FIZIOPATOLOGIA TERMOREGLĂRII şi a REACŢIEI FEBRILE CUPRINS: 1. Homeotermia: definiţie, caracteristici, termogeneza, termoliza, mecanisme de control 2. Reacţia febrilă 3. Hipertermia: aclimatizarea la cald, hipertermia exogenă şi endogenă, şocul termic 4. Hipotermia: aclimatizarea la frig, hipotermia de imersie, efectele locale ale frigului 1. HOMEOTERMIA Definiţie: menţinerea constantă a temperaturii interne a organismului indiferent de variaţiile temperaturii mediului ambiant şi de efortul fizic temperatura constantă a nucleului central NU este egală cu temperatura variabilă a învelişul periferic (extremităţile/pielea) Caracteristici: - Valori normale În condiţii de repaus: 37 C Temp. orală ~ 36,7 C Temp. rectală > 0,5 C faţă de temperatura orală Temp. axilară < 0,5 C faţă de temperatura orală În condiţii de efort fizic sever/prelungit: 38 C - Ritm de variaţie circadian valori : dimineaţa (3 a.m) valori : seara (6 p.m) Reglare strictă printr-un mecanism de control feed-back este obligatorie pentru menţinerea activităţii enzimatice - Temperatura internă = valoare de bilanţ între: producerea de căldură TERMOGENEZĂ pierderea de căldură TERMOLIZĂ 1.1.TERMOGENEZA Surse: - Principala sursă = metabolismul energetic celular = energie de termogeneză - Altă sursă = ATP-aza Na/K dependentă de la nivelul membranelor celulare - În repaus: Organele interne: - ficatul 30% din energia de termogeneză în repaus Termogeneza organelor interne = controlată prin mecanisme hormonale care realizează metabolismului: 1
adaptarea rapidă: catecolaminele adaptarea lentă: hormonii tiroidieni, STH, testosteron - La efort: Musculatura scheletică: 90% din energia de termogeneză în condiţii de efort Termogeneza musculară = controlată prin variaţia tonusului muscular contracţia musculară voluntară mişcări de încălzire contracţia musculară involuntară frison/rigiditate musculară 1.2.TERMOLIZA I. Mecanismele fizice: radiaţia, convecţia, conducţia şi evaporarea 1. Radiaţia: pierderea de căldură (Q) prin radiaţii electromagnetice infraroşii - este eficientă când obiectele din mediu au o temperatura < temperatura organismului - organismul radiază căldură spre un perete rece, dar absoarbe căldura solară 2. Conducţia: transferul Q între două obiecte aflate în contact direct; mecanismul are rol important în cazul imersiei în apă (altfel, îmbrăcămintea are rol izolator) 3. Convecţia: pierderea de Q prin curenţi de aer 4. Evaporarea este pierderea de căldură prin evaporarea apei la suprafaţa tegumentelor; este cel mai eficient mijloc de termoliză în mediu supraîncălzit şi în cazul efortului fizic intens) Mecanismul: presupune 2 procese: - perspiraţia insensibilă = evaporarea apei care difuzează la nivelul tegumentelor şi mucoasei respiratorii - în condiţii bazale: aproximativ 600 ml/zi - sudoraţia = evaporarea lichidului sudoral (aflat sub controlul SNV); este singurul mecanism eficient de termoliză în mediu supraîncălzit (T > 36 C); se pot pierde până la 1,5-4 l/oră Mecanismul este eficient în mediul uscat şi devine ineficient în cazul unei umidităţi crescute. II. Mecanismele fiziologice Realizează controlul adaptării termolizei la necesităţile organismului. Controlul transferului căldurii (Q) dinspre nucleul central periferie - Q produsă la nivelul nucleului central este preluată de fluxul sanguin şi dirijată spre învelişul periferic = omogenizare termică; procesul este dependent de fluxul sanguin cutanat: - temperaturii nucleului central transferul de Q către suprafaţă fluxul sanguin cutanat = vasodilataţie termoliza prin radiaţie şi convecţie + stimularea sudoraţiei - temperaturii nucleului central transferul de Q către suprafaţă fluxul sanguin cutanat = vasoconstricţie termoliza prin radiaţie şi convecţie + inhibitia sudoraţiei şi termogeneza prin contracţii musculare voluntare şi involuntare (frison) Componente implicate în menţinerea homeotermiei: 1. Receptorii de temperatură (termoreceptorii): periferici (cutanaţi), profunzi (muşchi scheletici, viscere abdominale, în jurul venelor de la nivelul abdomenului superior/toracelui), centrali (neuronii hipotalamici) 2. Centrii termoreglării: sunt localizaţi în hipotalamus - Au rol de termostat: compară temperatura organismului cu valoarea de referinţă (prag de reglare, set point = 37,1 C) 2
- Activează mecanismele efectoare pentru readucerea temperaturii organismului la valoare normală de referinţă a. Centrul hipotalamic anterior - se opune tendinţei de supraîncălzire a organismului - este stimulat de temperaturii sângelui care irigă această zonă - stimularea sa determină: termolizei prin: vasodilataţie cutanată, hipersudoraţie termogenezei prin: vitezei proceselor metabolice, tonusului musculaturii scheletale b. Centrul hipotalamic posterior - se opune tendinţei de răcire a organismului - este stimulat de aferenţe de la receptorii termici cutanaţi şi profunzi - stimularea sa determina: termolizei prin: vasoconstricţie cutanată, inhibiţia sudoraţiei termogenezei prin: vitezei proceselor metabolice, tonusului musculaturii scheletale frison 3. Mecanismele efectoare: care termogeneza şi se opun temperaturii organismului: controlul tonusului muscular controlul vitezei proceselor metabolice care cresc termoliza şi se opun supraîncălzirii organismului: controlul sudoraţiei controlul fluxului sanguin cutanat 2. REACŢIA FEBRILĂ Definiţie: reacţie nespecifică de apărare a organismului declanşată de pirogenii exo- şi endogeni. Patogeneză: Pragul de reglare ( set point ) al termostatului hipotalamic = CRESCUT Mecanismul feedback de control = NORMAL 1. Pirogenii exogeni Rol: - induc direct febră (ex., LPZ actioneaza pe celulele endoteliale hipotalamice) - induc indirect febră (restul, prin eliberarea pirogenilor endogeni) Sunt reprezentaţi de: - Microorganismele patogene şi toxinele acestora: endotoxinele bacteriilor Gram (LPZ), exotoxinele bacteriilor Gram + (ac. lipoteicoic, peptidoglicanii), virusuri, fungii - Substanţe toxice - Complexe antigen (Ag) - anticorp (Ac) care fixează Complementul - Medicamente administrate în doze mari (atropina, clorpromazina) sau faţă de care pacienţii sunt sensibilizaţi (cimetidina, ibuprofen, penicilina) 3
2. Pirogenii endogeni: sunt citokine (IL-1, TNF alfa, IL-6) produse de numeroase celule (monocite, macrofage, celule tumorale) şi eliberate în circulaţie, care declanşează febra prin eliberarea de prostaglandine Efectele biologice ale pirogenilor endogeni Efect CENTRAL: pragului de reglare al centrului termoreglator cu rol în declanşarea reacţiei febrile Efectele PERIFERICE: - efect proinflamator, crescând capacitatea de apărare a organismului : - mobilizarea leucocitelor de la nivelul măduvei hematogene leucocitoză - induc sinteza unor factori chemotactici pentru monocite şi neutrofile - activarea fagocitozei - sinteza hepatică a proteinelor de fază acută (IL-6): fibrinogen, proteina C reactivă, antiproteazele, haptoglobina, sistemul complementului - Fe şi Zn seric (oligoelemente necesare multiplicării bacteriene) - activarea limfocitelor B si T - accelerarea catabolismului muscular + bilanţ azotat negativ ponderală în stările febrile prelungite - efecte toxice sinergice şoc toxic când sunt eliberate în cantitate foarte mare Substanţele antipiretice: 1. AINS (aspirina) 2. Unele substanţe endogene rol antipiretic prin alterarea capacităţii pirogenilor endogeni de a stimula producerea de prostaglandine: ADH (vasopresina), ACTH, H. de stimulare al α melanocitelor (MSH), H. eliberator de corticotropină (CRH) Fazele reacţiei febrile: 1. Faza prodromală (de debut): - simptome nespecifice (astenie, mialgii, cefalee) - pragul de reglare al centrilor termoreglatori = nemodificat 2. Faza de creştere a temperaturii: - pragul de reglare al centrilor termoreglatori creşte > 37º C - se activeaza mecanismele care se opun tendinţei de răcire a organismului: Termoliza prin v.c. cutanată (senz. de frig) Termogeneza prin tonusului musc. scheletale + frison 3. Faza de stare: - echilibru Termoliză - Termogeneză la un nivel superior - febra 4. Faza de revenire a temperaturii la normal: - pragul de reglare al centrilor termoreglatori revine la N - se activeaza mecanismele care se opun tendintei de supraîncălzire a organismului: Termoliza prin v.d. cutanată (senz. de cald) + sudoraţie Termogeneza prin tonusului musculaturii scheletale Rolul reacţiei febrile: Efectele FAVORABILE = capacitatea de apărare a organismului faţă de infecţii prin - efect bactericid/bacteriostatic şi antiviral: - concentratiei de Fe, Cu, Zn ratei proliferării bacteriene - leucocitoza, chemotactismul şi migrarea PMN neutrofile activarea fagocitozei 4
- ruperea membranelor lizozomale şi autodigestia celulelor împiedicarea multiplicarii bacteriene/replicării virale în celulele infectate - producţia de interferoni antivirali Efectele NEFAVORABILE: cu 1 C a temperaturii consumul celular de O 2 cu 13% accelerarea metabolismului ce poate decompensa pacienţii cu afecţiuni cardiovasculare tulburări ale activităţii mentale: delir şi stupor la copii: convulsii febrile la femeile gravide, în primul trimestru de sarcină - 1 episod febril cu temp 37 C dubleaza riscul teratogen Tabelul 1. Manifestările reacţiei febrile Manifestări CARACTERISTICI Cardiovasculare Respiratorii creşterea FC, creşterea consumului de oxigen, DC; factor precipitant al decompensării IC creşterea frecvenţei respiratorii, alcaloză respiratorie Digestive Nervoase scade motilitatea şi secreţia tubului digestiv (inapetenţă, scădere ponderală) edem cerebral, convulsii Metabolice creşterea metabolismului energetic, catabolismului proteic, catabolismului osos (creşterea calciuriei), sinteza reactanţilor de fază acută, deshidratare HIPERtonă 3. ACLIMATIZAREA LA TEMPERATURI CRESCUTE În cazul expunerii la temperaturi crescute: - Termoliza prin: v.d. cutanată care restabileşte echilibrul termic dacă există un gradient de temperatură organism - mediu prin: radiaţiei, convecţiei declanşarea sudoraţiei dacă mediul este supraîncălzit (cea mai eficientă dacă umiditatea atmosferică este redusă) - Termogenezai prin tonusului musculaturii scheletale (relaxare musculară) Depăşirea mecanismelor de adaptare progresivă a temperaturii interne HIPERTERMIA HIPERTERMIA Definiţie: progresivă a temperaturii interne, dar pragul de reglare al centrilor hipotalamici rămâne nemodificat Clasificare: I. Hipertermii exogene - temperaturii interne este datorată supraîncălzirii mediului 5
1. Crampa hipertermică (crampa minerilor) (tabelul 2) 2. Epuizarea termică (colapsul termic) 3. Sincopa termică 4. Şocul termic II. Hipertermie endogenă - temperaturii interne apare la o temperatură N a mediului: 5. Hipertemia malignă Tabelul 2. Crampa hipertermică, epuizarea termică şi sicopa termică Manifestare Temp. internă Cauză Clinic Paraclinic Tratament Crampa HIPERtermică N -efort intens+ vapori de apă -spasme dureroase - Na, Cl -hemoconc. -reechilibrare HE Epuizarea termică (colapsul termic) -sudoraţie+ diureză -epuiz. CV, hta -vertij, cefalee, astenie, g, v -loc răcoros Sincopa termică < 40ºC -efort în mediul supraîncălzit şi umed -pierderea cunoştinţei -hta<100 mmhg -tahicardie -SUDOR. -cearşafuri reci -spitalizare -glucoză Htonă+NaCl Şocul termic: cea mai severă formă de hipertermie Caracteristici: - temperatura internă > 40 C + absenţa sudoraţiei (! pielea fierbinte şi uscată) + disfuncţia SNC (delir, convulsii, comă) Cauza: - expunerea prelungita la mediu supraîncălzit = şocul termic clasic - expunerea la exerciţii fizice epuizante = şocul termic de efort Factorii favorizanţi: vârstnici, persoanele tarate (cu insuficienţă cardiacă, diabet zaharat, alcoolism cronic) Patogeneza şocului termic: 1. Insuficienţa termoreglării: creşterea insuficientă a DC, absenţa aclimatizării 2. Citotoxicitatea termică directă: depinde de durata expunerii la temperatura maximă critică (41,5 C - 42 C ); expunerea minimă: 45 min, peste 8 h apar leziuni letale; la temperaturi extreme ( > 45 C) : distrugerea tuturor structurilor celulare necroza celulară 3. Reacţie de fază acută exagerată prin pierderea efectului modulator al IL6 4. Activarea coagulării şi fibrinolizei (CID) 5. Lezarea endoteliului vascular cu apariţia unei stări protrombotice Tulburările funcţionale în şocul termic: constau în: - insuficienţa circulatorie 6
- hipoperfuzia cu ischemie tisulară şi - creşterea vitezei metabolismului celular DISFUNCŢIE MULTIPLĂ DE ORGAN 5. Hipertermia malignă Definiţie: tulburare ereditară caracterizată prin rapidă a temperaturii interne la 39-40 C, fără ca temperatura mediului ambiant să fie crescută declanşată de: anestezice de inhalaţie (halotan, eter), miorelaxante (succinilcolină) Patogeneza: eliberarea de Ca 2+ din reticulul sarcoplasmatic al celulelor musculare striate (care prezintă un defect genetic de stocare a Ca 2+ ) Ca 2+ brusc în spaţiul miofilamentar activarea miozin ATP-azei scindarea ATP cu: contracţii muscular, eliberarea de căldură Manifestări: temperatura până la 43 C, rigiditate musculară, hta Tratament: înlăturarea factorului cauzal, răcirea corpului Tabelul 3. Febra şi hipertermia Febra peste 37 C Hipertermia nemodificat Pragul de reglare al centrilor termoreglatori Variaţii diurne prezente absente Temperatura rar > 41 C poate depăşi 41 C 4. ACLIMATIZAREA LA TEMPERATURI SCĂZUTE În cazul expunerii la temperaturi scăzute: - Termoliza prin v.c. cutanată cu: radiaţiei, convecţiei - Termogenezei prin: tonusului musculaturii scheletale frison şi vitezei oxidaţiei biologice în ficat stimularea simpatica declanşează modificări circulatorii: FC, TA stimularea cortexului cerebral declanşează modificări comportamentale (postură, ambient încălzit, îmbrăcăminte) Dacă mecanismele de adaptare sunt depăşite temperatura internă HIPOTERMIA HIPOTERMIA Definiţie: temperaturii centrale a organismului 35 C Clasificare: - în funcţie de temperatură: uşoară: 35-32 C moderată: < 32-28 C severă: < 28 C - în funcţie de mecanism: I. Hipotermia prin creşterea Termolizei: - intensificarea circulaţiei sângelui la nivel cutanat (arsuri, psoriazis) - expunere accidentală la mediul ambiant rece II. Hipotermia prin scăderea Termogenezei: - Malnutriţia (depleţia depozitelor de glicogen şi lipide, reducerea vitezei metabolismului) - Hipotiroidismul sever (~ 40% consumul de O 2 în repaus = reglat de hormonii tiroidieni) 7
- Insuficienţa hepatică ( gluconeogeneza) - Hipoglicemia, uremia şi cetoacidoza diabetică - Leziunile hipotalamice (tumori, inflamaţii) - Pacienţii cu stare septică (alterarea termoreglării) Factori de risc: vârstele extreme (! bătrânii), pauperitatea (persoanele fără adăpost), etilism cronic, bolile mentale, utilizarea medicaţiei neuroleptice HIPOTERMIA DE IMERSIE Cauze: înotători,persoanele imersate accidental în apă rece Patogeneza: 3 faze evolutive 1. Faza de excitaţie: temperatura internă 35 C Termogeneza prin mişcări voluntare şi frison Termoliza prin v.c. periferică 2. Faza de inhibiţie: temperatura internă 35 30 C reducerea mişcărilor voluntare frisonul e substituit de rigiditate musculară inhibitia activitatii SNC 3. Faza critică: temperatura internă < 30 C (30 25 C) tulburări de ritm ventriculare stop cardiac Observaţie: persoanele neantrenate fac hipotermie profundă în maximum 1-2 h de la imersie; înotătorii antrenaţi pot menţine o temperatură internă normală pe o perioadă de 15-25 h de înot, în apă cu temperatura de 15 C EFECTELE LOCALE ALE FRIGULUI 1. Efectele DIRECTE: constau în: - cristalizarea apei extarcelulare cu dislocarea fizică a celulelor distrucţii tisulare ( în ţesuturile dense; în ţesuturile laxe) - apariţia unor zone cu concentraţie ionică denaturarea ireversibilă a membranelor celulare 2. Efectele INDIRECTE: afectează vasele sanguine şi constau în: - vasoconstricţie reflexă - leziuni vasculare cu blocarea microcirculaţiei ischemie şi hipoxie celulară - eliberarea de mediatori vasoactivi (histamina), care determină hiperpermeabilizarea capilarelor ieşirea apei în interstiţiu - favorizarea aderării/agregării plachetelor ocluzia ireversibilă a vaselor mici necroze tisulare întinse - dificultate în realizarea hemostazei (temperaturile joase inactivează factorii plasmatici ai coagulării) 8