sábado, 9 de julio de 2016

Congelación, manatíes y maratones





Es  sorprendente como la neurobiología se cruza con la política y el gobierno. Me llama  la atención, en particular, las neuro-realidades de la termorregulación. Como este es uno de mis ejemplos favoritos de neurobiología en la vida cotidiana, voy a describirla aquí, junto con un ejemplo reciente.

Los fundamentos de los efectores de la termorregulación


La termorregulación es un sistema muy eficaz por el cual evitamos que  nuestro cuerpo se sobrecaliente o se hiele de frio. Los retos térmicos pueden venir desde el interior (como en el caso de una fiebre) o desde el exterior (como en el caso de una caída en un lago helado). Para responder a cualquiera de estos posibles ataques (normalmente llamados retos) a nuestra temperatura corporal, necesitamos sensores. Como resultado, tenemos la sensación de la temperatura tanto de nuestra piel como de nuestras entrañas (por ejemplo, hay termoreceptores,  aferentes sensoriales que son sensibles a la temperatura, alineados a la médula espinal).

Pero el sistema nervioso no se limita a detectar las malas noticias; también puede hacer algo acerca de la información que recibe. El cerebro puede cambiar la temperatura del cuerpo a través de uno o de varios “efectores”. Hay tres tipos básicos de efectores de termorregulación que sirven para aumentar o disminuir la temperatura corporal:

Los efectores que aumentan la temperatura corporal:

-          Produciendo calor - por ejemplo, aumentando la tasa metabólica, tiritando.

-         Conservando calor - por ejemplo, con la  vasoconstricción cutánea (véase más adelante), acurrucándose.

Los efectores que disminuyen la temperatura corporal:

-         Perdiendo calor - por ejemplo, mediante sudoración, vasodilatación cutánea (véase más adelante), quitándose la ropa.

En esencia tenemos el modo pasivo (la conservación del calor) y el modo activo (producción de calor) para defendernos del frío, pero únicamente podemos disminuir de manera pasiva la temperatura de nuestro cuerpo en respuesta a un desafío de calor. Para decirlo de otra manera, no hay forma biológica de refrigeración. No tenemos una molécula similar al  freón. Este simple hecho significa que las altas temperaturas son mucho más peligrosas que las bajas temperaturas. Todos estamos discapacitados cuando la temperatura exterior es superior a la temperatura corporal.

Una buena analogía para las restricciones de termorregulación es una tetera que se puede configurar para calentar el agua a diferentes temperaturas, dependiendo del tipo de hojas de té usadas.



TeaKettle
Tetera. Esta imagen muestra la Tetera de la autora
 junto con el té verde (un regalo), y flores de manzanilla (del jardín).
 Cada uno de estos tés requiere una temperatura diferente.

Cada mañana, tomo ya sea té verde o negro, que requiere temperaturas de 80ºC y 90 ° C, respectivamente. Mi pareja bebe té de hierbas que requiere  una temperatura óptima de 95 ºC. Casi todas las mañanas yo tomo mi té primero, calentando el agua a 80ºC o  a 90ºC. Entonces programo la tetera a 95ºC  y preparo el té de menta para mi pareja. Sin embargo, de vez en cuando, duermo hasta tarde, y la tetera  está a 95ºC cuando voy a hacer mi té. Pero ahora viene la dificultad, porque al igual que con la termorregulación biológica, la tetera puede calentarse, o conservar el calor o perder calor pero no puede enfriar el agua. Por lo tanto, utilizando las capacidades de la propia tetera, mi único curso de acción es abrir la tapa y dejar que el agua se enfríe. Y esto es, por supuesto, un proceso lento.

La situación con nuestros cuerpos es la misma que con la tetera. Nuestros cuerpos y la tetera pueden producir calor, conservar el calor, o perder el calor pero no pueden producir frío. Pero podemos pedir ayuda externa para enfriar los cuerpos sobrecalentados y las teteras. Podemos saltar al agua o encender el aire acondicionado para enfriar nuestro cuerpo y podemos añadir agua fría al agua sobrecalentada de la tetera.

La conclusión es que no estamos biológicamente preparados para enfriarnos a nosotros mismos. Esta limitación significa que estamos en peligro de muerte cuando la temperatura está por encima de la temperatura corporal (aproximadamente 37 ° C). En tales circunstancias, el acceso al aire acondicionado se transforma de un lujo a una necesidad médica y por lo tanto en la responsabilidad de un gobierno interesado en el bienestar de sus ciudadanos.

¿Por qué es tan peligroso el calor ambiental tanto para nosotros como para otros animales?


La mayoría del tiempo, cuando la temperatura ambiente está en un rango cómodo, utilizamos la vasomoción para mantener nuestra temperatura dentro del intervalo preferido. La vasomoción se refiere al control autonómico (esto es, automático, que no es capaz de controlarse conscientemente) del diámetro de los vasos sanguíneos de la piel. Al estrechar los vasos sanguíneos de la piel, también conocido como vasoconstricción, se pierde menos calor hacia el medio ambiente y se mantiene más calor dentro del interior de nuestro cuerpo. Por el contrario, cuando se dilatan los vasos sanguíneos en la piel, también conocido como vasodilatación, el calor de nuestro cuerpo se pierde en el ambiente y la temperatura corporal baja. Esto se observa continuamente cuando la gente muestra su cara enrojecida mientras hace ejercicio. El rojo de una persona recalentada se deriva de la  sangre roja oxigenada presente en los vasos sanguíneos de la piel que se han expandido a través de la vasodilatación.

moose covered in snow


Imagínese que está caminando en Chicago en un invierno frío. Los termorreceptores en su piel informan a su cerebro que “hace super frío aquí afuera" y, como resultado, los vasos en la piel expuesta al aire reciben instrucciones para modificarse con un efecto vasoconstrictor. Ahora imagine que la temperatura exterior cae realmente baja. Dependiendo del viento, la congelación puede ocurrir en cuestión de minutos.

Lo que se ve es que a temperaturas inferiores a -18 ° C, la congelación puede llegar en un plazo de 30 minutos, dependiendo de la sensación térmica. En algunos casos, la congelación ocurre incluso más rápidamente, en menos de 5 minutos. Sin embargo, la mayoría de nosotros hemos experimentado sensaciones térmicas extremadamente bajas sin llegar a congelarnos. ¿Por qué no? Debido a algo que se llama vasodilatación paradójica. Es decir, a temperaturas muy frías, nuestros vasos sanguíneos se dilatan y bañan nuestra pobre y vulnerable piel  en sangre caliente, que llega de nuestras propias entrañas calientes. Este proceso impide que nuestra piel se congele y se dañe.



ParadoxicalVasodilation
En un día frío de invierno, me obligué a mantener la mano derecha
 (a la izquierda) fuera del bolsillo de mi chaqueta
 y mantuve la mano izquierda en el bolsillo del abrigo.
 Mi mano derecha se muestra vasodilatada, sobre todo en los dedos,
donde la relación entre superficie y volumen es alta.
 En lo demás se ve sobre todo la palidez de la vasoconstricción.
Ahora imagine que usted está en Phoenix en el medio del verano. La temperatura exterior es aproximadamente 43 ° C. Su estupendo sistema termorregulador detecta la alta temperatura y vasodilata los  vasos sanguíneos de su piel. En consecuencia, el calor de su cuerpo se escapa al ambiente ..... excepto que, espera .... esto no puede suceder debido a que su cuerpo está más frío que el medio ambiente. Así que lo único que puede pasar es que usted gane calor del ambiente. En efecto, se va a enviar la sangre 37 ° C hacia su piel y esta devolverá a su interior  sangre que está más cerca de 43 ° C. Esto tiene el potencial para esencialmente "cocinar" su interior. No es buena cosa, obviamente. Usted podría estar pensando que una vasoconstricción paradójica sería muy buena en estas circunstancias. Por desgracia, no hay tal cosa. La vasoconstricción paradójica no sucede.

Los manatíes son grandes mamíferos acuáticos que viven en aguas cálidas, por lo general al menos 21 ° C. Debido a que están rodeados de agua caliente, casi no tienen capacidad para perder calor. Por lo tanto, los manatíes viven en un precipicio de termorregulación, siempre apenas a un pelo del sobrecalentamiento. He tenido la suerte de ver a estos enormes animales. Se mueven muy lentamente y son herbívoros. Simplemente no podrían moverse más rápido y mantener su temperatura corporal baja.

La falta de vasoconstricción paradójica y la posibilidad de ganar calor en ambientes muy calientes refuerzan la importancia de la intervención gubernamental en las regiones y las épocas de calor extremo. Exploramos este tema en las siguientes secciones.

Olas de calor, centros de enfriamiento.


Como se ha explicado anteriormente, durante las olas de calor, el aire acondicionado es una necesidad médica en lugar de una opción de lujo. Es por esta razón que los gobiernos responsables han configurado los centros de enfriamiento. Las personas necesitan tener acceso a un ambiente fresco cuando la temperatura exterior supera la temperatura corporal central. Esto es particularmente cierto para las personas mayores y las personas que toman ciertos medicamentos que comprometen la termorregulación (por ejemplo resperidone).


El ejercicio en un ambiente caluroso


Sigo con mi lectura de un artículo en el New York Times acerca de una propuesta en Phoenix para prohibir el senderismo en los días calurosos. El deseo del municipio de prohibir el senderismo cuando la temperatura supera los 43 ° C es muy práctico. A temperaturas tan altas, los excursionistas no sólo están generando calor por su movimiento, sino que pueden ganar calor del ambiente como se discutió anteriormente. La ciudad sabe que una parte de los excursionistas pueden  sobrecalentarse y requerirán rescates que son altamente costosos. Según la periodista Fernanda Santos, Phoenix ya ha rescatado a 141 personas este año. El costo de estos rescates no se indica, pero uno puede imaginar que se trata de una parte considerable de dinero que puede estar en cientos de miles, dinero que podría servir a toda clase de otras necesidades urgentes.

Una objeción a la prohibición propuesta es predecible. Algunos opositores creen que tal prohibición es otro ejemplo de la intrusión no deseada del gobierno en la vida de las personas, una iniciativa propia de un llamado estado niñera. Sin comentarios.

Una objeción totalmente razonable proviene de los residentes locales que dicen que van de excursión todo el tiempo y están bien incluso a altas temperaturas. De hecho, las personas que están bien aclimatadas a un clima caliente pueden ser capaces de funcionar con seguridad en climas cálidos. Ello es posible porque sudan a una temperatura más baja, tienen una temperatura corporal menor en reposo, la frecuencia cardiaca asociada con el ejercicio más baja y así sucesivamente (ver Sportsci.org para más detalles acerca de la aclimatación al calor).

El problema viene cuando hablamos de los norteños que  quieren unirse a la diversión. Para una persona que no está aclimatada al calor, correr o ir de excursión a altas temperaturas es cada vez más probable que resulte en incapacidad o incluso en  la muerte.

¿Debería el gobierno intervenir y cerrar las rutas de senderismo en los días calurosos? No sé la respuesta. Pero ciertamente no estaría de más proporcionar información clara que explicara los peligros tanto a los de fuera como a los residentes locales por igual.

Un cálculo similar a la pregunta de si se debe cerrar las rutas de senderismo en Phoenix está implicada a la hora de decidir si han de celebrarse maratones en climas cálidos. El maratón de Tel Aviv se retrasó una semana en 2013 debido a una ola de calor; sin embargo, un joven corredor murió de hipertermia. El año pasado, los organizadores pararon el maratón tres horas antes de finalizar, después de tratar a 75 corredores de hipertermia y tras llevar  a 15 de ellos al hospital. ¡¡La temperatura exterior era de 21 ° C!!.  El mensaje final es que el ejercicio  calienta el cuerpo y sin una manera fácil de perder ese calor, la hipertermia puede ocurrir fácilmente.


Basado en: https://thebrainissocool.com/2016/07/06/frostbite-manatees-and-marathons/