Termocezione e termoregolazione

Termocezione
e
termoregolazione
obbiettivi
• Descrivere i centri termoregolatori e le
loro funzioni
• Chiarire i meccanismi di trasferimento
del calore
• Chiarire i meccanismi patofisiologici
coinvolti in disordini della
termoregolazione
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Termoregolazione
•
Animali a sangue caldo (homeotermi):
mantengono costante la temperatura corporea e possono
autoregolarla
•
Animali a sangue feddo (poikilotermi):
Variazioni ritmiche di temperatura corporea; non hanno controllo
autonomo della temperatura che varia con l’ambiente e l’attività
cellulare
UOMO: core homeotermico e shell poikiloterma
Perdita di controllo autonomo della temperatura corporea:
Neonati prematuri, anestesia generale, alccol, farmaci
Termoregolazione
• Molti invertebrati (es. Ectoparassiti) sono sensibili al
calore
• I serpenti hanno termocettori per localizzare pre de
endotermiche i cui segnali formano una immagine in una
struttura denominata Pit Organ
Produzione di calore
• Reazioni esotermiche
– Ossidazione e uso ATP
• 20-30% del calore a riposo proviene dai muscoli
scheletrici . Può aumentare 30-40 volte durante
l’esercizio fisico
• Parte del calore generato a riposo proviene anche
da encefalo, cuore, fegato e ghiandole.
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Temperatura corporea
Body core:
parte più interna del corpo sottoposta a
termoregolazione
Body shell:
Parte periferica del corpo che scambia
temperatura con l’ambiente
Temperatura corporea
• Shell temperature:
– Temperature closer to skin
– Oral temperature
• 36.6o-37.0oC (97.9 o-98.6oF)
• Core temperature:
– Most important temperature
– Temperature of “core” (organs in cranial,
thoracic and abdominal cavities)
– Rectal temperature
• 37.2o-37.6oC (99.0 o-99.7oF)
Trasferimento di calore, temperature del body core e body shell di una
persona nuda esposta al freddo e al caldo
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Mechanisms of Heat Transfer
• Radiation:
– Infrared radiation.
• Conduction:
– Direct transfer of energy through physical
contact.
• Convection:
– Heat loss to air around the human body.
• Evaporation:
– Energy change in water molecule from liquid to
vapor.
TERMOCETTORI
•I termorecettori (o termocettori) sono cellule sensibili al calore
•Nei mammiferi le variazioni di temperatura sono percepite da
-termocettori per il freddo
-termocettori per il caldo
-nocicettori
- Nei vertebrati, C.Elegans e Drosophila sono presenti canali del
potassio voltaggio-dipendenti sensibili alla temperatura
-Alcuni termocettori rispondono anche agli agonisti chimici:
Recettori sensibili al freddo e al mentolo (CMR1 K+,Ca++ conduttanza)
Recettori per la capsaicina: nocicettori attivati dalla temperatura
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Thermoregulatory Center
• Hypothalamus:
• Peripheral thermoreceptors:
– Temperature of skin.
• Central thermoreceptors:
– Temperature of core.
– Most important located in hypothalamus.
T amb
T hyp
Frequenza
risposte
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Centro della termoregolazione
L’ipotalamo è coinvolto nella regolazione della temperatura; esso
integra le informazioni provenienti dai termocettori e controlla i
meccanismi omeostatici per il matenimento di una temperatura
corporea costante.
• Ipotalamo:
Termostato ipotalamico:
– Centro della dissipazione di calore
• neuroni dell’area Preottica
– Centro di conservazione del calore
• neuroni dell’area ipotalamica posteriore
• Percepisce la temperatura del sangue e riceve segnali dai
termocettori periferici
• Meccanismo a feedback negativo
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Centro della termoregolazione
• Centro della dissipazione del calore
(area preottica):
• Attiva meccanismi di perdita di calore:
– Dilatazione dei vasi cutanei: aumento flusso
sanguigno alla cute.
– Sudarazione.
– Aumento respirazione dalla bocca.
– Comportamento: rimozioni vestiti, ricerca locali
freschi ecc..
• Inibisce centro di conservazione del calore.
Centro della termoregolazione
Centro di conservazione del calore :
• Attiva i meccanismi di produzione di calore:
– SNP:
• Vasocostrizione dei vasi periferici: diminuzione
flusso sanguigno alla cute
• Stimola i muscoli erettori del pelo
• Brivido : riflesso spinale di contrazione alternata di
muscoli antagonisti (lavoro nullo, solo calore)
– Termogenesi ormonale:
• Meccanismo a lungo termine: stimolo
secrezione ormoni tiroidei T3 e T 4.
– Inibisce centro di dissipazione del calore.
Body temperature control
Peripheral thermoreceptors
Central thermoreceptors
Hypothalamus
HOT
Sympathetic
cholinergic
neurons
sweat
cutaneous
vasodilation
COLD
Symp.
adrenergic
cutaneous
vasoconstriction
Somatic motor
shivering
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L’assunzione di ghiaccio riduce la temperatura corporea
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Recupero
calore
arterioso
vasocostrizione
Vasodilatazione
Sangue caldo
alle vene superficiali
Lo scambio contro-corrente in un arto umano permette la conservazione della
temperatura in un clima freddo.
Il raffreddamento venoso superficiale elimina calore in un clima caldo
Controllo centrale della termoregolazione
Termocettori
periferici
Midollo spinale
mesencefalo
Nuclei del rafe
talamo
Vie efferenti
Ipotalamo
Term. centrali
Corteccia cerebrale
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Colpo di calore
• Core rectal temperature approaches 41 oC
• 2 types:
• Individuals with compromised homeostatic
mechanisms:
– Young children
– Elderly
• Exertional:
– Healthy individual under strenuous exercise
Colpo di calore
• Renal and splanchnic vasoconstriction.
• Peripheral blood flow decreases.
• Impaired thermoregulation.
• CNS dysfunction:
– Cerebral edema and increased intracranial
pressure.
• Tissue damage due to uncoupling during
oxidative phosphorylation.
• Proteins denature.
Complications
• Rhabomyolysis
• Multiple organ failure:
– Cardiac
– Hepatic
– Renal
• DIC: fibrinolysis
• CNS hallucinations, coma
• Anhydrosis more common in classic than
exertional heat stroke.
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Trattamento
• Drop core temperature by 0.2 oC/min
• Institute evaporative cooling methods:
– Remove clothing and spray body with water
while cooling with fans.
• Correct water deficit
• Oxygen
• Give chlorpromazine:
– Depresses shivering during treatment
Ipotermia
• Core temperature below 95 oF.
• Gradual loss of mental and physical
activity.
• Changes in motor coordination.
• Shivering.
• Slurred speech.
• Abnormally slow rate of breathing.
• Cold, pale skin.
• Fatigue, lethargy.
Ipotermia
• If core temperature remains above 90 oF, recovery is good.
• If core temperature falls below 80 o F, prognosis poor.
• Treatment:
–
–
–
–
Move person out of cold.
Insulate the person’s body.
Warm beverages.
Give warm IV fluids, slowly otherwise vasodilation
occurs, bringing too large volume of chilled blood;
cardiac arrhythmias .
• Frostbite:
– Vasoconstriction to cold, causes irreparable tissue
damage.
• Cells decrease ATP production, hypoxia.
– Do not rub tissue.
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Exercise
• Maximum exercise, heat production can be 10-20
times resting.
• Highest temperatures occur in the exercising
muscles.
• Body temperature increases during exercise and
levels off a few degrees above normal (except at
extreme temperatures).
• Regulated response with heat loss = heat
production at a stabilized core temperature.
Exercise Acclimatization
• Exercise in the heat for two weeks at a
safe intensity.
• Plasma volume increases 12%.
• Sweating occurs at lower temperature.
• Sweat rate increases as much as 3 times.
• Sweat osmolality decreases.
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Heat Exhaustion
• Acute heat injury due to dehydration.
• Heat-loss center stimulated.
– Sweat production increases.
– Decrease in Blood pressure because heat loss
center stimulates peripheral vasodilation.
– Blood flow to brain decreases.
• Compensatory mechanisms:
– SNP
– Aldosterone
– ADH
Heat Exhaustion
• Symptoms:
– Headache
– Nausea
– Actively sweating
– Skin cool and pale
– Fainting
• Treatment:
– Increase fluids
– Shade or AC room
– Cold wet towels
• Can progress to heat stroke.
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