Thermoregulation
Thermoregulation
The maintenance of a
The maintenance of a
particular temperature in a
particular temperature in a
living body.
living body.
Thermoregulation
Thermoregulation
The maintenance of a
The maintenance of a
particular temperature in a
particular temperature in a
living body.
living body.
Overview of
Overview of
Thermoregulation
Thermoregulation
•
Mechanisms of Thermoregulation
Mechanisms of Thermoregulation
•
Exercise in Heat Stress
Exercise in Heat Stress
•
Heat Illness
Heat Illness
•
Exercise in Cold Stress
Exercise in Cold Stress
Thermal Balance
Thermal Balance
•
Core temperature (T
Core temperature (T
CO
CO
) is in dynamic
) is in dynamic
equilibrium as a result of balance
equilibrium as a result of balance
between heat gain and heat loss.
between heat gain and heat loss.
•
Mean body temperature (T
Mean body temperature (T
body
body
)
)
represents an average of skin and
represents an average of skin and
internal temperatures.
internal temperatures.
Hypothalamus Regulation of
Hypothalamus Regulation of
Temperature
Temperature
•
Hypothalamus acts
Hypothalamus acts
as “thermostat”
as “thermostat”
that makes
that makes
thermoregulatory
thermoregulatory
adjustments to
adjustments to
deviations from
deviations from
temperature norm
temperature norm
in the brain (37
in the brain (37
C
C
± 1
± 1
C or
C or
98.6
98.6
±1.8
±1.8
F ).
F ).
Hypothalamus Regulation of
Hypothalamus Regulation of
Temperature
Temperature
•
Mechanisms are
Mechanisms are
activated in two
activated in two
ways:
ways:
–
Thermal receptors
Thermal receptors
in skin provide input
in skin provide input
to central command
to central command
–
Direct stimulation of
Direct stimulation of
hypothalamus
hypothalamus
through changes in
through changes in
blood temperature
blood temperature
perfusing area
perfusing area
Thermoregulation in Cold
Thermoregulation in Cold
•
Vascular adjustments: constrict
Vascular adjustments: constrict
peripheral blood vessels.
peripheral blood vessels.
•
Muscular activity: exercise energy
Muscular activity: exercise energy
metabolism and shivering.
metabolism and shivering.
•
Hormonal output: epinephrine and
Hormonal output: epinephrine and
norepinephrine increase basal heat
norepinephrine increase basal heat
production; prolonged cold – thyroxin.
production; prolonged cold – thyroxin.
Thermoregulation in Heat
Thermoregulation in Heat
Thermoregulation in Heat
Thermoregulation in Heat
•
Heat Loss by Radiation (~ 10%)
Heat Loss by Radiation (~ 10%)
–
Objects emit electromagnetic heat
Objects emit electromagnetic heat
waves without molecular contact with
waves without molecular contact with
warmer objects.
warmer objects.
–
When temperature of things in
When temperature of things in
environment exceeds the skin
environment exceeds the skin
temperature, radiant heat energy is
temperature, radiant heat energy is
absorbed from the surroundings.
absorbed from the surroundings.
Thermoregulation
Thermoregulation
Thermoregulation in Heat
Thermoregulation in Heat
•
Heat Loss by Conduction
Heat Loss by Conduction
–
Direct transfer of heat through a liquid,
Direct transfer of heat through a liquid,
solid, or gas from one molecule to
solid, or gas from one molecule to
another.
another.
–
A small amount of body heat moves by
A small amount of body heat moves by
conduction directly through deep tissues
conduction directly through deep tissues
to cooler surface. Heat loss involves the
to cooler surface. Heat loss involves the
warming of air molecules and cooler
warming of air molecules and cooler
surfaces in contact with the skin.
surfaces in contact with the skin.
–
The rate of conductive heat loss depends
The rate of conductive heat loss depends
on thermal gradient.
on thermal gradient.
Thermoregulation in Heat
Thermoregulation in Heat
•
Heat Loss by Convection
Heat Loss by Convection
(+ conduction
(+ conduction
35%)
35%)
–
Effectiveness depends on how rapidly the
Effectiveness depends on how rapidly the
air (or water) adjacent to the body is
air (or water) adjacent to the body is
exchanged.
exchanged.
–
Air currents at 4 mph are about twice as
Air currents at 4 mph are about twice as
effective for cooling air currents at 1 mph.
effective for cooling air currents at 1 mph.
Thermoregulation in Heat
Thermoregulation in Heat
•
Heat Loss by Evaporation (~ 55%)
Heat Loss by Evaporation (~ 55%)
–
Heat transferred as water is vaporized from
Heat transferred as water is vaporized from
respiratory passages and skin surfaces.
respiratory passages and skin surfaces.
–
For each liter of water vaporized, 580 kcal
For each liter of water vaporized, 580 kcal
transferred to the environment.
transferred to the environment.
–
When sweat comes in contact with the skin,
When sweat comes in contact with the skin,
a cooling effect occurs as sweat evaporates.
a cooling effect occurs as sweat evaporates.
–
The cooled skin serves to cool the blood.
The cooled skin serves to cool the blood.
Heat Loss at High Ambient
Heat Loss at High Ambient
Temperatures
Temperatures
•
Effectiveness of heat loss via
Effectiveness of heat loss via
conduction, convection, and radiation
conduction, convection, and radiation
decreases.
decreases.
•
When ambient temperature exceeds
When ambient temperature exceeds
body temperature, heat is gained.
body temperature, heat is gained.
•
The only effective mechanism is
The only effective mechanism is
evaporation of sweat and respiratory
evaporation of sweat and respiratory
tract vaporization of water.
tract vaporization of water.
Heat Loss in High Humidity
Heat Loss in High Humidity
•
Total sweat vaporized from skin depends
Total sweat vaporized from skin depends
on:
on:
–
Surface area exposed to environment
Surface area exposed to environment
–
Temperature and humidity of ambient air
Temperature and humidity of ambient air
–
Convective air currents about the body
Convective air currents about the body
•
Most important factor is relative humidity.
Most important factor is relative humidity.
•
When relative humidity is high, the ambient
When relative humidity is high, the ambient
water vapor pressure approaches that of
water vapor pressure approaches that of
the moist skin and evaporation is impeded.
the moist skin and evaporation is impeded.
Integration of Heat-
Integration of Heat-
Dissipating Mechanisms
Dissipating Mechanisms
•
Circulation.
Circulation.
Superficial venous
Superficial venous
and arterial blood
and arterial blood
vessels dilate to
vessels dilate to
divert warm blood
divert warm blood
to the body shell.
to the body shell.
Integration of Heat-Dissipating
Integration of Heat-Dissipating
Mechanisms
Mechanisms
•
Evaporation. Sweating
Evaporation. Sweating
begins within 1.5 s
begins within 1.5 s
after start of vigorous
after start of vigorous
exercise.
exercise.
•
Hormonal
Hormonal
adjustments. Certain
adjustments. Certain
hormonal adjustments
hormonal adjustments
are initiated in heat
are initiated in heat
stress as body
stress as body
attempts to conserve
attempts to conserve
fluids and sodium.
fluids and sodium.
Hormones in Heat Stress
Hormones in Heat Stress
•
Antidiuretic
Antidiuretic
hormone (ADH) is
hormone (ADH) is
released to increase
released to increase
water re-absorption
water re-absorption
from kidneys.
from kidneys.
•
Aldosterone is
Aldosterone is
released to increase
released to increase
the re-absorption of
the re-absorption of
sodium.
sodium.
Effects of
Effects of
Clothing
Clothing
Cold Weather
Cold Weather
Clothing provide an
Clothing provide an
air barrier to
air barrier to
prevent convection
prevent convection
and conduction.
and conduction.
•
Layers provide
Layers provide
more trapped air
more trapped air
•
Allow water vapor
Allow water vapor
to escape
to escape
Warm Weather Clothing
Warm Weather Clothing
loose fitting to permit
loose fitting to permit
free convection.
free convection.
•
The less surface
The less surface
covered the more
covered the more
evaporative cooling.
evaporative cooling.
•
Clothing should be
Clothing should be
loosely woven to allow
loosely woven to allow
skin to breathe.
skin to breathe.
Exercise in Heat Stress
Exercise in Heat Stress
•
Circulatory Adjustments.
Circulatory Adjustments.
–
Cardiovascular drift – fluid loss reduces plasma
Cardiovascular drift – fluid loss reduces plasma
volume (about 10% of fluid lost comes from plasma.
volume (about 10% of fluid lost comes from plasma.
About 50% comes from intracellular water).
About 50% comes from intracellular water).
–
Visceral vascular constriction and skin & muscle
Visceral vascular constriction and skin & muscle
vascular dilation.
vascular dilation.
–
Maintaining blood pressure. Circulatory regulation
Maintaining blood pressure. Circulatory regulation
and maintenance of muscle blood flow take
and maintenance of muscle blood flow take
precedence over temperature regulation often at
precedence over temperature regulation often at
the expense of spiraling core temperature during
the expense of spiraling core temperature during
exercise in heat.
exercise in heat.
Exercise in Heat Stress
Exercise in Heat Stress
•
Core
Core
temperature
temperature
–
More than likely
More than likely
a modest
a modest
increase in core
increase in core
temperature
temperature
reflects favorable
reflects favorable
internal
internal
adjustments.
adjustments.
Water Loss in the Heat
Water Loss in the Heat
•
Magnitude of Fluid Loss in Exercise.
Magnitude of Fluid Loss in Exercise.
•
Consequences of Dehydration.
Consequences of Dehydration.
–
plasma volume
plasma volume
peripheral blood flow
peripheral blood flow
&
&
sweat rate
sweat rate
•
Water Replacement
Water Replacement
–
Primary aim of fluid replacement during
Primary aim of fluid replacement during
exercise is to maintain plasma volume
exercise is to maintain plasma volume
–
The most effective defense against heat
The most effective defense against heat
stress is adequate hydration
stress is adequate hydration
•
Electrolyte Replacement.
Electrolyte Replacement.
Acclimatization to Heat
Acclimatization to Heat
Acclimatization refers to physiological
Acclimatization refers to physiological
changes that improve heat tolerance.
changes that improve heat tolerance.
2 – 4 hours daily heat exposure produce
2 – 4 hours daily heat exposure produce
complete acclimatization 5-10 days.
complete acclimatization 5-10 days.
o Rectal
temperature
• HR
∆ Sweat rate
Factors that Improve Heat
Factors that Improve Heat
Tolerance: Acclimatization
Tolerance: Acclimatization
Improved cutaneous blood
Improved cutaneous blood
flow
flow
Transports metabolic heat
Transports metabolic heat
from deep tissues to body’s
from deep tissues to body’s
shell
shell
Effective distribution of
Effective distribution of
cardiac output
cardiac output
Appropriate circulation to
Appropriate circulation to
skin & muscles to meet
skin & muscles to meet
demands.
demands.
Lowered threshold for start
Lowered threshold for start
of sweating
of sweating
Evaporative cooling begins
Evaporative cooling begins
early in exercise.
early in exercise.
More effective distribution
More effective distribution
of sweat over skin surface
of sweat over skin surface
Optimum use of surface for
Optimum use of surface for
effective evaporative
effective evaporative
cooling.
cooling.
Increased rate of sweating
Increased rate of sweating
Maximize evaporative
Maximize evaporative
cooling.
cooling.
Decreased salt
Decreased salt
concentration of sweat
concentration of sweat
Dilute sweat preserves
Dilute sweat preserves
electrolyte in fluids.
electrolyte in fluids.
Factors that Improve Heat
Factors that Improve Heat
Tolerance
Tolerance
•
Fitness Level
Fitness Level
•
Age (see FYI)
Age (see FYI)
Aging delays the onset of sweating and
Aging delays the onset of sweating and
blunts the magnitude of sweating
blunts the magnitude of sweating
response
response
•
Gender
Gender
•
Body fatness
Body fatness
Evaluating Heat Stress
Evaluating Heat Stress
•
Prevention remains
Prevention remains
most effective way to
most effective way to
manage heat-stress
manage heat-stress
injuries
injuries
•
Wet bulb-globe
Wet bulb-globe
temperature
temperature
relies on
relies on
ambient
ambient
temperature, relative
temperature, relative
humidity, and radiant
humidity, and radiant
heat.
heat.
•
Heat stress index
Heat stress index
Heat Illness
Heat Illness
Heat Illness
Heat Illness
Prevention of Heat
Prevention of Heat
Illness
Illness
•
Allow adequate time for acclimatization.
Allow adequate time for acclimatization.
•
Exercise during cooler parts of day.
Exercise during cooler parts of day.
•
Limit/defer exercise if heat stress index is
Limit/defer exercise if heat stress index is
in high risk zone.
in high risk zone.
•
Hydrate properly prior to exercise and
Hydrate properly prior to exercise and
replace fluid loss during and after exercise.
replace fluid loss during and after exercise.
•
Wear clothing that is light in color and
Wear clothing that is light in color and
loose fitting.
loose fitting.
Exercise in the Cold
Exercise in the Cold
•
Cold strain
Cold strain
–
Exposure to cold produces physiological & psychological
Exposure to cold produces physiological & psychological
challenges
challenges
–
Body fat differences effect physiological function in cold
Body fat differences effect physiological function in cold
•
Acclimatization to the Cold
Acclimatization to the Cold
Humans adapt more successfully to chronic heat than cold exposure.
Humans adapt more successfully to chronic heat than cold exposure.
Exercise in the
Exercise in the
Cold
Cold
•
Evaluating Environmental
Evaluating Environmental
Cold Stress
Cold Stress
–
Wind chill index
Wind chill index
•
Respiratory tract in Cold
Respiratory tract in Cold
–
Cold air does not damage
Cold air does not damage
respiratory passages.
respiratory passages.
–
Air warms to between 80°
Air warms to between 80°
F to 90° F as it reaches
F to 90° F as it reaches
bronchi.
bronchi.
–
Humidification of inspired
Humidification of inspired
cold air produces water &
cold air produces water &
heat loss from respiratory
heat loss from respiratory
tract.
tract.
REGULACJA TEMPERATURY
REGULACJA TEMPERATURY
•
TERMOREGULACJA BEHAWIORALNA
TERMOREGULACJA BEHAWIORALNA
•
TERMOREGULACJA CHEMICZNA
TERMOREGULACJA CHEMICZNA
(drżeniowa i bezdrżeniowa)
(drżeniowa i bezdrżeniowa)
•
ZMIANY SKóRNEGO PRZEPŁYWU
ZMIANY SKóRNEGO PRZEPŁYWU
KRWI
KRWI
•
WYTWARZANIE POTU
WYTWARZANIE POTU
•
UTRATA CIEPŁA Z DROG
UTRATA CIEPŁA Z DROG
ODDECHOWYCH
ODDECHOWYCH
Hipotermia
Hipotermia
•
Jest to stan , w którym niedobór
Jest to stan , w którym niedobór
ciepła nie jest równoważony przez
ciepła nie jest równoważony przez
jego wytwarzanie a temperatura
jego wytwarzanie a temperatura
ciała obniża się
ciała obniża się
Hipotermia
Hipotermia
•
35
35
°
°
C odczucie zimna, drżenie
C odczucie zimna, drżenie
mięśniowe, wzrost HR, spadek
mięśniowe, wzrost HR, spadek
koordynacji ruchów rąk, szczyt
koordynacji ruchów rąk, szczyt
metaboliczny
metaboliczny
•
Poniżej 34.5
Poniżej 34.5
°
°
C – może dojść do kwasicy
C – może dojść do kwasicy
metabolicznej
metabolicznej
•
33-30
33-30
°
°
C – senność, brak czucia bólu,
C – senność, brak czucia bólu,
niemożność wykonywania poleceń, chęć
niemożność wykonywania poleceń, chęć
do rozbierania się, zaburzenia widzenia,
do rozbierania się, zaburzenia widzenia,
utrata świadomośi, zwolnienie HR ,
utrata świadomośi, zwolnienie HR ,
zaburzenia rytmu serca
zaburzenia rytmu serca
•
Poniżej 29,4
Poniżej 29,4
°
°
C – spadek RR, początek
C – spadek RR, początek
śmierci klinicznej
śmierci klinicznej
HIPERTERMIA
HIPERTERMIA
1.
1.
Łagodne przegrzanie
Łagodne przegrzanie
2.
2.
Wyczerpania upałem
Wyczerpania upałem
3.
3.
Udar cieplny
Udar cieplny
Udar cieplny
Udar cieplny
•
Jest stanem zagrożenia życia
Jest stanem zagrożenia życia
•
Jest wynikiem nadmiernej kumulacji
Jest wynikiem nadmiernej kumulacji
ciepła z powodu ograniczonej
ciepła z powodu ograniczonej
możliwości jego utraty:nieodpowiednie
możliwości jego utraty:nieodpowiednie
ubranie, duża wilgotność, zmniejszone
ubranie, duża wilgotność, zmniejszone
wydzielanie potu.
wydzielanie potu.
•
Objawy:gorączka powyżej 40 stopni C,
Objawy:gorączka powyżej 40 stopni C,
drgawki, zaczerwienienie twarzy, bóle
drgawki, zaczerwienienie twarzy, bóle
głowy, suchość śluzówek
głowy, suchość śluzówek
•
Hipotermia- Definicja
Hipotermia- Definicja
•
•
•
Hipotermia jest to stan, w którym
Hipotermia jest to stan, w którym
temperatura głęboka ciała spada
temperatura głęboka ciała spada
poniżej 35°C
poniżej 35°C
Hipotermia-wprowadzenie
Hipotermia-wprowadzenie
•
Prawdziwa częstość występowania hipotermii nie
Prawdziwa częstość występowania hipotermii nie
jest znana
jest znana
•
•
•
Śmiertelność jest wysoka, szczególnie u osób
Śmiertelność jest wysoka, szczególnie u osób
starszych, i waha się od 30 do 75%
starszych, i waha się od 30 do 75%
•
•
•
Szczególnie zagrożone są osoby w wieku
Szczególnie zagrożone są osoby w wieku
podeszłym, których mechanizmy termoregulacji
podeszłym, których mechanizmy termoregulacji
są upośledzone
są upośledzone
•
•
•
U dzieci relatywnie wysoki współczynnik
U dzieci relatywnie wysoki współczynnik
powierzchni ciała do jego masy sprzyja szybszej
powierzchni ciała do jego masy sprzyja szybszej
utracie ciepła.
utracie ciepła.
Hipotermia-przyczyny
Hipotermia-przyczyny
•
Silne wychłodzenie
Silne wychłodzenie
•
a)Przebywanie w zimnie
a)Przebywanie w zimnie
•
b)Zwiększony obwodowy przepływ krwi
b)Zwiększony obwodowy przepływ krwi
•
•
•
Niewystarczająca produkcja ciepła
Niewystarczająca produkcja ciepła
•
a)Niedożywienie
a)Niedożywienie
•
b)Hipoglikemia
b)Hipoglikemia
•
c)Niedoczynność tarczycy
c)Niedoczynność tarczycy
•
d)Kwasica ketonowa w cukrzycy
d)Kwasica ketonowa w cukrzycy
•
e)Niewydolność nadnerczy
e)Niewydolność nadnerczy
•
f)Niewydolność wątroby
f)Niewydolność wątroby
•
g)mocznica
g)mocznica
Hipotermia-przyczyny
Hipotermia-przyczyny
•
Zaburzenia termoregulacji
•
a)Gorsze funkcjonowanie podwzgórza
•
b)Uraz rdzenia kręgowego na poziomie Th1 lub powyżej
•
•Leki
•
Działania ośrodkowe
•
a)Alkohol
•
b)Pochodne fenotiazyny
•
c)Barbiturany
•
d)Benzodwuazepiny
•
Rozszerzanie obwodowych naczyń krwionośnych
•
a)Alkohol
•
b)Pochodne fenotiazyny
Patofizjologia
Patofizjologia
•
Organizm ludzki jest zdolny do utrzymywania stałej
temperatury ciała w wąskich granicach 37±0,8°C
pomimo wahań temperatury środowiska zewnętrznego.
•
•Utrzymanie homeostazy cieplnej w podanym zakresie
jest nieodzownym warunkiem prawidłowego przebiegu
każdego procesu metabolicznego, pobudliwości
komórek, przewodnictwa w nerwach i kurczliwości
mięśnia.
•
Układ termoregulacji obejmuje elementy termorecepcji,
ośrodki termoregulacji i efektory tego układu
•
•Reakcje termoregulacyjne mogą być wyzwalane za
pośrednictwem receptorów zimna i ciepła znajdujących
się obwodowo oraz termodetektorów podwzgórzowych
wrażliwych na zmiany temperatury krwi o 0,01°C.
•
•Wysyłają one impulsy do neuronów ośrodka regulacji
przekroju naczyń, modyfikując przepływ krwi w
obszarze naczyniowym skóry i mięśni szkieletowych
oraz do neuronów regulujących wydzielanie hormonów.
•
Naturalna ochrona przed wyziębieniem u człowieka
wykazuje dużo mniejszą skuteczność niż w przegrzaniu.
•
•Ogranicza się do reakcji wegetatywnej tj. skurczu
naczyń i zmniejszenia przepływu krwi przez skórę,
gęsiej skórki i nieskoordynowanych skurczów mięśni
szkieletowych, dreszczy oraz wzrostu wydzielania
hormonów o działaniu kalorygennym.
•
•Największą utratę ciepła wykazują te części, które
mają dużą powierzchnię w stosunku do swojej objętości
jak np. palce rąk, nóg, kończyny. Wielkość utraty ciepła
w palcach jest 10 razy większa niż w tułowiu.
•
Rodzaje hipotermii, skutki i leczenie
Rodzaje hipotermii, skutki i leczenie
http://www.ratunkowa.eu/broszury/06.p
http://www.ratunkowa.eu/broszury/06.p
