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La termorregulación

Es uno de los mecanismos fisiológicos que más inciden en el rendimiento del ciclista, de manera especial cuando las condiciones atmosféricas son adversas
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La termorregulación

Los humanos somos una máquina difícil de comprender y alguno de nuestros mecanismos biológicos sólo se pueden justificar por la necesidad vital de mantener en funcionamiento todos nuestros organos internos. Tal es el caso del sistema de la termorregulación, sin el que sería imposible conseguir un rendimiento físico homogéneo cuando, a consecuencia de la práctica de una actividad deportiva, elevamos nuestra temperatura corporal en varios grados centígrados.

¿Quieres conocer cuál es el secreto de la sudoración?, ¿porqué en condiciones climáticas adversas perdemos gran cantidad de energía? o ¿cómo conseguir recuperarnos de una hipotermia?

En el interior del cuerpo humano todos los mecanismos biológicos precisan de una temperatura de entre 36 y 38 grados; por encima o debajo de estas cifras podemos sufrir alteraciones severas.

Realidad térmica

Si necesitásemos catalogar las prioridades del cuerpo humano, deberíamos comenzar por asimilar que nuestro organismo es homeotermo, entendiendo como tal la necesidad de mantener constante la temperatura corporal, a lo cual se accede mediante la homeostasis (conjunto de fenómenos de autorregulación conducentes al mantenimiento de una relativa constancia en la composición y propiedades del medio interno del organismo).

El misterio de la piel

Una persona desnuda puede exponerse a temperaturas tan bajas como de 12°C o tan altas como de 60°C, con aire seco, y mantener una temperatura corporal interna casi constante.

Los tejidos periféricos (piel, músculo y tejido subcutáneo) es donde, de manera general, se realizan mediciones más bajas que en el interior y están sujetas a amplias fluctuaciones, como por ejemplo, las debidas a variaciones de la temperatura ambiente.

La piel arropada se sitúa en torno a los 29,5°C a 33,9°C y en reposo la temperatura interna varía durante el día, detectándose los valores más bajos en las primeras horas de la mañana y los más altos por la tarde. A modo de información, la temperatura del hígado, por ejemplo, es de alrededor de 37,8°C.

En el gráfico adjunto (Fig. 1) podemos ver las diferencias existentes entre la piel y los órganos internos: un cuerpo desnudo, en reposo, sometido a una temperatura exterior de 15º, mantiene constantes los 36º interiores, mientras que la piel puede bajar hasta los 22º.

El mismo ejemplo, con una temperatura exterior de 27º, arroja una medición en la epidermis de 34º, ascendiendo la interior a 37º.

Ahora introducimos un patrón nuevo: la actividad física.

Volvemos a tomar el ejemplo de los 27º de temperatura ambiente, un día soleado y actividad física moderada: la piel se mantiene a 34º y el interior asciende sólo un grado.

El resumen de esta presentación, deliberadamente esquemática, nos lleva a precisar que, mientras las diferentes condiciones de exposición al medio han causado una extrapolación térmica externa de 12º, en nuestros órganos vitales sólo ha habido 2º de diferencia.

¿Porqué nuestro organismo reacciona de esta manera tan dispar en sus diferentes órganos?

Intercambio de energía

La piel es el órgano que ocupa una mayor superficie en el cuerpo humano y, al ser el que está situado en la porción más externa de nuestro cuerpo, es el responsable directo de regular la temperatura interior.

Antes de pormenorizar su capacidad reguladora, vamos a intentar comprender los factores que afectan a la energía térmica que genera o pierde nuestro cuerpo (Fig. 2):

- Radiación: más de la mitad de la pérdida de calor del cuerpo en una habitación a temperatura ambiente normal (22°C), es por radiación en forma de rayos infrarrojos. El cuerpo humano los emite en todas las direcciones, pero también las paredes y otros objetos irradian hacia el cuerpo. Si la temperatura corporal es mayor que la temperatura del medio que lo rodea, una mayor cantidad de calor es irradiada del cuerpo hacia el ambiente y viceversa. La transferencia de calor es proporcional al área del cuerpo. Este mecanismo está vinculado con el flujo sanguíneo de la piel.

- Conducción: el flujo de calor desde un objeto hacia otro, con el cual está en contacto, se le llama conducción. El organismo pierde poco calor hacia los objetos por conducción directa (aproximadamente 10- 15%). Por ejemplo, cuando un ciclista se sienta, rápidamente el calor es conducido desde la piel hacia el sillín, lo mismo sucede con la suela de las zapatillas o las prendas de vestir cuando todavía no están atemperadas al calor corporal. Al alcanzar la conducción un valor cercano a la temperatura superficial del individuo, actúa entonces como aislante y evita mayor pérdida de calor. Esta es la base en la que se apoyan las prendas térmicas para ofrecer un elevado grado de aislamiento.

- Convección: la cesión de calor desde el cuerpo por corriente de aire o líquido se le denomina pérdida de calor por convección. Debido a la tendencia del aire cercano a la piel a elevarse cuando se calienta, y ser sustituido por aire  a menor temperatura, un individuo elimina entre un 12 y un 15% de calor por convección en una habitación a temperatura ambiente (a 22°C) y sin corriente de aire. Cuando el cuerpo es expuesto al viento, la capa de aire inmediata a la piel es reemplazada rápidamente por este fenómeno, aumentando la pérdida de calor adicional por conducción. Esta es la razón por la que nos quedemos congelados en pleno verano cuando descendemos un puerto, ya que el viento roza, de manera constante, contra nuestra piel.

- Evaporación: por cada gramo de agua evaporada desde la superficie corporal se pierden 0,6 calorías. La pérdida insensible de agua (perspiración, respiración) determina una cesión de calor de 360 calorías por día. La pérdida de calor por evaporación, que es aproximadamente 25%, está principalmente regulada mediante la sudoración. En un ambiente húmedo, la evaporación puede estar disminuida debido a que el sudor permanece en estado líquido.

La ausencia de movimiento de aire reduce la evaporación efectiva; el aire local queda saturado de vapor de agua y se limita la evaporación ulterior. También se produce evaporación de forma insensible a través de los pulmones.

- Respiración: cuando el ritmo cardiaco se acelera como consecuencia del ejercicio físico, una de las maneras que tiene nuestro organismo de intercambiar temperatura es incrementando la evaporación mediante la aceleración de la respiración.

Los números de la verdad

Todos estos factores son imprescindibles para valorar cuando queremos pormenorizar sobre la cantidad de energía que genera o pierde nuestro cuerpo a través de la piel y no hay que cometer el error de despreciarlos ya que, por ejemplo, un cuerpo sometido a la radiación solar directa (a las 12 de la mañana en la línea del ecuador) puede recibir hasta 1 Kw/h (algo así como el calor que produce una estufa eléctrica de 1.000 vatios) por cada metro cuadrado de superficie que ocupe su piel (en un adulto de 1,80 de altura puede ser de unos 2 metros cuadrados). En esas condiciones, manteniendo un ritmo deportivo moderado, podemos estar quemando unas 1.000 kilocalorías (Cal) cada hora, lo que supondrá una pérdida de líquido de alrededor de 1 litro de agua en una persona de unos 65 kilos de peso corporal. ¿Todavía piensas que no es importante el estudio de la termorregulación humana?

Fisiología del calor

Podríamos dividir las fases de evolución de la termorregulación en diferentes estadios, para así comprender los mecanismos de que dispone nuestro organismo en aras de lograr una estabilidad total en nuestros órganos internos. En este primer ejemplo vamos a considerar que nos encontramos realizando un ejercicio de intensidad creciente en condiciones climáticas favorables (sol, menos de 30 grados, sin viento). No tendremos en cuenta los pormenores más críticos, considerando exclusivamente la mecánica del ejercicio:

Fase de reposo: la temperatura de la piel es estable, lo mismo que la de los órganos internos.

Fase de calentamiento: los músculos combustionan nutrientes y se produce un incremento calor, la respuesta de nuestro sistema termorregulador es un incremento del riego sanguíneo (vasodilatación), lográndose en pocos minutos equilibrio térmico.

Fase de actividad intensa: hay incremento de la temperatura debido al creciente trabajo muscular. Comienza la sudoración, se acelera la respiración (vaho) y se produce la refrigeración de los órganos internos.

Fase de peligro: al mantener durante periodos prolongados una actividad física intensa, sin momentos de descanso, la sudoración se muestra insuficiente y factores como la convección y la radiación ponen en peligro el mecanismo de equilibrio en el balance térmico. Se pierde la termorregulación y se corre el peligro de entrar en un "golpe de calor" (hipertermia).

Fisiología del frío

Pero la termorregulación no sólo hay que tenerla en cuenta cuando los días son calurosos; también el frío puede afectar de manera grave a la regulación térmica de nuestros órganos internos, por lo que debemos valorar las alteraciones que se pudieran llegar a producir.

- Fase de reposo: la temperatura de la piel es estable y hay balance neutro en la de los órganos internos.

- Fase de movimiento: un ciclista inicia un descenso, el cielo está nublado y la temperatura es inferior a 10 grados. Crece de manera exponencial el fenómeno de la convección: la masa de aire frío choca contra nuestras prendas de abrigo y las porciones de piel que hay descubiertas; se genera conducción entre nuestra piel y el tejido frío de las prendas de protección y a, ante la falta de sol, la radiación es escasa. Hay pérdida de temperatura en la piel. Para mantener el equilibrio de los órganos internos en cuerpo inicia una vasoconstricción capilar. Se consigue la termorregulación.

- Fase de enfriamiento: el descenso en bicicleta se prolonga, hay muy poca actividad muscular, nula radiación solar y comienza a llover. El balance de calor en la piel vuelve a ser negativo. Se inicia un fenómeno de alerta máxima en nuestras células nerviosas y musculares: comenzamos a tiritar. Con ese movimiento acelerado involuntario de algunas de nuestras células, nuestro centro de la termorregulación consigue generar calor y logra compensar la temperatura de nuestros órganos internos.

- Fase de peligro: el puerto que descendemos es muy largo, las condiciones climáticas no mejoran y llevamos un rato padeciendo una tiritona incontrolada. Comenzamos a sentir un estado de malestar generalizado, incluso perdemos la noción de la realidad. Entramos en un estado de hipotermia, nuestras constantes vitales se alteran y corre peligro nuestra vida.

Intercambio térmico

El balance energético en el que se basa nuestro mecanismo biológico de termorregulación se apoya en dos fenómenos orgánicos que permite la fisiología del cuerpo humano: la termogénesis (absorción de calor) y la termólisis (pérdida de calor).

El calor corporal se produce de manera continua por la actividad metabólica; la producción de calor durante el sueño es mínima y aumenta por  actividad muscular. Para mantener una temperatura constante la cantidad de calor que se pierde debe ajustarse a la cantidad de calor que se produce Fig. 3): ese es el equilibrio perfecto del mecanismo de nuestra termorregulación. Este proceso encuentra algunos inconvenientes debido a las variaciones térmicas del medio. Cuando la temperatura ambiental aumenta se reducen las pérdidas de calor, de la misma manera que una temperatura baja puede incrementar la cantidad de calor perdido, de tal forma que el metabolismo debe aumentar por medio de escalofríos para mantener el equilibrio.

Termogénesis y termólisis

Nuestro organismo produce calor en las estructuras más profundas (músculos y vísceras), que están aisladas del ambiente por la grasa subcutánea y la piel.

- Termogénesis: nuestra fuente permanente de calor es la actividad metabólica basal, al favorecer el temblor, la excitación simpática de producción de calor y la secreción de hormonas tiroideas. Durante los escalofríos la producción de calor puede aumentar 4 ó 5 veces por estimulación de la porción dorso medial del hipotálamo posterior, cerca de la pared del tercer ventrículo donde se encuentra el área llamada "centro motor primario del temblor".

Las señales que provocan el temblor van por la médula espinal y a través de las motoneuronas anteriores llegan al músculo esquelético aumentando su tono; por encima de un nivel crítico comienza el temblor, probablemente resultado de  oscilaciones por retroacción del mecanismo reflejo de estiramiento del huso muscular.

- Termogénesis química: este mecanismo biológico es muy simple, la noradrenalina y la adrenalina circulantes en sangre provocan un aumento del metabolismo celular, pero también el enfriamiento (acción sobre el área preóptica hipotalámica anterior) aumenta la producción de la hormona liberadora de TSH (hormona estimulante del tiroides). Esta, a su vez, estimula la producción de hormonas tiroideas, lo que aumenta el metabolismo celular de todo el cuerpo.

- Termogénesis física: la estimulación de los centros simpáticos del hipotálamo posterior causan vasoconstricción cutánea. La vasoconstricción periférica favorece la conservación de la temperatura de la sangre circulante, al desplazarla a los tejidos más profundos.

La "piloerección", (poner los pelos de punta) está causada por la estimulación simpática hace que se contraigan los músculos erectores del pelo unidos al folículo piloso, lo que hace que el pelo adopte una postura vertical; esto es un signo genético de nuestro pasado animal (a los animales de pelo largo les permite formar una capa gruesa de aire aislante reduciendo la transferencia de calor al entorno).

- Termólisis: para controlar la temperatura, nuestro organismo utiliza mecanismos físicos de disipación cuando el calor del cuerpo se eleva demasiado. Estos mecanismos pueden tener control fisiológico o no.

A través de la orina, las heces, el aire expirado y la ingesta de alimentos fríos podemos reducir la temperatura, pero nuestro metabolismo apenas intervendrá. Por el contrario, cuando nuestros centros de control activan nuestra fisiología, se produce  vasodilatación: los vasos sanguíneos de la piel se dilatan intensamente. Una vasodilatación plena puede aumentar la transferencia de energía hacia la piel hasta 8 veces.

 - Termólisis intensa: cuando la temperatura central del cuerpo aumenta por encima del nivel crítico, se produce un incremento de la pérdida de calor mediante evaporación (sudoración). Un aumento adicional de 1°C de la temperatura corporal provoca suficiente sudoración para eliminar 10 veces la producción basal de calor del cuerpo. Muchos animales inferiores tienen escasa capacidad de perder calor por su superficie corporal debido a que su superficie presenta un pelaje importante y porque la mayoría no presentan glándulas sudoríparas, lo que evita la mayor parte de la pérdida mediante la evaporación del calor en la piel, por lo tanto utilizan un mecanismo sustitutivo, el mecanismo del jadeo regulado por el centro del jadeo que produce un aumento de la frecuencia respiratoria con una respiración muy superficial que colabora con la rápida evaporación del agua de las superficies mucosas, especialmente la saliva en la lengua.

El ciclo de la termorregulación

Desde un punto de vista práctico debemos identificar en nuestro propio cuerpo en qué fase de regulación térmica nos encontramos, ya que, actuando en consecuencia, podemos mejorar nuestra condición deportiva.

Pongamos como ejemplo un ciclo de ejercicio extremo (Fig. 4), como es el caso de ascender un puerto con tiempo estable, sensación térmica agradable y cielo despejado.

Si comenzamos a pedalear desde un estado de reposo total, el esfuerzo se va incrementando a medida que superamos cada metro de desnivel. La evolución de nuestro desplazamiento produce incremento de la temperatura debido al trabajo muscular, la sudoración no tarda en aparecer y, como el esfuerzo supera nuestro umbral aeróbico, producimos más cantidad de sudor del que podemos evaporar. La respiración es acelerada y perdemos gran cantidad de líquido.

Al llegar a la cima el trabajo muscular pierde intensidad, el ritmo cardiaco y la respiración se estabilizan y cesa la sudoración. En este momento es de vital importancia que la radiación que produce nuestra piel esté equilibrada con una posible radiación solar, de manera que el balance se aproxime a una pretendida neutralidad, de lo contrario se produce un efecto de refrigeración cutánea que puede desembocar en un principio de hipotermia.

Al iniciar el descenso se reduce, de manera notable, nuestro esfuerzo muscular, la refrigeración por convección es elevada y, al evaporar la humedad de nuestra piel de manera drástica. Es más que probable que, si no hemos elegido adecuadamente nuestra ropa de protección suframos un estado de hipotermia.

El sudor: la clave

De todos los mecanismos biológicos de regulación térmica corporal, el más espectacular es el de la sudoración. Es el camino más rápido que tenemos para regular la temperatura de los órganos internos, utilizando la superficie de la piel como panel de transferencia térmica.

Cuando surge el trabajo muscular intenso, el incremento de la temperatura mecánica se dispara. En ese momento nuestro centro de control pone a funcionar las glándulas sudoríparas y nuestra piel se cubre de una capa de humedad. Ahora entran en juego la convección y la conducción: el aire que nos rodea tiene menos grado de humedad que nuestra piel y se produce la transferencia: el resultado térmico de este trasvase es el enfriamiento de la epidermis que, de manera instantánea se comunica con nuestros órganos internos.

Ropa y control de la temperatura

La ropa atrapa el aire que está junto a la piel y en su tejido aumenta el espesor de aire próximo a nuestro cuerpo, disminuyendo el flujo de corrientes de aire de convección.

Un equipamiento estándar de ciclismo puede reducir la pérdida de calor en, aproximadamente, un 50% en comparación con un cuerpo desnudo, mientras que la ropa térmica puede reducir esta pérdida a una sexta parte. La eficacia de la ropa para mantener la temperatura corporal se pierde casi por completo cuando se humedece, porque la alta conductividad del agua aumenta la transmisión de calor a través de la ropa hasta veinte veces.

Uno de los mayores avances surgidos en el capítulo de los equipamientos deportivos es el de las membranas microporosas (Goretex, Windstopper... ) ya que, en determinados momentos, ofrecen un rendimiento inteligente. La textura del microporo impide que haya un intercambio perramente con el aire que choca contra nuestro cuerpo, reduciendo al máximo el efecto de la convección, pero esas diminutas ventanas, practicadas en una lámina que acompaña al tejido, permiten la evaporación del aire húmedo que hay sobre nuestra piel. De esta manera se cumple un ciclo biológico, relativamente artificial, que colabora a que nuestra termorregulación sea óptima.

Algunos os preguntaréis cuál es el mecanismo físico por el que el aire no penetre a través de la membrana microporosa y, sin embargo, el líquido que empapa nuestra piel sí lo haga. Todo este enigma tiene su respuesta en otro principio físico: la presión.

Cuando se produce sudoración intensa es porque hay un exceso de temperatura en la piel. El aire caliente ocupa más espacio en la atmósfera que el frío y tiende a elevarse: este es el fenómeno por el que una prenda microporosa permite la evaporación de la humedad excesiva de nuestra piel.

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