FIZJOLOGIA TERMOREGULACJI
Zdolność utrzymania stałej temperatury określa się mianem termoregulacji. Umożliwia zachowanie stałej temperatury ciała niezależnie od temperatury otoczenia. Dzięki termoregulacji organizmy stałocieplne mogą prowadzić aktywne życie zarówno w zimnej jak i ciepłej porze roku oraz środowiskach o różnych klimatach.
U zdrowych ludzi prawidłowa temperatura w jamie ustnej wynosi 37°C z wahaniami od 35,8 do 37,8°C, w odbytnicy 37,3°C, a pod pachą 36,7°C. W ciągu doby temperatura ciała zmienia się w zakresie 0,3-0,6^C. Najniższa jest między godziną 1 a 6, najwyższa w godzinach 13-18. Osoby pracujące w nocy mają zmieniony dobowy rytm temperatury ciała. U kobiet temperatura ciała jest najniższa podczas menstruacji, po czym stopniowo zwiększa się do czasu owulacji i na tym poziomie utrzymuje się aż do krwawienia miesiączkowego.
Prawidłowa temperatura ciałą u człowieka zmienia się także w zależności od wykonywanej pracy fizycznej.
Stała temperatura ciała u ludzi jest następstwem dynamicznej równowagi wytwarzania i oddawania ciepła. Ciepło jest wytwarzane w ustroju nieustannie w przebiegu procesów metabolicznych, przy czym niewielkie jego wytwarzanie następuje podczas snu, a zwiększa się w czasie pracy mięśniowej. Około 85% powstającego w ustroju ciepła w spoczynku pochodzi z pięciu narządów: wątroby, mięśni poprzecznie prążkowanych, mózgu, serca i nerek.
Ciepło wytwarzane w wątrobie powstaje głównie w wyniku przekształceń metabolicznych oraz procesów wydzielniczych. Stanowi ono mniej więcej połowę wartości ustrojowego wytwarzania ciepła w spoczynku. Wytwarzanie ciepła w wątrobie zwiększa się po obniżeniu sprawności fosforylacji oksydatywnej. W ten sposób działa dinitrofenol, aminy sympatykomimetyczne, hormony gruczołu tarczowego i pobudzanie nerwów współczulnych. Wytwarzanie ciepła w mięśniach poprzecznie prążkowanych w stanie spoczynku u człowieka jest następstwem ruchów oddechowych i spoczynkowego tonusu mięśni. Czynności mięśniowej towarzyszy znaczne zwiększenie się wytwarzania ciepła, które podczas długo trwającego wysiłku zwiększa się 4-krotnie, a podczas bardzo intensywnego i krótkotrwałego nawet kilkunastokrotnie.
W warunkach fizjologicznych na zwiększone wytwarzanie ciepła wpływa pobudzenie psychiczne przez aktywację układu współczulno-nadnerczowego oraz swoiste dynamiczne działanie pokarmów. Ilość uwolnionej energii cieplnej wskutek swoiście dynamicznego działania pokarmów spożytych w mieszanej diecie wynosi od 400 do 800 kJ na dobę. Zjawiska te mają wpływ na dobowe wahania temperatury ciałą.
Mimo ciągle wytwarzanego ciepła w ustroju temperatura ciała utrzymuje się na względnie stałym poziomie, a jej wahania są rzędu 1,4%. Decyduje o tym oddawanie ciepła z organizmu do otoczenia za pośrednictwem: promieniowania, przewodzenia i konwekcji, pocenia się i niewyczuwalnego parowania, ogrzewania powietrza wdychanego i parowania z dróg oddechowych, ogrzewania posiłków i wypijanej wody oraz z wydalinami. Człowiek w normalnych warunkach codziennego życia traci około 85% ciepła przez skórę i około 10% za pośrednictwem dróg oddechowych. Całkowita ilość ciepła, którą traci organizm w ciągu doby musi równać się ilości ciepła wytworzonego w tym samym czasie, u nagich ludzi w środowisku termoneutralnym (25^C bez przeciągów), którzy ani się nie pocą ani nie mają dreszczy, wydalanie ciepła poszczególnymi drogami wynosi: promieniowanie 45-60%, parowanie - 20-25%, przewodnictwo i konwekcja 20-40%.
Mężczyźni wykonujący lekką pracę w temperaturze pokojowej wytwarzają z ciągu doby około 12 560 kJ ciepła (3000 kcal).
Ponad połowę ciepła człowiek traci przez promieniowanie. Głównym czynnikiem, od którego zależą straty ciepła tą drogą jest różnica temperatur między przedmiotami otaczającymi a ciałem. Temperatura znajdującego się między nimi powietrza nie ma wpływu na wymianę ciepła przez promieniowanie, krótego widmo mieści się w podczerwieni (5-20 nm). Powietrze jest przenikliwe dla podczerwieni i nie nagrzewa jej energią. Jedynie zawierające dużo pary wodnej, pyłu i dymu jest mneij przenikliwe dla promieniowania cieplnego. Dlatego przy wysokiej wilgotności względne straty ciepła przez promieniowanie są nieco mniejsze, skóra człowieka, niezależnie od koloru, ma właściwości ciała idealnie czarnego, tzn zarówno wypromieniowuje jak i pochłania prawie wszystkie promienie podczerwone. Utrata ciepła przez przewodnictwo i konwekcję zależy od temperatury powietrza i jest możliwa gdy temperatura powietrza jest niższa niż skóry. Powstają wówczas prądy konwekcyjne, powodujące mieszanie się powietrza przylegającego do skóry ze świeżym powietrzem zewnętrznym. Podstawowe znaczenie dla konwekcji ma gęstość powietrza w różnych temperaturach. Powietrze ogrzane, jako lżejsze, unosi się do góry, a chłodniejsze opada. Wilgotność, choć zmniejsza gęstość powietrza, nie ma większego wpływu na straty ciepła przez konwekcję. Ważnym natomiast czynnikiem utraty ciepła przez konwekcję jest ruch powietrza. Utrata ciepła zwiększa się proporcjonalnie do kwadratu prędkości wiatru.
Ustrój traci ciepło również przez niewyczuwalnie parowanie wody z powierzchni skóry. Woda ta dyfundując z głębokich, wilgotnych warstw skóry do suchego naskórka. O szybkości parowania dycedyje różnica wilgotności skóry i powietrza oraz intensywność ruchu powietrza. Niewyczuwalne parowanie u zdrowego człowieka w normalnych warunkach ywnosi 300-700 ml na dobę. Odpowiada to utracie ciepła 730-1700 kJ (174-406 kcal). Szczególnie duże znaczneie dla regulacji cieplnej ustroju ma parowanie wtedy, gdy temperatura powietrza osiągnie 28-30^C. poniżej tej temperatury strata ciepła tą drogą jest prawie stała i wynosi około 25%, szybko natomiast zwiększa się w wyższej temperaturze otoczenia.
Utrata ciepła przez parowanie wody ustrojowej zachodzi także podczas oddychania, osiągając u dorosłej osoby wartość około 800 kJ na dobę (191 kcal).
Pocenie jest jednym z najważniejszych mechanizmów wydalania nadmiaru ciepła z ustroju. Zachodzi wtedy, gdy temperatura otoczenia osiągnie 30^C, a temperatura skóry zwiększy się do ok. 32^C. w tych warunkach oddawanie ciepła innymi drogami nie jest skuteczne do utrzymania prawidłowej temperatury ciała.
Bodźce wydzielnicze dla gruczołów potowych pochodzą z termoreceptorów skórnych, pobudzanych przez podwyższenie temperatury skóry oraz temperatury krwi. Odparowanie 1 litra potu z powierzchni skóry zużywa ponad 2400 kJ (573 kcal) energii cieplnej. Maksymalne wydzielanie potu u osoby, która przystosowała się umiarkowanych warunków otoczenia, wynosi około 1,5 l/h. w czasie aklimatyzacji wartość ta może zwiększyć się do 4 litrów z utratą ciepłą około 10 000 kJ (2388 kcal). Maksymalne pocenie nie może jednak trwać przez dłuższy czas, a dobowa maksymalna ilość potu wynosi 8-10 l. pocenie tylko wtedy powoduje utratę ciepła, gdy zachodzi parowanie wody z powierzchni skóry. Nie spełnia ono warunków w tym względzie, mimo że jest bardzo obfite, podczas kąpieli, gdy powietrze jest nasycone parą wodną, jeśli pot ścieka kroplami lub jest wycierany.
Stałość środowiska wewnętrznego ustroju i kontynuacja procesów życiowych zależą w największym stopniu od temperatury ciałą, której regulacja jest niemal doskonała. Decydują o tym bardzo sprawne mechanizmy podlegające funkcjonalnie centralnym ośrodkom termoregulacyjnym w podwzgórzu. Z badań doświadczalnych na zwierzętach oraz obserwacji klinicznych wynika, że ośrodki regulujące utratę ciepłą znajdują się w okolicy nadwzrokowej i przedwzrokowej, pomiędzy spoidłem przednim i skrzyżowaniem nerwów wzrokowych. Podudzanie tego miejsca aktywuje mechanizmy utraty ciepła (rozszerzanie naczyń skórnych, pocenie się lub zianie u zwierząt, natomiast uszkodzenie nie upośledza sprawności mechanizmów reakcji na zimno, lecz zanika wtedy oddziaływanie na podwyższoną temperaturę otoczenia. Ośrodki regulujące wytwarzanie i zatrzymywanie ciepłą, chroniące organizm przed oziębieniem, znajdują się w dolnej części bocznej podwzgórza. Pobudzanie tej okolicy uczynnią mechanizmy odpowiedzialne za zatrzymywanie i wytwarzanie ciepła (zwężenie naczyń skórnych, jeżenie włosów, przyśpieszona czynność serca, dreszcze, uwalnianie adrenaliny, hipoglikemia i wzmożona przemiana materii). Uszkodzenie tylno-bocznej strefy podwzgórza powoduje brak reakcji na zimno.
Czynność centralnych ośrodków termoregulacji warunkują impulsy z termoreceptorów obwodowych oraz temperatura krwi. Mechanizmy termoregulacyjne stanowią reakcje układu nerwowego, krążenia i hormonalnego oraz reakcje ogólnoustrojowe, które umożliwiają zbilansowanie gospodarki cieplnej, zarówno w warunkach fizjologicznych, jak również w sytuacjach zagrażających oziębieniem lub przegrzaniem. Decydujące znacznei Ew tym względzie ma układ nerwowy. Wrażenia termiczne z termoreceptorów obwodowych, któ®e są bardzo człe na zmiany temperatury (progowa różnica temperatur dla odczuwania ciepła w skórze o temperaturze 28^C wynosi 0,007^C, dla zimna 0,012^C), są przewodzone do podwzgórza oraz do kory mózgowej. Odruchy powstające w korze mózgowej wyzwalają reakcje głównie o charakterze dowolnym, natomiast odruchy wywodzące się z podwzgórza są niezależne od woli. Bodźce wywołujące te odruchy są przewodzone do tkanek i narządów za pośrednictwem części współczulnej układu autonomicznego oraz na drodze humoralnej (np. TRF). Informacja centralnych ośrodków termoregulacyjnych odbywa się również za pośrednictwem krwi. Ze względu na jej dużą termiczną bezwładność, w warunkach fizjologicznych orz w początkowym okresie przegrzania lub oziębienia główne znaczenie ma informacja nerwowa.
W warunkach zagrażającego ochłodzenia są wyzwalane reakcje zmniejszające utratę ciepła oraz wzmagające jego wytwarzanie. Reakcje te są kontrolowane przez tylną okolicę podwzgórza i korę mózgową u ludzi, niektóre z nich np. ubieranie się i przebywanie w zacisznym i ciepłym miejscu, mają charakter świadomy, inne powstają na zasadzie autonomicznego odruchu. Do reakcji autonomicznych hamujących utratę ciepła należą np. skurcz naczyń skórnych i przemieszczenie krwi do narządów wewnętrznych, zagęszczenie krwi w następstwie przechodzenia z niej wody do tkanek oraz zwolnienie krążenia, głównie wskutek zmniejszenia minutowej objętości wyrzutowej serca, ponadto skurcz mięśni przywłosowych. Reakcje zwiększające wytwarzanie ciepła to: pobudzenie czynności ruchowej, łaknienie i dreszcze.
W ustroju narażonym na przegrzanie nasila się utrata ciepła, a zmniejsza jego wytwarzanie. Reakcjami odpowiedzialnymi za pozbywanie się objętości krwi wskutek wnikania do układu krążenia wody z tkanek głębiej położonych i krwi z jej naturalnymi oddychania i pojawienie pocenia się. Jednocześnie uczynnieniu ulegają mechanizmy zmniejszające wytwarzanie ciepła, co wyraża się upośledzeniem łaknienia, apatią i inercją oraz zmniejszeniem wydzielania tyreostymuliny i hormonów gruczołu tarczowego, a także zwolnieniem do niezbędnego minimum przemiany materii.