TERMODINÁMICA DE GOLPE DE CALOR
Creo que todos hemos oído hablar de un “golpe de calor”: temperatura corporal por arriba de los 39°C, sudoración excesiva —si es que no estamos deshidratados—, enrojecimiento y hasta sequedad en la piel —porque después de un rato sí que nos deshidratamos—, llegando a los desmayos o colapsos. Esta es una situación debida a la hipertermia, es decir, cuando tenemos una temperatura corporal mayor a la normal. Recordemos que el ser humano debe estar cerca de los 37°C y no acercarse a los 40°C, pues se vuelve peligroso.
Pero ¿qué tiene que ver la termodinámica con el cuerpo humano?
Pues… ¡todo! Ya que la vida biológica (nuestra actividad vital) genera, inevitablemente, entropía y, para lograr eliminar el aumento de entropía a lo largo de nuestra vida, los seres vivos debemos expulsarla en forma de calor.
Se oye bonito, pero ¿qué es la entropía? Pues, para no complicarnos mucho la vida, tomaremos la definición de la RAE: la entropía es la “magnitud termodinámica que mide la parte de la energía no utilizable para realizar trabajo”. En una interpretación más simple podemos decir que la entropía es un “desecho” de energía que ya no se puede ocupar para realizar otras actividades (y, ya que la termodinámica es la encargada del estudio de la interacción entre el calor y otras manifestaciones de la energía, es quien estudia la entropía).
¿Cómo generamos esa entropía que luego tenemos que eliminar?
Los seres vivos obtenemos energía de los alimentos a través del metabolismo. Este proceso permite liberar la energía que hay dentro de ellos (llamada energía potencial) convirtiéndola en energía que podamos utilizar (energía química). Luego, la gastamos constantemente en actividades como correr, trabajar, movernos, o simplemente respirar, lo que en termodinámica se denomina “trabajo”. Pero, cuando queremos realizar estas actividades, resulta que sólo el 20% de la energía química utilizada se transforma en trabajo. El otro 80% va a parar a energía calorífica en los músculos y por el resto del cuerpo: esa es la entropía (que se observa en forma de calor y termina elevando nuestra temperatura). En realidad, y según la termodinámica, ningún sistema real, por más eficiente que sea, es capaz de convertir toda la energía en trabajo: siempre habrá energía que ya no podremos aprovechar.
Por esto, sí o sí, los seres vivos debemos eliminar calor. Pero, en principio, esto solamente es posible si nuestra temperatura corporal es superior a la ambiental; ya que el calor sólo fluye en un sentido: se va de donde hay más hacia donde haya menos.
¿Qué pasa si no nos deshacemos de ese calor?
Si fuéramos una persona de 75 kg en aislamiento que evita el intercambio de calor (condiciones adiabáticas) y nos mantenemos en reposo, nuestro cuerpo seguirá con sus funciones normales (metabolismo basal), lo que producirá un aumento de temperatura de 1 grado por segundo. Si, además, hacemos actividad moderada, la temperatura aumentaría 4 grados; mientras que la temperatura de un corredor olímpico bajo el intenso sol aumentaría ¡13 grados por segundo! Esto es importante, ya que si la temperatura corporal alcanza los 40.6°C, cesa el crecimiento celular, y a los 42°C, ya hay daño fisiológico irrecuperable del cerebro, riñones y otros órganos; por lo que nuestra supervivencia depende de la capacidad de mantener nuestra temperatura muy próxima a los 37°C.
¿Cómo es que el cuerpo humano se deshace de este calor?
Cuando estamos en un entorno desde 33 hasta unos 20 o 18°C, el calor humano se disipará sin problemas (ya que la temperatura de la piel [33°C] es unos 4 grados inferior a la de los órganos internos [37°C]) mediante los tres mecanismos de transmisión calorífica[1]: conducción, convección y radiación.
Pero, en las ocasiones en las que el ambiente sobrepasa esos 33°C, la transferencia de calor de la piel hacia el ambiente es imposible. Por lo que se vuelve necesaria —y de hecho es el único mecanismo efectivo— la evaporación de un líquido en nuestra superficie cutánea: el sudor. Sin embargo, aunque es una excelente solución en zonas con poca humedad, no es posible en sitios con altos índices, ya que ésta no deja que el sudor se evapore (situaciones como en una sauna o en la selva húmeda). Para ponerlo en contexto: es posible mantener una temperatura corporal normal en una atmósfera seca hasta los 115°C (mientras se produzca sudor suficiente), pero, con una humedad muy alta, nadie puede aguantar más de unos minutos a una temperatura de 48°C.
Así que recordemos: nuestro cuerpo produce calor de forma natural, y si no lo eliminamos correctamente, se acumulará y aumentará nuestra temperatura corporal hasta poder causarnos un golpe de calor.
Esta es una breve interpretación del artículo Termodinámica del colapso por calor húmedo (hipertermia).
Referencias
Sánchez Rodríguez, J. (1984). Termodinámica del colapso por calor húmedo (hipertermia). Revista de meteorología, 3 (3), p. 49-58.
Wikipedia. (2023, 9 enero). Termodinámica. Wikipedia, la enciclopedia libre. https://es.wikipedia.org/wiki/Termodin%C3%A1mica.
Golpe de calor. (s. f.). https://www.insp.mx/avisos/4752-golpe-calor.html.
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[1] https://es.khanacademy.org/science/physics/thermodynamics/specific-heat-and-heat-transfer/v/thermal-conduction-convection-and-radiation.
