24.6: Balance de Energía y Calor
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- Describir cómo el cuerpo regula la temperatura
- Explicar la significación de la tasa metabólica
El cuerpo regula fuertemente la temperatura corporal a través de un proceso llamado termorregulación, en el que el cuerpo puede mantener su temperatura dentro de ciertos límites, incluso cuando la temperatura circundante es muy diferente. La temperatura central del cuerpo permanece estable alrededor de 36.5—37.5 °C (o 97.7—99.5 °F). En el proceso de producción de ATP por las células de todo el cuerpo, aproximadamente el 60 por ciento de la energía producida es en forma de calor utilizado para mantener la temperatura corporal. La termorregulación es un ejemplo de retroalimentación negativa.
El hipotálamo en el cerebro es el interruptor maestro que funciona como termostato para regular la temperatura central del cuerpo (Figura\(\PageIndex{1}\)). Si la temperatura es demasiado alta, el hipotálamo puede iniciar varios procesos para bajarla. Estos incluyen aumentar la circulación de la sangre a la superficie del cuerpo para permitir la disipación del calor a través de la piel y la iniciación de la sudoración para permitir la evaporación del agua sobre la piel para enfriar su superficie. Por el contrario, si la temperatura cae por debajo de la temperatura central establecida, el hipotálamo puede iniciar escalofríos para generar calor. El cuerpo utiliza más energía y genera más calor. Además, la hormona tiroidea estimulará más el uso de energía y la producción de calor por las células de todo el cuerpo. Se dice que un ambiente es termoneutral cuando el cuerpo no consume ni libera energía para mantener su temperatura central. Para un humano desnudo, esta es una temperatura del aire ambiente de alrededor de 84 °F Si la temperatura es mayor, por ejemplo, al usar ropa, el cuerpo compensa con mecanismos de enfriamiento. El cuerpo pierde calor a través de los mecanismos de intercambio de calor.
Mecanismos de Intercambio de Calor
Cuando el ambiente no es termoneutral, el cuerpo utiliza cuatro mecanismos de intercambio de calor para mantener la homeostasis: conducción, convección, radiación y evaporación. Cada uno de estos mecanismos se basa en la propiedad del calor para fluir de una mayor concentración a una concentración menor; por lo tanto, cada uno de los mecanismos de intercambio de calor varía en velocidad según la temperatura y condiciones del ambiente.
La conducción es la transferencia de calor por dos objetos que están en contacto directo entre sí. Ocurre cuando la piel entra en contacto con un objeto frío o cálido. Por ejemplo, al sostener un vaso de agua helada, el calor de tu piel calentará el vaso y a su vez derretirá el hielo. Alternativamente, en un día frío, podrías calentar envolviendo tus manos frías alrededor de una taza de café caliente. Solo alrededor del 3 por ciento del calor del cuerpo se pierde a través de la conducción.
La convección es la transferencia de calor al aire que rodea la piel. El aire calentado se eleva alejándose del cuerpo y es reemplazado por aire más frío que posteriormente se calienta. La convección también puede ocurrir en el agua. Cuando la temperatura del agua es inferior a la temperatura del cuerpo, el cuerpo pierde calor al calentar el agua más cercana a la piel, que se aleja para ser reemplazada por agua más fría. Las corrientes de convección creadas por los cambios de temperatura continúan alejando el calor del cuerpo más rápidamente de lo que el cuerpo puede reemplazarlo, resultando en hipertermia. Alrededor del 15 por ciento del calor del cuerpo se pierde por convección.
La radiación es la transferencia de calor a través de ondas infrarrojas. Esto ocurre entre dos objetos cualesquiera cuando sus temperaturas difieren. Un radiador puede calentar una habitación a través del calor radiante. En un día soleado, la radiación del sol calienta la piel. El mismo principio funciona desde el cuerpo hasta el medio ambiente. Alrededor del 60 por ciento del calor perdido por el cuerpo se pierde a través de la radiación.
La evaporación es la transferencia de calor por la evaporación del agua. Debido a que se necesita una gran cantidad de energía para que una molécula de agua cambie de un líquido a un gas, el agua evaporada (en forma de sudor) lleva consigo una gran cantidad de energía de la piel. Sin embargo, la velocidad a la que se produce la evaporación depende de la humedad relativa: más sudor se evapora en ambientes con menor humedad. La sudoración es el principal medio de enfriar el cuerpo durante el ejercicio, mientras que en reposo, alrededor del 20 por ciento del calor perdido por el cuerpo ocurre a través de la evaporación.
Tasa Metabólica
La tasa metabólica es la cantidad de energía consumida menos la cantidad de energía gastada por el cuerpo. La tasa metabólica basal (BMR) describe la cantidad de energía diaria gastada por los humanos en reposo, en un ambiente neutralmente templado, mientras que en el estado postabsortivo. Mide cuánta energía necesita el cuerpo para una actividad normal, básica y diaria. Alrededor del 70 por ciento de todo el gasto diario de energía proviene de las funciones básicas de los órganos del cuerpo. Otro 20 por ciento proviene de la actividad física, y el 10 por ciento restante es necesario para la termorregulación corporal o el control de temperatura. Esta tasa será mayor si una persona es más activa o tiene más masa corporal magra. A medida que envejece, el BMR generalmente disminuye a medida que disminuye el porcentaje de menos masa muscular magra.
Revisión del Capítulo
Parte de la energía de los alimentos que se ingiere se utiliza para mantener la temperatura central del cuerpo. La mayor parte de la energía derivada de los alimentos se libera como calor. La temperatura del núcleo se mantiene alrededor de 36.5—37.5 °C (97.7—99.5 °F). Esto está fuertemente regulado por el hipotálamo en el cerebro, que detecta cambios en la temperatura central y opera como un termostato para aumentar la sudoración o escalofríos, o inducir otros mecanismos para devolver la temperatura a su rango normal. El cuerpo también puede ganar o perder calor a través de mecanismos de intercambio de calor. La conducción transfiere calor de un objeto a otro a través del contacto físico. La convección transfiere calor al aire o al agua. La radiación transfiere calor a través de la radiación infrarroja. La evaporación transfiere calor a medida que el agua cambia de estado de un líquido a un gas.
Preguntas de revisión
P. La temperatura del cuerpo es controlada por el ________. Esta temperatura siempre se mantiene entre ________.
A. pituitaria; 36.5—37.5 °C
B. hipotálamo; 97.7—99.5 °F
C. hipotálamo; 36.5—37.5 °F
D. pituitaria; 97.7—99.5 °F
Respuesta: B
P. La fiebre aumenta la temperatura corporal y puede inducir escalofríos para ayudar a enfriar la temperatura de nuevo. ¿Qué otros mecanismos existen para regular la temperatura corporal?
A. escalofriantes
B. sudoración
C. erección de los pelos en brazos y piernas
D. todo lo anterior
Respuesta: D
P. El calor que sientes en tu silla cuando te pones de pie fue transferido de tu piel vía ________.
A. conducción
B. convección
C. radiación
D. evaporación
Respuesta: A
P. Una habitación abarrotada se calienta a través del mecanismo de ________.
A. conducción
B. convección
C. radiación
D. evaporación
Respuesta: C
Preguntas de Pensamiento Crítico
P. ¿Cómo ayuda la vasoconstricción a aumentar la temperatura central del cuerpo?
A. Cuando la sangre fluye a las capas externas de la piel o a las extremidades, el calor se pierde al ambiente por los mecanismos de conducción, convección o radiación. Esto enfriará la sangre y el cuerpo. La vasoconstricción ayuda a aumentar la temperatura corporal central al impedir el flujo de sangre a la capa externa de la piel y a las partes externas de las extremidades.
P. ¿Cómo puede la ingestión de alimentos aumentar la temperatura corporal?
A. La ingestión de alimentos estimula la digestión y procesamiento de los carbohidratos, proteínas y grasas. Esta descomposición de los alimentos desencadena la glucólisis, el ciclo de Krebs, la cadena de transporte de electrones, la oxidación de ácidos grasos, la lipogénesis y la oxidación de aminoácidos para producir energía. El calor es un subproducto de esas reacciones.
Glosario
- tasa metabólica basal (TMB)
- cantidad de energía gastada por el cuerpo en reposo
- conducción
- transferencia de calor a través del contacto físico
- convección
- transferencia de calor entre la piel y el aire o el agua
- evaporación
- transferencia de calor que ocurre cuando el agua cambia de un líquido a un gas
- tasa metabólica
- cantidad de energía consumida menos la cantidad de energía gastada por el cuerpo
- radiación
- transferencia de calor a través de ondas infrarrojas
- termoneutral
- temperatura externa a la que el cuerpo no gaste ninguna energía para la termorregulación, alrededor de 84 °F
- termorregulación
- proceso de regular la temperatura del cuerpo