2.5: Homeostasis de la Temperatura Corporal
- Page ID
- 120334
\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \)
\( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)
\( \newcommand{\id}{\mathrm{id}}\) \( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)
( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\) \( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\)
\( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\) \( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\)
\( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\) \( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\)
\( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\)
\( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)
\( \newcommand{\id}{\mathrm{id}}\)
\( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\)
\( \newcommand{\kernel}{\mathrm{null}\,}\)
\( \newcommand{\range}{\mathrm{range}\,}\)
\( \newcommand{\RealPart}{\mathrm{Re}}\)
\( \newcommand{\ImaginaryPart}{\mathrm{Im}}\)
\( \newcommand{\Argument}{\mathrm{Arg}}\)
\( \newcommand{\norm}[1]{\| #1 \|}\)
\( \newcommand{\inner}[2]{\langle #1, #2 \rangle}\)
\( \newcommand{\Span}{\mathrm{span}}\) \( \newcommand{\AA}{\unicode[.8,0]{x212B}}\)
\( \newcommand{\vectorA}[1]{\vec{#1}} % arrow\)
\( \newcommand{\vectorAt}[1]{\vec{\text{#1}}} % arrow\)
\( \newcommand{\vectorB}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \)
\( \newcommand{\vectorC}[1]{\textbf{#1}} \)
\( \newcommand{\vectorD}[1]{\overrightarrow{#1}} \)
\( \newcommand{\vectorDt}[1]{\overrightarrow{\text{#1}}} \)
\( \newcommand{\vectE}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash{\mathbf {#1}}}} \)
\( \newcommand{\vecs}[1]{\overset { \scriptstyle \rightharpoonup} {\mathbf{#1}} } \)
\( \newcommand{\vecd}[1]{\overset{-\!-\!\rightharpoonup}{\vphantom{a}\smash {#1}}} \)
Mantener la homeostasis requiere que el cuerpo monitoree continuamente sus condiciones internas. Desde la temperatura corporal hasta la presión arterial y los niveles de ciertos nutrientes, cada condición fisiológica tiene un punto de ajuste particular. Un punto de ajuste es el valor fisiológico alrededor del cual fluctúa el rango normal. Un rango normal es el conjunto restringido de valores que es óptimamente saludable y estable. Por ejemplo, el punto de ajuste para la temperatura normal del cuerpo humano es aproximadamente 37°C (98.6°F). Los parámetros fisiológicos, como la temperatura corporal y la presión arterial, tienden a fluctuar dentro de un rango normal unos grados por encima y por debajo de ese punto. Los centros de control en el cerebro y otras partes del cuerpo monitorean y reaccionan a las desviaciones de la homeostasis usando retroalimentación negativa. La retroalimentación negativa es un mecanismo que invierte una desviación del punto de ajuste. Por lo tanto, la retroalimentación negativa mantiene los parámetros corporales dentro de su rango normal. El mantenimiento de la homeostasis por retroalimentación negativa continúa en todo el cuerpo en todo momento.
El cuerpo humano regula la temperatura corporal a través de un proceso llamado termorregulación, en el que el cuerpo puede mantener su temperatura dentro de ciertos límites, incluso cuando la temperatura circundante es muy diferente. La temperatura central del cuerpo permanece estable alrededor de 36.5—37.5 °C (o 97.7—99.5 °F). En el proceso de producción de ATP por las células de todo el cuerpo, aproximadamente el 60 por ciento de la energía producida es en forma de calor utilizado para mantener la temperatura corporal. La termorregulación es un ejemplo de retroalimentación negativa.
El hipotálamo en el cerebro es el interruptor maestro que funciona como termostato para regular la temperatura central del cuerpo (Figura 1). Si la temperatura es demasiado alta, el hipotálamo puede iniciar varios procesos para bajarla. Estos incluyen aumentar la circulación de la sangre a la superficie del cuerpo para permitir la disipación del calor a través de la piel y la iniciación de la sudoración para permitir la evaporación del agua sobre la piel para enfriar su superficie. Por el contrario, si la temperatura cae por debajo de la temperatura central establecida, el hipotálamo puede iniciar escalofríos para generar calor. El cuerpo utiliza más energía y genera más calor. Además, la hormona tiroidea estimulará más el uso de energía y la producción de calor por las células de todo el cuerpo. Se dice que un ambiente es termoneutral cuando el cuerpo no gasta ni libera energía para mantener su temperatura central. Para un humano desnudo, esta es una temperatura del aire ambiente de alrededor de 84 °F Si la temperatura es mayor, por ejemplo, al usar ropa, el cuerpo compensa con mecanismos de enfriamiento. El cuerpo pierde calor a través de los mecanismos de intercambio de calor.
Mecanismos de Intercambio de Calor
Cuando el ambiente no es termoneutral, el cuerpo utiliza cuatro mecanismos de intercambio de calor para mantener la homeostasis: conducción, convección, radiación y evaporación. Cada uno de estos mecanismos se basa en la propiedad del calor para fluir de una mayor concentración a una concentración menor; por lo tanto, cada uno de los mecanismos de intercambio de calor varía en velocidad según la temperatura y condiciones del ambiente.
La conducción es la transferencia de calor por dos objetos que están en contacto directo entre sí. Ocurre cuando la piel entra en contacto con un objeto frío o cálido. Por ejemplo, al sostener un vaso de agua helada, el calor de tu piel calentará el vaso y a su vez derretirá el hielo. Alternativamente, en un día frío, podrías calentar envolviendo tus manos frías alrededor de una taza de café caliente. Solo alrededor del 3 por ciento del calor del cuerpo se pierde a través de la conducción.
La convección es la transferencia de calor al aire que rodea la piel. El aire calentado se eleva alejándose del cuerpo y es reemplazado por aire más frío que posteriormente se calienta. La convección también puede ocurrir en el agua. Cuando la temperatura del agua es inferior a la temperatura del cuerpo, el cuerpo pierde calor al calentar el agua más cercana a la piel, que se aleja para ser reemplazada por agua más fría. Las corrientes de convección creadas por los cambios de temperatura continúan alejando el calor del cuerpo más rápidamente de lo que el cuerpo puede reemplazarlo, resultando en hipotermia. Alrededor del 15 por ciento del calor del cuerpo se pierde a través de la convección.
La radiación es la transferencia de calor a través de ondas infrarrojas. Esto ocurre entre dos objetos cualesquiera cuando sus temperaturas difieren. Un radiador puede calentar una habitación a través del calor radiante. En un día soleado, la radiación del sol calienta la piel. El mismo principio funciona desde el cuerpo hasta el medio ambiente. Alrededor del 60 por ciento del calor perdido por el cuerpo se pierde a través de la radiación.
La evaporación es la transferencia de calor por la evaporación del agua. Debido a que se necesita una gran cantidad de energía para que una molécula de agua cambie de un líquido a un gas, el agua evaporada (en forma de sudor) lleva consigo una gran cantidad de energía de la piel. Sin embargo, la velocidad a la que se produce la evaporación depende de la humedad relativa: más sudor se evapora en ambientes con menor humedad. La sudoración es el principal medio de enfriar el cuerpo durante el ejercicio, mientras que en reposo, alrededor del 20 por ciento del calor perdido por el cuerpo ocurre a través de la evaporación.
Respuesta Homeostática a las Temperaturas Ambientales
Los humanos tienen un sistema de retroalimentación de regulación de temperatura que funciona promoviendo la pérdida de calor o la ganancia de calor. Cuando el centro de regulación de temperatura del cerebro recibe datos de los sensores que indican que la temperatura del cuerpo excede su rango normal, estimula un grupo de células cerebrales conocido como el “centro de pérdida de calor”. Esta estimulación tiene tres efectos principales:
- Los vasos sanguíneos en la piel comienzan a dilatarse permitiendo que más sangre del núcleo corporal fluya a la superficie de la piel permitiendo que el calor irradie al ambiente.
- A medida que aumenta el flujo sanguíneo a la piel, las glándulas sudoríparas se activan para aumentar su producción. A medida que el sudor se evapora de la superficie de la piel hacia el aire circundante, lleva calor con él.
- La profundidad de la respiración aumenta, y una persona puede respirar a través de la boca abierta en lugar de a través de los conductos nasales. Esto aumenta la pérdida de calor de los pulmones.
Por el contrario, la activación del centro de ganancia de calor del cerebro por exposición al frío reduce el flujo sanguíneo a la piel, y la sangre que regresa de las extremidades se desvía hacia una red de venas profundas (Figura 2). Esta disposición atrapa el calor más cerca del núcleo del cuerpo, restringe la pérdida de calor y aumenta la presión arterial. Si la pérdida de calor es grave, el cerebro desencadena un aumento en las señales aleatorias a los músculos esqueléticos, haciendo que se contraigan y produciendo escalofríos. Las contracciones musculares de los escalofríos liberan calor mientras se usa ATP. El cerebro también activa la glándula tiroides en el sistema endocrino para liberar la hormona tiroidea, lo que aumenta la actividad metabólica y la producción de calor en las células de todo el cuerpo.
Durante la exposición aguda a condiciones de frío en el cuerpo:
- La activación del sistema nervioso simpático da como resultado la descarga de catecolamina (norepinefrina) en todo el sistema.
- La catecolamina causa constricción arteriolar sistémica, aumento de la frecuencia cardíaca y contractilidad cardíaca. El corazón trabaja más duro para empujar la sangre a través de los vasos sanguíneos estrechados.
- Los vasos sanguíneos constreñidos en las extremidades desvían el flujo sanguíneo superficial hacia el núcleo del cuerpo, reduciendo así la radiación o conducción de calor hacia el ambiente.
- La vasoconstricción aumenta la resistencia al flujo sanguíneo y, por lo tanto, aumenta la presión arterial.
- La vasoconstricción conduce a un pulso más débil (menor amplitud de pulso) en las arterias de la piel, los dedos y la mano.
La prueba de presión en frío
El estrés agudo por frío resulta en la activación del sistema nervioso simpático y liberación de catecolaminas (neurotransmisores). La liberación de neurotransmisores afecta el sistema cardiovascular de varias maneras, incluyendo constricción arterial, taquicardia transitoria y aumento de la contractilidad del corazón. En conjunto, estos cambios homeostáticos dan como resultado lo que se llama una respuesta presora, o un aumento de la presión arterial. La prueba presora de frío se usa comúnmente en el entorno clínico para evaluar la función del sistema nervioso simpático. En la prueba presora fría, los sujetos sumergen su mano o antebrazo en agua helada, y se mide su respuesta cardiovascular.
En este laboratorio, utilizaremos la prueba presora en frío para evaluar los cambios en la frecuencia cardíaca, la amplitud del pulso y la saturación de oxígeno arterial utilizando un oxímetro de pulso.
Los oxímetros de pulso estiman indirectamente la saturación arterial de oxígeno y la reportan como la saturación de oxígeno (SpO2) de la sangre arterial del sujeto. La SpO2 se reporta como porcentaje de hemoglobina oxigenada. Los valores normales de oximetría de pulso suelen oscilar entre 97-100%.
Experimento de respuesta presora en frío:
Existen varias hipótesis que podrían estar probando En este laboratorio. Por ejemplo, podemos probar si machos y hembras tienen una respuesta presora fría diferente, o podemos probar si la respuesta presora es la misma en la mano sumergida versus la no sumergida. Después de recopilar los datos, los ingresará en un archivo excel en el banquillo del TA para un análisis estadístico de clase o de curso.
En preparación para laboratorio, ¿se puede escribir una hipótesis IF/THEN para probar la respuesta del pressor frío en hombres y mujeres?
Métodos de Laboratorio
Ejercicios
En este laboratorio realizarás un experimento para probar cómo la exposición aguda al frío afecta la amplitud del pulso, la frecuencia cardíaca y la unión de hemoglobina-oxígeno en hombres y mujeres. Estarás usando un sensor de dedo llamado oxímetro de pulso, que medirá el pulso así como la oxigenación de sangre arterial periférica (SpO2) en tu dedo.
Actividades destacadas del laboratorio
- Utilizaremos iWorx con LabScribe para interpretar la amplitud del pulso, la frecuencia cardíaca y SpO2.
- Los sujetos no deben usar esmalte de uñas, cubiertas de uñas artificiales, joyas de manos o muñecas durante el experimento.
- Los sujetos deben usar mangas cortas o mangas que puedan enrollarse por encima del codo.
- Todos los sujetos participarán en “Base/Condición 1” o “Base/Condición 2” pero no ambos.
- Todos los sujetos sumergirán su antebrazo IZQUIERDO en los experimentos.
- Debido a que el oxímetro de pulso funciona detectando la pulsación de los vasos sanguíneos, los sujetos deben sentarse tranquilos e inmóviles durante el experimento. Otros movimientos o vibraciones podrían confundir las lecturas del oxímetro de pulso.
Empezar
- Encienda la unidad iWorx en el interruptor en la parte posterior de la caja
- Inicie sesión en su cuenta y haga clic en el icono Carpeta en la barra de tareas inferior izquierda
- Haga clic en “Esta PC” en la barra de tareas del lado izquierdo
- Haga doble clic en Biol 256L Materiales del curso P-Drive en “Ubicaciones de red”
- Haga doble clic en el archivo de configuración “Week4_ColdPressor”
- Colocar el pulsioxímetro en el dedo medio de la mano izquierda (condición 1) o derecha (condición 2) como se muestra en la siguiente figura.
- Ya estás listo para comenzar el experimento.
EXPERIMENTO: Efectos de la prueba presora de frío sobre el funcionamiento cardiovascular
IMPORTANTE: Este experimento requiere que la mitad de los sujetos participen en Baseline/Condición 1 y la mitad de los sujetos para participar en Baseline/Condición 2. En su mesa de laboratorio, asigne a cada alumno una condición antes de comenzar el experimento.
- CONTROL/CONDICIÓN 1: Equipar el dedo medio de la mano izquierda con el oxímetro de pulso. Prepárate para sumergir el antebrazo izquierdo en agua helada a la marca de un minuto.
- CONTROL/CONDICIÓN 2: Equipar el dedo medio de la mano derecha con el oxímetro de pulso. Prepárate para sumergir el antebrazo izquierdo en agua helada a la marca de un minuto.
PARTE I. Procedimiento
- Compruebe el sensor: haga clic en el Record rojo
- Haga clic en el botón Autoescala en la barra de tareas superior. Su grabación debe parecerse a las huellas que se ven a continuación en la Figura 5. Si los datos no aparecen como se muestra, ajuste ligeramente el oxímetro en el dedo.
- Anote la ubicación del Tiempo en la esquina superior derecha de la ventana (Fig. 5b). En la figura, el tiempo dice “un minuto y veintidós segundos”. Llevarás un registro de la hora de la grabación de datos con este temporizador en la ventana Labscribe.
- Cuando las señales que se están grabando se visualizan adecuadamente, detenga la grabación y abra un nuevo archivo.
- A medida que el sujeto se sienta en silencio (sin moverse) registre los datos de línea base durante un minuto.
- Exactamente a la marca de un minuto, sumerge el antebrazo izquierdo en el agua helada. NO ponga la mano con instrumentación en el agua. ¡Permanecer lo más quieto posible!
- Registre los datos durante al menos 35 segundos adicionales (puede grabar más).
- Detener la grabación.
- Puede secarse el brazo y calentarlo en una almohadilla térmica. Ya terminaste de servir como sujeto después de una sola exposición al baño de hielo.
- Guarde el archivo de datos en la computadora. Poner el nombre del sujeto y la semana 4 en el título.
PARTE II. Análisis de datos
Este análisis de datos se aplica tanto al registro basal como a la Condición 1 o 2. Para los datos de línea base, comience desde el comienzo de la grabación y encuentre los datos correctos desplazándose y usando el temporizador en la ventana principal.
Para los datos experimentales (condición 1 o 2), iniciar el análisis de datos en la marca 1.00 y desplazarse a 1.05 (cinco segundos), 1.10 (diez segundos), 1.20 (veinte segundos) y 1.30 (treinta segundos).
Para iniciar el análisis de datos:
- Use el icono Tiempo de Visualización para ajustar el Tiempo de Visualización de la ventana Principal para mostrar aproximadamente diez ciclos de pulso completos en la ventana Principal.
- Desplácese por la grabación para ver las ondas de pulso ejemplares en estos intervalos durante la grabación de datos: 5 segundos, 10 segundos, 20 segundos y 30 segundos
- Comience con una onda de pulso alrededor de 5 segundos de grabación de datos y haga clic en el icono de doble cursor y coloque los cursores de la siguiente manera:
- Para medir la amplitud de la onda de pulso, coloque un cursor en la línea base que precede a la onda de pulso y el segundo cursor en el pico de la onda de pulso. El valor para V2-V1 en el canal de pulso es esta amplitud. Determine la amplitud de pulso V2-V1 para las cuatro ondas de pulso en los horarios designados y registre los resultados en su informe de laboratorio.
- Para encontrar la frecuencia cardíaca, seleccione el icono de un cursor y coloque el cursor único en la meseta de la traza de una frecuencia cardíaca en el canal de Ritmo Cardíaco. Vea el cursor naranja en la imagen de abajo. Registre el valor en BPM en su informe de laboratorio para los datos de frecuencia cardíaca recopilados a aproximadamente 5s, 10s, 20s y 30s.
- Para encontrar la SpO2, coloque el cursor sobre los datos en la marca de 30 segundos de grabación. Por lo general esta línea es completamente plana.
- Registre el porcentaje de SpO2, que se muestra en el canal de Saturación de O2, en su reporte de laboratorio.
Después de registrar los datos en su informe de laboratorio, abra un nuevo archivo para el próximo estudiante.
Se puede pedir a los estudiantes que envíen estos datos para su análisis estadístico:
Nota: por favor envíe su sexo (M o F) y edad con sus datos.
- Frecuencia cardíaca media basal
- Amplitud media de onda de pulso basal
- Condición 1 frecuencia cardíaca media del pressor frío
- Condición 1 media de amplitud de onda de pulso pressor frío
- Condición 2 frecuencia cardíaca media del pressor frío
- Condición 2 media de amplitud de onda de pulso pressor frío
Citas
- Algunos materiales de fondo adaptados de OpenStax Anatomy and Physiology, https://openstax.org/details/books/anatomy-and-physiology. Disponible de forma gratuita bajo licencia CC-by-4.0.
- OpenStax College (2013, 25 de abril). Anatomía y fisiología. Colegio OpenStax. Recuperado a partir de http://cnx.org/content/col11496/latest