Fyziologický ústav, Lékařská fakulta, Masarykova univerzita1 Termoregulace Fyziologie II přednáška (VLFY0422p) Tibor Stračina Fyziologie II přednáška (VLFY0422p)2 Teplota – homeostatický parametr 45 40 35 30 25 Úžeh Těžká práce, horečka Normální teplota těla (36,3 – 37,1°C) Ztráta vědomí Selhání kosterních svalů, komorová fibrilace HYPETERMIEHYPOTERMIE Fyziologie II přednáška (VLFY0422p)3 Tělesné jádro vs. obal ̶ homeotermní vs. poikilotermní ̶ Teplota tělesného jádra – udržována v (úzkém) rozmezí ̶ Kožní teplota (obal) – proměnlivá (teplota jádra, okolní prostředí) Adopted from: K.S. Saladin, Anatomy & Physiology—The Unity of Form and Function, 8th ed. (McGraw-Hill, 2018) Fyziologie II přednáška (VLFY0422p)4 Variabilita teploty tělesného jádra ̶ Cirkadiální kolísání ̶ Cirkamensální rytmus (u žen od puberty do menopausy) ̶ Sezónní variabilita (cirkanuální rytmus) ̶ Stárnutí Fyziologie II přednáška (VLFY0422p)5 Variabilita teploty tělesného jádra Fyziologie II přednáška (VLFY0422p)6 Jemná rovnováha teploty jádra PRODUKCE TEPLA PŘÍJEM TEPLA VÝDEJ TEPLA ZTRÁTY TEPLA Fyziologie II přednáška (VLFY0422p)7 Teplo vs. teplota ̶ Teplo [J] – (tepelná) energie přenášena mezi tělesy (odevzdávána nebo přijímána) ̶ Teplota [K, °C, °F] – míra obsahu tepelné energie; střední kinetická energie částic (molekul, iontů) Fyziologie II přednáška (VLFY0422p)8 Přenos tepla uvnitř organismu ̶ primárně KONVEKCE (proudění) ̶ médium = krev ̶ v menší míře KONDUKCE (vedení) Fyziologie II přednáška (VLFY0422p)9 Produkce tepla ̶ Metabolismu: metabolický obrat ~ produkce tepla ̶ Fyzický aktivita (svalová kontrakce): klid vs. práce ̶ Postprandiální termogeneze (příjem potravy) ̶ Třesová termogeneze ̶ Netřesová termogeneze (hnědá/béžová tuková tkáň) PRODUKCE TEPLA PŘÍJEM TEPLA VÝDEJ TEPLA ZTRÁTY TEPLA Fyziologie II přednáška (VLFY0422p)10 Příjem a ztráty tepla ̶ „pasivní“ procesy ̶ RADIACE (sálání) ̶ KONVEKCE (proudění) ̶ KONDUKCE (vedení) ̶ Závisí na teplotním gradientu mezi povrchem těla (kůží) a okolním prostředím PRODUKCE TEPLA PŘÍJEM TEPLA VÝDEJ TEPLA ZTRÁTY TEPLA Fyziologie II přednáška (VLFY0422p)11 Výdej tepla (aktivní ztráty) ̶ EVAPORACE (vypařování) ̶ perspiratio sensibilis = produkce potu (1 l odpařeného potu = - 2 428 kJ) ̶ perspiratio insensibilis = difuze vody přes kůži a sliznice ̶ Akcelerace „pasivní“ ztráty tepla zvýšením perfuse v kůži ̶ (RADIACE) ̶ (KONDUKCE) ̶ (KONVEKCE) PRODUKCE TEPLA PŘÍJEM TEPLA VÝDEJ TEPLA ZTRÁTY TEPLA Fyziologie II přednáška (VLFY0422p)12 Termoregulace ̶ Všechny procesy směřující k udržení teploty jádra v požadovaném rozmezí ̶ Termoregulační chování ̶ Sociální termoregulace Fyziologie II seminář (VLFY0422s)13 Periferní termoreceptory Centrální termoreceptory HYPOTALAMUS (POA) Centrum termoregulace Kožní cirkulace Kosterní svaly Potní žlázy Kožní teplota Teplota v mozku Teplotatělesnéhojádra Piloerekce Hnědá tuk. tkáň Endokrinní odpověď Teplota prostředí Chování Fyziologie II přednáška (VLFY0422p)14 Aferentní informace - termoreceptory ̶ Centrální termoreceptory ̶ Na teplotu citlivé neurony v předním hypotalamu (area preoptica) – teplota mozku ̶ Periferní termoreceptory ̶ Kožní termoreceptory - kožní teplota ̶ Termoreceptory v GIT ̶ Termoreceptory v játrech a dalších vnitřních orgánech ̶ Termoreceptory v kosterních svalech Fyziologie II přednáška (VLFY0422p)15 Princip termorecepce: TRP kanály ̶ Superrodina iontových kanálů ̶ Smíšené kationtové kanály ̶ Aktivace = depolarizace membrány ̶ Polymodální ̶ Vodivost některých je závislá na teplotě Adopted from:: https://doi.org/10.1016/bs.pmbts.2015.01.002 Fyziologie II přednáška (VLFY0422p)16 Termoregulační centrum ̶ Přední HYPOTALAMUS (area preoptica) ̶ Integrace aferentních informací ̶ Modifikace eferentních drah (vegetativní, somatické) – ovlivnění efektorů ̶ „set-point“ vs. prahová teplota pro efektorové systémy Fyziologie II přednáška (VLFY0422p)17 Efektorové systémy termoregulace ̶ Chování ̶ Kožní cirkulace ̶ Potní žlázy ̶ Kosterní svaly (volné pohyby, třesová termogeneze) ̶ Horipilace (piloerekce) ̶ Hnědá/béžová tuková tkáň (netřesová termogeneze) ̶ Role sympatického nervového systému (VLFY0422s demonstrace) Fyziologie II přednáška (VLFY0422p)18 Endokrinní reakce v termoregulaci ̶ Adrenalin a noradrenalin ̶ Temogenní účinek ̶ Součást akutní sympatoadrenální reakce při chladem indukovaném stresu ̶ Tyroidní hormony (T3 a T4) ̶ Termogenní účinek přes zvýšení BMR ̶ Subakutní/chronický efekt ̶ Dlouhodobé zvýšení/snížení sekrece T3 a T4 je součástí adaptace na chlad/teplo ̶ Nepřímé zapojení ADH a aldosteronu Fyziologie II přednáška (VLFY0422p)19 Chladem indukované mechanismy ̶ Strategie: snížit ztráty tepla ̶ Chování: snížit tělesný povrch, tepleji se obléct ̶ Vazokonstrikce v kůži. Horipilace ̶ Inhibice pocení ̶ Strategie: zvýšit produkci tepla ̶ Kosterní sval: častější volné pohyby (chování); třes ̶ Netřesová termogeneze (hnědá/béžová tuková tkáň) ̶ Hlad (zvýšení příjmu potravy) Fyziologie II přednáška (VLFY0422p)20 Teplem indukované mechanismy ̶ Strategie: zvýšit ztráty/výdej tepla ̶ Kožní vazodilatace ̶ Zvýšené pocení (evaporace) ̶ Zvýšená ventilace ̶ Strategie: snížit produkci tepla ̶ Chování: Vyhledání stínu, lehké oblečení ̶ Snížení fyzické aktivity (pokles motivace, apatie) ̶ Ztráta chuti k jídlu (snížený apetit) Fyziologie II přednáška (VLFY0422p)21 Specifika termoregulace při vysoké vzdušní vlhkosti ̶ Vysoká vzdušní vlhkost snižuje odpařování potu ̶ Pocení se stává neefektivní a vede ke ztrátě velkého množství vody ̶ Hrozí přehřátí organismu a dehydratace ̶ Efektivní ochlazení může přinést permanentní osušování povrchu kůže (též oděv odvádějící vlhkost) ̶ Nebezpečí přehřátí zvyšuje fyzická aktivita! ̶ Při 35°C a relat. vlhkosti >60% není bezpečné vykonávat aktivitu střední či vyšší intenzity déle než 30 min Fyziologie II přednáška (VLFY0422p)22 Specifika termoregulace při fyzické aktivitě ̶ Fyzická aktivita vždy znamená zvýšení produkce tepla ̶ Fyzická aktivita vede ke snížení efektivního objemu cirkulujících tekutin ̶ únik tekutiny do intersticia kosterních svalů ̶ ztráta tekutin pocením ̶ Udržení efektivního objemu cirkulujících tekutin (krevního tlaku) je vždy upřednostněno před zvýšením aktivních ztrát tepla (termoregulací) ̶ Teplota jádra během fyzické aktivity roste ̶ Klíčová je teplota prostředí ̶ Role sympatického nervového systému (VLFY0422s demonstrace) Fyziologie II přednáška (VLFY0422p)23 Specifika termoregulace v dětském věku ̶ Větší povrch těla v poměru k celkové tělesné hmotě vede k větším pasivním pohybům tepla ̶ V chladném prostředí větší riziko podchlazení ̶ V teplém prostředí větší riziko přehřátí ̶ Novorozenci a kojenci navíc nemají plně funkční centrální termoregulační mechanismy ̶ Vyšší riziko dehydratace při tepelném stresu Fyziologie II přednáška (VLFY0422p)24 Specifika termoregulace ve stáří ̶ Snížená schopnost vnímat teplo a chlad kůží ̶ Pokles aferentace z kůže (časté periferní neuropatie) ̶ Snížená schopnost aktivního výdeje tepla ̶ Pokles počtu i aktivity potních žláz ̶ Snížená srdeční rezerva ̶ Snížená schopnost produkce tepla ̶ Pokles metabolického obratu ̶ Pokles svalové hmoty (sarkopenie) ̶ Pokles celkové tělesné hmoty (sakropenie) opět vede k zvětšení povrchu těla v poměru k hmotnosti = větší pasivní pohyby tepla ̶ Ve stáří snížená schopnost termoregulace a větší výkyvy teploty jádra Fyziologie II přednáška (VLFY0422p)25 Termoregulace a body art ̶ Body art (tetování, skarifikace, subdermální implantáty) může poškodit potní žlázy ̶ Pokud body art pokrývá větší plochy kůže, může snížit schopnost organismu ochlazovat se ̶ Organismus tak může být ohrožen přehřátím, zejména při větší tepelní zátěži (expozice teplu, fyzická aktivita) ̶ U vrcholových atletů může body art na velkých plochách kůže limitovat výkonnost Fyziologie II přednáška (VLFY0422p)26 Audiovizuální obsah prezentovaný během přednášky je autorským dílem vytvořeným zaměstnanci Masarykovy univerzity. Jakékoliv další šíření tohoto obsahu nebo jeho části bez svolení Masarykovy univerzity je v rozporu se zákonem.