Luz infrarroja y temperatura corporal

La luz, como coloquialmente la conocemos, es una forma de energía que se propaga como ondas electromagnéticas. Las ondas electromagnéticas son representadas por el espectro electromagnético. Éste, el espectro electromagnético, abarca desde rayos gamma, pasando por el visible, y hasta ondas de radio. Nuestra principal fuente de luz es el sol. Éste emite diferentes tipos luz, el visible es un segmento muy pequeño que es el percibido por nuestros ojos. Otros segmentos, de esa luz, los podemos percibir con otros sensores en nuestro cuerpo. Esos segmentos son la luz ultravioleta (UV) y la infrarroja (IR). La UV está junto al extremo violeta de la luz visible, mientras que la IR está pegada al extremo rojo.

p-17aLa UV no la percibimos conscientemente, es absorbida por nuestra piel mientras estamos expuestos al sol, es necesaria para la producción de la vitamina D, que es un coadyuvante para fijar el calcio al hueso. Por lo que es importante “tomar sol” por períodos de 20 a 30 minutos, durante la mañana o por la tarde. Si excedemos los baños directos de sol, y no usamos bloqueador, la luz UV produce quemaduras en la piel. En ese momento nos damos cuenta que estuvimos expuestos a la UV, porque percibimos dolor con los sensores de la piel.

La luz IR la percibimos con nuestros sensores de temperatura, que están distribuidos por toda la piel. La luz IR no es tan “energética” como la UV, penetra la piel produciendo aumento de la temperatura corporal. Así, esa luz no la vemos pero la sentimos al exponernos al sol, o a otras fuentes que radian IR (focos de filamento, radiadores de calor, motores de combustión interna, etcétera). Quizá por esto esta “luz” está asociada a nuestro sentido de frío y calor. Por ejemplo, cuando sentimos frío, estando dentro de casa, nos ponemos junto a una ventana por la que entre el sol, esa luz que nos calienta es la infrarroja.

Aquí veremos algunos aspectos de la luz IR radiada por los animales de sangre caliente. Recordemos que estos animales son aquellos que regulan su temperatura internamente para mantenerla constante. Pensemos en el animal que mejor conocemos “el humano”. Su temperatura corporal promedio es de 36.5 °C. Su sistema autónomo, en condiciones climáticas extremas (por debajo de los 0 °C o por arriba de los 40 °C), mantendrá su temperatura corporal sin cambio. En otras palabras, el sistema autónomo hará que el cuerpo “titirite o sude” dependiendo de la temperatura ambiente, para mantener la temperatura de 36.5 °C.

La temperatura corporal es el promedio de la energía cinética de las diferentes moléculas en el cuerpo. Pueden verlo así, la temperatura corporal es el promedio de las temperaturas de las diferentes partes del cuerpo. Por ejemplo, las partes del cuerpo de mayor actividad son los riñones, hígado, cerebro, corazón, por citar algunos.

El sistema autónomo se encarga de proteger al cuerpo. Por ejemplo, las gónadas masculinas tienen que estar dos grados Celsius por debajo de la temperatura corporal. Entonces, en condiciones de temperaturas altas (mayores a los 35 °C), el escroto se relaja para que las gónadas mantengan su temperatura ideal. Mientras que en condiciones de bajas temperaturas el escroto se contrae para llevar las gónadas hacia dentro del cuerpo.

En las mujeres durante su etapa fértil, y durante la ovulación, la temperatura corporal aumenta (entre 0.5 y 1.0 grado Celsius en promedio). Esto es un ciclo mensual, es uno de los llamados ciclos circadianos. Y qué decir durante el período de su vida llamado climatérico. En esta fase, a diferencia de la etapa fértil, los cambios de temperatura no son periódicos.

Ya sabemos que nuestros sensores de temperatura son los responsables de la percepción de la luz IR, que además de provenir del Sol, también viene de fuentes de radiación de calor, como el cuerpo humano. El problema con nuestros sensores de temperatura es que no llevan la información estandarizada, sino que, nuestro cerebro lo aprende con la experiencia. Distinguimos frío de caliente, pero depende de cada individuo.

El desarrollo de la ciencia y la tecnología ha facilitado la interpretación de este fenómeno, es decir, que mediante sensores de luz IR se puede determinar la temperatura de los objetos, sin tocarlos. Muchas son las formas de registrar la radiación IR, aquí explicaremos, brevemente, la termofotografía.

La termofotografía es la manipulación de la luz IR con lentes y espejos adecuados para este tipo de luz. En el plano imagen de este sistema óptico, igual que en la fotografía digital, hay un dispositivo electrónico que sensa la luz IR, la convierte en señal eléctrica, desplegando en la pantalla una imagen con colores falsp-17bos que dependen de la temperatura del objeto. La figura 1 muestra una imagen térmica de un rostro humano (tomada con una cámara FLIR E6, http://www.flir.com/instruments/display/?id=61194). Sobre el rostro puede observar una marca (un círculo con cuatro líneas), y en la esquina superior izquierda el número ~32.6 °C, es la temperatura de ese objeto en ese punto. También puede observar una barra vertical con la paleta de colores asociada a las temperaturas 20.8 °C a 36.5 °C, del negro-azul al rojo-blanco, respectivamente. La asociación de colores es arbitraria y variable entre termofotografías, pero es ajustable con software, es decir, el color rojo-blanco no corresponde siempre a la temperatura de 36.5 °C. Cuando vea una termofotografía, vea la paleta de colores y su escala.

Entonces, ahora que comprendemos que el cuerpo humano emite radiación IR, y que contamos con instrumentos para medirla y cuantificarla, les describiremos una aplicación que desarrolla el INAOE. Es un trabajo de investigación multidisciplinario donde participan investigadores de las coordinaciones de computación (Hayde Peregrina), electrónica (José Rangel), óptica (Francisco Renero). Es la Termofoto-grafía aplicada a la bóveda plantar de pacientes con diabetes mellitus tipo 2 (Ver artículos en “más información”). Los pacientes con diabetes mellitus tipo 2 tienen niveles elevados de glucosa en sangre. El exceso de glucosa deteriora la vaina de mielina del sistema nervioso periférico (pueden imaginarlo como si al cable de la corriente eléctrica perdiera la cubierta de plástico). Esto implica mala información al sistema autónomo del cuerpo. Los pacientes no pueden percibir los cambios de temperatura, deformidades del piso, ni dolor. Por lo que, pasan por traumas, infecciones, necrosis, y hasta la amputación.

Al estar afectada la vaina de mielina la información proveniente de todos los sensores del cuerpo es inadecuada, por lo que el individuo está desprotegido. La figura 2 muestra dos termofotografías a) de un individuo sano, y b) individuo con diabetes mellitus tipo 2. En ambos casos, la paleta de colores es la misma (20.0 a 36.0 grados centígrados). En a) observamos que la distribución de temperaturas es simétrica, además, las zonas de los arcos medios son las de mayor temperatura. En b) observamos que la distribución de temperaturas no es simétrica, que las zonas de mayor temperatura no están en los arcos medios y es asimétrica. Queremos que la termofotografía de la bóveda plantar se convierta en una herramienta para el seguimiento de la sensibilidad periférica de pacientes diabéticos tipo 2.

paco@inaoep.mx, jrangel@inaoep.mx,

hperegrina@inaoep.mx

 

Más información:

  1. Peregrina-Barreto, L A Morales-Hernández, J J Rangel-Magdaleno, J G Avina-Cervantes, J M Ramírez-Cortés, R Morales-Caporal, Quantitative estimation of temperature variations in plantar angiosomes: a study case for diabetic foot, Computational and Mathematical Methods in Medicine, Vol 2014, Article ID 585306.

 

http://www.hindawi.com/journals/cmmm/2014/585306/

 

  1. Hernández-Contreras, H. Peregrina-Barreto, J J Rangel-Magdaleno, J M Ramírez-Cortés, F Renero-Carrillo, J G Avina-Cervantes, Evaluation of thermal patterns and distribution applied to the study of diabetic foot, IEEE Instrumentation and Measurement Society, 2015.

 

http://www.researchgate.net/publication/277020768_Evaluation_of_Thermal_Patterns_and_Distribution_Applied_to_the_Study_of_Diabetic_Foot