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CAPÍTULO 2

BIOFÍSICA Y BIOQUÍMICA BÁSICAS

HOMEOSTASIS

El cuerpo humano está expuesto a un constante cambio del entorno externo. Estos cambios se neutralizan gracias al entorno interno (la sangre, la linfa y los líquidos de los tejidos que bañan y protegen las células). Esta estabilidad es el objeto de los mecanismos vitales. Veamos algunos ejemplos.

El ejercicio provoca calor y la temperatura corporal del cuerpo aumenta. Entonces, se produce la transpiración, que causa una pérdida de calor debido a la evaporación del agua para compensar el aumento de temperatura, es decir, el sudar es un mecanismo fisiológico de enfriamiento que actúa en un esfuerzo o en un estado febril.

La sangre es normalmente algo alcalina. Aunque durante el ejercicio los músculos producen dióxido de carbono, hay poco rastro de este ácido, principalmente por las propiedades químicas de almacenamiento y, además, porque el exceso de CO₂ se exhala cuando se forma. De aquí que se gaste más oxígeno en una respiración rápida durante el esfuerzo y el consiguiente jadeo.

Un tercer ejemplo de la homeostasis se encuentra en el hecho de que el nivel sanguíneo de azúcar (glucosa) permanece constante durante el ayuno, incluso aunque éste esté siendo quemado por los tejidos, a causa de que el azúcar se forma a partir de la grasa y las proteínas en los almacenes corporales, principalmente en el hígado.

Por último, la mayoría del agua que bebemos entra en el torrente sanguíneo. Aun con grandes cantidades de fluido, no disminuyen la presión osmótica de la sangre por dilución. Cualquier tendencia en esta dirección es detectada por los osmorreceptores especiales en la base del encéfalo, afectando la producción de la hormona hipofisaria que controla la salida de agua del riñón. La excreción de agua en la orina sigue el mismo ritmo que la absorción.

Estos ejemplos ilustran cómo el entorno interno se mantiene constante a pesar de las tensiones externas. Cuando estos mecanismos fallan, el organismo está en peligro, por ejemplo, en casos de fiebre alta debida a una infección o cuando el azúcar de la sangre desciende a niveles peligrosos.

EL AGUA CORPORAL

El agua es el medio líquido universal del cuerpo. Transporta alimentos, desechos y gases respiratotersticial. El agua intracelular restante es unos 25 litros.

El contenido total de fluido extra-celular (FEC) varía ligeramente y el peso del cuerpo por la mañana (después de orinar) fluctúa alrededor de un kilogramo. El FEC se reduce por la falta de agua, o por un incremento de su pérdida debido al sudor, los vómitos o diarrea. Se incrementa cuando se acumula líquido en los tejidos (edema), como, por ejemplo, en casos de inanición, insuficiencia cardíaca o enfermedades del riñón.

Existen diferencias importantes entre la composición del FEC y la del fluido intracelular (FIC). Los cationes del FEC son principalmente sodio, algo de potasio, calcio y magnesio; los del FIC son básicamente potasio, algo de sodio rios, y permite difundirlos dentro y fuera de las células. El agua constituye aproximadamente el 95% del proto-plasma celular y el 60% del peso corporal, y ninguna sustancia puede influir en las células vivas hasta que se introduce en una solución acuosa.

El agua total del cuerpo es unos 40 litros en un hombre normal, adulto y sano o, lo que es lo mismo, dos tercios del peso del cuerpo. Esto incluye el agua de los fluidos libres, como el plasma sanguíneo, y el fluido de los espacios tisulares e intercelulares. El agua extracelular es unos 15 litros, o un quinto del peso corporal. Tres litros están contenidos en el plasma; los 12 restantes se encuentran en el fluido iny calcio, y bastante más de magnesio. Los aniones del FEC son cloruro, con algo de bicarbonato; los del FIC incluyen algo de cloruro, bicarbonato y sulfato, pero son principalmente ácidos orgánicos, fosfato y proteínas. Así , la diferencia más relevante se encuentra en que el sodio es el catión principal fuera de las células, mientras que el potasio lo es en el interior. Esta diferencia, además de esencial, es constante. El FEC, o medio interno, es principalmente una solución de NaCl. El bicarbonato del FEC está controlado por la respiración, pues se expele CO₂ para regular la acidez del fluido.

El agua corporal procede del contenido acuoso de la comida sólida, del agua que bebemos y del agua metabólica formada en los tejidos por la oxidación del hidrógeno de la comida. El agua se pierde en la orina y en las heces, así como por la evaporación desde la piel y los pulmones. Los primeros dos fenómenos pueden variar mucho, pero el aire espirado siempre está saturado con vapor de agua. El equilibrio hídrico de un adulto sedentario y en un clima templado es el siguiente:

Captación:

comida 800 g; bebida 1.300 g; metabolismo 250 g = 2.350 g.

Producción:

orina 1.500 g; heces 25 g; evaporación 825 g = 2.350 g.

El agua evaporada es importante en el enfriamiento del cuerpo y representa una cuarta parte de la pérdida total de calor. Como consecuencia de que la pérdida del agua desde la piel y los pulmones es obligatoria, y a causa de que existe poca o ninguna reserva de agua, se produce fácilmente un equilibrio negativo si falla la captación, si hay una pérdida excesiva por una diarrea o vómitos, si hay un exceso de sudor, si existe una pérdida excesiva por espiración en condiciones frías o secas, o si alguna enfermedad del riñón elimina grandes cantidades de agua. La muerte acontece en menos de una semana si un individuo carece de agua. Por otro lado, no es posible crear un equilibrio positivo bebiendo grandes cantidades, porque el exceso de agua se pierde en la orina.

Desde una perspectiva biofísica, la función corporal está relacionada con el comportamiento de las moléculas en la solución acuosa. Así, por difusión, las sales de la sangre o el azúcar contenido en el líquido cefalorraquídeo están concentrados de manera uniforme.

Algunas membranas permiten que el agua y sustancias disueltas pasen libremente. Si tal membrana separa dos soluciones de diferentes concentraciones, éstas se equilibran por la transferencia de agua y solutos en direcciones inversas. Esto se denomina diálisis. Las membranas varían en el tamaño de las moléculas que dejan pasar y muchas membranas celulares sólo son semipermeables, permiten un acceso libre al agua pero son permeables sólo a algunos solutos. Si una membrana semipermeable separa dos soluciones de una sustancia que no puede atravesarla, el agua será atraída desde la solución más diluida hasta la más concentrada. Esta atracción del agua se conoce con el nombre de osmosis. La presión osmótica de la solución es la expresión del gradiente de energía establecido por la tendencia del agua siempre hacia la diálisis, así como a diluir la solución más concentrada.

El comportamiento de las células vivas está afectado de forma significativa por las presiones osmóticas relativas del medio ambiente y de la sustancia celular, pues la membrana celular que interviene es semipermeable. Un glóbulo rojo, inmerso en una solución salina concentrada, se consume cuando se le extrae el agua, pero crece y estalla en una solución diluida o en el agua.

Existe obviamente una presión osmótica en el medio circundante, que es idéntica a la que encontramos en el protoplasma de la célula. Tal solución no afecta la célula y se conoce con el nombre de isotónica. La estabilidad de la célula es tal que su presión osmótica es idéntica e isotónica con una solución de cloruro sódico al 0,9%, o solución salina normal. Esta solución es, entonces, idéntica desde un punto de vista osmótico a la de la sangre y la linfa, y se utiliza para bañar células y tejidos sin dañarlos. También puede perfundirse por vía intravenosa para restaurar una volemia reducida, como en el shock quirúrgico.

Cualquiera que sea la sustancia, las soluciones que contienen el mismo número de moléculas por unidad de volumen tienen la misma presión osmótica. Además, las soluciones de sustancias diferentes del mismo porcentaje de concentración tienen presiones osmóticas inversamente proporcionales al tamaño de sus moléculas (por ejemplo, una solución al 1% de proteínas, con moléculas complejas, contiene muchas menos partículas por centímetro cúbico que una solución al 1% de azúcar, siendo menor su presión osmótica correspondiente). Por otra parte, muchas sustancias denominadas electrólitos ionizan en una solución, es decir, sus moléculas se escinden o se disocian en dos o más iones cargados eléctricamente. La presión osmótica de tales soluciones es mayor de lo que podría esperarse por el tamaño de las moléculas y es proporcional al número total de partículas.

Las soluciones tienen una última propiedad de relevancia fisiológica debido a su tendencia a la ionización. Esta propiedad está relacionada con su reacción química: ácida, alcalina o neutra. La acidez es debida a la presencia de iones hidrógeno (H), mientras que la alcalinidad es producto de iones hidroxilos (OH). La reacción del agua es neutra porque produce estos iones en concentraciones idénticas. En cualquier solución donde el producto de los iones hidrógenos e hidroxilos sea constante, se producirán concentraciones inversamente proporcionales. La acidez o la alcalinidad de una solución puede calcularse midiendo sólo su concentración de hidrogeniones. Esta es siempre una pequeña cifra (un litro de agua sólo contiene 10 g de tales iones) y se suele utilizar la potencia de 10 como número positivo (el exponente de ión hidrógeno o pH).

Así, el pH del agua es 7, y éste es el punto medio de la neutralidad química. El pH de una solución cae cuando se eleva su acidez y se incrementa cuando se hace alcalino, un simple paso, digamos, de pH 7 a 8, indica un incremento diez veces mayor de alcalinidad. La reacción de la sangre se acerca normalmente más a la alcalinidad, con un pH de 7,4. Las funciones celulares se modifican profundamente con pequeños cambios en las reacciones químicas: un diminuto cambio en la acidez o en la alcalinidad puede condicionar un paro cardíaco. Sin embargo, pequeños cambios en la acidez y la alcalinidad se producen constantemente durante la vida, y sus efectos se minimizan mediante sales tampón (amortiguadoras), como el bicarbonato sódico, en los fluidos corporales y en el protoplasma, que actúan automáticamente para prevenir cualquier cambio en una reacción. El tampón principal en los fluidos corporales es el fosfato sódico, mientras que en las células es el bicarbonato sódico. Cada uno de éstos puede variar entre sus propias formas de acidez y de alcalinidad para compensar cualquier cambio en la reacción del entorno. Las proteínas pueden funcionar como ácidos diluidos o como bases, así como estabilizadores del pH de las células en que se incluyen.

CRISTALOIDES Y COLOIDES

Todas las sustancias se clasifican en dos clases: cristaloides, compuestos cristalizables simples, como el azúcar y la sal, que se disuelven con facilidad en el agua y atraviesan las membranas animales; y coloides, materiales complejos como la gelatina y la clara del huevo, que cristalizan con dificultad o, sencillamente, no lo consiguen y que se difunden con lentitud y no pueden atravesar membranas. Los dos pueden separarse mediante el proceso de diálisis y la diferencia esencial entre ellos se encuentra en el tamaño de sus moléculas: el peso molecular de la sal es 58,5; el que poseen las proteínas es del orden de 100.000.

Un coloide puede existir como sol predominantemente líquido, o como gel, en estado sólido o semisólido. Las “soluciones’⁵ coloidales sólo son en realidad suspensiones de partículas, una fase dispersa en un medio líquido. Estas mal llamadas fases son reversibles, como sucede cuando la leche, una suspensión de aceite en agua, se transforma en mantequilla, una suspensión de agua en aceite.

Una característica de las “soluciones” coloidales es que su estrato superficial posee una mayor concentración de coloides que la masa de la solución. Esto es característico de la membrana que rodea las células vivas: aquella membrana cuya semipermea-bilidad era responsable de la transmisión osmótica y del mantenimiento de ciertas diferencias entre el protoplasma contenido y el medio circundante.

Así, existe más potasio que sodio en los glóbulos rojos, aunque para el plasma la situación es inversa. De igual forma, la mayoría de las células tienen un pH ligeramente ácido de 6,8, aunque estén inmersas en un medio neutro o un poco alcalino. Estas diferencias se mantienen por la acción selectiva de la membrana celular. Pero esta acción selectiva no es únicamente física, porque el estrato externo contiene materiales grasos que pueden ser penetrados por agentes lipolubles como el éter o el alcohol (la acción anestésica se produce por una influencia de este tipo sobre las células cerebrales). Las soluciones coloidales son inestables y las partículas pueden precipitarse por el calor, por cambios del pH o por la adición de sales. La coagulación de las proteínas aisladas por el calor es familiar en el caso de las albúminas de la clara del huevo. Una última propiedad importante de los coloides consiste en su poder de absorción hacia otras sustancias debido a la inmensa área superficial formada por las partículas dispersas. La absorción es la capacidad para recoger y retener una sustancia sin entrar en una combinación química con ella.

Los principales factores físicos que controlan la transferencia de sustancias a través de las membranas celulares son los siguientes:

1.Una diferencia de presión hidrostática entre ambos lados. Así, la presión osmótica de las proteínas disueltas en el plasma sanguíneo resiste el paso de agua desde los capilares a los túbulos renales. Esta presión es el equivalente de 30 mm Hg. Esta se vence por lo general por el efecto hidrostático de la presión sanguínea –digamos, de 130 mm Hg. Pero si la presión sanguínea desciende por debajo de 30 mm, por enfermedad o shock, deja de formarse orina.

2.Las leyes ordinarias de difusión y osmosis, que dependen de las concentraciones relativas de las soluciones en ambos lados.

3.Las diferencias de potencial eléctrico.

4.La distinta permeabilidad de las membranas. Sólo alguna vez son impermeables de forma absoluta y ninguna es completamente semipermeable, permitiendo sólo el paso de agua. Algunas permiten el paso de algunos coloides, pero más a menudo sólo agua y cristaloides. En ocasiones, las sustancias sólo pasan en una dirección debido a los cambios que éstas producen en la membrana. Por último, en la diálisis de un compuesto de un ion difusible y otro no difusible, se desarrolla una diferencia de reacción química en ambos lados de la membrana; ésta es la base de la secreción de los jugos gástricos ácidos y alcalinos del estómago y del páncreas respectivamente.

TRANSFORMACIONES DE EMERGÍA DENTRO! DEL CUERPO

Los elementos químicos esenciales del protoplasma son el carbón, el hidrógeno, el azufre y el fósforo. Los compuestos simples de éstos, como, por ejemplo, el agua o el dióxido de carbono, requieren una elaborada conversión en materia orgánica, que se realiza por las plantas verdes bajo la influencia de la luz solar. Ni el hombre ni los animales pueden conseguir esto: dependen del consumo de materia vegetal, directa o indirectamente, después de haber sido utilizadas por otros animales como alimento. En el fondo, toda la carne es hierba. Las transformaciones de energía de la materia viva comienzan en la luz absorbida por las plantas y finalizan con su desgaste en las plantas y en los animales. Este cambio energético está sujeto a las leyes de la termodinámica y puede utilizarse para producir trabajo. (Obsérvese que el organismo vivo ha cambiado temporalmente la tendencia universal de la energía a agotarse y disiparse con el calor.)

Durante la digestión y la absorción, los constituyentes de la comida se descomponen en sustancias orgánicas más sencillas, que se reúnen después en los tejidos. Los productos finales difieren poco en su composición en el hombre y en los animales y, de alguna forma, entre un hombre y otro. El hombre depende de los materiales de desarrollo corporal y de las fuentes de energía de los compuestos orgánicos complejos –grasas, hidratos de carbono y proteínas– que han sido creados en las plantas vivas. Los únicos elementos químicos que el hombre puede recoger en estado libre son el oxígeno del aire inspirado. El oxígeno libera la energía potencial del alimento, quemándolo en las células del cuerpo para formar dióxido de carbono y agua, así como para liberar energía. Este último paso es totalmente contrario al que realizan las plantas verdes. Puesto que los productos descompuestos de los tejidos animales son utilizados por las plantas, existe un ciclo continuo del que dependen tanto las plantas como los animales. Y la energía para el calor y el movimiento de nuestro cuerpo se deriva, en última instancia, del sol.

La concentración de energía de las hojas verdes es muy poca y una gran e hierro. Los radicales básicos esenciales son los fosfatos y los cloruros.

Muchas comidas naturales contienen poco sodio; de aquí, la importancia de la sal en la dieta. Aunque un individuo sano no retiene sal en exceso, el contenido del cuerpo se mantiene bien por debajo de lo que es aconsejable para el riñón. El sudor contiene cantidad se la comen los animales herbívoros. Sin embargo, esta energía puede ser concentrada por los hervíboros en grasa y carne utilizadas en la dieta humana.

Este ciclo implica sólo al carbono, al hidrógeno y al oxígeno, pero unos ciclos similares se aplican al resto de elementos esenciales, como el nitrógeno. Este es sintetizado principalmente en materia orgánica por las bacterias de la tierra de las que dependen las plantas. Las plantas lo pasan al hombre y a los animales, que lo devuelven en forma de urea y amoníaco en sus excrementos. Algunos iones metálicos esenciales para el cuerpo se encuentran en forma de sales minerales simples: sodio, potasio, calcio, magnesio sal, y puede producirse una pérdida importante de sal en condiciones de calor y humedad, y causar calambres.

El potasio es abundante en las células de plantas y animales, siendo rara una deficiencia dietética. La pérdida de potasio puede producirse en los vómitos y la diarrea, y causa debilidad y sed.

El calcio es esencial para la formación de los huesos durante el crecimiento, así como para el mantenimiento de la masa ósea en el adulto, puesto que existe un volumen constante de los kilogramos de calcio contenidos en el esqueleto. La mayoría del calcio de la dieta se pierde en las heces, en forma de sales insolubles, por lo que el problema se encuentra en la absorción. Tanto la leche como el queso son ricas fuentes. El calcio del pan se absorbe más fácilmente si el pan es blanco, porque en el integral el ácido fítico de las cáscaras de los cereales da lugar a un fitato cálcico insoluble que se excreta y, por eso, se debe enriquecer esta clase de pan con lactato cálcico. El calcio es necesario para la excitabilidad electroquímica normal de los tejidos. Una deficiencia puede causar contracciones nerviosas y espasmos de los músculos, conocidos como tetania.

El magnesio es el catión intracelular más importante después del potasio y es esencial para ciertas reacciones enzimáticas.

El hierro es un mineral esencial, como parte de la molécula responsable del pigmento rojo de la sangre, hemoglobina, así como de la transferencia de oxígeno de los pulmones a los tejidos. El cuerpo contiene 4-5 g de hierro, la mitad de los cuales se encuentran en la hemoglobina. Está en una demanda constante para la síntesis del pigmento para nuevos glóbulos rojos. Se pierde bastante cantidad en cada menstruación y es necesario en el embarazo para el feto y, más tarde, para la leche. De aquí que los requerimientos de una mujer embarazada sean el doble que los de un hombre y que la anemia por deficiencia de hierro sea más común en la mujer.

La mayoría del hierro que ingerimos en nuestra dieta diaria se pierde por las heces y la cantidad absorbida sólo roza lo adecuado para las mujeres. Las fuentes ricas en hierro son el hígado, la carne, las frutas y los vegetales, pudiendo también ser absorbido de las patatas cocidas. En contadas ocasiones el cuerpo es incapaz de excretar hierro y una ingestión excesiva puede producir depósitos de hierro en los tejidos.

Por último, existe un grupo de elementos trazadores, que, aunque presentes en los tejidos en minúsculas cantidades, son fundamentales como constituyentes de la dieta diaria. Éstos incluyen yodo, flúor, cobre, cobalto, cinc y manganeso.

El yodo es un constituyente esencial de la secreción de la glándula tiroides, que se alarga para formar una hinchazón en el cuello, o bocio, si el abastecimiento es inadecuado. Los bocios se producen en áreas continentales aisladas y alejadas del mar, y se previenen añadiendo yoduro potásico a la sal de cocina.

El flúor es necesario para el endurecimiento del esmalte dental. Un exceso causa un moteado marrón en los dientes e incrementa la densidad de los huesos. En las zonas donde el contenido de flúor en el agua corriente es bajo, la caries dental es muy común y puede ser contrarrestada añadiendo flúor al agua.

El cobre tiene cierta importancia en la formación de hemoglobina. El cobalto forma parte de la molécula de la vitamina B₁₂. El cinc es necesario en algunos sistemas enzimáticos y en la curación de heridas. Por último, el manganeso también es importante para ciertos sistemas enzimáticos.

NUTRIENTES

Estos complejos que pueden aparecer en los constituyentes de la materia viva y de los elementos comestibles pueden agruparse en tres clases: grasas, hidratos de carbono y proteínas.

Grasas

Las grasas se producen, de forma prioritaria, en el tejido adiposo por debajo de la piel, pero al igual que los glóbulos sanguíneos, también pueden generarse en el hígado. Existen combinaciones esenciales de glicerol (o glicerina) con tres ácidos grasos: oleico, palmítico y esteárico. Las proporciones relativas de estos ácidos determinan la solidez y el punto de fusión de cada grasa, por ejemplo, la fluidez de la grasa humana en comparación con la grasa sólida del cordero a la temperatura corporal. El oleico es el más fluido; el palmítico y el esteárico son relativamente espesos. Las grasas son insolubles en el agua, se disuelven con facilidad en el éter o en el alcohol, pueden ser emulsionadas en agua cuando se dispersan pequeñas gotas y, por último, se descomponen durante la digestión en sus constituyentes ácidos grasos, antes de su redistribución por los tejidos.

Las grasas proporcionan la mayor fuente de energía próxima a los hidratos de carbono y en forma concentrada, por lo que son valiosas para los trabajadores manuales en climas fríos. Ellas vehiculan las vitaminas A, D, E y K, liposolubles. Podemos realizar una distinción entre ciertos ácidos grasos esenciales, conocidos como poliinsaturados, que deben ingerirse porque no pueden ser sintetizados, y los trigli-céridos animales saturados sólidos a temperatura corporal. Los ácidos grasos insaturados son abundantes en los vegetales y en los aceites de pescado. Las grasas se oxidan con el dióxido de carbono y con el agua, aunque, si la dieta es deficiente en hidratos de carbono, la descomposición puede ser incompleta, apareciendo productos del metabolismo en la orina (entidad conocida como cetosis a causa de la presencia de cetonas).

La grasa de la piel, el aceite del pelo y la cera de los oídos son grasas más complejas conocidas como esteróles; e incluso se encuentran algunas combinaciones con fósforo más complicadas en el tejido nervioso y en las membranas de las células.

Hidratos de carbono

Los hidratos de carbono pueden suponer la mitad de las calorías totales en las comunidades civilizadas, pero mucha gente está sana sin virtualmente ingerirlos, por lo que no son esenciales gracias a la formación de glucosa a partir de las grasas y las proteínas. Son los productos inmediatos en las plantas de la síntesis del agua y el dióxido de carbono en la fotosíntesis, y son importantes en los animales como una fuente fácil de energía. Están compuestos por carbono, hidrógeno y oxígeno, y su unidad sacárida esencial, CH₂O, se utiliza como una base para formar compuestos de complejidad creciente.

Los monosacáridos incluyen la glucosa, el azúcar de las frutas -también formado en el cuerpo por la digestión de caña de azúcar y fécula- y la fructosa.

Los disacáridos incluyen la caña de azúcar, la maltosa del grano fermentado y la cebada, y la lactosa de la leche.

Los polisacáridos son sustancias complejas de un elevado peso molecular. Incluyen las féculas, encontradas en forma de grano dentro de las células de las plantas y transformadas por la digestión en glucosa. El glucógeno, o fécula animal, es muy importante. Se almacena en forma de gránulos en todos los tejidos y, en particular, en el hígado y los músculos. El glucógeno del hígado constituye la mayor reserva energética del cuerpo, movilizada cuando se requiere por conversión en glucosa. También existe la celulosa de las plantas, no digerible por el hombre.

Proteínas

Las proteínas son los constituyentes más importantes de los tejidos y líquidos orgánicos. Se concentran en gran cantidad en la carne magra, el queso y las legumbres vegetales, y son uniones extremadamente complejas de carbono, hidrógeno, oxígeno y nitrógeno, y normalmente también de sulfuro. Son coloides, solubles en el agua, y coagulan con el calor. La unidad esencial de la molécula proteica es el aminoácido, y aunque existen una gran variedad de proteínas, su única diferencia química reside en los aminoácidos particulares contenidos en la molécula, sus propiedades y el orden de sus uniones peptídicas. Este hecho es importante porque los aminoácidos esenciales más importantes sólo se encuentran en las “proteínas de primera clase”, como la carne.

Las proteínas son diferentes en cada especie animal. La reacción que provoca una proteína extraña en los tejidos vivos del hombre causa los fenómenos de inmunización y alergia. La proteína es, de hecho, la unidad química básica del protoplasma, y los diferentes tejidos poseen proteínas características: la hemoglobina roja de la sangre, la mucoproteína viscosa del moco, la caseína de la leche, la albúmina del huevo, las proteínas musculares y las nucleoproteínas complejas unidas con fósforo en los núcleos celulares. Las proteínas pueden funcionar como ácidos y álcalis diluidos y mantener así una neutralidad tampón en los líquidos tisulares.

Las proteínas no se descomponen de forma completa en los tejidos, y la mayoría de su contenido en nitrógeno se pierde en la orina como urea, ácido úrico, etc. Sólo el 70% de la energía teóricamente disponible en una proteína se utiliza normalmente por los tejidos, a diferencia de la descomposición total de las grasas y los hidratos de carbono, cuya energía podemos obtener de manera exacta por combustión en un laboratorio. El equilibrio del nitrógeno se combina entre su ingestión y su pérdida diarias en la orina. Este equilibrio es negativo en los casos de inanición y de enfermedades consuntivas, así como después de lesiones u operaciones importantes. El equilibrio es positivo -es decir, existe retención de nitrógeno- en los niños en crecimiento y en pacientes convalecientes con una dieta adecuada.

Dentro de unos límites, las grasas y los hidratos de carbono son intercambiables como fuentes de energía, pero la dieta debe contener proteínas para suministrar nitrógeno y ciertos aminoácidos esenciales que el cuerpo no puede sintetizar. En los países occidentales, aproximadamente el 10% de la ingestión energética procede de las proteínas, el 40% de las grasas y el 50% restante de los hidratos de carbono.

ENZIMAS

Los cambios complejos de la descomposición química y la resíntesis se realizan en el cuerpo de manera mucho más rápida que en el laboratorio. Las féculas se convierten de forma completa en maltosa por la acción de la saliva en un minuto, mientras que un químico lo logra tras hervirlas varias horas.

Esta facilitación de cambios químicos se consigue gracias a las enzimas. Estamos familiarizados en la química orgánica con los catalizadores que sólo necesitan unos minutos para acelerar reacciones en las que no se consumen a sí mismos. Las enzimas son los catalizadores de las reacciones orgánicas del cuerpo. Son materiales coloidales complejos que requieren un grado definido de acidez o alcalinidad para una óptima actuación, como, por ejemplo, la pepsina del ácido de los jugos gástricos o la tripsina de las secreciones alcalinas pancreáticas. Facilitan los procesos de descomposición, síntesis y óxidación, pero especialmente el proceso de hidrólisis, cuando el agua se añade a una molécula de una sustancia, a menudo como un preliminar a su desintegración.

Las enzimas son específicas, actuando cada una sólo sobre un material particular, conocido como su sustrato, por ejemplo, la amilasa de la saliva actúa sólo sobre las féculas, y los jugos gástricos contienen diferentes enzimas diseñadas para actuar sobre los constituyentes variados de la comida (lipasas para las grasas, proteasas para las proteínas, carbohidrasas para los azúcares y las féculas). Estos no actúan sobre ninguna otra sustancia. Muchas reacciones enzimáticas son reversibles y pueden englobarse dentro de dos grupos principales: los procesos de digestión, que se producen en los intestinos a partir de la efusión de los jugos digestivos, y las reacciones más profundas, como la oxidación, que se producen en las células individuales.

Buena parte de las reacciones metabólicas ocurren sólo en presencia de una enzima apropiada, y el promedio de reacción no sólo se relaciona con la concentración del sustrato y de la enzima, o del pH y la temperatura locales, sino también con la presencia de ciertas coenzimas y activadores, que pueden ser iones metálicos, como el cinc o el magnesio, o moléculas orgánicas. Como las proteínas, las enzimas pueden ser desnaturalizadas por causa del calor, de una acidez o alcalinidad excesivas y por ciertos iones metálicos. Muchas se han obtenido en estado puro o cristalino. Se clasifican, según sus efectos, de la siguiente forma:

1.Oxidorreductasas en la oxidación/ reducción.

2.Transferasas en la transferencia de grupos químicos de una molécula a otra.

3.Hidroxilasas en la hidrólisis de los compuestos en moléculas más simples.

4.Liasas en la desintegración.

5.Ligasas en la unión.

6.Isomerasas en el reordenamiento de las moléculas para formar un isómero.

METABOLISMO

Fisiológicamente, la vida de un ser humano puede contemplarse como una producción continua de energía por oxidación (quemado) de la comida y el gasto de esta energía en (a) el mantenimiento de la temperatura corporal por encima de su ambiente y (b) el movimiento.

El equilibrio entre la captación y la salida de energía es exacto: la comida quemada en el cuerpo libera la misma energía que cuando es oxidada en el laboratorio. Sin embargo, la adaptación humana es complicada porque la comida no se quema tal cual, sino sólo después de que ha sido digerida y asimilada en los tejidos vivos. Sólo unas pocas sustancias, como el alcohol, se queman directamente sin transformarse primero en parte del protoplasma vivo.

Así, existe un ciclo recurrente de actividades, conocido como metabolismo. Una parte del metabolismo consiste en el proceso de construcción o reparación, de asimilación de la comida en los tejidos (anabolismo); otra parte consiste en la descomposición de estos tejidos con la liberación de energía y excreción de los desechos (catabolismo). Ambos procesos se producen durante todo el tiempo, aunque varían sus proporciones relativas. El anabolismo predomina durante el crecimiento; el catabolismo durante la inanición, así como en la senectud.

Los desechos se excretan por los riñones, intestinos, pulmones y la piel. Están formados principalmente por agua, dióxido de carbono y los productos de descomposición del nitrógeno de las proteínas, como, por ejemplo, la urea, que se expele en su mayoría por la orina.

Durante el ayuno, en completo reposo, existe un mínimo esencial de salida de energía para mantener el calor y los movimientos de respiración y cardíacos. Este mínimo puede medirse y se conoce con el nombre de tasa metabólica basal. Aunque es del mismo orden de magnitudes para todo el mundo, varía de una persona a otra en virtud de sus diferentes tamaños. Esto se debe al hecho de que la mayoría de la energía expelida se compensa con la pérdida de calor en la superficie corporal, siendo entonces directamente proporcional a la superficie del área. El metabolismo basal es más alto en los hombres que en las mujeres, e incluso es mayor en los niños. Cada individuo tiene su propia tasa metabólica, predecible a partir de su altura y peso, y ésta se incrementa en estados de fiebre y excitación, así como a partir de una sobreactividad de la glándula tiroides. En la deficiencia tiroidea, el metabolismo está de forma clara por debajo del nivel normal.

A partir de la tasa basal, podemos calcular el valor calórico de la comida que se requiere para mantener las actividades esenciales del cuerpo: alrededor de 2.000 calorías por día. Por debajo de este nivel, el cuerpo comienza a echar mano de sus reservas: los almacenes de grasa y de glucógeno se consumen en primer lugar, y, entonces, los tejidos menos esenciales, como los músculos y las glándulas, median para alimentar al cerebro y al corazón, sobreviniendo finalmente la muerte cuando estos últimos fallan.