¿De dónde sale el calor del cuerpo humano?

Ayer repasaba la lista de preguntas que me habéis mandado al e-mail (jordipereyra@cienciadesofa.com) y encontré una que había olvidado por completo, pero que en su día me pareció tan interesante que he pasado la noche autoflagelándome como castigo por haberla olvidado durante meses: ¿De dónde sale el calor que nos mantiene vivos? Es decir, ¿qué parte parte de nuestro cuerpo lo produce?

Sin más dilación, empecemos por poner algo de contexto.

Todos hemos oído alguna vez que el cuerpo humano funciona de manera óptima cuando se encuentra a una temperatura de entre 36,1ºC y 37,2ºC (o algo parecido). ¿Por qué precisamente ese rango de temperaturas y por qué nuestra vida empieza a peligrar cuando nos alejamos de estos valores?

Oye, estás muy preguntador hoy, ¿eh? No sé si te has olvidado que aquí soy yo quién se encarga de cuestionar las cosas.

Ay, sí, perdona, voz cursiva, la próxima te la dejo hacer a ti.

Pues resulta que los seres vivos estamos hechos de materia (notición). Pero, al contrario que la materia inerte en general, nuestros cuerpos cuentan con una variedad tremenda de moléculas distintas y muy complejas.

Esto se debe a que, al contrario que la materia inerte, los seres vivos nos pasamos el día dando vueltas por ahí, buscando comida, procesando esa comida para asimilarla, orientándonos por el mundo, renovando constantemente los distintos tejidos que nos componen, reaccionando a los estímulos que ocurren a nuestro alrededor o codificando nuestra información genética en nuestro ADN, por poner unos pocos ejemplos. Cada uno de estos procesos distintos necesita moléculas diferentes para llevarse a cabo que, además, sean compatibles entre sí.

De ahí que el carbono, un elemento capaz de formar una mayor variedad de moléculas que el resto de la tabla periódica junta, sea el elemento básico para la vida. Y no sólo eso, sino que además el carbono también permite la formación de moléculas tremendamente grandes y complejas.

Un proteasoma: una proteína grande encargada de degradar otras proteínas dañadas o no necesarias. Una obra del carbono. Crédito: molekuul.be

Total que, para para mantener todas estas funciones vitales activas, las moléculas que contienen nuestros cuerpos necesitan reaccionar químicamente entre sí: el oxígeno debe pasar de los glóbulos rojos a las células, la glucosa tiene que descomponerse para liberar energía, las distintas hormonas que envían señales químicas por el cuerpo tienen que reaccionar con sus receptores correspondientes, los impulsos tienen que pasar de un extremo a otro del sistema nervioso… Total, que nuestra existencia depende por completo de que todas estas reacciones químicas se produzcan con normalidad, en resumidas cuentas.

Pero, como explicaba en esta entrada sobre el elemento más reactivo que se conoce, el ritmo con el que se produce una reacción química depende muchísimo de la temperatura. Por un lado, las reacciones se sucederán a un ritmo mayor a medida que aumente la temperatura y, por otro lado, su ritmo disminuirá cuando se enfríen hasta prácticamente detenerse (aunque nunca se detienen por completo).

Un exceso de calor también afecta a la estabilidad de las moléculas. A medida que la temperatura aumenta, una molécula tendrá más energía cinética o, lo que es más o menos lo mismo, “vibrará” más deprisa. Si la temperatura aumenta lo suficiente, entonces los propios enlaces químicos que mantienen una molécula unida se romperán y ésta se separará formando otros compuestos más simples. En el caso de las proteínas que nos componen a los seres vivos, las moléculas complejas tienden más a desnaturalizarse que a descomponerse. Esto significa que pierden su forma al ser expuestas al calor, lo que cambia también sus propiedades químicas y las vuelve totalmente inservibles para los procesos metabólicos.

(Fuente)

Sí, lo sé, parece una chorrada, pero este cambio de forma puede tener un gran cambio en el comportamiento químico de un compuesto. Si ayuda en algo a visualizar los efectos que tiene sobre la materia a escala macroscópica, esta es la pinta que tiene la desnaturalización de las proteínas que componen distintos alimentos:

Desnaturalización por calor (la gamba y el huevo), mecánica (la clara de huevo batida) y la por la acción de la sal (la mantequilla). (Fuente)

Y estos son los factores que obligan al cuerpo humano a que se encuentre en un rango concreto de temperaturas: las reacciones químicas que tienen lugar en nuestro interior deben producirse al ritmo adecuado y las moléculas que nos dan forma no pueden estar tan calientes que empiecen a desnaturalizarse.

Curiosamente, un sobrecalentamiento del cuerpo puede resultar peligroso más rápidamente que un enfriamiento por el hecho de que, al aumentar la temperatura, muchas de las moléculas que nos componen pierden su forma y se convierten en otras que a nuestras células no les sirven para nada. La temperatura corporal más alta a la que alguien ha sobrevivido son los 47ºC que alcanzó el cuerpo de Willie Jones, un tipo de Atlanta, en 1980 tras un golpe de calor. Pero este es un caso muy extremo: como referencia, la mayoría de veces una temperatura de entre 40,6ºC y 41,7ºC (ni siquiera 5ºC por encima de la temperatura corporal media) puede resultar letal.

En comparación, el récord de supervivencia a una temperatura corporal más baja está en 13,7ºC, casi 23ºC por debajo de la temperatura normal. Esto significa que, dentro de lo que cabe, nuestro cuerpo puede tolerar que las reacciones químicas que nos mantienen vivos se ralenticen con más facilidad que el hecho de que las moléculas que lo componen se desnaturalicen, como es de esperar.

Todo esto es muy interesante, de verdad, pero yo quiero saber de dónde sale todo ese calor que me mantiene con vida.

Ah, claro. Gracias, voz cursiva, me he ido por las ramas. Te interesará saber que esta pregunta ya la intentaron responder en la antigüedad, llegando a unas conclusiones bastante curiosas.

Por ejemplo, Aristóteles decía el corazón produce el calor que luego se reparte por el resto del cuerpo a través de las venas. No parece una teoría descabellada para los estándares de hoy en día, pero hay que tener en cuenta que Aristóteles también pensaba que el corazón calentaba tanto la sangre que la hacía hervir y que, si no fuera porque el aire de los pulmones mantiene el pecho refrigerado, el corazón podía estallar en llamas.

Por romántica que pueda sonar esa idea, en la actualidad sabemos que el cuerpo humano no funciona así.

En realidad, el calor corporal proviene en su mayoría de los propios procesos metabólicos que tienen lugar en las células. Las reacciones químicas que ocurren en su interior son exotérmicas, lo que significa que liberan calor mientras las moléculas interaccionan entre sí para formar nuevos compuestos. O sea, que el calor combinado de las reacciones químicas que tienen lugar en el interior de los 37 billones de células que nos componen es lo que nos mantiene calientes.

En menor medida, el calor corporal también proviene de la fricción generada en el interior de los músculos al moverse, dado que sólo el 20% de la energía invertida en el proceso se transforma en movimiento y el resto se disipa en forma de calor. De hecho, si alguna vez habéis tiritado de frío habréis experimentado cómo vuestro cuerpo intenta generar algo de calor adicional contrayendo y relajando los músculos.

Espera, espera… Entonces, ¿el cuerpo necesita encontrarse a una temperatura concreta para mantenerse en funcionamiento, pero a su vez las células también liberan calor?

Sí, en un proceso que se autoregula en este sentido: las reacciones químicas liberan calor hasta que el cuerpo entero se calienta hasta una temperatura de equilibrio, que es la temperatura corporal media. Cualquier desviación por encima o por debajo de la temperatura de equilibrio puede afectar al rendimiento de las reacciones químicas que nos mantienen vivos y, por tanto, si las condiciones externas son demasiado calientes o frías, entonces nuestro organismo puede deshacerse del exceso de calor devolviéndolo a la atmósfera mediante el sudor o, como comentaba, puede tiritar para combatir el frío, por ejemplo.

Y ahora que estamos contextualizados, voy a responder a una pregunta que me mandó Álvaro Ortiz porque también es bastante interesante y está relacionada con este tema: ¿por qué notamos mucho más frío en el agua que en el aire, aunque se encuentren a la misma temperatura?

La respuesta se puede resumir en dos palabras: conductividad térmica, que es una manera de decir “la velocidad con la que una sustancia transfiere (o absorbe) el calor, en este caso de nuestros cuerpos”.

Por ejemplo, a 25ºC el aire tiene una conductividad térmica de 0,024 watts por metro y grado (W/m K), mientras que el valor para el agua corresponde a 0,58 W/m K. Esto significa que el agua conduce el calor 24 veces mejor que el aire… Lo que también significa que el agua absorbe calor del cuerpo humano a un ritmo 24 superior que el aire.

No veo por qué tendríamos que notar el agua más fría que el aire sólo por eso.

Ah, pero es que aquí llega la revelación que te va a dejar con el culo torcido, voz cursiva: los seres humanos no notamos la temperatura de las cosas, sino la velocidad a la que el objeto que tocamos nos transfiere calor o nos lo roba. En este vídeo del canal Veritasium se demuestra muy bien.

Resumiendo y traduciendo, en el vídeo el presentador deja que la gente toque un libro y un disco duro de metal que llevan varias horas a la intemperie y pide que le digan cual les parece que está más frío. Paralelamente, mete un pastel en el horno y, después de media hora, mide la temperatura tanto del pastel como de la bandeja metálica que lo contiene. El resultado es que tanto el pastel como la bandeja de metal se encuentran a la misma temperatura.

Bueno, ¿Y cual se supone que es la sorpresa?

Pues que, si tocamos la bandeja de metal recién salida del horno nos vamos a quemar y si tocamos directamente el pastel no nos pasará nada, pese a que ambos se encuentran a la misma temperatura. De la misma manera, aunque un libro y un disco duro que se pasen el día al aire libre adoptarán la temperatura del aire, al tacto parecerá que el disco duro está más frío porque el metal tiene una conductividad térmica mucho mayor.

Y, de nuevo, esto se debe a que nuestra piel no nota la temperatura en sí de los objetos, si no lo rápido que nos transfieren o les transferimos el calor. Esta idea tiene mucho sentido desde el punto de vista evolutivo. Al fin y al cabo, nos da igual la temperatura real a la que se encuentre una cosa: lo importante es el tiempo que va a tardar en quemarnos o congelarnos porque tendremos que reaccionar a esa amenaza antes de que nos haga daño.

Pero, bueno, por reveladora que parezca la noticia, en realidad el aire y el agua no son muy buenos conductores del calor comparados con algunos materiales sólidos. La ventaja que tienen el aire y el agua a la hora de robar nuestro preciado calor corporal es que, al ser fluidos, pueden cubrir toda la superficie de nuestro cuerpo. Además, al entrar en convección siempre hay aire o agua fría en contacto con nuestra piel para seguir incordiando.

Pero los metales son otra historia. El agua tendrá un coeficiente de conductividad térmica de 0,58 W/m K, pero el del cobre es de 385 W/m K y el de la plata es de 406 W/m K, por poner dos ejemplos.

Esto también tiene consecuencias curiosas, como este documento de la NASA en el que se describen los estándares a tener en cuenta a la hora de diseñar botones y superficies en los vehículos espaciales porque, como es normal, en el espacio las cosas se calientan y se enfrían a temperaturas relativamente extremas, así que todo el interior de las naves tripuladas debe aislarse y climatizarse en mayor o menor medida. Conocer los extremos que puede tolerar el ser humano sin notar molestias puede ahorrar tiempo y material al evitar que se tomen medidas de precaución innecesarias o se añada, por ejemplo, aislante extra a la nave.

Al parecer, según el documento, el frío nos empieza a molestar cuando nuestra piel alcanza una temperatura de unos 10ºC y el calor hace lo mismo a los 45ºC. Por tanto, los materiales de las superficies que tienen que tocar los astronautas se eligen de manera que tarden bastante aumentar o reducir la temperatura de la piel que está en contacto con ellos hasta esos valores. De ahí que tenga importancia la conductividad térmica del material, ya que será lo que determine durante cuanto tiempo un astronauta podrá manipular la maquinaria sin notar molestias.

Otro caso que me ha parecido curioso y está relacionado con el tema es el diamante, con una conductividad térmica de 1.000 W/m K, casi 2.000 veces superior a la del agua.

En este caso, la altísima conductividad térmica de este material ayuda a distinguir entre un diamante natural de uno sintético. Al tener una conductividad térmica mucho mayor a la de uno sintético, un diamante natural se podrá reconocer por el tiempo que tarda en aumentar su temperatura al aplicarle calor. Normalmente hace falta un aparato para distinguir esto, pero parece ser que los expertos pueden distinguir entre un diamante natural y uno sintético colocándoselos en la lengua y sintiendo cómo de rápido se la enfrían.

Y, por último, otra curiosa consecuencia del hecho de que los materiales no transfieren el calor de un lado a otro de manera instantánea y que unos lo hacen más deprisa que otros es que puedes meter la mano en una olla lleno de plomo fundido (327ºC, con una conductividad térmica de sólo “34,7 W/m K”) y, si lo haces suficientemente rápido, no te vas a quemar porque no tendrá tiempo suficiente como para transferir suficiente calor a tu mano… Como enseña el señor de este vídeo.

De todas maneras, no aconsejo que lo probéis.

Y, por supuesto, este también es el motivo por el que la gente puede andar sobre ascuas sin quemarse los pies. La madera tiene un coeficiente de conductividad térmica bajísimo, de sólo entre 0,04 y 0,12 W/m K, por lo que las ascuas no tienen tiempo de transferir suficiente calor a tus pies mientras te mantengas en movimiento. Lo comento porque hace tiempo que tengo la sección de Patrañas abandonada y dado que a esta actividad se le suelen atribuir muchas explicaciones “sobrenaturales”.

 

Y hasta aquí la entrada de hoy. Os dejo de nuevo con vuestra ansiada publicidad de la revista de National Geographic 🙂

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22 pensamientos en “¿De dónde sale el calor del cuerpo humano?”

  1. Como critica constructiva, he echado de menos que comentases algo de las enzimas cuando hablabas de la velocidad de las reacciones. La mayoria serian demasiado lentas para sostener la vida sin estos biocatalizadores (que juegan el mismo papel, salvando las distancias, que los que llevamos en el escape del coche). Y es que, estos catalizadores son proteinas (o RNA, o ambos) que necesitan mantener esa perfecta conformacion. Basicamente es como si la reaccion fuese agarrar algo con la mano: necesitamos que la mano (enzima) este cerrada (configuracion activa) sobre el objeto a mover (sustrato); si la mano esta abierta (configuracion inactiva o desnaturalizada), dificilmente podremos levantar el objeto.
    Dicho esto, me voy a leer el resto de entradas que echaba de menos pasearme por tu genial blog!

  2. Hmmmmm… el que el plomo no nos queme la piel si el movimiento es rápido no es producto del efecto Leidenfrost? (el agua/sudor de la piel al evaporarse crea una capa de gas que evita el contacto entre esta y la piel durante unos instantes?)

    1. Eso mismo estaba pensando yo…como metas la mano en plomo fundido sin mojarla antes ya puedes confiar en la “baja” conductividad términca, que la llevas clara XD

        1. ¡es verdad! esto pasa por no ver el vídeo hasta el final, un punto para la conductividad términca (y otro para la rápidez de movimientos del hombre) jejeje

  3. Mi pregunta es: ¿Al someternos a un ambiente frío puede ser una estrategia viable para obligar al organismo a quemar más calorías? Intuyo que no, pero me gustaría saber tu opinión. Gracias.

    1. No, de hecho es una estrategia habitual en trastornos de anorexias y similares pero no funciona absolutamente nada. Digamos que el calor es un efecto secundario de las reacciones, no un objetivo directo. No quemamos nutrientes para producir calor y el mejor ejemplo es el que pone Jordi, cuando hace frío tiritamos, no empezamos a procesar por ejemplo grasa para producir calor.

  4. Me surgió una duda similar a la de Alberto Montero, ¿Qué diferencia existe entre los animales de sangre fría y caliente?

    Felicidades por el premio! a mí entender, deberías ser el ganador desde hace años.

  5. Esperaba que explicaras el proceso de respiración de las mitocondrias que es el mayor contribuyente de calor del cuerpo. Lo difícil es explicarlo de una manera sencilla que se entienda, lo que en otros post hacías muy bien! Este post se te ha ido de las manos, de va demasiado por las ramas.

  6. Muy interesante Jordi, he echado en falta las tiritonas y las proteínas desacobladoras de la cadena de transporte electrónico pero supongo que eso ya es entrar en demasiado detalle de fisiología y bioquímica del cuerpo humano. Perfecto desde el punto de vista físico.

  7. Gracias por tu blog, es genial.

    ¿Podrías explicar también por qué adelgazamos si hacemos ejercicio? Es obvio que es porque consumimos nuestras reservas de energía. Pero perder energía, no implica perder peso, es decir, masa (el efecto E=mc2 es despreciable aquí). Por lo tanto, ¿por qué medio perdemos masa adicional cuando hacemos ejercicio? No es por las heces, porque por ahí solamente sale lo que ya teníamos en los intestinos. No creo que sea el sudor, pues la pérdida de líquidos se recupera fácilmente y sin embargo, sí que perdemos grasa al hacer ejercicio. ¿Es el CO2 adicional que expulsamos por los pulmones? ¿O quizá la orina?

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