Ocena brak

Termoregulacja

Autor /bananowiec Dodano /24.01.2014

Wszystkie rodzaje czucia można podzielić na czucie specjalne, skórne i proprio-ceptywne oraz trzewne. Czucie specjalne odbierają telereceptory (wzrok, słuch, węch) lub interoreceptory (smak, przyspieszenie liniowe i kątowe). Czucie skórne, obejmujące dotyk, ucisk, ciepło, zimno i ból, organizm odbiera przez eksterocepto-ry, a zbliżone do niego czucie rozciągania mięśni i ułożenia kości połączonych w stawy - za pomocą proprioceptorów. Czucie trzewne odbierają różne interoreceptory rozmieszczone: w ścianach naczyń krwionośnych - angioreceptory, w kłębkach przynaczyniowych - chemoreceptory, w narządach wewnętrznych - wiscerorecepto-ry, w podwzgórzu i na brzusznej powierzchni rdzenia przedłużonego - detektory.

Ze względu na ich lokalizację oraz na to, jakie odbierają bodźce i jakie rodzaje energii przemieniają na impulsy nerwowe natury elektrycznej - receptory dzieli się na kontaktoreceptory, mechanoreceptory, chemoreceptory, termoreceptory i termode-tektory.

Kontaktoreceptory wymagają bezpośredniego styku podniety z powierzchnią receptorową. W chemoreceptorach i detektorach działają impulsy chemiczne, w ter-

moreceptorach energia cieplna, w mechanoreceptorach energia mechaniczna. Nie ma takiej specjalizacji w receptorach bólowych, których istnienie przez jednych autorów jest w ogóle kwestionowane, a inni receptory widzą w nagich włóknach nerwowych, będących zakończeniami nerwów czuciowych przewodzących wszelkie bodźce jako odczucia bólowe, gdy tylko przekroczą one próg ich siły.

Z kolei mechanoreceptory odbierają pobudzenia głównie w skórze, w mięśniach, w powięziach, ścięgnach i stawach, w słuchowej i statycznej części ucha wewnętrznego oraz w jamistych narządach wewnętrznych i ścianach naczyń krwionośnych. Pobudzenie ich daje różne rodzaje czucia, położenia ciała i rozmieszczenia jego części w przestrzeni, równowagi oraz czucie akustyczne i mniej uświadomione czucie wewnętrzne modulujące samopoczucie.

Komórki węchowe i smakowe lub detektorowe neurony w pniu mózgu to chemo-receptory. Zlokalizowane w pniu mózgu zapoczątkowują ważne regulacje neurohormonalne w całym organizmie.

Termoreceptory ciepła i zimna znajdują się głównie w skórze, a termodetektory w ośrodkach wrażliwych na zmiany ciepłoty krwi.

Wprowadzenie do fizykoterapii temperatur kriogenicznych rzędu od -30°C do -180°C i stosowanie ich w zabiegach lokalnych czy ogólnoustrojowych, nawet przy bardzo krótkim działaniu (1,5-3 min) jest tak silnym bodźcem, że początkowo może nastąpić podrażnienie wielu receptorów skóry, innych niż termoreceptory, a w miarę działania tak niskich temperatur wyłączenie wielu z nich, na przykład receptorów czucia i bólu, angioreceptorów i innych.

Regulację utraty ciepła nazywamy termoregulacją fizyczną. Uczestniczą w niej przede wszystkim naczynia krwionośne skóry i dróg oddechowych oraz gruczoły potowe oraz mięśnie przywłośne. Zwężenie naczyń krwionośnych, niewydzielanie potu, nastroszenie włosów i piór u zwierząt i ptaków, skulona postawa sprzyjają zatrzymywaniu ciepła w organizmie, a rozszerzenie naczyń, wytwarzanie potu i możliwie największa odsłonięta powierzchnia ciała ułatwiają oddawanie ciepła otoczeniu. Regulacja wytwarzania ciepła, zwana termoregulacją chemiczną, polega na wzmaganiu intensywności procesów metabolicznych oraz czynności mięśni. Przyspieszenie metabolizmu oraz wzrost napięcia mięśni, ich drżenie czy skurcze, nazywane dreszczami, praca fizyczna zwiększają, a stany przeciwne zmniejszają ilość przemienianej energii. W tym celu organizmy stałocieplne rozwijają ośrodek termoregulacji, czyli zespół struktur neuronowych w podwzgórzu i pniu mózgu odpowiedzialny za utrzymanie równowagi między produkcją i utratą ciepła. Ośrodek termoregulacji zaczyna rozwijać się u człowieka już w 6 miesiącu życia płodowego, ale przez pierwsze dwa tygodnie po urodzeniu nie jest na tyle sprawny, aby utrzymać stałą ciepłotę dziecka. Dlatego też noworodki, a szczególnie wcześniaki wymagają troskliwej opieki, również zapewnienia odpowiedniej temperatury otoczenia. Pełną samodzielność czynnościową uzyskuje ośrodek termoregulacji między 1 i 2 rokiem życia dziecka. Po latach ponownie ją częściowo traci i dlatego ludzie starzy łatwo ziębną, wykazując na ogół niższą i mniej równą ciepłotę ciała.

W procesach oksydatywnej fosforylacji składników pokarmowych zachodzących w mitochondriach komórek ciepło powstaje jako uboczny produkt wytwarzającej się energii, co dotyczy także mięśni pracujących specjalnie dla utrzymania stałej ciepłoty ciała. Czasami ciepło wytwarzane jest tak obficie, że trudno jego nadmiar przekazać otoczeniu, co grozi przegrzaniem całego organizmu.

Kiedy zagraża ochłodzenie, produkcja ciepła zwiększa się na skutek wykonywania dowolnych ruchów lub nieuświadomionego wzrostu napięcia mięśni bądź rytmicznych skurczów włókien mięśniowych - ich drżenia lub dreszczy. Z tego powodu człowiek zziębnięty porusza się, zaciera ręce, przytupuje, szczęka zębami, ma dreszcze, a mięśnie szkieletowe bywają tak napięte, że często niemożliwe jest wykonanie bardziej precyzyjnych ruchów. Temperaturę organizmu zwiększa również przyjęcie pokarmu, szczególnie ciepłego i białkowego. Ciepły posiłek ogrzewa organizm fizycznie, białka natomiast najmocniej zwiększają metabolizm na zasadzie swoistodynamicznego działania składników pokarmowych. Widoczne są zatem i behawioralne aspekty procesu termoregulacji. Wyraźny wzrost produkcji ciepła zaczyna się w temperaturach otoczenia poniżej 15°C, komfort cieplny dla człowieka lekko ubranego stanowi 20°C, a dla rozebranego 28°C.

Termoregulacja może być także zachowana, ale przestawiona na inną wartość stałej ciepłoty ciała w tym okresie - na niższą ciepłotę, jak u ludzi starych w warunkach chronicznego chłodu lub z różnych powodów wyższą, a wówczas stan taki nazywa się gorączką.

Inaczej mówiąc, część energii nie zużyta na pracę, chemiczne reakcje syntez czy też inne energochłonne procesy ustroju zmienia się w ciepło i ogrzewa organizm, który jak każde inne ciało może także ogrzewać się od zewnątrz lub oddawać ciepło otoczeniu. Zatem temperatura ciała zależy w każdym przypadku od ilości ciepła wytworzonego przez organizm i oddawanego otoczeniu.

W warunkach klinicznych schładzanie ciała powierzchniowe lub schładzanie krwi u chorego w anestezji powoduje zmniejszenie lub ustanie funkcji termoregulacji, co wynika ze stosowania anestetyków i środków zwiotczających. Nazywamy to sztuczną hipotermią kontrolowaną. Funkcja ośrodka termoregulacji powraca po eliminacji przez ustrój środków anestetycznych, odwrócenie działania środków zwiotczających i po ogrzaniu krwi do 35-36°C. Zupełnie inne są fizjologiczne następstwa zabiegów schładzających dla celów leczniczych krioterapii miejscowej, głównie ogói-noustrojowej, z użyciem temperatur kriogenicznych, szczególnie krańcowo niskich.

Termoregulacja chemiczna

Wytwarzanie ciepła w organizmie zależy od kilku czynników:

a)    przemiany podstawowej materii związanej ze spoczynkową czynnością wszystkich komórek i narządów, niezbędnej dla utrzymania organizmu przy życiu;

b)    pracy mięśni szkieletowych podczas ich poruszania się;

c)    czynności przewodu pokarmowego związanej z trawieniem i wchłanianiem pokarmu.

Regulacja chemiczna jest uruchamiana przy nadmiernej utracie ciepła. Wytwarzanie ciepła w tkankach nazywa się termogenezą i odbywa się w procesach przemiany materii. Termogenezą jest metabolicznym efektorem termoregulacji uruchamianym przy niedoborze ciepła, a hamowanym przy jego nadmiarze. Ze względu na udział mięśni termogenezą dzieli się na drżeniową i bezdrżeniową. Wytwarzanie ciepła w ustroju występuje stale, nasila się, gdy temperatura dużych obszarów skóry spada poniżej 19°C, a temperatura krwi dochodzącej do podwzgórza spada poniżej 37°C. Pierwszym objawem termogenezy w mięśniach jest wzmożenie ich napięcia.

Niewielkie wzmożenie napięcia zwiększa sprawność fizyczną; znaczne napięcie powoduje, że ruchy stają się sztywne i mało precyzyjne. Znaczniejsze ochładzanie powoduje drżenie mięśni, przy tym większy odsetek energii (do 90%) zmienia się w ciepło niż przy ruchowej czynności mięśni (ok. 60%). Termogeneza bezdrżeniowa polega na wzmożeniu przemiany we wszystkich tkankach, wywołanej wpływem hormonów, wydziela się przy tym niewiele ciepła. Najwięcej wydziela brązowa tkanka tłuszczowa istniejąca u niemowląt i u osób przystosowanych do częstego i znacznego oziębiania.

Termoregulacja fizyczna

Nadmiar ciepła wytworzonego w organizmie jest odprowadzany na zewnątrz. Organizm traci ciepło w stosunku do otoczenia o niższej temperaturze przez:

a)    skórę - promieniowanie, przewodzenie, parowanie i przenoszenie;

b)    układ oddechowy z powietrzem wydechowym;

c)    przewód pokarmowy i układ moczowy wraz z kałem i moczem.

Podwyższenie temperatury krwi przepływającej przez podwzgórze powoduje pobudzenie termodetektorów i przyspiesza utratę ciepła w następujący sposób:

a)    przez rozszerzenie naczyń krwionośnych skóry i obfite wydzielanie potu, którego intensywne parowanie schładza powłoki ciała;

b)    przez przyspieszenie pracy serca i wentylacji płuc wraz z pogłębieniem wentylacji. Przez płuca przepływa więcej krwi i więcej ciepła wydala się z powietrzem wydechowym;

c)    przez pobudzenie ośrodka hamującego drżenie mięśni, zlokalizowanego w śródmózgowiu. Drżenia mięśni nie występują.

Przy temperaturze skóry około 35°C (otoczenia 24-25°C) zaczyna się wydzielanie potu. Przy wyższych temperaturach coraz mniej ciepła wydala się przez przewodzenie i promieniowanie, a coraz więcej przez parowanie. Wyparowanie 1 I wody usuwa 2,43 M) ciepła. Przy pracy fizycznej w temperaturze powyżej 30°C organizm może wydalić do 10 I wody w ciągu dnia. Pot nie chłodzi, jeśli nie może parować, np. w wodzie lub przy wilgotności powietrza bliskiej 100%, mimo że się obficie wydziela, natomiast najefektywniej chłodzi w suchym powietrzu.

leżeli utrudnione jest odprowadzanie ciepła organizmu na zewnątrz, może dojść do wzrostu temperatury krwi przepływającej przez podwzgórze i ośrodek termoregu-lacji, jak to ma miejsce w stanie gorączki czy w warunkach temperatury otoczenia przewyższającej temperaturę ciała (łaźnia parowa, sauna, praca w gorącym wilgotnym klimacie); wówczas może wystąpić - jako powikłanie lub naturalny skutek -przegrzanie ustroju do udaru cieplnego włącznie.

W gorącym i wilgotnym otoczeniu, gdy także mięśnie produkują ciepło, a przyjmowanie płynów jest niedostateczne, odbywa się wprawdzie wytwarzanie potu, ale jego parowanie jest utrudnione. Wzrost temperatury ciała dodatkowo wzmaga metabolizm, a rezultatem jest dalszy wzrost wytwarzania ciepła, które nie może być skompensowane przez procesy chłodzące. Następuje wyrównawcze rozszerzenie naczyń krwionośnych skóry, ale utrata ciepła przez promieniowanie jest niedostateczna. Temperatura ciała wzrasta do 40°C, co u dorosłych osób nie jest bezpieczne. Wzrost temperatury ciała do 42°C, jeżeli nie nastąpi szybkie i intensywne schładzanie skóry, zwykle kończy się śpiączką, drgawkami i zejściem śmiertelnym z powodu porażenia ośrodków oddechowych i naczynioruchowego.

Ośrodek termoregulacji

Ośrodek termoregulacji znajduje się w przedniej części podwzgórza. Utrzymuje temperaturę ciała na stałym poziomie i działa na zasadzie termostatu biologicznego pozostając w czynnościowej współpracy z wieloma innymi ośrodkami podwzgórza. Ośrodek ten reaguje na różny stopień obniżenia temperatury krwi przepływającej przez tę część mózgowia, co powoduje hamowanie termodetektorów i z kolei zwiększone wytwarzanie ciepła.

Stosunek stężeń jonów Ca++ do Na+ w podwzgórzu warunkuje wrażliwość termodetektorów na zmiany temperatury krwi dopływającej do mózgowia. Zwiększenie jonu Ca++ powoduje przestawienie się tego termostatu biologicznego na niższą temperaturę, obniża się o ułamek stopnia. Wzrost stężenia jonu Na+ na podwzgórzu wywołuje reakcję przeciwną - przestawienie termostatu biologicznego na wyższą temperaturę i temperatura ciała podnosi się.

Różne czynniki zmieniają stosunek stężeń jonów Ca++: Na+ w podwzgórzu i pośrednio przedstawiają termostat biologiczny. Stężenie jonu Na+ w podwzgórzu zwiększają prostaglandyny i endopirogeny, szczególnie interleukina t (IL-1). W rezultacie występuje odczyn gorączkowy. Zjawisko to jest najczęściej następstwem infekcji bakteryjnych; bakterie uwalniają egzopirogeny, a te powodują rozpad granulocytów obo-jętnochłonnych i uwalniane są endopirogeny, w tym również interleukina 1.

Izotermię ustrojową zapewnia ośrodek termoregulacji sprzężony czynnościowo z innymi ośrodkami. Są nimi:

1.    Ośrodek powodujący wzrost napięcia mięśni, ich drżenia lub dreszcze, gdy nie jest on hamowany przez ośrodek termoregulacji. W mięśniach wytwarza się ciepło (termogenezą drżeniowa).

2.    Ośrodki kontrolujące układ współczulny. Ich pobudzenie przez oziębione ter-moreceptory i wiele innych receptorów powoduje wydzielanie się z zakończeń nerwowych noradrenaliny. Pod jej wpływem wzmaga się metabolizm mięśni szkieletowych i komórek tkanki tłuszczowej. Uwalniane są z niej duże ilości wolnych kwasów tłuszczowych, które ulegają spaleniu z produkcją ciepła.

3.    Ośrodki kontrolujące wydzielanie gruczołów dokrewnych. Z rdzenia nadnerczy wydziela się adrenalina przyspieszająca spalanie glukozy w wątrobie i w mięśniach szkieletowych oraz wzrasta metabolizm tkanki tłuszczowej. Pobudzeniu ulega też funkcja osi hormonalnej: CRF (kortykoliberyna), ACTH, kortyzol, który przeważnie wiąże się z białkami osocza, a niewielkie jego ilości krążą we krwi w postaci wolnej. Glikokortykoidy kory nadnerczy przyspieszają rozpad białek w wątrobie.

4.    Ośrodek uwalniający hormony tarczycy przez uwalnianie TRH (tyroliberyna)

- TSH - T3 i T4 (hormon tyreotropowy - trijodotyronina - tyroksyna). Dłużej utrzymujące się obniżenie średniej temperatury otoczenia powoduje stałe zwiększanie metabolizmu wewnątrzkomórkowego. T3 i T4 działają bezpośrednio na komórki organizmu, zwiększając przez to produkcję ciepła.

5.    Ośrodek naczynioruchowy. Naczynia skórne zwężają się, zmniejsza się utrata ciepła przez skórę (konserwacja ciepła).

Dla każdego środowiska (wody, powietrza przy różnym wietrze i wilgotności) istnieje taka temperatura, w której wytwarzanie ciepła (w spoczynku) i samoistne wydalanie ciepła z organizmu są w równowadze bez włączania mechanizmów termoregu-lacji. Taką temperaturę środowiska nazywamy obojętną lub temperaturą komfortu.

Temperatura obojętna powietrza dla człowieka bez odzieży, w mieszkaniu, wynosi około 28 do 30°C, temperatura obojętna kąpieli wodnej wynosi około 33°C. Temperatura obojętna zależy od tzw. siły lub wielkości oziębiającej otoczenia, na którą składają się: przewodność cieplna, ruchliwość dająca prądy konwekcyjne, wilgotność oraz stopień przepuszczalności dla promieniowania podczerwonego.

Stała temperatura wnętrza ustroju ludzkiego jest podstawowym wskaźnikiem zrównoważonego bilansu cieplnego. Mechanizmy termoregulacji mogą w szerokim zakresie kompensować ubytek lub nadmiar ciepła. Im większe są potrzeby kompensacji, tym głębsze są i dłużej trwają wpływy fizjologicznych mechanizmów termoregulacji. Osłonowa, zewnętrzna, część organizmu spełnia odpowiednio do potrzeb rolę złego lub dobrego przewodnika ciepła.

Zrównoważenie bilansu cieplnego dochodzi do skutku w trzech wariantach:

-    przy nadmiarze ciepła, dzięki uruchomieniu jego wydalania (termolizy),

-w temperaturze obojętnej, bez uruchamiania termoregulacji,

-    przy niedoborze ciepła, dzięki zatrzymywaniu i produkcji ciepła.

Mimo jednakowych efektów w postaci stałej temperatury jądra cieplnego stan funkcjonalny organizmu w każdym z tych wariantów jest inny.

Zaburzenia bilansu cieplnego ustroju

Przy nagrzewaniu nadmiernymi ilościami ciepła lub przy zaburzeniu eliminacji ciepła dochodzi do hipertermii. Towarzyszy jej bierne wzmożenie przemiany materii, które zwiększa efekt przegrzania.

Hipertermia występuje jako objaw patologiczny w przebiegu niektórych schorzeń, nazywana jest wtedy gorączką. W gorączce następuje nagromadzenie ciepła endogennego. Jest to stan wywołany i kontrolowany przez układ termoregulacji. Najcięższym zespołem hipertermii jest cieplny udar mózgowy, w którym nadmiar ciepła napływającego z otoczenia przekracza możliwości kontroli termoregulacyjnej ustroju.

Przy oziębianiu przekraczającym wydolność termoregulacji dochodzi do hipo termii, czyli obniżenia temperatury ciała poniżej normy. Z głęboką hipotermią wiąże się wtórne, bierne obniżenie przemiany materii pogłębiające negatywny efekt oziębienia. Ogólną hipotermię, jako ciężkie zagrożenie życia, spotyka się u zaniedbanych, samotnych ludzi w podeszłym wieku oraz u nieprzystosowanych osób, które znalazły się w zimowych lub polarnych warunkach klimatycznych.

 

Podobne prace

Do góry