AUTOEVALUACIÓN - Capítulo 44. Homeostasis II: la regulación de la temperatura

Cuestionario:

¿Cuál es la diferencia entre conducción y convección de calor?
Compare la relación superficie:volumen de un iglú esquimal con el de una casa de campo. ¿De qué manera está el iglú adaptado al ambiente en que se encuentra?
Distinga entre los siguientes conceptos: endotermo, ectotermo, poiquilotermo y homeotermo.
Discuta las ventajas y desventajas de la endotermia.
¿Tiene la fiebre un valor adaptativo?
¿Cómo ayuda el glicerol a los insectos a tolerar temperaturas bajo cero?
¿Cómo pueden algunos peces e insectos elevar la temperatura corporal?; ¿cuál es la ventaja de esta estrategia en cada caso?
Describa lo que ocurre en el cuerpo humano cuando su temperatura se eleva y cuando desciende.
En términos de regulación de la temperatura, ¿cuál es la ventaja de tener monitores de temperatura localizados externamente, por ejemplo en la parte externa de un edificio o en la piel? ¿Por qué es también importante vigilar la temperatura interna? ¿Cuál sería la fuente principal de información de su termostato hipotalámico?
Las plantas, como los animales, se calientan por encima de la temperatura ambiente por la luz del sol. ¿Por qué las hojas expuestas a la luz solar en la copa de un roble son de menor tamaño y tienen más lóbulos (digitiformes) que las hojas en las áreas sombreadas de la parte inferior del árbol?

Respuestas:

1. ¿Cuál es la diferencia entre conducción y convección de calor?

De acuerdo con la segunda ley de la termodinámica, el calor es transferido desde un cuerpo más caliente a un cuerpo más frío. Si los dos cuerpos están en contacto físico, de tal modo que la energía cinética pueda transferirse directamente de una molécula a otra, el calor se transmite por conducción. En cambio, el transporte de calor por convección implica el movimiento de aire o agua en forma de corrientes. Los fluidos disminuyen su densidad a medida que la temperatura aumenta, por lo que, cuando se calienta un fluido como el aire, éste tiende a elevarse y es reemplazado por aire más frío, que a su vez, a medida que se calienta, se eleva. Lo mismo pasa con el agua. Así se generan las llamadas corrientes de convección.

2. Compare la relación superficie:volumen de un iglú esquimal con el de una casa de campo. ¿De qué manera está el iglú adaptado al ambiente en que se encuentra?

En ambientes fríos, como los polares, la forma de semiesfera del iglú permite, para un mismo volumen, reducir la superficie por la cual se puede disipar el calor.

3. Distinga entre los siguientes conceptos: endotermo, ectotermo, poiquilotermo y homeotermo.

Un endotermo es un organismo que obtiene su calor internamente (por lo general a partir de la oxidación de la glucosa y de otras moléculas que contienen energía) y que regula su temperatura por mecanismos internos. Un ectotermo es un organismo que obtiene su calor del exterior y que regula su temperatura a través de adaptaciones de su comportamiento. Un poiquilotermo es un organismo cuya temperatura corporal es variable, generalmente la misma temperatura que el medio externo. Un homeotermo es un organismo que mantiene bastante constante la temperatura interna de su cuerpo (generalmente alta, en términos relativos).

4.Discuta las ventajas y desventajas de la endotermia.

En los endotermos, la oxidación de la glucosa y otras moléculas productoras de energía dentro de las células del cuerpo constituye la principal fuente de calor. En general, la producción endógena de calor permite la regulación precisa de la temperatura corporal. Esa es la razón principal por la que la mayoría de los endotermos son buenos homeotermos, es decir, que mantienen la temperatura corporal relativamente constante a pesar de las fluctuaciones de la temperatura ambiente. La homeotermia tiene un número de ventajas, de las cuales tal vez la más importante es la capacidad de funcionar al máximo de la eficiencia posible, aun a bajas temperaturas externas. Esta capacidad habría permitido a los mamíferos primitivos estar activos durante la noche, buscando alimento y pareja, en momentos en que los animales dominantes de esa era -los reptiles- estaban muy probablemente inactivos. La homeotermia también hizo posible la invasión de ambientes menos hospitalarios, particularmente aquellos con temperaturas relativamente bajas durante la mayor parte del año.

Sin embargo, en términos de requerimientos energéticos, el costo de la homeotermia es algo elevado: incluso para endotermos que tienen un buen aislamiento -como ocurre en muchos mamíferos-, la tasa metabólica es aproximadamente 10 veces la de un reptil de tamaño similar aclimatado a la misma temperatura. Además, la tasa metabólica de los mamíferos muy pequeños es mucho más elevada que la de los mamíferos grandes. Esto se debe, principalmente, a sus mayores relaciones superficie a volumen. Como consecuencia de estos altos requerimientos energéticos, un mamífero debe adquirir y procesar grandes cantidades de alimento. Hace esto comiendo más cantidad y procesando el alimento más rápidamente, lo que es posible por un tracto digestivo más contorneado y con una mayor cantidad de vellosidades. Como consecuencia del alto costo energético, la densidad poblacional de los endotermos no puede ser tan grande como la de los ectotermos.

5. ¿Tiene la fiebre un valor adaptativo?

La fiebre puede ser un mecanismo que se seleccionó positivamente. No se debe a un mal funcionamiento del termostato hipotalámico sino a un reajuste del valor de referencia del termostato. Una temperatura elevada mejora la respuesta inmune reduciendo el crecimiento de patógenos.

6.¿Cómo ayuda el glicerol a los insectos a tolerar temperaturas bajo cero?

Cuando un tejido se congela, la formación y el crecimiento de cristales de hielo rompe las células. Los artrópodos polares poseen mecanismos que previenen el congelamiento de sus tejidos: por un lado, pueden aumentar la concentración de sustancias de sus fluidos -como el glicerol- de manera de disminuir la temperatura a la cual se congelan. Otra estrategia consiste en permitir que los fluidos se superenfríen, es decir, que se mantengan líquidos a temperaturas por debajo de su punto de congelamiento. Esto es posible porque el agua necesita un núcleo de hielo para empezar a congelarse. La presencia de glicerol, un "anticongelante" en estos organismos previene la formación del proceso de nucleamiento, con lo cual el agua puede ser superenfriada.

7.¿Cómo pueden algunos peces e insectos elevar la temperatura corporal?; ¿cuál es la ventaja de esta estrategia en cada caso?

Algunos insectos son endotermos espaciales -o regionales-, es decir que solo generan calor en determinados órganos. Por ejemplo, muchos insectos voladores pueden elevar la temperatura del tórax ejercitando sus músculos del vuelo. Antes de comenzar a volar, estos músculos trabajan enfrentados, produciendo calor sin mucho movimiento de las alas. El vuelo se inicia cuando la temperatura torácica alcanza aproximadamente 40° C, y se mantiene en ese valor. La polilla del género Eupsilia mantiene la temperatura del tórax a 30° C durante el vuelo aun cuando la temperatura ambiente es menor a 0° C. El tórax se mantiene aislado del abdomen por medio de sacos aéreos; de este modo, se mantiene elevada la temperatura. Además, existe un intercambiador de calor por contracorriente entre la hemolinfa fría que entra al tórax desde el abdomen y la hemolinfa caliente que sale del tórax que retorna al abdomen.

Al igual que sucede con numerosos reptiles terrestres, el gran tamaño corporal de muchos peces les permite retener el calor generado por más tiempo. Esta adaptación se conoce como inercia térmica. Sin embargo, la inercia térmica no es suficiente para elevar la temperatura corporal, ya que los peces pierden mucho calor por convección a través de la sangre durante la respiración branquial. En muchos peces, esta pérdida se compensó, evolutivamente, por medio de intercambiadores de calor por contracorriente localizados en las masas musculares de los costados del cuerpo. La combinación de estos mecanismos, sumado al mayor metabolismo aérobico, permitió que unas pocas especies de peces, entre ellas el atún, elevaran su temperatura corporal por encima de la del medio ambiente acuoso. Otros peces presentan, al igual que en los insectos, endotermia regional.

8.Describa lo que ocurre en el cuerpo humano cuando su temperatura se eleva y cuando desciende.

A medida que la temperatura del cuerpo aumenta, los vasos sanguíneos que se encuentran cerca de la piel se dilatan y el suministro de sangre se incrementa. Esto permite disipar calor del cuerpo. Las glándulas en toda la superficie del cuerpo comienzan a producir transpiración, lo cual enfría el cuerpo por evaporación desde la superficie de la piel.

A medida que la temperatura corporal cae, los vasos cercanos a la superficie de la piel se contraen, y el abastecimiento de sangre decrece. Esto limita la pérdida de calor. Tanto la actividad muscular involuntaria (temblor) como la voluntaria (aplaudir, moverse) incrementan la producción de calor a través de la oxidación de la glucosa. La estimulación de las hormonas y del sistema nervioso autónomo incrementa la actividad metabólica, aumentando la producción de calor a través de reacciones químicas.

9.En términos de regulación de la temperatura, ¿cuál es la ventaja de tener monitores de temperatura localizados externamente, por ejemplo en la parte externa de un edificio o en la piel? ¿Por qué es también importante vigilar la temperatura interna? ¿Cuál sería la fuente principal de información de su termostato hipotalámico?

La ventaja de monitores de temperatura ubicados externamente es que los cambios en la temperatura ambiental pueden ser detectados inmediatamente, y que los ajustes necesarios pueden ser realizados en respuesta a esos cambios antes de que ocurran modificaciones significativas en la temperatura interna del organismo. También es importante monitorear la temperatura interna porque es la temperatura crítica para el funcionamiento de la multitud de células que forman el organismo. Pueden ocurrir cambios en la temperatura interna independientemente de los cambios en la temperatura externa como resultado de, por ejemplo, la liberación, el consumo, o la inactividad de grandes cantidades de líquidos muy calientes o muy fríos. Las principales fuentes de información para el termostato humano, el hipotálamo, deberían ser los monitores internos de temperatura, particularmente aquellos monitores ubicados en el termostato mismo que miden la temperatura de la sangre que fluye al cerebro.

10.Las plantas, como los animales, se calientan por encima de la temperatura ambiente por la luz del sol. ¿Por qué las hojas expuestas a la luz solar en la copa de un roble son de menor tamaño y tienen más lóbulos (digitiformes) que las hojas en las áreas sombreadas de la parte inferior del árbol?

Las hojas pequeñas y con lóbulos más extensos que se ubican en la punta de un roble tienen menos superficie expuesta al Sol que las hojas más grandes y con menos lóbulos que se encuentran más abajo en el árbol. De esta manera, las hojas más bajas absorben menos luz y no se calientan tanto como sucedería de otra manera. Los muchos lóbulos de las hojas determinan una alta relación superficie:volumen, la cual incrementa la tasa a la cual el calor puede ser disipado al ambiente por conducción, radiación y evaporación (transpiración), a pesar de que ésta última necesariamente resulta en un incremento de la pérdida de agua. Las hojas pequeñas y más extensamente lobadas de la copa de roble también permiten pasar más luz a través del canopeo hasta los estratos más bajos del árbol, donde están las hojas más grandes y menos extensivamente lobadas. Por lo tanto, la cantidad de energía que se recibe en las distintas partes del árbol resulta más uniforme, como también la fotosíntesis y la temperatura.

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