TERMOREGOLAZIONE 1
Argomenti della lezione 1) Meccanismi di termoregolazione corporea 2) Risposte fisiologiche all esercizio fisico svolto al caldo 3) Risposte fisiologiche all esercizio fisico svolto al freddo 4) Acclimatazione all esercizio fisico svolto al caldo e al freddo 2
Gli esseri umani sono omeotermici, ossia la loro temperatura corporea viene mantenuta pressoché costante per tutta la vita (circa 37 C). La capacità di mantenere una temperatura interna costante dipende dalla capacità di bilanciare la quantità di calore acquisita dal metabolismo e dall ambiente esterno con la quantità di calore che viene disperso. 3
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Regolatori dello Scambio di Calore Ipotalamo Termocettori centrali e periferici Effettori Sfinteri muscolari arteriole cutanee Ghiandole sudoripare Muscoli scheletrici Ghiandole endocrine 65
IPOTALAMO ED IPERTERMIA 76
Risposta al caldo Aumento termodispersione tramite a) vasodilatazione arteriolare b) sudorazione 7
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Evaporazione All aumentare della T corporea aumenta la produzione di sudore. Il sudore raggiunge la cute ed evapora (per trasformare l acqua dallo stato liquido a quello gassoso deve essere fornita energia termica). L evaporazione rende ragione dell 80% della perdita di calore durante esercizio, ma conta solo per il 20% a riposo. La sudorazione eccessiva può potenzialmente provocare disidratazione. La perspiratio insensibilis (perdita continua di vapor d acqua attraverso la cute e le mucose dell apparato respiratorio) rimuove circa il 10% del calore. 10 9
IPOTALAMO ED IPOTERMIA 10 11
Risposta al freddo Limitazione termodispersione tramite a) vasocostrizione arteriolare b) raggomitolamento c) abbigliamento Aumento termoproduzione tramite a) brivido b) aumento attività muscolare che segue al brivido c) termogenesi senza brivido 11
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INGRESSI ED USCITE DI CALORE 13 14
Modi di trasferimento di calore Conduzione contatto diretto tra due corpi Convezione l aria (o l acqua) in contatto con il corpo viene riscaldata, si allontana da esso (facilitato dalle correnti aeree) e viene rimpiazzata da altra aria (o acqua) fredda, che a sua volta va incontro allo stesso destino. Radiazione Il calore viene sprigionato sotto forma di raggi infrarossi, che sono un tipo di onda elettromagnetica. Evaporazione Passaggio di stato (liquido vapore; dissipazione termica 580 kcal/l) 14 15
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DISPERSIONE DI CALORE ATTRAVERSO LA CUTE 16 17
Valori Stimati della Dispersione di Calore in Condizioni di Riposo e durante Esercizio Riposo Esercizio Meccanismo coinvolto % totale kcal/min % totale kcal/min Conduzione e convezione 20 0.3 15 2.2 Radiazione 60 0.9 5 0.8 Evaporazione 20 0.3 80 12.0 Totale 100 1.5 100 15.0 17 18
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Umidità E un fattore critico per la termoregolazione Interferisce con la nostra percezione della temperatura Quando elevata (indipendentemente dalla temperatura), limita l evaporazione del sudore. Le ghiandole sudoripare continuano a secernere, ma il sudore rimane sulla cute o gocciola da questa. Se il sudore non evapora, non c è raffreddamento del corpo. 19 20
Punti Chiave Bilancio Termico La specie umana è OMEOTERMA, essendo capace di mantenere una temperatura corporea costante compresa tra 36.1 e 37.8 C. Il calore viene scambiato per conduzione, convezione, radiazione, evaporazione. L evaporazione è il principale meccanismo di scambio termico durante esercizio; la radiazione lo è a riposo. L umidità ambientale elevata riduce l evaporazione potenziale e quindi altera la dispersione di calore. 20 21
Punti Chiave Controllo degli scambi di calore L ipotalamo controlla la temperatura corporea ed accelera la perdita o l acquisto di calore quando necessario. Termorecettori Periferici cutanei riportano informazioni tramite le vie afferenti all ipotalamo stesso. Termorecettori Centrali nell ipotalamo trasmettono invece l informazione circa la temperatura corporea interna. L attività delle ghiandole sudoripare aumenta per abbassare la temperatura corporea tramite l evaporazione. (continued) 21 22
Punti Chiave Controllo degli scambi di calore La muscolatura liscia delle arteriole si dilata o restringe per permettere al sangue di dissipare o conservare calore. La muscolatura scheletrica aumenta la temperatura incrementando il calore metabolico. La produzione metabolica di calore può anche essere influenzata dall azione di alcuni ormoni. 22 23
Risposta Cardiovascolare all Esercizio al Caldo Muscoli in attività e cute competono per la fornitura di sangue. Il volume di scarica sistolica diminuisce. La frequenza cardiaca aumenta gradualmente per compensare la riduzione del volume di scarica sistolica (deriva cardiovascolare). 23 24
Risposte Metaboliche all Esercizio al Caldo La temperatura corporea aumenta. Il consumo di ossigeno aumenta. La deplezione del glicogeno è accelerata. I livelli di lattato muscolare aumentano. 24 25
ESERCIZIO AL CALDO ED AL FREDDO 25 26
Liquidi Corporei ed Esercizio al Caldo La sudorazione aumenta. Elevate perdite di sudore causano: diminuzione del volume plasmatico perdita di elettroliti e minerali, e Rilascio di aldosterone (che controlla il mantenimento del livello di sodio), ADH (che stimola il riassorbimento di acqua da parte dei reni e determina quindi aumento del riassorbimento dell acqua a livello dei dotti collettori renali). 26 27
Sudorazione in soggetti allenati e non allenati durante esercizio Sweat Na + Sweat Cl Sweat K + Soggetti (mmol/l) (mmol/l) (mmol/l) Uomini non allenati 90 60 4 Uomini allenati 35 30 4 Donne non allenate 105 98 4 Donne allenate 62 47 4 Data from the Human Performance Laboratory, Ball State University 27 28
Variabili ambientali che influenzano lo stress termico da caldo Temperatura dell aria Umidità relativa Velocità dell aria Quota di irraggiamento termico 28 29
Controllo della Temperatura Corporea Quando T amb > T corp si inizia a guadagnare calore per Radiazione (sole) Convezione (aria) Conduzione (pavimento) L evaporazione diviene l unica via per la dispersione del calore. Quindi quando l ambiente è molto umido, l evaporazione è limitata. L evaporazione necessita di sudorazione, ed un eccessiva sudorazione comporta disidratazione, riduzione della volemia ed aumento della Tcorporea. C è bisogno che il sangue scorra in periferia per disperdere calore, ma è proprio l insufficienza di sangue a causare l aumento della temperatura! 29 30
La temperatura corporea profonda Può superare i 40 C durante esercizio. Può toccare i 42 C nei muscoli in attività. Piccoli incrementi di temperatura possono aumentare l efficienza dei sistemi energetici muscolari. Al di sopra dei 40 C comincia a manifestarsi sofferenza del SNC e si riduce la capacità termodispersiva corporea. 30 31
Disturbi da calore Sintomi (segnali di allarme) Mal di testa e nausea Brividi o pelle d oca Sete Sudorazione abbondante Interruzione della sudorazione Svenimento o vertigini Affaticamento Pulsazioni forti e veloci Crampi muscolari Cute pallida e fredda Debolezza Cute calda e secca Stato confusionale Disturbo da calore Crampi da calore Collasso da calore Colpo di calore Gravità crescente 31 32
Disturbi da Calore Crampi da calore I crampi da calore sono causati dalla perdita di acqua e minerali dovuti alla sudorazione. Collasso da calore Il collasso da calore è il risultato del fallimento del sistema circolatorio che non riesce ad irrorare cute e muscoli in seguito a riduzione della volemia (causata dalla sudorazione). Colpo di calore Il colpo di calore è causato dal fallimento della termoregolazione. 32 33
Trattamento del Colpo di Calore Crampi da calore Portare il soggetto in un ambiente fresco e somministrare acqua e soluzioni saline. Collasso da calore Portare il soggetto in un ambiente fresco e sollevare i piedi, somministrare soluzioni saline se consciente, endovena se incosciente. Colpo di calore Immergere rapidamente il soggetto in acqua fredda o in una vasca con ghiaccio; cercare immediatamente assistenza medica. 33 34
Prevenzione dell Ipertermia Pianificare l allenamento o la gara al mattino presto o alla sera. Indossare abiti leggeri e chiari non aderenti. Bere in abbondanza. Saper riconoscere i sintomi dello stress da caldo. 34 35
Assunzione di Acqua ed Esercizio al Caldo 35 36
Acclimatazione al Caldo Migliora l abilità nel rimuovere gli eccessi di calore. La sudorazione diviene più efficiente. Il flusso sanguigno cutaneo è ridotto; più sangue è disponibile per i muscoli in esercizio. Il volume del sangue aumenta. La frequenza cardiaca aumenta meno che prima dell acclimatazione. Il volume di scarica sistolica aumenta. L uso del glicogeno diminuisce. 36 37
Acclimatazione al Caldo 37 38
Lo sapevate? Si può ottenere una buona acclimatazione esercitandosi al caldo almeno 1 ora al giorno per 5-10 giorni. Gli adattamenti cardiovascolari si verificano in 3-5 giorni, mentre i cambiamenti nei meccanismi di sudorazione in circa 10 giorni. E consigliato ridurre l intensità dell esercizio al 60%- 70% nei primi giorni prima di procedere con intensità più elevate. 38 39
Come fa il corpo a conservare Calore? Brivido rapido ciclo involontario di contrazione e rilasciamento del muscolo. Termogenesi senza brivido stimolazione del metabolismo Vasocostrizione periferica riduzione del flusso ematico cutaneo. 39 40
Fattori che influenzano la perdita di calore corporeo Dimensione e composizione corporea (percentuale massa grassa - rapporto superficie/massa corporea) Temperatura dell aria Raffreddamento da vento (Wind chill) Immersione in acqua fredda 40 41
Risposte all esercizio svolto al Freddo I muscoli si indeboliscono e si affaticano prima La velocità di conduzione nervosa e muscolare è rallentata La potenza muscolare risulta diminuita La suscettibilità all ipotermia aumenta La mobilizzazione degli acidi grassi liberi indotta dall esercizio è compromessa a causa della vasocostrizione dei vasi periferici sottocutanei. 41 42
Rischi per la salute legati all Esercizio al Freddo L abilità nel regolare la temperatura corporea è compromessa quando la T corp scende sotto 34.5 C. L ipotermia causa una riduzione della frequenza cardiaca che a sua volta riduce la gettata cardiaca. La vasocostrizione cutanea può causare congelamento delle estremità. 42 43
Acclimatazione al Freddo I dati sull acclimatazione al freddo non sono molti. Sembra che l acclimatazione all acqua fredda porti ad un aumento del tessuto adiposo sottocutaneo. L esposizione ripetuta al freddo potrebbe alterare il flusso sanguigno periferico e la temperatura della cute ed indurre così una maggiore tolleranza al freddo. Per esempio, i pescatori che devono lavorare con le mani nell acqua fredda per molte ore, sviluppano una vasodilatazione locale ed il riscaldamento delle parti esposte. 43 44
Domande Che cosa si intende per bilancio termico? Quali sono i meccanismi di controllo degli scambi di calore corporeo? Quali sono le quattro vie principali di dispersione del calore corporeo? Quale di queste quattro vie è quella più importante per il mantenimento della temperatura corporea in condizioni di riposo? E durante l esercizio fisico? Per quale motivo il tasso di umidità è un fattore importante per le prestazioni fisiche svolte al caldo? Perchè sono importanti il vento e gli indumenti? Come reagisce l organismo per ridurre al minimo la dispersione di calore e massimizzare la termoproduzione durante l esposizione al freddo? Quali sono gli adattamenti fisiologici che permettono ad un soggetto di acclimatarsi all attività fisica svolta al caldo e al freddo? 44
Lettura Consigliata Wilmore and Costill. Fisiologia dell Esercizio Fisico e dello Sport. Capitolo 10 Autori vari. Fisiologia dell uomo. Capitolo 19 45