Fizjologia człowieka - notatki dla studentów medycyny, termoregulacja

Artur Nowakowski

Fizjologia człowieka – notatki dla studentów medycyny

tom VII termoregulacja

Collegium Academicum 2015

1 SPIS RZECZY 2

Termoregulacja 2.1

Regulacja temperatury ciała

2 2

2.1.1

Temperatura wewnętrzna

3

2.1.2

Temperatura skóry

4

2.1.3

Równowaga cieplna

5

2.2

Wymiana ciepła

6

2.3

Podstawowe elementy termoregulacji

8

2.3.1

Termoreceptory i termodetektory

9

2.3.2

Ośrodek termoregulacji

11

2.3.3

Rola rdzenia kręgowego w termoregulacji

12

2.3.4

Efektory układu termoregulacji

13

2.4

Działanie mechanizmu termoregulacji

17

2.5

Reakcje termoregulacyjne na zimno i gorąco

18

2.5.1

Reakcje termoregulacyjne na zimno

19

2.5.2

Reakcje termoregulacyjne na gorąco

20

2.5.3

Adaptacja do zmiennych warunków środowiska termicznego

21

2.6

Termoregulacja podczas wysiłków fizycznych

22

2.7

Zaburzenia mechanizmów termoregulacji

23

2.7.1

Hipotermia

23

2.7.2

Hipertermia

24

2.8

Gorączka

25

2.8.1

Pirogen endogenny i egzogenny

26

2.8.2

Mechanizm działania substancji pirogennych

27

1 | Termoregulacja – Regulacja temperatury ciała

2 TERMOREGULACJA 2.1

Regulacja temperatury ciała

Organizmy stałocieplne (homeotermiczne)  

Ptaki i ssaki Mają zdolność utrzymywania względnie stałej temperatury wewnętrznej, pomimo zmian otaczającego je środowiska



Dzięki rozwojowi złożonych mechanizmów termoregulacji dostosowują ilość ciepła wytwarzanego w organizmie (termoregulacja chemiczna) i ciepła wymienianego między organizmem a otoczeniem (termoregulacja fizyczna) do potrzeb bilansu cieplnego w sposób zapewniający zachowanie homeostazy termicznej organizmu w zmiennych warunkach środowiska termicznego

Organizmy zmiennocieplne (poikilotermiczne) 

Dostosowują temperaturę swojego ciała do temperatury otoczenia

2 | Termoregulacja – Regulacja temperatury ciała

2.1.1

Temperatura wewnętrzna



Utrzymanie jej na względnie stałym poziomie jest nieodzownym warunkiem sprawnego działania organizmu stałocieplnego



Zmiany przekraczające o 4 ⁰C wartość prawidłową prowadzą do uszkodzenia struktur komórkowych i zaburzeń aktywności enzymów



Na jej zmiany najbardziej wrażliwy jest mózg (szczególnie neurony jądra olbrzymiokomórkowego związanego z czynnością układu krążenia) a) Utrzymujące się podwyższenie temperatury mózgu ( > 41,5 ⁰C) grozi jego nieodwracalnym uszkodzeniem

Gradient temperatury wnętrze ciała – skóra 

Temperatura warstw powierzchownych ciała zależy w znaczym stopniu od wpływów środowiska, a „termostatowane” jest wnętrze organizmu



Gradient może przekroczyć nawet 20 ⁰C (prawidłowo 4 ⁰C)

Wartości temperatury wewnętrznej w różnych okolicach ciała  

Mózg i wątroba 37,2 ⁰C Brunatna tkanka tłuszczowa u noworodków > 37 ⁰C

   

5–8 cm powyżej zwieracza odbytu (temperatura rektalna) > 37 ⁰C Dół pachowy 36,6 ⁰C Jama ustna pod językiem 37 ⁰C Mięśnie szkieletowe 36 ⁰C

Zmienność temperatury wewnętrznej  

Najbardziej stała w prawej komorze serca Zmiany okołodobowe (amplituda ok. 1 ⁰C): a) Min. we wczesnych godzinach porannych b) Max. podczas dnia (między 8 i 12 oraz 18 i 21)

  

Zmiany zsynchronizowane z cyklem menstruacyjnym Wahania temperatury mózgu są ograniczone W czasie długotrwałego, intensywnego wysiłku fizycznego rośnie temperatura mięśni szkieletowych

3 | Termoregulacja – Regulacja temperatury ciała

2.1.2

Temperatura skĂłry

Temperatura powierzchniowej warstwy ciała  

Oceniana na podstawie pomiarów temp. skóry (Tsk) Poszczególne obszary skóry mają niejednakową temp. – pomiarów powinno się dokonywać w kilku punktach za pomocą termistorów, kolejno na powierzchni: a) Ramienia (Tr) b) Klatki piersiowej (Tkp) c) Uda (Tu) d) Czoła (Tcz)

đ?‘ťđ?’”đ?’Œ = (đ?&#x;Ž, đ?&#x;? Ă— đ?‘ťđ?’“ ) + (đ?&#x;Ž, đ?&#x;” Ă— đ?‘ťđ?’Œđ?’‘ ) + (đ?&#x;Ž, đ?&#x;? Ă— đ?‘ťđ?’– ) + (đ?&#x;Ž, đ?&#x;? Ă— đ?‘ťđ?’„đ?’› ) 

Średnio 33 – 34 ⠰C dla nagiego człowieka, przebywajacego w warunkach komfortu cieplnego (w środowisku termoneutralnym)

4 | Termoregulacja – Regulacja temperatury ciała

2.1.3

RĂłwnowaga cieplna

Średnia temp. ciała (Tc)  

Obliczana na podstawie wartości Tc i temp. wewnętrznej Jej wartość ma istotne znaczenie przy ocenie zawartości ciepła w organizmie (ZC)

đ?‘ťđ?’„ = (đ?&#x;Ž, đ?&#x;’ Ă— đ?‘ťđ?’”đ?’Œ ) + (đ?&#x;Ž, đ?&#x;” Ă— đ?‘ťđ?’“đ?’† ) CiepĹ‚o endogenne 

Ciepło powstające w organizmie jako produkt komórkowych procesów metabolicznych, których natęşenie zaleşy od wielu czynników



Wiecej ciepła wytwarzane jest w warunkach zwiększonej aktywności ruchowej lub ekspozycji na działanie zimna

Ciepło egzogenne 

Pozyskiwane z zewnątrz np. w wyniku przyjmowania gorących pokarmów, wdychania ciepłego powietrza, diatermii

Czynność powłok ciała (skóry i tkanki podskórnej)  

W zimnym otoczeniu – termoizolator W środowisku o wysokiej temperaturze – główna droga usuwania ciepła z głębiej połoşonych narządów i tkanek



Ich czynność jest związana ze zmianami przepływu przez nie krwi (krew ma duşą pojemność cieplną) a) Zmniejszenie przepływu krwi prowadzi do zwiększenia izolacyjnych właściwości skóry i do zmniejszenia utraty ciepła

Przewodnictwo cieplne tkanek 

WyraĹźane w đ?‘˜đ??˝ Ă— đ?‘š2 Ă— â„Ž Ă— â °đ??ś



Ilość ciepła oddawana przez 1m2 powierzchni ciała w ciągu 1h przy róşnicy temperatur między powierzchnią a wnętrzem ciała wynoszącej 1 ⠰C



Zwiększa się wraz ze ↑ temp. skóry powstającym w wyniku zwiększenia przepływu krwi przez powierzchowne warstwy ciała

5 | Termoregulacja – Regulacja temperatury ciała

2.2

Wymiana ciepła

Całkowita wymiana ciepła między organizmem a otoczeniem 

RzÄ…dzÄ… niÄ… prawa fizyczne



Jej wielkość zaleşy od warunków zewnętrznych oraz od temperatury skóry, zaleşnej od przepływu krwi i od ilości potu wydzielanego przez gruczoły potowe

đ?‘ş = đ?‘´ Âą đ?‘Şđ?’— Âą đ?‘Şđ?’… Âą đ?‘š − đ?‘Ź M – metaboliczne wytwarzanie ciepĹ‚a Cv, Cd, R – ilość ciepĹ‚a usuwanego z ustroju bÄ…dĹş pozyskiwanego z otoczenia przez: konwekcjÄ™ (Cv), przewodzenie (Cd) i promieniowanie (R), tzw. sucha utrata ciepĹ‚a E – ilość ciepĹ‚a eliminowanego z organizmu przez parowanie

6 | Termoregulacja – Wymiana ciepła

Drogi wymiany ciepła między organizmem a otoczeniem Konwekcja  

Przenoszenie ciepła w wyniku ruchu cieczy bądź gazu do środowiska zimniejszego Np. przemieszczanie się ciepła z wnętrza ciała na jego obwód lub usuwanie ciepła z powierzchni skóry (dzięki ruchowi powietrza)

Przewodzenie 

Zależy głównie od różnicy temperatur między dwiema powierzchniami pozostającymi w bezpośrednim kontakcie



Np. w środowisku wodnym człowiek traci większość ciepła przez przewodzenie w związku z dużym przewodnictwem cieplnym H2O (25 razy większym niż powietrza)

Promieniowanie elektromagnetyczne  

Każde ciało jest jego źródłem Promieniowanie krótkofalowe – słoneczne a) O długośc fali 0,3 – 3,0 μm b) Podczas ekspozycji organizm zawsze zyskuje ciepło



Promieniowanie długofalowe a) O długości fali 5,0 – 100 μm b) Emitowane m.in. przez powierzchnie ciała żywych organizmów c) Podczas ekspozycji organzim może zyskiwać/ tracić ciepło, w zależności czy otaczające powierzchnie są chłodniejsze czy cieplejsze od powierzchni ciała

Parowanie potu 

Utrata ciepła tą drogą odgrywa podstawową rolę w chłodzeniu skóry i dopływającej do niej krwi podczas ekspozycji na gorąco oraz w warunkach obciążenia organizmu ciepłem endogennym np. w czasie pracy fizycznej



Przy normalnej temperaturze skóry całkowite wyparowanie 1l potu usuwa z organizmu 2,4 MJ (580 kcal) ciepła



Czynnikiem ograniczającym utratę ciepła tą drogą jest wilgotność powietrza

7 | Termoregulacja – Wymiana ciepła

2.3

Podstawowe elementy termoregulacji

Układ termoregulacji   

Termoreceptory i termodetektory – struktury wrażliwe na zmiany temperatury otoczenia lub temperatury wnętrza ciała Ośrodek termoregulacji – integruje i transformuje informacje ze struktur wrażliwych na temperaturę Efektory układu termoregulacji

8 | Termoregulacja – Podstawowe elementy termoregulacji

2.3.1 

2.3.1.1

Termoreceptory i termodetektory Zmiany temperatury są odbierane przez termoreceptory obwodowe oraz detektory ośrodkowe będące termowrażliwymi neuronami

Termoreceptory obwodowe



Znajdują się głównie w skórze, a także w mięśniach, górnych drogach oddechowych, ścianie naczyń żylnych i niektórych odcinkach przewodu pokarmowego



Nie można ich bezpośrednio wiązać z żadnymi swoistymi strukturami morfologicznymi ani identyfikować z zakończeniami nerwów aferentnych umiejscowionymi bezpośrednio pod powierzchnią punktu wrażliwego na temperaturę



Pojedyńcze włókna aferentne reagują zmianą częstotliwości wyładowań w określonym zakresie temperatury

Klasyfikacja czynnościowa 



Receptory wrażliwe na ciepło a) Związane z nimi włókna aferentne reagują przejściowym dużym zwiększeniem częstotliwości wyładowań na podwyższenie temperatury skóry, po czym częstotliwość ustala się w zakresie 38–43 ⁰C Receptory wrażliwe na zimno a) Liczniejsze od termoreceptorów wrażliwych na ciepło b) Związane z nimi włókna aferentne reagują na gwałtowne obniżenie temperatury powierzchni skóry przejściowym wybuchem wyładowań o dużej częstotliwości , po którym częstotliwość wyładowań ulega zmniejszeniu – stają się one regularniejsze, ale jest ich wciąż więcej w zakresie 15–34 ⁰C

Zasady działania termoreceptorów obwodowych 

Maksymalna częstotliwość wyładowań przy utrzymywaniu stałej temperatury skóry wynosi 10/s, przy czym każdy receptor ma swoją charakterystyczną temperaturę i maksymalną częstotliwość wyładowań



Poszczególne termoreceptory osiągają maksimum częstotliwości wyładowań przy różnych temperaturach



Mogą dostarczać informacji – zarówno o bezwględnej temperaturze, jak i o jej zmianach – do ośrodkowego mechanizmu regulacyjnego oraz świadomości człowieka, dzięki czemu odczuwa on ciepło lub zimno

9 | Termoregulacja – Podstawowe elementy termoregulacji

2.3.1.2   

Termodetektory Struktury termowrażliwe Znajdują się np. w przedniej części podwzgórza i w szyjnej części rdzenia kręgowego Reagują na miejscowe podwyższenie temperaury zwiększeniem częstotliwości wyładowań elektrycznych a) Towarzyszy temu (z pewnym opóźnieniem) zwiększenie częstości oddechów, czyli tzw. dyszenie termiczne

10 | Termoregulacja – Podstawowe elementy termoregulacji

2.3.2

Ośrodek termoregulacji



Podstawowy ośrodek regulujący temperaturę wewnętrzną organizmu i detektor temperatury



Składa się z dwu części, połączonych ze sobą drogami biegnącymi po obu stronach w bocznej części podwzgórza



W przenoszeniu pobudzenia między jego neuronami bierze udział wiele neuroprzekaźników np. NA, S, D

Ośrodek eliminacji ciepła  

Znajduje się w przedniej częci podwzgórza Obniżenie temperatury w jego obrębie powoduje: a) W neutralnej temperaturze otoczenia – zwężenie naczyń krwionośnych skóry oraz nasilenie tempa metabolizmu b) W gorącym środowisku – hamowanie przepływu krwi przez skórę



Neurony termowrazliwe znajdują się głównie w okolicy przedwzrokowej

Ośrodek zachowania ciepła 

Znajduje się w tylnej części podwzgórza

 

Odpowiedzialny za zatrzymywanie ciepła w organizmie i stymulację jego wytwarzania Jego uszkodzenie znosi reakcje chroniące organizm przed oziębieniem, nie zmieniając zdolności eliminacji ciepła z organizmy w gorącym środowisku

 

Mało wrażliwy na miejscowe zmiany temperatury Pełni główną rolę w przetwarzaniu informacji termicznych z termoreceptorów obwodowych

11 | Termoregulacja – Podstawowe elementy termoregulacji

2.3.3 

Rola rdzenia kręgowego w termoregulacji Pozawzgórzowe struktury OUN, a w szczególności rdzeń kręgowy, współdziałają w regulacji temperatury ciała

Rdzeń kręgowy jako ogniwo ośrodkowego łańcucha termoregulacji  

Zawiera elementy termowrażliwe Stwierdzono wpływ termicznej stymulacji rdzenia kręgowego na wszystkie znane reakcje termoregulacyjne a) Wielkość tych reakcji zależy nie tylko od intensywności bodźca termicznego działającego bezpośrednio na rdzeń, lecz również od temperatury podwzgórza i temperatury skóry

12 | Termoregulacja – Podstawowe elementy termoregulacji

2.3.4 

Efektory układu termoregulacji Zmiana ich stanu czynnosciowego prowadzi do: a) ↑/↓ utraty ciepła przez organizm (efektory termoregulacji fizycznej) b) ↑/↓ wytwarzania w organizmie ciepła metabolicznego (efektory termoregulacji chemicznej)

Efektory termoregulacji fizycznej 

Układ krążenia



Gruczoły potowe

Efektory termoregulacji chemicznej  

Mięśnie szkieletowe Wątroba



Tkanka tłuszczowa (zwłaszcza brunatna)

Hormony wywierające działanie ciepłotwórze  

T3, aminy katecholowe, glukagon Pośreniczą w termoregulacyjnym modyfikowaniu tempa metabolizmu i w tym znaczeniu można je również zaliczyć do efektorów układu termoregulacji

13 | Termoregulacja – Podstawowe elementy termoregulacji

2.3.4.1

Układ krążenia

Rozszerzenie naczyń krwionośnych skóry 

Towarzyszy mu kompensacyjne zmniejszenie przepływu trzewnego i nerkowego, a także ↑ pojemności minutowej serca



Czynniki wpływające na rozszerzenie naczyń: a) Uwolnienie naczyń od wpływu impulsacji współczulnej b) Miejscowe podwyższenie temperatury c) Bradykinina uwalniana z gruczołów potowych i przenikająca do przestrzeni zewnątrzkomórkowej

1. Rozszerzenie naczyń krwionośnych 2. Zwiększenie skórnego przeływu krwi 3. Zwiększenie przenoszenia ciepła z wnętrza na powierzchnię ciała

Zwężenia naczyń krwionośnych skóry 

Towarzyszy mu przemieszczenie krwi do głębiej położonych pojemnościowych naczyń krwionośnych, co może powodować: a) ↑ pojemności minutowej serca b) ↑ objętości tzw. krwi centralnej c) ↑ ciśnienia tętniczego

14 | Termoregulacja – Podstawowe elementy termoregulacji

2.3.4.2   

Gruczoły potowe Unerwione wpsółczulnymi włóknami cholinergicznymi Ok. 2 mln w skórze człowieka Nierównomiernie rozmieszczone a) Np. na skórze kaltki piersiowej i kończyn ok. 2000 gruczołów/cm2

Aktywacja gruczołów potowych 

Pod wpływem stymulacji ośrodkowych termodetekorów wrażliwych na wzrost temperatury wewnętrznej



Istnieje wprost proporcjonalna zależność między ilością wydzielanego potu a temperaturą krwi dopływającej do podwzgórza w szerokim zakresie temperatury otoczenia od 20 do 40 ⁰C

15 | Termoregulacja – Podstawowe elementy termoregulacji

2.3.4.3

Efektory termoregulacji chemicznej

Źródła ciepła metabolicznego 

↑ napięcia mięśniowego i drżenie mięśniowe a) Ze względu na bardzo mały współczynnik pracy użytecznej ciepło stanowi tu znacznie większą część uwalnianej energii niż podczas ruchów dowolnych

Powstawanie ciepła w mięśniach szkieletowych 

Przyczyną wzrostu napięcia mięśniowego i wystąpienia drżenia mięśniowego jest nasilenie impulsacji nerwowej docierającej do mieśni szkieletowych za pośrednictwem aksonów α-motoneuronów rdzenia kręgowego



16 | Termoregulacja – Podstawowe elementy termoregulacji

2.4

Działanie mechanizmu termoregulacji

Zasada działania układu termoregulacji 

Podstawą działania termoregulacji jest ujemne sprzężenie zwrotne między temperaturą wnętrza ciała a mechanizmami modyfikującymi wytwarzanie ciepła w organizmie i jego eliminację do otoczenia

1. Wykrywanie odchylenia temperatury wewnętrznej ciała od „zadanego” poziomu za pomocą swoistych receptorów 2. Przekaznie informacji o odchyleniu i jego wielkości do ośrodkowego ogniwa układu, gdzie następuje przetwarzanie tej informaci 3. Wysyłanie „poleceń” do efektorów układu 4. Aktywacja efektorów prowadzi do zmian wyrównujących odchylenie temperatury ciała od poziomu, na którego utrzymaie układ jest „nastawiony”

Zmienny poziom regulacji temperatury ciała 

Termoregulacja działa w organizmie na podstawie mechanizmu sprzężenia zwrotnego ze zmiennym poziomem regulacji temperatury („zmienny set-point”)



W niektórych stanach fizjologicznych (np. praca mięśni, sen) i patologicznych (gorączka) termoregulacja działa sprawnie, ale na innym – wyższym lub niższym – poziomie „nastawienia” temperatury ciała



Podłożem morfologicznym jest zespół neuronów podwzgórza, które wykrywają bezpośrednio temp. krwi tętniczej perfundującej ten obszar

17 | Termoregulacja – Działanie mechanizmu termoregulacji

2.5

Reakcje termoregulacyjne na zimno i gorąco

Równowaga cieplna 

Człowiek jest uważany za przedstawiciela ssaków tropikalnych



Do jej utrzymania w spoczynku bez ubrania konieczna jest stosunkowo wysoka temperatura otoczenia (28–30 ⁰C) a) Wytwarzanie ciepła przez organizm wynosi 250–360 kJ/h b) Temperatura wewnętrzna wynosi 37 ⁰C c) Średnia temperatura skóry wynosi 33 ⁰C



Różnica temperatur między wnętrzem ciała a jego powierzchnią jest wystarczająco duża, aby ciepło powstałe w metabolicznie czynnych tkankach przemieszczone zostało na zewnątrz ciała

18 | Termoregulacja – Reakcje termoregulacyjne na zimno i gorąco

2.5.1 

Reakcje termoregulacyjne na zimno W miarę obniżania temperatury otoczenia zwiększa się różnica między temp. powierzchni skóry a temp. środowiska a) Organizm traci znaczne iości ciepła na skutek przewodzenia i promieniowania

Zwiększenie właściwości izolacyjnych tkanek  

Ogranicza utratę nadmiaru ciepła Zmniejszenie przepływu krwi przez tkankę podskórną i skórę niektórych obszarów ciała, zwłaszcza kończyn



Zmiany przepływu skórnego krwi przez skórę twarzy i tułowia są niewielkie, dlatego w czasie ekspozycji na zimno utrata ciepła z tych okolic jest największa

Zwiększenie tempa metabolizmu 

Konieczne dla zachowania równowagi cieplnej w zimnym otoczeniu



U dorosłego cżłowieka zachodzi prawie wyłącznie przez odruchowe pobudzenie mięśni szkieletowych, w wyniku czego zwiększa się napięcie spoczynkowe tych mięśni, a następnie pojawia drżenie mięśniowe

We wczesnym okresie pourodzeniowym  

Mechanizm termogenezy nie jest jeszcze wykształcony Wytwarzanie ciepła zachodzi wyłącznie na drodze bezdrżeniowej, głównie w brunatnej tkance tłuszczowej



Noworodki są szczególnie wrażliwe na zmiany środowiska termicznego a) Ze względu na niekorzystny stosunek powierzchni ciała do jego masy oraz małą zawartość podskórnej tkanki tłuszczowej



Temperatura neutralna (tzn. temperatura otoczenia, przy której tempo metabolizmu utrzymuje się na poziomie spoczykowym) wynosi 32–34 ⁰C

19 | Termoregulacja – Reakcje termoregulacyjne na zimno i gorąco

2.5.2

Reakcje termoregulacyjne na gorąco

Zmniejszenie właściwości izolacyjnych tkanek  

Pierwotna reakcja termoregulacyjna organizmu na obciążenie cieplne Zwiększenie skórnego przepływu krwi w wyniku rozszerzenia naczyń krwionośnych a) W warunkach termoneutralnych przepływ skórny krwi stanowi 5% pojemności minutowej serca b) W bardzo gorącym otoczeniu może sięgać aż 20%

Niekorzystne skutki towarzyszące zmianom przepływu krwi  

Zwiększenie częstości skurczów serca i pojemności minutowej Tendencja do obniżania się ciśnienia tętniczego krwi, w wyniku zmniejszenia obwodowego oporu naczyniowego

Pobudzenie czynności gruczołów potowych 

Gdy temperatura otoczenia przekroczy 28–32 ⁰C (średnia temperatura skóry) lub gdy podwyższy się temperatura wnętrza ciała



Powoduje zwiększenie wydzielania potu, który parując usuwa nadmiar ciepła a) Wyczerpuje to zarówno wewnątrz-, jak i zewnątrzkomórkowe zasoby płynów ustrojowych

 Podczas przedłużającej się ekspozycji na gorąco obserwuje się zwolnienie tempa wydzielania potu, przypisywane „zmęczeniu” gruczołów potowych

20 | Termoregulacja – Reakcje termoregulacyjne na zimno i gorąco

2.5.3

Adaptacja do zmiennych warunków środowiska termicznego

Habituacja 

Psychiczne przyzwyczajenie się do stałego bądź powtarzającego się narażenia organizmu na działanie zimna ub gorąca

Aklimatyzacja 

Wywołanie korzystnych zmian fizjologicnzych, dzięki którym granice tolerancji środowiska termicznego znacznie się poszerzają



Przejawy aklimatyzacji do gorąca: a) Zmniejszenie skórnego przepływu krwi b) Obniżenie temperatury otoczenia, przy której uruchomiona jest reakcja pocenia się c) Zmiana składu potu w kierunku oszczędzania Na+

Adaptacja do zimna Adaptacja hipotermiczna 

Polega na zmniejszaniu wytwarzania ciepła i obniżaniu temperatury wewnętrznej jako reakcji na zimno bez odczuwania dyskomfortu



Np. u Lapończyków i prymitywnych plemion australijskich

Adaptacja izolacyjna  

Jest wynikiem zwiększania grubości podskórnej tkanki tłuszczowej i rozwoju zdolności skurczu naczyń obwodowych Np. u pływaków przepływających długie dystanse

Adaptacja metaboliczna 

Wiąże się z przetrwaniem bądż powtórnym pojawieniem się brunatnej tkanki tłuszczowej u ludzi dorosłych stale narażanych na działanie niskiej temp. otoczenia



Np. u koreańskich lub japońskich poławiaczek pereł i owoców morza

21 | Termoregulacja – Reakcje termoregulacyjne na zimno i gorąco

2.6

Termoregulacja podczas wysiłków fizycznych

Wytwarzanie ciepła podczas wysiłków fizycznych 

Tempo jego wytwarzania istotnie przyspiesza na skutek zwiększenia metabolizmu pracujących mięśni a) 75% energii uwalniane jest w postaci ciepła



Temperatura pracujących mięśni, wynosząca w spoczynku 36 ⁰C, podwyższa się szybko po rozpoczęciu wysiłku, osiągając 38–42 ⁰C Dzięki zwiększeniu mięśniowego przepływu krwi ciepło jest następnie przenoszone do wnętrza ciała, w wyniku czego temp. wewnętrzna ulega stopniowemu podwyższeniu



Wysiłkowy przyrost temperatury wewnętrznej   

Zależy od intensywności wysiłku oraz od wydolności fizycznej Nie zależy od warunków środowiska w szerokim zakresie temperatury (5–30 ⁰C) Podczas długotrwałych wysiłków o charakterze wytrzymałościowym temperatura wewnętrzna stabilizuje się na podwyższonym poziomie po 30–40 min

Usuwanie nadmiaru ciepła  

Głównie w wyniku parowania potu Im szybciej aktywowane są gruczoły potowe i uruchamiany proces pocenia, tym mniejsze niebezieczeństwo nadmiernego wzrostu temperatury wewnętrznej



Przy dużej wilgotności powietrza parowanie potu nie zachodzi a) Podczas intensywnego wysiłku może dojść do hipertermii nawet w temperaturze komfortu cieplnego

Skuteczność termoregulacji podczas wysiłków fizycznych 

Zależy także od czynników nietermicznych, takich jak: a) Stan nawodnienia organizmu b) Rodzaj wykorzystywanych substratów energetycznych c) Stopień wytrenowania, wiek d) Faza cyklu menstruacyjnego

Odwodnienie  

Rozwija się w wyniku bardzo znacznego niejednokrotnie wydzielania potu U człowieka odwodnionego wysiłkowe przyrosty temp. wewnętrznej są znacznie większe niż u normalnie nawodnionego

22 | Termoregulacja – Termoregulacja podczas wysiłków fizycznych

2.7

Zaburzenia mechanizmów termoregulacji

2.7.1 

Hipotermia Metaboliczne wytwarzanie ciepła nie jest w stanie wyrównać utraty ciepła przez organizm (w otoczeniu o bardzo niskiej temperaturze, szczególnie w wodzie) a) Występuje to zwłaszcza w razie dłużej trwającego narażenia na zimno, w następstwie czego temp. wewnętrzna ciała obniża się

Następstwa   

↓ pojemności minutowej serca (w wyniku postępującej bradykardii) ↓ objętości wyrzutowej serca ↑ naczyniowego oporu obwodowego

Obniżenie temperatury ciała do 28 ⁰C 

Migotanie przedsionków a) Może mu towarzyszyć migotanie komór, związane z niedostatecznym zaopatrzeniem mięśnia sercowego w O2

Obniżenie temperatury ciała do 23–25 ⁰C (głęboka hipotermia)   

Upośledzenie czynności układu krążenia i oddechowego Zaburzenia świadomości Uszkodzenia wątroby i nerek

 

Zakłócenie gospodarki wodno-elektrolitowej W konsekwencji śmierć

Hipotermia przypadkowa 

Obniżenie temperatury ciała do 35 ⁰C u ludzi w podeszłym wieku



Przyczyny: a) Upośledzenie reakcji naczynioruchowych w skórze, prowadzące do zwiększenia utraty ciepła b) Opóźnienie występowania i zmniejszone nasilenie reakcji metabolicznych (drżenia mięśniowego) c) Pogorszenie zdolności różnicowania temperatury otoczenia



Stanowi zagrożenie życia ludzi starszych

23 | Termoregulacja – Zaburzenia mechanizmów termoregulacji

2.7.2

Hipertermia

 

Nadmierny ↑ temperatury ciała Ilość ciepła zyskiwanego przez organizm bądź w nim pozostającego w jednostce czasu jest większa od możliwości jego utraty



Fizjologicznym reakcjom zapobiegającym przegrzaniu mogą towarzyszyć zaburzenia gospodarki wodno-elektrolitowej



Szybkość rozwoju i przebieg zależą od: a) Wielkości obciążenia ciepłem endogennym/ egzogennym b) Warunków środowiska c) Możliwości uzupełnienia strat H2O i elektrolitów

Następstwa      

Zaburzenia czynności przewodu pokarmowego Przykurcze mięśni szkieletowych Udar cieplny – zahamowanie wydzielania potu w warunkach odwodnienia Apatia Zmęczenie Zaburzenia psychiczne i wegetatywne



Śmierć w wyniku zapaści sercowo-naczyniowej

Zespół hipertermii złośliwej 

Charakteryzuje się szybkim ↑ temperatury wewnętrznej podczas zabiegów chirurgicznych wykonywanych w narkozie ogólnej

 

Podwyższenie temp. jest następstwem zwiększenia stężenia Ca2+ Przyczyną częstych zgonów jest tu zachwianie równowagi między paradoksalnie dużym przyspieszeniem tempa wytwarzania ciepła w mięśniach szkieletowych a jego usuwaniem w warunkach sali operacyjnej



Stwierdzono nieprawidłowy gen w chromosomie 19, u osób z predyspozycją do hipertermii złośliwej

24 | Termoregulacja – Zaburzenia mechanizmów termoregulacji

2.8

Gorączka 

Stan podwyższenia temperatury wewnętrznej ciała do poziomu przekraczającego zakres jej prawidłowych dobowych zmian, przy sprawnie działającej termoregulacji



Towarzyszy zazwyczaj reakcjom obronnym organizmu na infekcje bakteryjne lub wirusowe oraz inne czynniki patogenne

Etapy gorączki 1. Działanie czynników gorączkotwórczych 2. Reakcje termoregulacyjne zmniejszajace utratę ciepła (np. skurcz naczyń krwionośnych skóry) i zwiększajace wytwarzania ciepła (np. drżenie mięśniowe) 3. Ustala się nowy, podwyższony poziom temperatury ciała ___ 4. Ustanie działania czynników gorączkotwórczych 5. Uruchomienie mechanizmów termoregulacyjnych, zwiększających utratę nagromadzonego w organizmie ciepła (rozszerzenie naczyń krwionośnych skóry, wzmożone pocenie się) 6. Powrót temperatury do wartości prawidłowych

Fizjologiczne znaczenie gorączki 



Reakcja obronna organizmu (ma korzystny wpływ na przeżywalność zwierząt podczas infekcji bakteryjnych i wirusowych), ale: a) Tylko niektóre bakterie (np. gonokoki) giną w 41 ⁰C b) Większość bakterii i wirusów może nawet zwiększać swoją aktywność w warunkach podwyższonej temperatury c) Środki przeciwgorączkowe na ogół znacznie poprawiają stan chorego Towarzyszący gorączce ↓ stężenia Fe2+ i Zn w osoczu wpływa hamująco na rozwój bakterii chorobotwórczych

25 | Termoregulacja – Gorączka

2.8.1

Pirogen endogenny i egzogenny

Pirogen egzogenny 

 

Substancje obecne w bakteriach i wirusach chorobotwórczych a) W bakteriach gramm-ujemnych jest to lipopolisacharyd o dużej masie cząsteczkowej (oporny na działanie wysokiej temp. i rozpuszczalny w H2O) b) W wirusach jest zawarty najprawdopodobniej w lipidowym ich fragmencie Powstaje także w wyniku innych toczących się w organizmie procesów patologicznych np. rozpadu niektórych komórek nowotworowych lub uszkodzenia tkanek Oddziałując na leukocyty, monocyty, makrofagi krwi oraz osiadłe komórki układu limfoidalnego, stymuluje uwalnianie pirogenu endogennego lub leukocytarnego

Pirogen endogenny  

Jego uwalnianie prowadzi do ↑ temperatury wewnętrznej ciała Cytokiny: a) IL-1 (interleukina 1α i 1β) b) IL-6 (interleukina 6) c) IFN-α, -γ (interferon α i γ) d) TNF (czynnik martwicy nowotworów)

26 | Termoregulacja – Gorączka

2.8.2 

Mechanizm działania substancji pirogennych Substancje pirogenne mogą działać obwodowo lub ośrodkowo (podwzgórze jest najbardziej prawdopodone, ze względu na jego podstawowe znaczenie w regulacji temperatury ciała)

Działanie pirogenu endogennego   

Jego miejscem działania jest przednia część podwzgórza Nie przechodzi przez barierę krew-mózg Pod wpływem IL-1 oraz IL-6 zmniejsza się częstotliwość impulsów z podwzgórzowych termodetektorów ciepła, a zwiększa – z termodetektorów zimna a) Pobudzenie mechanizmów zwiększających wytwarzanie ciepła z jednoczesnym hamowaniem reakcji jego eliminowania leży u podstaw przesuniecia nastawienia układu termoregulacji w gorączce na wyższy poziom b) Ten nowy poziom regulowanej temperatury nie przekracza na ogół 41 ⁰C ___



Wg. nowszych koncepcji IL-1 i IL-6 powstają miejsowo w mózgu pod wpływem endotoksyn lub innych mediatorów stanów zapalnych

Rola prostaglandyn w patogenezie gorączki 

Pirogen endogenny stymuluje metabolizm kwasu arachidonowego, który z kolei pobudza syntezę prostaglandyn E1 i E2



Wstrzyknięcie niewielkiej dawki prostaglandyn do komór mózgu lub bezpośrednio do przedniej części podwzgórza wywołuje prawie natychmiast gorączkę

 

Ich stężenie w ECF jest zwiększone przez cały czas trwania gorączki Ich ośrodkowe działanie polega na zmianie stosunku Ca 2+ do Na+ na korzyść tych drugich, co może wpływać bezpośrednio lub pośrednio na wzorzec temperatury ciała

Środki przeciwgorączkowe  

Np. saicylan sodu, kwas acetylosalicylowy, indometacyna Hamują syntezę prostaglandyn z kwasu arachidonowego, najprawdopodobniej na skutek nieodwracalnego wiązania syntetazy prostaglandyn

27 | Termoregulacja – Gorączka