(termogeneza bezdrżeniowa) i produkcji ciepła co określa się jako

advertisement
CZY ZIMOWE PŁYWANIE TO ZDROWIE CZY HAZARD ?
Hanna Krauss
Katedra Fizjologii Uniwersytetu Medycznego im. K. Marcinkowskiego w Poznaniu
KOŁOBRZEG 2013
TEMPERATURA CIAŁA
pH krwi i płynów ustrojowych
ciśnienie osmotyczne
objętość płynów ustrojowych
stężenie związków chemicznych w płynach ustrojowych
ciśnienie tętnicze krwi
ciśnienie parcjalne tlenu i dwutlenku węgla we krwi
Kontrola wymienionych parametrów odbywa się poprzez receptory (głównie chemoreceptory),
które informacje o wartości określonego parametru przekazują do punktów odbiorczych, gdzie
dokonuje się porównanie wartości wykrytej ze stałą wartością prawidłową (tzw. punktem
nastawczym) lub, co zdarza się częściej, z jej przedziałami akceptowalnymi. Jeśli aktualny stan
parametru jest zbyt wysoki lub zbyt niski, centrum integrujące wymusza na efektorach odpowiedź odpowiednią do sytuacji.
Dzięki fizjologicznemu mechanizmowi temperatura ciała ludzkiego
jest stała i wynosi 37°C ± 0,5 - 0,7°C.
Czy możliwe
przeżycie?
Udar cieplny
Uszkodzenie
mózgu
Regulacja
termiczna
poważnie
zagrożona
Terapia cieplna
Intensywne
ćwiczenia
Prawidłowa
Regulacja
termiczna
sprawna w
chorobach
gorączkowych,
zdrowiu, pracy
Regulacja
termiczna
zagrożona
Brak regulacji
termicznej
TERMODETEKTORY
TERMORECEPTORY
OŚRODEK TERMOREGULACJI
EFEKTORY
TERMOREGULACJI CHEMICZNEJ
EFEKTORY
TERMOREGULACJI FIZYCZNEJ
 znajduje się w podwzgórzu
 przednią cześć stanowi
ośrodek eliminacji ciepła
regulujący jego utratę
 a w tylnej, ośrodek zachowania ciepła, który
odpowiedzialny jest za zatrzymywanie ciepła
w organizmie i stymulacje jego wytwarzania
 WYTWARZANIA CIEPŁA
 DRESZCZE
  PRZEMIANY MATERII
  DOWOLNEJ AKTYWNOŚCI RUCHOWEJ
  AKTYWNOŚCI UKŁADU DOKREWNEGO
(T3, T4, KATECHOLAMINY, GLUKAGON)
 UTRATY CIEPŁA
 ZWĘŻENIE NACZYŃ SKÓRNYCH
 PRZEMIESZCZENIE KRWI DO NARZĄDÓW
WEWNĘTRZNYCH
 GĘSIA SKÓRKA
 ZWOLNIENIE KRĄŻENIA
 Praca mięśniowa
 Drżenie mięśni
 Nasilenie procesów
metabolicznych
w tkankach
(udział adrenaliny, noradrenaliny,
hormonów tarczycy)
 W momencie, gdy organizm poddawany jest niskim
temperaturom, drżenie mięśni szkieletowych i wzrost
napięcia mięśniowego stają się źródłem ciepła.
 Drżenie mięśniowe bezpośrednio związane jest z
rozpadem ATP (trifosforanu adenozyny) do ADP
(difosforanu adenozyny) i fosforanu nieorganicznego.
 ADP przyspiesza utlenianie substratów w
mitochondriach. Towarzyszy temu utrata energii
w postaci ciepła
 Podstawowymi źródłami energii dla kurczących się
mięśni są węglowodany oraz lipidy.
PRZYPADKOWA- dochodzi do obniżania temperatury
ciała na skutek oddziaływania czynników fizycznych np.
podczas przebywania w zimnej wodzie, w czasie
mroźnych zamieci śnieżnych, przy jednoczesnym braku
ciepłego lub wodoszczelnego ubrania.
INDUKOWANA wywołana przez środki krążeniowe
rozszerzające naczynia i obniżające ciśnienie krwi, leki
przeciwgorączkowe i neuroleptyczne oraz narkotyki .
Leki mogą modyfikować temperaturę ciała specyficznie:
- działając na ośrodki termoregulacji lub niespecyficznie
- działając na inne ośrodki lub drogi nerwowe.
t
łagodna 32-35C
umiarkowana 28-35C
głęboka < 28C
amnezja, apatia,
zanik działań
racjonalnych
zaburzenia w EEG, halucynacje,
utrata świadomości
śpiączka,
obniżenie aktywności
elektrycznej mózgu
 tętna i rzutu serca, arytmie
przedłużony skurcz serca,
 RR, tętna, bradykardia
brak tętna na obwodzie,
migotanie komór
lub asystolia
hiporefleksja, sztywność,
zanik dreszczy
bezdech, brak odruchów
obwodowe zwężenie naczyń,
wzrost częstości pracy serca,
dreszcze
 Graniczna dla danej tkanki temperatura, poniżej której
ustają czynności fizjologiczne przy zachowanej
zdolności tkanki do powrotu do stanu prawidłowego.
 Najwyższą wartość 31C zero biologiczne przyjmuje dla
kory mózgu, dla pnia mózgu 27C-28C, a dla rdzenia
kręgowego wynosi 24C.
 Często hipotermia towarzyszy takim chorobom jak śpiączka
cukrzycowa, hipoglikemia, niedoczynność tarczycy,
masywne krwotoki czy ciężkie oparzenia.
 Obniżanie temperatury ciała obserwuje się w takich stanach
jak jadłowstręt psychiczny lub otyłość.
 Wolno postępujące obniżanie się temperatury ciała nawet
w temperaturze pokojowej można obserwować u ludzi
starych, niedożywionych, z urazami centralnego układu
nerwowego, dysfunkcją autonomicznego lub motorycznego
układu nerwowego.
 Hipotermia w przebiegu niektórych chorób zakaźnych
(cholera, błonica, ospa) jest skutkiem toksycznego
uszkodzenia narządów biorących udział w termoregulacji.
 Podczas działania zimna na organizm dochodzi do
uruchomienia szeregu reakcji adaptacyjnych.
Pojawiają się one gdy temperatura wewnętrzna ciała
obniży się poniżej 36,5C. Ogólnie można podzielić
je na behawioralne i autonomiczne.
 Reakcje narządowe i metaboliczne są wypadkową:
 czasu ekspozycji i intensywności z jaką zimno działa na
organizm,
 odpowiedzi nerwowej i humoralnej na stres,
 szybkości wyczerpywania się rezerw energetycznych
 zachowania świadomości.
 Na chwilowe obniżenie temperatury nasz
organizm reaguje „gęsią skórką” – jest to
szczątkowy mechanizm stroszenia włosów
– mechanizm pilomotoryczny.
 Jednocześnie zostaje zmniejszony skórny przepływ krwi poprzez skurcz naczyń
krwionośnych – dzięki temu organizm traci
mniej ciepła.
 Dochodzi także do drżenia mięśni - jak
wiadomo skurczom mięśni towarzyszy
uwalnianie dużej ilości ciepła.
 Jeśli będziemy dłużej znajdowali się
w obniżonej temperaturze, nasz organizm
podniesie tempo metabolizmu m.in. dzięki
zwiększeniu poziomu hormonów tarczycy.
FAZA POBUDZENIA
34O-32OC
FAZA ZMNIEJSZONEJ
REAKTYWNOŚCI OŚRODKÓW
32O-27OC
FAZA LETARGU
< 27O-26OC
 Pobudzenie termoreceptorów obwodowych uruchamia reakcję
stresową. W efekcie następuje pobudzenie układu
adrenergicznego, a także wzrost wydzielania hormonów rdzenia
nadnerczy. Katecholaminy pobudzają ośrodek oddechowy
i ośrodek krążenia w rdzeniu przedłużonym Zintensyfikowanej
pracy serca i układu oddechowego towarzyszy zwiększona
produkcja ciepła. Jednocześnie ośrodek termoregulacji poprzez
pobudzenie motoneuronów , doprowadza do zwiększenia napięcia
mięśni szkieletowych co zwiększa produkcję ciepła o około 50%.
 Jeśli ilość ciepła dostarczanego tą drogą jest niewystarczająca
uruchomiona zostaje termogeneza drżeniowa. Hydroliza ATP
uwalnia ciepło, a uruchomione jednocześnie reakcje komórkowego
łańcucha oddechowego wytwarzają dodatkowe jego ilości. Efektem
jest wzrost przemiany materii i produkcji ciepła nawet o 500%.
 W miarę oziębiania organizmu obserwuje się wzrost
wydzielania zarówno TSH jak i hormonów tarczycy, czego
efektem jest wzrost przemiany materii (termogeneza
bezdrżeniowa) i produkcji ciepła co określa się jako efekt
kalorygenny.
 Zwiększeniu wytwarzania ciepła towarzyszy zmniejszenie
jego utraty, co następuje poprzez zwężenie naczyń
krwionośnych skóry i tkanki podskórnej (centralizacja
przepływu krwi) oraz zniesienie czynności gruczołów
potowych.
 W fazie tej obserwuje się charakterystyczny fazowy
przepływ krwi przez naczynia krwionośne obwodowych
części ciała – tzw. fale Lewisa.
 Jeśli ochłodzenie jest znacznego stopnia to pojawiają się
okresowe rozszerzenia naczyń i zwiększenie przepływu
krwi. Mechanizm ten ma na celu chronienie tych części
ciała przed odmrożeniem.
 Jeżeli temperatura tych obszarów obniża się bardziej,
przepływ krwi przez zagrożone obszary ustaje całkowicie
 Kiedy temperatura ciała obniży się poniżej 34C,
obserwuje się postępujące zwolnienie akcji serca oddziaływanie schłodzonej krwi na układ bodźcoprzewodzący serca.
 Przy temperaturze poniżej 28C pojawiają się bloki
serca, a w przypadku narkozy i zabiegów
chirurgicznych może wystąpić migotanie komór
 Przepływ wieńcowy krwi podczas głębokiej hipotermii
jest znacznie zmniejszony ( do 40% wyjściowego )
jednak proporcjonalnie większy niż w innych
tkankach i narządach, gdzie osiąga wartości niższe
niż 20% wyjściowych
 jest to spowodowane redystrybucją krwi oraz
autoregulacją przepływu wieńcowego, w efekcie jest
on proporcjonalny do zużycia tlenu przez serce
 Zimno hamuje czynność ośrodka oddechowego.
 Zwiększa się martwa przestrzeń zarówno anatomiczna jak i fizjologiczna oraz
zaleganie krwi w płucach.
 Charakterystyczny dla hipotermii jest wzrost powinowactwa hemoglobiny do
tlenu (przesunięcie krzywej dysocjacji w lewo).
 W nerkach obserwuje się proporcjonalne do obniżania się temperatury
zmniejszenie resorbcji zwrotnej w kanalikach nerkowych. Szczególnie istotne
jest zmniejszenie resorbcji jonów sodu. Zwiększona utrata jonów sodu, mimo
zmniejszonej filtracji powoduje, że ilość wydalanego moczu zwiększa się przy temperaturze 32C dwukrotnie, a przy 30C nawet trzykrotnie.
 Utrata wody z organizmu jest powodem zwiększenia lepkości krwi.
 Obniżeniu ulega stężenie jonów K+ na skutek przesunięcia ich do przestrzeni
wewnątrzkomórkowej. Natomiast wzrost stężenia potasu w płynie
zewnątrzkomórkowym świadczy o głębokiej kwasicy, lizie komórek
i obumieraniu tkanek.
 Narasta kwasica na skutek zwiększonej retencji CO2 spowodowanej
niewydolnością mikrokrążenia Na skutek wzrostu lepkości krwi rośnie
ciśnienie tętnicze. Dopiero obniżenie temperatury ustroju poniżej 32C
wywołuje spadek ciśnienia tętniczego, głównie na skutek nasilającej się
niewydolności serca. Przy temperaturze 25C ciśnienie skurczowe lewej
komory obniża się nawet o ponad 50%.
 Obniżaniu się temperatury ciała towarzyszy zmniejszanie się
przepływu mózgowego o 6-7% na każdy 1C.
 Jednocześnie zanika pobudliwość ośrodków korowych. U ludzi,
już przy temperaturze ciała 35C obserwuje się niebezpieczne
dla życia objawy psychiczne polegające głównie na braku chęci
do walki o przetrwanie, zaburzenia świadomości, niezdolność
do artykulacji mowy.
 Przy temperaturze 30C dochodzi do utraty świadomości i
niemożności wykonywania ruchów dowolnych.
 W przewodzie pokarmowym obserwowane jest zmniejszenie
perystaltyki jelit. Już przy obniżeniu temperatury do 34C może
nastąpić niedrożność jelit .
 Przepływ krwi przez wątrobę zmniejsza się, jakkolwiek spadek
ten jest mniejszy niż w innych narządach. Zwiększa się
natomiast zastój krwi i przechodzenie płynu do przestrzeni
zewnątrzkomórkowej. Czynność odtruwająca wątroby zmniejsza
się, maleje wydzielanie żółci Hamowana jest również czynność
zewnątrzwydzielnicza trzustki.
letarg
 Stwierdza się objawy zbliżone do objawów śmierci klinicznej,
oziębienie ciała i bladość powłok, brak tętna na obwodzie, brak
odruchów neurologicznych i sztywność mięśni. Czynność
układu krążenia i oddychania jest prawie nieuchwytna.
 W głębokiej hipotermii obserwuje się obniżenie neurosekrecji
w obrębie osi podwzgórze-przysadka, a także zmniejszone
wydzielanie hormonów tarczycy Obniżona jest sekrecja
katecholamin, która w temperaturze poniżej 20C ustaje
całkowicie, znoszone jest także obwodowe działanie
adrenaliny. W fazie tej, czynności termoregulacyjne są jeszcze
zachowane czego wyrazem są dreszcze i wzmożone zużycie
tlenu podczas ogrzewania ustroju. Jeżeli działanie zimna na
ustrój jest długotrwałe, zmiany mają podobny przebieg, jednak
po kilku godzinach następuje śmierć w wyniku wyczerpania
rezerw energetycznych ustroju.
 32oC – pierwsze zmiany
w EEG
 31oC –zahamowanie
czynności kory mózgu
 zanik świadomości
 < 25oC – zanik odruchów
mózgowych i rdzeniowych
 20o-18oC – cisza
elektryczna w EEG
Wzrost
termoizolacyjnych
własności powłok
rozwój podskórnej tkanki
tłuszczowej
Nasilenie
procesów
metabolicznych
??? Rola tkanki
tłuszczowej
brunatnej
Kluby polarnych misiów, morsów na całym świecie
Założenia zimowego
pływania:
> zdrowie
> energia
> sport ekstremalny?
psychologiczne
metaboliczne
hormonalne
krążeniowe
H AZ AR D
czy
Zazwyczaj morsy zanurzają się na bardzo
krótki czas – ok. 10-20 sekund.
Choć bywają i tacy, którzy wchodzą na parę
minut, mimo że jest to już niezbyt
bezpieczne.
Niektórzy zanurzają głowę, ale większość
wchodzi tylko po szyję.
Lodowata woda to pobudzenie całego
organizmu, poczynając od receptorów
skóry.
Sygnały niebezpieczeństwa aktywizują
system nerwowy, hormonalny,
immunologiczny itd.
Radykalnie zwiększa się produkcja ciepła,
następuje skurcz naczyń skóry,
zapobiegając jego utracie.
Ciało jest rozgrzane, wewnętrzna
temperatura wzrasta, wychładza się skóra.
H AZ AR D ?
Source/Quelle: Massachusettsmike
H
A
Z
A
R
D
?
W Wielkiej Brytanii umiera każdego roku od 400 do 1000 osób od
hipotermii podczas pływania w zimnej wodzie (w tym śmiertelne
wypadki statków i łodzi)
Przyczynami śmierci są zwykle zawał serca i niewydolność
krążenia, zaburzenia przepływu krwi w mózgu i zaburzenia rytmu
serca wywołane przez autonomiczny układ nerwowy
Tipton M., Eglin C., Gennser M., Golden F. Lancet 1999, 354, 626-629
H AZ AR D ?
Stężenie we krwi hormonów stresu wzrasta nagle, w celu
pobudzenia produkcji ciepła poprzez wywołanie dreszczy.
Dreszcze rozpoczynają się bardzo szybko, aby wygenerować
więcej ciepła za pomocą pracy mięśni. U mniej doświadczonych
pływaków prowadzi to do zwiększenia napięcia mięśni, dreszczy
i zmęczenia mięśni, skutkujące dramatycznym pogorszeniem
umiejętności pływania.
Jeśli do tego dojdzie panika, to możemy się spodziewać dużego
zagrożenia utonięciem. Jeżeli nie dojdzie do utonięcia to niska
temperatura prowadzi do hipotermii, która może również
prowadzić do śmierci.
Tipton M., Eglin C., Gennser M., Golden F. Lancet 1999, 354, 626-629
H AZ AR D ?
REAKCJA NA ZIMNĄ WODĘ:
 Niekontrolowane, bardzo szybkie i gwałtowne oddechy,
po nich następuje hiperwentylacja.
 Atak serca, który może nastąpić kiedy temperatura krwi
powracająca do serca gwałtownie się obniży. Może to
wywołać migotanie przedsionków.
 Utonięcie i zatrzymanie akcji serca są najczęstszymi
przyczynami zgonów, chociaż zwykło się uważać, że
odpowiedzialna jest za to niska temperatura i wychłodzenie.
Kolettis TM i wsp. Medical Hypotheses, 2003, 61, 654-656
Kąpiel
w przeręblu
powoduje zmiany
w psychice
"morsa".
Wzrost wydzielania endorfin ??
- łagodna euforia,
-przypływ witalności
- komfort psychiczny
Ludzki organizm posiada bardzo duże
możliwości przystosowania się do
funkcjonowania w trudnym środowisku.
Przebywanie pod zimnym prysznicem
(10 st. C) ok. 3 minut zmniejsza stres
spowodowany zimnem o ok. 20-30%.
REGULARNA EKSPOZYCJA NA ZIMNO
Stymulacja tolerancji na niskie temperatury
termogeneza
- bezdrżeniowa
- drżeniowa
układ krążenia
U MORSÓW
Mechanizm termogenezy bezdrżeniowej
raczej wzrost wrażliwości receptorów
β-adrenergicznych na katecholaminy
stymulacja adrenergiczna w tkance
mięśniowej i/lub tłuszczowej
Simeckova M i wsp. J Therm Biol 2000, 25, 437-442
Simonsen L. i wsp. Int.J.Obes.Relat.Metabol.Disord.1993, 17 (suppl.3), S47-S51
POZYTYWNE EFEKTY REGULARNEGO
ZIMOWEGO PŁYWANIA
Poprawa tolerancji na
insulinę u pacjentów
z cukrzycą typu II ?
Zmniejszanie dysfunkcji
śródbłonka
naczyniowego ?
Hamowanie rozwoju
miażdżycy ?
Hermanussen M i wsp. Archic Med. Res 1995, 54, 45-51
Dugue B i wsp. Clin Physiol 2000, 20, 114-121
POZYTYWNE EFEKTY REGULARNEGO
ZIMOWEGO PŁYWANIA
Wzrost poziomu leukocytów,
Il-6
Wzmacnianie odpowiedzi
immunologicznej
Obniżenie (o 40%) liczby
zachorowań na choroby
układu oddechowego
Arcaro G i wsp. Circulation, 2002, 105, 576-582
Brenke R Therapeutikon 1990, 4,466-472
POZYTYWNE EFEKTY REGULARNEGO
ZIMOWEGO PŁYWANIA
Poprawa ochrony antyoksydacyjnej:
wzrost aktywności enzymów
antyoksydacyjnych
wzrost potencjału antyoksydacyjnego
osocza
protekcja tkanek przed uszkodzeniem
przez wolne rodniki
Siems W G i wsp. QJMed 1999, 92, 193-198
Siems W G i wsp. Free Rad Biol Med. 1994, 16, 299-305
Kloner R A i wsp. Circulation 2001, 104, 2981-2989
A więc
A może
H AZ A R D
czy
dla
Z DR OW I A
Dziękuję za uwagę
Temperatura jest stabilizowana dzięki pracy przedniego podwzgórza, gdzie
zakodowana jest specyficzna jej wartość (set point). Sensory skóry reagują na
obniżenie temperatury (poniżej 34 0C) natomiast sensory przedniego
podwzgórza reagują na podwyższenie temperatury powyżej 37 0C.
Przekroczenie "nastawionego" progu powoduje generację impulsów
odbieranych przez podwzgórze.
Centralny układ nerwowy
Wzgórze
Podwzgórze
nadnercza
termoreceptory
ZIMNO
Reakcja::
serce +
SKÓRA
 utrata
ciepła
wczesna
mięśnie
rozszerzenie
serce -
naczyń, drżenie
 termogeneza
 termogeneza
zwężenie naczyń
Skutki:
układ adrenergiczny
wczesna
tarczyca
tarczyca
 termogeneza
późna
Download