2.EL ORGANISMO HUMANO Y EL AMBIENTE TERMICO El ser humano es un organismo homeotermo, esto implica que las reacciones metabólicas requieren una temperatura constante (37± 1ºC)para desarrollarse, y en consecuencia el propio organismo dispone de mecanismos muy potentes de regulación de la temperatura interna. Los sistemas de termorregulación son muy complejos, pero los conceptos básicos necesarios para comprender su funcionamiento con el fin de aplicarlos a la prevención de riesgos laborales se pueden exponer de forma relativamente simple. Los procesos bioquímicos necesitan energía para elaborar las sustancias propias del organismo y desarrollar trabajo muscular. Esta energía se obtiene por descomposición de los principios inmediatos (carbohidratos, lípidos y proteínas), no obstante, la mayor parte de la energía producida se libera como energía térmica (calor). La actividad física del hombre es un mecanismo importante degeneración de calor. La energía térmica siempre fluye desde los lugares con mayor temperatura hacia los lugares más fríos. Cuando cualquier objeto recibe calor su temperatura aumenta, y si pierde calor su temperatura disminuye, de forma que el flujo de calor tiende a equilibrar las temperaturas. No se pueden evitar ni el flujo de calor ni el equilibrio final de la temperatura de un cuerpo con su entorno, lo que significa que, por bueno que sea el aislamiento, si no hay aporte de calor, la temperatura de un cuerpo acabará siendo igual a la del ambiente que le rodea. La consecuencia de este fenómeno, aplicada al organismo humano, es que para mantener una temperatura interna constante es necesario que se esté produciendo calor de forma continua y que funcionen unos mecanismos que faciliten la entrada de calor a los órganos en caso de que pierdan temperatura, o la evacuación de calor si la ganan, y unos mecanismos de evacuación hacia el exterior del calor excedente. En condiciones de equilibrio térmico el cuerpo humano está generando, recibiendo y perdiendo calor de forma continua, y el balance térmico es nulo. El conjunto de los mecanismos de termorregulación está gobernado por el hipotálamo, un área del sistema nervioso central situada en la base del cerebro. Su funcionamiento es similar al de un termostato, recibe información mediante una amplia red de receptores sensibles a la temperatura y sus variaciones distribuidos por todo el organismo, y activa los mecanismos fisiológicos necesarios para mantener la temperatura interna constante, incluyendo la descomposición de principios inmediatos para producir energía térmica en caso necesario. 2.1 Unidades de medida de las magnitudes térmicas Las unidades clásicas de medida de la energía térmica, la caloría y su múltiplo, la kilocaloría, no están incluidas en el sistema internacional de unidades de uso legal en España. La unidad oficial de energía o calor es el joule (símbolo J), que equivale a0,239 calorías. El flujo térmico se medirá en watts (símbolo W) o kilowatts (kw). Un kwequivale a 861 kcal/h. En estudios de Fisiología y de Higiene Industrial tiene interés el flujo térmico por unidad de superficie corporal, que se medirá en W/m2, o kw/m2.en algunos estudios se utiliza la unidad met, que equivale a un flujo térmicode 58 W/m 2 (o 50 kcal h -1m- 2). La definición de met se deduce al considerar el flujo térmico equivalente a la 2
generación media de calor de una persona en reposo (104 W o 90 kcal/h), a través de la superficie corporal media (1,8m2). 2.2 Generación metabólica de calor El organismo humano genera calor de forma continua. Se puede considerar el calor generado como un subproducto de cualquier reacción bioquímica o de cualquier trabajo mecánico realizado. Es costumbre identificarlo con el nombre de carga o consumo metabólico, o simplemente metabolismo si no hay posibilidad de confusión. El símbolo es M y la unidad de medida el watt,o el watt/m2 si se refiere a la superficie corporal. Considerado desde el punto de vista termodinámico el organismo humano es una máquina muy poco eficiente, ya que la mayor parte de la energía liberada por la descomposición del combustible (principios inmediatos) se convierte en calor. Sólo en algunos tipos de movimiento (subir escaleras,por ejemplo) se alcanzan rendimientos del orden del 20%, pero en la mayor parte de las actividades cotidianas o laborales el rendimiento es muy bajo, incluso en muchos casos nulo, como ocurre con el trabajo estático. Casi toda la energía que se produce en los procesos metabólicos se transforma en calor De lo anterior se deduce que, cuanto más intensa sea la actividad física del individuo, mayor será también la carga metabólica. Incluso en condiciones de reposo absoluto y en ayunas se genera una cierta cantidad de calor que recibe el nombre de metabolismo basal. El valor medio del metabolismo basal es de 70 W. Medida de la producción de calor por el organismo Los métodos aplicables para la medida de la producción de calor por la actividad metabólica se pueden agrupar en dos categorías; los basados en la medida del consumo de oxígeno y los basados en la medida de la frecuencia cardiaca. Existe una relación casi lineal entre la carga metabólica y el consumo de oxígeno. A una tasa de consumo de oxígeno de 1 l/s le corresponde una carga metabólica de 20,2 kw. Desgraciadamente la realización de este tipo de mediciones requiere una instrumentación muy sofisticada difícil de usar en entornos laborales y su uso queda limitado a experimentos de laboratorio. En los últimos años han aparecido instrumentos para medir la carga metabólica que están basados en la medida de la frecuencia cardiaca, y que pueden ser utilizados en entornos laborales. Se basan en el aumento de irrigación sanguínea que requiere la realización de un trabajo muscular. Hasta el momento se han desarrollado protocolos de medida adecuados para evaluar la penosidad o fatiga de un trabajo físico, pero no con el fin de estimar la generación de calor por la actividad metabólica. Aunque existen instrumentos para ello, la medida directa, o indirecta, de la carga metabólica no es frecuente en el ámbito de la higiene industrial Estimación del calor generado por el metabolismo Ante la falta de procedimientos experimentales que permitan una medición es habitual el recurso al uso de procedimientos basados en la estimación a partir de datos tabulados. Todos los procedimientos de este tipo tienen un patrón común, consisten en tablas en las que se indican valores de la producción de calor a partir 3
de circunstancias observables del trabajo realizado. Las tablas pueden ser muy simples (categorías de trabajo ligero, moderado o pesado) o muy detalladas. La norma UNE-EN-ISO 8996:2005 describe varios procedimientos de este tipo basados en distintos modos de categorización de las tablas (por actividades, por profesiones, etc.). Puesto que existe una relación entre la actividad física y la generación de calor el modo más simple de presentar los datos es una tabla como la adjunta: Con el fin de aclarar los significados se muestran tablas con ejemplos de cada categoría: 4
Un procedimiento más detallado consiste en estimar el consumo metabólico a partir de componentes de la actividad. En las tablas se indican los consumos correspondientes a la postura, al tipo de trabajo y al desplazamiento. La carga metabólica total será la suma de todos ellos y el metabolismo basal. El metabolismo basal depende de la edad, el sexo y otros factores individuales. Una aproximación de uso general es asignarle un valor de 50 W/m 2 5
Los valores indicados en las tablas se pueden promediar para obtener valores medios a lo largo de un tiempo determinado. En actividades laborales corrientes es muy raro encontrar cargas metabólicas sostenidas durante toda la jornada laboral superiores a 200W/m 2. En periodos más cortos de tiempo pueden alcanzarse, sin embargo, valores muy superiores, hasta de varios miles de W/m 2, como ocurre al realizar un esfuerzo, pero siempre estarán compensados con periodos de menor actividad, de forma que el valor medio diario raramente supera el valor indicado. 6