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Propiedades Fisicoquímicas del Agua y su Importancia para la Vida

Introducción


El agua es muy importante para la vida, ya que todos los organismos vivos la contienen y la utilizan para realizar todas las reacciones metabólicas y mantener su homeóstasis celular. En humanos, la cantidad de agua corporal representa entre el 50 y el 80 % del peso total de un individuo, y varía de acuerdo con la edad, sexo y composición corporal.

Por esta razón, desde el origen de la humanidad el agua ha sido uno de los recursos naturales indispensables para la vida. De igual manera, el desarrollo de la humanidad se ha visto favorecido por el uso de este líquido como medio de transporte, para el desarrollo de infraestructura, la depuración de desechos, la higiene, la crianza de ganado, la agricultura, entre otros.

La molécula del agua se encuentra en nuestro planeta desde hace más de 3,800 millones de años. El planeta tierra está cubierto por 1,386 km2 de agua, donde solamente el 0.007% corresponde al agua potable; sin embargo, no sólo forma parte del ecosistema como recurso natural.

Lo anterior argumenta la importancia de esta unidad de aprendizaje, ya que recordaremos que, además de formar una parte considerable del cuerpo humano, el agua desempeña un papel fundamental en el metabolismo. Por lo tanto, es importante que en tu futura práctica médica tomes en cuenta algunas medidas para mantener la homeostasis del agua en el cuerpo humano.


Esquema que muestra la cantidad de agua en el cuerpo humano.


Cantidad de agua en el cuerpo

Diferenciar las propiedades fisicoquímicas del agua, con la finalidad de identificar su intervención para mantener la homeostasis y la distribución de agua en el cuerpo humano.

El agua y el cuerpo humano


Consideramos que es muy importante que identifiques el significado de homeostasis, esto te facilitará la compresión del tema.


homeostasis



Homeostasis
Es el estado de equilibrio alcanzado mediante sistemas internos de autorregulación.


 

 

Debes saber que el porcentaje de agua en el cuerpo humano puede variar dependiendo de distintos factores, como son: la edad, el estado de salud, la composición corporal (es decir, si se presenta peso normal, sobrepeso u obesidad) y el sexo de la persona. Por tanto, el porcentaje de agua respecto a la masa corporal se encuentra en un intervalo del 50 al 80%. En el caso de las mujeres adultas, al poseer en promedio mayor cantidad de tejido adiposo (el cual contiene proporcionalmente menos agua que otros tejidos), se considera que contienen menos agua en comparación con los hombres. De igual manera, individuos con un índice de , al poseer mayor cantidad de tejido adiposo, en proporción poseen menos agua debido a una menor cantidad de masa magra. En condiciones normales, el equilibrio hidrolítico está dado por la ingesta, las reacciones del metabolismo y la que se desecha, ya sea por orina, por el sudor, por la respiración y por las heces.

El siguiente esquema representa el porcentaje de agua respecto a la masa corporal; además, se observa que el porcentaje de agua disminuye a medida que se envejece, así como las diferencias entre sexos debido a la proporción de tejido adiposo y muscular.



Esquema que muestra los porcentajes de agua de acuerdo con la edad y el sexo.


Elaboración propia, con base en Formon. (2002).Figura 1. Porcentaje de agua con respecto a la corporal [imagen]. Tomada de https://doi.org/10.1146/annurev.nutr.22.111401.145049



Cabe señalar que el agua en el cuerpo humano no se encuentra distribuida de forma homogénea. El agua corporal se encuentra dividida en diferentes proporciones a través de diferentes compartimentos: el líquido intracelular (aproximadamente 2/3 del agua total) y el líquido extracelular (aproximadamente 1/3 del agua total). Finalmente, el líquido extracelular se reparte entre el líquido intersticial (aproximadamente 3/4 del líquido extracelular, 25% del agua total) y el plasma sanguíneo (aproximadamente 1/4 del líquido extracelular, 8% del agua total).

En el siguiente esquema se representa la distribución del agua corporal en el líquido intra y extracelular. Asimismo, se muestra que el líquido extracelular se divide a su vez en el líquido intersticial y el plasma.

Esquema que muestra el porcentaje de líquido intracelular, líquido extracelular, líquido intersticial y plasma sanguíneo.


Elaboración propia, con base en Feld y Kaskel. (2009).Figura 2. Distribución del agua corporal [esquema].

Como pudiste observar, el agua es un componente significativo del cuerpo humano, el cual esta distribuida en diferentes “compartimientos”.

Por ejemplo, para un hombre de 60 kg de peso:

Su agua corporal total son 36 L (60% de su masa corporal).

Estos 36 L se encuentran repartidos de la siguiente manera:

  • 24 litros (2/3 del agua total) en el líquido intracelular.
  • 12 litros (1/3 del agua total) en el líquido extracelular.

Del líquido extracelular:

  • 9 litros (3/4 del líquido extracelular) se encuentran en el líquido intersticial.
  • 3 litros (1/4 del líquido extracelular) se encuentran en el plasma.

Recuerda que esto es una aproximación, y no distingue entre masa magra y tejido adiposo.

Considera lo siguiente:

Algún desorden del equilibrio hidroelectrolítico, como una diarrea severa, puede poner en peligro la vida de un paciente.

Como pudiste observar, el cuerpo humano contiene más del 50% de su masa en agua. Además, este porcentaje cambia con la edad; en particular, los menores de edad contienen una mayor proporción de agua. Es así que diarreas severas, como en un caso de cólera, pueden poner en riesgo la vida. Como referencia, un paciente adulto con cólera puede llegar a perder alrededor de 1 L de agua por hora.

Propiedades fisicoquímicas del agua


El agua es una molécula formada por tres átomos, uno de oxígeno y dos de hidrógeno. Los tres átomos se encuentran unidos mediante enlaces covalentes polares, lo que le permiten establecer puentes de hidrógeno entre moléculas adyacentes de agua o con otras moléculas polares (figura 3). Este enlace tiene una gran importancia, y confiere al agua propiedades que se corresponden con una mayor masa molecular; por ejemplo, tiene un punto de fusión mayor que el de moléculas con una estructura y peso molecular similar (por ejemplo, el metano CH4).



Esquema que representa la forma tridimensional de la molécula de agua.


ColiN00B. (2014). Figura 3, H2O [imagen]. Tomada de https://pixabay.com/es/illustrations/h2o-el-agua-mol%C3%A9cula-580992/.



Algunas de las propiedades físicas del agua son:

El agua es uno de los líquidos que más sustancias disuelve, por lo que es considerado como el disolvente universal, esto debido a su capacidad para formar puentes de hidrógeno con otras sustancias. Esta propiedad le confiere dos funciones importantes para los seres vivos:
  1. Es el medio en el que transcurren la mayoría de las reacciones del metabolismo.
  2. Se encarga de la eliminación de desechos a través de sistemas de transporte acuosos.



Cada átomo de hidrógeno dentro de la molécula del agua se encuentra unido covalentemente al oxígeno por medio de un par de electrones de enlace. El oxígeno tiene además dos pares de electrones no enlazantes; de esta manera, existen cuatro pares de electrones rodeando al átomo de oxígeno: dos pares formando parte de los enlaces covalentes con los átomos de hidrógeno y dos pares no compartidos en el lado opuesto. Esto provoca que la distribución de las cargas dentro de la molécula del agua no sea simétrica, ocasionando que ésta se comporte como un dipolo (dos cargas puntuales de igual magnitud, pero de signos opuestos). Este dipolo cuenta con orientación de una carga parcial negativa hacia el átomo de oxígeno (δ-) y una carga parcial positiva (δ+) orientada hacia los átomos de hidrógeno, así como se muestra en la siguiente figura.
El siguiente esquema representa las propiedades de dipolo de la molécula del agua. El símbolo δ+ representa el polo positivo mientras que δ- representa el polo negativo.


Jü. (2011). H2O polarización [ilustración]. Tomada de https://commons.wikimedia.org/wiki/File: H2O_Polarization_V.1.svg.




Es una propiedad física de los materiales que mide la capacidad de conducción de calor. En otras palabras, la conductividad térmica es también la capacidad de una sustancia de transferir energía cinética de sus moléculas a otras adyacentes o a sustancias con las que está en contacto. En el caso del agua, esta propiedad le permite mantener la temperatura del cuerpo de manera homogénea.


Es la diferencia que existe entre las fuerzas de atracción que hay en el interior del líquido y en la superficie, lo que provoca una acumulación de moléculas en la superficie, formando una delgada película que opone resistencia a romperse.


Se denomina dieléctrico a un material con una baja conductividad eléctrica ; es decir, un aislante, el cual tiene la propiedad de formar dipolos eléctricos en su interior bajo la acción de un campo eléctrico. Así, todos los materiales dieléctricos son aislantes, pero no todos los materiales aislantes son dieléctricos. En el caso del agua, su constante dieléctrica es alta, haciéndola un mal conductor, lo que cambia al agregar sales a la misma, provocando el paso de la electricidad por el medio.


El calor específico es la cantidad de calor necesario para poder elevar en un grado Celsius un gramo de una sustancia; en el caso del agua, se necesita una caloría o 4.18 Joules.

El calor latente es la cantidad de energía que necesita una sustancia para poder cambiar de fase (de sólido a líquido o de líquido a gas); en ese momento, la energía aplicada no provoca que la temperatura en esa sustancia se eleve, sino que se utiliza para poder cambiar de fase. Por ejemplo, cuando se aplica calor a un trozo de hielo, éste va subiendo su temperatura hasta que llega a 0 °C (temperatura de cambio de estado); a partir de ese momento, aunque se le siga aplicando calor, la temperatura no cambiará hasta que se haya fundido del todo.

Estas propiedades térmicas le permiten al agua actuar como un termorregulador durante el ejercicio intenso; a pesar de que la contracción muscular genera mucho calor, la temperatura corporal aumenta poco. La alta conductividad térmica del agua facilita un rápido transporte de calor hacia la superficie de la piel, logrando enfriar rápidamente el cuerpo. Asimismo, la transpiración mediante la evaporación del sudor permite refrescar la piel.

El calor metabólico generado por el ejercicio puede ser disipado para mantener la temperatura corporal dentro de los estrechos límites fisiológicos (aproximadamente de 36 a 37o C). Cuando la temperatura ambiental excede la temperatura de la piel, la pérdida de calor puede ocurrir por la evaporación del sudor en la superficie de ésta. La producción significativa de sudor también ocurrirá en un ambiente frío si la cantidad de trabajo físico es alta. La pérdida de masa corporal en maratonistas puede oscilar entre el 1 y el 6% (de 0.7 a 4.2 kg de masa corporal en un hombre de 70 kg) en una baja temperatura ambiental (10 °C), hasta más del 8% (5.6 kg) en un ambiente caluroso.




Conclusión


El agua es una molécula abundante en la naturaleza, integrante de todos los ecosistemas, y es esencial para el sostenimiento y la reproducción de la vida en el planeta, ya que forma parte indispensable de los procesos biológicos, físicos y químicos que ocurren en los seres vivos. Tiene propiedades específicas que la hacen compatible con la vida; por ello, contribuye a la estabilidad del funcionamiento del entorno y de los seres y organismos que lo habitan. En el contexto de la asignatura de Bioquímica y Biología Molecular, es importante conocer las propiedades del agua debido a que las reacciones del metabolismo se llevan a cabo en un medio acuoso. Por lo tanto, es importante conocer cómo es que las diferentes moléculas interactúan con el agua. Asimismo, considera que el agua forma parte de múltiples reacciones del metabolismo como intermediario o producto final.

Actividad. ¿De qué propiedad estamos hablando?

Cada una de las propiedades fisicoquímicas del agua es importante para el cuerpo humano. Por ello, debes identificar en qué consiste cada una de ellas.



Autoevaluación. Distribución de agua en el cuerpo

Como pudiste observar en las figuras 1 y 2, el agua compone más de la mitad del cuerpo humano; además, esta proporción cambia dependiendo de la edad y el sexo. Finalmente, ésta se encuentra distribuida en diferentes compartimentos dentro del cuerpo humano.

Fuentes de información

Básicas

Bibliografía

Chang, R. y Goldsby, K. (2013). Química. AMGH Editora.

Feld, L. y Kaskel, F. (2009). Fluid and electrolytes in pediatrics: a comprehensive handbook. Springer Science y Business.

Fomon, S. y Nelson, S. (2002). Body composition of the male and female reference infants. Annual review of nutrition, 22, 1–17. Consultado de https://doi.org/10.1146/annurev.nutr.22.111401.145049

Preston, R. (2017). Acid-base, fluids, and electrolytes made ridiculously simple. Miami: MedMaster.

Imagen de portada


Dbc334. (2006). Water molecule [ilustración]. Consultado de https://bit.ly/3bwIgIt

Cómo citar

Escalona, R., Mendoza, X. y Novo, L. (2021). Propiedades fisicoquímicas del agua y su importancia para la vida. Unidades de Apoyo para el Aprendizaje. CUAIEED/Facultad de Medicina-UNAM. (Vínculo)