Termoregulace

Udržení optimální tělesné teploty navzdory podmínkám okolního prostředí je nezbytnou funkcí organismu teplokrevných živočichů včetně člověka. Relativně stálá tělesná teplota je nutná pro normální činnost metabolismu a průběh enzymatických reakcí. Tělesná teplota je dána výsledkem mezi příjmem, produkcí a výdejem tepla. Rovnováhu mezi těmito ději zajišťuje termoregulace.

Termoregulace lidského těla je založena na principu zpětné vazby. Regulačním centerm je hypothalamus, kde jsou vyhodnocovány signály z termoreceptorů. Na základě toho je kontrolována produkce a výdej tepla organismem. Jádro lidského těla je teplokrevné (homoiotermní) – i v případě velkých výkyvů okolní teploty se jeho teplota mění jen minimálně. Periferní části těla (kůže, končetiny) se naproti tomu chovají studenokrevně (poikilotermně) a částečně přizpůsobují svoji teplotu okolí, což zabraňuje vysokým ztrátam tepla.

Průměrná tělesná teplota v klidu je v ústech 36,6–37 °C^[1], v rektu o 0,6 °C^[1] vyšší. Většina orgánů vyžaduje teplotu okolo 37 °C, běžně se ale pohybujeme v rozmezí až 35,5–40 °C, to je dáno různými fyziologickými vlivy jako cirkadiálními rytmy (v průběhu dne kolísá od 36 do 37,5 °C^[1], minimum ráno, maximum odpoledne), menstruačním cyklem (během ovulace pokles o 0,3 °C, v druhé polovině cyklu vlivem progesteronu a také v těhotenství až + 0,5 °C ^[2]), fyzickou zátěží, příjmem potravy, věkem (větší vliv teploty okolí na děti), okolním prostředím (tepelná pohoda je stav, kdy díky přiměřené okolní teplotě organismus nemusí zapojovat termoregulační mechanismy (20–21°C oblečený, 28–30 °C nahý)) i psychickým stavem (až + 2–3 °C). V námaze může teplota v rektu stoupnout až na 40°C^[2].

Obsah 1 Produkce tepla 2 Výdej tepla 2.1 Tepelná izolace 2.2 Výdej tepla 2.3 Pocení 3 Termoregulace 3.1 Snížení teploty 3.2 Zvýšení teploty 3.2.1 Svalový třes 3.2.2 Chemická (netřesová) termogeneze 3.2.3 Regulace metabolismu tyroxinem 4 Extrémní teploty 4.1 Vysoké teploty 4.1.1 Úpal 4.1.2 Úžeh 4.2 Nízké teploty 4.3 Horečka 5 Odkazy 5.1 Související články 5.2 Reference 5.3 Použitá literatura

upravit Produkce tepla

Teplo vzniká v těle především jako vedlejší efekt metabolických procesů a důsledek svalové práce. V klidu je více než polovina (56 %^[3]) tepla produkována ve vnitřních orgánech. Na tvorbě tepla se podílí:

• bazální metabolismus;
• termogenní efekt potravy;
• metabolismus aktivovaný sympatikem (adrenalinem, noradrenalinem), tyroxinem a vyšší chemickou aktivitou;
• termogeneze v hnědém tuku (chemická netřesová termogeneze).

Přibližně 18 %^[3] tepla vzniká v klidu ve svalech. Zbytek tepla je produkován mozkem a ostatními tkáněmi. V námaze může podíl svalové práce stoupnout až na 90 %^[3]. Klesne-li teplota lidského tělo pod 35,5 °C^[2], nastupuje svalový třes.

upravit Výdej tepla

Pro kontrolu tepelných ztrát organismu jsou zásadní termoizolační vlastnosti jednotlivých tkání.

upravit Tepelná izolace

Cévní systém přenáší teplo velmi dobře a to je z jádra na periferii vedeno především touto cestou. Regulací průtoku krve podkožními žilními pleteněmi je možné významně ovlivnit ztráty tepla. Kůže, podkoží a tuk jsou oproti tomu izolátory – mají třetinovou schopnost vést teplo a před ztrátami organismus chrání. Velkým úbytkům tepla na periferii zabraňuje také protiproudový mechanismus, kdy teplá tepenná krev tekoucí z jádra na periferii předává teplo chladnější krvi žilní vracející se zpět.

Běžné oblečení sníží ztráty tepla na polovinu, speciální až na jednu šestinu. Mokré oblečení naopak umožňuje až 20x vyšší ztráty tepla.^[1]

upravit Výdej tepla

Ke ztrátám tepla dochází těmito procesy:

• radiace – 60 %^[1] – infračervené vlnění vydávané každým tělesem s teplotou vyšší než absolutní nula;
• vedení – 18 %^[1] – teplo předávané na molekuly vzduchu (15 %) či dotýkajících se předmětů. Vliv na účinost vedení má proudění (konvekce). V běžných podmínkách je prouděním stoupání ohřátého vzduchu vzhůru, efekt vedení je výrazně vyšší při vyšší rychlosti proudění (chladící efekt větru je úměrný druhé mocnině rychlosti). Ve vodě dochází k větším ztrátám, neboť je schopná pojmout více tepla;
• evaporace – 22 %^[1] – perspiratio insensibilis neboli neznatelné pocení (asi 50ml/h^[2]) probíhá za všech okolností. Při teplotách vyšších než 37°C^[2] nastupuje pocení;
• ostatní – dýchání, moč, stolice.

Vyšší teplota okolí snižuje efekt radiace a vedení, stoupá význam evaporace. Nad 37 °C se již uplatňuje pouze pocení. Vlhký vzduch zhoršuje odpařování potu, proto jsou v něm vyšší teploty hůře snášeny.

upravit Pocení

Potní žlázy jsou inervovány cholinergně ze sympatického nervového systému (jediná výjimka, kdy je acetylcholin postgangliovým neurotransmiterem sympatiku). Pot se tvoří nejdříve jako primární pot (přefiltrovaná plasma bez proteinů). V duktu dochází k reabsorbci v závislosti na rychlosti sekrece:

• pomalá – reabsorbce Na a Cl → reabsorbce vody → ↑urea, laktát, draslík;
• rychlá – malá reabsorbce → ↓urea, laktát, draslík.

Běžný člověk je schopen vypotit 1 litr za hodinu, po aklimatizaci na teplé prostředí stoupá pocení až na 3 litry za hodinu. Zaroveň je díky vyšší produkci aldosteronu zabráněno nadměrným ztrátám Na a Cl.^[1]

upravit Termoregulace

Centrem regulace teploty je hypothalamus. V předním hypothalamu (ncl. preopticus, ncl. hypothalami anterior^[1]) se nacházejí centrální termoreceptory. Dvě třetiny z nich reagují na teplo, třetina na chlad.^[4] Zadní hypothalamus obsahuje centrum vyhodnocující signály z předního hypothalamus (inhibice) a z periferních termoreceptorů, které se nacházejí především v kůži a v míše. Na periferii je desetkrát více chladových receptorů než tepelných.

upravit Snížení teploty

V případě zvýšené teploty organismu dochází k aktivaci předního hypothalamu, což vede k inhibici sympatických center v zadním hypothalamu. Ke snížení tělesné teploty jsou spuštěny tyto mechanismy:

• dilatace kožních cév – zatímco běžně proudí do kůže 5 % srdečního výdeje, maximální dilatací může být tento podíl zvýšen až na 30 %. To až osminásobně zvýší přenos tepla do kůže;^[1]
• pocení – od 37 °C;
• intenzivnější dýchání, inhibice třesu a termogeneze, nechutenství, apatie.

Při zvýšení okolní teploty nad 30°C dochází kvůli zvýšeným mechanismům výdeje (zvýšením metabolismu) - paradoxně stoupá teplota!

upravit Zvýšení teploty

Reakce na chlad probíhá opačně. Chladovými receptory z periferie je stimulován zadní hypotalamus. Ke zvýšení tělesné teploty a omezení ztrát tepla slouží:

• vasokonstrikce (od 36,8 °C);^[2]
• piloerekce – u člověka malý význam;
• hlad;
• termogeneze - svalový třes, chemická termogeneze, regulace tyroxinu.

upravit Svalový třes

Primární motorické centrum třesu nacházející se v dorsomediální části zadního hypothalamu je za normální teploty inhibováno z předního hypothalamu. V případě aktivace periferními termoreceptory (pokles teploty pod 35,5 °C^[2]) dochází ke stimulaci předních míšních motoneuronů, což zvýší klidový svalový tonus. Díky mechanismu zpětné vazby prostřednictvím svalového vřeténka pak pravděpodobně vzniká svalový třes. Produkce tepla ve svalech tak můžou stoupnout až na pětinásobek.^[1]

upravit Chemická (netřesová) termogeneze

Noradrenalin ze sympatických nervových zakončení či zvýšená hladina adrenalinu v periferní krvi aktivuje přes β₃-adrenergní receptory protein termogenin (uncoupling protein 1, UCP1).^[5] Ten umožní odpřažení dýchacího řetězce od produkce ATP na vnitřní mitochondriální membráně. Gradient protonů je tak využíván k produkci tepla.

Tento mechanismus probíhá v hnědé tukové tkáni, pro člověka má zásadní význam u novorozenců, kdy umožňuje zvýšit produkci tepla až na dvojnásobek. Hnědý tuk se nachází v oblasti pod lopatkou a kolem velkých cév a to i u dospělého jedince, význam tohoto mechanismu je však u dospělých podstatně nižší a umožňuje zvýšení produkce tepla o 10–15 %.^[1]

upravit Regulace metabolismu tyroxinem

V důsledku dlouhodobého (několik týdnů) vystavení nízkým teplotám dochází u zvířat ke zvýšení produkce hormonu tyroxinu. Význam tohoto mechanismu u lidí je však zatím sporný.^[1]

upravit Extrémní teploty

Regulační mechanismy lidského těla umožňují udržet stálou teplotu jádra při okolních teplotách 12–54 °C^[4]. V případě vyšší teplotních výkyvů a extrémních teplot je zásadní volní regulace – tedy oblečení, vyhledání úkrytu, aktivní pohyb.

upravit Vysoké teploty

V případě vystavení vysoký teplotám dochází k nadměrnému pocení. Adaptačními mechanismy na vysoké teploty jsou např. nadprodukce aldosteronu, který při pocení zabraňuje vysokým ztrátám iontů či zvýšení objemu krve. Starší lidé mají tělesnou teplotu často nižší než normu, kvůli nižší tělesné aktivitě a kardiovaskulární kapacitě. Při vysoké teplotě okolí hrozí nebezpečí periferní vazodilatace, zhoršený srdeční výdej, dehydratace, což může vést k tepelnému kolapsu.

upravit Úpal

Úpal nastává, je-li teplota těla vnějšími vlivy zvýšena nad 40,5 °C^[6]. Takto vysoká teplota již není mozkem tolerována, proto dochází zvýšeným pocením v zejména v obličeji k ochlazování venózní krve, která následně v sinus cavernosus snižuje teplotu krve v a. carotis interna.^[6] Trvá-li zvýšení teploty delší dobu, selhávají termoregulační centra, objevuje se zmatenost až ztráta vědomí, může dojít k rozvoji hypovolemického šoku v důsledku vysokých ztrát tekutin.^[1] Není-li teplota těla snížena (např. ponořením do chladné vody), vzniká edém mozku a pacient umírá.^[6]

upravit Úžeh

Úžeh vzniká zejména přímým slunečním zářením dopadajícím na oblast hlavy a šíje, kdy dochází k rychlému vzestupu teploty v termoregulačních centrech. Vede k malátnosti, poruše koncentrace, bolesti hlavy, závratím, nevolnosti, zvracení, ztuhnutí šíje, překrvení mozkových obalů (až serózní meningitida, edém mozku), může být smrtelný.^[6]

upravit Nízké teploty

Odolnost vůči nízkým teplotám je vyšší. Při ochlazení o několik stupňů dochází po návratu do normálního prostředí ke spontánnímu zvýšení teploty a organismus zpravidla nebývá poškozen. Klesne-li teplota jádra pod 28 °C, je spontánní návrat nemožný, při zahřátí však dochází k návratu do normálu. Člověk snese bez následků pokles teploty až na 21 °C, toho se využívá v chirurgii.^[2] Ovšem dvacet až třicet minut v ledové vodě, kdy dojde k ochlazení lidského těla až na 24 °C, způsobí srdeční zástavu a bez pomoci smrt.^[1]

Větší tendenci k podchlazení mají novorozenci, kvůli relativně velkému povrchu těla, malému množství podkožního tuku a nezralé třesové termogenezi.

upravit Horečka

Horečka vzniká nastavením regulace (set-pointu) na vyšší teplotu než je běžné. Vyvolá tak pocit chladu, zimnici, zježení chlupů. Po nějaké době nastavené teplota klesne, což vede k přehřátí a vysokému pocení (flush).

Horečka je odpovědí na zánětlivou reakci v těle. Infekcí aktivované buňky imunitního systému (monocyty, makrofágy, Kupfferovy buňky) spustí produkci cytokinů (IL-1, IL-6, β-IFN, µ-IFN, TNF-α), které jsou označovány jako tzv. pyrogeny. Přes organum vasculosum laminae terminalis (cirkumventrikulární orgán třetí mozkové komory) je aktivována area preoptica hypothalamu a dochází k produkci prostaglandinů, které nastaví regulační set-point na vyšší hodnotu a tím vyvolají horečku. Kyselina acetylsalicylová (aspirin) a další nesteroidní antirevmatika, podobně jako paracetamol, produkci prostaglandinů inhibicí cyklooxygenázy snižuje.

Význam horečky spočívá v inhibici aktivity mikrobů, mimo jiné snížením plasmatických koncentrací železa či mědi, a v omezení replikace buněk postižených viry.^[6]

upravit Odkazy

upravit Související články

• Tepelné ztráty organizmu
• Vlivy extrémních teplot na živé organismy
• Horečka

upravit Reference

1. ↑ ^{a b c d e f g h i j k l m n o} GUYTON, Arthur C a John E HALL. Textbook of Medical Physiology. 11. vydání. Elsevier, 2006. 11; s. 782–784. ISBN 978-0-7216-0240-0.
2. ↑ ^{a b c d e f g h} GANONG, William F. Přehled lékařské fyziologie. 20. vydání. Praha : Galén, 2005. 890 s. s. 495. ISBN 80-7262-311-7.
3. ↑ ^{a b c} SILBERNAGL, Stefan a Agamemnon DESPOPOULOS. Atlas fyziologie člověka. 6. vydání. Praha : Grada, 2004. 448 s. s. 238. ISBN 80-247-0630-X.
4. ↑ ^{a b} FRANĚK, Miloslav: Termoregulace. Přednáška pro 2. ročník 3. LF UK (Fyziologie), 10. 1. 2011. <[1]>
5. ↑ Wikipedie: Otevřená encyklopedie: Thermogenin [online]. [cit. 2011-04-16]. <http://en.wikipedia.org/w/index.php?title=Thermogenin&oldid=403720650>.
6. ↑ ^{a b c d e} SILBERNAGL, Stefan a Florian LANG. Atlas patofyziologie člověka. 1. české vydání. Praha : Grada, 2001. 390 s. ISBN 80-7169-968-3.

upravit Použitá literatura

• GUYTON, Arthur C a John E HALL. Textbook of Medical Physiology. 11. vydání. Elsevier, 2006. 11; s. 782–784. ISBN 978-0-7216-0240-0.

• FRANĚK, Miloslav: Termoregulace. Přednáška pro 2. ročník 3. LF UK (Fyziologie), 10. 1. 2011. <[2]>