Aspectos termodinámicos de los sistemas biológicos. Por Gustavo Ruiz Camacho. La termodinámica es una ciencia, cuya área de interés es el estudio de la energía. Generalmente cuando hablamos de energía pensamos electricidad, combustibles fósiles y sus diversas aplicaciones (maquinas, circuitos, motores, etc.), pero ¿Qué hay del aspecto biológico? Todo ser vivo, desde los organismos más simples (células, bacterias, etc.), hasta los organismos más complejos (plantas, animales, humanos) existen y sobreviven gracias a la energía. La termodinámica entonces, tiene una pequeña aplicación en el estudio de esas transferencias de energía y procesos de transformación que ocurren en los sistemas biológicos. El análisis de estos sistemas es muy complejo, pero a pesar de ello, están formados principalmente por 4 elementos básicos: hidrogeno, oxigeno, carbono y nitrógeno. Los organismos básicos en el cuerpo humano son las células, y están formadas por estos elementos. En las células ocurren miles de reacciones químicas cada segundo, las cuales generan energía, se alimentan nuevos procesos y se forman nuevas moléculas. A esta intensa actividad celular se le conoce como metabolismo. Definiéndolo sencillamente, el metabolismo es la combustión de alimentos para diversos procesos. En estado de reposo al metabolismo se le conoce como “tasa metabólica basal”. En este estado una persona disipa 84W de energía en promedio. Esta aumenta según el nivel de actividad de cada persona y puede llegar a exceder 10 veces cuando se realiza ejercicio intenso. Esta tasa varía según el sexo, tamaño y las condiciones de salud, y decrece de modo considerable con la edad. Todas estas reacciones ocurren a temperatura, presión y volumen constantes. Las células tienden a aumentar de temperatura cuando se convierte alguna energía química en calor. Acciones como realizar ejercicio, genera que el alimento sea aprovechado, en este caso en las células musculares, lo que hará que esa energía química sea transformada en energía mecánica (trabajo). Esta energía mecánica (trabajo) se convertirá en calor, el cual el cuerpo liberara hacia el medio ambiente. Esto es una consecuencia del principio de la conservación de la energía, el cual explica que la misma energía que suministras a un sistema es igual a la salida de energía en este, siempre y cuando, la energía total en el sistema permanezca constante en el proceso. Como antes lo hablamos, un cuerpo requiere de energía para funcionar; este requerimiento se satisface mediante el consumo de alimentos. Estos nutrimentos se dividen principalmente en carbohidratos, proteínas y grasas. Los carbohidratos contienen en sus moléculas átomos de hidrogeno y oxígeno. El pan y el azúcar son algunos ejemplos de estos. Las proteínas contienen carbono, hidrogeno, oxígeno y nitrógeno (elementos básicos en los sistemas biológicos). Son muy importantes para la construcción y reparación de tejidos corporales. Se encuentran principalmente en alimentos como la carne, leche y huevos. Las grasas son moléculas pequeñas conformadas por hidrogeno y oxígeno. Se encuentran en aceites vegetales y grasas animales. Para entender cuanto debemos consumir de estos alimentos, en promedio, un estadounidense consume un 45% de carbohidratos, 40% de grasas y 15% de proteínas. Una dieta saludable debe tener menos del 30% de grasas. El contenido energético de un alimento se determina quemando una muestra de este en un dispositivo llamado “calorímetro de bomba”. El contenido promedio de energía metabolizable de los 3 grupos básicos es de 4.2MJ/Kg para carbohidratos, 8.4MJ/Kg para proteínas y 33.1MJ/Kg para grasas. Generalmente este contenido energético se expresa en Calorías (Cal). Una Cal es igual a 1000 calorías, que es igual a una kilocaloría; todo esto equivale a 4.1808KJ. Las necesidades calóricas diarias de las personas varían según sexo y edad, aunque también influyen otros factores como peso corporal, composición del cuerpo, etc. Un hombre en promedio requiere entre 2400 y 2700 Cal. al día; una mujer promedio va desde 1800 a 2200 Cal. al día. Como se ha visto, para que estos requerimientos energéticos sean satisfechos, en nuestro organismo deben ocurrir miles de procesos; inclusive en reposo nuestro cuerpo disipa algo energía. Por estas razones la termodinámica tiene (aunque pequeña) un área de interés en estos aspectos biológicos y como influyen en nuestro desarrollo diario. Estos procesos no son fáciles de analizar, pero su atractivo intelectual hace de estos, un muy interesante tema de estudio dentro de la termodinámica. Please download full document at www.DOCFOC.com Thanks