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

df

df