Lezione 17
23/04/2013
Prof. Marini
Ipotalamo
[Oggi parleremo dell’ipotalamo,ma c’è anche qualcosa di
termoregolazione, allora io cosa ho fatto ho messo insieme questa
struttura centrale nello studio della fisiologia e anche delle
parti riguardante la termoregolazione in modo tale che chi non ha
seguito la didattica opzionale recupera delle cose che sono state
fatte, chi invece l’ha seguita trova l’occasione per riprendere
alcuni argomenti già visti e correlarli in maniera più completa con
l’ipotalamo. Per cui noi oggi facciamo tutta questa struttura dal
punto di vista funzionale e ci rivolgiamo agli aspetti principali
della termoregolazione. In realtà c’è un legame con tante altre
cose che voi avete studiato visto che abbiamo detto insieme che la
fisiologia è una disciplina integrativa per cui tante cose che
avete fatto con altri docenti li riprendiamo oggi con questa
struttura.]
L’ ipotalamo appartiene alla base dell’encefalo, tant’è vero che
la troviamo, dal punto di vista anatomico, catalogata come tipica
struttura diencefalica. Se infatti andiamo a guardare un po’ tutto
lo sviluppo delle vescicole durante l’embriologia, dalla vescicola
diencefalica originano varie strutture tra cui quelle della base
del cranio e quindi anche l’ipotalamo. Inoltre sapete e lo vedete
anche dalla posizione che assume nel sistema nervoso centrale, è
una struttura posta in basso rispetto al talamo inferiore (ipo -
talamo) e contribuisce alla parete (diciamo così) del terzo
ventricolo.
Ma al di la di questi aspetti anatomici sappiamo che c’è la
possibilità che questa struttura si "unisca" con l’ipofisi, anzi
forma essa stessa l’ipofisi, perché se vi ricordate l’ipofisi
posteriore o neuroipofisi è formata dagli assoni dei neuroni
ipotalamici. [ L’ipofisi si divide in due porzioni una anteriore o
adenoipofisi – nonchè la parte più propriamente ghiandolare – e una
parte meno ghiandolare se vogliamo, perché fatta da sostanza
bianca, cioè da assoni mielinizzati, la neuroipofisi. Queste due
parti sono così differenti perché anche l’origine è differente,
mentre infatti l’ipofisi anteriore deriva dalla tasca di Rathke,
l’ipofisi posteriore deriva dalle strutture del sistema nervoso
centrale. Per cui alla fine dalla tasca di rathke si forma una
struttura che si porta verso l’alto e dalla vescicola encefalica
un'altra struttura che va verso il basso per cui alla fine si forma
questo bulbo d’aglio che è l’ipofisi andando a creare quello che
funzionalmente chiamiamo Asse ipotalamo – ipofisario.
E infatti, se guardate l’immagine, vedete come gli assoni dei
neuroni ipotalamici sono in sostanza gli assoni dei neuroni che
appartengono ai nuclei sopraottico e paraventricolare che formano
appunto questa struttura. Di solito, si usa dividere l’ipotalamo in
una serie di zone che hanno tutta una serie di connessioni e
afferenze con il sistema nervoso, infatti vedete che la maggior
parte delle connessioni soprattutto della porzione mediale e
laterale dell’ipotalamo sono connesse con il tronco encefalico e
l’encefalo. Le zone che conosciamo sono tre:
Laterale;
Mediale;
Periventricolare.
La zona periventricolare è quella che circonda i ventricoli e a
sua volta è connessa con la prima e la seconda parte
dell’ipotalamo, ma al di la di questa divisione anatomica a noi
interessa capire in fisiologia perché è così importante studiare
l’ipotalamo.
Come già detto, possiede numerosi nuclei, afferenze e
connessioni con il mesencefalo, con il talamo, con i nuclei della
base, con la corteccia cerebrale, con il globus pallidus (striato),
nonchè connessioni cortico - cerebrali, retiniche e olfattive.
Quindi diciamo che l’aspetto chiave è che l’ipotalamo diventa una
struttura centrale delle funzioni vegetative, infatti le
connessioni sono connessioni con strutture tipicamente sensoriali.
La capacità del soggetto di rispondere, nel caso del corpo umano, a
determinati stimoli sensoriali, o a determinati stimoli di
variazione di energia ambientale esplica delle risposte adattative
nei confronti dell’ambiente. Quindi è ovvio che questa struttura
nel momento in cui riceve queste connessioni diventa una struttura
centrale in questo meccanismo.
Come sappiamo, esso ha delle connessioni con il sistema
endocrino, motivo per cui molti considerano l’ipotalamo come
esempio anatomico e pratico dell'unione tra il sistema nervoso e il
sistema endocrino, 'unione tra questi due sistemi non è dunque solo
funzionale, ma anche di tipo diretto, pratico. La stessa
neuroipofisi abbiamo detto che è formata da assoni dell’ipotalamo
per cui non poteva l' organismo essere costituito solo dal sistema
nervoso perché le risposte adattive funzionali sarebbero state
troppo brevi e avremo avuto un surplus, un carico di lavoro
eccessivo nei confronti del sistema nervoso. Ovviamente, questo
andrebbe bene in specie che filogeneticamente sono più semplici di
noi, ma in una struttura complessa quale è l’uomo è evidente la
necessità di meccanismi più complessi, a lungo termine e raffinati.
Ecco che allora si viene a creare anche embriologicamente un’unione
tra i due sistemi. [Un altro esempio lo vediamo parlando della
porzione midollare della ghiandola surrenale, sappiamo infatti che
la porzione midollare può essere considerata come ganglio del
sistema nervoso vegetativo privo dei recettori gangliali. Infatti
gli ormoni prodotti da questa porzione, invece di andare a finire
nel vallo finiscono nel sangue, quindi il neurotrasmettitore che
diventa ormone, e infatti molte di queste molecole sono ambivalenti
a seconda di come agiscono.]
Per cui ricapitolando possiamo considerare l'ipotalamo come:
· centro delle funzioni vegetative;
· punto di connessione tra sistema nervoso e sistema
endocrino;
· nonchè parte centrale del sistema limbico.
Ipotalamo e sistema limbico
Ci troviamo nell'ambito di un argomento
neuro/fisio/psico/biologico, quindi in un campo piuttosto
complesso. Quando parliamo di sistema limbico parliamo della
struttura ipotalamica che ha un ruolo centrale e che si collega al
sistema nervoso, ma lo fa in maniera più complessa per cui dobbiamo
considerare non solo il collegamento in se, ma anche l'aspetto
"dell’affettività", cioè l’affetto che contraddistingue il
cosiddetto aspetto emotivo, le emozioni. Qualcosa che non avviene
in maniera fredda, cruda, secca, ma con dietro un correlato di tipo
emotivo.
Pertanto l’ipotalamo è una delle più importanti strutture
attraverso cui il sistema limbico controlla la maggior parte delle
attività endocrine e vegetative dell’organismo, ma anche molti
aspetti del comportamento emotivo. [emozione: stato
fisiologico/psicologico in cui c’è stata una risposta complessa. Se
si dilata temporalmente si parla di sentimento, se invece si dilata
intensamente si parla di passione]. Si interfaccia con le strutture
che fanno parte del circuito del Papez, che è un circuito neuronale
impagnato in queste risposte di tipo comportamentale, vegetative e
endocrine.
Sistema limbico:
· ipotalamo;
· nuclei talamici anteriori;
· giro cingolato;
· ippocampo;
· amigdala.
E’ tutto un discorso che deriva dalla complessità della risposta
e che consente di fare in modo che la risposta sia sempre la
migliore possibile perché se la correlo con modifiche
comportamentali che rientrano nel quadro limbico è chiaro che posso
rispondere in maniera migliore perché l’aspetto comportamentale è
correlato anche alla memorizzazione. Il sistema limbico è connesso
a questo e ci aggiungiamo anche l’amigdala che inizialmente non ne
faceva parte e poi si è visto che ha un ruolo centrale in questi
meccanismi.
Se noi vogliamo sintetizzare sulla base di queste cose a cosa
serve l’ipotalamo e che cosa fa le sue attività sono:
- regolazione omeostatica a lungo termine (su tutta una serie di
aspetti di tipo neurovegetativo endocrino che sono: regolazione
della temperatura corporea, bilancio idrico, regolazione del
metabolismo energetico garantito dai centri della fame e sazietà,
regolazione contrattilità uterina che ovviamente è di fondamentale
importanza per la donna grazie alla produzione dell’ossitocina -
che nell’uomo servirà soprattutto e solo per la regolazione del
comportamento sessuale, della libido - ed eiezione del latte della
ghiandola mammaria, ma non produzione perché sono due cose diverse.
)
- funzioni comportamentali (comportamento sessuale, stati
emozionali che accompagnano la lotta, l’aggressione e la fuga).
- ritmi crono biologici (es. ritmi circadiani). Un aspetto
tramite il quale si può studiare la fisiologia e che ritroviamo
anche nei testi più recenti, è quello di Modellizzare il corpo
umano, ovvero di lavorare per modelli, cercando di standardizzare
un determinato modello per ricavare una serie di notizie di dati
che ci servono per elaborare poi le teorie e per spiegare come
funzionano le cose. Modellizzare il cervello: catalogarlo in una
serie di sistemi diversi tra cui quello del sistema di stato
comportamentale governato da dei ritmi cronobiologici. Cioè il
fatto che spesso tutto quello che avviene segue delle ciclicità. E
allora quando parliamo di ipotalamo esso diventa un importante
sistema di sincronizzazione. Per esempio parleremo di nucleo
soprachiasmatico che è alla base del ciclo sonno/veglia
fondamentale per l’adattamento, perché la notte non è un periodo
facile soprattutto per quegli animali che sono "prede". Da noi la
notte viene vista come fase temporale in cui c’è un riposo che non
è tanto un riposo per il cervello, in quanto anzi lavora di più di
quando è di giorno.
- asse ipotalamo ipofisario: l’ipotalamo libera infatti dei
fattori di tipo peptidico che sono fattori o di rilascio o di
inibizione che raggiungono il cosiddetto circolo portale
ipotalamo/ipofisario per poi agire sulle cellule dell’adenoipofisi
inducendo così la formazione di altre strutture che poi agiranno
sugli organi bersaglio.
Stimolazione elettrica – effetti vegetativi
Il cervello umano è complesso non per la sua grandezza, ma per
le sue circonvallazioni. – non esiste atlante del cervello umano,
ma c’è dei ratti –. E anche l’ipotalamo è molto complesso perché se
noi andiamo a fare degli esperimenti di stimolazione che nascono
dagli animali (perché su di essi si possono fare due prove
fondamentalmente: di stimolazione o di ablazione) vediamo che se si
stimolano determinate aree ipotalamiche si hanno risposte di tipo
vegetativo, comportamentale.
Aumento P.A.
Attivazione respiratoria
Midriasi pupillare
Caduta di P.A.
Inibizione respiratoria
Miosi pupillare
Defecazione
Falsa rabbia.
E chiaro dunque che dall'attività di regolazione ipotalamica
dipende il controllo e l'attività delle due grosse sezioni del
sistema nervoso vegetativo che sono il parasimpatico e il
simpatico.
Regolazioni omeostatiche a lungo termine:
1.Bilancio idrico: controllato soprattutto a livello
dell’ipotalamo anteriore, dove esiste il cosiddetto nucleo
sopraottico, chiamato anche nucleo della sete. Esso è formato da
neuroni che fondamentalmente hanno una funzione osmo-recettoriale,
osmocettiva; ovvero neuroni che sono più sensibili (rispetto ad
altri) alla variazione di osmolarità del liquido extracellulare.
Quando ci sono delle variazioni di osmolarità del liquido
extracellulare e di quello interstiziale a risentirne di più sono
le cellule dato che gli elettroliti rimangono nel posto dove stanno
e quello che si sposta è il liquido a causa dei diversi livelli di
concentrazione. Per cui se c’è un ambiente iperconcentrato per
avere il giusto equilibrio di soluto e solvente il liquido
fuoriesce dalla cellula che va così incontro a "raggrinzimento",
poi avvertito dai recettori cioè dai neuroni con funzione
osmorecettoriale che innescheranno successivamente la produzione di
ADH (ormone antidiuretico), proprio perché il modo per ripristinare
il rapporto ottimale soluto/solvente è di aumentare la quantità di
acqua diluendo così il soluto.
Infatti vedete che se questi neuroni magnocellulari del nucleo
sopraottico [a livello dell'ipotalamo distinguiamo due popolazioni
di neuroni: i magno cellulari e parvi cellulari. Quelli che nella
neuroipofisi portano alla liberazione di ADH e ossitocina sono i
magnocellulari che vengono così chiamati perché sono più grandi dei
neuroni normali e contengono una sostanza tigroide abbastanza
evidente, quindi questo ci fa capire che ci sono tanti ribosomi nei
neuroni e dal'altra parte, se non ce l' ha il neurone nessuno avrà
molti ribosomi, perché dal punto di vista citologico il neurone ha
una notevole sintesi proteica (sintesi neurotrasmettitori,
mantenimento delle pompe ioniche)].
E allora che succede quando si ha ovviamente una condizione di
iposmolarità è chiaro che si attiva il meccanismo della sete che è
un riflesso e ci porta ad accostarci al liquido per ripristinare il
rapporto soluto/solvente. Se noi avessimo un ambiente iposmolare
(bassa concentrazione di elettroliti nel liquido) il liquido
passerebbe dall' esterno all'interno per cui avremo lo swelling,
aumento di volume. (processo citotossico che porta la cellula a
morte. Laddove c'è per esempio una diminuzione del liquido, dovuta
a disidratazione, ma anche a un' emorragia, c'è sempre produzione
di ADH. L'emorragia porta infatti a perdita di liquidi in quanto la
parte liquida del sangue è composta per il 93 % da acqua.
L'ADH è un neurormone proprio perché gli assoni di natura
ipotalamica che formano la neuroipofisi riversano direttamente nel
circolo venoso il loro secreto. ( parleremo in questo contesto di
neurormoni o di neurosecreti - secrezione di tipo neurocrino - ).
Inoltre, questo ormone viene chiamato anche vasopressina, oltre ad
"ormone antidiuretico", perché ha un effetto indiretto sulla
pressione in quanto aumentando la volemia essa influisce sulla
pressione arteriosa (essendo una forza essa dipende dal volume del
liquido). Per cui essa agisce sulla pressione per effetto
indiretto, ma anche diretto in quanto la vasopressina è un ormone
che induce vasocostrizione per garantire il nutrimento periferico,
andando così ad agire sulla pressione arteriosa. Ma il vero
bersaglio dell'ADH è il rene.
La vasopressina agisce, infatti, insieme all'aldosterone sui
tubuli distali e dotti collettori del rene. In particolare l'ADH
agisce sull’acqua libera, mentre aldosterone sulla componente
mineralizzata.
Il meccanismo con cui agisce in particolare è quello di indurre
nelle cellule bersaglio del tubulo distale del dotto collettore,
attraverso un meccanismo mediato da cAMP, la produzione di
particolari proteine canale per l'acqua: le acquaporine che prima
non si conoscevano, ma sono importanti perché le mutazioni delle
acquaporine possono essere alla base di un danno renale. Così come
si possono avere forme di disidratazione perché c'è un problema a
queste proteine canali e l'acqua non passa. Ma perché è necessaria
la presenza di queste acquaporine? Non si può assorbire l'acqua
sfruttando il meccanismo controcorrente, creando un movimento con
pompe ioniche? Se osserviamo attentamente l'anatomia della regione
vediamo che nel tubulo prossimale, dove c'è il riassorbimento
obbligatorio dell'acqua, (65 - 70 % di acqua assorbito a questo
livello) questa riesce a passare attraverso le giunzioni
paracellulari, mentre nel tubulo distale l'unione delle cellule è
talmente forte che renderebbe impossibile il passaggio attraverso
le giunzioni. Ecco spiegata la funzionalità delle acquaporine:
l'unico modo per far passare l'acqua è creare queste proteine
canale che presentano dunque dei pori per il passaggio dell'acqua.
(20 % di acqua assorbita nel dotto collettore).
2.Contrattilità uterina ed eiezione della ghiandola mammaria:
così come c'è il nucleo sopraottico c'è anche il nucleo
paraventricolare, anch' esso magnocellulare con neuroni
responsabili della produzione dell' ossitocina. Quest'ormone si
differenzia dalla prolattina perché mentre quest'ultima stimola la
produzione del latte, l'ossitocina agisce sull'eiezione, sulla
fuoriuscita dalla ghiandola mammaria. Il riflesso di partenza, che
amplifica nella produzione di questi ormoni, è la suzione, uno dei
riflessi primitivi, innati. Il neonato, infatti, oltre alla
prensione, la prima cosa che fa è la suzione. (riflessi che possono
tornare anche negli anziani laddove ci sono discorsi degenerativi
nella corteccia cerebrale).
Dunque l'ossitocina è importante perché a differenza della
prolattina causa la contrazione delle cellule. E in particolare
essa causa contrazione delle cellule mio epiteliali dei dotti
galattofori nella ghiandola mammaria, favorendo una sorta di
spremitura di questi dotti per favorire l'eiezione del latte, ma
non solo poichè avendo come bersaglio le cellule muscolari essa
agirà anche sul miometrio. Molti lo conoscono come "l'ormone del
parto", dal' altra parte quando ci sono nella donna poche
contrazioni, o contrazioni poco forti, uno dei presidi terapeutici
utilizzati è la somministrazione di ossitocina sintetica.(oggi se
ne somministra sempre meno perché si possono avere problematiche se
ce n'è troppa perché le contrazioni potrebbero essere talmente
intense da causare dolore, motivo per il quale oggi si usano più
che altro le prostaglandine) e sappiamo bene nel momento in cui
parte l'evento a cascata del parto i livelli di ossitocina
aumentano per favorire il secondamento ed evitare anche emorragie
post-partum.
3. Centri della sazietà e della fame: nell' ipotalamo laterale
abbiamo il centro della fame che ovviamente quando è attivo porta a
far si che il soggetto si avvicini al cibo. Succede invece il
contrario quando si attiva il nucleo ventromediale dove abbiamo il
centro di sazietà e il soggetto ha rifiuto nei confronti dell'
alimento.
Ci sono varie teorie che spiegano questo rapporto con il cibo e
la regolazione dei centri è di due tipi: ormonale e neuronale,
grazie all'aiuto di diverse molecole che entrano in gioco con
azione ormonale o simil tale (neuropeptide y, ossitocina,
liponectina ecc) nonché l'intervento di alcune molecole di segnale
provenienti dal tessuno adiposo – uno degli organi metabolicamente
più attivi – che provvede infatti alla risposta di
termoregolazione, alla nutrizione del feto durante il parto
etc.
Questi studi sui centri della fame e della sazietà nascono in
particolare da alcuni esperimenti condotti sui gatti da cui ne è
risultato che causando un ablazione sul nucleo laterale l'animale
dimostra anoressia e poi muore; mentre se viceversa causiamo un'
ablazione dei nuclei ventromediali l'animale tende all' obesità e
al continuo avvicinamento al cibo (iperfagia). Tutti questi studi
sono poi stati confermati sull' uomo con risonanza, dimostrando
ampiamente il ruolo di questi nuclei sulla regolazione del
metabolismo energetico e sul comportamento alimentare.
Effetti comportamentali delle strutture ipotalamiche
· La stimolazione del nucleo laterale da:
Fame, aumento del livello generale di attività, comportamenti di
rabbia e lotta. (tutte cose collegate da un certo punto di vista,
perché quando una persona ha fame si dice che diventa anche nervosa
e guarda caso si sviluppano connesioni e attivazione soprattutto
del sistema nervoso simpatico - definito "lotta e fuggi" perché ci
dona tutte quelle risposte vegetative che portano a
"salvarsi").
· La stimolazione dei nuclei ventromediali da:
Senso di sazietà e stato di quiete. Questo deriva anche
dall'attivazione, successiva, del sistema parasimpatico che infatti
noi definiamo di tipo "conservativo" perché attivato durante il
riposo, durante digestione.
· La stimolazione della picccola zona dei nuclei
periventricolari da:
atteggiamenti tipici della paura e della risposta a una
punizione.
Ritmi circadiani
Siamo nell'ambito della cronobiologia, dove non consideriamo
solo i ritmi circadiani, ma anche quelli infradiani (sotto le 24
ore) o i cicli mensili (come degli ormoni femminili).
Ci troviamo stavolta nel nucleo soprachiasmatico.
Uno degli ormoni che segue un ritmo circadiano è il: Cortisolo,
ormone dello stress. Questo, durante le prime ore del mattino,
verso le 4, comincia il picco poi durante la notte i livelli di
cortisolo nel sangue si riducono.
Il nucleo sovrachiasmatico ha ovviamente un fascio che lo mette
in comunicazione con la retina., per cui esiste un tratto
retino/ipotalamico che è importante perché l'ipotalamo riceve
informazioni sullo stato di luce e buio grazie a questo tratto.
Possiamo dunque considerare questo nucleo come un sincronizzatore
che mette in moto una serie di risposte correlate all presenza
della luce o del buio e grazie al quale, quindi, ci adattiamo alle
circostante ambientali. Questo nucleo è inoltre connesso con una
struttura situata posteriormente e che si chiama epifisi (una volta
veniva chiamata "sede dell'anima") importante per la sintesi di
melatonina - da non confondere con la melanina - .
Ricapitolando, l’orologio circadiano è localizzato nel nucleo
soprachiasmatico (NSC) dell’ipotalamo, che viene ovviamente così
chiamato perché si trova sopra al chiasma ottico, e ha la funzione
di controllare i ritmi circadiani.
[I livelli di melatonina sono bassi di giorno mentre hanno un
vero e proprio picco durante la notte, essa infatti si trova anche
sotto forma di integratore utilizzato soprattutto da chi deve fare
viaggi e soffre di insonnia legata al jet lag. Essa è un ormone
amminico derivato dal triptofano.]
Riepilogo dei rapporti ipotalamo/ipofisari
Quando parliamo di rapporti ipotalamo/ipofisari facciamo
riferimento da una parte, al circolo portale ipotalamo - ipofisario
che si chiama così, ma è leggermente più ostico rispetto al circolo
portale epatico. Esso prevede che ci si un' arteria ipofisaria
superiore che capillarizza nell' arteria mediana delle ipofisi dove
si formano delle venule in cui si riversano i fattori di rilascio o
di inibizione. Ci sono poi tutti i sinusoidi intraipofisari e, in
ultima analisi, gli ormoni prodotti dalle cellule dell'
adenoipofisi che raggiungono il seno cavernoso e poi la
circolazione venosa concludendo così il circolo portale tra venule
e sistema venoso finale. [ci sono addirittura due plessi e qualcuno
parla di plesso primario e plesso secondario]
Questi fattori che agiscono sull' adenoipofisi sono in genere di
tipo peptidico ed agiscono tramite vari secondi messaggeri che
conoscete, e possono modulare l' attività trascrizionale e di
sintesi dei vari ormoni che vengono poi prodotti dall' ipofisi.
Fattori peptidici ipotalamici che stimolano o inibiscono la
trascrizione
Fattore ipotalamico Effetti
CRH stimola la secrezione di ACTH
TRH stimola la secrezione TSH
GNRH stimola la secrezione di LH e FSH
[etc.]
Dall’adenoipofisi vengono prodotti 5 tipi di ormoni. I peptidi
sono trasportati fino all' eminenza mediana poi vengono liberati
nella circolazione venosa che trasporta l' adenoipofisi che produce
i suoi cinque tipi di ormoni poi riversati nei seni cavernosi e
quindi nella circolazione venosa. Altri ormoni peptidici
sintetizzati da alcuni neuroni sono quelli dei nuclei sopraottico e
paraventricolare che vengono trasportati lungo gli assoni,
immagazzinati nella neuroipofisi e poi liberati in circolo.
Termoregolazione
Alcune di queste immagini le ho fatte vedere a chi ha seguito la
didattica opzionale però ripropongo alcuni aspetti utili per il
corso di base.
La termoregolazione è importante perché è un:
Processo che permette il mantenimento di una temperatura
corporea costante.
Processo essenziale per la vita perché la velocità delle
reazioni chimiche dipende dalla temperatura.
Minori variazioni della temperatura coporea = minori probabilità
che la cellula possa avere degli squilibri dal punto di vista
funzionale ovvero maggiori possibilità che le reazioni chimiche
avvengano in maniera coordinata-. dal'altra parte anche in
laboratorio uno dei parametri a cui si sta più attenti quando si
deve modellizzare qualcosa è proprio la temperatura. [ricordatevi
l'equazione chimica che mette in rapporto la velocità delle
reazioni chimiche con la temperatura e quindi con l' attività degli
enzimi: ecco perché il nostro organismo mette a disposizione una
serie di sistemi per mantenere questa temperatura].
T. costante significa mantenere una stato stazionario dinamico
che mette in luce due aspetti che devono essere tra loro diciamo in
equilibrio (anche se il concetto di equilibrio è un pò diverso
infatti io preferisco parlare di stato stazionario dinamico)
Questo stato stazionario dinamico deriva da un bilanciamento
tra:
Produzione di calore = dispersione di calore
Laddove la prima dipende sostanzialmente da reazioni chimiche
esotermiche che avvengono principalmente nel fegato, muscoli e
cuore. La seconda, invece, avviene grazie alla conduzione,
convezione, irraggiamento, evaporazione. [parliamo di EVAPORAZIONE
DEL SUDORE, e non di sudorazione perché con la sudorazione
fisicamente non disperdiamo nessun calore, in quanto la sudorazione
nasce solo per il fatto che siccome l'acqua ha un alta costante
termica, alta capacità termica, è facile passare il calore in un
liquido invece per disperderlo è necessaria l'evaporazione tant'è
vero che possiamo sudare tranquillamente, ma se si è in ambiente
umido è evidente che non basta sudare per disperdere calore:
bisogna considerare la tensione di vapore delle molecole dell'acqua
e l'umidità dell'aria].
Produzione di calore: forma di energia in transito che deriva
dal metabolismo. Le varie forme di energia si trasformano l'una
nell'altra e non c'è mai dispersione di energia, ma conservazione
dell' energia prodottta (sapete bene che una buona quantità durante
l' attivita fisica deriva dalla contrazione muscolare). Inoltre
circa il 70 % dell' ATP prodotto dall’organismo viene disperso
sotto forma di calore ed è quindi correlato all'aumento di
temperatura. Ecco perché abbiamo dei meccanismi di
termodispersione, ovvero perché senno le reazioni chimiche
subirebbero delle variazioni importanti.
Noi siamo individui nucleo omeotermici, più che omeotermici in
toto, perché in realtà le temperature del corpo umano variano tra
l'interno e la periferia. (Dinamica dei flussi di calore, pensate
per esempio alla circolazione periferica e quindi ai meccanismi di
vasodilatazione e vasocostrizione sulla maggiore o minore
dispersione di calore). Per cui diciamo che abbiamo: nucleo
omeotermico e guscio o mantello eterotermico anche se nel discorso
didattico generale si dice che come i mammiferi l'uomo è omeotermo:
specie in grado nonostante anche ampie variazioni della temperatura
ambientale di riuscire a mantenere la temperatura corporea costante
(per distinguerlo dagli altri come gli anfibi o rettili che hanno
una temperatura che deriva dalla variazione ambientale).
Temperatura corporea costante poiché la quantità di calore
prodotta è uguale a quella emessa. Adattamenti regolativi:
· termogenesi (produzione di calore);
· termodispersione (dispersione di calore).
Produzione del calore
Vi dico semplicemente che gran parte della produzione del calore
deriva dal metabolismo. I processi metabolici consistono
essenzialmente in processi di ossidazione e sono complessivamente
ESOENERGETICI. L’energia potenziale chimica dei cibi e delle
bevande si trasforma in termica. Poi abbiamo l'energia biolettrica
(usata per la trasmissione degli impulsi nervosi e attività
elettrica dei muscoli) che è la forma di energia prodotta che viene
così chiamata perché non siamo pile, ma bbiamo un meccanismo che
ricorda quello di una pila. Poi abbiamo l'energia meccanica che è
quella tipica dell' attività muscolare con contrazione dei muscoli.
E alla fine tutte queste energie si trasformano per la maggior
parte in energia termica quindi in calore, poi emesso
nell'ambiente.
Per cui le entrate di energia le registriamo con la dieta
(grazie al senso di fame, appetito etc); mentre le uscite d'energia
con il calore prodotto di cui circa il 70% una parte non è regolata
mentre una deriva da termoregolazione.
Alla produzione del calore a riposo contribuiscono soprattutto
fegato e cuore, mentre durante l'attività fisica intervengono
maggiormente i muscoli scheletrici. Sapete, inoltre, che esiste
anche un tessuto di riserva che è il tessuto adiposo e in
particolare uno che comincia a diventare poco rilevante nell'adulto
e che è il tessuto adiposo bruno, ma che nel neonato è molto
importante perché è una sorta di meccanismo ancestrale che consente
di creare una sorta di deposito di energia. Esso favorisce il
disaccoppiamento della fosforilazione ossidativa ad opera di una
una particolare protenina (la termogenina) che è la cosiddetta
proteina disaccoppiante.
Quindi il nostro corpo produce continuamente calore come
sottoprodotto delle trasformazioni chimiche che avvengono
continuamente in tutte le cellule.
[metabolismo in toto: quota rilevante metabolismo basale, quota
di metabolismo da lavoro e quota specifica di alcuni alimenti in
particolare proteine.]
Emissione calore
L’energia termica generata all’interno del nostro corpo viene
dispersa nell’ambiente essenzialmente attraverso la pelle:
· conduzione, per esempio per gradiente di temperatura. [Primo
principio della termodinamica: tutto si muove secondo gradiente.
Vale per l'energia elettrica che ha un gradiente di potenziale, per
gli ioni che vanno dalla maggiore a minore concentrazione; per i
gas che vanno dalla maggiore pressione parziale alla minore
pressione parziale e infine per la temperatura che va da
temperatura maggiore a temperatura minore.].
· convezione: quando ci si trova in un ambiente liquido o
aeriforme vi sono i moti convettivi.
· irraggiamento: la massima dispersione di calore a riposo
avviene per irraggiamento, per cui esso non è importante solo per
assumere calore quando ci esponiamo al sole. nn solo per assumere
calore, esponendosi al sole. - sia interno che esterno -
· evaporazione (sudore).
[si rischia maggiormente colpi di sole e di calore in estate per
azione non solo diretta ma anche riflessa dall'asfalto. In
condizioni fisiologiche la conduzione ai fini della
termoregolazione è molto limitata. La perdita di calore per
convezione è un significativo mezzo di dispersione. Mentre circa il
19 % del calore in condizioni di riposo è eliminato con
l’evaporazione, durante l’attività fisica raggiunge anche il 70 –
80 %. Esiste inoltre, anche la perspiratio insensibilis di cui ci
accorgiamo solo quando ci sentiamo "appiccicaticci" ma non ci
rendiamo conto coscientemente della perdita di liquidi.]
Sistema di termoregolazione dell’uomo: ci aiuta a spiegare i
meccanismi riflessi e di base di funzionamento del sistema nervoso.
Quali sono gli alimenti di un arco riflesso? sono cinque: uno è il
recettore, perché devo rilevare l'istinto, un secondo è la via
afferente e sensitiva; il terzo è il centro (per intenderci è il
midollo spinale o il tronco ma anche la corteccia raramente) poi
dobbiamo avere la risposta input/output ( di entrata/uscita) per
cui abbiamo altri due elementi: la via efferente o motoria ( anche
se non sempre c'è movimento) e infine l'effettore che è il muscolo
o la ghiandola. Attraverso questo loop di base abbiamo la risposta
adattativa dell'organismo all' ambiente.
I termorecettori vengono divisi in calocettori o frigocettori a
seconda se rilevano variazioni di aumento o riduzione della
temperatura. Inoltre alcuni sono periferici e quindi posti per
esempio a livello della cute, altri a livello cerebrale e
dall'azione sinergia di qeusti termorecettori arrivano informazioni
che raggiungono i centri ipotalamici dove esiste una sorta di
temperatura di riferimento chiamato: set point. Questa temperatura
si aggira attorno ai 37 gradi centigradi evidentemente perché è la
migliore possibile per garantire le reazioni chimiche in maniera
continuativa. In base alle variazioni rispetto al set point
ipotalamico, poi, si attivano i processi di termoregolazione ad
opera di due centri:
· centro termogenetico
· centro termolitico.
In questi centri i neuroni vengono classificati in due sotto
popolazioni, i neuroni w (warm) e i neuroni c (cold) a seconda se
rispondono a variazioni di aumento di temperatura (warm) o di
variazioni di riduzioni di temperatura (cold). In base a questo i
termo recettori sensoriali rilevano la temperatura, (sia interna
che esterna) trasmettono l'informazione confrontandola con il set
point e scatenando infine tutti i meccanismi sequenziali di
termodispersione se la temperatura è in aumento o di
termoproduzione se la temperatura è in calo. Sarà poi compito della
nuova temperatura, con processi di feedback, a bloccare questi
meccanismi.
Dunque nell’ipotalamo anteriore (area preottica) esiste un
centro termolitico detto anche centro del raffreddamento, che
contiene i neuroni w che quando rilevano questa sensazione attivano
i processi di termodispersione e in particolare l'evaporazione, l'
irraggiamento, la convezione etc a seconda della situazione. [
Lesioni a livello dell’ipotalamo anteriore determinano ipertermia]
.
Nell’ipotalamo posteriore abbiamo invece il centro
termogenetico, detto centro del riscaldamento, che presenti i
neuroni c che rilevano, al cotnrario, la diminuzione della
temperatura attivando i meccanismi di termoproduzione. - uno dei
meccanismi di produzione più utilizzato è il brivido involontario
che altro non è se non la contrazione involontaria dei muscoli,
volta alla produzione di lavoro meccanico in gran parte disperso
sotto forma di calore.
Per cui, ricapitolando, la temperatura del corpo umano si aggira
attorno ai 37 gradi centrigradi, ma questa in realtà è una
temperatura esemplificativa perché vi sono enormi variazioni tra il
centro e la periferia, basti pensare che quando al di fuori la
temperatura raggiunge livelli molto bassi all'estremità del corpo
umano troviamo temperature anche attorno ai 28 gradi centrigradi a
causa dei processi di termodispersione. Inoltre, come sappiamo, la
temperatura varia in rapporto alle modificazione ormonali, ad
esempio varia in rapporto al ciclo uterino o al ciclo ovarico della
donna, o in seguito all'azione di ormoni dello stress, come il
cortisolo; oppure varia in rapporto all' attività sportiva, in
rapporto all' uso di farmaci etc.
Come studierete in seguito in ambito patologico, le piressie
sono delle variazioni della temperatura (ipertermia o ipotermia),
ma qual è la differenza tra ipertermia e una febbre? in tutte e due
abbiamo un aumento della temperarura corporea, ma ad esempio quando
abbiamo una situazione di ipertermia come un colpo di calore cosa
si consiglia di fare a un paziente? innanzitutto il soggetto cerca
di ripararsi dal sole o dalla fonte di calore, poi si mette a
contatto con sostanze fredde per favorire il raffreddamento. Quando
invece si ha la febbre il raffreddamento non può essere favorito e
questo perché avviene? Perché nella febbre ciò che è alterato è il
set point ipotalamico a causa di alcuni pirogeni (esogeni ed
endogeni) come citochine infiammatorie o agenti con azione pirogena
diretta - batteri. Per cui il set point anzichè essere a 37 gradi
si setta a 38, 39 gradi centigradi e il corpo mette in atto una
serie di meccanismi per raggiungere la nuova temperatura [motivo
per il quale si hanno i brividi quando la febbre si alza, perché il
corpo cerca di produrre calore].