Termoregulace doc. MUDr. Miloslav Franěk, Ph.D.
Úvod klasický příklad fyziologického regulačního mechanismu teplota jádra u člověka bez horečky stabilní (± 0,5 C) nemění se ani v závislosti na t okolí (12-54 C) teplota kůže se mění (nutné pro termoregulaci)
Normální teplota jádra není u každého stejná měřeno v ústech: 36-37.5 C za průměr se považuje 36.6-37 C, rektálně o 0.6 C více extrémní teplo (fyzická námaha) : 40 C, extrémní zima pod 35.5 C
Rovnováha mezi produkcí a ztrátou tepla I produkce tepla - vedlejší produkt metabolismu: bazální metabolismus svalová aktivita (včetně třesu) metabolismus aktivovaný tyroxinem (testosteron, růstový hormon) metabolismus aktivovaný sympatikem (adrenalin, noradrenalin) metabolismus aktivovaný zvýšenou chemickou aktivitou v samotných buňkách
Rovnováha mezi produkcí a ztrátou tepla II ztráta tepla teplo vzniká v orgánech (svaly, játra), proniká do kůže a z ní se ztrácí ztrátu tepla proto určuje: rychlost vedení tepla z hloubky do kůže rychlost ztráty tepla z kůže tepelný izolátor
Tepelný izolátor kůže, podkoží a podkožní tuk izolují (na 1/3), srovnatelné s oblečením zabraňuje oboustranným ztrátám tepla za cenu velkých výkyvů teploty kůže izolátor porušují krevní cévy nosiče tepla
Kožní cirkulace arteriovenózní anastomózy na rukou, nohu, uších podkožní venózní plexus
Regulační funkce kožní cirkulace do plexu nemusí téci nic nebo až 30% srdečního výdeje obrovská schopnost regulace 8 násobné zvýšení tepelné vodivosti při plné vazodilataci (sympatikus, hypothalamus)
Protiproudý mechanismus
Fyzikální základ 0 C = 32 F = 273.15 K 37 C = 98.6 F ztráta tepla: 1. záření (radiace) 2. vedení (kondukce) 3. odpařování (evaporace)
Mechanismy ztráty tepla
Záření (radiace) nahý člověk při pokojové teplotě ztrácí 60% tepla radiací infračervené záření (5-20 um) září všechna tělesa, která nemají 0 K, proto může teplo jít do těla i z těla
Vedení (kondukce) předávání tepla kontaktem s pevnými předměty (minimum), do vzduchu ale kolem 15 % teplo - kinetická energie vibrujících molekul se předává studenějšímu vzduchu, ten se tím zahřeje a proudí (konvekce)
Proudění vzduchu (konvekce) nejprve kondukce (kůže-vzduch), pak konvekce vítr: vzduch proudí pryč dříve a je nahrazen studeným, a proto jsou ztráty tepla podstatně větší ztráta tepla úměrná přibližně 2.mocnině rychlosti větru (4m/s 2x účinnější než 1m/s)
Voda mnohokrát vyšší tepelná kapacita absorbuje mnohem víc tepla než vzduch proto i obrovské ztráty kondukcí a konvekcí není možné vytvořit izolační vrstvu vody (u vzduchu ano), a proto ztráty tepla mimořádně velké
Evaporace (odpařování) 1 gram vody odebere 0.58 kcal pocení perspiratio insensibilis (i plíce): 450-600 ml denně (12-16 kcal za hodinu, až 384 kcal denně) nelze nijak regulovat
Vysoké teploty radiace ani kondukce nepomohou, naopak, klíčová role evaporace lidé s vrozeným defektem potních žlaz: nízké teploty zvládají normálně při vysokých mohou i zemřít teplota jádra se jim radiací a kondukcí zvyšuje
Ztráty tepla - shrnutí 22% 15% 60% radiace kondukce konvekce evaporace 3%
Oblečení izolační vrstva vzduchu normální oblečení sníží ztráty na polovinu, arktické na šestinu polovina tepla z kůže do oblečení radiací, proto zlatá folie teplo zachová mokré oblečení funkci ztrácí 20x zvýšená ztráta tepla
Pocení a jeho regulace přední hypothalamus (tepelná nebo elektrická stimulace) autonomní dráhy do míchy sympatikus do kůže cholinergní inervace, ale A a NA kupodivu potní žlázy stimulují také (význam při cvičení)
Mechanismus sekrece potu žláza (primární pot) a vývod primární pot podobný plazmě bez proteinů (Na 142, Cl 104) reabsorpce v duktu
Složení potu závisí na rychlosti sekrece: slabá stimulace pomalá sekrece vysoká reabsorpce Na a Cl (až k 5 mmol/l), tedy i vody tj. velmi vysoká c urey, laktátu, draslíku silná stimulace rychlá sekrece Na a Cl 50 mmol/l, hodně vody tj. nízká c urey (2x plazma), laktátu (4x), draslíku (1.2x) nutnost aklimatizace
Aklimatizace neaklimatizovaný člověk: do 1l/h aklimatizace (týdny) profúzní pocení až 3 l/h (podstatně efektivnější ochlazování) aldosteron pokles Na a Cl v potu neaklimatizovaný ve vedru: ztráta až 15-30g NaCl denně, po několika týdnech 3-5g
Panting (funění) zvířata nemají potní žlázy nebo mají kožich teplo musí vylučovat i jinak centrum funění spojeno s pneumotaxickým centrem v pontu přísun chladného vzduch z okolí, evaporace tekutiny a slin z jazyka ventilace se nemění mrtvý prostor
Regulace tělesné teploty okolí 12-54 C: teplota jádra stabilní (okolo 37 C) nervová zpětná vazba přední hypotalamus, periferie, zadní hypotalamus
Hypotalamické centrum v přední hypotalamické-preoptické oblasti množství termosenzitivních neuronů (2/3 reagují akčními potenciály na teplo, 1/3 na chlad) termoda zahřátí této oblasti: okamžité profúzní pocení, masivní dilatace kožních cév, inhibice tvorby tepla
Detekce na periferii povrchové: tepelné a chladové (10x víc) receptory v kůži, při ochlazení okamžitý reflex: třes, inhibice pocení, kožní vazokonstrikce hloubkové: stejné rozložení i v míše, břišních orgánech a kolem velkých žil: registrace teploty jádra hlavním úkolem je prevence hypotermie
Zadní hypothalamus integrační centrum: bilaterálně na úrovni corpora mammilaria informace z přední hypotalamické-preoptické oblasti i z periferních senzorů vyhodnocení a odpověď: tvorba nebo šetření nebo odevzdávání tepelné energie
Efektorové mechanismy poté, co hypotalamické centrum rozhodne o stavu organismu, spouští se: 1. mechanismy snižování teploty nebo 2. mechanismy zvyšování teploty
Když je teplota vysoká 1. Vazodilatace kožních cév: 8x zvýšení přísun tepla do kůže, inhibice sympatických center v zadním hypothalamu, téměř na celém těle 2. Pocení: nastupuje při 37 C, velmi efektivní 3. Pokles v produkci tepla: silná inhibice třesu a chemické termogeneze
Evaporace x třes
Když je teplota nízká 1. Vazokonstrikce kožních cév: stimulace sympatického centra v zadním hypothalamu, také téměř všude 2. Piloerekce: sympatikus na musculi arrectores, u člověka malý význam, izolační vrstva vzduchu 3. Zvýšená termogeneze: 1.třes, 2. sympatikus, 3.tyroxin,
Hypothalamus a třes v dorzomediální části zadního hypotalamu primární motorické centrum třesu normálně inhibováno termickým centrem z předního hypotalamu při chladu aktivováno periferními senzory kmen mícha motoneurony impulsy nemají rytmus, pouze zvyšují tonus když přesáhne kritickou hranici třes až 5x vyšší produkce tepla než v klidu
Chemická excitace sympatikem A a NA zvyšují oxidaci živin a uvolnění tepla, ale ne vznik ATP: uncoupled oxidace probíhá především v hnědém tuku (speciální mitochondrie) významná aklimatizace, po ní až 5x efektivnější tvorba tepla (potkan) člověk málo hnědého tuku, proto zvýšení produkce tepla jen o 15 %, u dětí o 100 %
Tyroxin ochlazení předního hypotalamického centra: sekrece TRH pomalé, až po několika týdnech zimy se produkce T3 a T4 významně zvýší u lidí proto význam sporný ŠŽ se zvětšuje, možná i proto je toxická struma častější u lidí žijících v chladném klimatu
37,1 C je zásadní teplota, kterou se snaží organismus udržet i za cenu značných výdajů (energie, sůl, voda) Kritický set-point
Zpětná vazba síla zpětné vazby: FG T envir 1 T core u termoregulace kolem 27, což je extrémně mnoho (baroreflex 2)
Nastavení set-pointu pro pocení v předním hypothalamu, ale modulováno i periferními senzory anticipace
Nastavení set-pointu pro třes
Behaviorální kontrola významná u zvířat, ale u člověka kupodivu také ve velkém chladu je to jediný mechanismus zabraňující poškození organismu klíčová po poranění krční páteře, lokální reflexy samy nestačí
Lokální kožní reflexy ruka pod lampou nebo ve studené vodě místní pocení a reakce cév přímé působení na cévy + míšní reflexy intenzita kontrolována hypotalamem
Horečka teplota zvýšená nad normu infekce, mozkové nádory, environmentální příčiny
Pyrogeny látky schopné změnit nastavení set-pointu proteiny, rozpadové produkty proteolýzy, lipopolysacharidy bakteriální toxiny, produkty rozpadu tkání změna nastavení set-pointu následována mechanismy tvorby tepla (několik hodin)
Změna set-pointu
Mechanismus účinku pyrogenů některé přímo v hypotalamu, ale většina nepřímo (endotoxiny) po fagocytóze produkují leukocyty interleukin 1 endogenní pyrogen ten v hypotalamu do 10 min zvýší teplotu, stačí několik ng asi také nepřímo, přes PgE2 - KAS
Mozkové léze mechanické stimulace hypotalamu hypo- i hypertermie neurochirurgie, tumor změna set-pointu
Zimnice a flush doba, kdy set-point neodpovídá teplotě těla zimnice: pocit chladu, studená kůže (vazokonstrikce), třes flush: horko, pocení, vazodilatace
Úžeh člověk vydrží několik hodin 55 C na suchém vzduchu, 34 C při 100% vlhkosti a 29-32 C při těžké práci stoupne-li teplota těla na 40 C úžeh: zvracení, zmatenost, delirium, ztráta vědomí, oběhový šok několik minut extrémní teploty může být fatální: poškození mozku poškození jater a ledvin může způsobit smrt i po několika dnech po úžehu lokální chlazení možná lepší než celkové (třes)
Aklimatizace v horku vojáci v tropech, horníci v Jižní Africe (100% vlhkost, teplota skoro 37 C) aklimatizace několik týdnů větší objem krve, větší pocení, omezení ztrát sodíku potem a močí - aldosteron
Extrémní chlad 20-30 minut v ledové vodě fatální (zástava srdce), teplota těla 25 C pokles pod 34 C nebezpečný nízká tvorba chemického tepla, spavost, koma (není třes) arteficiální hypotermie: srdeční operace (32 C): buňky vydrží bez kyslíku i 1h