Los humanos se han estado adaptando a la vida en la Tierra
durante al menos los últimos 200,000 años. La Tierra y su atmósfera nos han
proporcionado aire para respirar, agua para beber y comida para comer, pero
estos no son los únicos requisitos para sobrevivir. Aunque rara vez lo pienses,
tampoco puedes vivir fuera de un cierto rango de temperatura y presión que
proporciona la superficie de nuestro planeta y su atmósfera. Las siguientes
secciones exploran estos cuatro requisitos de la vida.
Oxígeno
El aire atmosférico es solo un 20 por ciento de oxígeno,
pero ese oxígeno es un componente clave de las reacciones químicas que
mantienen vivo al cuerpo, incluidas las reacciones que producen ATP. Las
células cerebrales son especialmente sensibles a la falta de oxígeno debido a
su requerimiento de una producción alta y constante de ATP. El daño cerebral es
probable dentro de los cinco minutos sin oxígeno, y la muerte es probable
dentro de los diez minutos.
Nutrientes
Un nutriente es
una sustancia en alimentos y bebidas que es esencial para la supervivencia
humana. Las tres clases básicas de nutrientes son el agua, los nutrientes que
producen energía y construyen el cuerpo, y los micronutrientes (vitaminas y
minerales).
El nutriente más crítico es el agua. Dependiendo de la
temperatura ambiental y de nuestro estado de salud, es posible que podamos
sobrevivir solo unos días sin agua. Los químicos funcionales del cuerpo se
disuelven y transportan en agua, y las reacciones químicas de la vida tienen
lugar en el agua. Además, el agua es el componente más grande de las células,
la sangre y el líquido entre las células, y el agua constituye aproximadamente
el 70 por ciento de la masa corporal de un adulto. El agua también ayuda a
regular nuestra temperatura interna y cojines, protege y lubrica las
articulaciones y muchas otras estructuras corporales.
Los nutrientes que producen energía son principalmente
carbohidratos y lípidos, mientras que las proteínas suministran principalmente
los aminoácidos que son los componentes básicos del propio cuerpo. Los ingieres
en alimentos y bebidas vegetales y animales, y el sistema digestivo los
descompone en moléculas lo suficientemente pequeñas como para ser absorbidas.
Los productos de descomposición de los carbohidratos y los lípidos se pueden
usar en los procesos metabólicos que los convierten en ATP. Aunque puede sentir
que se está muriendo de hambre después de perder una sola comida, puede
sobrevivir sin consumir los nutrientes que producen energía durante al menos
varias semanas.
El agua y los nutrientes que producen energía también se
conocen como macronutrientes porque el cuerpo los necesita en grandes
cantidades. En contraste, los micronutrientes son vitaminas y minerales. Estos
elementos y compuestos participan en muchas reacciones y procesos químicos
esenciales, como los impulsos nerviosos, y algunos, como el calcio, también
contribuyen a la estructura del cuerpo. Su cuerpo puede almacenar algunos de
los micronutrientes en sus tejidos y aprovechar esas reservas si no los consume
en su dieta durante unos días o semanas. Algunos otros micronutrientes, como la
vitamina C y la mayoría de las vitaminas B, son solubles en agua y no se pueden
almacenar, por lo que debe consumirlos cada día o dos.
Rango estrecho de temperatura
Probablemente haya visto noticias sobre atletas que murieron
de golpe de calor o excursionistas que murieron por exposición al frío. Dichas
muertes ocurren porque las reacciones químicas de las que depende el cuerpo
solo pueden tener lugar dentro de un rango estrecho de temperatura corporal,
desde justo debajo hasta justo por encima de 37 ° C (98.6 ° F). Cuando la
temperatura corporal sube muy por encima o cae muy por debajo de lo normal,
ciertas proteínas (enzimas) que facilitan las reacciones químicas pierden su
estructura normal y su capacidad de funcionar y las reacciones químicas del
metabolismo no pueden continuar.
Dicho esto, el cuerpo puede responder eficazmente a la
exposición a corto plazo al calor o al frío. Una de las respuestas del cuerpo
al calor es, por supuesto, la sudoración. A medida que el sudor se evapora de
la piel, elimina parte de la energía térmica del cuerpo y la enfría. Se
necesita agua adecuada (del líquido extracelular en el cuerpo) para producir
sudor, por lo que la ingesta adecuada de líquido es esencial para equilibrar
esa pérdida durante la respuesta al sudor. No es sorprendente que la respuesta
al sudor sea mucho menos efectiva en un ambiente húmedo porque el aire ya está
saturado de agua. Por lo tanto, el sudor en la superficie de la piel no puede
evaporarse y la temperatura interna del cuerpo puede aumentar peligrosamente.
El cuerpo también puede responder eficazmente a la
exposición a corto plazo al frío. Una respuesta al frío es el temblor, que es
un movimiento muscular aleatorio que genera calor. Otra respuesta es una mayor
descomposición de la energía almacenada para generar calor. Sin embargo, cuando
esa reserva de energía se agota, y la temperatura central comienza a disminuir
significativamente, los glóbulos rojos perderán su capacidad de abandonar el
oxígeno, negando al cerebro este componente crítico de la producción de ATP.
Esta falta de oxígeno puede causar confusión, letargo y, finalmente, pérdida de
conciencia y muerte. El cuerpo responde al frío reduciendo la circulación
sanguínea en las extremidades, las manos y los pies, para evitar que la sangre
se enfríe allí y que el núcleo del cuerpo pueda mantenerse caliente. Sin
embargo, incluso cuando la temperatura corporal central se mantiene estable,
los tejidos expuestos al frío severo, especialmente los dedos de manos y pies,
pueden desarrollar congelación cuando el flujo sanguíneo a las extremidades se
ha reducido mucho. Esta forma de daño tisular puede ser permanente y provocar
gangrena, que requiere la amputación de la región afectada.
Hipotermia controlada
Como has aprendido, el cuerpo participa continuamente en
procesos fisiológicos coordinados para mantener una temperatura estable. En
algunos casos, sin embargo, anular este sistema puede ser útil o incluso salvar
vidas. Hipotermia es el término clínico para una temperatura corporal
anormalmente baja (hipo- = "debajo" o "debajo"). La
hipotermia controlada es una hipotermia inducida clínicamente que se realiza
para reducir la tasa metabólica de un órgano o de todo el cuerpo de una persona.
La hipotermia controlada a menudo se usa, por ejemplo,
durante la cirugía a corazón abierto porque disminuye las necesidades
metabólicas del cerebro, el corazón y otros órganos, reduciendo el riesgo de
daño a ellos. Cuando la hipotermia controlada se usa clínicamente, el paciente
recibe medicamentos para evitar temblores. Luego, el cuerpo se enfría a 25–32 °C
(79–89 °F). El corazón se detiene y una bomba corazón-pulmón externa mantiene
la circulación hacia el cuerpo del paciente. El corazón se enfría aún más y se
mantiene a una temperatura inferior a 15 °C (60 °F) durante la cirugía. Esta
temperatura muy fría ayuda al músculo cardíaco a tolerar su falta de suministro
de sangre durante la cirugía.
Algunos médicos del departamento de emergencias usan hipotermia
controlada para reducir el daño al corazón en pacientes que han sufrido un paro
cardíaco. En el departamento de emergencias, el médico induce el coma y reduce
la temperatura corporal del paciente a aproximadamente 91 grados. Esta
condición, que se mantiene durante 24 horas, ralentiza la tasa metabólica del
paciente. Debido a que los órganos del paciente requieren menos sangre para
funcionar, se reduce la carga de trabajo del corazón.
Rango estrecho de presión atmosférica
La presión es una fuerza ejercida por una sustancia que está
en contacto con otra sustancia. La presión atmosférica es la presión ejercida
por la mezcla de gases (principalmente nitrógeno y oxígeno) en la atmósfera de
la Tierra. Aunque es posible que no lo percibas, la presión atmosférica
presiona constantemente tu cuerpo. Esta presión mantiene los gases dentro de su
cuerpo, como el nitrógeno gaseoso en los fluidos corporales, disuelto. Si fuera
expulsado repentinamente de una nave espacial sobre la atmósfera de la Tierra,
pasaría de una situación de presión normal a una de muy baja presión. La
presión del gas nitrógeno en su sangre sería mucho más alta que la presión del
nitrógeno en el espacio que rodea su cuerpo. Como resultado, el gas nitrógeno
en su sangre se expandiría, formando burbujas que podrían bloquear los vasos
sanguíneos e incluso hacer que las células se rompan.
La presión atmosférica hace más que simplemente mantener
disueltos los gases sanguíneos. Su capacidad de respirar, es decir, de tomar
oxígeno y liberar dióxido de carbono, también depende de una presión
atmosférica precisa. El mal de altura ocurre en parte porque la atmósfera a
grandes altitudes ejerce menos presión, reduciendo el intercambio de estos
gases y causando dificultad para respirar, confusión, dolor de cabeza, letargo
y náuseas. Los alpinistas transportan oxígeno para reducir los efectos de los
bajos niveles de oxígeno y la baja presión barométrica en altitudes más altas.
La presión dinámica de los fluidos corporales también es
importante para la supervivencia humana. Por ejemplo, la presión arterial, que
es la presión ejercida por la sangre a medida que fluye dentro de los vasos
sanguíneos, debe ser lo suficientemente grande como para permitir que la sangre
llegue a todos los tejidos del cuerpo y, a la vez, lo suficientemente baja como
para garantizar que los delicados vasos sanguíneos puedan resistir la fricción
y la fuerza. del flujo pulsante de sangre presurizada.
Malestar de descompresión
La enfermedad de descompresión (DCS) es una afección en la
que los gases disueltos en la sangre o en otros tejidos corporales ya no se
disuelven después de una reducción de la presión sobre el cuerpo. Esta
condición afecta a los buzos submarinos que emergen de una inmersión profunda
demasiado rápido, y puede afectar a los pilotos que vuelan a gran altura en
aviones con cabinas sin presión. Los buzos a menudo llaman a esta condición
"las curvas", una referencia al dolor en las articulaciones que es un
síntoma de DCS.
En todos los casos, DCS se produce por una reducción en la
presión barométrica. A gran altitud, la presión barométrica es mucho menor que
en la superficie de la Tierra porque la presión es producida por el peso de la
columna de aire sobre el cuerpo que presiona sobre el cuerpo. Las presiones muy
grandes sobre los buzos en aguas profundas también se deben al peso de una
columna de agua que presiona el cuerpo. Para los buzos, el DCS ocurre a presión
barométrica normal (a nivel del mar), pero es provocado por la disminución
relativamente rápida de la presión a medida que los buzos se elevan desde las
condiciones de alta presión de las aguas profundas a la presión ahora baja, en
comparación, a nivel del mar . No es sorprendente que bucear en lagos profundos
de montaña, donde la presión barométrica en la superficie del lago es menor que
la del nivel del mar, es más probable que produzca DCS que bucear en el agua al
nivel del mar.
En DCS, los gases disueltos en la sangre (principalmente
nitrógeno) salen rápidamente de la solución, formando burbujas en la sangre y
en otros tejidos del cuerpo. Esto ocurre porque cuando disminuye la presión de
un gas sobre un líquido, también disminuye la cantidad de gas que puede
permanecer disuelto en el líquido. Es la presión del aire la que mantiene sus
gases sanguíneos normales disueltos en la sangre. Cuando se reduce la presión,
queda menos gas disuelto. Has visto esto en efecto cuando abres una bebida
carbonatada. Quitar el sello de la botella reduce la presión del gas sobre el
líquido. Esto a su vez provoca burbujas a medida que los gases disueltos (en
este caso, dióxido de carbono) salen de la solución en el líquido.
Los síntomas más comunes de DCS son dolor en las
articulaciones, con dolor de cabeza y alteraciones de la visión que se producen
en 10 a 15 por ciento de los casos. Si no se trata, el DCS muy grave puede
provocar la muerte. El tratamiento inmediato es con oxígeno puro. La persona
afectada se traslada a una cámara hiperbárica. Una cámara hiperbárica es una
cámara cerrada reforzada que se presuriza a una presión mayor que la
atmosférica. Trata DCS al represurizar el cuerpo para que la presión pueda
eliminarse mucho más gradualmente. Debido a que la cámara hiperbárica introduce
oxígeno en el cuerpo a alta presión, aumenta la concentración de oxígeno en la
sangre. Esto tiene el efecto de reemplazar parte del nitrógeno en la sangre con
oxígeno, que es más fácil de tolerar sin solución.
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