Cuando abres la botella, la presión del gas por encima del líquido cambia de presión atmosférica artificialmente alta a normal. El gas dióxido de carbono disuelto se expande y se eleva en burbujas hacia la superficie. Cuando una botella de agua con gas se deja abierta, eventualmente se vuelve plana porque sus gases continúan saliendo de la solución hasta que la presión en el agua es aproximadamente igual a la presión atmosférica.

P: En su caminata de pleno verano por el desierto, Josh se quedó sin agua. ¿Por qué es esto particularmente peligroso?

A. La principal forma en que el cuerpo responde al alto calor ambiental es sudando; sin embargo, la sudoración requiere agua, que proviene de los fluidos corporales, incluido el plasma sanguíneo. Si Josh se deshidrata, no podrá sudar adecuadamente para enfriar su cuerpo, y estará en riesgo de sufrir un golpe de calor ya que su presión arterial baja demasiado por la pérdida de agua del plasma sanguíneo.

Glosario

nutriente

químico obtenido de alimentos y bebidas que es crítico para la supervivencia humana

presión

fuerza ejercida por una sustancia en contacto con otra sustancia