NOZIONI DI TERMOREGOLAZIONE

Il calore acquistato e quello prodotto devono essere in equilibrio

Il calore prodotto dall’organismo deve essere dissipato affinchè la temperatura corporea si possa mantenere costante. Per temperatura corporea si intende la temperatura della parte interna del corpo (nucleo) e viene misurata come temperatura rettale, o in modo più pratico, alla piega dell’ascella. In condizioni di riposo o di moderato impegno fisico, la temperatura corporea si mantiene al valore di 37° C perché tanto calore viene acquistato e altrettanto viene perduto. Di solito, entro certi limiti, anche l’aumento del calore prodotto a seguito dell’attività fisica viene dissipato per mantenere la temperatura dell’organismo.

Gli scambi di calore

Il corpo umano è sottoposto continuamente a scambi di calore con l’ambiente che lo circonda. Il corpo acquista o perde calore per:

  • Convezione. La convezione è il passaggio di calore fra un corpo e un fluido in movimento intorno al corpo. Per esempio, il ventaglio serve per spostare aria riscaldata dal corpo e sostituirla con aria fresca. Lo stesso avviene se ci si espone al vento o se ci si immerge in acqua fresca mossa da correnti.
  • Conduzione. La conduzione è il passaggio di calore fra due corpi di temperatura diversa che siano in contatto fra loro. Per esempio, prendendo in mano un pezzo di ghiaccio, il calore viene trasferito dalla superficie della mano (che si raffredda) al ghiaccio (che scaldandosi si scioglie).
  • Evaporazione. Durante l’esercizio, tuttavia, la maggior parte del calore viene smaltito per evaporazione del sudore dalla superficie del corpo. Evaporazione significa la formazione di vapore da un liquido. Per trasformare il liquido in vapore è necessaria energia termica che viene fornita dal corpo. L’estrazione di energia dal corpo determina il raffreddamento. Il corpo viene raffreddato solo se il sudore evapora: sudare copiosamente con la maggior parte del sudore che cade a terra non serve a raffreddare il corpo.
  • Irraggiamento o radiazione. Il principio della radiazione si basa sul fatto che tutti i corpi con temperatura superiore allo zero assoluto sono formati da molecole in uno stato di costante agitazione. Questa agitazione determina l’emissione di calore sotto forma di onde elettromagnetiche (che sono nel campo dell’infrarosso). Con questo sistema il corpo può, naturalmente, sia guadagnare sia perdere calore. Per esempio, una persona nuda che si trova in una stanza a 20° C di temperatura perde calore principalmente per questo processo. Al contrario, una notevole quantità di calore può essere acquistata per irraggiamento solare.

La produzione di calore da parte dell’organismo

Il calore veniva misurato in calorie. Una caloria (cal) è la quantità di calore che serve per far aumentare di 1° C di temperatura 1 grammo di acqua. Fino ad oggi si usava la kilocaloria (kcal o Cal, corrisponde a 1000 calorie) per definire il valore energetico degli alimenti. Attualmente il sistema SI delle unità di misura internazionali prevede l’uso del joule (J) come unità di misura del calore. Naturalmente cal e J sono convertibili fra loro: 1 cal corrisponde a 4.2 J. Il calore specifico (il calore necessario per modificare di 1° C un certa massa di una determinata sostanza) dell’acqua è, come già detto, di 1 kcal per litro. Dal momento che l’organismo è formato da acqua per il 60-70 % e per almeno il 20 % da grassi, il suo calore specifico è inferiore a quello dell’acqua e corrisponde a circa 0.8 Kcal per kg di massa corporea per grado di temperatura. Questo significa che per fare aumentare di 1° C la temperatura corporea di una persona di 70 kg servono circa 54 kcal (0.8 x 70). L’organismo produce calore. La quantità di calore prodotto dipende dalla quantità (e in piccola misura anche dalla qualità) degli alimenti che sono stati consumati. Mediamente per ogni litro di ossigeno consumato (cioè per ogni 5 litri di aria respirati) l’organismo a riposo produce circa 5 kcal. A riposo si consumano circa 0.3 litri di ossigeno ogni minuto. Quindi il calore prodotto, per esempio in un’ora, è ammonta a circa 90 kcal (5 x 0.3 x 60). Considerando il calore specifico del corpo umano, la quantità di calore accumulato in un’ora farebbe aumentare la temperatura corporea di circa 1.5° C (90 diviso 54) se non esistessero i meccanismi di smaltimento del calore per convezione, conduzione, evaporazione e irraggiamento. Il calore prodotto dall’organismo aumenta moltissimo durante l’esercizio fisico. Durante il lavoro muscolare intenso si possono produrre sino a 25 kcal al minuto (cioè oltre 15 volte il calore prodotto a riposo) che basterebbero a far aumentare la temperatura corporea di parecchi gradi ogni ora in modo incompatibile con la vita se non intervenissero i meccanismi già visti. Va anche tenuto presente che il corpo può anche acquistare calore dall’ambiente come, per esempio, durante l’esposizione al sole. Se il corpo diventa incapace di smaltire il calore accumulato può andare incontro ad un colpo di calore.

La regolazione della temperatura corporea

La temperatura corporea è mantenuta il più possibile costante attraverso un sistema di termoregolazione basato su risposte riflesse (che avvengono cioè in modo involontario). Esso sfrutta in modo ottimale la produzione del calore e i sistemi di scambio descritti. Il sistema termoregolatore è composto da:

  1. termocettori o recettori termici. Si tratta di microscopici sensori che informano il sistema nervoso centrale delle variazioni di temperatura. Esisteno termocettori per il caldo e per il freddo. I termocettori centrali sono nell’ipotalamo (una parte dell’encefalo) e misurano le variazioni di temperatura del sangue (anche per variazioni di 0.1° C). I termocettori periferici sono nella cute e misurano le variazioni di temperatura ambientale.
  1. centro termoregolatore, che si trova nel sistema nervoso centrale e riceve le informazioni dai termocettori. Il centro termoregolatore, sulla base delle informazioni ricevute, influenza l’attività di organi effettori termici che possono aumentare o smaltire l’accumulo di calore nell’organismo.
  1. Organi effettori. Essi sono rappresentati da:
  2. I muscoli scheletrici che possono aumentare la produzione di calore con il brivido
  3. Le piccole arterie che portano il sangue alla cute. Il sangue funziona anche da liquido di trasporto del calore e la sua temperatura è mantenuta costante attorno ai 37° C. Se arriva più sangue alla cute, viene trasportata ad essa (e conseguentemente dispersa) una maggiore quantità di calore. Quindi la vasodilatazione (che consente un maggior flusso di sangue) facilita la perdita di calore e dunque il raffreddamento del corpo. Al contrario, la vasocostrizione di queste piccole arterie facilita il mantenimento di calore nell’organismo.
  1. Le ghiandole sudoripare. Il corpo umano possiede oltre 2.000.000 di ghiandole sudoripare per la produzione del sudore. Esse sono concentrate soprattutto nella testa e nel tronco (oltre che nel palmo delle mani e nella pianta dei piedi). Come già detto, il sudore, evaporando sulla cute, raffredda l’organismo.
  1. Alcune ghiandole endocrine. Alcuni ormoni sono prodotti durante una prolungata esposizione al freddo. Essi sono gli ormoni prodotti dalla tiroide e l’adrenalina prodotta dalla midollare del surrene. La loro azione potenzia la produzine di calore e i sistemi di mantenimento dello stesso.