la pérdida de calor por utilización del calor latente de vaporización de agua es un componente importante del espectro de estrategias fisiológicas disponibles para las especies que controlan su temperatura corporal frente a cargas térmicas variables. Los mejores métodos conocidos para aumentar la pérdida de calor por evaporación son jadear, sudar y esparcir saliva. Esta revisión se centrará en el jadeo como estrategia termolítica. Gran parte de la investigación sobre el jadeo ocurrió antes de 1975, con un resurgimiento del interés después de 1995 que acompañó los avances técnicos en telemetría y recopilación y análisis de datos.

La función del sistema respiratorio a menudo se ve relacionada principalmente con el intercambio de gases, y otras funciones como el control ácido-base, la fonación y la termorregulación a menudo se pasan por alto. La evolución y el éxito de la endotermia permitieron que el control de la temperatura corporal en ambientes fríos fuera independiente del ambiente térmico externo, pero requirió el desarrollo de estrategias de pérdida de calor adecuadas en ambientes cálidos. Debido a que el intercambio de gases respiratorios requiere la humidificación del aire inspirado, un aumento de la ventilación respiratoria también elevará la evaporación respiratoria mientras no se produzca la deshumidificación y el enfriamiento respiratorios (35). Por lo tanto, la pérdida de calor por evaporación por jadeo sería una función relativamente simple de acomodar. En términos de pérdida de calor por evaporación de las endotermas terrestres, es posible que, desde un punto de vista evolutivo, el jadeo o la propagación de saliva hayan sido los primeros mecanismos de pérdida de calor en emerger que utilizaron el calor latente de la vaporización del agua para aumentar la pérdida de calor. Sin embargo, el intercambio alveolar de oxígeno y dióxido de carbono también tendría que controlarse para preservar los requisitos de intercambio de gases y homeostasis del pH. Lo ideal sería que el aumento de la ventilación se limitara, por tanto, al espacio muerto donde tiene lugar la humidificación y no comprometiera el intercambio gaseoso alveolar, requisito que puede lograrse mediante un aumento de la frecuencia respiratoria con una disminución proporcional del volumen corriente (15), que, de hecho, se convierte en una definición de jadeo (Fig. 1). Si se revisa el grado en que el jadeo se usa como mecanismo de pérdida de calor por evaporación en el reino animal, se encuentra que ocurre en algunos reptiles, en aves y en muchas especies de mamíferos. Existe una dificultad para determinar a partir de la medición visual de la frecuencia respiratoria por sí sola que el jadeo, tal como se define, realmente existe. Solo el enfoque técnicamente difícil utilizado en la Fig. 1 mediante el cual la ventilación respiratoria se divide en sus componentes alveolares y de espacio muerto o la medición directa de la pérdida de agua respiratoria satisfará verdaderamente la conclusión de que el jadeo es un mecanismo de pérdida de calor por evaporación. Sin embargo, la observación visual cuidadosa en cuanto a los cambios en la profundidad de la respiración a menudo discriminará entre los aumentos asociados con el jadeo, el ejercicio o el hipermetabolismo de la hipertermia.

Las especies no plantadoras más notables en las especies terrestres de mamíferos (los mamíferos marinos por razones obvias relacionadas con la física de la transferencia de calor en el agua no necesitan tal mecanismo) son los elefantes y los humanos. El elefante no tiene mecanismos de pérdida de calor evaporativo identificados que puedan activarse como parte de la homeostasis térmica; el elefante simplemente almacena calor durante el día y lo disipa por la noche (16). Los primates, distintos de los humanos, muestran un jadeo limitado (17). En los seres humanos, ninguna respuesta respiratoria a la exposición al calor entra en la definición de jadeo.

Cuando se hace una comparación de la eficacia relativa de los dos modos principales de pérdida de calor por evaporación, es decir, jadeo y sudoración, a menudo se concluye que, aunque el movimiento del aire a través de las superficies húmedas de los huesos cornetes en la cavidad nasal ayuda a la evaporación del agua de una manera que generalmente no está disponible para la superficie de la piel de las especies que sudan, la pérdida de calor de jadeo está limitada por el aumento en la producción de calor de los músculos de la respiración. Sin embargo, el costo de energía de jadear, cuando se mide como el cambio en el consumo total de oxígeno entre las zonas termoneutrales y termolíticas, se encuentra en cero (12, 14), ¡realmente una eficiencia del 100%! La solución a esta paradoja fue revelada por Hales (11), quien comparó la distribución del gasto cardíaco antes y durante la exposición al calor y demostró que un aumento en el flujo sanguíneo a los músculos respiratorios durante el jadeo se compensó con una reducción en el flujo a algunos de los músculos no respiratorios, lo que llevó a la conclusión de que, si el flujo sanguíneo y el consumo de oxígeno se corresponden, el metabolismo del músculo respiratorio puede estar elevado durante el jadeo, pero el de otros músculos estaría igualmente deprimido. Una característica adicional que contribuye a la alta eficiencia energética del jadeo es que la frecuencia máxima de jadeo se produce en la frecuencia resonante del sistema respiratorio (5). Debido a que la frecuencia máxima de jadeo por lo tanto estará inversamente relacionada con el tamaño corporal, esto puede explicar la observación de que en un rango de animales bovinos de diferente tamaño corporal adulto que usan tanto jadeo como sudoración, las especies más grandes utilizan la sudoración más que el jadeo como estrategia para aumentar la pérdida de calor por evaporación (33). Por lo tanto, se puede especular que si el jadeo representa una forma primitiva de pérdida de calor por evaporación de los primeros mamíferos, que eran pequeños, la evolución posterior de las especies más grandes necesitó el desarrollo de una forma suplementaria de pérdida de calor por evaporación, a saber, la sudoración. La pérdida de calor por evaporación del canguro es única en el sentido de que se utilizan las tres estrategias para aumentar la evaporación: propagación de saliva y jadeo en reposo y sudoración durante el ejercicio (7).

TERMÓLISIS E INTERCAMBIO DE GASES

La pérdida de agua y calor de la respiración depende tanto de la humedad ambiental como de la ventilación por minuto. En condiciones de frío, la pérdida de calor respiratorio por convección y evaporación no está controlada en gran medida y puede ser necesario contrarrestarla con una elevación del metabolismo y la ventilación respiratoria en interés de la homeostasis térmica. Por lo tanto, los montañeros de gran altitud en un entorno hipóxico con una mayor ventilación respiratoria e inhalación de aire de baja humedad se enfrentan a la doble amenaza de una pérdida significativa de agua y calor, que puede contribuir al riesgo de deshidratación e hipotermia. Sin embargo, una reducción en la ventilación por minuto tras la exposición a temperaturas frías provocará hipercapnia y una mayor extracción de oxígeno del aire inspirado (37). Un estudio detallado sobre los efectos de la exposición al frío en la respiración del ganado bovino demostró una reducción de la pérdida de calor respiratorio total, expresada como porcentaje de la producción de calor metabólico, inversamente proporcional a la temperatura ambiente y acompañada de hipercapnia arterial e hipoxemia (8). Por lo tanto, se puede ver que el sistema respiratorio responde y forma parte de una cascada de reacciones al entorno térmico con un continuo que se extiende desde la hipoventilación en el frío hasta la hiperventilación en el calor.

Aunque los aumentos en la ventilación en el jadeo se limitan en gran medida al espacio muerto, inevitablemente hay un aumento pequeño pero detectable en la ventilación alveolar y una hipocapnia consecuente; la ventilación del espacio muerto no se puede separar físicamente de la ventilación alveolar, y la mezcla difusa de gases está destinada a ocurrir. Si la pérdida de calor por evaporación es inadecuada y la temperatura corporal aumenta, hay un cambio en el patrón de respiración de tal manera que el volumen de marea aumenta y la frecuencia respiratoria disminuye y el jadeo cambia de respiración de boca cerrada a boca abierta. La consiguiente hiperventilación alveolar conduce a un desarrollo progresivo de alcalosis respiratoria profunda (15). Así, se han descrito dos formas de jadeo: una sin ningún cambio importante en la ventilación alveolar y la otra iniciada a medida que aumenta la temperatura central en la que hay hiperventilación alveolar significativa (Fig. 1). Una explicación para la hiperventilación hipertérmica podría ser que la resistencia al flujo de aire nasal aumenta hasta tal punto que sería necesario cambiar a un modo de ventilación de baja resistencia, es decir, a través de la boca. El elegante modelo de flujo de aire respiratorio basado en mediciones anatómicas de los cornetes ideado por Schroter y Watkins en 1989 (36) indica que los números de Reynolds en los huecos son lo suficientemente bajos como para predecir que, incluso a altas velocidades de ventilación, el flujo de aire siempre será laminar y es poco probable que la resistencia de las vías respiratorias sea un factor en la transferencia al jadeo de boca abierta.

El ejercicio puede conducir a hiperventilación en muchas especies, y se ha planteado la pregunta de que, además de la hiperventilación anticipada que ocurre en los seres humanos antes del ejercicio, el estímulo respiratorio para la hiperventilación puede ser multifactorial, originado por el ejercicio de los propios músculos y, por lo tanto, ser una función de la intensidad del ejercicio o de un aumento de la concentración de lactato en sangre, o ser parte del impulso termorregulador. En estudios realizados en ovejas, que es una especie jadeante, Entin et al. en 1998 (10) se identificó la temperatura corporal como la única variable significativa en la hiperventilación inducida por el ejercicio. Tanto en la hiperpnea pasiva como en la de ejercicio, el impulso termorregulador parece ser la modalidad común. Sin embargo, la hipocapnia hipertérmica puede suprimir el impulso quimiorreceptor a la respiración. Este conflicto aparente se ha examinado en tres estudios. Hales et al. (13) denervaron los quimiorreceptores carotídeos y no encontraron evidencia de ningún papel significativo de los quimiorreceptores periféricos en la respuesta ventilatoria al calentamiento en ovejas. Maskrey et al. (28) enriqueció el aire inspirado de las ovejas con dióxido de carbono para mantener la normocapnia y encontró una reducción en la frecuencia de jadeo y un aumento en el volumen de marea, lo que sugirió que el umbral de respuesta quimiorreceptor al dióxido de carbono se redujo por hipertermia. Entin et al. (9) también concluyeron que, a medida que aumenta la temperatura corporal, se produce un cambio descendente en el nivel de control o «punto de ajuste» de la Pco2 arterial que compensa cualquier conflicto homeostático aparente entre la termólisis y el control del pH. Tal ajuste del umbral respiratorio o de la sensibilidad a la Pco2 puede ser significativo en especies que dependen del jadeo como su principal medio de pérdida de calor por evaporación, ya que elimina cualquier posible efecto de «frenado» de la hipocapnia en la termólisis.

ESTUDIOS EN HUMANOS

Si se acepta que hay poca o ninguna evidencia de jadeo como mecanismo termorregulador en humanos, los efectos de la hipertermia pasiva o inducida por el ejercicio sobre la respiración deberían separar las consecuencias exclusivamente respiratorias de la hipertermia de las relacionadas con la regulación de la temperatura. El trabajo de Cabanac y White (4) y White y Cabanac (39) mostró que, contrariamente a la situación en las especies jadeantes donde no hay un umbral de temperatura corporal claro para el inicio de la hiperventilación (10), un cambio en la respiración se produce solo cuando la temperatura corporal central ha aumentado a un valor umbral; una vez que se supera una temperatura umbral, se produce hiperventilación. Este umbral es significativamente más alto que las temperaturas umbral tanto para el inicio de la sudoración como para el aumento del flujo sanguíneo cutáneo, lo que demuestra que la respuesta respiratoria a la hipertermia no puede ser análoga a la respuesta al jadeo y formar parte del grupo habitual de reflejos termolíticos (38). La hiperventilación hipertérmica observada en especies que jadean, como perros y ovejas, puede ser análoga a la observada en humanos que no están plantando y, por lo tanto, ser una propiedad fundamental del sistema respiratorio de todas las especies de aves y mamíferos, independientemente de que utilicen o no el jadeo como mecanismo de pérdida de calor. La característica que es común a los seres humanos y a los animales no plantadores podría ser la relación entre la respiración y el enfriamiento selectivo del cerebro.

ENFRIAMIENTO CEREBRAL SELECTIVO

El jadeo implica la inhalación de aire a través de la nariz, y en la mayoría de las especies la boca está cerrada. Aunque es de conocimiento común que el perro muestra jadeo con la boca abierta, el aire inspirado entra en la cavidad nasal y sale por la boca (34). Por lo tanto, la humidificación del aire inspirado se produce a partir del líquido secretado en la superficie del epitelio nasal (3). Un aumento en el flujo sanguíneo a la mucosa nasal proporciona el calor necesario para la evaporación, y la sangre venosa que drena los cornetes se enfría. La distribución posterior de la sangre venosa es variable; puede ingresar a la vena angularis occuli y luego a los senos cavernosos craneales antes de ingresar finalmente a la vena yugular, o alternativamente puede ingresar a la vena facial y de ahí a la vena yugular. La vía de dirección del flujo está bajo el control neural simpático de la capa muscular de cualquiera de las venas, que actúan como esfínteres y redirigen el flujo a lo largo de una u otra ruta (21). El angularis occuli posee receptores α-adrenérgicos, cuya estimulación conduce a la venoconstricción, mientras que los receptores de la vena facial son venodilatadores de la variedad β-adrenérgica (21). Bajo la estimulación simpática generalizada, son esencialmente antagónicos en su función. La sangre que entra en los senos cavernosos craneales rodea el suministro de sangre arterial a la base del cerebro, que, en muchas especies jadeantes, consiste en una red de vasos conocida como la red carotídea (6). Tal disposición es un intercambiador de calor a contracorriente eficiente que permite enfriar el suministro arterial al cerebro (2). Aunque se ha demostrado la existencia de enfriamiento cerebral en muchas especies que poseen una reta carotídea, no existe tal estructura en humanos, conejos y caballos. Sin embargo, la arteria carótida interna de estas especies atraviesa el seno cavernoso craneal, y existe un potencial de enfriamiento a contracorriente, aunque se esperaría que la ausencia de una red vascular como la red carótida minimizara la eficacia de la transferencia de calor. McConaghy et al. (29) estudiaron el enfriamiento selectivo del cerebro del caballo, una especie que no tiene retícula carotídea y que ni siquiera puede ser un animal jadeante. Demostraron claramente el enfriamiento de la sangre en el tracto respiratorio superior y el enfriamiento selectivo del cerebro durante la exposición al calor y el ejercicio. Aunque los seres humanos no jadean, la sudoración de la cabeza está particularmente bien desarrollada y la pérdida de calor por evaporación tanto cutánea como respiratoria podría contribuir al enfriamiento selectivo del cerebro. El uso de la temperatura de la membrana timpánica como índice de la temperatura cerebral y la temperatura esofágica como índice de la temperatura arterial Cabanac y White (4) y White y Cabanac (39) ha proporcionado evidencia de enfriamiento cerebral selectivo en humanos durante la hipertermia pasiva y de ejercicio. El uso de la temperatura de la membrana timpánica como índice de la temperatura cerebral ha sido cuestionado hasta que Mariak y sus colegas hicieron algunas mediciones directas de las temperaturas intracraneales y subdurales (27) en pacientes sometidos a cirugía por hemorragia subaracnoidea. Confirmaron no solo la relación entre la temperatura intracraneal y la temperatura de la membrana timpánica (26), sino también el vínculo entre el enfriamiento respiratorio superior y el enfriamiento cerebral selectivo (27). También concluyeron que, sobre la base de la velocidad de respuesta a la evaporación respiratoria, la transferencia de calor desde el epitelio nasal se realizó por mecanismos convectivos y no conductores.

La identificación del enfriamiento cerebral selectivo en animales jadeantes y no plantadores, así como en aquellas especies que no poseen una red carotídea, se percibió inicialmente como un mecanismo para la protección de un órgano térmicamente vulnerable. Sin embargo, esta conclusión puede ser una simplificación excesiva, y los estudios en animales en libertad demuestran una variabilidad significativa en el grado en que se produce; para citar a Jessen y Kuhnen (19), hay una «caution necesidad de precaución al asignar una función específica al mecanismo de enfriamiento selectivo.»Sin embargo, puede ser posible en todas las conclusiones aparentemente contradictorias generar una posible hipótesis de trabajo. La magnitud del enfriamiento cerebral selectivo dependerá de 1) el grado de enfriamiento nasal, y en este contexto, el enfriamiento de la piel por sudoración en humanos puede contribuir si se permite que el drenaje venoso cutáneo ingrese a la vena angularis occuli; 2) distribución no solo de la sangre venosa fría al seno cavernoso craneal, sino también el enrutamiento de la sangre arterial a los intercambiadores de calor; 3) la medida en que el aire inhalado se absorbe a través de la nariz o la boca; y 4) el papel del enfriamiento cerebral selectivo como componente de la homeostasis térmica.

El trabajo de Jessen y sus colegas ha sido prominente en elucidar los factores térmicos que determinan el inicio del enfriamiento cerebral selectivo. Los sensores de temperatura hipotalámicos en sí mismos se enfrían y el enfriamiento cerebral selectivo, por lo tanto, sería parte de un bucle de retroalimentación con la temperatura cerebral como variable regulada. Cuando los sistemas térmicos afectivos se dividen en los del cerebro o tronco, Kuhnen y Jessen (23, 24) concluyeron que la termosensibilidad craneal determina en gran medida el umbral de temperatura para el enfriamiento selectivo del cerebro, mientras que las temperaturas del tronco influyen en la pendiente de la respuesta por encima del umbral. Este sistema de control integra todas las entradas térmicas y amortigua cualquier oscilación en la pérdida de calor evaporativo respiratorio.

El bucle de retroalimentación para el enfriamiento cerebral selectivo suprimirá el jadeo. Se ha propuesto que en la deshidratación, la mejora del jadeo y el uso de enfriamiento cerebral selectivo combinado con la supresión de la sudoración en cabras (18, 32) puede verse como un mecanismo de retención de agua en el sentido de que conservará 3 el 35% de la ingesta de agua (22). El enfriamiento del cerebro se convierte así en parte de la cascada de respuestas de conservación del agua a la deshidratación que forman parte de la hipertermia de la deshidratación. La importancia del jadeo con la boca abierta y la alcalosis respiratoria acompañante que ocurre durante la hipertermia ha sido un misterio en términos de comprensión de su papel en la termorregulación. El trabajo de Aas-Hansen et al. (1) demostró que durante el jadeo con la boca abierta en renos, hay una redirección del flujo de aire inspirado desde la cavidad nasal hacia la boca. En consecuencia, podría haber un flujo reducido de sangre venosa hacia el seno cavernoso craneal y una reducción en el enfriamiento cerebral selectivo. En consecuencia, la temperatura cerebral aumenta y elimina la inhibición de la pérdida de calor evaporativo respiratorio, lo que ayuda a la disipación total del calor corporal.

En general, la demostración y replicación del enfriamiento cerebral selectivo es consistente en condiciones de laboratorio. Sin embargo, factores no térmicos como la presencia de un investigador en el área experimental suprimirán el enfriamiento selectivo del cerebro (25). Presumiblemente, estos períodos transitorios de abandono del enfriamiento cerebral selectivo están mediados por una redirección del flujo sanguíneo venoso fuera del seno cavernoso. Un evento similar se ha observado en estudios de animales en libertad en los que es obvio que el control térmico estricto no siempre es evidente debido a factores no térmicos. Estos pueden incluir el miedo a ser perseguido observado en ñus (20) o episodios de actividad espontánea reportados en springbok en libertad (30). Por lo tanto, el ejercicio o la estimulación simpática generalizada pueden activar los receptores α-adrenérgicos del músculo esfínter de la vena angularis occuli y desviar el flujo hacia la vena facial y conducir a una pérdida de enfriamiento cerebral selectivo.

Aunque hay evidencia de enfriamiento cerebral selectivo en humanos, observaciones recientes sobre el enfriamiento cerebral total durante el ejercicio con o sin hipertermia (31) parecen negar la idea de enfriamiento cerebral selectivo. Sin embargo, la tesis general del enfriamiento cerebral selectivo ha sido que el área enfriada del cerebro se limita a las regiones termosensibles del hipotálamo y que el enfriamiento cerebral generalizado puede no tener lugar.

En resumen, la evolución de la investigación sobre la pérdida de calor evaporativo respiratorio y cutáneo de la cabeza y su relación con el enfriamiento selectivo del cerebro se ha alejado del concepto de que el cerebro es excepcionalmente vulnerable a la hipertermia, a la noción de que representa parte del mecanismo de control de la homeostasis térmica.