Termoregolazione 2. Il controllo della temperatura corporea

Termoregolazione
2. Il controllo della
temperatura corporea
Prof Carlo Capelli
Fisiologia Generale e dell’Esercizio
Facoltà di Scienze Motorie,
Università degli Studi di Verona
Obiettivi
•  Trasporto e distribuzione del calore all’interno dell’organismo:
conduzione e convezione forzata circolatoria
•  Scambio di calore controcorrente tra arterie e vene profonde
•  Effetto dell vasocostrizione e della vasodilatazione su potere isolante dei
tessuti
•  Controllo della temperatura centrale: meccanismo a feedback negativo
(recettori centrali e periferici, strutture centrali di integrazione,
temperatura set point, effettori)
•  Zona della regolazione vasomotoria, metabolica (brivido), sudomotoria
•  Ruolo combinato della temperatura centrale e periferica; modello del
controllo porporzionale
•  Fisiopatologia della termoregolazione (febbre)
•  Termoregolazione ed esercizio fisico
•  Dimensioni corporee e termoregolazione
•  Allenamento e termoregolazione
Trasporto e distribuzione di calore all’interno
dell’organismo
• 
Il calore destinato a venire disperso viene
trasportato dalla sede di produzione sino alla
superficie corporea per Conduzione e
Convezione circolatoria
1.  Conduzione: i tessuti corporei non sono buoni
conduttori (paragonabile al sughero, buon
isolante)
Trasporto e distribuzione di calore all’interno
dell’organismo
2. 
Convezione (forzata) circolatoria
Grazie a questo meccanismo, si verifica il passaggio di
calore trasportato dal movimento di massa dei liquidi
corporei. Influisce sulla distribuzione del calore interno
in tre modi
- Minimizzando le differenze della temperatura
all’interno del corpo
- Controllando il potere isolante del corpo
(solo attraverso lo strato più esterno lo scambio avviene
per diffusione)
Trasporto e distribuzione di calore all’interno
dell’organismo
- Attuando uno scambio di calore contro-corrente tra
vasi sanguigni principali - conservazione o dissipazione
di calore
Distribuzione della temperatura interna
•  La vasocostrizione riduce
direttamente la facilità del
passaggio di calore verso la
superficie.
•  In questo modo, la
dispersione di calore
nell’ambiente diminuisce a
causa dell’abbassamento di
Ts
•  Normalmente Ts si trova tra
quella del nucleo centrale e
quella dell’ambiente.
Controllo della temperatura corporea
•  V’O2 k = H’ = ± Conv. ± Irr. + Ev. + c M ∆T’
- c: calore specifico
- M: massa corporea
•  H’prodotto = ± Kc Ac (Ts - Ta)
± Kr Ar es (Ts - Tr)
+ Ke Aw (PsH2O - PaH2O)
+ c M ∆T
Controllo della temperatura corporea
•  ∆T’ = 0 = (V’O2 k-[A[Kc (Ts - Ta) + Kr es (Ts - Tr) + Ke (PsH2O - PaH2O)])/ c M
•  Il prodotto c per M corrisponde ad un’alta capacità
termica:
–  ∆T è piccolo
–  Elevata inerzia termica: può persistere per ore un
elevato squilibrio tra calore prodotto e dissipato senza
che T si elevi di molto.
Meccanismi nervosi che mantengono l’omeotermia
1.  Termocettori periferici
Termocettori periferici
• 
Tonico-fasici
Termocettori centrali
•  Ipotalamo
- a livello dell’ipotalamo anteriore possono
venire indotte risposte termoregolatorie sia
al raffreddamento che al riscaldamento
- frequenza di scarica in dipendenza della
temperatura locale
- +4/-2 °C rispetto alla T media
- importanti durante esercizio muscolare
Formazioni centrali di integrazione
•  Ipotalamo
- Ipotalamo anteriore: lesioni dell’ipotalamo
anteriore conducono a deficit della difesa
corporea al riscaldamento
- Ipotalamo posteriore: lesioni dell’ipotalamo
posteriore conducono al fenomeno opposto
Regolazione della temperatura
1.  Zona della regolazione vasomotoria
- stress termico lieve- esercizio muscolare moderato
gli indumenti sono scelti per rimanere in questa zona
2.  Zona della regolazione metabolica
- termogenesi metabolica (brivido) quanto It e Iv non
sono sufficienti a mantenere Tc costante
3.  Zona di regolazione sudomotoria
- lavoro muscolare intenso
Controllo degli effettori della Termoregolazione
1.  Feedback negativo della temperatura
centrale
Temperatura di riferimento o di “Set Point”
• 
• 
La temperatura di riferimento non
rappresenta necessariamente una temperatura
che esiste realmente in qualche punto
dell’ipotalamo o in qualsiasi altro punto del
corpo
E’ la T alla quale avviene la transizione tra i
meccanismi che tendono ad aumentare la
temperatura corporea e l’attivazione dei
meccanismi che tendono ad abbassarla
Controllo degli effettori della Termoregolazione
1.  Feedback della temperatura cutanea
- La temperatura cutanea partecipa
direttamente al controllo degli effettori
termoregolatori
- Le informazioni provenienti dai recettori
cutanei che concernono le condizioni
ambientali possono indurre risposte
termoregolatorie
- Si tratta, quindi, di una risposta anticipatoria
integrata con la precedente
Ruolo combinato delle temperature cutanea e
centrale
Effetti delle modificazioni
della temperatura centrale
sulla produzione corporea
di calore.
Ruolo combinato delle temperature cutanea e
centrale
Effetti delle modificazioni
della temperatura centrale
sulla quantità di calore
ceduta per evaporazione.
Ruolo combinato delle temperature cutanea e
centrale
•  Modello del controllo proporzionale
Risposta =
0.9 α (Tc -Tsp) - 0.1 α (Tsk - 34.0°C)
Vasodilatazione cutanea
L’aumento ritardato della
vasodilatazione ha il
vantaggio di causare un
aumento della temperatura
corporea sufficiente a
stimolare una sudorazione
efficace
Inoltre, sembra esistere un
plateu nel flusso cutaneo
Fisiopatologia della Termoregolazione
•  Limiti di sopravvivenza
Fisiopatologia della Termoregolazione
•  La Febbre
Fisiopatologia della Termoregolazione
•  Esercizio muscolare
- V’O2 k = H’ = ± Conv. ± Irr. + Ev. + c M ∆T’ + w’
Fisiopatologia della Termoregolazione
•  Esercizio muscolare
- Temperatura centrale durante esercizio muscolare
Fisiopatologia della Termoregolazione
•  Ciclo mestruale
-  Le variazioni si sovrappongono al ciclo circadiano
-  Diminuisce nel periodo preovulatorio (circa 0,2°C) per poi aumentare di circa 1°C dopo l’ovulazione e rimanere costante
-  Il rapporto progesterone/estradiolo influenza il centro ipotalamico
•  Menopausa
-  Episodi transitori di sudorazione e vasodilatazione: vampate
-  La carenza di estrogeni e l’abbondanza di noradrenalina riducono la zona termoneutra ipotalamica a meno di 0,1 °C
-  A lievi diminuzioni di temperatura con brivido, corrispondono risposte
abnormi di termodispersione
Dimensioni corporee e Termoregolazione
•  In prima approssimazione, gli essere umani possono essere
considerati dei solidi geometrici
•  All’aumentare di una dimensione lineare, la superficie
aumenterà meno della massa
•  Il metabolismo (produzione di calore) è proporzionale alla
massa (M)
•  La dissipazione del calore dipende direttamente dalla
superficie corporea (A)
•  A parità di intensità metabolica, i soggetti più piccoli
mantengono l’equilibrio termico con un minore flusso di calore
Dimensioni corporee e Termoregolazione
Esempio
•  Pigmeo: •  MC 50 kg, statura 150 cm, SC 1.43 m2
•  Nordico:
•  MC 100 kg, statura 200 cm, SC 2.37 m2
•  Entrambi
•  E’ = 65 mlO2 per kg per min (22.6 W kg-1)
•  Pigmeo: flusso di calore 0.78 kW/m2
•  Nordico: flusso di calore 0.96 kW/m2
Allenamento e Termoregolazione
L’allenamento migliora la tolleranza al lavoro muscolare nei
climi caldi
1.  Conduce ad una più omogenea produzione di sudore su tutta
la superficie corporea (non solo sulla fronte, p.e.)
2.  Fa aumentare la produzione di sudore a parità di temperatura
corporea
3.  Riduce la concentrazione di sodio e cloro nel sudore
Appendice
Potere isolante netto dei tessuti e degli indumenti
•  It = (Tc - Ts) / (H’tot/A)
- H’tot: flusso totale di calore attraverso la superficie
- A: sup.e corporea
- Tc e Ts: temperature del nucleo centrale e cutanea media.
•  It in ambiente confortevole: 0.08 °C per Kcal per h per m2;
•  It con vasodilatazione: 0.02 °C per Kcal per h per m2;
•  It con vasocostrizione: 0.2 °C per Kcal per h per m2;
Potere isolante netto dei tessuti e degli indumenti
•  IT = (Tc - Ts) / (H’tot/A)
- IT è analoga ad una resistenza.
- Pertanto, l’equazione può assumere la forma di una
conduttanza (θ = 1/IT)
•  θT = θc + θk = (H’/A) /(Tc - Ts)
- dove θc e θk sono le conduttanza in parallelo convettiva e
conduttiva
Potere isolante netto dei tessuti e degli indumenti
•  (H’/A) = (θc + θk) (Tc - Ts)
- Per un dato gradiente (Tc - Ts), H’/A è proporzionale a θc
- se θc = 0, la vasocostrizione cutanea e muscolare è
massima e θT è uguale a θk, la conduttanza termica è la più
piccola possibile e l’isolamento è massimo con minimo
flusso di calore
- se θc > 0 (vasodilatazione), θT aumenta e con essa il
flusso di calore
- Se (H’/A) = 0, θc = - θk
Potere isolante netto dei tessuti e degli indumenti
•  Possiamo riscrivere l’equazione nella forma
Tc = Ts + (H’tot/A) It •  L’organismo può mantenere costante Tc in condizioni in
cui Tc diminuisce aumentando H’tot e/o It
•  I vestiti sono una risorsa supplementare
Tc = Ts + (H’tot/A) (It + Iv)
(Ts è la temperatura media sulla superficie degli indumenti) Bibliografia
•  Fisiologia dell’uomo, autori vari, edi.ermes, Milano
•  Capitolo 19: Termoregolazione (Capitoli 19.4, 19.5, 19.6)
•  Fisiologia e Biofisica, Fulton JF e Howell WH, volume secondo,
SEU, Roma
•  Capitolo 62: Regolazione della Temperatura