KAPITOLA IX. – Termoregulace

Cíl:
Seznámit se základními principy termoregulace lidského organizmu.

Otázky:
1.Co rozumíte pod pojmem termoregulace?
2.Kde a kdy dochází v lidském organizmu ke vzniku tepla?
3.Jakým způsobem probíhá výdej tepla?
4.Vysvětlete pojmy vazodilatace, vazokonstrikce a piloerekce.
5.Popište stavy při nichž dochází ke změně tělesné teploty.

Fyziologie

Termoregulace = schopnost organizmu udržovat stálou optimální tělesnou teplotu.
Na teplotě závisí všechny biochemické pochody v organizmu. Metabolické procesy se zrychlují nebo zpomalují podle toho, jestli se teplota zvyšuje, nebo snižuje.

Tělesná teplota

Teplota slupky a jádra
Normální tělesná teplota lidského těla měřená v axile kolísá mezi 35,8 – 37,0 0C, v závislosti na aktivitě a stavu organizmu, na teplotě vlhkosti a proudění vzduchu v okolí a na oblečení měřeného. Říká se jí teplota slupky.
Slupka – ty části těla, jejichž tělesná teplota se částečně mění vlivem okolí (končetiny, hlava, povrchové části těla)
Teplota jádra je relativně konstantní, nezávislá na teplotě okolí. Je to teplota v hrudní a břišní dutině a její hodnota v játrech se pohybuje mezi 39 – 40 0C.
Zevním měřením se teplota jádra nedá změřit, ale její změny nejlépe sleduje hodnota rektální teploty (rektální teplota je o 0,5 0C vyšší než teplota v axile.)
Teplota jádra je udržována ve stálém rozmezí díky tomu, že je od okolí izolována kůží, podkožním vazivem a tukovou vrstvou.

Kolísání tělesné teploty
Tělesnou teplotu ovlivňují následující faktory:
denní doba (nejnižší je ve 4 hodiny ráno a nejvyšší pozdě odpoledne),
aktivita organizmu (aktivita zvyšuje metabolizmus, a tím zvyšuje tvorbu tepla),
sekrece některých hormonů: např. vlivem progesteronu se u žen zvyšuje po ovulaci vaginální teplota o 0,5 0C.

Teplotu dále zvyšují všechny hormony, které mají stimulační vliv na metabolizmus: růstový hormon, testosteron, adrenalin a noradrenalin.

Tvorba a výdej tepla
Tělesná teplota je udržována tvorbou a výdejem tepla. Jestliže je tvorba tepla vyšší než tepelné ztráty, teplota organizmu se zvyšuje a naopak.
Tvorba tepla probíhá hlavně v jádře těla, a to především v játrech a ve svalech.
Většinou se teplo tvoří jako vedlejší produkt při metabolických dějích, může se však tvořit i cíleně: svalovou činností nebo zvýšením metabolizmu účinkem metabolických hormonů.

Výdej tepla je možný, pokud se teplo jádra odvádí cirkulující krví do kůže – slupky.
Ztráty tepla slupkou velice úzce souvisejí s podmínkami v okolí organizmu.
Výdej tepla může probíhat několika způsoby:
1.Sáláním (radiací) – teplo se ztrácí v podobě infračervených paprsků, vyzařovaných všemi směry. Infračervené paprsky vyzařují všechny předměty, které mají vyšší teplotu než je obsolutní nula.

2.Vedením (kondukcí) z těla vychází poměrně malé množství tepla. Odvod tepla v podobě kinetické energie, kterou předávají molekuly těla okolí, s nímž jsou v kontaktu; židli, podložce, vzduchu, který tělo obklopuje.

3.Prouděním (konvekcí), teplo se nejdřív odvede do vrstvičky vzduchu kolem těla a pak se prouděním vymění ohřátý vzduch se studeným. Význam tohoto mechanizmu stoupá např. ve větru.

4.Odpařováním (evaporací): nejúčinnější a nejdůležitější způsob.
jediný možný způsob výdeje tepla, jestliže teplota okolí je vyšší než teplota těla,
odpařuje se pot vyloučený na kůži a svou přeměnou na páru odebírá změnou skupenství povrchu kůže určité množství tepla. Ochladí se krev v podkoží a proudí do hlubších tkání,
významně závisí na vlhkosti vzduchu (v tropických pralesích s téměř 90% vlhkostí se pot neodpařuje),
kromě potu se odpařuje také tekutina ze sliznic a z plic,
za normálních okolností se takto ztrácí kolem 450 – 800 ml tekutiny denně (perspiratio insensibilis).

Výměna tepla mezi jádrem a slupkou
Důležitý tepelný izolační systém tvoří kůže, podkožní vazivo, tuková vrstva.
Tuková vrstva vede pouze 1/3 tepla podkožního vaziva, je tedy hlavním izolátorem.
Nejdůležitější výměna tepla mezi jádrem a slupkou probíhá krví, hlavně kapilárami a venózními plexy.

Pot je produktem potních žláz. Skládá se především z vody a iontů (Na+, K+ a Cl-), kyseliny mléčné a močoviny.
V horku vzniká u neaklimatizovaného člověka asi 1000 ml potu za hodinu,

Odpařováním se ztrácí voda a ionty (denní ztráta soli je asi 15 – 30 g). Po 1 – 6 týdnech pobytu v horkém prostředí se zvýší sekrece potu na 2 – 3 litry za hodinu, což zvýší odvod tepla až 10x. Zvětšují se ztráty vody, ale působením aldosteronu se sníží ztráty soli na 3 – 5 g/den.

Potní žlázy jsou inervovány sympatickými cholinergními nervovými vlákny. Mohou však být také stimulovány adrenalinem, uvolněným do krve ze dřeně nadledvinek během cvičení. To se uplatňuje především tehdy, když se tělo zbavuje nadbytečného tepla vzniklého svalovou prací.

Regulace tělesné teploty
Za normálních okolností je tvorba a výdej tepla v rovnováze a udržuje se v rozsahu teplotní pohody (35,8 – 37,4 0C).
Termoregulace nastupuje až po přestoupení hranic teplotní pohody. Teplota se pak udržuje zpětnovazebným mechanizmem, jehož centrum je v hypotalamu.
Tepelné senzory (termoreceptory) – detektory teploty, důležité pro fungování zpětnovazebného systému.
Centrální termoreceptory (termosenzory) byly prokázány v hypotalamu samotném, ale také periferní hluboké termoreceptory v některých tkáních v těle: v míše, břišní dutině a kolem velkých žil. Vyskytují se i periferní povrchové termoreceptory v kůži.

Mechanizmy snižování tělesné teploty

Vazodilatace cév v kůži zvýší 8x přestup tepla z jádra do slupky, a tak zvětší výdej tepla.
Pocení (viz výše).
Snížení tepelné produkce snížením metabolizmu, např. omezením tělesné aktivity nebo snížením chuti k jídlu (anorektický účinek vysokých teplot).

Mechanizmy zvyšování tělesné teploty

Vazokonstrikce cév sníží výdej tepla z jádra do kůže, a tím také ztráty tepla kůží.
Piloerekce (husí kůže), význam spíše u zvířat, kdy se mezi chlupy vytvoří vrstva vzduchu, která působí jako izolace).
Zvýšení produkce tepla:
1.svalovým třesem, jemuž vždy předchází svalový tonus, je řízen motorickými centry,

2.chemickou termogenezí: adrenalin a noradrenalin proudící v krvi zvyšují metabolizmus buněk,

3.zvýšený výdej tyroximu stimuluje buněčný metabolizmus, a tak vzniká větší množství odpadního tepla. Jedná se o adaptační mechanizmus – nenastupuje ihned po ochlazení organizmu, ale až po několikatýdenní expozici chladu.

Termoregulační chování je u člověka nejúčinnějším mechanizmem, který zabraňuje ztrátám tepla (oblékání, ukrývání v závětří nebo v místnostech, topení).

Termoregulace u novorozence
Jako náhrada za nevyvinutou termoregulaci slouží netřesová termogeneze (asi do půl roku života).
V hnědé tukové tkáni, které má novorozenec poměrně hodně (mezi lopatkami, horní část krku a kolem důležitých orgánů), je množství malých tukových kapének, mitochondrií a noradrenergních zakončení. Jestliže přijde chladový impuls, vyplaví se noradrenalin a uvolní z tukových kapének volné mastné kyseliny. Ty působí na mitochondrie a uvolní dýchací řetězec tak, že se zastaví tvorba ATP a tvoří se pouze teplo.

Stavy spojené se změnou tělesné teploty

Přehřátí organizmu (hypertermie)
může k němu dojít při velké zátěži organizmu cvičením nebo těžkou prací v horkém počasí,
stav, kdy mechanizmy zajišťující termoregulaci nezvládají situaci nebo nefungují, ale nemění se nastavení termostatu v hypotalamu,
větší ohrožení u lidí vyššího věku nebo s kardiovaskulárním onemocněním.

Horečka
= reakce organizmu na změněné nastavení centra pro regulaci teploty v hypotalamu.
Vlivem poškození mozku nebo vlivem vnitřních (endogenních) či bakteriálních pyrogenů začne termoregulační centrum rozeznávat normální teplotu jako příliš nízkou a zapojí mechanizmy vedoucí k jejímu zvýšení.

Pacient cítí chlad a začne se třást (zimnice). Po srovnání teplot (skutečné a nastavené v hypotalamu) zimnice přestane a teplota zůstává zvýšena.

Zvýšená teplota má příznivý vliv na imunitní děje: urychluje migraci buněk, zrychluje jejich dělení a tvorbu protilátek horečka se nepotlačuje, pokud není příliš vysoká, netrvá dlouho a nevyčerpává pacienta.

Vysoká horečka ohrožuje pacienta vyčerpáním energetických zdrojů (vysoký metabolizmus), dehydratací a horečka nad 42 0C dokonce denaturací bílkovin.

Podchlazení (hypotermie)
nastane, když teplota jádra klesne pod 35 0C,
na začátku tělo reaguje na hypotermii snahou zastavit pokles teploty: třes, vazokonstrikce a zrychlení tepové frekvence,
kolem 30 0C upadá pacient do bezvědomí,
se snižováním teploty se snižuje bazální metabolizmus, při 280C je BM přibližně na polovině normální hodnoty.

Řízená hypotermie se využívá při operacích srdce a mozku.

Fyziologie zátěže

V případě, že by se všechna chemická energie živin přeměnila na energii mechanickou, vzniklo by z 1 kcal 427 kpm (mechanický ekvivalent tepla).
Ve skutečnosti je však účinnost této přeměny pouze 23-25% a 1 kcal odpovídá asi 100 kpm, zbytek energie se promění v teplo.

Za tělesného klidu se většina energie tvoří v játrech (chemická termoregulace), méně potom ve svalech (zvýšením tonu svalovým třesem).

Za fyzické práce je tvorba tepla ve svalech mnohonásobně zvýšena.
Protékající krev je ve svalech ohřívána (sval je protékající krví ochlazován), a přebytek tepla je rozváděn do celého organizmu
v konečníku, jícnu nebo dochází ke zvýšení teploty tělesného jádra dutině zevního zvukovodu (kde obvykle měříme teplotu těl.jádra při práci) můžeme při těžké práci naměřit teplotu až 39,50C,
větším průtokem krve kůží dojde i ke zvýšení kožní teploty (obvykle více než na 38,50C)

Organizmus ztrácí teplo (fyzikální termoregulace):
vedením,
prouděním,
sáláním,
pocením

Ztráta tepla pocením činí:
za klidu menší část asi 20% ,
za fyzické práce je hlavním způsobem odvodu tepla – více než 80%.

další 3 způsoby ztráty tepla se proti klidu zvyšují jen málo – asi 2x.

Při odpaření 1 litru potu ztrácí organizmus maximálně 580 kcal.

Ke ztrátám tepla dochází při odpařování potu, ne tedy pouze pocením.
Pro ztráty tepla pocením jsou výhodné podmínky, při kterých dochází k většímu odpařování: – vítr, suchý okolní vzduch, pocení na velké ploše těla, vyšší tělesná teplota.
Každá kapka potu, která se neodpařila a pouze stekla po těle je v podstatě zbytečnou ztrátou vody, NaCl, aminokyselin, vitamínů B1 a C a dalších látek, bez termoregulačního účinku.

Velikost ztrát vody pocením při sportovních soutěžích v podstatě závisí na povětrnostních podmínkách a na trvání výkonu.
Při lehkoatletickém běhu na 5 km (asi 14 min) ztratí sportovec 500 – 1 500 g (ztráta živin max. 65 g glukózy)
Při déletrvajících výkonech (maraton, fotbalový zápas) je ztráta tělesné váhy až 4000g.

Při větších ztrátách vody může dojít k projevům selhání krevního oběhu z dehydratace. Kromě vody ztrácí organizmus ve zvýšené míře i NaCl.
Při ztrátách okolo 10 g (asi 3 l potu) může dojít:
k poruchám nervové činnosti,
pocitům slabosti,
u citlivých jedinců i ke křečím (nejčastěji v lýtkových svalech)

sportovci proto potravu více solí, někdy se jim přidává sůl i do tekutin během vytrvalostního závodu.

V případě, že organizmus nemá možnost vznikající teplo vydávat, dojde k projevům přehřátí:
bolest hlavy,
zvracení,
poruchy vědomí,
křeče

Nebezpečí přehřátí stoupá při vytrvalostních sportech za extrémně vysokých teplot okolí, zvláště při použití dopingové látky (vedlejší atropinový efekt).
Organizmus trénovaného sportovce může vypotit i 4 l potu/h a tekutinu průběžně doplňovat.

Při dlouhodobém plavání v chladné vodě může naopak dojít k prochlazení ztráty tepla jsou větší, než činní tvorba tepla při plavání. organizmu
Pobyt ve vodě 300C je spojen se ztrátou tepla asi 200 kcal/h,
při teplotě 120C už 1 500 kcal/h.
Před chladem chrání tělo především vrstva podkožního tuku.

Adaptace termoregulačních mechanizmů spočívá především ve schopnosti trénovaného potit se po celém těle rovnoměrně a tím zlepšovat podmínky pro odpařování potu.
Zdatní mají vyšší účinnost práce, a tak při stejném výkonu se obvykle méně potí než netrénovaní.
Dle některých autorů je rovněž koncentrace NaCl v potu trénovaných menší, ale v tuto adaptaci nevěří všichni.

Praktické cvičení

Měření tělesné teploty
Tělesná teplota se zpravidla měří v podpažní jamce lékařským (maximálním) teploměrem po dobu 7 – 7 minut. Lze ji měřit i na jiných místech (pod jazykem, ve vagině, v konečníku). Pro tato měření se používá tzv. rychloběžných teploměrů. Kromě klasických teploměrů se používají i elektrické a tranzistorové teploměry. Teploměry termistorové se používají k měření kožní teploty. Kožní teplota je do jisté míry závislá na teplotě okolního prostředí i na místě měření. Průměrná kožní teplota se pohybuje při pokojové teplotě od 30oC do 35oC, nejnižší teploty bývají naměřeny na akrálních částech těla (prsty, nos, uši), nejvyšší na trupu (břicho, hrudník, šíje).

Pomůcky potřebné k provedení úkolu:
Lékařské maximální teploměry a rychloběžné teploměry, kožní termistorový teploměr, desinfekční roztok, čtverečky buničité vaty.

Provedení úkolu:
Každý ze skupiny si změří teplotu v podpaží maximálním lékařským teploměrem (podpaží vytřít do sucha) a teplotu v ústech rychloběžným teploměrem (desinfikovaný teploměr) . Podle návodu si připravíme k použití kožní termistor. Po zapnutí přepneme na polohu „korekce napětí“ (ručička má ukazovat na 41 oC). Opatrně odšroubujeme kovový kryt nad vlastním snímačem a přepneme na polohu měření. Za lehkého kolmého tlaku se měří teplota na různých částech těla. Je nutno vyčkat, až se ručičkia na galvanoměru ustálí na určité teplotě. Ze součtu hodnot naměřených na 7 určených místech povrchů těla a násobených příslušnými koeficienty se vypočte střední kožní teplota (čelo, 0.07, paže 0.14, dlaň 0.05, chodidlo 0.07, bérec 0.13, stehno 0.19, trup 0.35)

Protokol:
Záznam vlastních naměřených hodnot tělesné teploty. Výpočet střední kožní tělesné teploty.