L’essere umano è un sistema complesso in cui cooperano diversi organi e tessuti costituiti a loro volta da singole cellule. La temperatura corporea è uno dei parametri vitali utili a monitorare le condizioni di un paziente: la misurazione della temperatura corporea può essere utile per controllare se una persona è malata o se il trattamento terapeutico sta funzionando.
La termoregolazione corporea è il meccanismo che ha lo scopo di mantenere stabile (in media 37° C) la temperatura del corpo a seconda dell’ambiente in cui si trova. La temperatura corporea è regolata dall'equilibrio tra termogenesi e termodispersione, cioè tra la produzione e la conseguente cessione di calore da parte del corpo.
Il centro regolatore della termoregolazione è l’ipotalamo, che fa parte del sistema nervoso centrale: in pratica, è un gruppo di neuroni specializzati che fanno da “termostato”, solitamente settato su 37°C circa. Questo "termostato" fisiologico non solo è in grado di ricevere segnali dai recettori periferici (caldo - freddo), ma è anche direttamente sensibile alla temperatura del sangue che lo irrora. Se il corpo subisce una variazione di temperatura (es. ambiente molto freddo o molto caldo), l’ipotalamo si attiverà per cercare di ripristinare i 37°C.
Termogenesi: Produzione di Calore
La principale fonte di calore dell'organismo è costituita dai processi metabolici, che perlopiù sono rappresentati da reazioni chimiche esotermiche: si calcola che nelle 24 ore un uomo di statura media produca normalmente, in condizioni di moderata attività lavorativa, e debba perciò disperdere, circa 2400 cal. L'organismo può assumere calore dall'esterno se la temperatura dell'ambiente è superiore a quella del corpo o se è esposto a radiazioni calorifiche solari o di altra origine: tale evenienza, però, è del tutto estranea alla termogenesi vera e propria che è un processo di natura biochimica.
Quando sei in un ambiente freddo il corpo per non raffreddarsi e per mantenere la temperatura corporea nel range fisiologico deve iniziare a produrre calore: si parla di termoregolazione da freddo. Questa è regolata in primis da uno spostamento del flusso sanguigno: le estremità e la cute vengono meno irrorate a favore degli organi interni, che sono più importanti a livello di sopravvivenza da mantenere nella temperatura corretta.
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I mammiferi hanno la capacità di aumentare la produzione di calore (termogenesi facoltativa), coinvolgendo o meno il meccanismo del brivido. Nel primo caso si parla di termogenesi da brivido (shivering). Questo meccanismo porta alla produzione di calore attraverso una contrazione ritmica ed isometrica del tessuto muscolare, non finalizzata al movimento. Il brivido (v.) rappresenta nell'uomo adulto un valido meccanismo di termogenesi, verificandosi una contrazione muscolare prevalentemente isometrica da cui scaturisce una consistente produzione di calore. L'alternarsi di contrazioni e rilassamenti conduce ad un caratteristico tremito definito brivido, che compare quando la temperatura corporea tende a diminuire "sensibilmente". Il brivido genera una quota di calore finanche 6-8 volte maggiore di quella prodotta dal muscolo a riposo.
La termogenesi senza brivido, definita anche termogenesi chimica, prevede la produzione di calore attraverso reazioni biochimiche esotermiche (che generano calore). In animali con buona acclimatazione alle basse temperature e, parzialmente, nell'uomo, si ha anche una termogenesi senza comparsa di brivido, con attivazione di processi ossidativi dei grassi in deposito. Il tessuto adiposo bruno, tipico degli animali ibernanti e scarso nell'uomo (maggiore nei neonati), viene così definito per la caratteristica pigmentazione bruna (visibile ad occhio nudo) data dai carotenoidi presenti a livello mitocondriale.
Queste centrali energetiche della cellula adiposa bruna si distinguono per un ulteriore caratteristica, la presenza della proteina mitocondriale UCP1. Questa proteina, localizzata a livello della membrana mitocondriale, ha la caratteristica di disaccoppiare la fosforilazione ossidativa, favorendo quindi la produzione di calore a discapito della formazione di molecole di ATP. In parole povere, il tessuto adiposo bruno ha lo scopo di bruciare i nutrienti (principalmente grasso) allo scopo di aumentare la produzione di calore. L'attivazione del tessuto adiposo bruno, stimolata dal freddo, è principalmente legata al rilascio di noradrenalina e alla sua interazione con i recettori β3, ma garantita anche da meccanismi endocrini come il rilascio di T3 e T4 dalla tiroide.
Un'altra scoperta recente è stata il rinvenimento di isoforme della proteina UCP1 nel muscolo, che lascia supporre un presunto ruolo termogenetico di origine metabolica (oltre alla capacità di produrre calore attraverso il brivido). Infine, l'esposizione a basse temperature aumenta l'attività cardiaca, necessaria per sostenere le richieste metaboliche dei tessuti attivi in queste circostanze (come il BAT) e per aumentare il trasporto del calore ivi prodotto in tutti i distretti anatomici.
Inoltre, il freddo stimola l’irisina a trasformare gli adipociti bianchi in bruni: da passivi accumulatori di grasso diventano delle vere e proprie fornaci metaboliche, ma solo nel momento in cui c’è l’esposizione al freddo.
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Una reazione a più lungo termine è correlata con la sintesi di ormoni tiroidei (tiroxina). Questo ormone agisce su vari tessuti corporei e induce un'elevazione del metabolismo basale. Ormoni: nel caso in cui lo stress termico sia prolungato.
Termolisi: Dispersione di Calore
Al contrario, la termolisi si realizza attraverso processi fisici:
- per irraggiamento (nell'uomo in condizioni ambientali e temperatura e umidità media, 55%),
- per evaporazione (30%),
- per conduzione e convezione (15% circa).
Per realizzare un equilibrio tra termogenesi e termolisi, e mantenere costante la temperatura corporea con il variare di quella ambientale, intervengono meccanismi regolatori riconducibili a un modello cibernetico di feedback negativo: se l'organismo è esposto al freddo, e quindi ad aumentata termolisi, la perdita di calore viene contenuta con una vasocostrizione cutanea e controbilanciata, entro certi limiti, con un aumento della termogenesi (aumento del metabolismo basale e, in particolare, del tono muscolare, con eventuale comparsa di brividi, aumento dell'attività funzionale dei surreni ecc.). Nella condizione opposta, ossia quella di aumentata termogenesi (come si verifica nel lavoro muscolare, nella febbre o per l'ingestione di alimenti a rapida combustione, come gli alcolici), o in caso di elevate temperature ambientali, si verifica un aumento della termolisi. In particolare cresce la quantità di calore disperso con l'evaporazione del sudore (v.), mentre quella dispersa con gli altri meccanismi cresce poco e solamente in relazione all'iperemia cutanea: per aumentare in misura considerevole, infatti, dovrebbe aumentare la temperatura del corpo, cosa che appunto la termoregolazione tende a evitare.
Durante il soggiorno in ambienti caldi l'organismo reagisce tramite una serie di meccanismi termodispersivi, per molti versi contrari a quelli appena illustrati; inoltre, si assiste alla sospensione dei processi metabolici sottesi alla termogenesi facoltativa. Tra questi ricordiamo la vasodilatazione cutanea e l'aumento della sudorazione, della frequenza e della profondità del respiro (polipnea), tutti processi che hanno lo scopo di aumentare la dispersione del calore mediante evaporazione.
La termodispersione è ridotta quando c’è molta umidità, assumi alcuni farmaci (es.
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Meccanismi di Dispersione del Calore
- RADIAZIONE o IRRAGGIAMENTO: trasferimento di calore tra due oggetti a temperatura differente, che NON si trovano in contatto. La perdita o l'acquisto di calore avviene sotto forma di radiazioni con lunghezze d'onda nel campo del visibile o dell'infrarosso; per intenderci, è lo stesso modo tramite cui il sole riscalda la terra attraverso lo spazio.
- CONVEZIONE: trasferimento di calore da un corpo ad una fonte che si muove attraverso di esso (correnti di aria od acqua).
Come ricordato nel precedente capitolo, il processo di vasocostrizione è in gran parte controllato dal sistema nervoso simpatico. La muscolatura liscia a livello degli sfinteri precapillari e delle arteriole riceve afferenze dai neuroni simpatici (adrenergici) postgangliari. Se la temperatura profonda scende (esposizione al freddo), l'ipotalamo attiva selettivamente tali neuroni, che attraverso il rilascio di noradrenalina determinano la contrazione della muscolatura liscia arteriolare, riducendo il flusso ematico cutaneo. Questa risposta termoregolatoria mantiene il sangue più caldo agli organi interni, minimizzando il flusso ematico sulla superficie cutanea resa fredda dalle intemperie.
Mentre la vasocostrizione è un processo attivo, la vasodilatazione è un processo prevalentemente passivo, che dipende dalla sospensione dell'attività vasocostrittoria tramite inibizione dell'attività simpatica. Se questo processo è tipico delle estremità corporee, nelle altri parti del corpo la vasodilatazione è favorita da neuroni specializzati che secernono acetilcolina.
Regolazione della Temperatura Corporea
Le reazioni termoregolatrici sono controllate dall'ipotalamo (v.) mediante due centri antagonisti che sono informati delle variazioni della temperatura ambiente e di quella interna da termocettori cutanei e viscerali. Nell'ipotalamo è configurata la temperatura di riferimento essenziale per difendere i tessuti da modificazioni termiche pericolose per la loro funzione e sopravvivenza: il centro anteriore regola la dissipazione di calore e quello posteriore favorisce la produzione di calore e la sua conservazione. Tuttavia, dati sperimentali tendono a dimostrare come l'ipotalamo anteriore svolga una funzione di coordinamento generale sia per la genesi del calore sia per la termodispersione.
Quando si verificano modificazioni della temperatura ambientale, si osservano nell'organismo cambiamenti somatici, endocrini e neurovegetativi. Un abbassamento della temperatura attiva l'azione muscolare con incremento di adrenalina, noradrenalina e ormoni tiroidei, determina una reazione cutanea con costrizione vascolare e genera il riflesso di orripilazione.
Le capacità di termoregolazione dell'organismo umano sono limitate in un ambito di variazione al di là del quale s'instaurano processi potenzialmente in grado di mettere in pericolo la vita. Oltre i 39-39,5 °C si osserva un'ipertermia con iniziale sofferenza delle strutture nervose che può arrivare, dopo i 42 °C, a indurre crisi convulsive che, se persistenti, causano lesioni neuronali. Tra i 43 °C e i 45 °C si genera il colpo di calore, con blocco del compenso di regolazione sudorale e possibile esito fatale. Se la temperatura corporea, al contrario, scende in modo consistente al di sotto dei 37 °C si verifica ipotermia. In tale circostanza il sistema nervoso è funzionalmente depresso con perdita di coscienza attorno ai 33 °C. Al di sotto di questa temperatura si verifica una modificazione del ritmo cardiaco, più evidente attorno ai 28-29 °C.
Una riduzione della temperatura oltre una certa soglia si accompagna a una perdita delle capacità termoregolative e causa l'ipotermia, che riduce le funzioni metaboliche dell'organismo.
Se il calore prodotto non fosse eliminato, durante il riposo muscolare e in condizioni ambientali normali, la temperatura media del corpo umano aumenterebbe di circa 1,5°C ogni ora. L'organismo riesce a mantenere un equilibrio dinamico tra ingresso (termogenesi ed assorbimento) ed uscita di calore (termodispersione) dal sistema, principalmente mediante l'evaporazione di acqua dalle mucose (favorita dalla respirazione) e tramite la sudorazione (circa 30 ml di sudore/h nella perspiratio insensibilis).
Febbre
Spesso la febbre costituisce una risposta ad infezioni batteriche o virali che stimolano alcune cellule del sangue (globuli bianchi) a proliferare e a secernere diverse sostanze chimiche. La febbre consiste nell'elevazione della temperatura corporea al di sopra dei valori normali. Questa alterazione è causata da uno spostamento a valori patologici del sistema di regolazione ipotalamico della temperatura, che subisce l'influenza di mediatori chimici endogeni: le citochine pirogene. Questi pirogeni endogeni sono liberati in risposta all'azione di agenti infettivi e dei loro prodotti (pirogeni esogeni) oppure in risposta a focolai infiammatori e necrotici di natura non infettiva.
La febbre viene definita quando in un adulto la temperatura corporea supera i 37,2-37,5° C.
- 37,5°C misurata per via orale;
- 37,2°C misurata sotto il braccio (ascellare).
Termoregolazione Volontaria e Involontaria
La termoregolazione può essere innanzitutto volontaria o involontaria. Nel primo caso è l'animale stesso a mettere volontariamente in moto strategie comportamentali adeguate, come la ricerca di una tana al riparo dalle intemperie o la migrazione nei luoghi più consoni al mantenimento della propria temperatura corporea. Un altro esempio di termoregolazione comportamentale è dato dagli aggiustamenti posturali, eseguiti allo scopo di diminuire od aumentare la superficie corporea esposta all'aria; d'inverno, per esempio, le volpi tendono a rannicchiarsi su se stesse avvolgendo il corpo con la lunga coda. Anche le risposte termoregolatorie involontarie possono essere evocate dall'esposizione ad ambienti freddi o ad ambienti caldi.
Tuttavia, questa variazione di temperatura non compromette la performance, i livelli di lattato o la capacità ventilatoria, se non in ambienti molto caldi e molto umidi. Tutti questi passaggi non devono mai portare ad avere brividi costanti: l’organismo deve riuscire a reagire con strategie alternative. Se ti vengono i brividi, probabilmente c’è qualcosa che non va ed i passaggi sono stati poco graduali. Considera che l’organismo aumenta il proprio metabolismo del 13% per alzare di 1°C la propria temperatura corporea.
Poiché frequentemente il soggetto obeso non mangia in maniera abnorme, se paragonato ad altri individui normopeso, che a volte mangiano addirittura di più, è presumibile che - a parità di attività fisica - le alterazioni dei processi termoregolatori possano condurre ad un ridotto consumo energetico, con accumulo dell'energia in eccesso sotto forma di adipe.
In ambito femminile e fisiologico, le donne in età fertile durante la fase luteale subiscono un temporaneo incremento della temperatura corporea di circa 0.5°C, con modificazioni più o meno marcate del controllo vascolare e della sudorazione sia a riposo che durante l’esercizio fisico.
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